hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
人工ナノメートル空間中液相分子の高速分光法および反応ダイナミクス制御法の開発

本研究では、溶液を特長づけるの最小構成単位と考えられているクラスターの反応ダイナミクス計測を光熱変換分光法とマイクロチップ技術の利点を活用して実現することを目指している。溶液クラスターの大きさの数倍から数百倍の大きさと考えられる10数100nmの微小空間に液体を閉じこめ、測定することより、通常の大きさでは困難なバルク液体との情報を分離することを着想した。1.ナノ空間の作製ナノ空間の作製には、電子線リソグラフィー・高速原子線加工法を用いた。また、溶液の導入路として幅190μmのチャネルをサンドブラストエッチングで作製した。ナノ空間として完成させるために、厚さ170μmの石英基板をふっ酸接合法にて接合した。溶液の導入には毛細管現象を利用する方法を利用した。ナノ空間として、幅330nm・深さ220nmの流路(330nm空間)・幅850nm・深さ620nmの流路(850nm空間)を、対照のバルク空間として幅250μm・深さ100μmの流路(250,000nm空間)を測定に用いた。2.蛍光寿命測定と空間サイズ効果ローダミンB(RB)水溶液、スルホローダミン101(SR101)水溶液、ローダミン6G(R6G)水溶液を測定した。どの色素の場合もサイズに依存して波形が変化した。RBの場合には空間が小さくなるほど寿命が長くなり、SR101・R6Gの場合には、330nm空間のみ寿命が短くなることがわかった。寿命のサイズ依存は溶液の濃度にはほとんど依存せず、人工ナノ空間の溶媒物性を示していると考えられる。過去の文献等の知見より、SR101・R6Gの寿命の変化は誘電率変化に、RBの寿命変化は粘性変化に対応づけられると考えた。この変化の原因について、ガラス壁面の電荷などの影響により溶液クラスターの性質が顕在化してきているのではないかと考えられる。ナノメートルサイズの空間を人工的に加工し、その中で溶液の分光測定した例はこれまでになく、世界にさきがけナノ空間の液相化学が実現できたといえる。1.顕微過渡レンズ分光法の開発液相の非蛍光分子の非発光過程を超高感度に測定できる手法として顕微過渡レンズ分光法を開発した。従来の過渡レンズ分光装置に、顕微鏡を導入し、微小空間測定できるよう改良した。光パルス幅拡がり・光量低下などの問題点があったが、逆分散プリズム対の導入や顕微鏡中透過光路の改造で解決した。2.ナノ空間の作製目的分子の分子・クラスタースケールでの物性を顕在化させる空間としてナノ空間をガラス基板上に作製した。東大院工畑村・中尾研究室の協力のもと、高速原子線加工装置により、500nmおよび150nmサイズの空間を作製できた。3.反応ダイナミクスと空間サイズ効果水分子の多光子励起反応ダイナミクス計測と空間サイズ効果を検討した。波長400nmの光パルスの三光子吸収による水分子の解離反応および再結合過程を微小空間中で測定した結果、500nm空間においてクラスター形成時間が、バルクと比較して4倍になることを見いだした。空間サイズが150nmでは、試料の熱容量が非常に小さいため計測に伴う発熱により乾燥する問題が発生した。今後改良が必要である。またこの空間中で蛍光分子の蛍光寿命を測定したところ、5μm、500nm、150nmの空間スケール順に寿命が短くなり、かつ多成分の緩和が観察された。このことは、メソ空間中の液体の溶媒再配向や回転などの状態が制限されていることを示しており、純水の測定と論理的に一致した傾向を示した。

どの色素の場合もサイズに依存して波形が変化した。RBの場合には空間が小さくなるほど寿命が長くなり、SR101・R6Gの場合には、330nm空間のみ寿命が短くなることがわかった。寿命のサイズ依存は溶液の濃度にはほとんど依存せず、人工ナノ空間の溶媒物性を示していると考えられる。過去の文献等の知見より、SR101・R6Gの寿命の変化は誘電率変化に、RBの寿命変化は粘性変化に対応づけられると考えた。この変化の原因について、ガラス壁面の電荷などの影響により溶液クラスターの性質が顕在化してきているのではないかと考えられる。ナノメートルサイズの空間を人工的に加工し、その中で溶液の分光測定した例はこれまでになく、世界にさきがけナノ空間の液相化学が実現できたといえる。
遺伝的アルゴリズムによる濃淡画像の疑似濃淡表示法の開発

本研究の目的は,遺伝的アルゴリズム(Genetic Algorithms:GA)を用いて,濃淡画像を疑似濃淡表示する手法を提案し,計算機シミュレーションによりその有効性を調査することである.写真のような濃淡画像を,白と黒の2値しか表現できないコピーやファックス等で扱うためには,濃淡に応じて白と黒を適切に配置することにより,疑似的に濃淡情報を2値で表現する疑似濃淡表示法が用いられる.しかし,従来の疑似濃淡表示法は,2値化のしきい値を濃淡画像の局所的濃度分布に応じて画素毎に決定するというものであり,必ずしも人間の視覚に良好な表現が行われているとは言い難かった.そこで本研究では,視覚的に良好かどうかを表す指標として,階調再現性とコントラストの度合いを定量的に評価し,この評価値を最適化する疑似濃淡表示法を提案した.階調再現性の評価には,2値画像の局所的平均濃度と濃淡画像の濃度の誤差E_tを,コントラストの評価には,原画像の局所的平均濃度と,2値画像の誤差E_cを定義した.一般に,自然画像の場合は前者のE_tが,文字などのようにコントラストが重要な場合にはE_cの評価が高くなることが望ましい.上記の評価値は,原画像のコントラストが強くなればなるほど,コントラストの再現性を示すE_cの効果が自動的に高くなるように定義されており,文字や写真が混在するような場合にも良好な疑似濃淡表示が行えるものとなっている.そして,この評価値の最適化にGAを用いて,安定にかつ効率よく視覚的に良好な疑似濃淡画像を得ることに成功した.本研究の目的は,遺伝的アルゴリズム(Genetic Algorithms:GA)を用いて,濃淡画像を疑似濃淡表示する手法を提案し,計算機シミュレーションによりその有効性を調査することである.写真のような濃淡画像を,白と黒の2値しか表現できないコピーやファックス等で扱うためには,濃淡に応じて白と黒を適切に配置することにより,疑似的に濃淡情報を2値で表現する疑似濃淡表示法が用いられる.しかし,従来の疑似濃淡表示法は,2値化のしきい値を濃淡画像の局所的濃度分布に応じて画素毎に決定するというものであり,必ずしも人間の視覚に良好な表現が行われているとは言い難かった.そこで本研究では,視覚的に良好かどうかを表す指標として,階調再現性とコントラストの度合いを定量的に評価し,この評価値を最適化する疑似濃淡表示法を提案した.階調再現性の評価には,2値画像の局所的平均濃度と濃淡画像の濃度の誤差E_tを,コントラストの評価には,原画像の局所的平均濃度と,2値画像の誤差E_cを定義した.一般に,自然画像の場合は前者のE_tが,文字などのようにコントラストが重要な場合にはE_cの評価が高くなることが望ましい.上記の評価値は,原画像のコントラストが強くなればなるほど,コントラストの再現性を示すE_cの効果が自動的に高くなるように定義されており,文字や写真が混在するような場合にも良好な疑似濃淡表示が行えるものとなっている.そして,この評価値の最適化にGAを用いて,安定にかつ効率よく視覚的に良好な疑似濃淡画像を得ることに成功した.
補綴装置装着による咬合支持の回復が認知機能を含む高次脳機能に与える影響について

長期間咬合支持を喪失させたラットにおける咬合支持の回復が,空間認知能および海馬神経細胞に及ぼす影響を検討した。上顎臼歯を抜歯した抜歯群,抜歯後に義歯を装着した義歯装着群,対照群を設定して八方向放射迷路学習を行わせたところ義歯装着群のエラーは対照群よりも有意に多く、臼歯抜歯群より有意に少なかった。また,海馬CA1,CA3,DG各領域において,各群間の神経細胞密度に有意な差を認めた。この結果から,長期間咬合支持を喪失させたラットにおける咬合支持の回復は空間認知能を改善させる可能性が示唆された。本研究の目的は補綴治療が認知機能を含む高次脳機能に与える影響を検討し,そのメカニズムを解明することである。実験には雄性Wistarラットを用い,これを対照群,臼歯抜歯群,義歯装着群の3群に振り分ける。臼歯抜歯群,義歯装着群は若齢期にすべての上顎臼歯の抜歯処置を施行し,義歯装着群は老齢期時に実験用義歯を装着して咬合支持を回復させる。その後,各群の行動学的評価,組織学的評価,生化学的評価を行うことを予定している。平成27年度は実験プロトコルの作成に時間を要した。実験の前提として臼歯を抜歯したラットを長期間飼育する必要がある。過去の同様の実験報告などから抜歯時期は7週齢時,義歯装着時期は42週齢,迷路実験開始は50週齢と仮設定し,現在この妥当性を評価しているところである。飼育期間が長期に及ぶため,まだ十分に妥当性の評価はできておらず,現在検討中であるが,これは当初の実験計画通りである。また,実験に必要な手技として実験用義歯の作製・装着がある。Wistarラットに長期間脱離なく装着できる義歯というものはこれまでに報告がなく,その形態,使用する材料,装着方法,作製方法を現在検討中である。予定では装着期間を40週前後と考えているため,これもまた,数種類の実験用義歯をラットに装着して現在経過を追っているところである。次年度にはこれら予備実験を終え,本実験のプロトコルを作成し本実験に取り掛かる予定である。行動学的評価には8方向放射状迷路を用いる。過去の報告からその手技は多岐にわたるため,ラットを用いて様々な方法で予備実験を行い本研究に適した方法を検討した。平成27年度は本実験に取り掛かる前段階であり,実験手技の確率、期間の設定といった本実験に向けたプロトコル確立のための予備実験に時間を費やした。まずは実験期間の設定であるが,本実験は臼歯を抜歯したラットを長期間飼育し,脳海馬における神経細胞の変化を追跡する必要がある。そのため年度始めからラットを飼育し,期間単位での海馬の組織学的変化を追跡している。飼育期間が長期に及ぶため,まだその妥当性の評価はできておらず現在検討中であるが,これは当初の実験計画通りである。引き続き実験時期の検討を行っていく予定である。現在,何種類かの実験用義歯を作製しラットに装着して経過を追っているところである。行動学的評価には,8方向放射状迷路を用いるが,過去の報告からその手技は多岐にわたる。実際にラットを用いた予備実験を行い本研究に適した方法を検討した。平成28年度は,前年度に行った前実験より確立したプロトコルに準じて本実験を施行した。実験動物にはWistar系雄性ラットを用いた。ラットは上顎臼歯の抜歯を施術した臼歯抜歯群,上顎臼歯抜歯後に実験用義歯を装着した義歯装着群,対照群の3群に無作為に振り分けた。臼歯抜歯群及び義歯装着群は,7週齢時に全ての上顎臼歯の抜歯を施術し,対照群には麻酔のみの偽手術を行った。義歯装着群は,臼歯抜歯後に咬合支持の回復のための実験用義歯を装着した。実験用義歯は,41週齢時にレジントレーとシリコーン系印象材を使用してラット口腔内の印象採得を行い間接法で製作後,42週齢時に上顎に装着した。空間認知能の評価には8方向放射状迷路を用いた。これは高次脳機能の一つである空間認知能の評価方法として一般的に用いられる装置である。迷路は中央のプラットフォームとそこから放射状に広がる透明なプラスチック製の壁により構築された8つのアームによって構成され,実験動物は迷路を取り囲む視覚的な手がかりから空間的位置関係を把握し行動する。それぞれのアームの先端には報酬用ペレットを置くためのフードカップが設置されている。迷路実験は50週齢から2週間,各群1日1回試行した。1試行は各アームの先端に置かれた8つのペレットをすべて取り終えるまでとし,最大10分間とした。1度侵入したアームにラットの四肢すべてが再度侵入したことをエラーと定義して各試行におけるエラー数を計測した。さらに,各群の組織学的評価,生化学的評価を行うため迷路実験の最終試行後のラットから血液及び脳組織を採取した。平成28年度は,前年度に行った前実験より確立したプロトコルに準じて8方向放射状迷路を用いた迷路実験を行った。

この実験は,実験動物の飼育期間,迷路実験を合わせて52週間を要する。そのため,28年度は実験動物の飼育,迷路実験及び,実験から得られた行動学的データの評価に時間を費やすこととなった。これは当初の実験計画通りであり,概ね順調に進展しているといえる。歯の喪失や咀嚼機能の低下が高次脳機能の減退を惹起すること,さらには歯の喪失がアルツハイマー型認知症のリスクファクターであることが近年の研究より明らかとなっている。しかしながら補綴治療による咀嚼機能ならびに咬合支持の回復が高次脳機能に与える影響についての検討は十分になされていない。本研究では,長期間歯牙を喪失させることで認知機能を低下させたラットを用いて咬合支持の回復が高次脳機能に与える影響を行動学的,組織学的に検討した。実験動物にはWistar系雄性ラットを用いた。ラットは7週齢時に上顎臼歯の抜歯を施術した臼歯抜歯群,上顎臼歯抜歯後42週齢時に実験用義歯を装着した義歯装着群,対照群の3群に無作為に振り分けた。空間認知能の評価には8方向放射状迷路を用いた。迷路課題は50週齢から14日間1日1回実施した。1試行は,8つのアームの先端におかれた報酬用ペレットを全て取り終えるまでとし, 1度侵入したアームに再度侵入したことをエラーと定義して各試行におけるエラー数を計測した。各群のエラー数,実験終了時の海馬における神経細胞密度を比較した。また,本研究における咬合支持の喪失,咬合支持の回復および実験手技が過度のストレスとなり空間認知能に影響を及ぼしていないかを検討するために血清コルチコステロン濃度の評価を行った。義歯装着群のエラー数は対照群と比較して有意に多く,臼歯抜歯群よりも有意に少なかった。また,海馬CA1,CA3,DG各領域において各群間の神経細胞密度に有意な差を認めた。なお,実験終了時における各群間の血清コルチコステロン濃度に有意差は認めなかった。この研究の結果から,長期間咬合支持を喪失させたラットにおける咬合支持の回復が空間認知能の改善を可能にする可能性が示唆された。長期間咬合支持を喪失させたラットにおける咬合支持の回復が,空間認知能および海馬神経細胞に及ぼす影響を検討した。上顎臼歯を抜歯した抜歯群,抜歯後に義歯を装着した義歯装着群,対照群を設定して八方向放射迷路学習を行わせたところ義歯装着群のエラーは対照群よりも有意に多く、臼歯抜歯群より有意に少なかった。また,海馬CA1,CA3,DG各領域において,各群間の神経細胞密度に有意な差を認めた。この結果から,長期間咬合支持を喪失させたラットにおける咬合支持の回復は空間認知能を改善させる可能性が示唆された。引き続き予備実験を続け,本実験のプロトコル作成(抜歯時期,義歯作製時期,実験用義歯の形態・装着方法など)に取り組む。プロトコルが決定したのち,それに準じて本実験に取り掛かっていく予定である。28年度の前半にはプロトコルが決定し,中旬には本実験に使用するラットの飼育を開始する。後半は主にラットの飼育期間となるため,この間に標本切片の作製,生化学的評価の検討を行うための手技等を検討していく予定である。行動学的評価において,いずれの実験群においても8方向放射状迷路におけるエラー数及び所要時間は経時的に減少する傾向を示した。
上方役者絵の国内外所蔵調査とデータベース化の基礎的研究

役者絵研究は江戸に力点が置かれ、上方絵の体系的な調査・データベース化は立ち後れていた。本研究では、国内外の美術館・博物館所蔵の上方役者絵について、実地・図録類・ホームページ等で調査を行い、演劇の専門的知識を必要とする上演情報についても資料照合の上で考証してデータベース化した。実地調査の結果は各所蔵機関へ報告したが、当初約10,000件のデータが終了時には約24,000件となり、上方役者絵研究は世界的規模で大きく前進した。1入力済データの見直し研究代表者が図録編集を手がけた以下のデータを随時見直した。(1)『合羽摺の世界』、『上方役者絵集成』15巻(阪急学園池田文庫)、6巻所収予定作品(2)『上方錦絵図録』(甲南女子大学図書館)(3)『関西大学図書館所蔵上方役者絵画帖』(なにわ・大阪文化遺産学研究センター)2図録からのデータ入力以下の図録のデータを未考証のものは考証しながら、考証済のものは考証の確認をしながらデータを作成した。(1)『プーシキン美術館所蔵日本美術品図録』、『エルミタージュ美術館所蔵目本美術品図録』、『プラハ国立美術館所蔵日本美術品図録』・『フェレンツ・ホップ東洋美術館所蔵日本美術品図録』(国際日本文化研究センター)(2)『上方役者絵の世界』(住まいのミュージアム)(3)『前期上方絵上・下』『後期上方絵』(早稲田大学演劇博物館)作業途中3各所蔵機関への実地調査とデータ入力以下の所蔵機関で調査を行い、各作品の上演年月、劇場、外題、配役などを考証するため、番付類を照合して、データを完成した。照合に必要な番付も適宜、所蔵機関に閲覧に出向いた。(1)アメリカ・ハーバード大学サックラー美術館(H18年7月31日)(2)アメリカ・ボストン美術館(H18年8月1日4日)(3)東京都立中央図書館(H18年10月1日、H19年3月18日)(4)静岡県立中央図書館(Hl8年11月5日)(5)名古屋テレビ放送株式会社(H19年3月1213日)(6)西尾市立岩瀬文庫(H19年3月13日)(7)千代田区立四番町歴史民俗資料館(H19年3月20日)1入力済データの適宜見直し阪急学園池田文庫、ボストン美術館、早稲田大学演劇博物館所蔵品を中心にデータの見直しを図った。2図録からのデータ入力以下の図録から、未考証のものは各作品の上演年月、劇場、外題、配役などを考証するため、番付類を照合しながら、また、考証済のものは確認をしながらデータを作成した。(1)『ナープルステク博物館所蔵日本美術品図録』(2)『国立劇場所蔵芝居版画図録IIX』(3)『在独日本文化財総合目録1(ハイデルベルグ民族博物館)』(5)『前期上方絵上・下』『後期上方絵』(早稲田大学演劇博物館)作業途中3各所蔵機関への実地調査とデータ入力以下の所蔵機関で調査を行い、各作品の上演年月、劇場、外題、配役などを考証するため、番付類を照合して、データを完成した。照合に必要な番付についても適宜、所蔵機関に閲覧に出向いた。また、「上方絵」に関して、各所臓機関との情報・意見交換を行った。(1)大阪府立中之島図書館(H19年5月8日、6月26日、H20年2月6日)(2)たばこと塩の博物館(H19年6月12日)(3)石川県立美術館(H19年8月8日、9日)(4)東京国立博物館写真閲覧(H19年8月27日)(5)千葉市美術館(H19年9月18日)(6)長崎歴史文化博物館画像・図録閲覧(H20年2月25日)(7)福岡市博物館(H20年2月26日)(8)アメリカ・イーストウエストセンター(H20年3月5日)(9)アメリカ・ホノルル美術館(H20年3月6日、7日)1入力済データの見直し2以下の図録からのデータ入力3以下のHPからのデータ入力(1)立命館大学アート・リサーチセンター(2)サンフランシスコ美術館(アメリカ)4以下の所蔵機関への実地調査とデータ入力(1)奈良県立美術館(H20年7月15日)(2)大坂城天守閣(H20年8月19日、21日、26日)(3)和泉市久保惣美術館(H20年8月15日、11月11日、平成21年1月29日)(4)上方浮世絵館(H20年11月11日、18日、12月9日、H21年1月6日)(5)大阪歴史博物館(H20年12月16日、27日)(6)関西大学図書館(H21年1月19日、20日)

(7)園田女子学園大学近松研究所(H21年3月10日)以上のデータ作成に関して、各作品の上演年月・劇場・外題・配役などを考証するため、上演資料を照合してデータを完成したが、照合に必要な資料については適宜、所蔵機関に閲覧に出向いた。
マグネシウムの経静脈前投薬によるシスプラチン起因性腎障害の予防効果に関する研究

本研究では臨床研究と基礎研究の両面から検討を行った。臨床研究においてはシスプラチン(以下CDDP)+ドセタキセル+フルオロウラシル併用療法患者を対象とし、硫酸マグネシウム20mEqを前投薬することによりマグネシウム未投与群と比較して、CDDP起因性腎障害(以下CIN)の出現は有意に抑制され(20.7% vs 0%)、血清クレアチニン値の悪化も有意に抑制されることが明らかとなった。併せてマグネシウム投与が抗腫瘍効果や有害事象に影響を与えないことも示された。基礎研究においてはWistar ratを用いて、CDDP 2.5 mg/kg/週の腹腔内投与を3回繰り返すことにより、CDDPの反復投与を再現した。その結果、腎機能障害の指標として用いた血清クレアチニン値はCDDP1回目投与6日後より生理食塩水を投与したコントロールラットと比較して有意に上昇し、その後も血清クレアチニン値は継時的に上昇した。血清マグネシウム値はCDDP1回目投与後より有意に低下し、その後は横ばいで経過した。CDDPの近位尿細管への取り込みを担うOrganic cationtransporter 2の発現量はCDDP投与1回目で有意に上昇し、2回目後に急激に減少し、その後横ばいで経過した。また、近位尿細管からの排出を担うMultidrug and toxinextrusion protein 1の発現量はCDDP2回目投与後に減少し、その後横ばいで経過した。これらの結果からCDDP反復投与により腎臓からのCDDPの取り込みおよび排出を担うトランスポータの発現量の変化がCINに影響を与えている可能性が示唆された。今後は基礎研究においてマグネシウム投与が前述したトランスポータの発現量やプラチナの腎臓内蓄積どのような影響を与えるのか、血清・腎臓内マグネシウム量と相関がみられるのか等について検討する予定である。
π共役ポリピリジニウムによるリビング重合性分子配線技術

本研究では、ムーアの法則を越える究極のボトムアップ型微細加工技術として、重合反応を用いてナノギャップ電極間を繋ぐ、信頼性の高い分子配線技術を提唱している。その方法として、一方のナノ電極に導入したポリマーの種(重合開始剤)から導電性を持つπ共役系高分子を生やし、その高分子の先端をもう一方のナノ電極に化学結合させるものである。本研究を通じて(1)配線材として用いるポリマー及びその重合反応の開発(2)電極表面へ導入可能なポリマーの重合開始剤及び末端修飾反応剤の開発とその効果の確認(3)配線材としての分子特性の測定を実施してきた。これらの成果は分子回路作製技術及びその機能発現に向けた重要な知見である。平成25年度の実績は、1MALDI-TOF-MSを駆使した分析手法の確立、2固体表面上における重合停止反応の確立、3速度論的考察による適用範囲の検討、の三つが挙げられる。具体的には、1ポリピリジニウムは、これまでMALDI-TOF-MS測定において、イオン化過程でフラグメント化が激しく、高分子領域にスペクトルを観測することが課題となっていた。また、ポリカチオン性ポリマーであるため、得られたスペクトルの解釈も困難であった。これらの課題に対して、緩やかなイオン化条件となるようマトリクス種、測定モード等を検討した結果、マトリクスがtrans-2-[3-(4-tert-Butylphenyl)-2-methyl-2-propenylidene]malononitrile (DTCB)、マトリクスに対してのサンプル量が10wt%、測定モードがreflectronの条件下で、比較的高分子領域までスペクトルを観測することができた。この手法を用いて10量体までのポリマーに相当するピークを確認できた。また、開始末端の結合したピークについても9量体まで確認できた。2芳香族求核置換反応において、モノマーより求核性の高いN,N'-Dimethhylaminopyridine(DMAP)を停止剤とした重合末端と優先的に結合を形成する停止反応を開発した。また、この反応は、固体表面上においても、十分に進行することも確認され、電極との結合形成にも応用可能である。3H-NMRを用いて、芳香族求核置換の速度論的解析を行った結果、ピリジン環の窒素の4級化により反応速度が、6×108倍速くなることを確認した。また、4位置換基の電子供与性と芳香族求核反応の相関を同様に、速度論的解析を行った結果、本反応はハメット則に従った。これらの知見を、実際の電極間において、理想的なワイヤリング重合反応条件を導出する事に応用可能である。これらの成果をまとめた論文を、海外誌へ投稿中である。平成26年度の実績は、1ポリピリジニウムの分子量測定に対する安定性の改善検討として、パーフルオロフェニル基とトリメチルシリル基の間で進行する新規連鎖的重縮合の開発、2金ドット電極上への開始剤、停止剤の導入、3新規ポリマーの分子内キャリア移動度の測定、の三つが挙げられる。具体的には、1ポリピリジニウムは、これまで、GPC測定等の分子量を行う際に、大気中の水分と反応し、変性してしまうため、精確な測定を行うことができなかった。そこで、新たな分子ワイヤの候補として、パーフルオロフェニル基とトリメチルシリル基を反応部位として有するπ共役系モノマーを、設計し、フッ化物イオンを介して進行する新規連鎖的重縮合を開発した。この反応によって得られる、π共役系ポリマーは、大気下でも、安定であり、GPCやMALDIといった既存の分子量測定法を用いて分析が可能であった。21で開発した連鎖的重縮合を、本研究で提案した分子配線技術として応用するため、金ドット電極上へ、開始剤や停止剤として作用する配位子を設計した。具体的な配位子としては、開始剤に、((4ーエチニルフェニル)エチニル)トリメチルシランを、停止剤としては、((4ーエチニルフェニル)エチニル)ペンタフルオロベンゼン誘導体を用いた。金ドット電極を作製したシリカ基板上に、設計した配位子溶液を浸し、電極上へ開始・停止剤を導入した。また、Raman測定を用いて、金表面についた配位子の同定手法を確立した。3新規開発されたポリマーについて、マイクロ波導電度測定法により、溶液中でのπ共役系ポリマー主鎖内の導電性について測定を行った。平面性や、共役環上のフッ素置換基の数と導電性に、相関がある事が確認された。この結果は、今後、電極上で、π共役系ポリマー鎖の導電性と分子構造の関係を探る上で、重要な情報を提供するものである。ナノ材料工学平成25年度の研究実績は、当初計画の80%程度進捗している。

具体的には、1ハロピリジンの連鎖的重縮合反応の速度論的検討と適用範囲の検討、2ポリピリジニウム成長端の定量的停止反応の開発、3ナノギャップ電極の作製、4理想的なワイヤリング条件の検討、を当初計画のロードマップに掲げている。上項目に対して、平成25年度の研究進捗は、ほぼ計画通りとなっているおり、1MALDI-TOF-MSを駆使した分析手法の確立により、分子量に関する知見を得た。2DMAPを停止剤とする成長端の定量的停止反応を確立し、固体表面への応用可能であることを確認した。3H-NMRを用いた反応追跡により、置換基の電子供与性を、重合反応の速度論的な制御パラメーターとして提案した。これらの結果は、理想的なワイヤリング重合反応条件の確立に向けて、必須の開発項目であり、有用な知見を得たと言える。しかしながら、生成されたポリマーは単離精製や分子量測定に対して、安定性に乏しいという新たな課題も明らかになってきており、今後の計画について、方向性を修正しながら遂行していく。これらの課題は、研究の大目的として掲げている高い信頼性・再現性のあるグリッド分子配線技術に必須の項目となると想定している。本研究目的を達成するための、自走式ポリピリジニウム配線の概念は、14ーハロピリジニウム基を持つ重合開始剤を片方の電極に固定化、2電極表面より4ーハロピリジンの連鎖的重縮合の進行、3生長末端の4ーハロピリジニウムが、もう一方の電極表面に修飾したピリジル基によって重合停止からなる。この概念に対して、平成25年度では、1MALDI-TOF-MSを駆使した分析手法の確立、2DMAPを停止剤とする成長端の定量的停止反応の確立、3速度論的考察による適用範囲の検討を行った。その過程で、生成ポリマーの単離精製や分析に対する安定性といった課題も明らかになってきた。以上を鑑みて、平成26年度の研究実施計画は、1生成ポリマーの単離精製や分子量測定に対する安定性の改善検討として、ピリジン環上への置換基の導入や、弱い結合と推察されるピリジニウムのN-C結合の電子密度を高める分子構造について探索する。2ピリジニウム開始剤を固体表面に導入し、固体開始剤表面から開始する連鎖的重縮合反応を検討する。また得られる重合体のキャラクタリゼーション手法について、Raman測定により検討を行う。3得られる表面開始された重合体の導電性測定や、分子内の電子移動度測定等を実施し、物性面から配線技術に最適な分子構造を探索する。4これらの過程で開発された新規連鎖的重縮合の応用展開として、サイズや種類の異なる金属ナノ粒子間を、π共役系ポリマーで結合させた3次元ナノ粒子配線技術について検討を行う。
慢性関節リウマチ関節軟骨破壊の分子病理

慢性関節リウマチ(以下RA)関節軟骨破壊に軟骨細胞外マトリックスの分解は必須であり、一群のマトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)の関与が近年明らかになってきた。本研究課題での研究目的は、MMPの生化学的性質の解析とともに、RA関節組織でのMMPの作用機構を解明することにある。また、MMP活性抑制による関節軟骨破壊制御を目指す観点から、MMPインヒビターに関する研究も同時に行った。得られた主な研究成果は、以下の如くである。(1)MT1-MMTによる潜在型MMP-2活性化にはインヒビターのTIMP-2の関与が必須であることが明らかとなった。また、TIMP-1はMT1-MMTとMT3-MMTにはインヒビターとして作用しないことを示すとともにMT3-MMTが細胞外マトリックス成分を分解することを明らかにした。さらにMT1-MMTは軟骨プロテオグリカンを独自の部位で切断することやある条件下で細胞膜よりsheddingされることを見出した。(2)RA滑膜組織においては潜在型MMP-2の活性化がみられ、MT1,2,3-MMPのうちMT1-MMPの作用により活性化されていることが見出される。また、MT1-MMPはRA滑膜表層細胞に局在し、in situ zymographyで同部にゼラチン分解活性が実証された。(3)RAと変形性関節症の関節液中MMP(MMP-1,2,3,7,8,,9,13)とTIMP(TIMP-1,2)産生量を測定するとともに、関節液中のメタロプロテアーゼ活性を測定することにより、RA関節液ではMMP量がTIMP量を上回っていることを示した。(4)MT1-MMPに対する有効な剛性インヒビターを製薬企業と開発した。また、RA滑膜細胞をペントサンポリ硫酸で刺激すると、TIMP-3は転写後のレベルで特異的に産生亢進されることを明らかにした。慢性関節リウマチ(RA)の関節軟骨破壊経路は、(1)関節液中の酵素による軟骨表層からのマトリックス分解、(2)滑膜やパンヌス組織の直接接触による軟骨破壊、(3)軟骨細胞自体による破壊、の3つに分けることができる。本研究課題では、これら3経路におけるマトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)の作用機序を重点的に検討するとともに、RA関節軟骨の病理組織評価基準を確立する。本年度の研究成果は以下の通りである。(1). RAと変形性関節症(OA)患者関節液中のMMP-1,2,3,7,8,9,13とTIMP-1,2の濃度を測定したところ、RAではMMP-1,2,3,8,9およびTIMP-1の産生量がOAより2^-5倍高値であった。各症例におけるRAのMMP/TIMPモル比の平均値は40であり、OAより有意に4倍高値であった。各種インヒビター存在下でのカルボキシメチル化トランスフェリン分解活性はRAで全症例に検出され、MMP/TIMPモル比と正の相関を示した。これらのことから、RA関節液ではMMP優位の状態であると考えられた。(2).滑膜組織での潜在型MMP-2活性化率は、RAとOAで正常滑膜より有意に高値であった。潜在型MMP-2活性化酵素であるMT1,2,3,4-MMPの発現を定量的RT-PCRで検討したところ、MT1-MMPが強く発現されていた。また、活性化率とMT1-MMPの発現レベルは正の相関を示した。

MT1-MMPはRA滑膜表層細胞に局在し、in situ zymographyで同部にゼラチン分解活性が検出された。RA滑膜表層細胞でのゼラチン分解活性は、滑膜による関節軟骨への直接接触による軟骨マトリックス分解に関与する可能性があると推定される。(3).人工関節置換術時に得られたRAの大腿骨や脛骨の関節軟骨では広範な軟骨細胞死があり、バンヌスで覆われた部位では病理像はさらに複雑であった。しかし、細胞死がなくパンヌスの存在しない部位では、OAで汎用されるMankinスコアの適用が可能であった。慢性関節リウマチ(以下RA)の関節軟骨破壊に軟骨細胞外マトリックスの分解は必須であり、一群のマトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)の関与が近年明らかになってきた。本研究課題の目的は、RA関節軟骨破壊に及ぼすMMPの分子作用機構を明らかにすることである。本年度得られた研究成果は、以下の如くである。(1).潜在型MMP-2活性化酵素のMT1-MMPとMT3-MMPは、MMPの組織インヒビター(TIMP-1,2,3)のうちTIMP-1では阻害されないことを明らかにするとともに、MT3-MMPも細胞外マトリックス成分を分解することを示した。また、MT1-MMPはある条件下で細胞膜よりsheddingされることを見出した。(2).ゼラチンフイルムを用いたin situ zymography法を開発し、MT1-MMPにより活性化された潜在型MMP-2のゼラチン分解活性を癌組織内で直接検出することに成功した。(3).RA滑膜組織においては潜在型MMP-2の活性化がみられ、MT1,2,3-MMPのうちMT1-MMPの作用により活性化されていることを明らかにした。また、MT1-MMPはRA滑膜表層細胞に局在し、in situ zymographyで同部にゼラチン分解活性が実証された。(4).RAと変形性関節症の関節液中MMP(MMP-1,2,3,7,8,9,13)とTIMP(TIMP-1,2)産生量を測定するとともに、関節液中のメタロプロテアーゼ活性を測定することにより、RA関節液ではMMP量がTIMP量を上回っていることを示した。(5).MMPに対する合成インヒビターを製薬企業と共同で開発し、MT1-MMPに対する有効なインヒビターを開発した。また、RA滑膜細胞をペントサンポリ硫酸で刺激すると、TIMP-3は転写後のレベルで特異的に産生亢進されることを明らかにした。
生きた細胞内における網状群体形成に関与するオルガネラと分子の局在変化の追跡

今年度も形質転換アミミドロの作製方法について検討した。既知のプロモーターの中で、緑藻でよく使われており、緑藻アミミドロと系統的に比較的近いと考えられる、クラミドモナスのルビスコスモールサブユニット2プロモーター(RBCS2)が使用できるかどうか、RBCS2-bacterial ble gene(zeomycin耐性)が組み込まれたプラスミドを用いて、詳細な条件検討を行なった。パーティクルガン法を用い、遊走子形成直前の原形質分割途中の細胞および単核細胞からなる形成直後の群体に、弾の種類や作製法、撃ち込む強さ、銃とサンプルとの距離等、撃ち込み条件を変え遺伝子導入を試みた。また、グラスビーズ法で細胞壁を持たない遊走子の時期の細胞および群体形成直後の細胞壁の薄い細胞を用いて、プラスミドの濃度、ボルテックスの時間と強さ、などを変え、遺伝子導入を試みた。両方法とも、選択培地中のzeomycinの濃度や遺伝子が導入された細胞と無処理細胞との生長の差を詳細に比較し、形質転換細胞の選択を行なった。しかし、検討した条件の中では、いずれも明確に形質転換されたと判断できる細胞が得られなかった。クラミドモナスはアミミドロとは分類上で異なる目に属しており、アミミドロ細胞内ではクラミドモナスのプロモーターがうまく機能しないのかもしれない。そこで、アミミドロ細胞内で強く働くプロモーターを得るため、アミミドロ遊走子で発現量の多いタンパク質を検討および同定し、そのプロモーターを取り出そうとしている。形質転換アミミドロの作製方法について検討した。植物の既知のプロモーターのうち、カリフラワーモザイクウイルス35SRNAプロモーター(CaMV35S)、トウモロコシのルビスコスモールサブユニットプロモーター(RBCS)、クラミドモナスのルビスコスモールサブユニット2プロモーター(RBCS2)が使用できるかどうかについて調べた。CaMV35S-GUS、RBCS-GUS、CaMV35S-GFP-cytosolあるいはmicrobodyへのシグナル配列、CaMV35S-GFP-TUA6、RBCS2-bacterial ble gene(zeomycin耐性)が組み込まれたプラスミドを購入または分与していただき、アミミドロ細胞の形質転換を試みた。遺伝子の導入方法としては、アグロバクテリウム法、パーティクルガン法、グラスビーズ法、ホウ酸アルミニウムウィスカー法を用い、さまざまな条件検討を行った。アミミドロは栄養細胞と遊走子形成中の細胞を用いた。今回の実験では、分子およびオルガネラの観察が可能となる形質転換細胞は得られなかった。原因としては、導入した遺伝子の発現量が少ない、遺伝子の導入効率が低い、プロモーターが動かない、翻訳ができない、などの可能性が考えられた。導入するキメラ遺伝子、遺伝子導入方法と細胞への導入時期について、さらに検討を要する。
脊髄損傷に対する神経幹細胞移植及びセマフォリン3A等の軸策伸展阻害因子の中和

脊髄損傷に対する治療として、われわれはこれまで神経幹細胞移植の有効性を報告してきた。さらなる損傷軸索の再生を得る為には、中枢神経系に存在する軸索伸展阻害因子の問題の解決が重要となってくる。われわれは、軸索伸展阻害因子の1つであるSemaphorin3A(Sema3A)に対して最も強い阻害活性を持つ物質を同定し、その脊髄損傷に対する有効性を検討した。まず、in vitroにおけるcollapse assayやcollagen co-culture assayを用いて、約14万種類の化合物をスクリーニングし、Sema3Aに対する阻害活性の最も強い物質を同定した。次に損傷脊髄内におけるSema3Aなどの軸索伸展阻害因子の発現を経時的にWestern blotting等を用いて解析した後、本剤(SM-216289)の脊髄損傷に対する有効性を検討するために、成体ラット胸髄完全切断モデルを作製し、切断部にosmotic mini pumpを留置して4週間本剤を持続投与した。損傷後、BBB scoring等による経時的な運動機能評価を行い、また損傷後14週の時点でneurofilament(RT97)・GAP43・CGRP・vWF等に対する免疫組織染色等を行った。免疫組織学的解析では、本剤投与群では切断部及びその頭尾側部に有意に多くの再生軸索及び再生血管が認められ、また、損傷部に於いてapoptosisに至っている細胞数の有意な減少も認められた。さらに運動機能評価に於いては本剤投与群では非投与群と比較して有意な後肢運動機能の回復が認められた。これらの結果は、脊髄損傷後に発現する軸索伸展阻害因子の中で、Sema3Aが重要な役割を果たしていることを示唆するとともに、脊髄損傷の治療に於いて本剤が有効性を示す可能性を示唆するものと考える。
熱環境下における岩石フラクチャーの透水・力学特性変化メカニズムの解明

熱水貯蔵システムや高レベル放射線廃棄物の地層処分では地下岩盤空洞の長期性能評価が重要な課題となる.これらの空洞では周辺岩盤に非定常の温度分布が生じ,熱応力も発生する.結晶質性の硬岩では不連続面が水理学・力学的な弱面になるため,これらの透水・力学挙動を把握することは重要な課題の一つである.本研究では高温・高圧下における結晶質岩不連続面の透水挙動を定量的に評価し,鉱物の溶解作用が透水性に及ぼす影響を明らかにした.また,これらの成果をさらに発展させ,不連続面への力学作用が透水挙動や鉱物溶解作用に及ぼす影響いついて定量的に評価し,透水・力学特性変化メカニズムを解明した.熱水貯蔵システムや高レベル放射線廃棄物の地層処分では地下岩盤空洞の長期性能評価が重要な課題となる.これらの空洞では周辺岩盤に非定常の温度分布が生じ,熱応力も発生する.結晶質性の硬岩では不連続面が水理学・力学的な弱面になるため,これらの透水・力学挙動を把握することは重要な課題の一つである.研究代表者は高温・高圧下における結晶質岩不連続面の透水挙動を定量的に評価し,鉱物の溶解作用が透水性に及ぼす影響を明らかにした.本研究では,これらの成果をさらに発展させ,不連続面への力学作用が透水挙動や鉱物溶解作用に及ぼす影響について定量的に評価し,透水・力学特性変化メカニズムの解明を行う.具体的には,不連続面の透水特性変化に及ぼす力学的作用の定量評価は十分ではないことから,不溶解性流体を用いた鉱物溶解現象のない透水実験による力学的作用の影響を定量的に評価する.また,不連続面垂直方向への持続載荷実験(クリープ実験)により不連続面の開口幅変化を把握し,力学的作用の定量評価を行う.つぎに,現有の岩石せん断実験装置に透水機能を持たせ実験を行い,不連続面に平行方向のせん断応力が透水・力学特性変化に及ぼす影響について評価する.さらに,高温・高圧環境下での透水・せん断履歴を受けた不連続面表面の微視構造観察を行い,透水・力学特性変化に影響を及ぼす要因を探索する.これらの結果により,熱環境下における岩石フラクチャーの透水・力学特性変化メカニズムを解明する.平成25年度は,(1)不連続面垂直方向への持続載荷実験(クリープ実験)による力学的作用の定量評価,(2)熱環境状態を保持した不連続面のせん断・透水特性の経時変化を実験により定量評価した.熱水貯蔵システムや高レベル放射線廃棄物の地層処分では地下岩盤空洞の長期性能評価が重要な課題となる.これらの空洞では周辺岩盤に非定常の温度分布が生じ,熱応力も発生する.結晶質性の硬岩では不連続面が水理学・力学的な弱面になるため,これらの透水・力学挙動を把握することは重要な課題の一つである.本研究では高温・高圧下における結晶質岩不連続面の透水挙動を定量的に評価し,鉱物の溶解作用が透水性に及ぼす影響を明らかにした.また,これらの成果をさらに発展させ,不連続面への力学作用が透水挙動や鉱物溶解作用に及ぼす影響いついて定量的に評価し,透水・力学特性変化メカニズムを解明した.熱水貯蔵システムや高レベル放射線廃棄物の地層処分では地下岩盤空洞の長期性能評価が重要な課題となる.これらの空洞では周辺岩盤に非定常の温度分布が生じ,熱応力も発生する.結晶質性の硬岩では不連続面が水理学・力学的な弱面になるため,これらの透水・力学挙動を把握することは重要な課題の一つである.申請者は高温・高圧下における結晶質岩不連続面の透水挙動を定量的に評価し,鉱物の溶解作用が透水性に及ぼす影響を明らかにした.本申請の研究では,これらの成果をさらに発展させ,不連続面への力学作用が透水挙動や鉱物溶解作用に及ぼす影響について定量的に評価し,透水・力学特性変化メカニズムの解明を行う.これまでの研究成果から見出された課題の解決を目指す.具体的には,不連続面の透水特性変化に及ぼす力学的作用の定量評価は十分ではないことから,不溶解性流体を用いた鉱物溶解現象のない透水実験による力学的作用の影響を定量的に評価する.また,不連続面垂直方向への持続載荷実験(クリープ実験)により不連続面の開口幅変化を把握し,力学的作用の定量評価を行う.つぎに,現有の岩石せん断実験装置に透水機能を持たせ実験を行い,不連続面に平行方向のせん断応力が透水・力学特性変化に及ぼす影響について評価する.さらに,高温・高圧環境下での透水・せん断履歴を受けた不連続面表面の微視構造観察を行い,透水・力学特性変化に影響を及ぼす要因を探索する.これらの結果により,熱環境下における岩石フラクチャーの透水・力学特性変化メカニズムを解明する.平成24年度は,(1)不溶解性流体を用いた(鉱物溶解現象のない)透水実験による力学的作用の影響評価,(2)不連続面垂直方向への持続載荷実験(クリープ実験)による力学的作用の定量評価を実施した.熱水貯蔵システムや高レベル放射線廃棄物の地層処分では地下岩盤空洞の長期性能評価が重要な課題となる.これらの空洞では周辺岩盤に非定常の温度分布が生じ,熱応力も発生する.結晶質性の硬岩では不連続面が水理学・力学的な弱面になるため,これらの透水・力学挙動を把握することは重要な課題の一つである.

申請者は高温・高圧下における結晶質岩不連続面の透水挙動を定量的に評価し,鉱物の溶解作用が透水性に及ぼす影響を明らかにした.本研究では,これらの成果をさらに発展させ,不連続面への力学作用が透水挙動や鉱物溶解作用に及ぼす影響について定量的に評価し,透水・力学特性変化メカニズムの解明を行なった.本年度は特に岩石の連続透水せん断試験を実施し,不連続面の力学特性について検討した.熱環境における不連続面の変形挙動評価を目的として,持続載荷連続透水・せん断実験を実施した.試料は軸に対し30度傾斜したSaw-cut不連続面を有する直径5高さ10 cmのべレア砂岩供試体を用い,三軸セル内で拘束圧7.5 MPa,温度摂氏90度に保持した状態で連続的に透水試験を実施し,透水性の変化を測定した.また,実験開始時と一定期間経過後において,軸差応力を増加させ不連続面にせん断変位を生じさせることにより,軸差応力ー軸ひずみ関係を得,弾性係数の変化を評価した.120日間の持続載荷では,初期剛性および最終剛性が10 %30 %増加していた.また,透過率は初期には低下傾向を示し,次第に変化が小さくなった.その間の透過水中の元素濃度の経時変化は小さかった.岩盤力学平成25年度は,(1)不連続面垂直方向への持続載荷実験(クリープ実験)による力学的作用の定量評価,(2)熱環境状態を保持した不連続面のせん断・透水特性の経時変化を実験により定量評価した.具体的には(2)不連続面垂直方向への持続載荷実験(クリープ実験)による力学的作用の定量評価を実施した.持続載荷実験用セルおよび温度循環装置を用いて持続載荷実験として透水実験と同様な温度,応力,時間条件において実施した.供試体は乾燥,湿潤(純粋,不溶解性流体)にて行ない,変位はひずみゲージ,レーザー変位計,ピストン変位など複数で計測した.同時に循環流体の定量分析も行い,載荷実験の結果から力学的作用の影響を定量評価した.(2)熱環境状態を保持した不連続面のせん断・透水特性においては熱環境にて保持された不連続面に対し,透水を行いながらせん断試験を実施し,せん断特性の経時変化を把握し,透水特性との関連性を評価した.平成24年度は,(1)不溶解性流体を用いた(鉱物溶解現象のない)透水実験による力学的作用の影響評価を実施した.具体的には透水実験でシリコンオイル等の不溶解性流体を用いて,鉱物溶解の生じない状態において,温度(20-90°C),応力(0-10MPa),時間(1000時間程度)の条件下で実験実施した.同時に透過した流体(溶液)をサンプリング保存し,実験結果を鉱物溶解条件の既往の実験結果と比較検討することにより,力学的作用の影響を定量的に評価した.また,(2)不連続面の微視的構造の変化の把握(定量分析),サンプリング溶液の定量測定(ICP分析,pH測定),不連続面の微視構造観察(SEM, EDX)を実施した.また,(2)不連続面垂直方向への持続載荷実験(クリープ実験)による力学的作用の定量評価を実施した.具体的には実験準備として持続載荷実験用セルおよび温度循環装置の作製,持続載荷実験として透水実験と同様な温度,応力,時間条件において実施した.供試体は乾燥,湿潤(純粋,不溶解性流体)にて行ない,変位はひずみゲージ,レーザー変位計,ピストン変位など複数で計測した.同時に循環流体の定量分析も行い,載荷実験の結果から力学的作用の影響を定量評価した.平成26年度は,アルカリ環境流体を用いた透水実験による化学・力学的作用の影響評価,不連続面せん断透水実験によるせん断応力が透水特性に及ぼす影響の検討
オステオポンチン遺伝子のノックアウトマウスを用いた骨粗鬆症の病態生理学的解析

オステオポンチンは、骨芽細胞が産生する非コラーゲン性の蛋白質の中で、最も多量に存在する蛋白である。本研究においては、このオステオポンチンの生体内での骨代謝における機能を明らかにする目的でオステオポンチン遺伝子のノックアウトマウスを共同研究により作成した。このオステオポンチンノックアウトマウスは、正常な成長速度を示し、また妊娠も可能であった。このマウスの骨髄細胞を培養することにより、破骨細胞の形成能を検討したところ、ビタミンDの存在下での破骨細胞の形成能がオステオポンチンノックアウトマウスでは、野生型に比べ高まっていることが明らかになった。さらに骨吸収との関連をより追及するために骨髄の除去手術をオステオポンチンのノックアウトマウスを用いて行った。この手術の後では、急激な骨の形成に続き、急激な骨の吸収が起こることが野生型では一週間ごとの経過でみられたのに対し、オステオポンチンのノックアウトマウスでは形成は正常にみられたが、吸収が著しく抑制されていることから生体内においてオステオポンチンが破骨細胞の骨吸収能の上で促進的な重要な意義を持つことが明らかになった。さらにヒトの骨粗鬆症の動物モデルである卵巣摘除動物を用いて、骨の吸収能の亢進状態を作成したところ、野生型においては破骨細胞数が顕著に増加し、骨の量が4週以内に急激に減少したのに対し、オステオポンチンのノックアウト動物ではこの急激な吸収が抑制されており、さらにまた破骨細胞数の著明な増加もみられず、骨粗鬆症の病態の成立に際しての明らかな破骨細胞形の機能に対するオステオポンチンの促進的な役割が解明された。さらにこのモデルでは、骨の形成に関わる骨芽細胞の機能を示す骨形成速度の上昇が野生型では卵巣摘除後に起こり、高回転型の骨粗鬆症の病態を示すのに対し、オステオポンチンのノックアウトマウスではこの骨形成のパラメーターの変化が全く起こらず、この結果、骨形成の面で骨吸収からの影響、と同時にオステオポンチンの欠損による骨形成の変化への抑制が存在することが推察された。さらにオステオポンチンの機能を解析する上で、この分子の遺伝子の発現制御に関わる転写因子の機能をCbfaを中心に解析するとともに、オステオポンチンが発現する対象である軟骨組織においてノックアウトマウスを用いた機能異常の存在を明らかにした。以上の研究の結果、オステオポンチンが欠損することは動物において正常な出生や成長には関わらないものの成体となったマウスにおいては、骨粗鬆症状態や骨髄損傷などの病的な状態に対し、応答性が明らかに障害されていることがオステオポンチンのノックアウトマウスの研究により明らかになった。すなわちオステオポンチンの機能は、骨粗鬆症の促進的な要因であり、骨の傷害に対する修復機転の上での調節に深く関わる分子であることが本研究で解明された。

すなわちオステオポンチンの機能は、骨粗鬆症の促進的な要因であり、骨の傷害に対する修復機転の上での調節に深く関わる分子であることが本研究で解明された。平成10年度においてはオステオポンチン遺伝子のノックアウトマウスにおける生体内での骨量維持機構の異常と病態生理についての検索を行った。即ち、閉経後性の骨粗鬆症におけるオステオポンチン遺伝子欠如の影響を調査するために、オステオポンチン遺伝子の欠損するノックアウトマウスおよびその野生型の対照群ともに卵巣を摘除した。卵巣摘除後、4週間までの過程において体重の変化、動物の行動、ならびに子宮の重量および骨における骨量の変化を検討した。この結果、体重の変化が全く無いにも関わらず、卵巣摘除群では野生型とオステオポンチンノックアウトマウスの両方においてほぼ同等の子宮の重量の低下が観察された。一方、骨量に関しては、卵巣摘除後に野生型において脛骨ならびに大腿骨の海綿骨量の明らかな減少が見られるのに対し、オステオポンチンのノックアウトマウスにおいては、その骨量低下が有意に抑制された。即ち、オステオポンチンは卵巣摘除後のマウスの骨量の減少を促進する役割を持つことが明らかになった。このことは、閉経後の骨粗鮎症の患者においても、オステオポンチン遺伝子の発現のレベルによってその骨量の減少レベルが変動を受けることを示唆する。卵巣摘除後の過程において酒石酸耐性酸性フォスファターゼ(TRACP)陽性の細胞が如何に変化するかを検討したところ、野生型では卵巣摘除によって酒石酸耐性酸性フォスファターゼの陽性細胞が増えるのに対し、オステオポンチンの遺伝子ノックアウトマウスにおいては、この酒石酸耐性酸性フォスファターゼ陽性の多核の破骨細胞が卵巣摘除をしない群においても既に有意に多く、また、卵巣摘除後にはその数が高いまま維持されることが明らかとなった。以上の平成10年の研究の結果、オステオポンチンが骨粗鬆症の病態生理に深く関わる分子であることが初めて生体内で明らかとなった。本国際研究においては、ラトガース大学生物学研究所のDr.David T.Denhardtとともに、骨芽細胞並びに破骨細胞の産生する骨基質分子の一つであるオステオポンチン遺伝子のノックアウトマウスを作成した。このノックアウトマウスにおいて、オステオポンチンの骨吸収及び骨形成の異常における機能を解明する目的で閉経後骨粗鬆症モデルをマウスの卵巣適除を行う事により、作成し、これにより骨の減少及びこれに引き続く二次的な骨の代謝の回転の亢進状態を検討した。この状態における野生型の骨の量は急激な減少を示したのに対し、オステオポンチンのノックアウトマウスにおいては、急激な骨量の減少が阻止されていることを発見した。さらに骨の急激な減少は、これに伴う細胞間シグナルに基づく、骨形成の亢進をもたらすことが野生型で明らかであったが、オステオポンチンノックアウトマウスにおいては、この骨の形成の亢進も全く見られなかった。一方、破骨細胞の数で見ると野生型においては、骨吸収の亢進が破骨細胞の急激な増加と相関していたのに対し、オステオポンチンのノックアウトマウスにおいては、卵巣適除を用いた骨粗鬆症モデルにおいても破骨細胞の数の変化は卵巣摘除の前と後でほぼ同等であり、これらの観察から卵巣摘除にともなって起こる骨の吸収活性の亢進に至る過程にオステオポンチンが必須の役割を持つことを初めて明らかにした。