hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
水素吸蔵化合物の特性予測のための新しい指針の研究-陽電子寿命に注目して-

現在、さらなる電池容量の向上、さらには水素吸蔵化合物の電池以外の用途への応用を目指して活発な研究が続いている。これらの研究に共通する課題の一つは、より優れた水素吸脱蔵特性を有する化合物の探索であり、化合物の劣化を防ぐための微紛化のコントロールである。今年度、LaNi_5基AB_5型化合物の水素吸蔵特性と陽電子寿命の関係ならびにLaNi_5一方向凝固材の変形モードについて研究し、以下の成果が得られた。1.水素吸蔵合金LaNi_5には、構造欠陥のないことを明らかにした。つまり、今まで報告されているように水素は格子間位置に侵入する。4.これらのことにより陽電子寿命を調べることによって水素解離圧を整理することができる。5.LaNi_5多結晶は950°C以上の高温でのみ変形が可能である。6.温度上昇と共に降伏応力の顕著な現象が見られる。7.LaNi_5多結晶の変形では、転位の上昇運動が重要な役割を果たしている。8.1000°Cでの圧縮では[0001]と<1120>方向のバーガース・ベクトルを持つ転位が観察された。[0001]をバーガース・ベクトルとする転位のすべり面は{1010}面であるが、1/3<1120>をバーガース・ベクトルとする転位のすべり面は上昇運動のため決定できなかった。9.{1010}[0001]すべり系の臨界分解せん断応力は、LaNi_5格子で可能ないかなる他のすべり系のそれよりもかなり低いと考えられる。
有機導体における超伝導相と電荷秩序相に挟まれた電荷揺らぎ相の電子状態

有機伝導体の電荷秩序絶縁相と金属相(超伝導相)の関係を明らかにするために、静水圧力や一軸性圧縮を用いて、電荷秩序絶縁相から金属相の間で電子状態を変化させながら、交流インピーダンス測定・電気磁気抵抗測定・構造測定を行った。この結果、分子配列に依って、二相の関係は異なり、電荷秩序相と電荷揺らぎの強い金属相が直接接している場合と、二つの電子相の間に、本研究によって新たに見出された、電荷秩序金属相と目される電子相が挟まる場合があることを見出した。申請者が提案している、有機導体における電荷秩序-超伝導相図において、二つの相の間に存在する電荷揺らぎ相の電気的性質について、交流インピーダンス測定を行った。初年度は、LCRメーターを用いた測定において、測定ケーブルの延長と温度変化に対する正確な補正法を確立し、室温から1.5Kまで、20Hzから30MHzまでの精密交流インピーダンスを行うことを可能にした。この測定手法を用いて、圧力誘起有機導体β"-(DODHT)_2PF_6の電荷揺らぎ相の測定を行った。この結果、電荷揺らぎ相内では電気抵抗の抵抗上昇が見られるが、抵抗の上昇が生じても変位電流成分が増大しないため、抵抗上昇は、電荷秩序揺らぎに依るものであり、電荷ギャップが開くためではないことを明らかにした。この事実は、この系で起きている超伝導が電荷揺らぎ機構によるものであることを強く示唆している。更に、一軸性圧縮下のθ型有機導体の抵抗異常が生じるところで、交流インピーダンスも特異な振る舞いを示すことも見出した。得られた結果は、この抵抗異常温度以下の電子相が、理論側から電荷秩序相の近傍で実現する可能性が指摘されている、電荷秩序金属相である可能性が高いことを示しており、次年度は、構造的な観点からの研究も進める。また、研究対象の一つとなっていた物質(α-(BEDT-TTF)_2I_3)の新たな電子状態が実現している可能性があるという報告が名古屋大学の小林らにより提案されたため(J. Phys. Soc. Jpn. 78(2009)114711.)、繰越をして研究を進め、交流インピーダンス測定を行ったが、彼らの主張する電子状態の実現可能性については、否定的な結果が得られた。本研究は、有機導体における電荷秩序相と金属相(超伝導相)の関係を明らかにするために、この二つの電子相の間に存在する電荷揺らぎ相の性質を明らかにすることを目的とした。(ここでは、便宜的に、中間に位置する、電気抵抗が中途半端に上昇する電子状態を"電荷揺らぎ相"と呼ぶ)初年度に、分子配列の異なった複数の有機導体に交流インピーダンス測定、ラマン測定、構造測定を行った結果、この電子相は、結晶対称性の破れの有無で区別される、二種類のケースが存在することを明らかにした。即ち、結晶対称性の破れがある方は電子相として定義できるのに対して、無い方は電子相と定義することが出来ないことを意味している。本年度は、この対称性の破れがある、電子相の性質を明らかにする事を目的として、一軸性圧縮下のθ型とα型分子配列を持つ有機導体に対して、精密構造測定と交流インピーダンス測定を中心に進めた。構造測定では、一軸性圧縮印加の増大に伴い、始めに、電荷秩序絶縁相発現時に現れる超格子とは、波数の異なった超格子(Q1とする)が現れ、ついで、絶縁相発現時に現れる超格子(Q2とする)の発現することが見出された。交流インピーダンス測定の結果は、Q1の超格子を持つ電子相を流れる電流は、電気抵抗の増大に係わらず、変位電流ではなく伝導電流成分が主で有ること、即ち、その電子構造にフルギャップが開いていないことを示す結果が得られた。また、Q2の超格子が発現する圧縮域から、変位電流の増大も確認できた。これにより、Q1の超格子を持つ電子相は、理論側から電荷秩序相の近傍で実現する可能性が指摘されている、電荷秩序金属相であることがほぼ確実になったと考えられる。
ブロック適応アルゴリズムの音響系への適用

音響エコーキャンセラをはじめとする適応信号処理システムを実用化するための重要な要素のひとつとして収束速度が挙げられ、ブロック直交射影アルゴリズム(以下、BOPアルゴリズム)はこの収束速度に優れていることが知られている。しかしながら、このアルゴリズムは雑音の影響による性能の劣化が大きいため、適応信号処理システムにおいて収束速度と同時に要求される推定精度の面では、実用性に対する十分な性能が得られているとはいえない状況であった。本研究では、BOPアルゴリズムを音響エコーキャンセラなどの音響系適応システムで利用する場合に問題となる雑音による収束特性の解析結果をもとに、雑音の影響を軽減するための方式を提案している。これは、本来BOPアルゴリズムが有している優れた収束速度を低下させずに実現されており、計算機シミュレーションによっても有効性が確認されている。これにより、従来の手法に比べて、特に非定常な信号を扱う場合に大幅な特性の向上を実現することが期待できる。更に、実際の応用に近い環境での模擬実験を行い、それぞれの状況に応じた特性の向上を図っている。特に、非定常な外乱への対策として、信号対雑音比(S/N)や許容雑音レベルに応じてパラメータを自由に設定できるようにしており、要求される性能を常に確保することを可能にしている。また、実時間処理に適する方式とするために、単位時間あたりの演算量の低減や効率的な処理法の検討も行っている。しかしながら、このアルゴリズムは雑音の影響による性能の劣化が大きいため、適応システムで収束速度と同時に要求される推定精度の面では、実用性に対する十分な性能が得られているとはいえない状況である。本研究では、まず、BOPアルゴリズムを音響エコーキャンセラなどの音響系適応システムで利用する場合に問題となる雑音による収束特性の変化を解析している。その結果、性能面で特に重要である推定精度と収束速度の理論解析値が明らかにされている。次に、解析結果をもとに雑音の影響を軽減するための方式を示している。具体的には、共役こう配法を用いたBOPアルゴリズムの手順中で雑音の成分を含む項、特に再帰式の中で現れる項に着目し、その影響が現れにくくなるように式の変更を行っている。その際に、本来BOPアルゴリズムが有している優れた収束速度を極力低下させない、あるいは式変更による特性向上に見合う程度までの特性低下に抑えることを前提としている。これにより、従来の手法に比べ、特に非定常な信号を扱う場合に大幅な特性の向上を実現している。更に、計算機シミュレーションにより提案法の特性を明らかにし、より実際の応用に近い環境での模擬実験を行い、それぞれの状況に応じた特性の向上を検討している。
無限次元線形作用素の力学系理論の幾何学的トポロジー的研究

関数空間の等長変換に関する研究を行った。双対空間の端点集合を詳細に解析することにより,特徴的な位相を持つコンパクト空間上の連続関数空間やバナッハ束の連続切断空間の等長変換に関するバナッハ・ストーン型定理を得た。コンパクトリーマン多様体上の連続微分可能関数のなす関数空間の適当なノルムについての等長類は、部分多様体の埋め込みの等長類を一意に定めることを示した。応用としてノルムの連続摂動に付随する等長変換群の変形を記述し、底空間の幾何との関わりを明らかにした。複雑なトポロジーを持つ一般化射影極限を解析し、また極限空間上の位相力学系-特にカントール集合上の極小力学系-を構成した。本年度は局所コンパクト距離空間の位相同型写像が導く荷重合成作用素のカオス性について考察した。初めに実数上の平行移動が導く荷重合成作用素が位相推移的であるための必要十分条件を荷重の積分に関する条件によって与えた。この結果を拡張して任意の次元のユークリッド空間上の平行移動が導く荷重合成作用素がカオス的であるための必要十分条件を得た。その結果平行移動が定めるユークリッド空間上のフローが導く荷重合成作用素のカオス性が同じの条件で特徴づけられることが明らかとなった。これらの結果の証明は、フローおよび作用素族の離散化を考察し、荷重シフト作用素についての既知の結果を用いて行われる。離散化の手続きによって、作用素半群の解析的理論に依存した従来の手法を回避することができ、したがってここで得られた結果は微分構造を持たない空間上の荷重合成作用素に対しても適用できる。これらの結果について現在論文を準備中である。次にコンパクト空間上の複素数値関数空間上の等長変換について研究した。このような変換でゼロベクトルを保つものは常に実線形であり、荷重合成作用素とその複素共役によって定義される例がよく知られている。そのような形で表されない作用素が存在することは知られていたが、具体的な例はただ一つしか知られていなかった。連携研究者三浦毅氏との共同研究によって、荷重合成作用素及びその複素共役としては表されない作用素(ここでは非標準的作用素と呼ぶ)を構成する系統的な方法を与えた。また非標準的な等長作用素を許容するような空間のトポロジーには厳しい制限が課されることを示し、その応用として8の字空間上の等距離等長作用素は常に標準的であることを示した。これは三浦氏によって提示された予想に対する解答を与えている。論文は現在準備中である。本年度は関数空間の等長変換についての研究を行った。古典的なBanach-Stoneの定理は,コンパクトハウスドルフ空間上の複素数値連続関数のなすバナッハ空間の複素線形等長変換は,常に絶対値1の荷重を持つ合成作用素であることを主張する。一方適当な関数空間上の実線形等長変換で荷重合成作用素でないものが知られている。三浦毅氏との共同研究により、荷重合成作用素でない実線形等長変換を許容するような関数空間の底空間は常に、単位円周によってパラメータ付けされるイソトピーを持つことを示した。逆に,このようなイソトピーを持つ空間上の関数空間で荷重合成作用素でない等長変換を持つものを構成する組織的な方法を与えた。従来のBanach Stone型定理の研究は,関数空間に制限を課して「すべての等長変換は荷重合成作用素である」という主張を目指していたことに比して、本結果は荷重合成作用素でない等長変換を許容する関数空間の底空間はそのトポロジーに強い制限を受けることを示した、という意味で新しい研究方向を示唆するものである。以上の結果は論文として纏めて既に投稿されている。このような等長変換の定める力学系の振舞いを研究することが次の課題である。次に上の考察をベクトル値関数の空間およびベクトル束の切断のなす空間上に拡張し、等長変換が常に荷重合成作用素であるような関数空間の底空間のトポロジーを考察した。ベクトル値関数を考察した先行研究では、等長変換の荷重合成作用素としての特徴づけのために本質的な条件を明示することはなされなかった。本研究では実線形等長変換が常に荷重合成作用素であるような関数空間の持つ十分条件を明示し、更に底空間の位相次元との間に関係を見出した。この結果も新しい方向を拓いた結果といえる。論文は電子版で既に出版されている。応用として四元数値連続関数空間上のBanach Stone型定理を得た。関数空間の等長変換についてのBanach Stone型定理について、新しい研究方向を拓くことができた。特に一般・幾何学的トポロジーの手法を関数解析学の問題に応用する研究において将来性のある研究方向を見出し、ある程度まで満足できる結果を得ることができたと思う。一方でこれらの等長変換の力学系的な研究は次年度の課題として残されている。特に等長変換の定義する力学系の位相推移性やカオス性についての研究は未だ十分に着手できていない。このことを勘案すると研究全体としてはおおむね順調な進展しておりまた次年度に向けた課題を明確にすることができたということができる。三浦毅氏との共同研究及びそれに続く研究において、等長変換が双対空間に導く写像の詳細な解析を行い、等長変換の一般形を決定し更に荷重合成作用素として表すための十分条件を得た。その結果いくつかの新しいタイプのバナッハ・ストーン型定理を得た。(1)特徴的なトポロジー(位相的剛性あるいは低次元性)を持つコンパクト空間上の連続関数空間の間の等長写像

(2)バナッハ空間値関数空間やバナッハ空間束の連続切断空間の間の等長写像,それぞれについて一般荷重合成作用素としての特徴付けを与えた。古清水大直・三浦毅氏との共同研究で単位閉区間上の連続微分可能関数空間上のバナッハ・ストーン型定理を得る為の統一的な枠組みを提示した。次に得られた結果をコンパクトリーマン多様体上の連続微分可能関数のなす関数空間に拡張した。多様体とその部分多様体から決まるノルムを導入し、関数空間上の等長変換で定数値関数および滑らかさを保存するものは、底空間の等長変換が導く一般荷重合成作用素であることを示した。従って上述のノルムに対する関数空間の等長類は、底空間の幾何に加えて部分多様体の埋め込みの等長類をも一意に定めることが結論できる。このことは従来気づかれなかった知見である。この結果を応用して、ノルムの適当な連続摂動に付随する等長変換群の変形を記述することができる。その結果底空間のリーマン多様体の幾何-特にその負曲率性-が等長変換群の摂動に影響を与えていることを示すことができた。多価写像によって定義された一般射影極限のトポロジーについてJudy Kennedy氏と共同研究を行った。極限空間が無限生成の(コ)ホモロジー群を生み出すような条件を明らかにした。更に定義写像の多価性を積極的に用いることによって興味深い位相力学系(例えばカントール集合上の極小力学系)を生むことを明らかにした。関数空間の等長変換に関する研究を行った。双対空間の端点集合を詳細に解析することにより,特徴的な位相を持つコンパクト空間上の連続関数空間やバナッハ束の連続切断空間の等長変換に関するバナッハ・ストーン型定理を得た。コンパクトリーマン多様体上の連続微分可能関数のなす関数空間の適当なノルムについての等長類は、部分多様体の埋め込みの等長類を一意に定めることを示した。応用としてノルムの連続摂動に付随する等長変換群の変形を記述し、底空間の幾何との関わりを明らかにした。複雑なトポロジーを持つ一般化射影極限を解析し、また極限空間上の位相力学系-特にカントール集合上の極小力学系-を構成した。全ての結果が年度の後半に得られたため、現在論文を準備中である。できるだけ早く論文を完成させることが必要である。また現在までに考察した関数空間はLp空間およびsupノルムを持つ、主に連続関数からなるものである。無限次元線形作用素のカオス性は複素解析学に起源をもつ関数空間においても考察されていることを考慮に入れれば、正則関数あるいは調和関数およびその距離の幾何学的類似のなす関数空間についても考察を進める必要がある。この方向の研究は現在の所あまり進展を見ていない。またカオス性を持つ線形作用素の一般論、特にカオス的作用素のスペクトルのもつ性質についての考察も不十分である。これらが当初の計画に比べてやや遅れていると考える理由である。等長変換の定義する力学系的研究、特にその位相推移性・カオス性およびスペクトルの研究がまず着手すべき問題である。
「個性」創発脳システムの統合的理解を拓く国際的データシェアプラットフォームの構築

2.国際シンポジウム:2018年7月2425日に京都大学において領域会議に引き続き国際シンポジウム"Towards Understanding INDIVISUALITY"を開催し、フランス、オーストリア、イスラエル、および米国からの招聘講演者や、領域のアドバイザーを含め、国内外から165名の参加者を得て、動物の「個性」や「個性の創発基盤」についての研究の現状について理解を深めるとともに、このような「個性」に関する学際的な研究について発信した(詳しくはHPにおける報告参照:http://www.koseisouhatsu.jp/activity/event/20180724_symposium_repo/index.html)。1.研究者招聘・派遣:2019年度における若手海外派遣として、京都大学今吉班の鈴木裕輔特定助教をMax Planck Institute(ドイツ)に、山田真弓特任助教と他1名を国立台湾大学(NTU)に、東京大学駒木班の松田孟留特任助教をUniversity College London(英国)に派遣が予定されている。九州工業大学柴田班は、マウス行動解析の国際的なデータシェアリング構築の協力先であるパスツール研究所から研究者を招聘予定である。2.国際シンポジウム:2020年9月13日に福岡において領域会議に引き続き開催する国際シンポジウムの海外講演者について招聘の準備を進めている。その他の学会シンポジウム等における外国人招聘者についても、予算執行状況に合わせ随時進める予定である。3.データシェアリングプラットフォーム運用:柴田が中心となって構築し、2018年度末に公開された国際的なデータシェアリングプラットフォームについて、2019年度の領域会議において新規公募研究代表者も含め運用方法に関する周知を徹底し、データの登録を進める。今後の研究の推進方策1.研究者招聘・派遣: 2019年度後半には、翌2020年度の若手派遣・外国人研究者招聘の募集を行う。2019年度後半の国内開催学会において、国際支援班参画研究者がオーガナイズするシンポジウムに外国人研究者を招聘し、領域内研究者との共同研究等についての打合せを行う。3.データシェアリングプラットフォーム構築:2019年度に予定している第2回USVミーティングにおいて、柴田、菅野、大隅によりデータシェアリング運営の進め方についての詳細を打合せる予定である。1研究者招聘・派遣:国際活動支援班の連携協力者である米国アルバート・アインシュタイン医学校のProf. Noboru Hiroiに領域の計画研究者の元で連続セミナーをして頂き、マウス音声コミュニケーションの詳細な解析等を含む研究内容について意見交換して頂いた。中島研究室の博士課程大学院生を米国UC San Diegoに派遣しヒトiPS細胞を用いたオルガノイド(mini brain)培養法を習得した。国際活動支援班の連携研究者である菅野をフランスのパスツール研究所に派遣し、マウス音声コミュニケーションに関する国際的なデータシェアリングプラットフォームであるmouseTubeに関する連携について打合せを行った。3月27日-4月6日に若林をグラーツ大学に派遣し、認知能力の個人差の共同研究に関して意見交換を行うとともに、次年度開催予定の国際会議招聘に関する調整を行った。またウィーン大学にも派遣し、Simon effectの個人差に関する今後の共同研究プログラムについて協議を行った。2国際シンポジウム:2018年7月23日-25日に京都において領域会議に合わせて開催することを決定した。会場準備等は今吉が担当することとなった。33月10日-11日に韓国から2名のPIと若手研究者を迎えて開催した第10回神経発生討論会を後援した。本討論会は英語を基本言語とし、国内機関に所属する外国人研究者とも活発な情報交換の場を提供することができた。4データシェアリングプラットフォーム構築:柴田が連携研究者である理化学研究所バイオリソースセンターの若菜茂晴博士を訪問し、マウス行動解析の国際的なデータシェアリング構築について情報収集を行った。1研究者招聘・派遣:2017年3月1日-3月12日に国際活動支援班の連携協力者である米国アルバート・アインシュタイン医学校のProf. Hiroiに国立精神・神経医療研究センター、東北大学、九州大学、京都大学においてセミナーをして頂き、マウス音声コミュニケーションの詳細な解析等を含む研究内容についての発表をもとに議論を深めた。2017年2月6日-3月7日に中島研究室の博士課程大学院生が米国UC San DiegoのDr. Alysson Muotoriを訪問し、ヒトiPS細胞を用いたオルガノイド(mini brain)培養法について師事して、その技術を習得した。2017年3月26日-31日に国際活動支援班の連携研究者である菅野がフランスのパスツール研究所のProf. Thomas Bourgeronの研究室を訪問し、マウス音声コミュニケーションに関する国際的なデータシェアリングプラットフォームであるmouseTubeその他に関する連携について打合せを行った。2017年3月末より若林をグラーツ大学Prof. Aljoscha Neubauerのもとに派遣し、認知能力の個人差の共同研究に関して意見交換を行うとともに、次年度開催予定の国際会議招聘に関する調整を行った。またウィーン大学Prof. UlrichAnsorgeのもとにも派遣し、Simon effectの個人差に関する今後の共同研究プログラムについて協議を行った。計画研究者が招聘を要請したい外国人招聘者の人選について、今後、詰めていく予定である。3データシェアリング

プラットフォーム構築:2017年3月27日-28日に柴田が連携研究者である理化学研究所バイオリソースセンターの若菜茂晴博士を訪問し、マウス行動解析の国際的なデータシェアリング構築について情報収集を行った。1.研究者招聘・派遣:6/23日に連携先のAlbert Einstein医学校の廣井昇教授を新分野創成センターに招聘した。9/7-9日の第60回日本神経化学大会において、領域支援によりエラスムス大学のY. Elgersma博士による特別講演を開催し続くシンポジウムにおいて「個性」の一つの現れと見なすこともできる発達障害の発症・病態メカニズムに関する情報交換を行った。同シンポジウムには建国大学のY.S. Chan博士、ベイラー医科大学のR.C.Samaco博士を招聘した。10/21-22日に開催された第9回光操作研究会@東北大学ににコロンビア大学のE. Hillman博士、フライブルグ大学のF. Schneider博士を招聘し最先端の神経科学ツールに関する講演を伺った。ConBio2017のシンポジウムにカロリンスカ研究所のC.B.Goncalo博士, Imperial College LondonのT. Knopfel博士を招聘した。12/2日の第13回成体脳のニューロン新生懇談会(九州大学)にUT SouthwesternのJ. Hsieh博士を招聘した。派遣では駒木班の松田孟留特任助教がA. Hyvarinen博士(Univ. College London)のもとに派遣され機械学習や画像処理に関するスキルの習得や関連分野研究者との意見交換を行った。今吉班の鈴木裕輔特任助教を共同研究先のD. Eilam教授(テルアビブ大学)の元に派遣した。2.国際シンポジウム:2018年7月に京都大学にて領域会議に引き続き開催することを決定し、今吉が世話人として会場準備等に当たっている。3.データシェアリングプラットフォーム構築:柴田(A03)が分担研究者の理化学研究所バイオリソースセンターの桝屋とともにマウス行動解析の国際的なデータシェアリング構築について情報交換を行った。1.研究者招聘・派遣:2018年度における若手海外派遣として、8月末に東北大学の吉川貴子助教を米国コロンビア大学に、駒木班の松田孟留特任助教をUniversity College London(英国)に、今吉班の山田真弓特任助教と他1名を国立台湾大学(NTU)に派遣が予定されている。若林班では7月にA.Neubauer博士(University of Graz)とE. Jauk博士(Dresden Tech Univ.)を千葉大学に招聘し共同研究を加速させる。2.国際シンポジウム:2018年7月2425日に京都大学において領域会議に引き続き開催する国際シンポジウムの海外講演者について招聘の準備を進めている。
第四紀における円石藻・珪藻間のブルーム形成戦略の相互的進化過程の解明

円石藻と珪藻のブルーム形成種に着目して、ブルーム形成戦略について解析を行った。親潮域では、冬季から春季にかけて珪藻類の大規模なブルームが形成され、ブルームを形成した珪藻の大部分は、ブルーム形成後、夏季には水柱より消失することが明らかになった。珪藻と円石藻の混合培養による競争実験を行い、春先の海水温が低い間は珪藻が円石藻に対して優越するが、徐々に当該海域の水温が上昇すると、より高い温度域と高い光強度により増殖が促進される円石藻が珪藻を凌駕し始める変化の要因となるものと推測された。また、約40万年前から現在における海洋環境変化で円石藻Emiliania huxleyiの優勢なmorphotypeがType B/OからType Aに変化したことが明らかになった。珪藻の春季ブルーム形成を想定し、冬季・春季・夏季へと急激に変化する光・温度環境に対する春季ブルーム珪藻種Thalassiosira属Chaetoceros属の増殖応答を解析した。その結果、珪藻類は低温・弱光下でも高い増殖速度を示し、高温では増殖不能であった。このことより冬季から春季にかけて成層化が開始すると素早く増殖を開始し、春季から夏季へと水温が増殖すると増殖を停止し,ブルームが終息することが示唆された。また、年間を通して形態変化が見られる珪藻種N.seminaeの様々な時期の培養株を現場より単離した。また、円石藻Emilianina huxleyiの培養株の水温や塩分濃度の嗜好性を調べるための培養実験を行った。その結果、至適水温や至適塩分濃度は培養株によって異なっており、それぞれ培養株の産地の水温・塩分環境に近い培養環境で、各株の成長がより良くなることが明かになった。この結果は、E.huxleyiと珪藻の成長戦略の違いを培養実験に基づいで検証する際には、似た水温・塩分嗜好性を持つ株を用いて比較する必要があることを示唆している。さらに、円石藻と珪藻のブルーム形成種の生理本性解析のために、以下の2点を実施した。(1)円石藻と珪藻の培養特性を調べるため、それぞれの株を国立環境研NBRPカルチャーコレクションおよび共同研究者から入手し、培養を実施中である。(2)円石藻と珪藻の混合培養を実施する前段階として、半透膜で仕切った培養容器を開発した。これによって、2種の植物プランクトンの増殖過程における栄養塩、分泌化合物の相手方藻類に対する影響を調べることが可能な実験系を構築できた。また、珪藻と円石藻の進化過程における戦略を解析するために、下北半島沖の深海底コア試料について4000年間隔の試料について、ブルーム形成種の出現層準の解析を行っている。海洋における珪藻および円石藻の春季ブルームの形成過程を解明のために、両藻類を同時に培養する必要がある。そのために、容器をフィルターで仕切った特別な共存培養器を開発した。珪藻種と円石藻のブルーム形成種をそれぞれ培養増殖させ採取し、開発した共存培養器での共存培養を実施した。その結果、それぞれの増殖が相互に影響され、珪藻がまず増殖を開始し、その後、珪藻の増殖の減衰と共に円石藻の増殖が増大することを観察した。本研究結果は、海洋における同一海域の珪藻と円石藻のブルームの状況を実験的に再現するものであり、海洋における植物プランクトン群集の変動を解析するために有効な実験系が確立できた。一方、円石藻のブルーム種であるEmiliania huxleyiは、その形態の違いにより増殖特性が異なることが報告されている。そこで、形態と増殖特性との関係を解明するために、仙台沖と五島列島沖の海水からE.huxleyiの培養株の確立を試みた。そして五島列島沖の海水からmorphotype Aとmorphotype CのE.huxleyiの培養株を確立した。また、珪藻と円石藻の進化過程における生態戦略を解析するために、下北半島沖の深海底コア試料について4000年間隔の試料について、特に、30万年前のブルーム形成種の出現層準の解析を行っている。さらに、第四紀におけるNeodenticula属珪藻形態の時間変遷を解明するために、国際深海掘削計画(ODP)第186節で三陸沖から得られた海底堆積物柱状試料を入手した。また、堆積物に時間軸を与える有孔虫殻の酸素同位体比層序を得るために、質量分析の前処理を行った。海洋における植物プランクトンの増殖に関し、まず珪藻のブルームが生じ、その衰退後、円石藻のブルーが生じることが地質学的にも現世の海洋においても観測されている。

それらの現象を制御する要因を明らかにするため、北西大西洋円石藻Emiliania huxleyiおよび珪藻Thalassiosira nordenskioeldiiの競争培養実験系を確立した。本年度はその解析系を用いて水温や光条件、さらに海洋酸性化の変化が両藻の生育に与える影響を解析した。その結果、珪藻と円石藻の増殖速度に影響し、ブルームの形成・衰退に影響する主な要因は温度変化であり、光強度の変化は選抜要因ではないことを示す結果を得た。競争培養という全く同一な条件下で得られたこれらの結果は、海洋において水温の季節変化がブルーム遷移の要因である可能性を示唆する。また、親潮域における珪藻群集の季節における出現パターンを解析し、外洋性浮遊珪藻Neodenticula seminaeの複数株の単離を行い、遺伝子解析を行った。植物プランクトンブルームを形成し海洋生態系へ大きな影響を与える円石藻と珪藻について、これまで、それらの生息環境に関する研究は個別に行われ、現在及び過去の海洋環境の急激な変化に伴う両藻類間の生態的地位(ニッチ)に関する相互関係は、ほとんど明らかにされていないので、本研究では、円石藻と珪藻のブルーム形成とその遷移機構に焦点をあてて、同時に室内培養実験が行える培養容器の開発とその培養実験実施が重要な課題であった。その培養容器を用いた実験系ができたことにより、当初の計画にそって、ブルーム形成とその遷移を解明できる状態になったことが挙げられる。24年度が最終年度であるため、記入しない。植物プランクトンブルーム両藻類のそれぞれの増殖生理的なパラメータを解明する。さらに、開発した植物プランクトン共存培養容器を用いて珪藻ブルームから円石藻ブルームへの遷移機構について解析を行う。また、生物進化過程での両藻類のニッチ関係を明らかにするために、その遷移の詳細なタイミングと相互作用について解析を行う。
内視鏡的分子イメージングの開発とその臨床応用に関する研究

内視鏡的分子イメージングの実現可能性について検討を行った。ex-vivo、in-vivo、それぞれの実験系で各種抗体およびメチレンブルーを用いて腫瘍表面を染色し、Endo-Cytoscopy System(ECS)を用いて接触観察したが、再現性をもったイメージング画像は得られなかった。非接触拡大観察が可能なデジタルマイクロスコープシステムを使用しても結果は同様であった。現在、近赤外光を用いた組成分析法を応用した組成イメージングを検討している。本研究の第一のステップとして行っているのはex-vivoでの検討である。内視鏡的に切除した中下咽頭癌および食道癌の標本を用いて、p53モノクローナル抗体およびメチレンブルーを用いて染色し、Endo-Cytoscopy System(ECS)を用いて接触観察し、内視鏡的な分子イメージングが可能か否かを検討した。しかし、ECSは標本にプローブ先端を接触させて観察しないと細胞レベルの観察ができないため、観察によって表皮が容易に剥離してしまい、標本を痛めて組織学的評価が不可能となってしまうことを多く経験し、それが最大の問題点であることが判明した。それを解決すべく他の観察器機を模索し、デジタルマイクロスコープを用いると標本に接触することなく最大で400倍レベルでの観察が可能であることを見いだしたため、デジタルマイクロスコープも併用してex-vivoの検討を継続している。デジタルマイクロスコープは複数のレンズで構成される"顕微鏡システム"であるため、これをすぐに臨床に応用できるものではないが、分子イメージングの可否を検討するための基礎的研究には極めて有用である。現時点までで組織学的所見と対比して検討した中では、報告されているよりもp53陽性腫瘍が少なく、さらに腫瘍表面まで陽性細胞が発現している検体となるとさらに限定されてしまい十分な評価ができないのが現状である。今後は、より多くの検体を用いて検討を継続すること、他の分子異常についても検討を加えることが必要であると考えており、それと平行して、xenograftを用いたin-vivoでの検討も進めていく予定としている。はじめに行ったex-vivoでの検討では、内視鏡的に切除した食道癌の標本を用いて、各種抗体およびメチレンブルーを用いて染色し、Endo-Cytoscopy System(ECS)を用いて接触観察し、内視鏡的な分子イメージングが可能か否かを検討した。しかし、ECSは標本にプローブ先端を接触させて観察しないと細胞レベルの観察ができないため、観察によって表皮が容易に剥離してしまい、正確な評価は困難であることが判明した。それを解決すべく他の観察器機を模索し、非接触で拡大観察できるデジタルマイクロスコープを用いてex-vivoの検討を継続した。デジタルマイクロスコープは複数のレンズで構成される"顕微鏡システム"であるため、これをすぐに臨床に応用できるものではないが、分子イメージングの可否を検討するための基礎的研究には極めて有用であると考えている。しかし、現時点までで組織学的所見と対比して検討した中では、報告されているよりもp53陽性腫瘍が少なく、さらに腫瘍表面まで陽性細胞が発現している検体となるとさらに限定されてしまい十分な評価ができていないのが現状である。以前われわれが報告した実験結果の再現性が得られていないため、視点を変えた検討を加えていくことにしている。現在は、ターゲットを他の分子異常に切り替えて検討を行っており、それと平行して、xenograftを用いたin-vivoでの検討(蛍光標識した抗体を用いた検討)も進行させている状況である。ex-vivoでの検討として、内視鏡的に切除した食道癌標本を用いて、各種抗体およびメチレンブルーを用いて腫瘍表面を染色し、Endo-Cytoscopy System (ECS)を用いた接触観察、デジタルマイクロスコープを用いた非接触観察を行い、内視鏡的な分子イメージングが可能か否かを検討した。平成21年度までよりも検体数を増やし、さらに他の分子異常も追加して検討を継続していたが、いずれの方法においても再現性をもったイメージング画像は得られなかった。Viabilityの消失した切除標本を用いた観察に問題がある可能性も考慮し、in-vivoの検討としてヌードマウスの背部に作成したxenograftを用いて、ex-vivoの検討と同様にしてECSおよびデジタルマイクロスコープを用いて観察を行ったが、これでも十分なイメージングは不可能であった。in-vivoの検討では、蛍光標識した抗体を用いて蛍光実体顕微鏡を利用したイメージングも試行したが再現性のあるイメージング画像を得ることが出来なかった。これらの検討から、観察に用いる機器に関わらず、「抗体や薬剤を散布して腫瘍表面の染色を行う」ような表面的な処理での分子イメージングは困難であると判断した。分子イメージングをはじめとした新たなイメージング法の臨床応用を想定すると、薬物投与や表面処理を必要としないイメージング法の確立が最も有用であると考えられる。その点を考慮して、近赤外光を用いた組成イメージング(観察対象の組成の相違を利用したイメージング方法)を、内視鏡的な「がん」と「非がん」の鑑別に応用できないか検討を開始している。

現在、組成イメージングを用いたex-vivoの検討を行っており、症例数はまだ十分ではないものの良好なイメージが得られる症例も認めており、より精度を上げるために症例(データ)を蓄積している段階である。
マウスの生殖細胞を起源とする奇形腫形成機構の解析

マウスの始原生殖細胞(PGC)は精子や卵へ分化する。しかし胎仔精巣においてPGCが、成熟卵巣において卵母細胞がそれぞれ分化全能性細胞へ変わり、奇形腫(テラトーマ)を形成することがある。本研究では、生殖細胞を起源とする奇形腫を高率に発症する高発系マウスや遺伝子改変マウスを用いて、生殖細胞の発生と奇形腫形成に関するつぎの成果を得た。1.PGCを起源とする実験的精巣性奇形腫の高発系と非形成系統の間で奇形腫の有無とマイクロサテライトDNAマップマーカーの系統多型との連鎖解析を行い、実験的精巣性奇形腫原因遺伝子候補領域を複数の染色体にマップした。2.新規の幹細胞欠損遺伝子Ka(Kasumi)を見いだし、Kaコンジェニック系を樹立した。Ka変異は精巣性奇形腫の発症率を上げ、卵巣性奇形腫の発症率をさげた。3.癌抑制遺伝子PTENのPGC特異的欠損マウスでは、精巣性奇形腫を発症し,PI3K/Aktシグナルの活性化が、PGCが分化全能性を獲得する過程に関与した。Wnt/beta-cateninシグナルの抑制が、PGCの増殖に重要であった。一部の雌は卵巣性奇形腫を発症したが卵細胞特異的PTEN欠損マウスでは全く発症せず、高発系とは別のメカニズムでPGC起原の卵巣性奇形腫が発症することが示唆された。4.Oxct2a、Oxct2bおよびTact1等の半数体精細胞特異的遺伝子にはイントロンレス遺伝子が多く、CpGアイランドを持ち、発現にはその脱メチル化が必要であった。雄性生殖細胞は本来プロモーターでない配列からでも転写できること、生体生殖細胞遺伝子導入法のプロモーターアッセイ系を確立し、TATA-boxなどの精細胞特異的なプロモーターを同定した。5.卵成熟機構のプロテアソームの生化学的成果を得たマウスの始原生殖細胞(PGC)は精子や卵へ分化する。5.卵成熟機構のプロテアソームの生化学的成果を得たマウスの生殖細胞を起源とする精巣性奇形腫(テラトーマ)の形成の仕組みを計画に沿って解析し,つぎの成果を得た.1.始原生殖細胞(PGC)を起源とする実験的精巣性奇形腫の原因遺伝子を網羅的にマッピングするために,形成率の高い系統と形成率ゼロの系統のF2胎仔における実験的奇形腫の有無とマイクロサテライトマーカーの系統多型を連鎖解析し,前者に強く連鎖した形成遺伝子候補や領域を数種の染色体に推定した.2.正常な精巣生殖細胞の特異的遺伝子を解析した.半数体特異的遺伝子の40%以上がイントロンレスで,3'poly(A)やダイレクトリピートを失い,これらの遺伝子はすべての染色体に散在した.また,エクソン内にCpGアイランドを持つものも多かった.6種類(Tact1,Tact2,OAZt, Scot-t1,Scot-t2,Cpa3)はいずれもTATA-box等の通常のプロモーターに見られるモチーフを持たないことから,特異的因子による制御が想像された.トランスジェニック解析では,これらの特異的発現には上流100bpほどと,下流5'非翻訳領域で必要充分であった.欠失変異および塩基置換変異プロモーターコンストラクトを精巣生殖細胞に導入し,CRE様配列を持つ上流エレメント,イニシエーターさらに下流領域の組み合わせが重要と判明した.3.癌抑制遺伝子PTENのPGC特異的欠損マウスは,新生仔で精巣性テラトーマを発症した.胎仔期の精巣を調べたところ,PTEN

欠損マウスのPGCにおいては,生殖細胞特異的マーカーの発現が消失し,未分化細胞特有のマーカー発現パターンを獲得することが示された.培養系において,PGCからEG細胞への脱分化が亢進しており,PTENによるPI3キナーゼの負の制御機構が欠損すると生殖細胞が分化多能性をもつ幹細胞に脱分化することが示唆された.以上,引きつずき解析を進める.マウスの生殖細胞を起源とする精巣性奇形腫(テラトーマ)の形成の仕組みについて,つぎの成果を得た.1.始原生殖細胞(PGC)を起源とする実験的精巣性テラトーマの原因遺伝子を網羅的マッピングするために,形成率の高い系統と形成率ゼロの系統のF2胎仔における実験的奇形腫の有無と市販或いは新たに設計したマイクロサテライトDNAマップマーカーの系統多型との連鎖解析を行い,ett-1と命名した形成遺伝子候補領域を得た.2.129系のterホモ型雄に自発性精巣性テラトーマを高率に発症する生殖細胞欠損遺伝子terのファインマッピングを進めた.3.癌抑制遺伝子PTENのPGC特異的欠損マウスは精巣性テラトーマを発症し,また一部の雌は卵巣性テラトーマを発症した.そこで卵細胞特異的PTEN欠損マウスを作製したが,卵巣性テラトーマは全く発症しなかった.この結果は,PGC特異的PTEN欠損マウスでは,従来知られている卵の単為発生に起因する卵巣性テラトーマとは別のメカニズムで,卵巣性テラトーマが発症することを示唆した.4.生殖細胞起源のテラトーマ形成の対照として,正常な精子形成細胞の遺伝子の特徴を調べた.同細胞に特異的遺伝子Oxct2a及びOxct2bはイントロンレスであり,イントロンを持つ体細胞型Oxctから生じ,マウスとヒトで96%以上の相同性を保っていた.雄性生殖細胞は本来プロモーターでない配列からでも転写できることが判明した.半数体精細胞特異的Tact1遺伝子はイントロンレスであり,発現には遺伝子内部のCpGアイランドの脱メチル化が必要であった.また,生体生殖細胞遺伝子導入法のプロモーターアッセイ系を確立し,TATA-boxなどの基本転写の複合体形成初期過程に必須なエレメントを持たないプロモーターや転写開始点下流プロモーターなど,精細胞特異的なプロモーターを同定した.マウスの生殖細胞の精巣性奇形腫(テラトーマ)の形成に関係して,つぎの成果を得た.1.始原生殖細胞(PGC)から実験的精巣性奇形腫(ETT)を形成する原因遺伝子候補ett-l(experimental testicular teratomas 1と命名)をマッピングし,遺伝子候補領域を絞った.自発性精巣性奇形腫(STT)遺伝子とは異なっていた.2.129系の生殖細胞増殖因子変異遺伝子terと他の変異遺伝子のヘテロ同士の仔の50%にSTTを発症した.この高発症性を解析するため,奇形腫の組織類や形成過程を従来のそれらと比較した.またterの候補遺伝子を絞った.4.マウス雄性生殖細胞特異的遺伝子制御に関して,脱メチル化がパキテン期精母細胞で既に起こり,完成精子が輸精管に運ばれた後,再メチル化された.また,新規メチル基転移酵素Dnmt3aとDnmt3b遺伝子の生殖系列特異的ノックアウトマウスでは,この再メチル化に未知のメチル化機構が働く可能性.半数体精細胞特異的Oxct2b遺伝子プロモーターはTATAboxやイニシエーターを持たず,cAMP-responsive element(Oxct2b-CL)のみを持つ.
グロビンフォールドのdenovo分子設計

本課題では、タンパク質のアミノ酸配列と立体構造の相関関係を解明し、与えられた骨格構造にフォールドする新規タンパク質のアミノ酸配列を設計する一般的な方法を見いだすことを目的として研究を行った。設計のターゲットとして、マッコウクジラのミオグロビン(Mb)を選び、構造予測で用いられる構造一配列間の適合関数に基づいて、全長153残基からなる主鎖の骨格構造にフィットする人工アミノ酸配列を探索した。最終的に得られた配列は、計算上、分子量18.6kDa、等電点5.8、ターゲットとしたMbのアミノ酸配列に対して26%の一致を示し、グロビンファミリーでよく保存されているアミノ酸残基を保持していた。この配列をもつ人工グロビン遺伝子を合成し、大腸菌に導入して発現させ、目的とするタンパク質を得た。この人工グロビン(Designed Globin-1,DGl)は水溶性で、低タンパク質濃度・非変性条件下でモーノマーとして存在し、Mbと同程度のゲルろ過溶出容量および分析用超遠心における沈降係数を示した。円偏光2色性測定の結果、DGlのへリックス含量は61%と推定され、apoMbのヘリックス含量と一致した。X線小角散乱による構造解析の結果、DGlの回転半径(Rg)は、アポ体で20.6±0.6Å、ヘム結合型で19.5±0.5Åと決定され、天然のapoMbのRg値(19.7Å)とほぼ一致し、変性状態(36Å)や変性中間体であるモルテングロビュール(23Å)よりもコンパクトに折り畳まれていることがわかった。また、塩酸グアニジンを用いた変性実験を行ったところ、天然のapoMbと同程度の熱カ学的安定性(ΔG^<H_2O>=-3kcal/mol)を示した。さらに、DGlは1分子あたり1つのヘムを結合し(K_d=0.08μM)、天然のヘムタンパク質に共通した分光学的性質を示した。しかし、Mbにみられるような分子状酸素との結合能を持たず、NMR測定の結果、側鎖レベルでの構造の単一性を欠いていることが明らかになった。以上の結果は、我々が提案した方法が、球状タンパク質の分子設計に対して基本的に有効であるが、さらに、各構成アミノ酸の側鎖構造を考慮する必要があることを示す。今回得られた結果はまた、天然タジパク質のアミノ酸配列には、主鎖の骨格構造とともに側鎖構造もコードされており、それによって高度な生物学的機能が実現されていることを暗示する。
分散型実験システムを用いた制振建物の統合化性能評価法に関する研究

本研究では,「部分構造法によるオンライン実地震応答シミュレータ」と「インターネットを用いた分散型解析」の接続法を融合して,遠隔地にいる国内外の研究者が協力・強調して,対象とする建物の部分構造の解析と実験とを相互作用を考慮して行い,個々の部分構造の挙動から,各研究者の専門知識を駆使して,建物全体の耐震性能を明らかにする評価方法を,「統合化評価法」として提案している.この「統合化評価法」を用いて,申請者の提案している,新たな機能を有する制振構造要素である「ノンコンプレッションブレース」,「ノンスリップ露出柱脚」について,それらを付加することによる耐震性能の向上度を,本研究課題で提案する「分散型実験システムを用いた統合化評価法」で明らかにした.また、これらの評価を可能とするために、分散載荷実験システムに以下の8つの機能追加を行った。まず、分散載荷実験システムにおける加力方法に関する以下の3つの研究課題に取り組んだ.(1)オーバーシュート抑制法(2)多軸載荷制御法(3)塑性化維持負荷条件の整備ついで、分散載荷実験システムを統合化するための制御プログラムに関する,以下の3つの研究課題に取り組んだ.(1)数値情報の通信機能の実装(2)境界自由度の任意設定(3)変位・荷重の組合せ制御機能の装備最後に、ホストプログラムにOS法を適用する上で、以下の2つの研究課題に取り組んだ.(1)OS法の実装(2)載荷実験の摩擦力に起因する問題の解決。本研究では,「部分構造法によるオンライン実地震応答シミュレータ」と「インターネットを用いた分散型解析」の接続法を融合して,遠隔地にいる国内外の研究者が協力・強調して,対象とする建物の部分構造の解析と実験とを相互作用を考慮して行い,個々の部分構造の挙動から,各研究者の専門知識を駆使して,建物全体の耐震性能を明らかにする評価方法を,「統合化評価法」として提案した.この「統合化評価法」を用いて,新たな機能を有する制振構造要素であるの「ノンコンプレッションブレース」,「ノンスリップ露出柱脚」について,それらを付加することによる耐震性能の向上度を,提案する「分散型実験システムを用いた統合化評価法」で明らかにしようとするのが,研究目的である.この準備として,以下の2項目の研究を実施した。分散載荷実験システムの調整(担当:玉井)分散載荷実験システムにおける加力方法に関する以下の3つの研究課題に取り組んだ.(1)オーバーシュート抑制法柱左右側から初期に圧縮力を作用させることにより,繰り返しの水平力を加える際に0点で発生する加力治具のガタを防止し,位置決め誤差を少なくした.(2)多軸載荷制御法試験体の状態をその都度監視しながら,各軸のストローク速度を変化させるといった,軸力と水平力の同時制御するための機能を実装した.(3)塑性化維持負荷条件の整備予測子からの次ステップの変位履歴から,負荷が進行するか否かを判定し、負荷時には弾性復帰をさせない制御方法を実装した.分散載荷実験システムの統合(担当:玉井・多田)分散載荷実験システムを統合化するための制御プログラムに関する,以下の3つの研究課題に取り組んだ.(1)数値情報の通信機能の実装インターネットを介してホストと数値情報を通信するための機能を実装した.(2)境界自由度の任意設定オイルジャッキの荷重とストローク変位をホストと関連づける境界自由度に採用するのがオンライン実地震応答実験では一般的である.本システムでは、合応力と対応する一般化変位とを境界自由度としうる方法を採用する.その汎用性を増すための機能を実装した.

(3)変位・荷重の組合せ制御機能の実装ホストからの制御情報には主に変位が採用される.変動鉛直荷重下では,柱脚の挙動は大きく変化するため、鉛直自由度の変数を従変数として荷重値で与える.このように変位と荷重を組み合わせた制御を実装した.本研究では,「部分構造法によるオンライン実地震応答シミュレータ」と「インターネットを用いた分散型解析」の接続法を融合して,遠隔地にいる国内外の研究者が協力・強調して,対象とする建物の部分構造の解析と実験とを相互作用を考慮して行い,個々の部分構造の挙動から,各研究者の専門知識を駆使して,建物全体の耐震性能を明らかにする評価方法を,「統合化評価法」として提案している.この「統合化評価法」を用いで,申請者の提案している,新たな機能を有する制振構造要素である「ノンコンプレッションブレース」,「ノンスリップ露出柱脚」について,それらを付加することによる耐震性能の向上度を,本研究課題で提案する「分散型実験システムを用いた統合化評価法」で明らかにした.また、これらの評価を可能とするために、分散載荷実験システムに以下の8つの機能追加を行った。まず、分散載荷実験システムにおける加力方法に関する以下の3つの研究課題に取り組んだ.(1)オーバーシュート抑制法(2)多軸載荷制御法(3)塑性化維持負荷条件の整備ついで、分散載荷実験システムを統合化するための制御プログラムに関する,以下の3つの研究課題に取り組んだ.(1)数値情報の通信機能の実装(2)境界自由度の任意設定(3)変位・荷重の組合せ制御機能の装備最後に、ホストプログラムにOS法を適用する上で,以下の2つの研究課題に取り組んだ.(1)OS法の実装(2)載荷実験の摩擦力に起因する問題の解決。
人工ウイルス型ナノDDSの設計と病変シグナルによる構造制御

腫瘍化に伴う遺伝子レベル、あるいは分子レベルでの変化が解き明かされることによって新しい治療戦略が開発されてきた。特にがん遺伝子産物に関する知見や細胞内シグナル、血管新生、そして転移機構などに関する近年の著しい進展は、従来にないコンセプトに基づく化学的あるいは生物学的に治療法を可能にしている。しかしながら、これら新規薬物の治療効果を最大限に引き出すためには、同時に病変部位への薬物輸送システム(ドラッグデリバリーシステム,DDS)の開発が必要不可欠である。標的細胞への的確な薬物輸送は、副作用の低減と投与量の減少を通じてこれまでの薬物治療に大きな改善をもたらすであろう。そこで本研究ではタンパク質ベースのナノDDSキャリアの開発を行った。このタンパク質は自己組織化により24量体となり、直径約12nmの球状構造体を構成する。我々はこのナノカプセルの疎水性内孔に膵癌の標準治療薬であるジェムシタビンを内包することに成功した。ジェムシタビン内包ナノカプセルをヒト膵癌細胞(suit-2)とヒト正常膵管上皮細胞に作用させたところ、フリーのジェムシタビンが有効でない低濃度領域においてもヒト膵癌細胞にアポトーシスを誘導した。対照的に正常膵管上皮細胞にはほとんど影響を与えなかった。この結果は、難治性の膵癌の治療に新しいコンセプトを呈示するものであり、今後も引き続き、動物実験においてその治療効果を検討する予定である。そこで本研究ではタンパク質べースのナノDDSキャリアの開発を行った。われわれはこのタンパク質を天然のナノカプセルとして捉え、これを遺伝子工学的に改変することで、二重刺激応答的に崩壊するタンパク質ナノカプセルを構築した。具体的にはMj285にプロテアーゼFactor Xaもしくはカスパーゼ3の切断配列を導入した変異体を構築した。これらの変異体の中で、いくつかは生理的条件下において安定な24量体を形成することが可能であった。これらのナノカプセルにプロテアーゼを作用させたところ、カクセルは配列特異的に消化されることが明らかとなった。これらの知見は疾患特異的なプロテアーゼにより、患部周辺でのカプセル崩壊・薬物放出が可能であることを示唆している。今後、引き続きカプセルの機能化について詳細な検討を行う。