hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
f電子系強磁性体における圧力誘起超伝導の研究

本年度は,空間反転対称性の存在しない強磁性体であるU_3P_4での圧力効果に特化した研究を行った.近年発見された空間反転対称性の無い超伝導体であるCeRhSi_3, CeIrSi_3で観測させるパウリ対破壊効果の抑制による巨大な上部臨界磁場は空間反転対称性の欠如の効果を考えないと説明がっかない新規物性である.空間反転対称性のない系に固有の新現象をその他の物質で実験的に検証していくことは重要である.U_3P_4は空間反転対称性の欠如した結晶構造をもち,常圧での強磁性転移温度T_c=138Kの遍歴強磁性体である.インデンター型圧力セルを用いて電気抵抗測定,交流帯磁率測定を行い,詳細な温度-圧力相図の決定,強磁性-非磁性転移,強磁性揺らぎ効果の研究を行った.交流帯磁率測定により臨界圧力P_cは約4.2GPaであり,また電気抵抗測定によりP_c近傍での電気抵抗の温度依存性はT^<5/3>という強磁性揺らぎを反映した振る舞いを示すことがわかったが,超伝導発見には至っていないこの研究と並行して,多孔性配位高分子に吸着した酸素分子の磁性の研究を行った.放射光を用いたマキシマムエントロピー法による粉末X線回折実験を行い,吸着した酸素分子の配列構造を明らかにした.吸着した酸素分子はダイマーを形成していることを明らかにした.また,温度上昇に伴い,酸素分子ダイマーの配列が変化することを発見した.高温でみられる配列は,熱的に励起された五重項状態に対応することを明らかにした.このような振舞いは,固体の酸素では観測されておらず,この研究により酸素分子特有の特徴的な磁気的性質解明に大きな進展がみられた.強磁性と共存する超伝導の特徴を明確にする目的で,圧力誘起超伝導体Ulrの研究を行った.空間反転対称性の破れた結晶構造をもつUIrにおいて.強磁性と超伝導が共存する.このような系では,スピン一重項とスピン三重項の対称性をもつクーパー対が混成した超伝導が実現可能であると考えられている.スピンの混成という理論的な予測を実証し強磁性と超伝導がミクロに共存し,そのクーパー対の対称性まで明らかにすることが,本研究の目的である.研究目的に応えるためインデンター型高圧セル(到達圧力5GRaを用いて電気抵抗,磁化,交流帯磁率測定といった多角的な物性測定に加え,SPring-8において超伝導の実現する圧力領域(2.5GPa)における高圧下での結晶構造の特定にも取り組んだ.従来の研究よりUlrでは圧力下で3つの強磁性相(FM1-FM3)が現れ,超伝導はFM3が消失する直前の圧力領域(2.5-2.7GPa)で出現することがわかっていた.しかし[010]方向の残留抵抗が1.5-2.5GPa)で急激に増大するため,構造相転移と思われる圧力誘起の一次転移と,それに伴う相分離の可能性があり,超伝導がFM3と微視的に共存しているかの議論はできていなかった.本年度の研究では圧力煤体を従来用いていたダフネオイル7373からより静水圧性の高い右油エーテルを用いて電気抵抗測定を行った.この結果電気抵抗の温度変化が,2.1-2.8GPaの広い圧力領域で温度に対しヒステリシスを観測することができ,低圧相,高圧相の存在が明らかになった.また石油エーテルではFM3相への転移は確認できなかったため,超伝導に関係していると思われるFM3は高圧相で起きていると推察される.圧力下での構造相転移の有無,超伝導が出現する圧力での結晶構造を明確にするため,SPring-8において4GPaまでの粉末X線回折実験を行い現在精密解析中である.本年度は,空間反転対称性が存在しない2つ物質(U_3P_4,Cd_2Re_2O_7)での圧力効果に特化した研究を行った.近年発見された空間反転対称性の無い超伝導体であるCeRhSi_3,CeIrSi_3で観測させるパウリ対破壊効果の抑制による巨大な上部臨界磁場は空間反転対称性の欠如の効果を考えないと説明がつかない新規物性である。空間反転対称性のない系に固有の新現象をその他の物質で実験的に検証していくことは重要である.U_3P_4は空間反転対称性の欠如した結晶構造をもち,常圧での強磁性転移温度T_c=138Kの遍歴強磁性体である.インデンター型圧力セルを用いて電気抵抗測定,交流帯磁率測定を行い,詳細な温度-圧力相図の決定,強磁性-非磁性転移,強磁性揺らぎ効果の研究を行った.交流帯磁率測定により臨界圧力P_cは約4.2GPaであり,また電気抵抗測定によりP_cでの残留抵抗の急激な上昇がみられた.さらにP_c近傍での電気抵抗の温度依存性はT^<5/3>という強磁性揺らぎを反映した振る舞いを示すことがわかった.次にCd_2Re_2O_7はパイロクロア酸化物で初の超伝導体である.低温で構造相転移を示し,超伝導は空間反転対称性の破れた構造で発現する.また庄力まで反転対称性の有する相へ転移することが示唆されており,空間反転対称性と超伝導の関係を調べる上で興味深い物質である.

本研究ではインデンター型圧力セルを用いて電気抵抗測定,上部臨界磁場測定を行い,4.6GPaまでの詳細な圧力-温度相図と上部臨界磁場の圧力変化を調べた.その結果,高圧相が誘起される4GPa近傍で残留抵抗の異常増大と新たな超伝導相を発見し,超伝導転移のonsetの上昇を観測した.高温で広い温度領域でヒステリシスがみられることから相分離の可能性が示唆される結果を得た.上部臨界磁場は加圧により増大し3.96GPaでの上部臨界磁場H_<c2>はパウリ・リミットを越えることが明らかになった.また空間反転対称性を有すると考えられる4.47GPaでも上部臨界磁場の抑制は見られなかった.本年度は,空間反転対称性の存在しない強磁性体であるU_3P_4での圧力効果に特化した研究を行った.近年発見された空間反転対称性の無い超伝導体であるCeRhSi_3, CeIrSi_3で観測させるパウリ対破壊効果の抑制による巨大な上部臨界磁場は空間反転対称性の欠如の効果を考えないと説明がっかない新規物性である.空間反転対称性のない系に固有の新現象をその他の物質で実験的に検証していくことは重要である.U_3P_4は空間反転対称性の欠如した結晶構造をもち,常圧での強磁性転移温度T_c=138Kの遍歴強磁性体である.インデンター型圧力セルを用いて電気抵抗測定,交流帯磁率測定を行い,詳細な温度-圧力相図の決定,強磁性-非磁性転移,強磁性揺らぎ効果の研究を行った.交流帯磁率測定により臨界圧力P_cは約4.2GPaであり,また電気抵抗測定によりP_c近傍での電気抵抗の温度依存性はT^<5/3>という強磁性揺らぎを反映した振る舞いを示すことがわかったが,超伝導発見には至っていないこの研究と並行して,多孔性配位高分子に吸着した酸素分子の磁性の研究を行った.放射光を用いたマキシマムエントロピー法による粉末X線回折実験を行い,吸着した酸素分子の配列構造を明らかにした.吸着した酸素分子はダイマーを形成していることを明らかにした.また,温度上昇に伴い,酸素分子ダイマーの配列が変化することを発見した.高温でみられる配列は,熱的に励起された五重項状態に対応することを明らかにした.このような振舞いは,固体の酸素では観測されておらず,この研究により酸素分子特有の特徴的な磁気的性質解明に大きな進展がみられた.
大気水収支法にＧＰＳ可降水量を適用した蒸発散量推定手法の確立

蒸発散の推定値を出来うる限り観測値をベースに作成することを目的として,大気水収支法をGPS可降水量に適用し蒸発散量の推定可能性について検討した.まず,水蒸気の水平移流を移流モデルで表現できるか,その適用可能性について検討した.空間方向約20km間隔,時間間隔3時間のGPS可降水量を,GPS観測及び気象観測に基づいて推定した.様々な空間間隔で移流ベクトルを算出したところ,100km程度の空間間隔であれば適切な移流ベクトルを推定出来ることが示された.移流モデルから推定された蒸発散量は明確な日周変化を有しており,蒸発散量の推定可能性を示すものと考えられる.地球温暖化は水循環にも影響を与え,我々はより深刻な水問題に直面する可能性がある.現在および将来の水問題の解決に資するためには,地球規模での水循環の理解を深めることが必要不可欠と言える.水循環は大きく分けて降水,蒸発散,流出に分類される.降水と流出に関しては日本国内を詳細に覆う観測網が整備されているが,蒸発散の観測値は少なく,蒸発散の時空間分析やモデル検証の障壁となっている.本研究課題では,モデル検証にも耐えうる時空間間隔を持った蒸発散推定値を出来うる限り観測値をベースに作成することを目的とし,大気水収支法をGPS可降水量に適用する.平成25年度ではGPS可降水量に対して移流モデルを適用し,発達・衰弱項としての蒸発散量の推定可能性を検討した.まず,国土地理院の電子基準点データ提供サービスから対流圏遅延量を取得し,AMeDASの気象観測値から,空間方向約20km間隔,時間方向3時間間隔の可降水量を推定した.次に,可降水量の時間変化を位置座標の1次式で近似した移流ベクトルと乱れの項で表現し,1次式中の係数は時々刻々と得られる可降水量分布から推定した.移流モデルでは,格子を超える物理量の移動は表現できない.そこで本研究では空間間隔を100kmに設定し移流モデルを適用した.移流モデルによって推定される3時間単位の可降水量の水平移流は,実測値と比較して誤差が大きく単純な移流モデルの適用は困難であることが示唆される.本研究課題では,移流モデルにおける乱れの項が蒸発散を表すことになるため,移流モデルの適用方法の改善といった対策が必要である.しかし,移流モデルから推定された蒸発散量は明確な日周変化を有しており,移流モデルを用いた蒸発散量の推定可能性を示すものと考えられる.蒸発散の推定値を出来うる限り観測値をベースに作成することを目的として,大気水収支法をGPS可降水量に適用し蒸発散量の推定可能性について検討した.まず,水蒸気の水平移流を移流モデルで表現できるか,その適用可能性について検討した.空間方向約20km間隔,時間間隔3時間のGPS可降水量を,GPS観測及び気象観測に基づいて推定した.様々な空間間隔で移流ベクトルを算出したところ,100km程度の空間間隔であれば適切な移流ベクトルを推定出来ることが示された.移流モデルから推定された蒸発散量は明確な日周変化を有しており,蒸発散量の推定可能性を示すものと考えられる.地球規模での水循環の理解を深めることは,喫緊の水問題への対応に必要不可欠である.特に水資源の入力となる降水については,蒸発散などの地表面状態がその規模や分布に影響することが指摘されている.しかしながら,蒸発散の観測値は少なく,蒸発散の時空間分析やモデル検証の障壁となっている.本研究課題では,モデル検証にも耐えうる時空間間隔の蒸発散推定値を出来うる限り観測値をベースに作成することを目的とし,大気水収支法をGPS可降水量に適用する.平成24年度ではGPS可降水量の水平移流量を移流モデルで表現できるか,その適用可能性を検討した.地上に設置されたGPS (Global Positioning System)受信機がGPS衛星から受け取る電波には,大気による影響を受け真空中と比べ見かけ上伝搬距離が伸びたように見える大気遅延の効果が含まれる.この大気遅延と地上気圧,気温および可降水量との物理的な関係から推定されるのがGPS可降水量である.本研究では国土地理院の電子基準点データ提供サービスから対流圏遅延量を取得し,AMeDASの気象観測値から可降水量を推定した.推定した可降水量は,空間方向約20km間隔,時間方向3時間間隔である.ある物理量の空間分布が時間経過とともに変化する様子を,移流ベクトルによる移流と乱れの項で表現するモデルが移流モデルである.本研究では,GPS可降水量の時間変化を位置座標の1次式で近似した移流ベクトルと乱れの項で表現し,1次式中の係数は時々刻々と得られるGPS可降水量分布から推定した.移流モデルでは,格子を超える物理量の移動は表現できない.そこで,可降水量データをアップスケールしながら,さまざまな空間間隔で移流ベクトルを求めたところ,100km程度の空間間隔であれば移流ベクトルを適切に求められることがわかった.洪水や渇水といった水問題への対応は,気候変動に伴う水循環の変動可能性の議論と相まって,まさに喫緊の課題となっている.水循環はその要素を降水,蒸発散,流出に大きく区分できるが,降水や流出の観測頻度と密度に比較して,蒸発散の観測は十分であるとは言い難い.したがって,蒸発散の実態把握を目的とした時空間分析や,数値モデルを用いた推定値の検証が困難となっている.

そこで本研究課題では,蒸発散の推定値を出来うる限り観測値をベースに作成することを目的として,大気水収支法をGPS可降水量に適用し蒸発散量の推定可能性について検討した.大気水収支法とは,ある領域をもった地表面を底辺とする大気柱に着目し,大気柱の水分貯留量の変化が,水蒸気の水平移流と降水および蒸発散で説明されるという理論に基づいて,蒸発散を求める手法である.本課題では,大気柱の水分貯留量としてGPS可降水量を用いる.水蒸気の水平移流を移流モデルで表現できるか,その適用可能性について検討した.本課題では,空間方向約20km間隔,時間間隔3時間のGPS可降水量を,GPS観測及び気象観測に基づいて推定した.様々な空間間隔で移流ベクトルを算出したところ,100km程度の空間間隔であれば適切な移流ベクトルを推定出来ることが示された.しかし,推定された移流ベクトルと水蒸気の水平移流量の両者には,蒸発散量を推定する上では無視できない誤差が存在した.本研究課題では,移流モデルによって可降水量の水平移流量を推定する基礎的手法を確立したが,推定精度の向上がさらなる課題である.さらに,本手法による蒸発散量の推定値の検証方法を提示し本手法の有効性を示していく必要がある.水文学本研究課題は,モデル検証にも耐えうる時空間間隔の蒸発散推定値を出来うる限り観測値をベースに作成することを目的とし,大気水収支法をGPS可降水量に適用し,数日かつ20km間隔の蒸発散量の推定手法を確立することである.平成25年度はその目的の達成に向けて,可降水量の水平移流量に対して移流モデルを適用し,蒸発散量を推定できるか,その適用可能性を検討することである.そこで,可降水量の時間変化を位置座標の1次式で近似した移流ベクトルと乱れの項で表現する移流モデルを適用し,1次式中の係数は時々刻々と得られる可降水量分布から推定した.ここで,移流モデルにおける乱れの項が蒸発散を表すことになる.移流モデルによって推定される3時間単位の可降水量の水平移流は,実測値と比較して誤差が大きく,移流モデルの適用は困難であることが示唆された.これは研究計画時から想定していたことであり,本研究課題では,移流モデル自体の改良やの適切な適用方法の模索といった対策が必要であり,現在も取り組みを続けている.移流モデルから推定された蒸発散量は明確な日周変化を有しており,移流モデルを用いた蒸発散量の推定可能性を示すものと考えられる.以上のことから,平成25年度の研究目的は達成されたと判断する.本研究課題は,モデル検証にも耐えうる時空間間隔の蒸発散推定値を出来うる限り観測値をベースに作成することを目的とし,大気水収支法をGPS可降水量に適用し,数日かつ20km間隔の蒸発散量の推定手法を確立することである.平成24年度はその目的を達成するためにGPS可降水量の水平移流量を移流モデルで表現できるか,その適用可能性を検討することであった.対流圏遅延量と気象観測値からGPS可降水量を20km格子,3時間間隔で推定し,得られたデータに移流モデルを適用した.20km格子間隔の可
エピゲノム修復に基づく発達障害疾患の新規治療戦略

エピゲノムには、ゲノムにはない可逆性が存在する。そこで、エピゲノム異常に起因する発達障害疾患(Rett症候群)を対象にエピゲノム修復治療の可能性を検証した。当初、個々の遺伝子に作用する化合物の作製を予定したが、修復対象遺伝子が多数想定されたことから、グローバルな作用を有する化合物の探索を行った。その結果、本症に使用されている抗てんかん薬に多数の遺伝子を対象にしたエピゲノム修復を介した発現回復作用があることが神経培養細胞で判明した。さらにこの薬剤以上の作用を有する新規化合物を2種見いだした。この効果が新規に本症患者から作製したiPS細胞で確認できれば、本症の新たな治療薬候補になると考えられた。【具体的内容】平成23年度に実施した研究成果は以下の3点である。1.iPS細胞の神経分化サンプルの作製[担当:黒澤]:PIポリアミドによる遺伝子特異的治療法開発研究の材料となる患者由来細胞を作製した。具体的には、対象疾患であるレット症候群の患者2名(いずれもMECP2に遺伝子変異(1塩基欠失)を有する)から採取した皮膚線維芽細胞より樹立したiPS細胞株を対象に、一次・二次の神経細胞塊を作製した。2.レット症候群における神経病態関連遺伝子の確認解析[担当:久保田]:PIポリアミドによるエピゲノム修復標的とする本症候群の神経病態関連遺伝子(3種)の特性を確認した。具体的には、LIN7A(神経細胞表面NMDA受容体輸送因子)とPCDH7とPCDHB1(いずれも神経細胞接着因子)のMeCP2発現制御下特性(1)ヒト由来神経培養細胞(SH-SY5Y)またはマウス由来神経培養細胞(Neuro2A)でMeCP2過剰状態の際に発現が変化すること、(2)MeCP2が本遺伝子のプロモーター領域に結合すること」、を確認した(BMC Neurosci 2011に発表)。3.PCDH遺伝子用の脱メチル化効果を有するPI-ポリアミドの作製[担当:久保田]:DNA配列特異的にエピゲノム修復を施すPI-ポリアミドの作製を開始した。具体的には、上記遺伝子のプロモーター領域への作用が予測できるN-メチルピロール(P)とN-メチルイミダゾール(I)配列をデザイン(設計)した。【本研究の意義】「Rett症候群の神経病態に関わる遺伝子のエピゲノム状態を修復し、適正な遺伝発現状態に是正し、神経機能の回復を検証する」ことである。【本研究の重要性】「栄養物質や薬物によるヒトゲノム(全遺伝子)を対象とした従来の修復方法に代わる、疾患に関連する遺伝子だけを標的とするエピゲノム修復方法を開発すること」である。本研究の目的は、MeCP2タンパク質の標的遺伝子の発現を正常化させる発達障害疾患(レット症候群)の治療戦略の開発である。当初、ポリアミド化合物による遺伝子個々の遺伝子の発現回復を計画したが、MeCP2タンパク質の標的遺伝子が多数存在することから、幅広く遺伝子に作用しうるエピゲノム修復化合物による治療戦略に切り替えた。この方針の下、最終年(平成25年)度は、以下の研究を行った。1エピゲノム修復作用を有する既存化合物による遺伝子発現回復の実証:レット症候群のてんかん治療などに使用されている既存の化合物(バルプロ酸ナトリウム)はヒストン脱アセチル化酵素阻害(エピゲノム修復作用)を有することから、この作用による遺伝子の発現回復について調べた。その結果、バルプロ酸ナトリウムを投与すると、レット症候群モデルマウスで発現低下が知られているBDNF遺伝子を1.8倍発現回復させること上昇させた。2エピゲノム修復作用が予測される新規化合物による遺伝子発現回復の実証:レット症候群の原因タンパク質MeCP2の複合体を形成するSin3タンパク質に結合し、その機能を阻害する化合物を2種見いだした。これらの化合物は、ヒト神経培養細胞(SH-SY5Y)において、レット症候群モデルマウスで発現低下が知られているBDNF遺伝子の発現を2ー3倍程度と、バルプロ酸ナトリウムよりもさらに高いレベルで発現回復させた。以上の研究を通じて、現在使用されている化合物の疾患関連遺伝子のエピゲノム修復作用を明らかにするとともに、さらに効果が期待できる化合物候補を見いだすことが出来た。【具体的内容】平成24年度に実施した研究成果は以下の2点である。1.iPS細胞の神経分化サンプルの特性評価[担当:黒澤、久保田]:前年度、PIポリアミドによる遺伝子特異的治療法開発の対象となる患者iPS細胞を作製し、今年度はその特性評価を行った。その結果、レット症候群(MECP2に遺伝子変異に起因する疾患)がX連鎖遺伝病であることから、X染色体不活化現象に従い、正常MECP2に遺伝子を有するX染色体が活性化したiPS細胞(正常iPS細胞)だけからなる細胞株と変異MECP2

遺伝子を有するX染色体が活性化したiPS細胞(病的iPS細胞)だけからなる細胞株が樹立され、神経分化させてその性質を比較したところ、病的iPS細胞由来の神経細胞で異常なグリア細胞マーカーの発現が見られることが判明した。2.レット症候群の重症化に関連する遺伝子の同定[担当:久保田]:PIポリアミドによりエピゲノム修復パターンを修復し、適正な遺伝子発現の回復の対象遺伝子として、前年度、MeCP2の標的遺伝子である神経細胞表面NMDA受容体輸送因子(LIN7A)と神経細胞接着因子(PCDH7とPCDHB1)を同定した(BMC Neurosci 2011に発表)。今年度はさらなる修復対象遺伝子として、本症候群の骨格異常の重症化との関連が推測される遺伝子(MKX)と神経機能異常の重症化との関連が予測される分子(CKB, FYM)の遺伝子を同定した(PLoS ONE 2013(印刷中)に発表)。【本研究の意義】「Rett症候群の神経病態に関わる遺伝子のエピゲノム状態を修復し、適正な遺伝発現状態に是正し、神経機能の回復を検証する」ことである。【本研究の重要性】「栄養物質や薬物によるヒトゲノム(全遺伝子)を対象とした従来の修復方法に代わる、疾患に関連する遺伝子だけを標的とするエピゲノム修復方法を開発すること」である。エピゲノム修復に基づく遺伝子特異的治療法の開発が本研究の目的である。初年度である平成23年度は、材料である対象患者由来のiPS神経分化細胞の作製と修復対象となる病態関連遺伝子の動態の確認を、初期の計画通り行うことができた。3番目の課題であった修復ツールとしてのPIポリアミドに関しては、配列設計までは終了したが、作製までは至らなかった。25年度が最終年度であるため、記入しない。使用材料(iPS細胞)の作製状況使用する材料として、本研究の対象疾患患者から樹立したiPS細胞を使用することにした。その作製の過程で、本疾患の遺伝学的特性から、完全に遺伝子異常の効果が現れる細胞集団と遺伝子異常の全く表れない細胞集団に大別することがわかり、後者は前者の遺伝的バックグラウンドが同一な正常対照細胞として使用できることが判明した。これにより、治療効果の判定が容易になった。解析対象遺伝子の探索状況本研究の対象疾患の責任タンパク質MeCP2は多数の遺伝子に作用して発現を調節していることが判明した。本研究の途中で、われわれも本症候群患者に見られる精神・神経症状に関連するMeCP2の標的遺伝子を同定した。さらに、重症患者でみられ、異常患者ではみられなかったエピゲノム差異領域に存在する遺伝子を、本症候群の重症化に貢献する遺伝子として同定した。これらの新たな遺伝子も、治療効果が期待できるエピゲノム修復対象遺伝子と考えられた。遅れている課題細胞材料と修復対象遺伝子の知見の拡大は本研究の達成度の向上に貢献したが、今後は修復対象遺伝子の配列に基づいたPIポリアミドの合成とその効果の検証が課題と考えられる。今後はまず、遅れている、PIポリアミドの作製を行い、これを用いた修復の可能性やその効率に関する検証を行う。
細胞と細胞外基質の物理的相互作用による肝臓の代謝機能異常と線維化の分子基盤の解明

顆粒球特異的にEGFPを発現する遺伝性肥満マウス(ob/ob; Lysozyme M-EGFPマウス)の生体イメージングにより、対照の非肥満マウス(WT; Lysozyme M-EGFPマウス)と比較して多数の顆粒球が肝類洞に接着し、肝臓内に浸潤していることを見出した。肥満マウスの肝類洞内皮細胞(LSEC)では、ケモカインや炎症性サイトカイン、接着因子の遺伝子発現が上昇し、LSECの細胞表面において接着因子のひとつであるVCAM-1(vascular cell adhesion protein-1)の発現が増加し、VCAM-1と結合するVLA-4(very late antigen-4)を介した白血球との細胞接着が亢進していることを明らかにした。肥満マウスにVLA-4の阻害抗体を投与すると、顆粒球とLSECの接着および肝臓への白血球の浸潤が抑制され、高血糖が改善した。肥満マウスの肝臓では浸潤した白血球が肝細胞と接触している様子が電子顕微鏡で観察され、マウス肝臓内の白血球と肝細胞を実際に接触させて培養すると肝細胞からの糖の産生が増加した。この時、細胞同士の接触により活性化されるシグナルであるNotchシグナルを介して、糖の産生を促進する酵素(グルコース-6-ホスファターゼ)の遺伝子発現が増加することがわかり、肝臓に浸潤した白血球が肝細胞と接触し、Notchシグナルを活性化して高血糖を引き起こす機構が解明された。本研究により、肥満を原因とする糖代謝異常において、LSECと白血球とのVLA-4を介した細胞接着、および浸潤白血球と肝細胞とのNotchシグナルを介した細胞接触の意義が明らかとなった。細胞外基質による細胞接触シグナルの活性化と糖・脂質代謝への影響については未解明であり、今後の課題である。NASHモデルマウス等を用いて、細胞外基質が肝細胞に物理的に接触することに起因するシグナル活性化が糖・脂質代謝に影響する機構を明らかにする。肥満に伴う脂肪肝や糖脂質代謝異常において、肝実質へのCCR-2陽性骨髄系細胞の浸潤が促進的役割を果たしている。RMCが肝実質へ浸潤する機構及び肝細胞との相互作用について、細胞接着・接触の視点から検討した。肥満マウス由来の肝類洞内皮細胞(liver sinusoidal endothelial cells:LSEC)では、ケモカインMCP-1の受容体CCR-2、及び接着因子(VCAM-1、Selectins)の発現が増加していた。肥満マウス肝臓の電子顕微鏡による解析では、単球・マクロファージがLSECと接着する像や、肝実質細胞間に浸潤している像が多数観察された。還流装置による細胞接着実験では、肥満マウス由来LSECにおいて単球の接着が著明に増加しており、接着因子VCAM-1のリガンドVLA-4に対する中和抗体の前処置により接着が抑制された。肝細胞とマクロファージ細胞株RAW264.7細胞の接触共培養では、糖新生関連遺伝子(Pck1, G6pc)の発現誘導と糖産生の増加が認められ、Notch阻害剤によりPck1, G6pcの発現誘導は抑制された。高脂肪食負荷マウスへの抗VLA-4抗体投与により、肝臓へのGr-1(好中球マーカー)およびCCR-2(骨髄系細胞マーカー)陽性細胞の浸潤が抑制され、MCP-1、CCR-2、TNF-αの遺伝子発現の減少とインスリン抵抗性および耐糖能の改善が認められた。肥満では、LSECにおいてMCP-1の発現が亢進しており、肝臓への骨髄系細胞の誘導に促進的役割を果たすことが示唆された。また、骨髄系細胞はLSECとの細胞接着亢進を介して肝実質に浸潤し、肝細胞との細胞接触を介して代謝異常を惹起する機構が推察された。以上の研究結果を責任著者としてCell Reports誌に報告した。NASHモデルマウスであるMC4R欠損マウス(Am J Pathol 2011;179:2454-2463)、及びメチオニン・コリン欠乏食負荷による肝線維化モデルマウスの肝臓において、細胞接着分子、細胞外基質とその受容体関連分子等、細胞接着・接触に関連する遺伝子群の発現が著明に増加していたことから、前記の知見に基づいて抗VLA-4中和抗体を投与した。予想に反して、抗VLA-4中和抗体投与群では肝臓の炎症及び線維化が増悪していた。従って、少なくともマウスでは、肝線維化及びNASHの発症または進展においてはVLA-4は保護的に作用している可能性が考えられ、肝疾患の病期または病態において細胞-細胞間物理的相互作用の病態生理的意義は異なることが示唆された。

肥満マウスにVLA-4の阻害抗体を投与すると、顆粒球とLSECの接着および肝臓への白血球の浸潤が抑制され、高血糖が改善した。肥満マウスの肝臓では浸潤した白血球が肝細胞と接触している様子が電子顕微鏡で観察され、マウス肝臓内の白血球と肝細胞を実際に接触させて培養すると肝細胞からの糖の産生が増加した。この時、細胞同士の接触により活性化されるシグナルであるNotchシグナルを介して、糖の産生を促進する酵素(グルコース-6-ホスファターゼ)の遺伝子発現が増加することがわかり、肝臓に浸潤した白血球が肝細胞と接触し、Notchシグナルを活性化して高血糖を引き起こす機構が解明された。本研究により、肥満を原因とする糖代謝異常において、LSECと白血球とのVLA-4を介した細胞接着、および浸潤白血球と肝細胞とのNotchシグナルを介した細胞接触の意義が明らかとなった。細胞外基質による細胞接触シグナルの活性化と糖・脂質代謝への影響については未解明であり、今後の課題である。前記の進捗に基づき、今後はモデルマウスにおける肝疾患の病期または病態を選択し、その状況における細胞-細胞間及び細胞-基質間の物理的相互作用の病態生理学的意義を明らかにしたい。具体的には、前述のMC4R欠損マウス、メチオニン・コリン欠乏食負荷マウスにおいて、1)脂肪肝、2)肝線維化・炎症、3)肝細胞癌各々の病期・病態に対して抗VLA-4中和抗体、及び他の接着因子、接着因子リガンドに対する中和抗体を投与する。各々の肝病変の変化を評価し、改善が認められたモデルマウスにおいて中和抗体により阻害した分子の欠損マウスを作成する。NASHモデルマウス等を用いて、細胞外基質が肝細胞に物理的に接触することに起因するシグナル活性化が糖・脂質代謝に影響する機構を明らかにする。
ヒト化肝臓マウスを用いたヒト特異的肝毒性評価法の開発と毒性発症機序の種差の解明

肝臓をヒト肝細胞で置換したヒト肝キメラTK-NOGマウス(ヒト肝キメラマウス)には宿主マウスの肝臓と再構築したヒトの肝臓の両方が存在することから、動物種特異的な肝毒性評価が行えると考えた。通常は肝逸脱酵素ALTの活性上昇を肝毒性の指標とすることが多いが、酵素活性測定でマウスALT活性とヒトALT活性を区別することはできない。そこで本研究ではALT活性測定に代わる種特異的肝毒性評価バイオマーカーの探索を行い、ヒト肝キメラマウスを用いたヒト特異的肝毒性評価法の確立を試みた。はじめに肝細胞から漏出するmRNAの検出を試みた。肝臓で発現が高いアポA遺伝子についてヒトとマウスを分別するTaqManプローブを設定し、種特異的肝毒性マーカーとした。次に血漿に逸脱するヒト細胞由来タンパクのうちM65 EpiDeath ELISAにて検出される中間径フィラメント構成タンパク質サイトケラチンを種特異的肝毒性マーカーとした。d-ガラクトサミン誘発肝障害モデルを作製し、血漿に漏出した上記マーカーを測定したところ、検出感度は低いながら、いずれの方法でも逸脱物質の大部分はマウス細胞由来であることがわかった。最終年度は種特異的なALTELISAの探索を行い、アセトアミノフェン誘発肝障害ヒト肝キメラマウスモデルの評価を行った。ALT酵素活性が10倍以上上昇したのに対し、ヒトALTタンパクは2.3倍、マウスALTタンパクは4.2倍の上昇であった。これらの結果から種特異的ALT ELISA法は前記2つの方法よりヒト肝キメラマウスを用いた肝毒性評価に有用なツールとなる可能性が示唆された。しかし、現行ELISA法は検出感度が十分でなく、酵素活性測定に比し大量の血漿を必要とすることから、今後、高感度測定法への改良を行い、更に多くの化合物で検証する予定である。ヒト肝臓を生体内で再構築したHumanized-liver TK-NOGマウスを用いた薬剤性肝障害モデルでは、宿主マウス肝臓と再構築ヒト肝臓の両方が薬剤の影響を受け肝傷害が引き起こされることから、動物種特異的な肝毒性評価が行えると考えた。一般にALTやAST活性等の血液生化学検査により肝毒性が予測され、病理解析により評価されるが、酵素活性測定ではヒトALT活性とマウスALT活性を分別することはできない。一方、病理組織学ではヒト肝細胞とマウス肝細胞の傷害を区別することは可能であるが、高価なHumanized-liver TK-NOGマウスを多数必要とする。そのため、使用動物数を削減し、経時的な肝毒性評価を可能とする「種特異的肝毒性評価法」の確立が必要となった。変性・壊死した肝細胞から漏出する成分のうち、核酸(特にmRNA)はPCR法により容易に検出することができるため、本研究の検出対象として好適と考えた。漏出分子の数は傷害強度だけでなく細胞内含量(遺伝子発現量)に依存することから、はじめにHumanized-liver TK-NOGマウス肝臓における遺伝子発現を網羅的に解析し、5つの遺伝子を検出候補として抽出した。ヒト、マウスのそれぞれの遺伝子について相同性を調査し、種特異的に検出できるプライマー/プローブを作製した。ヒト、マウスの遺伝子それぞれを同時に検出するため、2色の蛍光色素を用いたマルチプレックスPCR系を確立した。また、血液中に逸脱したRNAの精製、逆転写、定量PCRの工程が首尾良く行われたことを確認するため、血漿検体にスパイクRNAを添加した。4つの候補遺伝子のうち最も特異性が高く、感度が良好なアポA遺伝子を選出し、d-ガラクトサミン肝傷害マウスの血漿を分析したところ、漏出RNAの大部分がマウス由来であることが明らかとなった。細胞変性時に漏出するmRNAを検出する場合、遺伝子発現量が高い遺伝子ほど検出は容易になると考えられる。そこで異なるドナー肝細胞で作製したHumanized-liver TK-NOGマウスについて2種類の網羅的遺伝子発現解析(Human 3' IVTアレイ解析、Human GeneST解析)を行い、ハウスキーピング遺伝子(GAPDH)に対して発現の高い遺伝子を抽出した。いずれの解析法においてもアルブミン遺伝子の発現は上位にあった。アルブミン遺伝子の他、比較的発現の高い遺伝子アポA、アポB、アルドラーゼ遺伝子について、それぞれ、ヒトを特異的に検出するプライマー/TaqManプローブ(プローブ)、マウス特異的プローブ、および、ヒトとマウスを同等に認識する共通プローブを設計した。ヒト肝cDNA、および、マウス肝cDNAを用いてそれぞれのプローブの特異性を検証したところ、いずれのプローブも種特異的であることが確認できた。次にヒト由来mRNAとマウス由来mRNAを同一チューブ内で同時に検出するため、ヒト特異プローブとマウス特異プローブを混合し、マルチプレックスPCRによりそれぞれのプローブの反応性を検証した。その結果、組合せにより反応性が衰えるプローブや干渉するプローブがあることが判明した。マルチプレックスPCRで反応性の低下や干渉が見られなかったアポA遺伝子を種特異的検出マーカーとして選択した。当該プローブの対象配列を人工合成し、既知濃度の鋳型DNAとして検量線を作製した。キメラ率約50%のHumanized-liver TK-NOGマウスにd-ガラクトサミンを投与したところ、24時間後にALTの上昇が認められた。この血漿をヒト特異プローブとマウス特異プローブで分析したところ、マウス由来の漏出RNAの方が多いことがわかった。

ヒト肝臓を生体内で再構築したHumanized-liver TK-NOGマウスを用いた薬剤性肝障害モデルでは、宿主マウス肝臓と再構築ヒト肝臓の両方が薬剤の影響を受け肝傷害が引き起こされることから、動物種特異的な肝毒性評価が行えると考えた。一般にALTやAST活性等の血液生化学検査により肝毒性が予測され、病理解析により評価されるが、酵素活性測定ではヒトALT活性とマウスALT活性を分別することはできない。一方、病理組織学ではヒト肝細胞とマウス肝細胞の傷害を区別することは可能であるが一個体の経時変化を観察することができない。そのため、経時的な肝毒性評価を可能とする「種特異的肝毒性評価法」の確立が必要となった。初年度に確立した変性・壊死した肝細胞から漏出したアポA遺伝子mRNAをPCR法により検出する方法の感度を高めるためデジタルPCRによる分析を実施した。Humanized-liver TK-NOGマウス/チオアセトアミド肝毒性モデルについて血漿に逸脱したアポA遺伝子mRNAの検出を従来のリアルタイムPCR法とデジタルPCR法で比較したところ、低レベル領域ではデジタルPCR法が勝ることが確認できた。しかし、これらの方法は種特異性(Specificity)が高い一方、検出感度(Sensitivity)が低いことが問題になると考えられた。そこで、異なる分析手法として、血漿に逸脱するタンパクの種特異的検出を試みた。中間径フィラメント構成タンパク質のひとつであるサイトケラチンを標的としたキット(M65 EpiDeath ELISA)についてHumanized-liver TK-NOGマウス/チオアセトアミド肝毒性モデルを評価したところ、チオアセトアミド投与により血漿ヒトサイトケラチン18の上昇がHumanized-liver TK-NOGマウスのみで確認できた。初年度に確立した細胞傷害時に漏出するアポA遺伝子mRNA検出による種特異的肝毒性評価法では上昇したALT酵素活性に比し、検出した血漿mRNA量が僅かであった。本年度は低発現レベルでも定量性の良いデジタルPCR法にて分析を行った。はじめにアポA遺伝子mRNA検出用プライマー/TaqManプローブについて至適温度条件の設定、プローブの特異性を確認した。両プローブがデジタルPCR法でも良好に作動したことから、キメラ率約50%のHumanized-liver TK-NOGマウスを用いてチオアセトアミド誘導肝傷害モデルの評価を行い、リアルタイムPCR法による結果と比較を行った。マウスアポA遺伝子mRNAはリアルタイムPCR法でも比較良好に検出できたが、ヒトアポA遺伝子mRNAはほとんど検出することができなかった。一方、デジタルPCR法ではヒトアポA遺伝子mRNAを確実に検出し数値化することができた。しかし、その存在量はALT酵素活性に比し低く、種特異性(Specificity)は十分に確保できるものの検出感度(Sensitivity)は十分であるとは言い難いレベルであった。一方、異なる分析手法により種特異的肝毒性評価を行うことも検討した。
パンコムギ低温応答遺伝子ネットワークの特性解析

1.パンコムギのABA依存的な低温応答機構を明らかにするため、ABA応答性転写因子を用いて実験を行った。(1)ABA応答性転写因子(Wdreb2、Wabi5、Wlip19)の過剰発現形質転換タバコを用いて、非生物ストレス(凍結、脱水、塩)に対する耐性を調べた。その結果、野生型のタバコに比べて、形質転換体ではストレス耐性が向上し、それぞれの遺伝子が非生物的ストレス耐性に関与することが示された。(2)bZIP型転写因子をコードするTaOBF1を単離し、構造・発現解析を行った。過去のイネにおける解析結果から、TaOBF1はWLIP19とヘテロ二量体を形成し、下流のCor/Lea遺伝子群の発現制御をすると考えられる。TaOBF1は、パンコムギゲノム内に3コピー存在し、第5同祖群染色体に座乗することがわかった。発現解析の結果、TaOBF1は他の転写因子と同様に、低温や乾燥に応答することがわかった。しかし、ABAには明瞭な応答を示さなかった。2.ABA高感受性突然変異系統(ABA27)を用いて、低温・凍結耐性におけるABAの役割を調べた。(1)発芽時と幼苗のABA感受性を調べた結果、ABA27では内生および外生のABAに対する感受性が高く、ABA応答性遺伝子群の発現レベルも高かった。(2)凍結耐性試験の結果、ABA27では凍結耐性が向上していた。(3)低温応答性遺伝子群の発現解析の結果、ABA27と親系統との間で明瞭な発現レベルの差は見られなかったが、いくつかのABA応答性遺伝子では、低温処理の早い段階で発現レベルに差が見られた。以上の結果は、Cor/Lea遺伝子群やWdreb2、Wabi5およびWlip19を含むABA依存的な低温応答経路は、低温馴化や凍結耐性にはそれほど効果を持たないが、未知のABA依存的な凍結耐性獲得機構の存在を示唆するものであった。1.パンコムギのABA依存的な低温応答機構を明らかにするため、低温応答性転写因子とABA応答性Oor/Lea遺伝子群を用いて実験を行った。(1)ABA応答性転写因子(WAdi5、Wlip19)の過剰発現形質転換体を作出した。(3)WABI5およびWLIP19とCor/Lea遺伝子群との関係を調べるために、トランジェントアツセイを行った。その結果、WABI5はWdhn13、Wrab18、Wrab19を、WLIP19はWdhn13、Wrab17、Wrab18、Wrab19の発現を調節することが示唆された。2.低温耐性QTL解析を行うため、98座位のフレームマップ作成用分子マーカーを選抜した。3.ABA低感受性突然変異体(EH47-1)を用いて、低温・凍結耐性におけるABAの役割を調べた。(1)幼苗のABA感受性を調べた結果、EH47-1ではABAAの感受性が低下していたが、ABA応答性遺伝子群の発現レベルは高かった。(2)凍結耐性試験と低温応答性遺伝子群の発現解析を行った結果、EH47-1では凍結耐性が向上していたが、低温応答性遺伝子群は親系統と同様の発現レベルを示した。(3)Differential displayによりEH47-1で発現が増加していた新規遺伝子を単離したが、そのABAおよび低温応答性は、他の遺伝子と同様であった。以上の結果は、凍結耐性に関与する未知のABA依存的経路の存在を示唆した。
南アジア古代文字の自動特徴抽出機能と年代推定機能を有する画像データベースの構築

南アジア古代文字の中で最も重要なスリランカのブラフミー文字を自動識別する「データ解析機能を有するデータベースシステム」を開発した。石碑の拓本の形態で蓄積されている膨大なブラフミー文字データをデジタル化し,画像処理を行うことによって,「標準的ブラフミー文字フォント」を作成した。これと未解析の碑文データを照合することにより,データの判読と年代推定を半ば自動的に実行するシステムを開発した。碑文画像データと標準的ブラフミー文字フォントによる記載をセットにしたデータベースを構築し,アジア太平洋諸国に配置した協調的知識共有システム(KISSEL)上で公開した。遺跡に対する自然環境の影響についても研究した。南アジア古代文字のなかで最も重要なブラフミー文字の特徴をコンピュータを使って客観的に識別する方法について研究し,「データ解析機能を持つデータベースシステム」を開発した。これを使って,石碑の拓本及びその写真集の形態で蓄積されている膨大なブラフミー文字データをデジタル画像化して,そのデータベースの構築を開始した。ブラフミー文字の時代変遷を明らかにするため,同一時代の同一文字データをコンピュータを使って一文字当たり30サンプル以上について,独自の画像解析手法によって分析し,それらに共通の形状的特徴を抽出した。これによって「時代別標準的ブラフミー文字フォント」を生成することができた。「時代別標準的ブラフミー文字フォント」と,碑文文字を比較することにより,碑文の自動判読が可能である。これを行うアルゴリズムを開発し,データベースシステムに組み込んだ。その結果,年代推定や文字の時代遷移をコンピュータを使って客観的に研究できる方法が準備されたことになる。南アジア各種古代文字の時間的空間的な展開過程を解明する総合的データベース構築のための第一歩とすることが,当該研究の目的である。なお,当該研究は,遺跡の風化と環境問題との関連(とりわけ各種センサー技術)や現地調査にICT技術(GPSや電子地図技術)を活用するなどして総合的データベースとする努力が為されている。また,既存の知識共有データベースシステム(KISSEL)との連携にも特に留意して研究が進められている。数理感性情報処理を専門とする茨城大学のグループとスリランカ政府考古学省の古代文字研究グループが連携して、南アジア古代文字(特にブラフミー文字)の時代変遷の研究を開始した。この研究のために、データ解析機能付き古代文字データベースシステムの開発に着手した。スリランカ政府考古学省の古代文字研究グループが提供するブラフミー文字写真データをデジタル化して、スリランカブラフミー文字文献データベースの構築を目指している。同一時代の同一文字をコンピュータを使って解析し、それらに共通の特徴を客観的に抽出して、時代ごとの「標準的ブラフミー文字フォント」を生成する。当該年度は、初期ブラフミー時代に使われた文字データに注目し、1文字当たり30ー50サンプルの写真データを解析した。そして、初期ブラフミー文字の大半のアルファベットについて「標準的初期ブラフミー文字フォント」を生成することができた。同様の作業を時代ごとの文字データについて実施し、時代ごとの「標準的ブラフミー文字フォント」を決定できれば、それを使って、碑文の時代推定システムを完成することができる。(1)碑文の写真、(2)碑文の標準的ブラフミー文字フォントによる表記、(3)碑文に関する考古学的データ等の項目からなる統合的古代文字データベースの完成とその国際的運用を最終目的とするので、今後、膨大な作業量が想定されるが、初期ブラフミー時代に使われた「標準的ブラフミー文字フォント」の大半を生成することができたことから、その第一歩を確実にスタートできたと考えられる。南アジア古代文字のなかで最も重要なスリランカのブラフミー文字の特徴をコンピュータを使って客観的に識別する方法について研究し,「データ解析機能を持つデータベースシステム」を開発した。これを使って,石碑の拓本及びその写真集の形態で蓄積されている膨大なブラフミー文字データをデジタル画像化して,そのデータベースを構築した。初期ブラフミー文字の同一文字データをコンピュータを使って数多く(30サンプル以上)解析し,それらに共通の特徴を客観的に抽出した「標準的ブラフミー文字フォント」を生成した。未解析の碑文上の文字を「標準的ブラフミー文字フォント」と照合することにより,碑文の年代推定や判読がコンピュータ上で半自動的に実施できる手法を開発した。そして,拓本写真(原データ)と標準的ブラフミー文字フォントでの記述文をセットにしたデータベースを構築し,アジア太平洋諸国に配置した協調的知識共有サーバ群システム(KISSEL)上で公開した。このシステムには,データベースとともに,開発した文字解析ツールや研究文献も同時に公開されて,アジア太平洋諸国の研究者と知識共有がはからている。この研究を発展されば,南アジア全体の各種古代文字の時間的空間的な展開過程を解明する総合的データベース構築が可能になる。当該研究では,そのための第一歩とすることができた。また,石碑や拓本に対する自然環境の影響についても研究し,考古学的遺跡・遺物の保存・保管方法に関する提案を行うことができた。

遺跡場所の自然環境をモニターするセンサー技術に関連する研究も同時に行った。計算機応用石碑の拓本及びその写真集の形態で蓄積されているブラフミー文字データをデジタル画像化して,そのデータベースを構築できたこと。独自に画像解析手法を開発したこと。これを使ってブラフミー文字データを解析し,それらに共通の特徴を客観的に抽出し,「時代別標準的ブラフミー文字フォント」を生成することができたこと。碑文の自動判読の方法を提案できたこと。南アジア各種古代文字の時間的空間的な展開過程を解明する総合的データベース構築への青写真ができたこと。以上が研究が「おおむね順調に進展している」と判断する理由である。初期ブラフミー時代に使われた「標準的ブラフミー文字フォント」の大半を生成することができたため。南アジア各種古代文字の時間的空間的な展開過程を解明する総合的データベース構築へ向けて継続的な研究を行う。とりわけ,次年度(最終年度)は,これまでの成果を踏まえて,スリランカのブラフミー文字とインドネシアの古代文字の時代変遷の相関に関する研究を実施する。このため,インドネシアでのデータ収集を主な作業項目とする。初期ブラフミー時代に使われた「標準的ブラフミー文字フォント」の大半を生成することができたが,数文字種について,それができていない。文字の形の共通点を見出すアルゴリズムを改良して,この問題点を克服する考えである。納品等の関係で,物品費の実支出が見込み額より少なくなったため。次年度の旅費及び物品費に上積して利用する。スリランカ政府考古学省の古代文字研究グループとの連携を強化するために,現地を訪問し,現地スタッフとの研究会・データ共有の推進を行う。次年度は,このような現地作業を行うために研究費の大半を投入する考えである。
複合化による鉄基焼結材料の加工性改善に関する基礎的研究

鉄粉末に銅粉末あるいはタングステン粉末を体積率で1%から20%(タングステンの場合10%)混合後、ステンレスパイプに充填・圧縮したものをHIP(850°C,1800気圧)処理し焼結素材を作製した。焼結素材より引張りおよびねじり試験片を作製し、実験に用いた。なお、第2相として当初計画していた炭化タングステン粉末は鉄粉末中に均一に混合しないことが判明したため、第2相粒子として炭化タングステン粉末の代りにタングステン粉末を用いた。まず、引張試験により得られた結果を要約すると以下のようになる。(1)タングステン粒子を含む試料の破断ひずみは、タングステン含有量の増加にともない急激に減少した。一方、銅粒子を含む試料の第2相粒子含有量の増加にともなう破断ひずみの減少は、顕著ではなかった。(2)タングステン粒子を含む試料は、変形初期に母相との界面にはく離によるボイドが発生した。一方、銅粒子を含む試料はくびれの発生前後で母相との界面にボイドが発生した。つぎに、ねじり試験により得られた結果を要約すると以下のようになる。(1)軸力を付加することにより破断までのねじれ角は増大した。破断時の相当塑性ひずみを延性の尺度として用いると、引張り、純ねじり、圧縮ねじりの順に延性は増大した。これは、変形中の試料の応力の静水圧成分(平均応力)の大小と一致している。なお、付加した軸力は座屈の危険性を考慮して引張降伏荷重の0.75倍までとした。以上の引張りおよびねじり試験の結果より第2相粒子を多く含む低延性材料の加工性改善には、引張応力を極力生じさせないよう、延性材料との複合化あるいは圧縮力付加が有効であることが示された。
誘電泳動法による高機能性製剤の評価技術の開発

本研究は、誘電泳動法を利用しナノ粒子製剤に含有される薬物量によりナノ粒子を分離及び精製する手法を開発することを目的とした。交流電圧を印加し誘電泳動の誘起条件を変化させたところ薬物の有無でキャリアの電極への集積速度が異なることが明らかとなり、誘電泳動現象によりキャリアに内包される薬物量の違いにより、ナノ粒子製剤を分離できる可能性が示唆された。さらに本現象をクロマトグラフィー法へ適用するためにモノリス型カラムによるナノ粒子製剤の分離を行った。本研究は、誘電泳動法を利用し、ナノ粒子製剤に含有される薬物量によりナノ粒子を分離及び精製する手法を開発することを目的とする。本年度は、薬物を内包させたナノメートルサイズのキャリアーと薬物を内包しないキャリアーを試料とし、誘電泳動条件を変化させた際、両者で電極への集積性が異なるかどうか検討した。試料には、副作用を抑えるための投与形態として最も理想的であると考えられているドラッグデリバリーシステム(DDS)製剤を試料として用いた。具体的には、分極率の大きい抗がん剤ドキソルビシン等を内包した高分子ミセルとリボソームを作製した。薬物キャリアーに薬物を含む水溶液を加えて薬物を内包させた後、透析等により、薬物を内包したキャリアーと内包されなかった薬物を分離した。ナノ粒子製剤は動的光散乱計を用いて粒子径の均一性を確認した。誘電泳動現象では、塩濃度が大きいと、誘電率が増大し測定に大きな影響を及ぼすため、リボソームおよび高分子ミセルにっき、キャリアーのみと薬物を内包させたものをそれぞれ超純水で希釈し塩濃度を下げたものを測定試料とした。交流電圧を印加し誘電泳動を誘起させる際に、周波数および印加時間を変化させたところ、ある一定の条件において、キャリアーのみと薬物を内包したキャリアーとで電極への集積速度が異なることが明らかとなった。この結果より、誘電泳動現象によりナノメートルサイズのキャリアーに内包される薬物量の違いにより、ナノ粒子製剤を分離できる可能性が示唆された。前年度、誘電泳動現象を利用することにより、薬物を内包させたキャリアーと薬物を内包しないキャリアーで異なる挙動が観察された。一方、クロマトグラフィー法は、非常に汎用される医薬品分析手法であるが、本手法により薬物を内包させたキャリアーと薬物を内包しないキャリアーの分離に成功した例は報告されていない。そこで、誘電泳動現象をクロマトグラフィー法へ適用することが可能であれば、非常に汎用性の高いナノ粒子製剤の分離・解析手法を確立できると考え、本年度は、マイクロメートルサイズの貫通孔を有するモノリス型カラムを用いることにより、ナノ粒子製剤の分析法を開発した。本カラムは粒子充填型カラムと比較し空隙率が高いため、ナノ粒子がカラム内に詰まることもなく、カラム負荷圧を低く抑え、カラム長の増加による分離性能の向上が期待できた。シリカナノ粒子、リポソームを試料として分析条件を検討したところ、カラムには中性親水性基であるアミド基で表面修飾したシリカ系モノリス型カラムが、移動相にはリン酸緩衝液とメタノールの混液が良好なピーク形状と分離を可能とした。これは、イオン交換型相互作用に基づく試料の吸着を抑えることが可能であったためと推察され、リポソーム製剤など生体由来物質を主成分とするナノ粒子分析へ広く応用可能であるとともに、カラムのスケールアップによる分取・精製も可能であると考えられる。今後、誘電泳動現象をクロマトグラフィー法へ適用することにより、非常に汎用性の高いナノ粒子製剤の分離・解析手法を確立できると考えられる。