hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
オンチップ発電を利用したIoTのための完全無線情報センシング端末に関する研究

近年,電子情報技術の発展が目覚ましくIoT技術に関する研究が多く行われており,実際にIoT技術がウェアラブルデバイスや環境監視に利用され研究成果を上げつつある.このIoT技術を真に便利なものとし,世の中に導入するためには無線センサネットワークの確立が必要であり,多くの研究が実施されている.しかしIoTで利用される端末の完全無線化を実現するには電力源が大きな問題となる.そこで本研究ではIoTでの利用を想定した完全に無線化可能な超小型端末の研究開発を行っている.今年度はオンチップ発電を可能とする極小の光発電セル,センシング端末で必要不可欠となる入力インピーダンスの高い低雑音AMP,消費電力の低いAD変換器に関する研究を行った.オンチップ発電に関しては0.18μm-CMOSプロセスで試作した400μm角の光発電セルを評価し,例えば一般的な植物栽培用LEDで3μW程度の電力,電圧であれば0.4V程度を発電できることがわかった.低雑音AMPにおいては低雑音化に効果を発揮するチョッパAMPにおいて,変調周波数と入力インビーダンスの依存性を解析した.AD変換器に関しては逐次比較型ADCを非同期で動作せることで超低消費電力での動作可能であることを証明した.具体的には電源電圧0.5V,サンプリング周波数100kHzの条件で消費電力53.5nW,有効ビット数7.65bitであることを0.18μm-CMOSプロセスを利用したシミュレーションで確認した.現在進行中である各研究に関して以下の成果を学会等で発表しており,概ね順調であると言える.電力源となるオンチップ発電技術としてチップ内PN接合を利用した光発電セルを試作し実測評価を行った.その成果に関しては以下の学会発表にて一般に公表している.【発表1】冨永伸,上見アレックス,升井義博,"PN接合を利用したオンチップ光発電セルの実測評価,"電子情報通信学会, 2019年電子情報通信学会総合大会, 2019年3月(東京/早稲田大学西早稲田キャンパス)センシング端末に必要不可欠となるAMPとAD変換器に関しては以下の発表2件と査読付き論文1件にて研究成果を一般に公表した.【発表2】荒川祐貴,升井義博,"Chopper-AMPにおける入力インピーダンスの解析,"電子情報通信学会, 2019年電子情報通信学会総合大会, 2019年3月(東京/早稲田大学西早稲田キャンパス)【発表3】時永征弥,日野翔太,升井義博,"エネルギーハーベストでの利用を想定した逐次比較型ADCにおけるPSRRの改善検討,"電子情報通信学会, 2019年電子情報通信学会総合大会, 2019年3月(東京/早稲田大学西早稲田キャンパス)【論文1】日野翔太,上見アレックス,升井義博, "遅延回路によって構成した非同期レジスタ回路を用いた逐次比較型AD変換器の低電圧・低消費電力化の検討, "電気学会論文誌C(電子・情報・システム部門誌), vol.139, no.1, pp.50-55, 2019年1月.今後は電源回路に必要となる昇圧回路ならびに基準電圧生成回路に関して研究を行い,本年度試作・評価したオンチップ光発電セルと組み合わせることでIoT端末の電源技術として利用できるようにする.評価した光発電セルで発電できる電圧は0.4V程度であったため,昇圧回路は0.4V程度の入力電圧を昇圧できるよう設計する必要がある.回路構成としては外部素子を必要としないスイッチトキャパシタ型のチャージポンプを候補に検討しており,0.18μm-CMOSプロセスを利用して昇圧回路の設計に取り組む.0.4V以下での動作となるとMOSFETの閾値電圧以下での動作になるためブートストラップ等の技術を駆使して低電圧動作を可能としていく.昇圧回路の研究成果に関しては設計データをまとめ論文投稿を目指す.近年,電子情報技術の発展が目覚ましくIoT技術に関する研究が多く行われており,実際にIoT技術がウェアラブルデバイスや環境監視に利用され研究成果を上げつつある.このIoT技術を真に便利なものとし,世の中に導入するためには無線センサネットワークの確立が必要であり,多くの研究が実施されている.しかしIoTで利用される端末の完全無線化を実現するには電力源が大きな問題となる.そこで本研究ではIoTでの利用を想定した完全に無線化可能な超小型端末の研究開発を行っている.今年度はオンチップ発電を可能とする極小の光発電セル,センシング端末で必要不可欠となる入力インピーダンスの高い低雑音AMP,消費電力の低いAD変換器に関する研究を行った.オンチップ発電に関しては0.18μm-CMOSプロセスで試作した400μm角の光発電セルを評価し,例えば一般的な植物栽培用LEDで3μW程度の電力,電圧であれば0.4V程度を発電できることがわかった.低雑音AMPにおいては低雑音化に効果を発揮するチョッパAMPにおいて,変調周波数と入力インビーダンスの依存性を解析した.AD変換器に関しては逐次比較型ADCを非同期で動作せることで超低消費電力での動作可能であることを証明した.具体的には電源電圧0.5V,サンプリング周波数100kHzの条件で消費電力53.5nW,有効ビット数7.65bitであることを0.18μm-CMOSプロセスを利用したシミュレーションで確認した.現在進行中である各研究に関して以下の成果を学会等で発表しており,概ね順調であると言える.電力源となるオンチップ発電技術としてチップ内PN接合を利用した光発電セルを試作し実測評価を行った.その成果に関しては以下の学会発表にて一般に公表している.

【発表1】冨永伸,上見アレックス,升井義博,"PN接合を利用したオンチップ光発電セルの実測評価,"電子情報通信学会, 2019年電子情報通信学会総合大会, 2019年3月(東京/早稲田大学西早稲田キャンパス)センシング端末に必要不可欠となるAMPとAD変換器に関しては以下の発表2件と査読付き論文1件にて研究成果を一般に公表した.【発表2】荒川祐貴,升井義博,"Chopper-AMPにおける入力インピーダンスの解析,"電子情報通信学会, 2019年電子情報通信学会総合大会, 2019年3月(東京/早稲田大学西早稲田キャンパス)【発表3】時永征弥,日野翔太,升井義博,"エネルギーハーベストでの利用を想定した逐次比較型ADCにおけるPSRRの改善検討,"電子情報通信学会, 2019年電子情報通信学会総合大会, 2019年3月(東京/早稲田大学西早稲田キャンパス)【論文1】日野翔太,上見アレックス,升井義博, "遅延回路によって構成した非同期レジスタ回路を用いた逐次比較型AD変換器の低電圧・低消費電力化の検討, "電気学会論文誌C(電子・情報・システム部門誌), vol.139, no.1, pp.50-55, 2019年1月.今後は電源回路に必要となる昇圧回路ならびに基準電圧生成回路に関して研究を行い,本年度試作・評価したオンチップ光発電セルと組み合わせることでIoT端末の電源技術として利用できるようにする.評価した光発電セルで発電できる電圧は0.4V程度であったため,昇圧回路は0.4V程度の入力電圧を昇圧できるよう設計する必要がある.回路構成としては外部素子を必要としないスイッチトキャパシタ型のチャージポンプを候補に検討しており,0.18μm-CMOSプロセスを利用して昇圧回路の設計に取り組む.0.4V以下での動作となるとMOSFETの閾値電圧以下での動作になるためブートストラップ等の技術を駆使して低電圧動作を可能としていく.昇圧回路の研究成果に関しては設計データをまとめ論文投稿を目指す.旅費,論文投稿料金等に関して誤差が生じたためである.残額は次年度の学会発表のための旅費として使用する予定である.
弱毒化麻疹ウイルスの特性を利用した癌幹細胞を標的とする難治性乳癌治療法の開発

核酸医薬の臨床応用においては、安全で効率的なドラッグデリバリーシステムの構築が不可欠であるが、麻疹ウイルスは癌治療用ベクターとして様々な利点を有している可能性が高いと考えられる。本研究では安全性の確立された弱毒化麻疹ウイルスに乳癌特異的な二つの分子、すなわち腫瘍細胞標的化遺伝子と発癌関連遺伝子標的RNAiを付与し、この二重の腫瘍特異的機能を有する麻疹ウイルスベクターの有効性と安全性を最大限に活用した新規乳癌治療法の基盤を完成させた。核酸医薬の臨床応用においては、安全で効率的なドラッグデリバリーシステムの構築が不可欠であるが、麻疹ウイルスは生活環が細胞質にあるため、オンコレトロウイルスベクターで問題視される核内染色体への遺伝子挿入変異によるゲノム毒性のリスクを回避できる可能性が高い。また、ウイルスゲノム中に外来遺伝子を複数個組み込むことで、腫瘍細胞中へ治療遺伝子を運び、癌関連遺伝子発現を制御させるベクターとしても有望と考えられる。我々は、本来ワクチンとして開発され、安全性が確立している弱毒化麻疹ウイルスを用いた、新規麻疹ウイルスベクターの開発を進めてきている。我々は安全性の確立された弱毒化麻疹ウイルスに乳癌特異的な二つの分子、すなわち腫瘍細胞標的化遺伝子と発癌関連遺伝子標的RNAiを付与し、この二重の腫瘍特異的機能を有する麻疹ウイルスベクターの有効性と安全性を最大限に活用した新規乳癌治療法の開発を目指している。治療標的としている一つ目の分子は乳癌幹細胞性に関与し、他方もう一つの分子は乳癌幹細胞の発現にほぼ一致していることが既に報告されており、乳癌におけるこれら二つの分子の特異性を調べたところ、極めて高い相関性を持つことが確認できた。次に、標的とする細胞表面分子対する一本鎖抗体(single chain Fv; scFv)遺伝子を導入することで、乳癌細胞のみに選択的に感染する新規組換え麻疹ウイルスの作製を進めるため、まずマウス及びヒトscFvの作製を試みた。さらに、ウイルスゲノム中に組み込んだ遺伝子標的RNAiにより標的遺伝子の発現を阻害するための最適な配列を検討した。次年度は、癌細胞の増殖を特異的に抑制する新たな分子標的薬剤の基盤を完成させる計画である。本研究では、安全性の確立された弱毒化麻疹ウイルスに乳癌特異的な二つの分子、すなわち腫瘍細胞標的化遺伝子と発癌関連遺伝子標的RNAiを付与し、この二重の腫瘍特異的機能を有する麻疹ウイルスベクターの有効性と安全性を最大限に活用した新規乳癌治療法の開発を目指した研究を実施する。治療標的としている分子は乳癌幹細胞特性に関与し、他方もう一つの分子は乳癌幹細胞に発現がほぼ一致していることがすでに報告されており、乳癌におけるこれらの二つの分子の特異性を調べたところ、極めて高い相関性をもつことが確認できた。そこで、乳癌細胞のみに選択的に感染する遺伝子組換え標的化麻疹ウイルスを構築するため、乳癌幹細胞発現分子に対する一本鎖抗体(single chain Fv; scFv)の作製を行った。マウスとヒトのscFvを複数得ることができ、それら候補scFv遺伝子を麻疹ウイルスに導入して検証したところ、標的分子を介して癌細胞のみに感染する可能性が示された。さらに、ウイルスゲノム中に組込んだRNAiにより標的遺伝子の発現を阻害するための最適な配列を検討した。次年度は、癌幹細胞を含む乳癌細胞の増殖抑制効果および抗癌剤に対する感受性を高める効果をin vitroおよびin vivoにおいて検証し、乳癌幹細胞を標的とする遺伝子組換え麻疹ウイルスベクターの基盤を完成させる計画である。本研究では、安全正の確立された弱毒化麻疹ウイルスに乳癌特異的な二つの分子、すなわち腫瘍細胞標的化遺伝子と発癌関連遺伝子標的RNAiを付与し、この二重の腫瘍特異的機能を有する麻疹ウイルスベクターの有効性と安全性を最大限に活用した新規乳癌治療法の開発を目指して研究を実施する。治療標的としている分子は乳癌幹細胞特性に関与し、他方もう一つの分子は乳癌幹細胞に発現がほぼ一致していることがすでに報告されており、乳癌におけるこれら二つの分子の特性を調べたところ、極めて高い相関性を持つことが確認できた。マウスとヒトのscFvを複数えることができ、それら候補scFv遺伝子を麻疹ウイルスに導入して検証したところ、標的分子を介して癌細胞のみに感染する可能性が示された。癌幹細胞を含む乳癌細胞の増殖抑制効果および抗癌剤に対する感受性を高める効果をin vitroおよびin vivoにおいて検証し、乳癌幹細胞を標的とする遺伝子組換え麻疹ウイルスベクターの基盤を完成するべく検討を継続する。

本研究では安全性の確立された弱毒化麻疹ウイルスに乳癌特異的な二つの分子、すなわち腫瘍細胞標的化遺伝子と発癌関連遺伝子標的RNAiを付与し、この二重の腫瘍特異的機能を有する麻疹ウイルスベクターの有効性と安全性を最大限に活用した新規乳癌治療法の基盤を完成させた。平成25年度において、本研究の治療標的としている二つの分子が乳癌において発現が高く、また両分子が癌幹細胞とされる細胞内に高発現していることを確認した。これら二分子を標的化することで、既存治療法に抵抗性の乳癌幹細胞に有効性を示す可能性が高いことが示唆された。さらにこのうちの一分子を標的とする一本鎖抗体(scFv)の作製に取り組み、マウスscFvについてはご厚意によりいただいた配列情報をもとに合成を行い、ヒトscFvについては体外免疫により複数候補を得ることが出来た。平成26年度は乳癌幹細胞を標的とする組換え麻疹ウイルスベクターの新規構築のため、昨年度作製したマウスおよびヒト一本鎖抗体を麻疹ウイルスに組み込み、乳癌幹細胞の標的化の可能性を検証した。連携研究者の中村は、ウイルス蛋白へ遺伝子変異を導入することにより、従来の宿主細胞への親和性を排除し、腫瘍特異的に結合するリガンドを導入するウイルスベクターの作製に成功しており、このウイルスベクターに作製した候補一本鎖抗体を組込むことによって、従来のウイルス受容体発現細胞や正常細胞には影響なく、標的とする分子を発現している腫瘍細胞にのみ感染するウイルスを得ることが確認できた。また、乳癌幹細胞特性を制御する分子阻害の目的のため、連携研究者の谷口がすでに見出しているshRNA配列候補を基に、麻疹ウイルスベクターに組込むのに適する乳癌幹細胞標的RNAiのデザインを決定した。医学本研究により、新規組換え麻疹ウイルスをベクターとして用いることで、乳癌のための治療薬として安全に使用することができ、かつ乳癌特異的な二つの分子を標的とすることで高い治療効果が得られるものとして期待される。昨年度までの成果により、麻疹ウイルスによる乳癌幹細胞を含む乳癌細胞の標的化の可能性が確認できたため、本年度はさらに目的のshRNA配列を合成してウイルスベクターに導入する。標的遺伝子の発現阻害を確認し、癌細胞の増殖抑制および抗癌剤に対する感受性を高める効果を検証する。乳癌幹細胞標的化のための一本鎖抗体候補およびshRNA候補はともに、最適と思われるものを試験して選択する必要があり、またそれらを導入する麻疹ウイルスベクターについても、安全で効果的なウイルス力価を選定しなければならない。in vitroおよびin vivoにおいて抗腫瘍効果を総合的に確かめ、分子標的薬剤としての最終的な完成を目指す。本年度は乳癌幹細胞を標的とする組換え麻疹ウイルスベクターの新規構築のため、まず種々のヒト乳癌細胞株における二つの標的分子の発現およびその相関性の解析を行った。複数のヒト
腎移植患者におけるテーラーメード免疫抑制のモニタリング

腎移植におけるテーラーメード治療の要因の研究を行った。今回の研究でcalcinurin inhibitorの免疫抑制方法や免疫抑制剤の濃度のみでなく各種サイトカイン、長期にわたるHLA抗体の検査、およびMMFの濃度測定が感染症、拒絶反応、移植腎機能及び移植腎生着率に大きな影響を与えることが示され、これら因子が今後のテーラーメード治療における重要な因子であることが示された。本研究の目的は各種サイトカインや抗体の測定を行うと同時に患者リンパ球にex vivoで刺激を加えてmRNAの変化を測定し、患者の免疫状態のモニターを行い、その結果を用いてテーラーメードの免疫抑制両方の開発を行うことであるが、今年度は長期予後の解析のため患者の血液等のサンプルの収集し、同時に一部患者の検査及び解析を行った。抗HLA抗体とC4dとのコンプレックスの解析では102例の解析を行った。抗HLA抗体は移植腎機能の悪化した症例に多く、また抗HLA抗体をもつ患者では抗体の強度が強い患者ほど移植腎生着率は低かった。また抗HLA抗体の強度が強い患者ほどC4dコンプレックスの発現が高くなり、抗HLA抗体とC4dとのコンプレックスの検査の有用性が認められた。この抗HLA抗体及びC4dコンプレックスの組み合わせにより、患者は(1群)両者とも陽性、(2群)抗HLA抗体は陽性だがC4dコンプレックスは陰性、(3群)両者とも陰性の3グループに大きく分類することが可能である。102例の解析の結果より1群には拒絶反応の治療が必要であるが、2群にも早期から拒絶反応の治療が必要であることが示唆された。今後はその3群に対し既存の検査との整合性を検証した上で治療法を各群ごとに検討する必要性が示唆された。また、引き続き一部患者のmRNAの測定を行ったが、mRNA測定できた症例中1例はサイトメガロ感染を引き起こし、その感染症状の出現する前にIL2-mRNAの増加が認められた。別の拒絶反応を引き起こした1例では拒絶反応を引き起こす以前よりIL2-mRNAの減少が認められた。これら結果より個々の患者の免疫抑制状態のモニターリングのためにmRNAの測定が再度重要であることが示唆されたので、今後も引き続き症例と観察期間を重ね検討を加えることが必要である。本研究の目的は各種サイトカインや抗体の測定を行うと同時に患者リンパ球にex vivoで刺激を加えてmRNAの変化を測定し、患者の免疫状態のモニターを行い、その結果を用いてテーラーメードの免疫抑制両方の開発を行うことであるが、今年度も長期予後の解析のため患者の血液等のサンプルの収集し、同時に一部患者の検査及び解析を行った。今年度は長期の腎移植の生着例の抗HLA抗体に関して調査を行った。今回の検討では抗HLA抗体は長期にわたり抗体が発現している症例で生着している症例もあるが、統計学的解析では抗HLA抗体を発現している群では機能廃絶群に抗HLA抗体の発現症例が優位に多かった。(p=0.001)また抗体のMFI(mean fluorescence intensity)が10000以上ある群では機能廃絶症例が優位に多く(p=0.039)、抗体の有無だけでなく抗体の強さも腎移植の生着に関係することが示された。免疫抑制剤のミコフェノール酸モフェチル(MMF)の濃度についても検討を行った。今回は当科におけるMMF使用群34症例を対象とし高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を使用して活性を持つ血漿中ミコフェノール酸(MPA)と代謝産物で活性を持たないミコフェノール酸グルクロナイド(MPAG)の外来でのトラフ濃度の測定を行った。MMFの平均投与量は868mg/日で平均血清クレアチニン濃度は1.5mg/d1であった。当科のMMF投与量は患者の体重との間に明らかな関連は認められなかったが、腎移植の経過が長くなるにつれて減量される傾向があった。またMPAとMPAGの間には明らかな関連は認められず、MMFに影響を与えると考えられるMPAの測定のみで十分と考えられた。プログラフ投与群では投与量が増大するとともにMAPの増加がみとめられたが、シクロスポリン投与群ではその傾向はみられず、また腎機能低下群ではMPA濃度の高い症例が多かった。以上より腎機能や免疫抑制剤の種類によりMMFの投与量を変更する必要がある可能性が示され、テーラーメード免疫抑制のためにはMPAの濃度も考慮しなければならない可能性が示唆された。本研究の目的は各種サイトカインや抗体の測定を行うと同時に患者リンパ球にex vivoで刺激を加えてmRNAの変化を測定し、患者の免疫状態のモニターを行い、その結果を用いてテーラーメードの免疫抑制両方の開発を行うことである。協同研究者の研究体制の変更により検査の一部施行が不可となり、現在までに施行された検査結果と臨床データに病理学的解析を加えた。生体腎移植は献腎移植と比較し病理学的な障害は少なくドナーの腎機能がよいが、両腎移植ともに病理学的障害が進むにつれ退院時eGFRは低下する傾向が見られた。退院時eGFRと各病理学的スコア間では平均eGFRは生体腎移植と献腎移植

どのスコアによっても有意差(p<0.01)があり、その差は14.6-23.3 (平均16.5 ml/分/1.72m2)であった。この差は献腎移植における死線期から祖血・再還流にいたる一連のプロセスの影響である可能性が示唆された。腎移植患者の退院時eGFRとRemuzzi Gらの評価方法を用いた1時間生検の結果には関連があり、特に1時間生検の糸球体硬化の程度が移植腎機能の予後に大きな影響を与える(p<0.05)ことが示された。移植時の1時間生検を検討することにより移植後の腎機能の推察ができる可能性が示され、この結果とRNAの検討の結果を加えることでより有効に移植腎の活用ができる可能性が示された。経過観察は順調に行えているが、拒絶反応などのイベントを発症した症例が少ないため、現時点では解析が不十分である。25年度が最終年度であるため、記入しない。これまでのデータの解析を行い生着率に影響を与えると考えられる免疫抑制状態のモニターのプロトコールを作成し、このプロトコールに沿って腎移植症例の経過観察を行いプロトコールの有用性を確認する。
茶カテキン代謝物の合成と活性評価

茶カテキンの代謝物であるγ-ブチロラクトン化合物14種(R体およびS体の両鏡像体7種)の合成ルートを確立し、グラムスケールで合成した。これらを用いて、種々のガン細胞に対する増殖阻害増強効果を検討した。ガン細胞の内、白血病細胞HL-60を培養したものに、代謝分解物とEGCGを加え培養を行ったところ、単独では強い効果が得られなかったが、混合物において非常に低濃度で強い増殖阻害活性を示した。芳香環の3,5あるいは3,4,5位に水酸基を持つ化合物では、R体に比べS体の活性が高く、水酸基の位置、及び水酸基の数による影響が見られた。この結果についての特許出願を行った。本研究の目的は、茶カテキンの活性本体がγ-ラクトン誘導体であるかを探ることであり、光学的に純粋な代謝物の合成を行なった上で、活性の評価を行なうことである。(+)-カテキンや(-)エピカテキン誘導体からなる茶カテキンの代謝物として得られるγ-ブチロラクトン化合物の内、現在までに(+)-カテキン由来の3種と茶カテキン由来の5種が腸内細菌の代謝物として単離同定されている。申請者は10種のγ-ブチロラクトン化合物と新規にデザインした誘導体4種を加えた計14種の代謝物を数百ミリグラムスケールで化学合成し、その活性や機能の探索を行う計画である。昨年度までに12種の代謝物の合成を終了し、今年度は、残りの2種の合成ならびに収量の少ない化合物の追加合成を行なった。さらに、共同研究者に合成した化合物サンプルを譲渡し、ガン細胞増殖阻害増強効果をまず検討した。代謝分解物、および、フラバン-3-オール類単独では、ガン細胞に対する強い増殖阻害は見られないが、2種類の化合物を混合し、少量を添加することで、フラバン-3-オール類(特にエピガロカテキン-3-ガレート、以下EGCG)の濃度が非常に低い条件でも、ガン細胞の増殖が強く抑えられる事を見出した。化合物の相乗効果により、フラバン-3-オール類の効果を高めることを可能にした。本研究の目的は、茶カテキンの活性本体が「茶カテキンあるいはγ-ラクトン誘導体のどちらの化合物由来なのか」を探ることであり、光学的に純粋な代謝物の合成を行なった上で、活性の評価を行なうことである。(+)-カテキンや茶カテキンから得られるγ-ブチロラクトン化合物は9種と予想され、現在までに(+)-カテキン由来の3種と茶カテキン由来の5種が腸内細菌の代謝物として単離同定されている。この内、申請者は6種の化学合成を完了しており、本研究では、残りの3種とエナンチオマー2種に加え、新規にデザインした誘導体3種を加えた計14種の代謝物を数百ミリグラムスケールで合成を行う計画である。今年度は、合成を完了している化合物のエナンチオマー2種と新たに芳香環部位の2'位に水酸基を有する誘導体2種の数百ミリグラムスケールでの合成を完了した。後者の合成では、フェノール性水酸基の保護基にシリル基を用いた場合、カップリング反応の際に予想外の転位反応が進行したが、反応溶媒の検討によって収率良く生成物を得ることができた。さらにメトキシ基を水酸基の保護基に代えることによって、行程数を減らした合成を達成することができた。共同研究者に合成した化合物サンプルを譲渡し、これら化合物が有する様々な作用(抗酸化作用、抗突然変異作用、抗癌作用、抗菌作用、抗アレルギー作用等)を測定するとともに、構造活性相関について検討を開始した(活性試験は平成25年度も継続)。本研究の目的は、茶カテキンの代謝物であるγ-ラクトン化合物を光学的に純粋に合成を行なった上で、活性の評価を行なうことである。その上で、カテキンの活性本体がγ-ラクトン誘導体であるかを探ることとし、(+)-カテキンや(-)エピカテキン誘導体の代謝物とされるγ-ブチロラクトン化合物の合成を行ってきた。申請者は、昨年度までに10種のγ-ブチロラクトン代謝物と4種の新規にデザインした誘導体(非天然物)を加えた計14種(R体およびS体の両鏡像体7種)の代謝物の合成ルートを確立し、目的とするγ-ラクトン誘導体14種をグラムスケールで合成し、活性試験を行える体制を整えた。これらを用いて、共同研究者とガン細胞増殖阻害増強効果を検討した。ガン細胞として、白血病細胞HL-60、子宮頸ガン細胞HeLa, HeLaS3細胞、ヒト肺ガン細胞A549細胞、肝臓ガン細胞HepG2を培養したものに、代謝分解物とEGCGを加え培養を行ったところ、HL-60細胞に対してEGCGが非常に低濃度で強い増殖阻害活性を示した。

昨年度までは、生細胞数測定試薬SFによる生細胞数の測定から増殖阻害活性を求めていたが、より構造-活性相関を正確に評価可能なアッセイ法の条件検討を進め、MTT法により評価できることを明らかとした。これにより、培地に含まれるフェノールレッドや化合物由来の色がデータに影響している可能性を排除することができた。芳香環の3,5あるいは3,4,5位に水酸基を持つγ-ラクトン化合物では、強い阻害活性がみられた。R体に比べS体の活性が高く、EGCG添加によるHL-60細胞への細胞増殖抑制効果は、水酸基の位置による影響、及び、水酸基の数による影響が見られた。この結果についての特許出願を行った。有機合成化学計画のうち、目的とするγ-ラクトン誘導体のグラムスケールでの合成は達成した。これらを用いて、ガン細胞増殖阻害増強効果を検討した。ガン細胞として、白血病細胞HL-60、子宮頸ガン細胞HeLa, HeLa S3細胞、ヒト肺ガン細胞A549細胞、肝臓ガン細胞HepG2などを用い、これらの細胞を培養したものに、代謝分解物とEGCGを加え培養を行った。特に、HL-60細胞にはEGCGが非常に低濃度で強い増殖阻害活性を示した。白血病細胞であるHL-60に特異的にこのような効果が生じる理由については未だ不明であり、今後の検討課題とする。計画のうち、芳香環部の水酸基がフリーであるγ-ブチロラクトン化合物の合成を完了した。メトキシ化されている化合物の合成が未完成であるが、保護基の検討も含め、メトキシ化されている化合物の合成ルートは確立できていることから、これらの合成の難度はそれほど高くないと想定しており、計画年度での達成は可能である。計画のうち、化合物の合成ルートの構築を達成した。今後、白血病細胞であるHL-60に特異的にこのような強い増殖阻害が生じる理由について検討を進める予定である。さらに、これら化合物が有する抗酸化作用、抗突然変異作用、抗菌作用、抗アレルギー作用等を茶カテキンと比較しながら測定を進めるとともに、構造-活性相関について検討を深める予定である。EGCGには、ガン細胞の増殖を特異的に抑制する効果が証明されており、単なる食品としてだけではなく、様々な分野において注目されている。EGCG自体の活性はそれほど強くはなく、効果を期待するには大量に摂取する必要がある。しかし、「渋み・えぐみ」の強い化合物であることから、大量に添加すると味に影響を与えることが問題となっており、この点も解決したい。化合物のライブラリーが揃ったことから、構造活性相関の解明に向け、来年度からは化合物の評価や新たな活性探索に力を注ぐ予定である。特徴的かつ優れた活性を有する化合物を選別できれば、グラムスケールでの合成を行なう必要がある。細胞や動物での試験を取り入れながら詳細な活性評価を行い、生物活性分子の創製を目指したい。さらに、カテキンの3位にアシル基を導入した誘導体に高いDNAポリメラーゼ阻害剤活性を始めとする様々な生理活性を見出したことから、芳香環部の水酸基に飽和および不飽和脂肪酸を導入した誘導体の合成を行ない、その活性を探索したい。研究は、当初計画通りに進行しており、当初予定にはなかった別途申請した補助金の受給できることになり、当初予定していた本助成金での支払い分を減額できたことが主な要因である。本年度は助成金の最終年度に当たる。今まで得られた知見を、国内外での学会発表や論文発表等を通じて積極的に発表する予定であり、その費用に充てる。
STM複合TOF表面ナノ質量分析装置の開発及び材料機能評価への応用に関する研究

本研究は材料表面ナノスケール局所場のナノキャラクタリゼーション法の確立を目的として、飛行時間型(TOF : time of flight)質量分析法を用いて、STM複合TOF表面ナノ局所質量分析装置を新規開発し、材料表面のナノレベルでの化学組成分析を行い、多種多様の先端材料の総合的機能評価への応用を図るものである。今年度は、照射光とSTM探針電子励起線源の相互作用について、検討を行った.UV光を照射することにより、STM探針の電子励起線が増強されることが確認された.この現象は熱的な影響あるいは機械的な影響ではないことが明らかとなり、照射光とSTM探針の相互作用はナノサイズのキャパシターの存在によると結論づけた。次にレーザ入射方向と探針の角度を45度から90度まで変えて、レーザ照射角度と励起源の発生について検討を行った結果、レーザを探針に垂直照射(試料表面に平行に照射)した場合、パルスレーザだけの励起でも脱離・イオン化が確認された。これは、電子励起線源の寄与がなく、レーザ光の照射により、探針先端でのプラズモンの発生、電場の局在化などの効果によるものと考えられる.STM金属探針によるレーザ光の集光(5nm20nm)を可能にし、ナノフォーカスSTM探針励起線源を実現できた。このナノフォーカス励起源をTOF-MS表面分析やナノ加工に利用することも可能である。STM探針の近接場効果によるアゾベンゼンのシストランス遷移について研究を行った。光照射により、STM探針直下の局所領域(50nm)におけるアゾベンゼンの遷移が確認された.これにより、STM探針近接場効果の有効性とナノフォーカス励起源への利用の可能性が示唆された。Montecarlo解析法を用いて、金属探針の近接場シミュレーションを行い、探針による増強効果を確認した.これを用いて、レーザ照射による金属探針の近接場増強効果を用いたナノ局在領域の質量分析装置を完成させた.この装置を応用して、Si表面のPdによるパラジュウムシリサイトの形成過程について、解析を行った。さらに、試料表面の元素分布や表面物性情報のナノレベルの分解能での二次元測定の可能性が示唆された。以上の研究成果により、STM複合TOFナノ表面質量分析装置を用いて、STMによる試料表面のナノ構造観察と対比させながら、in situでTOF質量分析を行い、ナノレベルの超高分解能で材料表面の元素分布情報の獲得が可能であることを明らかにした。
電子変位型の超高速応答強誘電体の開発

10^6Hz以上の周波数でスイッチングが可能な強誘電体は、メモリー素子への応用などの観点から、デバイス化に向けた活発な研究が試みられている。それらの研究の多くは、無機材料を用いた研究である。本研究では、先行研究とは全く異なる新規な物質群として、有機-無機ハイブリッド型の混合原子価ポリオキソメタレートクラスターに注目した。クラスター内部に存在する電子の秩序-無秩序転移を利用した電子移動型の超高速応答性の強誘電体に関する基礎研究を試みた。本研究は、混合原子価ポリオキソメタレート(POM)クラスターに注目し、クラスター内部にのみ存在する自由電子の秩序-無秩序転移を利用し、電子移動型の超高速応答性の誘電体を開発する事を目的とする。ケギン型の[PMo_<12>O_<40>]^<4->から巨大{Mo_<154>}リング構造まで、多様なサイズのクラスターが形成する非局在電子の規則ナノ構造(結晶)を、電子のOrder-Disorder転移とカップリングした高速な双極子反転の場として利用する。一電子還元型の[PMo_<12>O_<40>]^<4->結晶を用いて、10kHz1GHz領域の誘電率の温度変化を、RFインピーダンスアナライザーを用いて評価するシステムを構築した。高周波測定では、試料の反射率測定からインピーダンスを求めるのが一般的であり、試料と同軸ケーブルの接触を適切に行うのが重要である。室温における測定では、専用の測定治具を作製しその評価を試みている。また、低温用のクライオスタットへの測定システムの導入に関する検討を行ったが、正確なサンプル配置と電極一試料間の接触に関するさらなる検討が必要である。また、二重波法による分極一電場ヒステリシス応答を評価する測定システムを作製中である。高周波測定を可能とするため、測定機器間の高速データ通信システムの構築を行っている。試料作製に関しては、(p-phenylenediammonium^<2+>)_2([15]crown-5)_4[PMo_<12>O_<40>]^<4->結晶および巨大リング状{MO_<176>}クラスターを作製した。同時に、これらの測定システムの自動化を可能とするソフトウエアー開発を試みている。ケギン型の[PMo_<12>O_<40>]^<4->から巨大{Mo_<154>}リング構造まで、多様なサイズのクラスターが形成する非局在電子の規則ナノ構造(結晶)を、電子のOrder-Disorder転移とカップリングした高速な双極子反転の場として利用する可能性を探索する。クラスター内部で電子の局在-非局在相転移が存在する一電子還元型の[PMo_<12>O_<40>]^<4->結晶として、(p-phenylenediammonium^<2+>)_2(crown ethers)_4[PMo_<12>O_<40>]^<4->および(o-aminoanilinium^+)(crown ethers)[PMo_<12>O_<40>]結晶を作製した。これらの結晶構造に関する系統的な評価を試み、さらに磁化率の温度依存性の評価を試みた。磁化率では、両錯体共にクラスター内に独立したスピンが存在することが判明し、電子スピン共鳴の温度依存性から、クラスター内に存在するS=1/2スピンの局在-非局在転移の存在が確認された。さらに、S=1/2スピンに由来するシグナルの線幅の温度依存性から、両錯体ともに60Kでスピンの局在-非局在転移が生じることが判明した。本年度は、10kHz1GHz領域の誘電率測定のためのRFインピーダンスアナライザーを用いた評価システムを構築した。室温における測定では、有効な測定結果を得るには至らなかった。電子スピン共鳴の結果を考えると100K以下の低温領域での測定が必要であり、引き続き低温用のクライオスタットへの測定システムの導入を検討している。また、二重波法による分極-電場ヒステリシス応答を評価するシステム、ソフトウエアーを含めてほぼ完成した。現在、対応可能な測定周波数が約10kHzが上限となっており、これは交流電圧の増幅を行うバイポーラ電源の性能に依存する。そこで、高周波測定が可能な強誘電体テスターを用いた測定システムを構築している。
異なるリガンド環境におけるTリンパ球応答の分子基盤

Notchシグナルは様々な細胞分化および細胞生存に関与することが知られており、哺乳動物では4種類のNotchが存在し、リガンドとしては3種類のDelta(1,3,4)と2種類のJagged(1,2)が報告されている。DeltaおよびJaggedは、同一の細胞に発現する同一のNotchと相互作用して異なる反応を誘導することが明らかになっており、特に生体防御システムにおいて、この相互作用が重要な役割を果たしている可能性が示唆されている。同一のレセプターを介していると考えられるにもかかわらず、なぜこのように全く異なる細胞応答が誘導されるかについては明らかになっていない。そこで本研究では、異なるNotchリガンドを細胞外環境としてとらえ、2種類のNotchリガンドによりTリンパ球を刺激した際のシグナル伝達経路の相違点を解明することを目的とする。本研究では、lunatic fringeがどのようにTリンパ球の分化に関与するかについて研究を行い、lunatic fringeの発現が、胸腺前駆細胞が胸腺内で適切なリガンドであるDeltaを選別することに必須であることを、胸腺臓器培養法を駆使して明らかにした。また成熟CD4およびCD8Tリンパ球、NK細胞にもIunatic fringeが発現していることから、成熟Tリンパ球応答、NK細胞応答にもlunatic fringeによるNotchの糖鎖修飾が関与することが示唆された。さらに、Notch結合分子をyeast two hybrid法によって同定を試み、数種類の分子がNotchと結合することを解明した。今後はリガンド結合の際によって、これらの結合分子との相互作用がどのように変化するのかについて明らかにする必要性がある。NotchシグナルはTリンパ球分化にとって必須のシグナル系であることが知られており、Notch分子はfringeによって糖鎖修飾を受けることによって、リガンドとの相互作用が調節されている。我々は、本研究において異なるNotchリガンドおよびNotchの糖鎖修飾がどのようにリンパ球分化を制御しているかについて解析した。Manic、radical、lunatic fringeのいずれも、Tリンパ球前駆細胞に発現していた。しかし、manic、radical fringeはTリンパ球分化に影響を与えている結果は得られなかった。一方、lunatic fringeによるNotchの糖鎖修飾がリガンドであるDelta1との相互作用を増強させ、Tリンパ球分化に必須のシグナルを伝達する必須の細胞外イベントであることを明らかにした。さらに、lunatic fringeの低発現細胞と高発現細胞に発現するNotchが胸腺ストローマ細胞に発現するDelta1を競合し、高発現細胞が選択的にTリンパ球分化シグナルを受け取ることができることを明らかにした。Delta1はTリンパ球分化を誘導することが明らかになっているが、我々はJagged2がNK細胞の分化を誘導することを解明した。これらの結果は、lunatic fringeがT前駆細胞に発現してTリンパ球系譜決定をする必須の分子であり、Notchの糖鎖修飾パターンが獲得免疫系を構築するために重要な生理的役割を担っていることを示している。また、異なるNotchリガンドが同一前駆細胞からのTリンパ球およびNK細胞分化誘導を規定していることが明らかになった。
起立・歩行をアシストし要介護者を自立へ導くインテリジェントシルバーカーの開発研究

本研究では,このような運動機能が低下した高齢者を対象として,起立・歩行を支援する「インテリジェントシルバーカー」開発を行った.開発した試作機は姿勢情報を用いることで,起立支援,歩行支援,そして操作支援を実現する.起立支援とは,利用者が腰を入れ上半身を前傾させた姿勢(前傾姿勢)を認識することで,椅座位からの起立の支援を行う.歩行支援とは,利用者が足を踏み込み出した姿勢(踏み込み姿勢)を認識することで,歩行の支援を行う.本研究では,このような運動機能が低下した高齢者を対象として,起立・歩行を支援する「インテリジェントシルバーカー」開発を行った.開発した試作機は姿勢情報を用いることで,起立支援,歩行支援,そして操作支援を実現する.起立支援とは,利用者が腰を入れ上半身を前傾させた姿勢(前傾姿勢)を認識することで,椅座位からの起立の支援を行う.歩行支援とは,利用者が足を踏み込み出した姿勢(踏み込み姿勢)を認識することで,歩行の支援を行う.「電動車椅子に装置したセンサーにより使用者の姿勢・動作を判別するプログラム開発」の前提として,起立動作と立位保持を安定させる要因の解析を行った.健常者成人を対象として,特定筋群を意図的に疲労させることで機能低下させ,この時の動作安定性の変化を三次元動作解析装置,および重心動揺計にて分析した.この結果動作の安定性には,背筋筋力と,動作スピードと重心移動方向が大きく関わることが明らかとなったこれらの結果をもとに,独力で起立困難な高齢者を対象とした,起立支援システム設計を行った。今年度はシステム構成として市販の電動車椅子(今仙社製)を利用し,これをパーソナルコンピュータ制御とすることで,起立動作および歩行支援を実現することとした電動車椅子には二つのレーザーファインダーを装着した.一つはグリップ部,他方は左右駆動輪中央とし,双方とも後方の状態をセンサーできるようセットした電動車椅子は駆動装置として利用するもので,最終的な「インテリジェント型シルバーカー」の駆動部分を試験的に代替するものとした.この目的から実験では使用者は車いすの後方に位置し,車いすグリップを握ることとした,この姿勢で電動車椅子が使用者の姿勢を判断し,起立動作,および歩行に同期して前進することで動作を助けるプログラムとした,前述のレーザーファインダーは使用者の肩の位置と足の動きを感知し,この情報から使用者の姿勢を算出する.この情報をフィードバックし電動車椅子が前進するプログラムとした開発システムの試験はパーキンソン患者2名を対象として行った,パーキンソン患者は筋力低下がなくても,起立動作困難となることが多く,本システムの有効な対象を考えられた.この結果,独力で起立不可の患者がシステムの支援により起立可能となった.また歩行支援に関しても限的的ではあったが正常に作動することが確認された起立.歩行が困難な高齢者の代表的な疾患としてパーキンソン患者を対象として開発を進めてきた.パーキンソン病患者ではその動作の特徴として重心移動の円滑さが失われることが知られており,起立動作時介助を必要とする場合も多い.この現象は動作時に重心が後方に残ってしまうためであるとされているが,昨年度電動車椅子を利用し起立・歩行を援助するシステムの開発を開始した.試作機は市販の電動車椅子後方に2台のレーザーレンジファインダーとグリップ部に力覚センサーを装着したシステムであった.使用者の姿勢を読み取り,座位姿勢から立位姿勢まで車椅子が使用者の動作に同期して前進することで起立を助ける.本年度はさらに支援動作プログラムの精度を向上させる目的で,パーキンソン患者が起立する動作のシュミレーションモデルを開発した.質点を重心,原点を足首としてTIP(Telescopic Inverted Pendulum)モデルを用いてモデルを構築し,床反力を入力することで重心軌跡を再現できることを確認した.これをもとに起立動作を重心速度で分類することで,各被験者がどれだけ重心を前方移動させればよいのかをシミュレーション上で求めた.最後に剛体リンクモデルを使用し,目標とする重心位置まで導くために必要となる手すりの前方移動量を求めた.このことからパーキンソン患者の重心条件にあわせ,支援動作の速度・力も算出可能と考えられた.起立支援において,各患者に合わせ重心条件を適切に支援する事が重要である.今後本シミュレーションモデルを使用し,適切な重心条件を検証し,支援の指標とすることを支援プログラムに盛り込むことで支援制度向上が期待できる.インテリジェントシルバーカーのハードウエアに関しては,電動車椅子の椅子部分を取り外し,駆動部の上に起立・歩行動作支援を目的としたフレームを設計した.専用フレームでは立位時の安定性向上が示された.パーキンソン病患者,健常者を対象に起立動作実験を行い,パーキンソン病患者で起立可の場合,不可の場合,及び健常者の場合における,重心移動速度変化と重心軌跡に着目して分析した.この結果,パーキンソン患者の重心移動速度は滑らかさに欠ける特徴を有していることがわかる.またパーキンソン患者で起立不可となった場合は,起立しようとして臀部離床しながら,起立できず後方の椅子へ戻る動作となっていた.この時の重心移動の速度の側面から検討すると,起立動作が遂行可能であった試行では前方への速度が約200mm/secに達し,この後上下方向の速度が上昇していた.これに対して起立に失敗した試行では前後方向の速度が約100mm/secにとどまり,上下方向の速度も発生しているが起立に失敗している.対照として分析した健常者データにおいても,立ち上がりの速さに関わらず前後方向の速度が約200mm/secとなっていた.この結果から,使用者の起立動作に同期して,前方へ牽引することで起立を助けるシステムを構築した.

駆動部は電動車いす駆動部を用い,駆動部の上部に起立・歩行支援のためのフレームを試作し取り付けた.駆動はPCにより制御した.使用者の動作と同期する方法として使用者の肩と足の位置を2つのレザーファインダーで検出しPCにより姿勢検出するプログラムを作成し,起立支援システムへフォードバックした.さらに使用者が起立後,下肢を前方へ振り出す動作に同期し試作機を前進させる,歩行支援プログラムを開発した.2名のパーキンソン患者を対象として試作機の駆動実験を行った.なお対象患者はyahrの重症度分類IVであり,起立・歩行に介助が必要であった.実験の結果試作した起立・歩行支援装置は対象者の動作に同期して駆動し,起立・歩行を試作機以外の人的介助ないしで行うことが可能であった.試作機は介助者と同様の支援を行うことができた.本体となる動力・センサー付きシルバーカーを設計し試作することを今年度目標としてきた.インテリジェントシルバーカーのフレームを設計し,試作を終えた.本フレームは高齢者の起立動作と歩行支援のために設計されており,動作の安定性が示された.このことで今年度目標を無事終えることができた.24年度が最終年度であるため、記入しない。試作したフレームにレーザーレンジファインダーおよび力覚センサーを設置し,調整を進めている.使用者が座位から起立し,歩行する一連の動作をスイッチの切り替えなどすることなく,シームレスに支援できるようプログラムを完成させる.駆動部分は電動車椅子駆動部を応用するが,起立・歩行支援のためのインテリジェントシルバーカー試作機を完成させる.最終的に高齢者・パーキンソン患者を被験者として動作確認を行う.計画に大きな変更はない.24年度が最終年度であるため、記入しない。
有機非線形フォトニック結晶を用いた光書き込み型空間光度調器の開発

フォトニック結晶とは,光の波長程度の周期で誘電率を変調させた材料で、光波モードの効率的な制御が可能なものである.これは,通常の結晶内の周期的ポテンシャルで,電子のバンド構造が決定されるのと類似の効果であり,電子を光子に代えた結晶という意味から,このように呼ばれている.光波モードの制御により,光の自然放出の制御が可能であり,超低しきい値のレーザーの実現が期待されるほか,特定の位置に強く局在する光波モードを利用した非線形光学効果の著しい増強効果が期待される.本研究では,このフォトニック結晶による光波モードの究極的閉じこめ制御により,高効率非線形光学現象の発現を確認し,この材料のデバイス化のための基礎的実証研究を行なった.具体的には,メガヘルツ程度の動作速度を有する電界印可による位相変化を利用した空間光変調デバイスの開発を目的として,試作するフォトニック結晶と光導電性薄膜による新しい光アドレス型空間光変調デバイスの設計・試作・評価を行う.具体的には,電場配向ポリマーを用いたフォトニツク結晶による空間制御デバイス試作のため,光応答性薄膜の製作を行い材料の基礎特性の評価をおこなった.さらに,有機非線形光学材料を欠陥層としたフォトニック結晶の最適設計および光応答性薄膜との光学的なマッチングの検討を行い,デバイスを最適化する研究を引き続き実施した。フォトニック結晶とは,光の波長程度の周期で誘電率を変調させた材料で,光波モードの効率的な制御が可能なものである.これは,通常の結晶内の周期的ポテンシャルで,電子のバンド構造が決定されるのと類似の効果であり,電子を光子に代えた結晶という意味から,このように呼ばれている.光波モードの制御により,光の自然放出の制御が可能であり,超低しきい値のレーザーの実現が期待されるほか,特定の位置に強く局在する光波モードを利用した非線形光学効果の著しい増強効果が期待される.本研究では,このフォトニック結晶による光波モードの究極的閉じこめ制御により,高効率非線形光学現象の発現を確認し,この材料のデバイス化のための基礎的実証研究を行う.具体的には,メガヘルツ程度の動作速度を有する電界印可による位相変化を利用した空間光変調デバイスの開発を目的として,試作するフォトニック結晶と光導電性薄膜よる新しい光アドレス型空間光変調デバイスの設計・試作・評価を行う.まず,一次元フォトニック結晶中の光波伝搬特性測定のため,白色光マイケルソン干渉計及び変調特性評価のための装置を作製した.誘電体多層膜により,一次元完全格子フォトニック結晶を作製し,また,その完全格子に有機非線形光学材料(電場配向ポリマー例えば,PMPDなど)の欠陥層を導入して,一次元不完全格子フォトニック結晶を作製した.上記の装置を用いて,伝播特性を評価した.上記の結果をもとに,光応答性a-Si薄膜を付加したバイスの基本構成の検討を行い,変調度,屈折率変化,応答速度等の測定評価に基づきデバイス構造の検討を行った.更に,光書込み型空間光変調器の光情報処理に応用するためのデバイスの仕様を検討した.フォトニック結晶とは,光の波長程度の周期で誘電率を変調させた材料で,光波モードの効率的な制御が可能なものである.これは,通常の結晶内の周期的ポテンシャルで,電子のバンド構造が決定されるのと類似の効果であり,電子を光子に代えた結晶という意味から,このように呼ばれている.光波モードの制御により,光の自然放出の制御が可能であり,超低しきい値のレーザーの実現が期待されるほか,特定の位置に強く局在する光波モードを利用した非線形光学効果の著しい増強効果が期待される.本研究では,このフォトニック結晶による光波モードの究極的閉じこめ制御により,高効率非線形光学現象の発現を確認し,この材料のデバイス化のための基礎的実証研究を行なった.具体的には,メガヘルツ程度の動作速度を有する電界印可による位相変化を利用した空間光変調デバイスの開発を目的として,試作するフォトニック結晶と光導電性薄膜による新しい光アドレス型空間光変調デバイスの設計・試作・評価を行う.具体的には,電場配向ポリマーを用いたフォトニック結晶による空間制御デバイス試作のため,光応答性薄膜の製作を行い材料の基礎特性の評価をおこなった.

さらに,有機非線形光学材料を欠陥層としたフォトニック結晶の最適設計および光応答性薄膜との光学的なマッチングの検討を行い,デバイスを最適化する研究を引き続き実施した.フォトニック結晶内の光波分布を解析するためのFDTD法のソフトウエアーの開発と,2次元結晶を製作するための電子ビーム露光による微細加工の研究も行った.
分子標的腫瘍マーカーとしての糖鎖タンパク質の網羅的同定

本研究は糖鎖構造変化に着目した新規血中腫瘍マーカータンパク質の発見を目的として、平成17年度より当奨励費の助成を得て開始されたものである。カルボニルジイミダゾール基でコーティングされたプロテインチップ上に種々のレクチン分子を固相化し、このレクチン結合プロテインチップに糖鎖構造特異的に補足された血清糖タンパク質をSELDI-TOF質量分析計にて測定を行った。Multiple Affity Removal System(Agilent社)により多量タンパク質14種を除去した健常者血清10例、肺腺癌患者血清10例を用いたスクリーニングにより、肺癌患者血清中において高頻度にNeu5Ac(α2,6)GalNAc構造が欠失していると推定されるタンパク質、apolipoprotein C-IIIが同定された。さらに90例の血清サンプルを用いた検証実験により、この糖鎖構造変化の頻度が肺癌の病期依存的に亢進することが明らかとなった。以上より、Apolipoprotein C-III上の特定のシアル酸欠失が新たな肺癌診断マーカーとなる可能性が示唆されたので、簡便に糖鎖構造変化を検出できる診断キットの開発や、より大規模な検証実験を行うことによって、腫瘍マーカーとしての特異性、実用性を検討していく。本年度は、今後行われる予定である複数種の糖鎖構造変化を多検体で検証する本スクリーニング実験に先がけて、少数検体、一つの糖鎖構造変化に対象を限定した予備検討実験と構築したスクリーニング系の評価を行った。テスト用比較サンプルには進行期肺癌患者血清(Stage IIIB or IV)、及び健常人血清各5例を用いた。血中微量成分の検出を可能にする目的で、採取した血清より質量比約90%を占める6種類の多量タンパク質をHPLCとこれらのタンパク質に対する抗体結合カラム(Agilent社)用いて除去した。第一段階として、この状態の精製サンプルの一部を用いて各サンプルに含有される全コアタンパク質自身の血中存在量比を求めた。次にこの精製サンプルをさらに特定の糖鎖構造を認識するレクチンアガロースビーズを用いて濃縮、精製後、同様に定量比較解析を行った。最後にこの2つのパラメータの比率を計算することにより、各種血清タンパク質に対する糖鎖構造の癌性変化率を求めることに成功した。これら血清タンパク質の定量比較解析と同定には、タンパク質同位体ラベル法とMALDI-QIT-TOF質量分析計(島津製作所)を使用した。上記肺癌患者血清サンプル5例を用いた解析から、健常者血清との2群では有意差をもって糖鎖構造に変化が認められ、かつMSMS解析により同定に成功した血清タンパク質は、テストサンプル1例につき約90種類であった。来年度以降、症例数を追加し、上記解析結果の多検体での検証実験と共により大規模なスクリーニングを開始する予定である。本年度は、タンパク質同位体ラベル法とMALDI-QIT-TOF質量分析計を用いて行ったスクリーニングにより同定された、数種の肺癌マーカー候補について実際に糖鎖の癌性変化を検証し、臨床使用に対する有用性を確認した。今回糖鎖構造変化の検証には2種の独立した手法を用い、既存の方法であるレクチンブロッティング法に加え、独自に開発したジオール修飾モノリスチップによる糖鎖の迅速かつ簡便な濃縮精製法に基づいた質量分析法を用いた。ジオール修飾モノリスチップの開発にはGLサイエンス株式会社の協力を得た。また、検証サンプルには年齢、性別などの条件を一致させた16例の進行肺癌患者血清(Stage IIIB or IV)、及び健常者血清を用いた。このいずれの検証方法においても、上記スクリーニング法の定量性、再現性が確認されたと同時に、血清中の2糖タンパク質について肺癌患者血清での有意なフコース残基の付加亢進が、1糖タンパク質について同残基の顕著な消失が証明された。今回のスクリーニングで、42タンパク質に関して癌特異的な糖鎖変動が示されているため、残りのマーカー候補については今後、同様の検証実験を進めていく予定である。