hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
腎芽腫の原因遺伝子異常による予後予測の確立と薬剤耐性機構の解明

腎芽腫の生存率や再発率の改善および副作用や晩期障害の軽減のため、新規治療法の開発や患者を層別化して治療するための新規分子マーカーの開発が必要である。本研究で我々は原因遺伝子の変異解析およびがん抑制遺伝子のDNAメチル化解析を行い、全生存率解析によってWTX遺伝子異常とRASSF1A遺伝子のDNAメチル化異常が腎芽腫の新たな予後不良因子であることを明らかにした。また、WTX遺伝子異常とTP53遺伝子変異を併発した患児は特に予後不良であった。腎芽腫は小児三大悪性腫瘍の一つで小児腎腫瘍の9割を占め、日本で年間約80人が発症する。病理組織型・病期や発症年齢等の予後因子により患者を層別化し治療することにより、腎芽腫の5年生存率は30%から90%まで劇的に改善されたが、未だ30%の患者は集学的治療にも関わらず再発や死亡に至る。また、他の小児腫瘍と同様に腎芽腫は治療後、長期に生存するため生じた腎芽腫の悪性度によって治療法を選択することで再発や死亡症例の減少および副作用や晩期障害の軽減が期待される。これらのことより、腎芽腫の悪性度や予後を分類できるマーカーの開発が切望されている。昨年度の解析により全生存率で有意な差(p=0.040)をもってWTX変異を有する腫瘍が予後不良であり、腫瘍死症例に絞った解析ではより有意にWTX変異を有する腫瘍の生存率が不良であった(p=0.003)。今年度はSNP array解析およびTP53遺伝子変異と予後との相関を解析した。1番染色体短腕や16番染色体長腕のヘテロ接合性の消失(LOH)は腎芽腫の予後不良因子であると欧米から報告されている。1番染色体短腕または16番染色体長腕のLOHは腎芽腫発症日本人患者112人中17症例および10症例でそれぞれ確認された。そのうち、それぞれ1症例でのみ死亡が観察され、日本人腎芽腫において1番染色体短腕または16番染色体長腕のLOHは予後不良因子となっていないことが明らかになった。また、WTX遺伝子異常を呈した腎芽腫28症例中2症例でTP53遺伝子変異が生じており、両症例は完治することなく腫瘍死に至っていた。これらの結果より、この2遺伝子(WTX遺伝子とTP53遺伝子)両方に変異が生じた腎芽腫は特に悪性度が高いことを見いだした。胎児腎の発生過程で生じる腎芽腫の5年生存率は、治療法の発展により半世紀の間に50%から90%まで劇的に改善された。2009年の報告では予後予測因子であった病期、組織型および年齢にかかわらず、各病期の10%の患者が死亡に至る。更なる生存率の改善には予後不良症例を予見可能な新規分子マーカーの開発と予後不良症例に対する治療法の開発が必要である。我々は112人の腎芽腫患者の解析より腎芽腫腫瘍死症例9症例中6症例でWTX遺伝子の変異を2症例でWT1およびCTNNB1両遺伝子の異常が生じていることを明らかにした。このことはWT1とβーカテニン両シグナル経路の異常を生じた腎芽腫の予後は不良であることを示唆した。24年度は予後調査および統計学的解析を行うとともに、追加腎芽腫腫瘍死症例の変異解析を行った。Kaplan-Meier法による解析によって全生存率で有意な差(p=0.0402)をもってWTX変異を有する腫瘍が予後不良であったが、WT1とβーカテニン両シグナル経路の異常を有する腎芽腫とそうでない腎芽腫では生存率に有意な差を認めなかった(p=0.117)。腎芽腫腫瘍死症例に絞った解析は、より有意にWTX変異を有する腫瘍の生存率が不良であることを明らかにした(p=0.0031)。一方、腎芽腫の予後に深く相関する再発とWTX変異に相関は認められなかった。追加症例の遺伝子異常の解析にて、新規腎芽腫腫瘍死6症例中4症例でWTX遺伝子変異を見いだしたがWT1およびCTNNB1両遺伝子の異常は生じていなかった。これらの結果は当初の仮説とは異なりWTX遺伝子異常が腎芽腫の予後不良因子であることを示唆した。予後調査、統計解析および追加症例の解析を行い当初の仮説「WT1とβーカテニン両シグナル経路の異常を生じた腎芽腫の予後は不良である」とは異なり「WTX遺伝子異常が腎芽腫の予後不良因子である」ことを明らかにした。また、WTX遺伝子異常を示した腎芽腫のうち腫瘍死に至った症例特異的な染色体異常があるかどうをSNP arrayにより解析している。これらのことより、当初の本年度の研究計画が順調に進行している。腎芽腫細胞株を用いshRNAによるWTX遺伝子の発現抑制が細胞株に与える影響を調べる予定であったが、3つの細胞株全てでWTX遺伝子の発現がかなり低いため解析できなかった。

そこで、本研究の目的にかなう腎芽腫細胞株を更に収集し、WTX遺伝子の発現抑制が細胞株に与える影響を調べる。また、WTX遺伝子の変異が同定された大腸がんで、細胞株を用いてWTX異常が細胞株に与える影響を解析する。一方、WTX遺伝子異常を示した腎芽腫のうち腫瘍死に至った症例特異的な染色体異常があるかどうかを解析するためにSNP array解析を継続する。WTX遺伝子の発現が細胞に与える影響を解析するため、新たな腎芽腫および大腸がん細胞株の購入。WTXの機能解析のための試薬費。人件費や旅費。以上に使用する。
狩野派表絵師の研究―山下狩野家を中心に―

江戸時代の狩野派がなぜ画壇の頂点に位置できたかを時代の流れの中で論じることを目的とする。そのために各時代の狩野派絵師の活動について考察を行う。本研究期間は、江戸時代初期の狩野元俊と江戸時代後期の狩野了承についての研究を行う予定であった。しかし、元俊について新たな作品調査の必要が生じたため、元俊の研究のみを行うこととした。元俊は、江戸中期以降の狩野派絵師とは異なり、組織とは関係なく活動を行っていたことを述べ、江戸時代初期の狩野派絵師が自由な活動を行いえたことを論じた。2016年度は狩野元俊の画風変遷について検討すべく、肖像画の作品調査を中心に研究を進めた。主なものとしては山梨県・本遠寺において狩野元信筆と言われる「日重・日乾・日遠上人像」など計6点、京都府・隣華院において「脇坂安元像」、兵庫県・たつの市立龍野歴史文化資料館において「脇坂安元像」、「孔聖像」の調査を行った。「日重・日乾・日遠上人像」については調査により「日遠上人像」のみが元俊筆であり、他2点は日遠上人像より先に制作されたものであることを確認できた。元俊は田中敏雄氏のより、日蓮宗寺院関係の現存作例の多さから日蓮宗との関係が深いことや脇坂安元と交遊があったことが以前より言及されてきた。また、報告者は「狩野元俊の画業と日蓮宗」(『法華學報』24号、2015)において元俊が日蓮宗の中でも京都・本圀寺を中心とした六条門流との関係が色濃くみられることについて論じている。2016年度の調査を通して元俊の画風変遷について一定の結論を得ることは出来なかったが、本遠寺における作品調査によって元俊と日蓮宗の関係において新たな面を見出すことができた。元俊には本遠寺開基の養珠院となんらかの関係があったことが窺える。というのも養珠院の孫にあたる徳川光圀が本圀寺において生母の追善供養を行っており、本圀寺は狩野元俊が母を追善供養するために制作された「涅槃図」を所蔵する。「日遠上人像」は元俊の画業の中では初期の作品であり、養珠院との関係を端緒として六条門流との関係が構築されたことが推察できる。2016年度は元俊の作品調査を中心に研究を進め、成果を発表することを主な目標としていた。研究の進展等は大方計画通りに進展しており、本研究により一定の結論を得ることは出来た。しかし、成果の発表が未だ行えていない。これは調査先の事情や報告者のその他の業務のため、当初の予定より調査日程が遅れていしまったため、研究計画が全体的に遅延したことが原因である。2017年度は江戸時代の狩野派表絵師の動向を探る一環として狩野了承(明和5年ー弘化3年〔1768ー1846〕)の作品調査および研究を中心に行う計画であったが、狩野元俊(天正16年ー寛文12年〔1588ー1672〕)の作品調査および研究を2016年度に引き続き行った。これは2016年度に調査を行った本遠寺本のほかに、4点の元俊筆「日蓮聖人画像」の存在が判明したためである。予定していた狩野元俊作品の調査は2016年度に終了したが、元俊の画業の上で「日蓮聖人画像」が重要な意味を持つと考え、計画を変更した。元俊は日蓮宗寺院関係の作例が多いことが田中敏雄氏によって指摘されている(「江戸時代初期狩野派の動向ー狩野元俊の場合ー」(『芸術:大阪芸術大学紀要』12号、1989))。また、拙稿「狩野元俊の画業と日蓮宗」(『法華學報』24号、2015)において、田中氏の論を深め、元俊の日蓮宗寺院関係の画事が本圀寺や六条門流との関係から生じたという推論を述べた。元俊には日蓮宗寺院が所蔵する3点の「涅槃図」がある。それらが同一の手本を元に制作されたことは拙稿において既に述べたが、その手本がいかなるものであったかの特定は出来なかった。一方で、現存する5点の「日蓮聖人画像」は神奈川・浄永寺寺蔵の「日蓮聖人画像」を手本として描かれたことが判明している。このことによって、江戸時代初期の狩野派絵師である元俊の制作状況の一端を知ることが出来るだろう。2018年度中に、2016年度の調査で判明した元俊の日蓮宗との関係の中に水戸徳川家の家祖頼房の生母養珠院が含まれることと、上記の元俊の制作状況の一端についての論考を発表する予定である。また、2017年度に実施できなかった了承についての調査・研究も行う。そして、2019年度以降に江戸時代全体を通した狩野派表絵師の動向についてのまとまった論考の発表を目指す。

元俊は、江戸中期以降の狩野派絵師とは異なり、組織とは関係なく活動を行っていたことを述べ、江戸時代初期の狩野派絵師が自由な活動を行いえたことを論じた。29年度が最終年度であるため、記入しない。日本美術史29年度が最終年度であるため、記入しない。
口腔前癌病変に対する5-アミノレブリン酸による光線力学療法の検討

1)投与法・・・5-アミノレブリン酸を(1)塩酸性のもの、(2)水酸化ナトリウム緩衝液にてpHを調整したもの、(3)メチルエステル化したもの、の3種を局所投与して実験を行った。2)薬剤の吸収・取り込み・・・前年までに、局所塗布から一定一定時間後に薬剤を洗い流しても、プロトポルフィリンの生成が洗い流さない場合とほぼ同様に観察されることがわかった。この事実をさらに詳細に検討するため、薬剤と組織との接触時間を変化させてプロトポルフィリンの組織内蓄積量を計測した。舌粘膜への薬剤接触時間をを1分、5分、10分、30分、240分の条件として、上記3種の薬剤でそれぞれプロトポルフィリン量を計測(ホモジネートし触媒中に抽出したものを蛍光分光高度計で計測)した結果、接触時間の影響はごくわずかであり、短い薬剤接触時間でも薬剤の取り込みがあることがわかった。3)薬剤の局在・・・薬剤の局在については、凍結切片の蛍光顕微鏡像から、粘膜上波層にプロトポルフィリンの集積が見られることが確かめられた。粘膜基底層より深部にはほとんど集積がない。このことから口腔白板症などの口腔粘膜基底層よりも浅い病変に有効であることが示唆された。4)非観血的薬剤取り込み評価・・・分光測光分析装置PMA-11での計測結果も上記2)を裏付ける結果であった。計測の再現性は良好で、臨床応用も可能な状態である。5)治療効果・・・これまでに家兎正常皮膚、舌粘膜での反応を確かめた。上皮の軽度の浮腫を認めた。更に病変モデルを使用して継続実験が必要と考えている。基礎実験1)投与法・・・5-アミノレブリン酸の投与法について考察した。静注では薬剤が強酸性であることから、重炭酸ナトリウム緩衝液にてpHを調整した後静脈内投与を行った。しかし、pHを中性に調整すると、5-アミノレブリン酸の構造が変化し薬効がなくなることがわかり、投与前の準備法を再検討する必要が生じた。内服投与と局所塗布については、いずれも可能であって、概ね同等の薬剤吸収が得られることがわかってきた。2)薬剤の吸収・取り込み・・・5-アミノレブリン酸の内服投与および局所塗布では概ね同等の薬剤濃度が得られた。また驚くことに、局所塗布から一定時間後に薬剤を洗い流しても、プロトポルフィリンの生成が洗い流さない場合とほぼ同様に観察されることがわかった。このことは、臨床で使用する際に大きな利点となると考えている。しかし、至適投与量を厳密に決定するには至っておらず、継続実験が必要である。3)薬剤の局在・・・薬剤の局在については、凍結切片の蛍光顕微鏡像から、粘膜上皮層にプロトポルフィリンの集積が見られることが確かめられた。粘膜基底層より深部にはほとんど集積がないように思われた。4)非観血的薬剤取り込み評価・・・分光測光分析装置PMA-11の実験用改良が予定通り進まず、結果が出ていない。特に、励起光の光源の問題と、励起光照射と蛍光の測光とのタイミングの問題が浮上した。5)治療効果・・・これまでに家兎正常皮膚での反応は確かめた。舌粘膜については、治療用励起光光源が使用できず、十分な実験が出来ず、結果がでていない。継続実験が必要である。1)投与法・・・5-アミノレブリン酸を(1)塩酸酸性のもの、(2)水酸化ナトリウム緩衝液にてpHを調整したもの、(3)メチルエステル化したもの、の3種を局所投与して実験を行った。本年度は、静注や内服投与の検討は行っておらず、上記3種の薬剤性状での比較を中心に行った。

2)薬剤の吸収・取り込み・・・前年までに、局所塗布から一定時間後に薬剤を洗い流しても、プロトポルフィリンの生成が洗い流さない場合とほぼ同様に観察されることがわかった。この事実をさらに詳細に検討するため、薬剤と組織との接触時間を変化させてプロトポルフィリンの組織内蓄積量を計測した。上記3種の薬剤でそれぞれプロトポルフィリン量を計測し、その差異を検討するため実験継続中である。これまでに、pHを調整したものよりも塩酸酸性の方が薬剤の取り込みが良いことが判ってきた。3)薬剤の局在・・・薬剤の局在については、凍結切片の蛍光顕微鏡像から、粘膜上皮層にプロトポルフィリンの集積が見られることが確かめられた。粘膜基底層より深部にはほとんど集積がない。本項目は前年から大きな進歩がないが、1),2)に掲げた条件に対し薬剤の局在を検討していくよう計画中である。4)非観血的薬剤取り込み評価・・・分光測光分析装置PMA-11の実験用改良が完了し、上記2)の計測を継続している。計測の再現性は良好で、臨床応用も可能な状態である。5)治療効果・・・これまでに家兎正常皮膚での反応は確かめた。上皮の軽度の浮腫を認めた。舌粘膜については、治療用励起光光源が使用できず、十分な実験が出来ず、結果がでていない。継続実験が必要である。1)投与法・・・5-アミノレブリン酸を(1)塩酸酸性のもの、(2)水酸化ナトリウム緩衝液にてpHを調整したもの、(3)メチルエステル化したもの、の3種を局所投与して実験を行った。舌粘膜への薬剤接触時間を1分、5分、10分、30分、240分の条件として、上記3種の薬剤でそれぞれプロトポルフィリン量を計測(ホモジネートし溶媒中に抽出したものを蛍光分光高度計で計測)した結果、接触時間の影響はごくわずかであり、短い薬剤接触時間でも薬剤の取り込みがあることがわかった。このことから口腔白板症などの口腔粘膜基底層よりも浅い病変に有効であることが示唆された。4)非観血的薬剤取り込み評価・・・分光測光分析装置PMA-11での計測結果も上記2)を裏付ける結果であった。5)治療効果・・・これまでに家兎正常皮膚、舌粘膜での反応を確かめた。更に病変モデルを使用して継続実験が必要と考えている。
EMアルゴリズムによる混合モデルの初期値選択法の提案とその加速に関する研究

本研究課題であるEMアルゴリズムの初期値選択の研究の研究と並行して,最尤推定値の推測のためのブートストラップ法の計算効率を図る加速法の研究をおこなった.この研究の目的は,欠測を含む観測データからのパラメータ最尤推定問題に着目し,その際に用いるEMアルゴリズムの計算スピードの加速をおこなうとともに,パラメータの推定値の分散共分散行列の計算のためのブートストラップ法の大量の反復計算を減少させることである.そこで,我々の開発したEMアルゴリズムの加速法をブートストラップ法にも組込むことにより,大幅な計算時間の短縮を可能にすることを目指した.数値実験により,提案手法を用いることで計算時間を大幅に減少することができること,さらに,従来の方法との推定精度の比較をおいて推定した分散共分散行列の値が従来の方法で求めたものと同じであることを示した.初期選択法の研究については,複数の選択法を開発し,複数の条件下での数値実験による性能評価をおこなっている.すべての場合において,最良の結果をもたらす初期選択法の開発には至っていないが,各方法の長所と短所などの特性について把握することができたと考えている.数値実験により得られた結果をもとに,初期値選択法の改良をおこなっていく.これまでに提案されている混合モデルにおける初期値選択法と,我々が開発している方法の相違点を明白にし,それが推定性能にどのように影響するかをさらなる数値実験による検証と,理論的な側面からの検討をおこなっていくことを考えている.さらに,成果を研究論文としてまとめる作業に入っていきたいと考えている.本研究課題で対象にしているEMアルゴリズムや交互最小二乗法といった反復法は,局所収束することがわかっている.したがって,目的関数を最大化(交互最小二乗法の場合は最小化)するパラメータの推定問題において,初期値の選択が重要である.一般的には,複数個の初期値を用意し,これらから上記の反復法を用いてパラメータ推定をおこない,目的関数を最大化するものを見つける方法が取られる.しかし,これには試行回数と各試行での反復回数の掛け算となり,多大な反復回数とそのための計算時間が必要である.また,仮定する統計モデルの構造が複雑化し,それに伴いパラメータ数も増大するとき,この問題は深刻である.この問題を解決するために,本年度の研究では,これまでに提案されたEMアルゴリズムにおけるパラメータの初期値選択法に我々の開発した加速法を組込むことで,反復回数の減少と,それに伴う計算時間の短縮を目指した手法を開発した.そして,数値実験により,その加速性能を評価し,提案手法の有効性を評価した.初期値選択をおこなった後は,これで得られた値をパラメータの初期値としてパラメータ推定をおこなうことになるが,この計算過程にも我々の加速法を用いることで,反復回数と計算時間の短縮を実現した.「初期選択」と「パラメータ推定」という2つの計算において,EMアルゴリズムの加速法を適用することで,全体として大幅な総反復回数と総計算時間の短縮を実現することができた.さらに,初期値依存が解析における大きな問題となる非負行列分解にも,EMアルゴリズムの初期値選択法を応用し,数値実験による性能比較をおこない有効性を検証することができた.研究の第一歩として,これまでに提案されているEMアルゴリズムの初期選択法についてサーベイをおこなった.そして,実際のデータ解析でよく使われているものをピックアップし,その手法における加速法の適用の可否を検討した.その中で,emEMアルゴリズムと呼ばれる標準的な初期値選択手法において,我々の提案した加速法が適用できることが確認できた.そこで,このアルゴリズムを拡張したEMアルゴリズムの初期値選択法を開発し,数値実験により性能評価をおこなった.この数値実験により,加速法を組込むことで反復回数と計算時間の短縮が図ることができ,研究の初期段階として十分な成果が得られたと考えている.EMアルゴリズムと類似した反復法である交互最小二乗法における初期値選択の問題に関する研究をおこなった.交互最小二乗法は,最適尺度化を伴う数量化を計算ステップに含む非計量多変量解析において適用される反復法であり,EMアルゴリズムと同様に局所収束することが知られている.また,収束率もEMアルゴリズムと同様に線形であり,観測変量が多いデータにおいては,その収束までに多大な反復回数を必要とする場合がある.今年度の研究では,非計量多変量解析法の中でも,次元縮約を目的とした非計量多変量解析である非計量主成分分析に焦点をあて,交互最小二乗法によるこれの最適解を求めるために初期値選択法の開発に取り組んだ.ここで取り組んだ交互最小二乗法における初期値選択法の研究については,これまでほとんどなされておらず,そのため,EMアルゴリズムにおけるこの問題における論文を研究し,これらをベースにした選択アルゴリズムの提案をおこない,数値実験による性能検証をおこなった.この研究成果は,Conference of the International Federation of Classification Societies 2017において発表し,それを学術論文としてまとめたものを,理工系出版社であるSpringer社から発刊予定のProceeding集に投稿中である.この研究で得られた結果をEMアルゴリズムの初期値選択法の開発に応用し,新たな研究成果が得られるものと考えている.交互最小二乗における初期選択法の提案と,数値実験による性能検証をおこなうことができた.この成果を,EMアルゴリズムへ応用することは可能であるため.本研究課題であるEMアルゴリズムの初期値選択の研究の研究と並行して,最尤推定値の推測のためのブートストラップ法の計算効率を図る加速法の研究をおこなった.この研究の目的は,欠測を含む観測データからのパラメータ最尤推定問題に着目し,その際に用いるEMアルゴリズムの計算スピードの加速をおこなうとともに,パラメータの推定値の分散共

分散行列の計算のためのブートストラップ法の大量の反復計算を減少させることである.そこで,我々の開発したEMアルゴリズムの加速法をブートストラップ法にも組込むことにより,大幅な計算時間の短縮を可能にすることを目指した.数値実験により,提案手法を用いることで計算時間を大幅に減少することができること,さらに,従来の方法との推定精度の比較をおいて推定した分散共分散行列の値が従来の方法で求めたものと同じであることを示した.初期選択法の研究については,複数の選択法を開発し,複数の条件下での数値実験による性能評価をおこなっている.すべての場合において,最良の結果をもたらす初期選択法の開発には至っていないが,各方法の長所と短所などの特性について把握することができたと考えている.EMアルゴリズムの初期値選択のための手法として,決定論的なアプローチによる手法が近年において提案されてきている.今後は,この新しい手法についてのアルゴリズムの検討をおこなうとともに,モデル平均(Model averaging)法による初期値選択法の研究とその加速化についても研究を深めていきたいと考えている.初期値選択法については,統計モデルに依存して最良の手法は1つに限定できないことが一般的に言われており,複数個と初期選択手法をターゲットにし,様々な場面でそれに適した手法を提案できるよう,これらの改良するとともに,これらをベースに新しい初期値選択手法の開発をおこなっていきたいと考えている.EMアルゴリズムにおける初期値選択法の開発に取り組む.複数の初期値による多重スタート法をベースとした方法を採用したアルゴリズムを考える際に,その計算には時間がかかることが予想される.そこで,我々が開発した加速法を組合せたアルゴリズムの開発をおこなっていく予定である.数値実験により得られた結果をもとに,初期値選択法の改良をおこなっていく.これまでに提案されている混合モデルにおける初期値選択法と,我々が開発している方法の相違点を明白にし,それが推定性能にどのように影響するかをさらなる数値実験による検証と,理論的な側面からの検討をおこなっていくことを考えている.さらに,成果を研究論文としてまとめる作業に入っていきたいと考えている.海外での国際会議への出席を予定していたが,大学業務との調整がつかず海外出張を見送ることになった.そのために,配分された経費を執行することが出来なかった.理由:学内業務の調整がつかず,予定していた学会出張を見送ることになった.そのため,配分さをされた経費を執行することができなかった.計画:来年度に,北海道大学で開催される研究集会を主催することになり,そのための旅費として使用する予定である.
昆虫に見られる外骨格の弾性を利用した高速変形メカニズムの解明とその工学応用

本研究は昆虫後翅の収納・展開機構の研究を軸に,外骨格生物特有の骨格の弾性を利用した高速変形メカニズムを解明することで,巨大な宇宙構造から微小な医療デバイスまで様々な用途・スケールで応用可能な新しい形状可変機構の設計手法を構築することを目的とする.様々な生物の「形」と「動き」の工学原理を解明し,機械システムに応用する応用する構造系バイオミメティクスの統一的なアプローチを確立すると共に,次世代の多品種少量生産・高付加価値のものづくりを加速する“組み立て不要の機械"の核心技術を構築する.平成30年度に実施した主な研究成果は「カブトムシ型展開翼の羽ばたきドローンへの実装」「3Dプリンタを用いた羽ばたきドローンの基礎設計」「3Dプリンタによる翅構造の試作」の3件になる.以下に概要を述べる1カブトムシ型展開翼の羽ばたきドローンへの実装:カブトムシを初めとする大型甲虫の翅の折り畳みにみられる特徴的なパターンを折紙の幾何学によって解析し,その設計法を明らかにした.得られた知見をもとに,カーボンフレームを不織布を使った大型模型の試作と,羽ばたきドローンに搭載する展開翼の設計を行った.23Dプリンタを用いた羽ばたきドローンの基礎設計:展開翼を実装するための羽ばたきドローンの基礎設計を行った.汎用のFDM型3Dプリンタを用いて製造可能な羽ばたき機構を調査し,モータを動力とする小型ドローンの試作を行った.33Dプリンタによる翅構造の試作:これまで研究してきた様々なタイプの昆虫の翅を製造可能な高い汎用性を持つデジタルファブリケーション技術の開発に取り組んだ.本研究は,【1三次元計測・運動解析技術による形と動きのデータ化】,【2モデル化とシミュレーション・実験による検証】,【3人工物による動きと機能の模倣】の3つのフェーズで進行する計画であった.3年目に入り,1,2の知見を十分蓄積でき,予定通り3のフェーズに順調に進行できたことから,おおむね順調に進展していると評価する.当初の計画通りに進行しているため,基本的にこのまま研究を推進する.2019年1月から研究代表者の所属が変更となり,九州大学芸術工学研究院へ着任し,新たなデジタルファブリケーション機器や工房の設備を使用することが可能になった.次年度はこれらの設備を活用しつつ,デジタルファブリケーション,デザイン分野へのアウトプットを加速していきたい.本研究は昆虫後翅の収納・展開機構の研究を軸に,外骨格生物特有の骨格の弾性を利用した高速変形メカニズムを解明することで,巨大な宇宙構造から微小な医療デバイスまで様々な用途・スケールで応用可能な新しい形状可変機構の設計手法を構築することを目的とするものである.これは【1三次元計測・運動解析技術による形と動きのデータ化】,【2モデル化とシミュレーション・実験による検証】,【3人工物による動きと機能の模倣】の3つの要素技術の開発で実現される.平成29年度はテントウムシ,カブトムシ,ハサミムシを主なターゲットとして,主に【1三次元計測・運動解析技術による形と動きのデータ化】に関して研究を行った.テントウムシにおいては,UV硬化樹脂とシリコン印象材で透明な人工鞘翅を作って移植する独創的な手法に加え,マイクロCTスキャナで得られた3次元形状データを利用した有限要素解析による機械的特性の解析など新しい研究手法を多数提案した.ハサミムシの研究においては,昆虫のマイクロCT撮影技術に関する調査を行い,固定やヨウ素染色によってこれまで難しかった小型昆虫の微小な翅脈の構造を撮影する方法を構築した.カブトムシに関しては,上記2,3に関しても研究を行った.後翅の折り畳みに見られる特徴的な3角形のパターンに着目し,折紙の幾何学を用いて可展性,剛体折り可能性の検討を行い,人工の展開構造に応用するための設計法を開発した.また実際に小型ドローン用の展開翼を作成し,市販の羽ばたきドローンへの実装を行った.本研究は観察・モデル化・模倣の3つのフェーズで進行し,【1三次元計測技術と動作解析技術による「形」と「動き」のデータ化】,【2動作原理のモデル化とシミュレーション・実験による検証】,【3人工物による動きと機能の模倣】の3つの目標の達成を目指す.平成29年度はこれまで申請者が取り組んできた昆虫の翅の収納・展開機構の研究を中心に,13の基本的なアプローチの確立を目指して取り組んだ.1に関しては,ハイスピードカメラにより様々な昆虫の高速動作を撮影し,基礎技術の構築が完成した.また,マイクロCTによる小型甲虫の撮影に関しても,この分野の第一人者である北海道大学青沼仁志教授との協力体制を構築し,固定,ヨウ素染色等の手法を取り入れることができた.2,3のフェーズに関しても,カブトムシ型展開翼の開発を基に基礎的なアプローチを確立することができた.テントウムシの論文に関してはNature,Scienceに次ぐトップジャーナルある米国科学アカデミー紀要(PNAS)の表紙にも採用され,読売新聞,NHKなどの国内メディアの他,The New York Timesやル・モンドを初め海外の主要メディアでも取り上げられるなど大きな反響があった.13の基礎的アプローチを確立した上で,このように初年度から注目される成果を出すことができたため,当初の計画以上に進展していると自己評価している.

本研究は昆虫後翅の収納・展開機構の研究を軸に,外骨格生物特有の骨格の弾性を利用した高速変形メカニズムを解明することで,巨大な宇宙構造から微小な医療デバイスまで様々な用途・スケールで応用可能な新しい形状可変機構の設計手法を構築することを目的とする.様々な生物の「形」と「動き」の工学原理を解明し,機械システムに応用する応用する構造系バイオミメティクスの統一的なアプローチを確立すると共に,次世代の多品種少量生産・高付加価値のものづくりを加速する“組み立て不要の機械"の核心技術を構築する.平成30年度に実施した主な研究成果は「カブトムシ型展開翼の羽ばたきドローンへの実装」「3Dプリンタを用いた羽ばたきドローンの基礎設計」「3Dプリンタによる翅構造の試作」の3件になる.以下に概要を述べる1カブトムシ型展開翼の羽ばたきドローンへの実装:カブトムシを初めとする大型甲虫の翅の折り畳みにみられる特徴的なパターンを折紙の幾何学によって解析し,その設計法を明らかにした.得られた知見をもとに,カーボンフレームを不織布を使った大型模型の試作と,羽ばたきドローンに搭載する展開翼の設計を行った.23Dプリンタを用いた羽ばたきドローンの基礎設計:展開翼を実装するための羽ばたきドローンの基礎設計を行った.汎用のFDM型3Dプリンタを用いて製造可能な羽ばたき機構を調査し,モータを動力とする小型ドローンの試作を行った.33Dプリンタによる翅構造の試作:これまで研究してきた様々なタイプの昆虫の翅を製造可能な高い汎用性を持つデジタルファブリケーション技術の開発に取り組んだ.本研究は,【1三次元計測・運動解析技術による形と動きのデータ化】,【2モデル化とシミュレーション・実験による検証】,【3人工物による動きと機能の模倣】の3つのフェーズで進行する計画であった.3年目に入り,1,2の知見を十分蓄積でき,予定通り3のフェーズに順調に進行できたことから,おおむね順調に進展していると評価する.申請時の計画通り,平成29年度に確立した手法にベースに他の昆虫類に研究対象を拡大する.本年度は特に半翅目の胸部に見られる高速変形メカニズムに着目し,研究を進める予定である.筋肉で跳躍するバッタ等と異なりヨコバイやカメムシなどの半翅目は脚部の外骨格の弾性を跳躍に利用している.昆虫学者とのネットワークを活かし情報収集を行い,工学的に興味深い昆虫の動きを寄り広範囲に調査士,【1三次元計測技術と動作解析技術による「形」と「動き」のデータ化】を勧める.また,【2動作原理のモデル化とシミュレーション・実験による検証】,【3人工物による動きと機能の模倣】においては,3Dプリンタや折紙構造による実装を目指して跳躍機構や羽ばたき機構の設計を行い,形状記憶合金ワイヤなどの軽量アクチュエータと組み合わせて機能実証モデルの開発を目指す.当初の計画通りに進行しているため,基本的にこのまま研究を推進する.2019年1月から研究代表者の所属が変更となり,九州大学芸術工学研究院へ着任し,新たなデジタルファブリケーション機器や工房の設備を使用することが可能になった.次年度はこれらの設備を活用しつつ,デジタルファブリケーション,デザイン分野へのアウトプットを加速していきたい.
軟骨再生医療を視野に入れたCTGF/CCN2発現促進機構の解析

CEBPB,CEBPDがCTGF/CCN2の発現変化を調節し,この調節経路にIL16, COL12A1の関与を示唆する結果が得られた.また,CEBPB,CEBPDは核内で発現しCTGF/CCN2と同じ様な発現パターン示し,CCN2のpromoter領域にCEBPB,CEBPDが作用していることを示唆する結果が得られた.さらにCEBPB,CEBPDを強制発現させるとプロテオグリカン合成の促進していることを示唆する結果が得られた.一方,鎖骨頭蓋異形成症症例についてRUNX2遺伝子のフレームシフト変異を同定し,歯の切片を用いてRUNX2とCTGF/CCN2の発現局在を確認した.これまでの研究でDexamethasoneを軟骨細胞様細胞株であるHCS-2/8細胞に作用させるとCTGF/CCN2がup-regulateされることはすでに明らかにしている.CTGF/CCN2遺伝子の発現を調節する遺伝子を検索したところCEBPBおよびCEBPD遺伝子が候補として挙げられたため,まずはこれら2遺伝子がDexamethasoneによりup-regulateされることをreal-time PCR法にて明らかとした.続いてCEBPB,CEBPD遺伝子をHCS-2/8細胞にtransfectionして強制発現させCTGF/CCN2遺伝子の発現調節を確認したところCTGF/CCN2遺伝子発現の促進を示唆する結果が得られた.またHCS-2/8細胞においてCEBPB,CEBPDの遺伝子発現をRNAiにより抑制したところCTGF/CCN2遺伝子発現の抑制を示唆する結果が得られた.これをタンパク質レベルで確認するため,まずCEBPB,CEBPD遺伝子をHCS-2/8細胞にtransfectionして強制発現させCTGF/CCN2タンパク質の発現調節をWestern Blot法にて確認したところCTGF/CCN2タンパク質発現の促進を示唆する結果が得られた.これによりCEBPB,CEBPDがCTGF/CCN2を直接コントロールしている可能性が示唆された.一方でCTGF/CCN2の発現をコントロールしている他の因子を検索したところ17個の遺伝子が候補として挙げられた.おおむね計画通りに研究が進んだため軟骨細胞様細胞株HCS-2/8細胞をdexamethasoneで刺激し,CEBPB,CEBPDの局在を確認したところ核内での発現を示唆する結果が得られた.またCCN2と同じ様な発現パターンを示唆する結果が得られた.軟骨細胞様細胞株HCS-2/8細胞にCEBPB,CEBPD遺伝子をtransfectionするとプロテオグリカン合成を促進する可能性がある結果が得られ,CEBPB,CEBPDが軟骨細胞の成長・分化を促進する可能性が示唆された.一方,RUNX2遺伝子の下流でCCN2遺伝子が働いている可能性を示す過去の報告があり,RUNX2遺伝子がCCN2をコントロールしているとも考えらた.そのためRUNX2遺伝子変異によって起こるとされる鎖骨頭蓋異形成症とCCN2との関連について解析した.まず,鎖骨頭蓋異形成症の母子についてRUNX2遺伝子変異の同定を行ったところ母子共にRUNX2遺伝子のexon8内,1205塩基目のシトシンが欠失し(c.1205delC),フレームシフト変異を起こしていることが明らかとなった.臨床症状についても詳細に検討し,両側鎖骨低形成,大泉門閉鎖遅延,低身長,歯の萌出遅延,過剰埋伏歯などを認めることが明らかとなった.本年度に予定していた実験計画の約60%の進展状況であるが,これに関連した研究も行い一定の結果が得られたため,おおむね順調に進展していると判断した.CEBPB,CEBPDがCCN2の発現変化を調節している可能性が示唆する結果が得られたため,この調節経路に関与しているCEBPB,CEBPD以外の因子について検討したところIL16, COL12A1の関与を示唆する結果が得られた.軟骨細胞様細胞株HCS-2/8細胞株をdexamethasoneで刺激し,CEBPB,CEBPDの局在を確認したところ核内で発現しCCN2と同じ様な発現パターンを示唆する結果が得られた.また同細胞株にCEBPB,CEBPDの全長遺伝子とCCN2のpromoterを組込んだvectorをco-transfectionしルシフェラーゼアッセイを行ったところ,CCN2のpromoter領域にCEBPB,CEBPDが作用していることを示唆する結果が得られ,さらにHCS-2/8細胞株にCEBPB,CEBPD全長遺伝子をtransfectionするとプロテオグリカン合成を促進する可能性がある結果が得られ,CEBPB,CEBPDが軟骨細胞の成長・分化を促進する可能性が示唆された.一方,過去の報告より,RUNX2遺伝子がCCN2をコントロールしていると考えられたためRUNX2遺伝子変異によって起こるとされる鎖骨頭蓋異形成症症例についてRUNX2遺伝子変異の同定を行ったところRUNX2遺伝子の1205塩基目のシトシンが欠失し,フレームシフト変異を起こしていることが明らかとなった.臨床症状についても詳細に検討し,鎖骨低形成,永久歯の晩期残存,乳歯の萌出遅延,過剰埋伏歯などを認めることが明らかとなった.次に正常萌出した小臼歯と同症例より抜歯した埋伏過剰歯の組織切片を作成し,免疫染色法にてRUNX2およびCCN2のタンパク質発現の局在を調べたところ,鎖骨頭蓋異形成症と健常者との間ではその発現パターンに違いがあることを示唆する結果が得られた.

CEBPB,CEBPDがCTGF/CCN2の発現変化を調節し,この調節経路にIL16, COL12A1の関与を示唆する結果が得られた.また,CEBPB,CEBPDは核内で発現しCTGF/CCN2と同じ様な発現パターン示し,CCN2のpromoter領域にCEBPB,CEBPDが作用していることを示唆する結果が得られた.さらにCEBPB,CEBPDを強制発現させるとプロテオグリカン合成の促進していることを示唆する結果が得られた.一方,鎖骨頭蓋異形成症症例についてRUNX2遺伝子のフレームシフト変異を同定し,歯の切片を用いてRUNX2とCTGF/CCN2の発現局在を確認した.1) CTGF/CCN2の発現をコントロールしていると考えられるCEBPB, CEBPD以外の因子を同定し,これらをCEBPB, CEBPDを含めNCRF(New CTGF/CCN2 related factor)と定義する.4) NCRFの軟骨細胞分化における役割をin vitroで機能解析する.5) NCRFを介してCTGF/CCN2を特異的に誘導する分子を探索する.6)各種OAモデルラットを用いてNCRFまたは5)で見出された分子が軟骨再生機能を有するか否かを検証する.6)鎖骨頭蓋異形成症から得られた過剰歯,乳歯,永久歯の組織切片に対し,RUNX2,CCN2タンパク質発現を免疫染色法にて解析する.7)遺伝性疾患をもたないヒトの過剰歯,乳歯,永久歯の組織切片に対し,RUNX2,CCN2タンパク質発現を免疫染色法にて解析する.8)上記6)7)を比較解析する.口腔外科学実験に使用する一部の消耗品が十分量あり,追加購入の必要性が生じなかったため.実験に使用する一部の消耗品が十分量あり,追加購入の必要性が生じなかったため.次年度に持ち越した予算は,国内での資料収集等に使用する計画である.次年度に持ち越した予算は,国内での資料収集予算に使用する計画である.
骨細胞特異的蛋白の血中濃度測定による経済的かつ簡便な骨強度評価法の新規開発

2種の抗MEPEモノクローナル抗体を用いたサンドイッチELISAでの正常人血漿サンプルでの測定安定化を測る検討を行ったが、Pilot studyにおいて測定感度以下のサンプル数が多かったため、測定感度をあげるべくプロトコールの再調整を行った。スタンダードタンパク濃度、ブロッキング液濃度および種類、サンプル希釈液の種類の調整を行い、低濃度域での高感度化を図った。ナカライ社Blocking Solutionより、大日本製薬BlockAceの方が感度が上昇することを確認した。固相抗体とブロッキング液の濃度の調整の検討を行い、固相抗体では5ug/mlと10ug/mlとの間で差が無いことを確認し、ブロッキングではBlockAce25%と50%の間で差が無いことを確認した。健常人32名の血漿サンプルを用いてMEPE濃度を測定した。低濃度領域での直線の信頼性は、現在の当施設での系では1ng/ml以下は直線性に劣るため、5倍希釈で用いた血漿で1ng/ml未満のものは測定感度以下として検討した。32サンプル中測定感度以下であったものは12サンプルで、20サンプルは測定可能であった。測定可能でサンプルのMEPE濃度は5.7175.5ng/mlであった。1ng/ml以下の低濃度域での測定信頼が不十分であるため、より高感度に、より低濃度での測定可能な系を現在作成中であり、大量サンプルの測定用に抗体の大量生産の調整に入っている。大阪大学保健センター健康診断時に採取した正常人血漿サンプルは約3,000人確保し、測定可能な準備が整っている。骨細胞特異的蛋白のMEPEの血中濃度測定系を用いて正常値の検討平成20年度までに血中MEPE濃度測定値の年齢層別、性別の正常値の検討を行うために、健診受診者で承諾の得られた方の血漿サンプル3000件以上を既に得て、血清ALP、無機リン、カルシウム濃度の測定を終えている。このサンプルの中から年齢増別、性別に人数均等になるように合計500人分のサンプルをランダム抽出して、現在MEPEのmonoclonal抗体でのELISAの系で120検体の測定を終え、MEPE monoclonal抗体の系で75%の血漿で感度以下、25%のサンプルで測定可能であった。現在、この感度を改善に関して、測定条件の調整を行っている。骨組織でのMEPEの発現様式:この検討を行う中で骨芽細胞の石灰化に向かう後期分化におけるMEPE, DMP-1, FGF23, Cx43といった骨細胞特異的蛋白の発現は低酸素環境により促進されることを見出した(JBMM25,266,2007)。さらにこの検討結果をふまえ酸素分圧が破骨細胞分化にも関与することを明らかとし(Bone44,71,2009)、また一方動脈硬化血管の中膜の石灰化部の平滑筋細胞でもMEPEの発現が確認され、骨細胞特異的と思われていたMEPEは骨以外の石灰化の場面でも関与していることが明らかとなった。この結果から、現在われわれは骨質を評価する新たな指標としてのMEPEの測定方法の開発は、動脈硬化を含めた石灰化との関与も捕らえ、健康寿命にかかわる骨・血管両者の疾患の病態診断となる可能性を考え上記の血漿中濃度測定の検討を進めている。骨細胞特異的蛋白のMEPEの血中濃度測定系を用いて正常値の検討健診受診者で承諾の得られた方の血漿サンプル3000件からの120例で行った抽出サンプルでの検討により、MEPE monoclonal抗体の系で75%の血漿で感度以下となる問題が生じた。これに対して感度改善を目指した測定条件の調整を行っているが、MEPEの分解産物あるいは全長をとらえている確実な証拠と感度向上を行うことの両者を同時に満たすことに未だ成功していない。この点は極めて重要でありさらに検討を要する状況である。骨組織でのMEPEの発現様式:この検討を行う中で骨芽細胞の石灰化に向かう後期分化におけるMEPE, DMP-1, FGF23, C×43といった骨細胞特異的蛋白の発現は低酸素環境により促進されることを見出した(JBMM25, 266, 2007)。さらにこの検討結果をふまえ酸素分圧が破骨細胞分化にも関与することを明らかとし(Bone 44, 71, 2009)、また一方動脈硬化血管の中膜の石灰化部の平滑筋細胞でもMEPEの発現が確認され、骨細胞特異的と思われていたMEPEは骨以外の石灰化の場面でも関与していることが明らかとなった(現在投稿中)。酸化ストレスが血管病変に関与しているというこれまでの文献的報告や、我々が明らかにしてきた骨代謝にかかわる細胞が酸素分圧の影響下にある事実は、骨質を評価する新たな指標の開発が、動脈の石灰化、酸化ストレスの臓器への影響を評価する指標にもなる可能性を示唆すると考えている。そこで、骨と血管の両病変に酸化ストレス、酸素分圧が関与を同時にみることが可能な病態として、関節リウマチで着目し検討を進め、生物学的製剤(抗IL-6受容体抗体)治療時に酸化ストレスが低下することを明らかとした(学会発表)。現在、この酸化ストレスの軽減と骨粗鬆症、骨破壊、血管病変との関連に関して検討を進めている。
B細胞アダプター分子BLNKに結合する新規蛋白質の機能解析

ITAMに含まれるチロシン残基がリン酸化されることがBCRシグナルを展開する上で必須であり、なおかつ細胞内タンパク質のチロシンリン酸化がBCR刺激後一番最初に検出できる生化学的反応という事実に基づき、1990年代チロシンキナーゼ群(PTKs)のBCRシグナルにおける役割が活発に検討されてきた。特に、Lyn,Syk,BtkのBCRシグナルにおける重要性、およびLyn,Syk,Btkの活性化機構が明らかにされてきた。このような成果を踏まえて、BCRシグナルを制御するアダプター分子BLNKの機能発現機序に的を絞って研究を行ってきた。BLNKのSH2ドメインに結合する蛋白質(p110)を単離解析した結果、この蛋白質はBLNKのSH2ドメインをbaitに用いたが、そのbait自身には近傍のproline-rich領域を含んでおり、p110のSH3 domainが、BLNKのproline-rich領域と結合して、単離されてきたことが判明した。遺伝子を単離した結果、既に、クローニングされていたRukに相当していた。Rukをもとに、ホモロシン検索を行うと、CD2-APもRukと非常に類似していることが判明した。従って、今まで解析したRuk欠損DT40細胞の残存している活性(例えば、P13Kの活性化)はCD2-APによって担われていることが考えられ、Ruk,CD2-AP両方とも欠損したDT40細胞の作製を行った。ITAMに含まれるチロシン残基がリン酸化されることがBCRシグナルを展開するうえで必須であり、なおかつ細胞内タンパク質のチロシンリン酸化がBCR刺激後一番最初に検出できる生化学的反応という事実に基づき、1990年代チロシンキナーゼ群(PTKs)のBCRシグナルにおける役割が活発に検討されてきた。特にLyn, Syk, BtkのBCRシグナルにおける重要性、およびLyn, Syk, Btkの活性化機構が明らかにされてきた。Rukは、PI-3Kに結合する蛋白質としてクローニングされたアダプター分子であり、私達の結果をふまえて考えると、BLNK/Ruk/PI3Kの3つの分子が複合体を形成し、PI3Kの活性化制御に寄与していると考えられる。この可能性を確かめるためのDT40細胞でRuk欠損細胞を樹立し、検討した結果、抗原受容体レセプター依存性PI3Kの活性化が減弱していることが判明した。
レドックス活性リングクラスターの分子集積に基づく超構造体界面の構築

本年度は、昨年度までに合成・単離に成功したルテニウム三核錯体(Ru3)をユニットとした大環状クラスター分子のうち、計6種の分子構造を単結晶X線解析により決定した。このうちピラジン架橋四量体(pz-tetramer)および1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン架橋六量体(dabco-hexamer)は、結晶中において1次元のカラム構造および2次元のシート構造を形成していた。大環状クラスター分子の溶液状態における電子状態を、配位COをプローブとした定電位電解赤外分光法により解析した。pz架橋大環状クラスターのCO吸収帯は、混合原子価状態にいて顕著にブロード化した。これは大環状クラスターの分子内電子移動が赤外の時間スケールで起こるためである。すなわち、pzのπ系がクラスター内の多段階電子移動速度に大きく寄与している。実際、配位子内にπ系を持たないdabco錯体では、CO吸収帯はブロード化せず、1電子還元ユニットと未還元ユニットのCO吸収帯がそれぞれ独立に観測される。また、pz架橋クラスターは混合原子価状態において、強い原子価間遷移(IVCT遷移)を近赤外域に与えた。Hushモデルを使いユニット間の相互作用を見積もったところ、クラスターを構成するRu3ユニットが多くなるほど還元電子が非局在化(平均化)する傾向が見られた。すなわち、金属d軌道と配位子π(π*)軌道の重なりから形成される大規模なπ共役系は、環構造のひずみに強く影響されることが示唆された。以上のように本年度は、これまで前例のなかった「レドックス活性大環状金属クラスター」の幾何構造と電子状態、多段階レドックス挙動を詳細に解明するとともに、これらの新規分子が結晶相において超構造体を形成することを実験により明示することができた。25年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、分子内に強いdπ(金属)-pπ(オキソ配位子)相互作用を持つオキソ架橋ルテニウム三核錯体をモジュールとした新規な大環状クラスターを合成した。2つのRuサイトにTHFが配位した三核錯体とピラジンとを1:1で反応させ、カラムクロマトグラフィーにより分離、精製し、三核錯体がリング状に集積した四量体、五量体、さらに六量体を単離することに成功した。4,4'-ビピリジンを架橋配位子とした際、リング状五量体と六量体が単離され、1,3-ビス(4-ピリジル)プロパンを用いた際には二量体から十量体までのリング状クラスターが生成した。ピラジン架橋大環状状クラスターでは、三核錯体の1電子還元に帰属される過程が多段階波として観測されたことから、分子内でのモジュール間相互作用が示された。CV測定から、混合原子価状態の熱力学的安定性を示す均化定数は1001000の範囲にあると見積もられた。架橋配位子が4,4'-ビピリジンの場合、混合原子価状態の安定性は小さくなった。dabcoを架橋配位子とした場合には環状六量体のみが得られ、単結晶X線構造解析により構造決定することができた。この錯体は還元過程が2段階であり、π共役系配位子であるピラジンとは全く異なる還元過程を示すことがわかった。定電位電解IRの測定より、混合原子価ピラジン錯体のCO伸縮振動は、そのスペクトル幅が顕著にブロード化しており、大環状クラスター内の分子内電子移動がIRのタイムスケールで起きていることが示唆された。

その一方、dabco錯体では混合原子価状態においても鋭いCO伸縮振動スペクトルを与えることから、IRより遅いタイムスケールでの電子交換が推定された。当初計画した三核錯体を基本骨格とする大環状クラスターの合成と構造解析、ならびに溶液内における酸化還元挙動の系統的調査をほぼ終了し、架橋配位子の種類(長さとπ軌道レベル)やクラスターの核数の効果などを考察することができた。また、電解UV-vis-NIRスペクトルや電解IRの測定についても、ほぼ全ての大環状クラスターについて調べることができ、分子内での電荷移動相互作用や分子内電子移動速度に与える要因を考察することに成功した。これらの成果は、研究を計画した当初、達成することを期待したものであったため、本研究はおおむね順調に進展しているものと判断した。上記研究により大環状クラスターの分子構造や電子構造を実験的にはほぼ押さえることができたので、今後は本研究課題の主目標である電極基板表面への超構造体形成に本格的に取り組む必要がある。超構造体形成に向けたアプローチとしては樹木状配位子を大環状クラスターの外部に修飾することでカラムナー液晶相を構築することを計画しているそのため、樹木状配位子の設計と合成を行い、さらにクラスター骨格上に錯形成導入する必要がある。今後は早急にこれらの分子設計と合成を実践する。また、昨年度まで単発的に試みてきた基板表面に吸着した大環状クラスターおよびその組織体のSTM観察や表面IR分光による表面構造の観察などを本格化する必要がある。25年度が最終年度であるため、記入しない。