hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
能動型衛星センサーによる雲・エーロゾルの相互作用に関する研究

雲は太陽光を反射し気候に大きな影響を与えている。しかし、その特性は大気中のエーロゾルや降水により大きく変わるため、まだ不明な点が多い。本研究では、太陽反射率等の算定や雨滴形成に重要な要素である雲粒サイズが全球でどのような特徴を持っているか衛星を用いて調べた。その結果、雲粒サイズが降水の有無により大きく変わること、また雲粒臨界サイズと呼ばれる、ある大きさを境に雲光学的厚さと雲粒サイズの関係が正から負の相関に反転するなど興味深い事実が明らかになった。これらは雲とエーロゾルや降水の相互作用の解明に役立つもので、気候予測のモデル化に繋がる知見が得られた。本研究は、衛星搭載能動型・受動型センサーの複合利用により、エーロゾルの間接効果に関する知見を得るものである。初年度であるH18年度は、翌2年度以降に実施する本格的な解析のための準備作業を行った。衛星搭載レーダー、ライダー並びに可視・赤外放射計データを宇宙航空研究開発機構、米国航空宇宙局から収集すると共にこれらのデータ処理プログラム並びに衛星データからエーロゾルの光学的厚さ、有効半径を抽出するための放射伝達モデル、地表面特性モデル、非球形粒子の散乱モデルなどを開発した。これらの衛星データの多くはHDF (Hierarchical Data Format)と呼ばれる特殊な形式で保存されており、通常IDL等のツールを用いて解読されている。しかし、本研究では気候値のような高度処理データではなく生データに近い低レベルの大量のデータを利用・解析する。本研究で開発したものは、高速でHDF形式のデータを読み込むためのプログラムである。観測領域、時刻はセンサー毎に異なる。このため、複数センサーの同一観測地点・時刻のマッチアップデータを作成し、また等間隔の緯度経度にデータを割り当てたグリッドデータを作成した。これらの観測データを複合利用することで、雲の微物理特性のみならずエーロゾル、降水についての知見が得られるものと期待できる。エーロゾルの間接効果を理解する上で最も重要な雲粒サイズならびに光学的厚さを、衛星搭載可視・赤外放射計の可視チャンネルおよび近赤外チャンネルの放射輝度から試験的に抽出し、観測値および抽出手法の精度・信頼性を確認した。試験的な観測ながら、雲粒サイズの最大値が気象条件、特に降水状態により大きく変わるという興味深い結果が得られている。いわゆる臨界雲粒サイズに関連するもので一部の結果を国際学会で発表すると共に、さらにデータ解析を継続中である。本研究は、衛星搭載能動型・受け動型センサーの複合利用により、エーロゾルの間接効果に関する知見を得るものである。エーロゾルは雲核として働くため、エーロゾル数濃度により雲粒サイズが変わり、太陽反射率か変化する。この効果は第1間接効果と呼ばれている。また、汚染大気のような高濃度エーロゾル地域では雲粒サイズが小さくなり、降水が抑制され第2間接効果と呼ばれている。この第2間接効果では、どの程度雲粒サイズが減少すると降水が抑制されるかを知ることが重要である。このため本研究では衛星搭載レーダーと可視・赤外放射計の複合利により雲、降水の同時観測を行う。平成19年度は、衛星搭載レーダー並ひに可視・赤外放射計の全球データの解析を行った。衛星搭載レーダーから降水強度を、可視・赤外放射計から雲の有効半径を抽出しその関係を調べた。雲粒サイズが降水を伴う雲と伴わない雲とで差があるか調べたところ、雲粒最大粒径に大きな差が見られるた。降水を伴わない雲では15-20μmであったのに対し、降水を伴う雲では30μmと急増、ジャンプすることが分かった。成長過程初めの雲粒は凝結により連続的に成長するが、あるサイズを超えると雲粒同土の衝突等により急速に、数値モデルの結果では15-20μmと言われている。エーロゾル第2間接効果に関連する重要なパラメータである。降水を伴う雲、伴わない雲での雲粒サイズの変化はこの臨海サイズが実際の大気でも存在することを示唆している。この結果について国内外の学会で発表した。また国際誌に掲載された。エーロゾルは雲核として働くため、エーロゾル数濃度により雲粒サイズが変わり、太陽反射率が変化する。この第2間接効果では、どの程度雲粒サイズが減少すると降水が抑制されるかまた光学的厚さが降水でどう変化するかを知ることが重要である。このため衛星により雲・降水同時観測を行った。

平成20年度は、降雨レーダから地表付近の降水強度、可視・赤外放射計のCh1とCh3の放射輝度から雲光学的厚さと有効半径を算出した。雲光学的厚さと降水量をプロットするとバラツキが大きく明確な相関は見られなかった。しかし、平均をとると光学的厚さは、降水強度と共に増加する傾向が明瞭にみられた。光学的厚さは、雲に含まれる雲水量および雲粒粒形分布で決まる。雲水量と降水強度の関係を調べると、雲水量は降水強度と共に増加する傾向にあることが分かった。上述した、光学的厚さの降水強度に対する増加傾向と類似しており、光学的厚さの増加は一義的には雲水量の増加に起因することが分かった。光学的厚さと雲水量は降水強度と共に増加傾向にあるが、雲水量の方がより大きな増加を示した。光学的厚さは雲水量に比例して変化するため、粒形分布も降水強度と共に変わったものと推定される。有効半径と降水強度の関係を調べると、有効半径は降水強度と共に増加する傾向にあることが分かった。特に降水を伴わない雲から弱い降水を伴う雲においての増加が顕著に認められた。有効半径の増加は、雲粒->雨滴への変換過程における雲の雲粒粒形分布の変化がもたらしたものである。雲粒が成長しDrizzleが生成される場合、雲粒粒形分布の幅が広がることが数値モデルや観測から指摘されている。エーロゾルの間接効果は、高濃度エーロゾル地域では雲粒サイズが小さくなりアルベドが変質、また、降水が抑制され、降水による雲粒除去作用が減り曇の寿命が長くなるというものである。粒形分布の幅の変化はアルベドに大きな影響を与えるにも関わらず、アルベドの変質においては、通常粒形分布の形状の変化は考慮されていないため、粒形分布の幅の広がりはエーロゾルの間接効果に大きな影響を及ぼす。本研究における観測結果についても粒形分布の広がりがあったものと推定される。この誌結について国内外の学会で発表すると共に国際誌に投稿、掲載された。
インターロイキン18(IFN-γ誘導因子)の破骨細胞形成抑制機構の解析

マウス骨芽細胞と骨髄細胞を用いた共存培養系によってリコンビナントIL-18の生物活性の検討を行ったところ、予想通りIL-18は各種骨吸収促進因子によって誘導される破骨細胞の形成を全て強力に抑制した。IL-18はリンパ球あるいは単球において、IFN-γおよびGM-CSF産出を亢進することが報告されている。また、リコンビナントIFN-γまたはGM-CSFを共存培養に添加すると、IL-18と同様に破骨細胞形成は阻止される。そこで、IFN-γII型レセプター遺伝子欠陥マウスおよびGM-CSF遺伝子欠損マウスを用いて、IL-18による破骨細胞形成抑制機構の解析を行った。その結果医科の新しい知見が明らかとなった。IL-18はまずTリンパ球に作用することによってGM-CSFの産出を促進する。GM-CSFはそのレセプターが存在するマクロファージ系の破骨細胞前駆細胞に作用することによって破骨細胞の分化を阻害する可能性が考えられた。最近、IL-18は自己免疫性糖尿病や慢性関節リウマチの発症過程に関与している可能性も示されている。今後、骨代謝におけるIL-18の生理的役割を解明することが課題である。共存培養系を用いてリコンビナントIL-18の生物活性の検討を行ったところ、IL-18は各種骨吸収促進因子によって誘導される破骨細胞の形成を全て強力に抑制した。IL-18はリンパ球あるいは単球において、IFN-γおよびGM-CSF産生を亢進することが報告されている。そこで、IL-18の破骨細胞の形成阻害にIFN-γが関与しているか否かを調べるために、IFN-γII型レセプターノックアウトマウスより骨芽細胞と脾細胞を調製し、IFN-γの信号が伝達されない破骨細胞形成系におけるIL-18の効果を検討した。その結果、IFN-γレセプターが欠如した共存培養系における破骨細胞形成に対してIFN-γは影響を及ぼさなかったが、IL-18は正常共存培養と同様に破骨細胞形成を強力に抑制した。この結果より、IL-18の破骨細胞の分化抑制機構にIFN-γは関与していないことが明らかにされた。IL-18のセカンドメッセンジャーのもう1つの候補であるGM-CSFに関する実験を行った。GM-CSFノックアウトマウス由来の骨芽細胞と骨髄細胞の共存培養系において誘導される破骨細胞の形成をIL-18は全く抑制しなかった。また、正常マウス由来の骨芽細胞とGM-CSFノックアウトマウス由来の脾細胞との共存培養系において、IL-18は破骨細胞形成を抑制しなかったが、GM-CSF欠損骨芽細胞と正常脾細胞との共存培養系においては、IL-18は破骨細胞の形成を強く抑制した。以上の結果より、IL-18は骨芽細胞に作用するのではなく、破骨細胞前駆細胞を含む脾臓由来の血液細胞群に作用することにより、GM-CSFの産生亢進を介して破骨細胞の分化を抑制することが証明された。IL-18のセカンドメッセンジャーの1つの候補であるGM-CSFに関する実験を行った。その結果、GM-CSFノックアウトマウス由来の骨芽細胞と骨髄細胞の共存培養系において誘導される破骨細胞の形成をIL-18は全く抑制しなかった。以上の結果より、IL-18は骨芽細胞に作用するのではなく、破骨細胞前駆細胞を含む脾臓由来の細胞群に作用することにより、GM-CSFの産出亢進を介して破骨細胞の分化を抑制することが証明された。さらに、IL-18によるGM-CSF産出細胞を同定する実験を行った。

脾臓細胞画分からTリンパ球に対する特異抗体を用いてTリンパ球を除去した細胞群を骨芽細胞と共存培養しても、骨吸収促進因子の刺激により破骨細胞は誘導される。しかし、この共存培養においてIL-18は破骨細胞の形成を全く抑制しなかった。この共存培養系に正常マウス脾臓細胞から調製したTリンパ球を添加すると、IL-18は破骨細胞の形成を抑制した。
意思決定における意図と結果の乖離検出の失敗(選択盲目)に関する認知心理学的研究

人間は時には自分の意図を正しく理解していないばかりか、自分の行動を説明するためのストーリーを「後付けで」構築する傾向がある。この現象を実験心理学的に調べることのできる「Choice Blindness(選択盲目)」現象の成立過程を調べるために、平成20年度はChoice Blindness現象が、購買行動のシミュレーション場面で、選択要因が明言されている場合にも起きるかを調べた。その結果、購入するもののポジティブな側面とネガティブな側面の一部を入れ替えても、それに気づく被験者は少ないことが分かった。さらには、それらの選択要因の重要度もすり替える事によって変化する可能性が明らかになった。この知見は、Choice Blindness現象が「全体的な印象」だけでなく「選択の明言的な要因」にも起きる事を示している。この結果は、国内外の学会でするとともに、いくつかの研究会でも紹介した。さらに本年度は「Choice Blindness」現象の解明に加えて、自己の発話中の情動とそのフィードバックの影響を調べる新しい実験パラダイムを考案し、情動理解における内的状態と外的条件の関係を調べる研究をスタートした。その結果、外的に操作された情動フィードバックが被験者の情動に影響を及ぼす可能性を示唆するデータを得た。以上の研究成果は、すでに国際学会などで発表しているが、今後の共同研究のなかで発展させていく予定である。人間は時には自分の意図を正しく理解していないばかりか、自分の行動を説明するためのストーリーを「後付けで」構築する傾向がある.この現象を実験心理学的に調べることのできる「Choice Blindness(選択盲目)」現象の成立過程を調べるために、まず本年度はChoice Blindness現象がコンピュータ画面上(あるいはオンライン上)でも生起しうるのか、する場合にはどんな条件が必要なのかを調べた.その結果、コンピュータ画面上ではChoice Blindness現象が著しく起きにくいことを確認するとともに、その画面上に被験者の行動を促すエージェント(人物のアニメーションなど)を付け加えると、Choice Blindness現象が起きる確率が上がる事も分かった.このような知見は、Choice Blindness現象が「物理的な世界の安定性に関わる知識」と「対人関係における基本的信頼感」に基づいている可能性を示唆すると考えられる.この結果は、外国人特別研究員の経験のために国内の学会でするとともに、いくつかの研究会でも紹介した.また、コンピュータ画面を用いた実験でロバストに、Choice Blindness現象を再現できるパラダイムを模索するなかで、購買行動のシミュレーションを比較的自然なセットアップで行える実験方法を考案し、予備的な実験を行った.実験の結果、Choice Blindness現象を購買判断の場面でも再現可能であること、またその「後付けの理由」に関する操作も比較的容易にできる可能性を示唆するデータを得た.以上の研究成果は、国際学会および国内学会・研究会などで発表している.人間は時には自分の意図を正しく理解していないばかりか、自分の行動を説明するためのストーリーを「後付けで」構築する傾向がある。
平安時代物語文学における王権の多極構造について

本研究のテーマ「平安時代物語文学における王権の多極構造について」は、宮廷を中心とする当時の社会を考える上で、また、物語内の世界のあり方、さらに時代を超越した外部王権への影響を鑑みるに、文学・歴史・文化研究の分野に跨る重要なテーマの一つと言える。研究者は、これまで『源氏物語』を中心に上記の課題に取り組んできたが、当研究ではその射程を広げ、当該年度は『うつほ物語』の王権考察を中心に研究を進めた。『うつほ物語』国譲巻では、源藤二氏の立坊争いが描かれるが、この政治抗争の論理について、平安初期の思想を考える上で重要な「孝」をもとに、考察を行った。その成果は、中古文学会秋季大会(2007年10月7日於山形大学小白川キャンパス教養教育二号館)で報告し、現在、論文化の準備を進めている。また、『源氏物語』・『うつほ物語』・『狭衣物語』の王権構造を比べる試みとして、王権の構成要員である皇后に注目する論考(「皇后・中宮・女御・更衣-物語文学を中心に-」日向一雅編『王朝文学と官職と位階』〈平安文学と隣接諸学4〉竹林舎、2008年5月)を発表した。この論考は、歴史学研究者を中心とする研究会・王権研究会第14回例会(2007年7月7日於専修大学神田校舎1号館8-C会議室)での報告「物語の国母と東宮母-『うつほ物語』と『源氏物語』の場合-」を基にしたものである。また、ここで論じきれなかった問題を、物語研究会4月例会(2008年4月19日、日本大学)にて、「『うつほ物語』の後宮政策-朱雀・今上帝の治世を中心に-」と題して行った。以上、『うつほ物語』の王権考察を中心にしながらも、平安時代物語文学における王権構造について、その構成要員のあり方から、各物語の特徴と連関性を明らかにできたと考える。成果報告の場となった研究会・学会では、分野を越えた議論を交わすことで、次年度への課題も見えてきた。
麻疹ウイルス膜融合開始複合体の構造解析による宿主細胞感染機構の解明

本研究では麻疹ウイルスの細胞感染メカニズムを解明することを目的とする。そのためにH-F複合体の調製を行い、X線結晶構造解析によりその立体構造を明らかにする。得られた複合体構造と既知の単独構造に基づいて構造比較を行い、膜融合制御機構仮説を立てる。その仮設に基づき、変異体ウイルスを作成し、細胞への感染実験により仮説の検証を行う。
血管構造を指標とした悪性腫瘍に対する効果的非観血的治療法の開発

日常臨床で一般的に行われている放射線療法、化学療法、温熱療法を用いた悪性腫瘍に対する効果的な非観血的治療法の処方を構築することを目的に、細胞レベル、実験動物を用いた生体内レベルの二段階による実験を行った。その結果、細胞レベルで高い治療効果が得られる治療法の組合せ(併用療法)では、腫瘍周囲に分布する血管の減少と断片化を生じ、高い治療効果の期待できることが明らかとなった。そして、今回検討した三者併用療法の処方により各治療法の処方量を大幅に低減できることが示唆された。本研究の目的は、悪性腫瘍に対する治療効果の高い非観血的治療法を確立することである。放射線療法、化学療法、温熱療法など、作用機序の異なる各種非観血的治療によって生じる、腫瘍周囲血管構造変化の特徴を明らかにすることで、局所循環系の変化が非観血的治療法の治療効果に及ぼす影響を検討する。その結果から、治療によって生じる腫瘍周囲局所循環系の変化を考慮し、より効果的な非観血的併用療法の処方を構築する。悪性腫瘍に対する各種非観血的治療法の抗腫瘍効果に関する培養細胞を用いた検証実験を行うのに先立ち、まず実験に使用する細胞株について検討を行った。口腔上皮癌由来悪性腫瘍株であるKB細胞株、HSC-2細胞株、HSC-3細胞株、SCC-4細胞株、SCC-9細胞株を対象に、培養実験およびヌードマウスへの移植実験を行った。その結果、HSC-3、SCC-4、SCC-9の各細胞は細胞増殖速度が遅く、また皮下接種による移植時の腫瘍生着率も低いことから本研究には適さないものと判断し、本研究の計画当初予定していた通り、今回の実験系では主としてKB細胞株を使用することとし、比較や追加検証実験のためにHSC-2細胞株を合わせて使用していくこととした。非観血的治療法として、6MVエックス線照射による放射線療法、43°C加温による温熱療法、タキソイド系抗癌剤ドセタキセルによる化学療法を想定したコロニーアッセイ法によるin vitroでの検証試験を実施した。その結果、それぞれの治療法においてcytotoxic stress doseに依存した抗腫瘍効果が確認され、10Gyの放射線照射、50分の43°C加温、1ng/mlの24時間ドセタキセル培地添加によって、KB細胞はほぼ死滅する結果となった。KB細胞皮下接種により作成した悪性腫瘍モデルマウスに対し、総線量44Gy hypo-fraction照射群(4.4Gy/1fraction、3fractions/week)と、総線量70Gyconventional照射群(2.0Gy/1fraction、5fractions/week)の二群による放射線治療を実施した。その結果、未治療のコントロール群と比較して両群で腫瘍抑制効果を認めたものの、腫瘍サイズの変動は個体間におけるばらつきがかなり大きく、有意差を得ることはできなかった。前年度までの多数の口腔上皮癌由来悪性腫瘍株を用いた研究結果から、今年度の研究実施計画では悪性腫瘍株としてKB細胞株とHSC-2細胞株の二種類を選択して研究を進める予定であった。しかしながら、今年度当初のヌードマウスを用いたin vivoの実験において、HSC-2細胞は各種非観血的治療法に対する感受性が高すぎるため、治療効果の違いを評価するための本研究には余り適さないことが判明した。そこで、それ以降の研究ではHSC-2細胞株の使用を中止しKB細胞株に統一して研究を行った。In vitroの研究では、6MVエックス線照射による放射線療法、43°C加温による温熱療法、微小管阻害剤(ドセタキセル)による化学療法について、コロニーアッセイ法を用いた評価により各治療法における処方量と殺細胞効果関係を明らかにした。さらに、放射線療法と温熱療法あるいは化学療法の併用療法における増感効果を評価し、放射線療法と温熱療法の併用では軽度の増感効果が得られること、放射線療法と化学療法の併用ではより強い増感効果が得られることを定量的に明らかとした。一方、悪性腫瘍モデルマウスを用いたin vivoの研究において、KB腫瘍では臨床の放射線療法で根治線量として照射される70Gyのエックス線照射では、治療効果が全く不十分であることが判明し、治療期間中にも腫瘍の増大するケースが認められた。それに対し、70Gyのエックス線照射期間中に、週1回の43°C約30分の加温を併用した場合や、週1回のドセタキセル投与を併用した場合、十分な治療効果を得られることが明らかとなった。特に、ドセタキセル併用群では腫瘍の著明な縮小が認められ、in vitroとin vivoの実験結果は一致した。悪性腫瘍に対する効果的な非観血的治療法を確立することを目的とし、ヒト口腔上皮由来悪性腫瘍株であるKB細胞株を対象に、6MVエックス線による放射線療法、43°C加温による温熱療法、微小管阻害剤(ドセタキセル)による化学療法を用いた研究を行い以下の研究成果を得た。

コロニーアッセイ法によるin vitroの研究から、それぞれ単独の治療と比較して、放射線療法、温熱療法の二者併用療法では軽度な増感効果が、放射線療法、化学療法の二者併用療法では強い増感効果が得られることが前年度までの研究で明らかとなったが、今年度はさらに放射線療法、温熱療法、化学療法の三者併用療法を加え、単独治療、二者併用療法、三者併用療法における抗腫瘍効果の違いを検討した。そして、三者併用療法では非常に強い増感効果が期待できることを明らかとし、増感効果の程度が放射線の吸収線量と抗癌剤の濃度に強く依存し、加温時間の延長では増感傾向は呈するものの前二者ほどの強い増感効果は期待できないことが明らかとなった。また、KB細胞の皮下接種により作成した腫瘍モデルマウスを用いたin vivoの研究では、通常の放射線療法で口腔扁平上皮癌等の根治線量とされている70Gyの放射線照射では治療効果が全く不十分であるが、温熱療法あるいは化学療法を併用することで十分な治療効果が期待できること、さらに三者併用療法では、各治療法における単独治療時の処方量を半分程度まで低減しても十分な治療効果が得られることを明らかとした。そして、高い治療効果が期待できる治療法ほど、腫瘍周囲の微小血管が減少し、血管の断裂、断片化を生じていることを明らかとした。悪性腫瘍に対する効果的な非観血的治療法の処方を構築することを目的に、ヒト口腔上皮由来悪性腫瘍株のKB細胞株を対象に、6MVエックス線による放射線療法、43°C加温による温熱療法、微小管阻害剤(docetaxel)による化学療法と、それらの併用療法の治療効果についてin vitro、in vivoの研究を行い以下の研究成果を得た。In vitroの治療効果判定にはコロニーアッセイ法による解析を行った。単独治療時との比較により、放射線と温熱併用療法、放射線と化学併用療法、温熱と化学併用療法、およびそれらの三者併用療法における増感効果について、細胞レベルで解析した。その結果、二者併用療法では放射線と化学療法、温熱と化学療法の併用で強い増感効果が得られることを明らかとした。また、三者併用療法ではさらに強い増感効果の得られることも明らかとなり、臨床的な処方で達成できる処方量で、ほぼ細胞を死滅させることの可能であることが確認された。さらに、同細胞株のBALB/cAJcl-nu/nuヌードマウスへの皮下接種により作成した腫瘍モデルマウスを用いてin vivoにおける治療効果判定を行った。その結果、通常の放射線療法で行われる2.OGy/回、5回/週によるエックス線照射70Gyでは、KB腫瘍の約50%の領域で生存細胞の残存することが病理組織学的に確認された。一方、70Gyの放射線照射に週一回の温熱療法を併用した場合や、週1回の化学療法を併用した場合には、生存する腫瘍細胞は認められず、十分な治療効果の期待できることを病理組織学的に確認した。三者併用療法では、単独治療時の処方量を半分程度まで低減しても十分な治療効果の得られることが確認された。そして、治療効果の高い併用療法では、腫瘍内と腫瘍周囲の微小血管が減少し、血管の断裂や断片化が生じることを定量解析により明らかとした。
経験依存的な行動調節を制御する分子・神経機構の包括的解明

本研究は、線虫の塩濃度記憶と行動調節の機構をモデルとして、動物が経験依存的に行動を調節する機構を分子及び神経回路レベルで明らかにする事を目的とする。学習を引き起こす機構を解明するためには、まず必要な神経回路の全貌を明らかにし、その動態を制御する神経機構及び分子機構を知る必要がある。そこで、本研究では1感覚入力から行動出力までを結ぶ神経回路の動態の解析2感覚神経ー介在神経間のシナプス極性を反転させる機構の解明3経験依存的な神経応答を制御する細胞内分子機構の解明、の3点に注目する。
骨形成促進作用を有する次世代型生体活性チタン金属の開発

ストロンチウムイオンやマグネシウムイオンを導入した生体活性処理チタンではin vitroにおいて、MC3T3-E1 cellのintegrinβ1の発現上昇を認め、骨芽細胞への分化促進作用を示した。家兎脛骨に埋植するin vivoモデルでは早期において骨と生体活性処理チタンの結合力の上昇を認めた。導入したイオンが生体活性チタン近傍の骨で認められたことから、イオンが徐放されて近傍の骨に作用したことが示唆された。骨粗鬆症は高齢社会とともに増加してきているが、金属製インプラントを脆弱な骨に固着させるためにはインプラント側のみならず、脆弱な骨を改変する必要がある。そのために骨形成促進作用を有する金属イオンを放出する新規生体活性チタン材料の開発を目指している。我々はチタン金属表面の様々な処理方法を開発してきた。アルカリ加熱処理は水酸化ナトリウムを用いた化学処理および熱処理により純チタンおよびチタン合金に生体活性能(骨伝導能:骨と結合する能力)を付与する技術であり、すでにセメントレス人工股関節として臨床応用され、良好な臨床成績が得られている。また、多孔体チタンへの応用では骨伝導能のみならず骨誘導能(骨を形成する能力)を見出し、その成果を脊椎固定術において臨床応用した。さらに骨伝導能を向上させ、安定した処理層を得るためのカルシウム(Ca)処理を開発し、その安全性と有効性を評価した。ただ、従来の生体活性チタンが有する骨伝導能、骨誘導能は受動的な機能であり、脆弱な骨に対する金属製インプラント手術の成績向上のためにはインプラントに能動的な機能の付与が必要である。近年、マグネシウム(Mg)イオンやストロンチウム(Sr)イオン骨形成に対する有効性が報告され、注目を集めている。骨形成を促進するMgイオンあるいはSrイオンをチタンインプラント表面の処理層に同時に導入し、これらのイオンを擬似生体環境下で徐放させること、in vitroの研究においてアパタイト形成能があり、金属イオンの至適濃度を明らかにした。本研究ではMgイオンおよびSrイオンを導入したCa処理チタンの生体内での評価を行い、その安全性と有効性を評価し、バイオ機能を有する新規金属製生体活性材料の開発を目指す。MgイオンあるいはSrイオンを導入したインプラントの動物(家兎)への埋植は終了し、徐放するイオンの血中濃度測定、骨とインプラントとの固着の程度を測る力学試験、ならびに組織学的調査を行った。力学試験、組織学的調査では当初の想定通りMgあるいはSrイオンを導入したインプラントが良好な成績であった。また、骨中イオン濃度ではインプラントに近傍の骨ではSrイオンを検出し、インプラントから離れた部分の骨では検出しなかった。インプラント周囲の骨のみに作用している可能性が高く、理想的な状況である。血中イオンは術後4週でやや低く、術後16週でやや高い結果であったが、総じて大きな変化はなく、有害な濃度には全く達していなかった。マウスの骨芽系細胞株を用いてインプラント表面での細胞培養も開始しており、細胞活性評価に置いてはMgあるいはSrイオンを導入したインプラントが良好な結果であり、イオンなどによる明らかな毒性は認めていない。遺伝子発現では骨芽細胞の分化マーカーとなる遺伝子群においてMgあるいはSrイオンを導入したインプラントが概ね良好な結果を得ている。また、様々な濃度のMgイオンあるいはSrイオンを付加した培地における細胞の遺伝子発現も調査しており、骨芽細胞の分化に適度なおおよそのイオンの濃度も同定してきている。以上から概ね当初の計画通り進展していると考えている。近年、マグネシウム(Mg)イオンやストロンチウム(Sr)イオンの骨形成に対する有効性が報告され、注目を集めている。MgイオンあるいはSrイオンを導入したインプラントの動物(家兎)への埋植は終了し、イオンの血中濃度測定、骨とインプラントとの固着の程度を測る力学試験、ならびに組織学的調査では概ね良好な結果を得ている。

また、マウスの骨芽系細胞株を用いてインプラント表面での細胞培養でも、細胞活性評価ならびに遺伝子発現では骨芽細胞の分化マーカーとなる遺伝子群においてMgあるいはSrイオンを導入したインプラントが概ね良好な結果を得ている。また、上記細胞のインプラント上での石灰化能(骨芽細胞への分化の指標)を評価したところ、Srイオン導入インプラントが最も石灰可能を示し、次にMgイオン導入インプラントであった。コントロールに比べ有意に分化を示していた。上記の通り良好な結果得ているが、そのメカニズムについて調査も行った。インプラント上で培養した細胞の免疫染色ではintegrin β1の発現がMgあるいはSrイオン導入インプラントで高く、またSrイオン導入インプラントではβ-cateninの遺伝子発現も上昇している。以上より、integrin β1、GSK-3β、β-cateninを介するシグナルにより骨芽系への分化が促進されたのではないかと推察している。以上から概ね当初の計画通り進展していると考えている。骨粗鬆症は高齢社会とともに増加してきているが、金属製インプラントを脆弱な骨に固着させるためにはインプラント側のみならず、脆弱な骨を改変する必要がある。そのために骨形成促進作用を有する金属イオンを放出する新規生体活性チタン材料の開発を目指している。我々はチタン金属表面の様々な処理方法を開発してきた。アルカリ加熱処理は水酸化ナトリウムを用いた化学処理および熱処理により純チタンおよびチタン合金に生体活性能(骨伝導能:骨と結合する能力)を付与する技術であり、すでにセメントレス人工股関節として臨床応用され、良好な臨床成績が得られている。また、多孔体チタンへの応用では骨伝導能のみならず骨誘導能(骨を形成する能力)を見出し、その成果を脊椎固定術において臨床応用した。さらに骨伝導能を向上させ、安定した処理層を得るためのカルシウム(Ca)処理を開発し、その安全性と有効性を評価した。ただ、従来の生体活性チタンが有する骨伝導能、骨誘導能は受動的な機能であり、脆弱な骨に対する金属製インプラント手術の成績向上のためにはインプラントに能動的な機能の付与が必要である。近年、マグネシウム(Mg)イオンやストロンチウム(Sr)イオンの骨形成に対する有効性が報告され、注目を集めている。骨形成を促進するMgイオンあるいはSrイオンをチタンインプラント表面の処理層に同時に導入し、これらのイオンを擬似生体環境下で徐放させること、in vitroの研究においてアパタイト形成能があり、金属イオンの至適濃度を明らかにした。本研究ではMgイオンおよびSrイオンを導入したCa処理チタンの生体内での評価を行い、その安全性と有効性を評価し、バイオ機能を有する新規金属製生体活性材料の開発を目指す。ストロンチウムイオンやマグネシウムイオンを導入した生体活性処理チタンではin vitroにおいて、MC3T3-E1 cellのintegrinβ1の発現上昇を認め、骨芽細胞への分化促進作用を示した。家兎脛骨に埋植するin vivoモデルでは早期において骨と生体活性処理チタンの結合力の上昇を認めた。
黄色ブドウ球菌のグリコペプタイド耐性機構の解析

黄色ブドウ球菌は市中、院内感染の主要な起炎菌であり、なかでもメチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)は、医療上深刻な問題をもたらしてきた。1997年に、バンコマイシンに対する低感受性MRSAの分離症例が初めて報告され、今後、このような菌の分離症例が増えることが懸念される。バンコマイシンのMIC4mg/Lを示す菌は、その耐性度が不安定であり、hetero VRSAとして提唱されている菌も、その遺伝的背景は明らかでない。平成12年度は、黄色ブドウ球菌のグリコペプタイド耐性、特にテイコプラニンに耐性を与える遺伝子として、tcaRABオペロンを同定し、COL株と、NCTC8325株由来のBB255においてこのオペロン変異が薬剤耐性に与える影響を解析し、以下の結果を得た。COLのtcaAのトランスポゾン挿入変異株、ならびにtcaRAB null変異株は、テイコプラニンのMICが8-12mg/Lとなり、親株のMIC 3mg/Lから比べ、3-4倍の上昇が見られた。しかし、これらの変異をNCTC8325由来のBB255に導入しても、テイコプラニンのMIC上昇は、1.5mg/Lから3mg/Lと2倍にとどまった。また、テイコプラニン耐性株14-4から調整したゲノムDNAを用いてBB255を形質転換して得られた株BB938(テイコプラニンMIC24mg/L)においては、sigBの活性調節因子rsbWに変異が入り、sigBが活性化された結果、テイコプラニンのMICが上昇していることが明らかになった。黄色ブドウ球菌のグリコペプタイド耐性、特にテイコプラニン耐性の原因遺伝子をクローニングする目的で、大腸菌のFプラスミド複製開始点と枯草菌のpAMα1複製開始点をともに持つシャトルコスミドベクターpAW13をもちい、テイコプラニン感受性実験室株BB255(MIC,1.5mg/L)の染色体ライブラリーを作成した。このライブラリーDNAを、別の実験室株RN4220(MIC,0.75mg/L)に導入した後に、phage80αをもちいて、テイコプラニン耐性株BB938(MIC,24mg/L)に再導入した。最終的に得られた72の形質導入株のテイコプラニンに対する感受性を調べたところ、3mg/LのMICを示す株が2株得られた。この2株、TPS42とTPS62の染色体を、パルスフィールドゲル電気泳動で解析したところ、TPS42ではテイコプラニン感受性株由来のSmaI-DとSmaI-L DNA断片の一部が、TPS62ではテイコプラニン感受性株由来のSmaI-I断片の一部が、BB938に導入され、この株をテイコプラニンに対して感受性にしていることがわかった。つまり、黄色ブドウ球菌のテイコプラニン耐性に影響を与える遺伝子は少なくとも2つ以上存在し、それぞれ、SmaI-DとSmaI-L DNA断片の接合部近傍、SmaI-Iの断片上に存在し、ともに感受性優位に働いていると考えれらる。今後、医療、検査の現場で、GISAが分離される機会が増加することが予想されるため、これらの遺伝子の特定と、塩基配列の決定が必要である。バンコマイシンのMIC4 mg/Lを示す菌は、その耐性度が不安定であり、hetero VRSAとして提唱されている菌も、その遺伝的背景は明らかでない。

平成12年度は、黄色ブドウ球菌のグリコペプタイド耐性、特にテイコプラニンに耐性を与える遺伝子として、tcaRABオペロンを同定し、COL株と、NCTC8325株由来のBB255においてこのオペロン変異が薬剤耐性に与える影響を解析し、以下の結果を得た。COLのtcaAのトランスポゾン挿入変異株、ならびにtcaRAB null変異株は、テイコプラニンのMICが8-12mg/Lとなり、親株のMIC3mg/Lから比べ、3-4倍の上昇が見られた。しかし、これらの変異をNCTC8325由来のBB255に導入しても、テイコプラニンのMIC上昇は、1.5mg/Lから3mg/Lと2倍にとどまった。また、テイコプラニン耐性株14-4から調整したゲノムDNAを用いてBB255を形質転換して得られた株BB938(テイコプラニンMIC 24 mg/L)においては、sigBの活性調節因子rsbWに変異が入り、sigBが活性化された結果、テイコプラニンのMICが上昇していることが明らかになった。
鰓性器官動脈系の比較解剖学的研究

鰓弓性器官のうち甲状腺と胸腺の動脈をモルモット(60頭),ウサギ(60頭)及びスンクス(72頭)について調査し,既に研究を終了している肉食有袋類,ラット及びヒトに於ける成績と比較検討した.上甲状腺動脈はウサギを除く全ての種で恒常的であるが,ウサギでは中甲状腺動脈が主体である.これは上喉頭動脈が他の種に比べて起始が高く,甲状腺動脈に送らずに独立することによる.ヒト型の下甲状腺動脈は他の種では稀であるが,総頚動脈から起る同じ動脈がラット,モルモット及びウサギに見られる.最下甲状腺動脈は肉食有袋類,ラット,ウサギ及びスンクスでは極めて稀か欠如する.ヒトでは記録のない独立甲状腺動脈がモルモット,ウサギ及びスンクスに比較的豊富に存在する.下胸腺動脈はスンクスを除く全ての種で恒常的であるが,スンクスではこれはほぼ半分の体側で欠如し,残りの半分では中胸腺動脈が分布する、しかし、ウサギとヒトでは中脳腺動脈も高頻度に出現する.最上及び上胸腺動脈はラット,ウサギ及びヒトでは比較的多いが,他の種では稀か欠如する.ヒトに多い中胸腺甲状腺動脈は他の種では極めて稀か欠如する.モルモットの浅頸胸腺は特殊で,その動脈は他の種のそれと比較できないが,ここには舌動脈から起り甲状腺動脈も送る胸腺動脈が見られる.これは他の種にはない最も高い起始の胸腺動脈であり,恐らく両腺に対する最も古く基本的な動脈と考えられる.以上の結果は次のように纏められる.すなわち,甲状腺動脈と胸腺動脈はヒトで最も複雑かつ豊富であり,同時に両腺の動脈がまだ十分に分離していないことを示していると言え,これにモルモット,ウサギ及びスンクスが続く.一方肉食有袋類とラットでは両腺の動脈は非常に単純で,夫々独立している.5週令Hurtley種モルモット雌雄各30頭について、今年度は甲状腺と胸腺の動脈分布を調査した。モルモットは大多数の哺乳類と異なり、胸部胸腺を欠き、浅頚胸腺のみをもつ点で特異な動物である。後者は哺乳類では、草食有袋類にのみ見られるもので、その成績と比較し、甲状腺の動脈については、ヒト、ラット等の成績と比較検討した。前甲状腺動脈は成書では、総頚動脈から起ると記載されているが、これは、この動物では内・外頚動脈分岐部が非常に高い位置にあるためで、実際には、甲状腺の高さで総頚動脈から起るものが多い。然し、中には極めて低い位置から起るものがあり、ヒトとラットとは異なり、食虫類や有袋類の特徴と一致する。後甲状腺動脈の起始は、鎖骨下動脈が主であるが、これはヒトの甲状頚動脈起始と異なり、同じく食虫類と有袋類に似る。草食有袋類の浅頚胸腺の動脈は、上位の舌動脈、顔面動脈由来と、下位の浅頚動脈由来の2群に大別され、動物群によっていづれかが優勢であること、また同時に両者を受ける種があることを報告したが、モルモットにもこの両型が見られる。ただし、雄では上位の動脈が主であり、雌では下位の動脈が主となるという、草食有袋類にはなかった性差が認められた。以上の調査結果から、モルモットは、同じ囓歯類のラットとは異なり、むしろ分類的にはより下位の食虫類や有袋類と特徴を共有することが明らかになった。なお、追加として、近交系モルモット雌雄各5頭を購入し、上記の変異の頻度を調査中である。鰓弓性器官のうち甲状腺と胸腺の動脈をモルモット(60頭),ウサギ(60頭)及びスンクス(72頭)について調査し,既に研究を終了している肉食有袋類,ラット及びヒトに於ける成績と比較検討した.上甲状腺動脈はウサギを除く全ての種で恒常的であるが,ウサギでは中甲状腺動脈が主体である.これは上喉頭動脈が他の種に比べて起始が高く,甲状腺動脈に送らずに独立することによる.ヒト型の下甲状腺動脈は他の種では稀であるが,総頚動脈から起る同じ動脈がラット,モルモット及びウサギに見られる.最下甲状腺動脈は肉食有袋類,ラット,ウサギ及びスンクスでは極めて稀か欠如する.ヒトでは記録のない独立甲状腺動脈がモルモット,ウサギ及びスンクスに比較的豊富に存在する.下胸腺動脈はスンクスを除く全ての種で恒常的であるが,スンクスではこれはほぼ半分の体側で欠如し,残りの半分では中胸腺動脈が分布する、しかし、ウサギとヒトでは中脳腺動脈も高頻度に出現する.最上及び上胸腺動脈はラット,ウサギ及びヒトでは比較的多いが,他の種では稀か欠如する.ヒトに多い中胸腺甲状腺動脈は他の種では極めて稀か欠如する.モルモットの浅頸胸腺は特殊で,その動脈は他の種のそれと比較できないが,ここには舌動脈から起り甲状腺動脈も送る胸腺動脈が見られる.これは他の種にはない最も高い起始の胸腺動脈であり,恐らく両腺に対する最も古く基本的な動脈と考えられる.以上の結果は次のように纏められる.すなわち,甲状腺動脈と胸腺動脈はヒトで最も複雑かつ豊富であり,同時に両腺の動脈がまだ十分に分離していないことを示していると言え,これにモルモット,ウサギ及びスンクスが続く.一方肉食有袋類とラットでは両腺の動脈は非常に単純で,夫々独立している.5週齢イエウサギ雌雄各20頭及び、3週齢雌雄各10頭、合計60頭について、今年度は甲状腺と胸腺の動脈分布を調査し、既に観察を終了している、ヒト、ラット、モルモットなどの成績と比較した。

ウサギの総頚動脈は、分岐部が高く、従って上甲状腺動脈の殆どが総頚動脈から起ると記載される。然しその高さは他の動物種と変らず、腺の範囲にある。上甲状腺動脈は、ヒト、ラットとは異なり、モルモットに似て、上喉頭動脈と共通幹をなす高いものと、下喉頭動脈系統の低い2群がある。またこれもヒトやラットと異り、腺よりかなり低い総頚動脈から起る甲状腺動脈があって、更に低い動脈から起る下甲状腺動脈と区別され、中甲状腺動脈と仮称する。この系統の動脈はモルモットと食虫類に見られる。下甲状腺動脈の起始は広い範囲に互り、これはモルモットとラットの傾向と同じである。最下甲状腺動脈はヒトとモルモットに次いで多い。胸腺動脈主体は内胸動脈由来の下胸腺動脈であることは、全ての動物種に共通であり、その欠如例はその他の破格的胸腺動脈の量と一致するのが普通である。然しウサギはヒトに似て、欠如例が少ないのに、最上・上・中胸腺動脈など他の胸腺動脈の種類と数が極めて多い。以上を纏めると、ウサギの甲状腺動脈は、モルモットに最も近似し、次いでヒトに似る。一方胸腺動脈は最もヒトに似るが、遥かに豊富である。ウサギは特異な位置を占めるようであり、更に検討を要する。食虫類に属するスンクス雌雄各30頭について,今年度は甲状腺と胸腺の動脈分布を調査した.この動物は真獣類の最も基本的な位置を占めるが,その成績をこれまで同様の調査を行って来た.これより下等な有袋類と高等なウサギ,モルモット,ラットおよびヒトの成績と比較検討した.甲状腺の動脈は最も種類の多いモルモット程ではないが,ウサギに次いで多く,この3種で1群をなす.一方最も単純なのは肉食有袋類で,これにラット,草食有袋類とヒトが属し,大きく2群に分れることが明らかになった.即ち,スンクスではヒト型の上甲状腺動脈は少なく,外頚動脈から起る上喉頭動脈に終る上甲状腺動脈と総頚動脈の遠位半分から起る下喉頭動脈に終る中甲状腺動脈(仮称)の2種が圧倒的に多い.ウサギとモルモットではこれ以外に総頚動脈の近位半分から起る下甲状腺動脈があるが,この名称はヒトでは主として甲状頚動脈から起り,ウサギやモルモットでは鎖骨下動脈や内胸動脈から起る同名動脈と紛らわしいが,これまでの研究から後者は気管・食道動脈と称すべきものと考えられる.また甲状腺動脈自体,本来上・下の喉頭動脈であると言う方が本質を表しているとの結論を得た.胸腺動脈はウサギとヒト程種類は多くなく,むしろ肉食有袋類に次いで少ない.しかし,有袋類とラットには全く出現しない,胸腺と甲状腺に同時に枝を送る中胸腺甲状動脈の出現頻度がヒトに次いで多く特異的であるが,このことは甲状腺と胸腺の分離がそれ程完全ではないことを示していると言える.以上の結果から食虫類のスンクスの両腺動脈は程度の差はあるが,分類学的位置と一致して有袋類とその他の種の中間にあると言える.今後食虫類とウサギ類の間に位置する翼手類,およびヒトとの間に位置するツパイと原猿類の調査が必要である.
霊長類比較ゲノム解析とヒトへの進化機構の研究

もっとも特筆すべき成果は,チンパンジー22番染色体の長腕についてゲノム配列の決定および進化解析を行い,2004年にNatureに論文を発表したことである。斎藤成也と藤山秋佐夫は,ともにこの論文の共著者である。この研究により,ヒト-チンパンジー間のアミノ酸配列,およびゲノム配列の詳細な違いが明らかとなり,特に塩基の挿入・欠失パターンに明確な差異が見いだされた。また,チンパンジーを外群として,ヒト種内のSNPデータから塩基置換パターンの推定を行った。その他の大規模研究としては,チンパンジーのBACライブラリーについて末端配列を決定して、ヒトとチンパンジーのゲノムの違いが1.23%であることを明らかにし(Fujiyama et al.,Science,2002),ゴリラのfosmidライブラリーを作製した(Kim et al.,Genomics,2003)。斎藤成也)昨年度に完成したゴリラのフォスミドクローンライブラリーについての論文を投稿した。HoxAクラスター30kb領域の配列決定を終了し,現在解析および論文を作成中である。HoxAクラスターの全配列決定は、ゴリラ7フォスミドクローンとチンパンジーBAC2クローンについてショットガン配列決定を終了し,現在finishingの途中である。チンパンジー22番染色体については、7BACクローンの配列を完成した。現在配列の解析が進んでいる。藤山秋佐夫)チンパンジー、オランウータン、ニホンザルのうち、チンパンジーについては13xのBACライブラリ作成を終了した。ゴリラ、オランウータン、ニホンザルについてはライブラリ作成が進行中である。また、チンパンジーについては、22番染色体特異的フォスミドライブラリ、Y染色体特異的フォスミドライブラリを構築した。チンパンジー染色体22番、23番、Y染色体の長腕全体、もしくは一部の配列解析を進めている。チンパンジー雄4個体、雌1個体から採取した血液から、リンパ芽球細胞株を樹立した。チンパンジー全ゲノムBACライブラリ、上記1)に相当する染色体特異的フォスミドライブラリについて、高密度プール方式によるクローンスクリーニング体制を構築した。チンパンジー22番染色体、23番染色体対応領域についての構造解析のため、前者については長腕全体、後者については長腕約1/3のコンティグクローン地図を作成し、各々共同研究による配列決定に供している。チンパンジー22番染色体、ヒト21番染色体の配列比較に基づき、ゴリラ、オランウータン、ニホンザルについて対応領域の比較を進めている(論文準備中)。また、Y染色体について同様な比較検討を行うための準備を開始した。1)昨年度に完成したゴリラのフォスミドクローンライブラリー構築とその利用についての論文をGenomicsに発表した(Kim et al.2003)。2)ヒト,チンパンジー,ゴリラ,オランウータン4種の順系相同なタンパクコード遺伝子103個を解析し,ヒト特異的なアミノ酸置換を推定した。また,ヒトだけでアミノ酸置換が有意に高く生じている遺伝子をいくつか見いだした。この研究は現在MolecularBiology and Evolutionに印刷中である(Kitano et al.2004)。3)HoxAクラスターの全配列決定を終了し,現在論文を作成中である。ヒトとチンパンジー・ゴリラでは,どの種でもAluやL1などの反復配列が少ないという共通性があるものの,塩基の置換パターンに一部違いが見いだされた。また,マウスからチンパンジーまで高度に保存されている領域でヒトのみ変化の生じている部分が見いだされた。4)チンパンジー22番染色体の配列決定国際コンソーシアムに参加したが,論文を投稿し,現在査読中である。Rh式血液型遺伝子のゲノム領域配列決定を進めている。チンパンジーゲノムについては,BACライブラリーのマップからクローンを特定し,それらBACクローンの配列決定をほぼ終了した。ゴリラゲノムはゴリラのフォスミドクローンライブラリーをスクリーニングしてもつながらなかったため,米国で2003年に作成されたゴリラのBACライブラリーをスクリーニングしている。5)ゴリラ、オランウータン、ニホンザルのBACライブラリ作成が昨年度に引き続き進行中である。6)チンパンジーのY染色体についてBACベースの配列決定を進めている。もっとも特筆すべき成果は,チンパンジー22番染色体(ヒト21番と相同)長腕の全塩基配列を,国際コンソーシアムの一員として決定し,Natureに論文を発表したことである。研究代表者の斎藤成也と分担者の藤山秋佐夫は,ともにこの論文の共著者である。我々が新たに決定したこのチンパンジーのゲノム規模配列とヒトゲノム配列を詳細に比較することにより,タンパク質アミノ酸の違いや塩基の挿入

・欠失のパターンの詳細が明らかになった。また,チンパンジーを外群とすることにより,ヒト種内のSNPデータから塩基置換パターンを推定し,GC含量の平衡値がヒトとチンパンジーで異なる方向に向かっていることが示された,などの成果を上げた。一方,103個のタンパク質コード遺伝子の塩基配列を,ヒト,チンパンジー,ゴリラ,オランウータン4種で比較し,ヒトと類人猿のあいだでの違いを4種類の統計検定を用いて解析した(Kitano et al.,Mol.Biol.Evol.)。その結果,検定法によって有意に違いの出る遺伝子セットが異なっており,明確にヒト特異的な進化をしている遺伝子は発見できなかった。
ビス（カルボニルアミノ）ピリジン構造を利用した大環状化合物の構築

4位に側鎖を有する2,6-ジアミノピリジンを合成し、テレフタル酸クロリドとの縮合反応による大環状化合物の合成を検討した。その結果、溶媒として1,4-ジオキサン、塩基としてN-エチルジイソプロピルアミンを用い、50 °Cで反応を行うと、中程度の分子量を有するオリゴマーが生成した。得られた生成物の混合物のなかから環状化合物の分離を試みたところ、目的物と同程度の分子量の化合物を含む分画を得ることができた。研究計画に基づき、平成24年度はイソブチルオキシ基を有するモノマーの合成を行った。まず、市販のケリダム酸と臭化ベンジルを乾燥アセトン中で加熱還流し、ジベンジルエステル体を収率73%で得た。次にこのジベンジルエステル体をメタノール中でアンモニアと反応させ、ジアミド体を収率98%で得た。さらにジアミド体のベンジルエーテルをDMF中、触媒としてパラジウムカーボンを用いて加水素分解し、OH体を収率99%で得た。このOH体にDMF中でヨウ化イソブチルを作用させ、イソブチルオキシ側鎖をもつジアミドを収率90%で得た。その後、Hofmann転位によりアミドをアミンに変換してモノマーの合成を試みたが、目的物は得られなかった。これは、後処理の際に乾燥剤として用いた無水硫酸マグネシウムに、塩基性である目的物が吸着したためと考えた。そこで塩基性の乾燥剤である炭酸カリウムを用いたところ、目的とするモノマーを収率40%で得ることができた。この反応はスケールを大きくすることによって、収率を71%に向上することが出来た。得られたジアミンモノマーとテレフタル酸クロリドとの縮合反応により、大環状化合物の合成を検討した。その結果、反応は進行して中程度の分子量を有するオリゴマーが生成した。得られた生成物の混合物のなかから環状化合物の分離を試みた。シリカゲルカラムクロマトグラフィーや、クロロホルムを溶離液とするSECモードの分取HPLCで分離を試みたが、生成物がクロマトグラフィーの担体に吸着してしまうため、分離が非常に困難であった。昨年度までに合成法を確立させたジアミノピリジンモノマーを、ケリダム酸から5工程で大量合成し、テレフタル酸クロリドと反応させることによって、ピリジンユニットとベンゼンユニットをアミド結合でつないだ大環状化合物の合成を検討した。溶媒としてテトラヒドロフラン、塩基としてトリエチルアミンを用いて室温で反応を行った。生成物をゲル浸透クロマトグラフィーで分析したところ、Mn = 920の生成物ならびにそれより分子量の小さい生成物の混合物が得られたことがわかった。目的とする化合物は、ピリジンユニットとベンゼンユニットをそれぞれ6個ずつ含む分子量1866の大環状化合物であるため、より高分子量の生成物を得るために溶媒や塩基の種類、ならびに反応温度などの反応条件を検討した。その結果、溶媒として1,4-ジオキサン、塩基としてN-エチルジイソプロピルアミンを用い、50 °Cで反応を行うと、Mn = 1800程度の生成物が得られることがわかった。生成物の分離をサイズ排除モードのクロイマトグラフィーで検討したところ、生成物がカラム中のポリスチレンゲルに吸着するため、分離が困難であった。溶離液として用いる溶媒の種類(クロロホルムやテトラヒドロフラン)や、アンモニウム塩や酸などの様々な添加物を用いた分離を検討したが、吸着を改善することができなかった。そこで分取用薄層クロマトグラフィーを用いた分離を検討したところ、目的物と同程度の分子量の化合物を含む分画を得ることができた。研究計画に基づき、平成23年度は大環状化合物を合成する際に必要なモノマーとして、トリエチレングリコールモノメチルエーテル(TEG)基を側鎖として有するジアミノピリジン誘導体の合成を検討した。本年度は文献を参考にして、ビスカルボニルアジド体のCurtius転位を利用した合成ルートを検討した。まず、触媒量の硫酸存在下で市販のケルダミ酸をエタノール中で加熱還流し、ジエチルエステル体に変換した。次に、テトラヒドロフラン中、ジイソプロピルアゾジカルボキシレートとトリフェニルホスフィンおよびTEG-OHを用いた光延反応により、4位のヒドロキシル基にTEGユニットを導入し、さらにエタノール中でヒドラジンを反応させてビスカルボニルヒドラジン体へと変換した。得られた化合物に対して塩酸中で亜硝酸ナトリウムと反応させてビスカルボニルアジド体への変換を検討したが、生成物の水溶性が高いために、反応液から目的物を単離することが非常に困難であった。そこで次に、無水条件下における反応を検討した。すなわち塩化水素存在下、エタノール中でビスカルボニルヒドラジン体に対して亜硝酸アミルを作用させてビスカルボニルアジド体へと変換し、後処理をせずにそのまま反応液を加熱還流してCurtius転位を行った。その結果、低い収率ではあるが、目的とするビスカルバメート体を得ることが出来た。