hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
界面転位配列制御による高密度量子細線デバイスの開発

本研究では、酸化物結晶内部に配列させた転位部に機能元素を閉じこめる方法によって、固体内量子細線の作製や量子機能創生を目的とした。何も機能を所有していない絶縁体結晶内に意図的に転位を導入させ、転位に沿って機能元素を熱拡散することで、1次元的な量子細線を形成させることに成功した。自己組織的なプロセスを駆使した量子細線の合成および大量導入による、新機能創成・大容量化・デバイス化への指針を得ることができた。結晶界面工学・収差補正走査透過型電子顕微鏡・第一原理計算・数学理論を組み合わせ、新しいアプローチで研究を行った。基礎的観点だけでなく、量産面などのエンジニアリングの観点でも応用が広く期待される。低次元量子構造である量子細線や量子ドットは、バルクとは完全に異なる物性を示すことから古くから注目されてきた。我々はそのような量子細線を絶縁体などの結晶内部に形成させる。その媒体として、結晶の線欠陥、すなわち「転位」に着目する。転位は、結晶中の原子配列が不連続になった線欠陥であり、その周囲に生じる弾性ひずみ場においては、ひずみ緩和のためにしばしば溶質元素の偏析が起こる(コットレル効果)。また、弾性ひずみ場では、溶質元素の拡散速度が完全結晶領域と比べて速くなる(パイプ拡散)ことが知られている。このような転位特有の性質を利用して、添加元素を転位に沿って拡散させて転位芯近傍に偏析させることができれば、溶質元素を一次元的に配列した量子細線構造を創出することが期待される。絶縁体結晶内部に量子細線を形成させる媒体として、転位を提案した。第一に、転位を一次元的に配列させる条件を最適化した。最適な転位導入法は、バイクリスタル法であった。実際に、酸化マグネシウム結晶をモデル材料として、小傾角粒界を作製した。この粒界を、汎用透過型電子顕微鏡や球面収差補正走査透過型電子顕微鏡を利用して、結晶粒界近傍に形成される構造を、低倍から原子レベルに至るまで観察した。暗視野像では、傾角によるミスマッチを補正するため、格子転位がフランクの公式に従うように、周期的に粒界に配列していた。高角環状暗視野(HAADF)像による観察では、低倍観察では捉えられなかった転位芯の微細原子構造が明らかになった。同じ試料の同じ粒界面にあるにもかかわらず、転位芯は三種類の多形を所有していた。粒界における規則的な超構造の自己組織化メカニズムを積極的に活用することで、量子細線の自己形成や大量導入が可能になるはずであり、物性の高性能化や機能創生だけでなく、量産面などのエンジニアリングの観点でも様々な応用につなげていきたい。転位特有の性質を利用して、添加元素を転位に沿って拡散させて転位芯近傍に偏析させることができれば、溶質元素を一次元的に配列した量子細線構造を創出することが期待される。転位を一次元的に配列させる条件を最適化した。高純度(99.9%)酸化マグネシウム(MgO)のΣ5(310)[001]対応粒界(Σ粒界)および対応方位関係から僅かに傾角させたNear-Σ粒界をモデル系として比較する。汎用型透過型電子顕微鏡(CTEM)、球面収差補正走査透過型電子顕微鏡(STEM)を駆使して、残留不純物が偏析しやすい結晶粒界近傍における極微量不純物の所在と形成される微細構造を原子レベルで観察した。Σ粒界について、高角環状暗視野(HAADF)像と原子分解EELSマッピングより、極微量の不純物であるカルシウム(Ca)原子とチタン(Ti)原子が同時に結晶粒界に偏析し、原子スケールで規則配列した自然には存在しない三次元構造(超構造)を形成していることが観察された。Near-Σ粒界の暗視野像では、等間隔で配列する直線状の刃状転位に起因するコントラストが観察された。対応方位関係からの僅かなずれによるミスマッチを補正するために、バーガースベクトルが非常に小さいDSC転位を導入して、ミスマッチ領域を局在化していることがわかった。粒界における規則的な超構造の自己組織化メカニズムを積極的に活用することで、量子細線の自己形成や大量導入が可能になるはずであり、様々な応用につなげていきたい。バイクリスタル法を利用することで、粒界に形成される特有な原子構造ユニットを一次元的に規則配列させることができた。さらに熱処理条件などを最適化し、再現性にも配慮することができた。また、結晶の接合角に依存して、粒界における構造ユニットの種類が異なっており、現段階では、熱処理条件や接合角によって、粒界構造を制御することが可能になりつつある。量子ドットや量子細線、量子井戸などの低次元量子構造は、バルクとは完全に異なる物性を所有することから古くから注目されている。本研究では、酸化物結晶内部に配列させた転位部に機能元素を閉じこめる方法によって、固体内量子細線の作製や量子機能発現化を目的とした。

意図的に転位を導入させ、転位に沿って機能元素を熱拡散することで、量子機能を持った1次元的な量子細線を形成させることが目標であった。転位導入の段階では、バイクリスタル法を活用して、転位の制御を試みた。接合角を調整することによって、粒界転位配列や粒界構造ユニットの制御をすることができた。また、実験と数学との組み合わせによって、構造ユニットの配列はFarey数列で記述できることが明らかになった。接合角度がわかれば、構造ユニットの配列や粒界転位配列の仕方を予測できることが示された。同時にマイナーな構造ユニットの存在は暗に粒界転位の存在に対応することが検証された。量子細線の形成では、転位に沿って機能元素を熱拡散することで、1次元的な量子細線を自己形成させることに成功した。特に、一部の対応格子方位関係の粒界の構造ユニット内に不純物が安定に存在していた。一次元的に配列するだけでなく、特異な電子状態を持つ量子細線を高密度で自己形成できていることが明らかになった。結晶界面工学・収差補正走査透過型電子顕微鏡観察・第一原理計算・数学理論を組み合わせた本研究によって、自己組織的なプロセスを駆使した量子細線の合成・量子機能創成だけでなく、大容量化・デバイス化への明確な指針を得ることができた。本研究では、酸化物結晶内部に配列させた転位部に機能元素を閉じこめる方法によって、固体内量子細線の作製や量子機能創生を目的とした。何も機能を所有していない絶縁体結晶内に意図的に転位を導入させ、転位に沿って機能元素を熱拡散することで、1次元的な量子細線を形成させることに成功した。自己組織的なプロセスを駆使した量子細線の合成および大量導入による、新機能創成・大容量化・デバイス化への指針を得ることができた。結晶界面工学・収差補正走査透過型電子顕微鏡・第一原理計算・数学理論を組み合わせ、新しいアプローチで研究を行った。基礎的観点だけでなく、量産面などのエンジニアリングの観点でも応用が広く期待される。転位を一次元的に配列させる条件を最適化した。転位導入法は、(1)高温圧縮変形法、(2)バイクリスタル法、(3)配向薄膜粒界を予定していた。しかしながら、(1)高温圧縮変形法による転位導入は、困難を極めたため、中止した。現在、(2)のバイクリスタル法を用いて再現良く成功している。今後は、(3)配向薄膜粒界にも挑戦する。成功しているバイクリスタル法を用いて、粒界構造ユニットを自在に制御する技術をさらに確立させていきたい。構造ユニットには配列の規則性があるので、幾何学的にも考察していきたい。さらに元々結晶に含まれていた極微量の不純物であるカルシウム(Ca)原子とチタン(Ti)原子が同時に結晶粒界に偏析し、原子スケールで規則配列した自然には存在しない三次元構造(超構造)を形成していることが観察された。今後はこれらの欠陥構造および不純物原子がなぜ自己組織的に集合するか、それらが相乗効果でどのような電子状態を持っているか?など、第一原理計算に基づく理論計算を行い、シミュレーションも同時進行で実施していく予定である。結晶界面工学成功しているバイクリスタル法を用いて、転位配列や転位芯構造を自在に制御する技術を確立させていきたい。さらに、転位を直立させるような方向で、約10μmまで機械研磨された後、イオンミリング処理によってさらに薄片化を行い、転位が貫通している状態で、試料表面に金属を蒸着する。
単結晶SiCのプラズマCVDにおける励起種の表面反応の研究

1)低温成長による単結晶SiCの成長アセチレン、ジシランを原料ガスとしたプラズマCVD法により、Si基板上に単結晶SiCを成長することができた。成長には簡単な温度プログラムを採用した。Si(100)基板上では1150°C、Si(111)基板上では1000°Cでエピタキシヤル成長した。単結晶SiCの成長のメカニズムを調べるために、成長速度の反応ガス流量依存性を調べた。2)成長速度の基板関度依存性基板温度700°C1000°Cの範囲で成長速度を調べた。減圧CVD、プラズマCVD共、800°Cを境に2つの活性化エネルギ-をもつ。800°C以上では両者とも同じ活性化エネルギ-をもつが、800°C以下では、プラズマCVDの活性化エネルギ-は極端に小さく、プラズマの効果が見られる。3)成長速度の反応ガス流量依存性成長速度はアセチレン流量に対して平悦しないが、ジシラン流量に対しては、その2乗に比例して変化した。このことから成長にはジシランの2分子反応が関与していることが判明した。4)反応モデル上記の反応ガス流量依存性より、アセチレンの反応は速く、ジシランの流量で反応が決まることが判った。単結晶成長にはC-リッチの条件が必要であることより、Si基板表面には多量のCがまず存在し、そこに吸着する。Cの吸着は連続しては起らず、Cの吸着、結合で成長が進む。反応種の質量分析の結果と合せて考察することにより、この機構はSi、Cの2種類の基板表面への吸着、脱離を基本とするRedeal形反応機構で説明できる。
半導体微小領域におけるトンネル現象と電子間相互作用の研究

近年、非常に薄い障壁(100A以下)が加工された2次元電子系の整数量子ホール状態におけるトンネルスペクトルが話題となっている。このような系では、薄い絶縁体のため端状態が生成し、絶縁体で分離された領域の端状態のエネルギー準位が交差する箇所に微小なギャップが生じることが実験的に確かめられている。本研究では、この実験事実を理論的に、また、数値計算を通して詳しく解析した。この結果、以下に示すことがわかった。(1)実験で示された伝導度におけるピーク幅および強度は、ドープ層のドナーとの相互作用を考え、大きな相関長を持つランダムポテンシャルを障壁近傍に配置し、さらに、有限温度の効果を加えることにより、よく説明できた。また、温度変化を行った時の振る舞いも矛盾なく説明できた。(2)実験で示されたギャップの位置の変化は、self-consistentHartree近似により、ギャップの位置の変化を調べることでよく理解することができた。スピン分極が小さいことを仮定し、さらに、付加的な正電荷が存在するものと仮定することにより、ギャップ位置を定量的に再現することができた。(3)量子ホール効果のブレークダウンを仮定することにより、スペクトルの特異な変化を矛盾なく説明することができた。この事実は、スピン分極がこのような系では小さいことを支持するものである。(4)本研究の結果、Kangらの実験結果が、一般的なQuantum Railroad (乱れた1次元電子導波路の性質の1つ。一般的なものは実験報告されたことはない)を観測した初めてのものであることが解った。○Kangらが行った、薄い障壁を隔てた2つの量子ホール系において、不純物が存在しない場合(ポテンシャルの揺らぎが小さい場合)、非常に長距離の影響を及ぼす減衰波の影響を明らかにした。次に、ドープ層のドナーとの相互作用を考えるため、大きな相関長を持つ(長距離)ランダムポテンシャルを障壁近傍に配置した。相関距離が非常に長いにもかかわらず、伝導度は、ランダムポテンシャルが存在しない場合に比べ、劇的に変化した。ピークは無数の非常に幅の狭い鋭いものに変化した。電流及び電荷分布を調べると、ピークにおいて障壁の両側に生成した局所状態を介して、共鳴トンネルが起こっており、電流分布、電荷分布ともに、強度の大きな増加が示された。さらに、有限温度の効果を加えると、鋭いピークはなめらかなものとなり、実験事実をよく説明するものとなった。○乱れた準一次元系において、右向き、左向きのチャネル数が異なる揚合、directed localizationと呼ばれる現象がおき、これは、Quantum Rail Road(QRR)と呼ばれる系の特徴である。アンダーソン局在、量子ホール効果は特別な揚合であるが、これまで、このQRRの一般的な場合である、チャネル数が有限で異なる系は、実験的に報告されていない。本研究の結果、Kangらの系は、一般的なQRRに対応するものであることが確かめられた。近年の半導体微細加工技術の進歩により、2次元電子系に非常に薄く長い絶縁体を加工することが可能となり、この絶縁体が加工された2次元電子系の整数量子ホール状態におけるトンネルスペクトルが注目されている。この系では、薄い絶縁体のため、端状態が生成し、絶縁体で分離された領域の端状態のエネルギー準位が交差する箇所に微小なギャップを生じることが実験的に確かめられている。この実験事実に対して、理論、または数値計算による多くの研究が行われてきたが、これらの研究は、様々な箇所で実験と矛盾する点が生じている。本研究では、この2次元系に対して、数値シミュレーションを用いた理論研究を行い、以下の結果を得ることができた。(1)このような系では、減衰波の広がりが大きいため、実験と同程度の構造を考慮した計算を行わなければ、量子干渉効果の存在により、正しい結論を得ることができない。

十分大きな系を用いることで、磁場印加下に於いてポテンシャル揺らぎにより導かれた数多くの仮想束縛状態を介した共鳴トンネル効果、温度効果により、報告された伝導度ピーク値を再現できた。これは、Luttinger流体を仮定したものとほぼ等しい。(2)これまで行われたすべての研究では、完全なスピン分極の仮定が実験値(少なくともν1の時)を再現させるのに本質的であるという結論であったが、本研究では、スピン分極は大きくないと結論した。これは、観測された量子細線のg値の最大値からも支持され、また、最近の実験報告における各ピークのスピン分裂とも一致している。(3)電子間相互作用を考慮することにより、有限バイアスに於いても、実験ピーク位置を再現することができ、この2次元系がQuantum Railroadと呼ばれる特別な系であることを示すことができた。(4)量子ホール効果のブレークダウンを仮定することにより、実験値の微細構造を明らかにした。
磁壁移動に関する非線形動力学の光学的観測

交流磁場中におけるガ-ネット薄膜の磁壁移動による磁区構造の緩和過程に関する研究を行った.ガ-ネット薄膜では赤外および可視光の長波長領域でのファラデー効果を用いて,その磁区構造を偏光顕微鏡によって観測することができる.磁化容易軸,つまり膜面に対して垂直方向に磁場を加えて試料を単磁区化した後に磁場を急速に取り除くと,渦巻き状の磁区が複雑に組み合わさった構造が観測される.その後,数百ガウスの交流磁場(本実験では0.25Hz)を繰り返し加えることによって,この磁区構造に変化が発生する.このとき帯状の磁区がY字状に分岐する点に着目し,定量的解析を行った.このY字状分岐の数は,交流磁場を加えることによって指数関数的に減少する.これは急激な磁場変化のために凍結されていた構造が,摂動磁場によって緩和する過程であると考えられる.さらにその分岐点の空間的分布を調べるために,相関積分法を用いた解析を行った.初期状態では相関距離と相関積分の両対数プロットは傾きが約2の直線上にあり,薄膜の2次元平面上にほぼ均等に分布していることがわかる.交流磁場を加えた後には,相関距離の短い領域で傾きが1.5程度と2次元から1次元の方向に変化する傾向が読み取れた.これは,最初渦巻状に入り組んでいた磁区構造が,磁壁が平行にそろったストライプ状の構造に変化するためと思われる.つまり,磁壁が平行にそろった各領域の中ではY字状分岐が減少し,隣接するストライプ状領域との境界上に沿って1次元的に分岐が残るためである.この時,両対数プロットの傾きが変化する相関距離はストライプ状構造の特徴的長さを与えていると考えられる.交流磁場中におけるガ-ネット薄膜の磁壁移動による磁区構造の緩和過程に関する研究を行った.ガ-ネット薄膜では赤外および可視光の長波長領域でのファラデー効果を用いて,その磁区構造を偏光顕微鏡によって観測することができる.磁化容易軸,つまり膜面に対して垂直方向に磁場を加えて試料を単磁区化した後に磁場を急速に取り除くと,渦巻き状の磁区が複雑に組み合わさった構造が観測される.その後,数百ガウスの交流磁場(本実験では0.25Hz)を繰り返し加えることによって,この磁区構造に変化が発生する.このとき帯状の磁区がY字状に分岐する点に着目し,定量的解析を行った.このY字状分岐の数は,交流磁場を加えることによって指数関数的に減少する.これは急激な磁場変化のために凍結されていた構造が,摂動磁場によって緩和する過程であると考えられる.さらにその分岐点の空間的分布を調べるために,相関積分法を用いた解析を行った.初期状態では相関距離と相関積分の両対数プロットは傾きが約2の直線上にあり,薄膜の2次元平面上にほぼ均等に分布していることがわかる.交流磁場を加えた後には,相関距離の短い領域で傾きが1.5程度と2次元から1次元の方向に変化する傾向が読み取れた.これは,最初渦巻状に入り組んでいた磁区構造が,磁壁が平行にそろったストライプ状の構造に変化するためと思われる.つまり,磁壁が平行にそろった各領域の中ではY字状分岐が減少し,隣接するストライプ状領域との境界上に沿って1次元的に分岐が残るためである.この時,両対数プロットの傾きが変化する相関距離はストライプ状構造の特徴的長さを与えていると考えられる.
Arg-特異的ADP-R転移酵素のクローニングと組換え体タンパク質の発現

研究目的は、1)ニワトリ骨髄由来のADP-ribose転移酵素のcDNAクローンの塩基配列を決定することにより一次構造を明らかにする。2)ADP-ribose転移酵素の組換え体タンパク質を発現して酵素活性を持つことを確認する。3)ニワトリ骨髄由来のADP-ribose転移酵素とアミノ酸配列において相同性をもつラットT細胞表面抗原RTが同様の酵素活性をもつかどうか調べる。の3点である。1)および2)については目的を達成することができ、以下のような結果を得て、J.Biol.Chem.に報告した。ニワトリ骨髄細胞cDNAライブラリーから得た2つのクローンはウサギ骨格筋の転移酵素およびRTと一次構造においてホモロジーがあった。これらのクローンをCOS細胞で発現させて転移酵素活性があることを確認した。2つの酵素活性は塩、SH試薬に対する反応が異なっていた。3)については、RTを大腸菌で発現させたところ、NADaseの活性は検出されたが、転移酵素活性は検出できなかった。この一連の実験中にADP-リボシルアルギニンをキャピラリー電気泳動で検出するする方法を開発しAnal.Biochem.に発表した。の3点である。
PCBの薬物代謝酵素誘導効果発現における3-メチルスルホン代謝物の役割とその毒性

本研究では、健常人の母親及び肝臓、多くの野生ホ乳動物の組織中に検出された3-メチルスルホン(3-MeSO_2)-PCB_sとその構造類似体を含めた13種類の26塩素化ビフェニルの3-MeSO_2-PCB_sを用いて、それらのPB誘導性cvtochrome P450分子種、CYP2B1/2の誘導能とそれらの化学構造との間に密接な相関関係のあることを明らかにした。次いで、3-MeSO_2-2,2',4',5,5'-pentaCB)は既に報告した雄性ラットのみならず、雌性ラットに対しても強力なPB型誘導剤であること、3-MeSO_2-2,2',4',5,5'-pentaCBの薬物代謝酵素誘導能には雌雄差がないこと、一方、4-MeSO_2-2,2',4',5,5'-pentaCBは雌性ラットにおいても酵素誘導能がないことを明らかにした。さらに、2,2',4,5,5'-pentaCBの肝薬物代謝酵素及びヘム生合成律速酵素、δ-アミノレブリン酸合成酵素の誘導効果はその3-MeSO_2代謝物が作用本体であることをつきとめた。ヒトの母乳及び肝臓に比較的多く残留している9種類の3-及び4-MeSO_2-PCB_sは、ラット血清中甲状腺ホルモン(サイロキシン(T_4)、トリヨードサイロニン)量を低下させ、甲状腺刺激ホルモン量を上昇させる作用のあることを見い出し、これらのMeSO_2-PCB_sが甲状腺ホルモン攪乱化学物質であることを明らかにした。さらに、これらの内8種類のMeSO_2-PCB_sの血清中T_4濃度の低下は、それらが肝臓のUGT1A1及びUGT1A6を誘導し、T_4の代謝を亢進することにより引き起こされることを明らかにした。本研究では、PCBの薬物代謝酵素誘導効果発現における3-メチルスルホン(3-MeSO_2)代謝物の役割とその毒性を評価する目的で、健常人の母乳、肝臓及び脂肪組織、アザラシ、鯨、ミンク、北極グマなどの多数の野生ホ乳動物の組織中に比較的高濃度に蓄積が認められる4、5及び6塩素化体を中心として13種の3-MeSO_2-PCBs、3種の4-MeSO_2-PCBs及び3種のPCBsを合成した。また、CYP2B1/2の誘導作用の特に強力な3-MeSO_2-2,2′,4′5-tetrachlorobiphenyl(tetraCB)、3-MeSO_2-2,2′,4′,5,5′-pentaCB、3-MeSo_2-2,2′,4′,5,5′,6-hexaCB及びそれらの4-MeSO_2誘導体は、親PCBとほぼ同程度のラット肝上皮IAR20細胞のギャップ結合細胞間コミュニケーションの抑制作用を示した。これらの3-MeSO_2誘導体はCYP2B1/2の誘導作用を示すが、4-MeSO_2誘導体はその効果を持たないことから、MeSO_2誘導体のCYP2B1/2の誘導作用の強さと細胞間コミュニケーションの抑制作用とに相関は認められなかった。また、細胞間コミュニケーションの抑制と発がんプロモーション活性とに相関があることが報告されていることから、今回検討したPCBのMeSO_2代謝物はラット肝発がんプロモーターとして作用することが示唆された。既に、我々は、2,2′,4,5,5′-pentaCBの3-MeSO_2誘導体が、雄性ラットにおいて極めて強力なphenobarbital(PB)型の肝薬物代謝酵素誘導作用を有することを報告している。

今回、2,2 ́4,5,5′-pentaCBを胆管カニュレーション処置及び抗生物質処置した雄性ラットに腹腔内投与し、この時の肝臓中3-MeSO_2濃度の変化及び酵素誘導効果との関係から、2,2 ́,4,5,5 ́-pentaCBの酵素誘導作用は、母化合物の作用ではなく、3-MeSO_2代謝物が作用本体となって起こることを明らかにした。また、この3-MeSO_2誘導体は雌性ラットに対してもPB型誘導作用を示し、酵素誘導能には雌雄差がないこと、4-MeSO_2誘導体は雌においても酵素誘導を示さないことを明らかにした。この3-MeSO_2体は雌性ラットにおいても酵素誘導作用が著しく強いことから、雄性ラットの場合と同様に母化合物の酵素誘導作用に3-MeSO_2代謝物が関与していることが推察された。今回、CB101(2,2',4,5,5'-pentachlorobiphenyl)のMeSO_2代謝物の生成にはその前駆体の胆汁中への排泄が必須であること、腸内細菌C-S lyaseによる代謝過程が含まれることを明らかにした。それに加えて、母PCBの薬物代謝酵素及びヘム生合成律速酵素、δ-アミノレブリン酸合成酵素の誘導効果はその3-MeSO_2代謝物、3-MeSO_2-CB101が作用本体であることをつきとめた。また、9種類の3-及び4-MeSO_2-PCBsは、ラット血清中甲状腺ホルモン(サイロキシン(T_4)、トリヨードサイロニン)量を低下させ、甲状腺刺激ホルモン量を上昇させる作用のあることを見い出し、これらのMeSO_2-PCBsが甲状腺ホルモン攪乱化学物質であることを明らかにした。さらに、これらの内8種類のMeSO_2-PCBsの血清中T_4濃度の低下は、それらが肝臓のUGT1A1及びUGT1A6を誘導し、T_4の代謝を亢進することにより引き起こされることを明らかにした。
インターフェロン誘導活性アデニン誘導体の合成と受容体アフィニティリガンドの創成

インターフェロン誘導活性を有する9-bennzyl-8-hydroxyadenine(1)の発見に基づいて、標記研究課題を達成するために以下の3項目の研究を実施したので、以下にその成果を要約する。1.アデニン環2位の化学修飾による高活性インターフェロン誘導剤の合成:化合物(1)は経口吸収性が低く、経口薬として開発するには問題点を含んでいる。吸収性の向上を期待して2位のアルキル基末端にヘテロ原子を有する誘導体を合成した。その中で、-O(CH_2)_2OMe(2)および-SCH_2OMe(3)が置換した誘導体がこれまでに最も高い活性を示した化合物と同等のインターフェロン誘導活性を示した。2.デアザアデニン誘導体の合成:上記と同様の観点から、化合物(1)に比較して薬物動態の点で優れた性質が期待される3-及び1-デアザアデニン誘導体をデザインした。4-アミノ-2,6-ジクロロピリジンを出発物質として、2種の9-bennzyl-2-butoxy-3-deazaadenine及び9-bennzyl-2-butoxy-1-deazaadenineを合成した。これらの化合物は対応するアデニン誘導体に比較して脂溶性が向上しており、経口吸収性の改善が期待される。現在、これらの化合物の8位へのヒドロキシル基の導入を検討中である。3.トール様受容体7(TLR-7)の蛍光性リガンドの合成:8-ヒドロキシアデニン誘導体がインターフェロン誘導活性を示す機構としてTLR-7のアゴニスト作用によると考えられる。したがって、TLR-7の構造および機能解析のプローブ開発を目的として、アデニン環9位に蛍光性官能基を導入した誘導体の合成を行った。ナフチルメチル基の導入ではインターフェロン誘導活性を示したが蛍光の発現は極めて低かった。また、強い蛍光を示すアントラニルメチル基やチオフェン置換誘導体では溶解性や反応性に問題があり、現時点では目的とする化合物の合成には至っていない。インターフェロン誘導活性を有する9-bennzyl-8-hydroxyadenine(1)の発見に基づく標記研究課題を達成するために3項目について研究計画を立て、本年度は以下の2項目を実施した。1.アデニン環2位の化学修飾による高活性インターフェロン誘導剤の合成:これまでの研究から1の2位にアルコキシ基、アルキルチオ基が置換した誘導体に強い活性が見られることから、受容体に対する親和性の向上を期待して2位のアルキル基末端にヘテロ原子を有する誘導体をデザインした。2位に-X-(CH2)n-Y(X=O,S:n=1-3:Y=OH,OMe,OEt,NMe_2)などの置換基をもつ化合物を多数合成した。その中で、-O(CH_2)_2OMe(2)および-SCH_2OMe(3)が置換した誘導体がこれまでに最も高い活性を示した化合物と同等のインターフェロン誘導活性(in vitro)を示した。また、化合物2はマウスでのin vivo評価でもこれまでに最も優れた誘導体と同等の活性を示した。2.9-bennzyl-8-hydroxy-3-deazaadenine誘導体の合成:化合物1は経口吸収性に優れず経口薬として開発するには問題点を含んでいる。そこで化合物1に比較して脂溶性の向上から薬物動態の点で優れた性質が期待される3-デアザアデニン誘導体をデザインし、4-hydroxypyridineを出発原料に7段階の過程を経る合成を実施した。しかし、現在最終工程で難渋し目的化合物の合成にいたっていない。

この合成過程で副生した9-bennzyl-8-hydroxy-3-deazapurineのin vitro活性を測定したが、活性を示さなかった。インターフェロン誘導活性を有する9-bennzyl-8-hydroxyadenine(1)の発見に基づいて、標記研究課題を達成するために以下の3項目の研究計画を立てた。すなわち、(1)リード化合物(1)の2位および9位での置換基に対する構造活性相関、(2)リード化合物のデアザアナローグの合成、(3)9位への蛍光性置換基の導入によるアフィニティリガンドの創製である。その内、第一項目については昨年度に終了し、本年度は、残る第2、第3の2項目を実施した。以下にその成果を要約する。1.9-デアザアデニン誘導体の合成:化合物(1)は経口吸収性が低く、経口薬として開発するには問題点を含んでいる。そこで化合物(1)に比較して脂溶性の向上から薬物動態の点で優れた性質が期待される3-及び1-デアザアデニン誘導体をデザインした。合成戦略として4-アミノ-2,6-ジクロロピリジンを出発物質として、ピリジン側の置換基をデアザプリン環構築後あるいは構築前に導入するという2つのルートを考案し、合成研究を行った。まず、4-hydroxypyridineを出発原料に骨格合成を行い、後に置換基を導入する方法は最終段階での2位への置換基導入が困難なため、目的化合物の合成に至らなかった。一方、先にピリジン環に置換基を導入後デアザアデニン環へ閉環する方法は、閉環時に、閉環の方向により2種のデアザ生成物、9-bennzyl-2-butoxy-3-deazapurine及び9-bennzyl-2-butoxy-1-deazapurineの両化合物が生成した。混合物をそれぞれ分離したが、これらの化合物はこの段階では、in vitro活性を示さなかった。しかし、対応するアデニン誘導体に比較して脂溶性が向上しており、経口吸収性の改善が期待される。現在、これらの化合物の8位へのヒドロキシル基の導入を検討中である。2.トール様受容体7(TLR-7)の蛍光性リガンドの合成:8-ヒドロキシアデニン誘導体がインターフェロン誘導活性を示す機構としてTLR-7のアゴニスト作用によると考えられる。したがって、TLR-7の構造および機能解析を目的として、アデニン環9位に蛍光性官能基を導入した誘導体の合成を行った。ナフチルメチル基の導入ではインターフェロン誘導活性を示したが蛍光の発現は極めて低かった。また、強い蛍光を示すアントラニルメチル基やチオフェン置換誘導体では溶解性や反応性に問題があり、現時点では目的とする化合物の合成には至っていない。
毛包幹細胞を用いた神経系の再生医療

我々は皮膚毛包周囲に認められる毛包幹細胞を発見し神経細胞・グリア細胞・心筋細胞・角化細胞等に分化することを明らかにした。毛包幹細胞を用いた再生医療は、倫理面や拒絶反応の問題がなく、早期の臨床応用が期待される。本研究では特に脊髄損傷部に毛包幹細胞移植を行った後生着の程度を確認し、生着した幹細胞の構造・機能を評価する。また移植実験はマウスより開始し、その後ラットや将来的にはコモンマーモセットへと種の拡大を図っていく。最終的に我々は、ヒトの損傷神経に対する毛包幹細胞移植を成功させることで神経再生医療の実現を目標にする。
サービス提供者を加味した待ち行列ゲームによる混雑緩和策の評価：理論・実験分析

平成30年度には、平成29年度に得られた知見をもとに、1シミュレーション・モデルの構築と改良、2実験室実験の設計、3サービス提供者を加味したモデルの拡張の三点に取り組んだ。平成29年度には、待ち行列ゲームの均衡を導出する数値計算アルゴリズムを開発したが、同時に、エージェントが学習の末に均衡を達成するシミュレーション・モデルを試作した。このシミュレーション・モデルが、実験室実験の設計および結果の検証にも有用であることに鑑み、学習過程の見直しや設定に幅を持たせられるよう改良・拡張をおこなった。上述のシミュレーション・モデルを活用して、実験室実験の設計を実施した。2019年度前半に実験を実施する予定である。理論研究については、当初、離散時点待ち行列ゲームの一般化モデルに対して、サービス提供者側の戦略として窓口数や時間帯ごとのサービス提供価格等を考えていたが、到着時点(枠)の設定を戦略としたモデルを考えた。これは、サービス提供者が開店時間、閉店時間、休憩時間、受付時間等を変更・設定することで戦略変更ができることを意味しており、窓口数の増減と比較して実施しやすい経営戦略であると言える。実験設計は実施したものの、当初予定していた実験の実施には至らなかったため、遅れている状況と言える。主な理由として、1実験設計が終了したのが第4四半期であったため、研究協力者(被験者)の募集が困難であったことと、2平成30年度当時の所属機関の実験環境では、サーバ機の不具合があったことが挙げられる。そのため、サーバ機を新たに購入し、ネットワークを再設定する等、実験環境の整備に時間を割くことになった。速やかに実験環境整備を終え、実験室実験を実施する。実験結果と、数値計算アルゴリズムによって得られた均衡、およびシミュレーション結果との比較をする。また、サービス提供者側の戦略が変わった場合どうなるかを、条件を変えた実験結果との比較において検証する。さらに、理論研究において、サービス提供者側の戦略として当初想定していた時間帯ごとのサービス提供価格などを取り入れて、多段ゲームとしての分析を進めていく。理論研究をサーベイするとともに,Haviv (2013)の一般化を一部実施した。一般化したモデルについて,均衡の性質を解析的に明らかにするとともに,均衡を導出する数値計算アルゴリズムを開発した。上記の成果を国際会議で共同研究者が発表し,そこで得たコメント等を反映して学術論文としてまとめている最中である。平成29年5月より,約11ヶ月休業した(産前産後休暇・育児休業)。期間を1年延長して,当初の予定をそのまま遂行する。平成29年度に約11ヶ月間研究を中断した。期間延長を申請し,平成29年度に予定されていた研究を平成30年度に遂行する計画である。当初の計画通りに実験を実施できなかったため、主に謝金などの人件費が未使用であるため、次年度以降に使用する。具体的には、実験室実験の実施における実験参加者への謝金、および実験補助やデータ解析補助を担当する研究協力者への謝金、研究成果発表のための学会参加費および出張旅費に充当する予定である。
Ca^<2+>/カルモデュリン依存性プロテインキナーゼの発現局在に関する形態学的研究

Ca^<2+>シグナル伝達機構に深く関与するCa^<2+>/カルモデュリン依存性プロテインキナーゼ(CaMキナーゼ)の神経細胞における分子多様性を持つ生理的意義を解明すべく、CaMキナーゼのタンパク及び遺伝子発現の局在を免疫組織化学的及びin situハイブリダイゼーション法を用いて形態学的に検討した。CaMキナーゼIVに関しては、我々は既にCaMキナーゼIVのβ亜型の一次構造と遺伝子発現局在を解明したが、さらに本年度はCaMキナーゼIVの組織分布及び細胞内局在を明らかにするため、特異的抗体の作製し免疫組織化学的に検討した。その結果、遺伝子発現局在に一致し小脳、大脳、海馬に免疫陽性細胞が認められた。また、網膜において、本酵素は、双極神経細胞と神経節細胞に存在することを二重標識法を用いて証明した。三叉神経節は脊髄神経節などの末梢神経節では、約30%の神経細胞に免疫陽性反応が認められ、その陽性反応は主に中型小型神経細胞に検出され、本酵素が痛覚刺激の伝導に関与することが示唆された。また、本酵素は特に核質に豊富に存在することが中枢神経系及び末梢神経系を問わず特徴であることより、CaMキナーゼIVが核内において転写因子の燐酸化を通して遺伝子発現の調節機構に関与することが強く示唆された。さらに近年一次構造の決定されたCaMキナーゼIの遺伝子発現の分布をin situハイブリダイゼーション法を用いて検討した。その結果、CaMキナーゼIの遺伝子発現は成熟神経系において広く分布し、特に臭球、海馬と小脳プルキンエ細胞において強い発現が認められた。また神経発達過程において、生直後の神経系において既に豊富な発現が認められることより、CaMキナーゼIの成熟期及び発達過程における幅広い機能への関与が示唆された。以上、CaMキナーゼの分子多様性の神経細胞における生理的意義を形態学的に着実に追及しつつある。
一酸化窒素応答性ペプチド-金属錯体コンジュゲートの創成と応用

様々な生理作用を有する一酸化窒素と親和性の高い金属錯体の配位子に、らせん構造をとるペプチドを伸長し、3本のペプチドからなるナノメートルサイズの空洞を形成することに成功した。この空洞の熱安定性はペプチド長により制御可能であり、22残基のペプチドで約37度まで空洞は安定であった。また、金属イオンが一酸化窒素と結合することによりこの空洞は崩壊した。これらの性質により、熱や一酸化窒素により薬物を放出できるドラッグデリバリーシステムのキャリアとしての利用可能性が示唆された。申請者らは、環境中の酸素などをセンシングするガスセンサータンパク質が有する構造変化による情報伝達に注目し、そのモデル化及び新機能性分子の開発に取り組んでいる。これまで、従来、内因性一酸化窒素(NO)の捕捉検出試薬として用いられていた鉄ジチオカルバメート錯体を基本構造として、ジチオカルバメートの置換基にαヘリックスを形成しやすいペプチドを伸長することで、エタノール溶媒中Three-helix bundle構造を有する錯体が形成されること、また、NOの鉄への結合により構造変化が引き起こされ、bundle構造が崩壊することを明らかにしてきた。本年度は、水混合溶液系でのbundle構造の安定性及びbundleを構成するペプチド部位のヘリックス長とそれらにより形成されるbundle構造の安定性の相関について検討した。エタノール溶媒中では錯体は自発的にhelix bundle構造を形成したが、水を10%混合すると自発的なbundle構造形成は起こらず、構造形成の検出に用いたANS(8-amino-1-naphthalenesulfonicacid)を核として構造を形成することがわかった。また、当初用いていた16残基のペプチドは各αヘリックスが4ターンでbundle構造を形成するものであり、ANSを用いて測定したbundle構造の崩壊温度はエタノール溶媒中26.8°Cであったのに対し、配列は同じまま12残基のペプチド、3ターンのヘリックスにすることによって崩壊温度は20.50°Cとなり約6度の低下が見られた。これらの結果は将来計画している細胞等生体試料に応用する際の重要な基礎的知見である。申請者らは、環境中の酸素・一酸化炭素などの小分子をセンシングするガスセンサータンパク質が有する、小分子の結合によるタンパク質構造の変化による情報伝達に着目し、そのモデル化及び新機能性分子の開発に取り組んでいる。これまで、内因性一酸化窒素(NO)の捕捉検出試薬として用いられてきた鉄-ジチオカルバメート錯体を骨格として、ジチオカルバメートの置換基にαヘリックスを形成しやすいペプチドを伸長することで、エタノール、水等の極性溶媒中でTriple helix bundle構造を有する錯体が形成されること、また、NOの鉄への結合によりbundle構造が崩壊すること、ヘリックス長を短くすることでbundle構造の崩壊温度を低下させることなどを明らかにしてきた。本年度は、本鉄錯体-ペプチドコンジュゲートを細胞などの生体試料へ応用を図るための前段階として、ペプチドが形成するヘリックス長を基本物質としている4ターンのもの(bundle構造の崩壊温度が約27°C)より長くしてbundle構造の安定性について検討した。その結果、ペプチド長を長くすることによって、bundle構造の崩壊温度を27°Cより上昇させることがわかった。この結果より、37°C程度でもbundle構造を維持させることができることから、細胞培養系でのNOの結合によるbundle構造崩壊のスイッチングが可能になった。これらの知見は本新機能性分子のドラッグデリバリーシステムとしての応用に対して重要な基礎データである。申請者らは、環境中の二原子分子をセンシングする機能をもつガスセンサータンパク質の、小分子結合に伴うタンパク質構造変化による情報伝達に着目し、そのモデル化及び新機能性分子の開発に取り組んでいる。これまで、内因性一酸化窒素(NO)の捕捉検出試薬として用いられてきた鉄-ジチオカルバメート錯体を骨格として、ジチオカルバメートの置換基にαヘリックスを形成するペプチドを伸長することで、水等の極性溶媒中でTriple Helix Bundle構造を有する錯体が形成されること、NOの結合によりbundle構造が崩壊すること、ヘリックス長を変化させることでbundle構造の崩壊温度をコントロールできること(22残基にすることで約37°C)を見いだしている。本年度は、従来のbundle構造が崩壊すると消光するタイプの蛍光試薬であるANS(8-amino-1-naphthalenesulfonic acid)の代わりに、FRETによるポジティブ検出を当初検討していた。しかし、より直接的なポジティブ検出が可能となるようペプチドの配列を変更し、bundle構造内部に極性環境下で蛍光強度が増大するフルオレセインを組み込むことを試みた。その結果、bundle構造崩壊温度に多少の変化が見られたものの、崩壊による蛍光強度の増加を観測することに成功した。現在、このポジティブ検出型錯体を用いて、生細胞からのNO放出の検出、また阻害剤をbundle内部に包埋させてドラッグデリバリーシステムとしての応用可能性を検討しているところである。
植物ウイルスに対する新規防御応答遺伝子群の分子動態解析

植物ウイルスに対する新規防御応答遺伝子群の候補として、シアン耐性呼吸酵素遺伝子(AOX)を介した経路があるが、この経路は、細胞質pH調節や炭素骨格の供給としても重要で、植物ウイルスのみならず、広く環境ストレスに対して応答していることが強く示唆される。AOXのみならず、植物ウイルスに対する防御応答、すなわち病徴や抵抗性といった表現型は植物の生育状態、温度、日照によっても複雑に変化し、強弱が出ることは古くから知られている。また、短いRNAを介したサイレンシングも関わっていると考えられる。従って、植物ウイルス防御機構の解明には、安定した再現性のある条件の確立と、明瞭な病微型として現れる応答系を見いだすことが重要と考えられる。一方、宿主遺伝子の動態解析には、ゲノム配列が既知であるシロイヌナズナの系が最も有効で、タバコやササゲの系では遺伝子の同定には時間がかかる。今年度は、マメ科植物に感染するラッカセイわい化ウイルス(PSV)とその近縁であるトマトアスパーミィウイルス(TAV)を用い、サイレンシングプサレッサーであり、かつAOX経路の防御応答に関与すると報告されている2bタンパク質に置換変異を導入し、Nicotiana benthamianaに明瞭なえそを示す変異ウイルスを作出した。プロトプラストや植物体での実験から、えそは、導入したTAVの2bそのものによることを証明した。従って、2bは植物にえそを誘導する機能することが示された。このえそ症状は、PSVとTAVの混合感染では認められず、TAVの2bと、PSVの因子の間には混合感染とは異なる何らかの相互作用があり、それが宿主のな防御応答反応を誘導したと推察され、ウイルスに対する防御応答、あるいは過敏感反応の遺伝子発現に関して有力な材料となることが期待された。現在、変異弛緩クローンのシロイヌナズナでの表現型、特にえそを生じるような変異株のスクリーニングを検討中である。(1).植物に防御応答を誘導する植物ウイルス側では、キュウリモザイクウイルス(CMV)およびその筋炎ウイルスであるラツカセイわい化ウイルス(PSV)、トマトアスパーミィウイルス(TAV)、およびタバコモザイクウイルス(TMV)の完全長cDNAクローンおよびin vitro感染性RNA合成系を構築した。CMVについては35Sプロモーターに連結してDNAの状態で植物細胞内での活性を検出できた。さらに、近縁ウイルスで分節ゲノムを持つCMV,PSV,TAVのゲノムを再編成したリアソータントの活性検定を行った。(2).酸性PR-1a遺伝子およびシアン耐性呼吸酵素遺伝子(AOX)、PR-5遺伝子等の数種病害応答遺伝子のプロモーターを単離し、そのプロモーターをレポーター遺伝子(ホタルルシフェラーゼ遺伝子)に連結してプロモーター活性を測定可能な発現プラスミドベクターを構築する。シアン耐性呼吸酵素関連の遺伝子の一部がウイルス感染によって上昇することは示唆されているが、防御応答への直接的な関与は未だ証明されていない。従って、防御応答への関与が証明されており、既にマーカーとしても利用可能なサリチル酸により発現が誘導される酸性PR-1a遺伝子と、ジャスモン酸により発現が誘導されサリチル酸により発現が抑制されるPlant defensin 1.1 (PDF1.1)プロモーターを単離し、レポーター遺伝子(ホタルルシフェラーゼ遺伝子)に連結したクローンを作製した。さらに、シアン耐性呼吸の最終酵素であるAlternativeoxidaseのcDNAをクローニングし、現在プロモーター領域を探索中である。植物ウイルスに対する新規防御応答遺伝子群の候補として、シアン耐性呼吸酵素遺伝子(AOX)を介した経路があるが、この経路は、細胞質pH調節や炭素骨格の供給に重要であることも示唆され、植物ウイルスのみならず、広く環境ストレスに対して重要な働きをしていることが示唆される。従って、AOXを介した植物ウイルス防御機構は、AOXに関連した様々な経路が複雑に関係する可能性が高く、ウイルス側因子からの解析のアプローチも改めて重要と考えられる。そこで今年度は、ククモウイルスの一種であり、マメ科植物に感染するラッカセイわい化ウイルス(PSV)を用い、AOX経路に関与すると報告され、ウイルス複製には関与しない2bタンパク質について解析を行った。PSVでは2bタンパク質の解析は皆無であり、まずは2b欠失ウイルスおよび2b変異体での反応を見ることとした。PSV 2bの開始コドン直下流に終止コドンを導入して2b欠失体を構築し、このクローンのin vitro転写産物を、同じくin vitroで転写したPSVのRNA1、3とともにNicotiana benthamianaに接種したところ、接種葉・上葉ともに明瞭な病徴を示さなかった。タバコ上葉からはRT-PCRによりRNA2が検出され、シークエンスの結果2bに導入した終止コドンは保存されていた。一方、ササゲでは無病徴でRT-PCRによりウイルスRNAは検出されなかった。以上の結果、PSVの2はN.benthamianaにおける病徴発現およびササゲでの全身移行に関与していることが示唆された。さらに、無病徴感染したN.benthamianaを2ヶ月以上栽培したところ、野生型PSV感染と異なる退緑症状を示すようになった。退緑葉から全RNAを抽出し、RT-PCRによりRNA2を増幅後、2b領域の塩基配列を調べた結果、開始コドンの直下流に導入した終止コドンは野生型PSV 2bのSerと異なるGlnに変異していた。現在、野生型PSVと復帰変異株の病徴型の差異と2bのN末端側アミノ酸配列の変異の関係について詳細に検討中である。

植物ウイルスに対する新規防御応答遺伝子群の候補として、シアン耐性呼吸酵素遺伝子(AOX)を介した経路があるが、この経路は、細胞質pH調節や炭素骨格の供給としても重要で、植物ウイルスのみならず、広く環境ストレスに対して応答していることが強く示唆される。AOXのみならず、植物ウイルスに対する防御応答、すなわち病徴や抵抗性といった表現型は植物の生育状態、温度、日照によっても複雑に変化し、強弱が出ることは古くから知られている。また、短いRNAを介したサイレンシングも関わっていると考えられる。従って、植物ウイルス防御機構の解明には、安定した再現性のある条件の確立と、明瞭な病微型として現れる応答系を見いだすことが重要と考えられる。一方、宿主遺伝子の動態解析には、ゲノム配列が既知であるシロイヌナズナの系が最も有効で、タバコやササゲの系では遺伝子の同定には時間がかかる。今年度は、マメ科植物に感染するラッカセイわい化ウイルス(PSV)とその近縁であるトマトアスパーミィウイルス(TAV)を用い、サイレンシングプサレッサーであり、かつAOX経路の防御応答に関与すると報告されている2bタンパク質に置換変異を導入し、Nicotiana benthamianaに明瞭なえそを示す変異ウイルスを作出した。プロトプラストや植物体での実験から、えそは、導入したTAVの2bそのものによることを証明した。従って、2bは植物にえそを誘導する機能することが示された。このえそ症状は、PSVとTAVの混合感染では認められず、TAVの2bと、PSVの因子の間には混合感染とは異なる何らかの相互作用があり、それが宿主のな防御応答反応を誘導したと推察され、ウイルスに対する防御応答、あるいは過敏感反応の遺伝子発現に関して有力な材料となることが期待された。現在、変異弛緩クローンのシロイヌナズナでの表現型、特にえそを生じるような変異株のスクリーニングを検討中である。
心停止蘇生後病態における代謝変動、細胞調節機構の解明とこれに基づく新規治療法開発

ラット心停止モデルを用い、生存率や行動実験、脳組織を検討した。水素吸入群では、脳機能スコアおよび生存率が対照と比較して著しく改善した。水素吸入は顕著な改善効果を認めた。対照では脳海馬における神経細胞死数、軸索損傷、ミクログリア、および大脳皮質の神経細胞変性やアストロサイトの変化が認められたが、水素群ではそれらが抑制された。ラット出血性ショックモデルにおいても、対照では肺組織のびまん肺胞損傷、肺胞内好中球、赤血球、細胞死組織片、硝子膜形成を伴う上皮基底膜好中球の浸潤をみとめたが水素群ではこれらが軽減していた。一方、マイクロパーティクルは一定したシグナル検出が得られず、今後の検討が必要である。本研究では、心停止蘇生後症候群の増悪病態における、全身性炎症反応の進展、血管内皮障害および免疫生体変動、Microparticle生体内変動、またそれぞれのクロストークのよる全身臓器障害の発症機構の解明を模索する。まず、ラット大量出血性低血圧による臓器障害モデルを用いて、全身性サイトカイン変動および、心筋、肺、肝臓、腎組織変化および免疫細胞動態を検討した。抗酸化作用を有する水素吸入を行った群では、酸素吸入群と比較して、循環動態、動脈血pH,BE,乳酸値に差を認めかったが、2時間生存率を優位に改善した(85.7%VS46.2%)。水素吸入群では、大量出血2時間後の血清IL-6値および、dROM/BAP値は優位に改善した。さらに、対照群では肺組織におけるびまん肺胞損傷,肺胞内の好中球,赤血球,細胞壊死組織片,および硝子膜形成を伴う上皮基底膜好中球の浸潤およびを認めたが、水素吸入群ではこれらの所見が軽減した。次に、ラット心肺停止モデル用い、7日間生存、脳機能検査、脳組織の検討を行った。蘇生後に水素吸入群は、脳機能スコアおよび生存率が対照群と比して著しく改善した。水素ガスの吸入効果は、低体温療法とほぼ同等であり、さらに水素吸入と低体温療法を併用することによって最も顕著な改善効果を認めた。また、水素吸入により認知機能低下が抑制され、低体温療法と水素吸入を組み合わせることにより最も高い効果を認めた。さらに、蘇生7日後の脳組織において、脳海馬における生神経細胞数、軸索損傷、ミクログリア、および大脳皮質の神経細胞変性やアストロサイトの変化を各グループ間で比較しました結果、対照群では神経細胞死や炎症反応が著明に増加したのに対し、水素吸入群では、それらが抑制された。さらに低体温療法と水素吸入を組み合わせることにより最も高い効果をみとめ、行動実験や生存実験の結果を裏付けるものと考えられた。本研究では、心停止蘇生後症候群の病態増悪における、全身性炎症反応の進展、血管内皮障害、および免疫生体変動、Microparticle生体内変動、また、それぞれのクロストークによる全身臓器障害の解明を模索する。ラット出血モデルによる臓器障害モデルを用いて、全身性サイトカイン変動および、心筋、肺、肝臓、腎組織変化および免疫細胞動態を検討した。本研究では、近年、抗酸化作用を有し、アポトーシス抑制効果が報告されている水素ガスを用いた。抗酸化作用を有する水素吸入を行った群では、酸素吸入群と比較して、循環動態、動脈血pH,BE,乳酸値に差を認めかったが、2時間生存率を優位に改善した(85.7% vs 46.2%)。

大量出血性ショックモデルおよび心停止蘇生後症候群モデルの異なる2つの重症病態モデルを用いて、全身性炎症反応、免疫細胞生体変動が、循環動態、認知機能および生存率に及ぼす影響を明らかにし、さらに新規抗酸化物質として近年注目されている水素ガスにより、これらが軽減できることを見出し、これら重症病態に対する新たな治療標的になりうる可能性画示唆された。一方、上記結果を見出すことに時間を要したたため、Microparticle生体内変動や網羅的オミクス解析には至っておらず、今後の遂行目標とする。救急医学引き続き、重症病態における全身性炎症反応の進展、血管内皮障害および免疫生体変動、Microparticle生体内変動、またそれぞれのクロストークのよる全身臓器障害の発症機構の解明を行う。具体的には、上記モデルを用いて今後、Microparticle生体内変動や網羅的オミクス解析を検討する。また、水素吸入の重症病態への治療応用を目指した研究を並行的に遂行する。水素吸入は高度の医療技術を必要としないため、大学病院や救命救急センター以外の、より多くの病院でも導入が可能である。さらに水素吸入は、心肺蘇生法の妨げにはならず、現在有効性が確認されている低体温療法と併用することによって治療効果の向上が期待でる。今後の研究をさらに発展させることにより、心肺停止蘇生後患者の生命予後の改善や脳機能障害の軽減に多大な貢献をもたらすことが期待され、その社会的意義は大きいと考えられる。研究の進行状況により、予定していたflow cytometry,網羅的オミクス解析が行えず、それらに予定していた予算が使用できなかったため。大量出血性モデル、蘇生後モデルを用いて、血中、骨髄中免疫細胞、血管内皮細胞や各臓器組織を用いて、マイクロパーティクルの生体変動が各臓器不全に及ぼす影響を、flow cytometry,網羅的オミクス解析を用いて検討する。
植物短鎖機能性ペプチド遺伝子の探索・解析基盤の開発

ゲノム内には種特異的な機能性ペプチド遺伝子が数多く存在することが示唆されている。しかし、その機能の大部分は未解明であり、それらの網羅的な同定と機能解析のための新たな研究基盤の必要性を示唆している。本研究は、機能性短鎖ペプチドをコードする遺伝子(機能性sORF)の網羅的な同定とハイスループットな機能解析を可能にする基盤を構築することを目的とする。