hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
３Ｄを用いた看護教育教材の開発と教育プログラムの構築

本研究は3次元医用画像の知識基盤を元に、看護教育で活用できる胸部の教材開発に取り組んだ。看護学分野で活用できる教材は、肺葉区分や血管等がセグメンテーションによりわかりやすいこと、コンピュータの操作性が簡便である必要性が明らかとなった。これらを受けて臓器抽出を行い、インタラクティブ性の高い教材を作製するとともに、そのデータを活用して3Dプリンターによる可視化教材も作成し、多角的に学ぶ教材を作製できた。本年度は、開発した教材を用いて教育プログラムを実践し、その有効性を検証する段階であり、計画遂行のために連携研究者を含む担当者による定期的な打ち合わせを9回開催した。この打ち合わせにより、昨年度より開発してきた教材を用いた教育プログラムの介入研究の精度を高めて実施することができた。具体的には学生が3D画像教材を活用するための使用テキストを作成し、本教材の特徴であるインタラクティブ性を発揮できるよう配慮したこと、大容量データであることによる学習環境を整備するための準備等が挙げられる。これらの問題点を解決しながら、順次、取り組んでいった。なお、介入研究を実施するにあたり、本学部倫理審査委員会の承認を得て実施している。介入研究の内容としては、3D画像を用いた開発教材を活用する群と対照群としての教科書を活用する群を設定して実施した。調査内容は教材活用前後による学習内容に関する理解度、教材に対する満足度である。その結果、現状の3D画像開発教材では単色による画像構成であるため、学生の理解を促進させるには不十分であることが示唆された。また、今回の調査は人体の機能と構造学を学ぶ1年生を対象としたが、画像が精密であるが故に、基礎知識が十分でない学生には画像から内容を十分に理解できないという問題点が明らかとなった。そこで現在、これらの問題点を解決すべく教材の精度管理に励み、教材の改善を図っている。作成する3D画像教材の部位を胸部に限定し、その精度を高めることにした。さらに臓器画像にセグメンテーションを実施すること、画像に説明文を明示することに取り組んでいる。これらを改善することにより、インタラクティブな教材の有効性がさらに高められると考える。今後は肺がんの病態像を画像内に表示し、癌の教材としても活用できる品質に高める予定である。本年度は更なる教材の精度向上に向け、3次元仮想化人体教材の画像(胸部)のセグメンテーションに取り組んだ。具体的には肺臓、心臓、肺動脈、肺静脈、上行大動脈、大動脈弓、上大静脈、肺葉区分、気管支をセグメンテーションし、10症例の教材を作成した。これらの教材は、パソコン操作に不慣れな学生にも容易に取り組めるよう操作性の改善にも取り組み、3次元画像であることに起因する体表面からの位置関係の混乱も改善した。また、この画像データをもとに3Dプリンターにより実践的な胸部モデルの作成に取り組み、教材としての3Dプリンターの有効性を確認した。作製したモデル教材は、肺動脈肺静脈の血管系モデル、右葉と左葉の肺モデル、肋骨と肺臓の位置関係モデル、肺の断面での組み合わせ型教材など多種類のモデルを作成した。これらのパソコン上での3次元画像教材と、手で触れて様々な角度から確認できる臓器モデルを1部の学生に提示したところ、情報リテラシーの高い学生はパソコン上での教材に興味を示すが、パソコンに対して苦手意識のある学生は手にとって胸部モデルに触れることに関心を示していた。今後、これらの教材をより多くの学生に提示しその効果を検証したい。本研究期間を通じて、計算解剖学を基盤に作成された3次元仮想化人体の看護学分野における教材開発の有効性に取り組んできた。看護基礎教育ではイラストによる解剖教材は既に存在しているが、このように3次元仮想化人体を基盤としたものはないため、本教材は看護学性の興味関心を促すことはできた。しかし、セグメンテーション前の教科書教材との理解度には差が無く、3次元仮想化人体教材のみで学習効果を高めることは困難であることが示唆された。さらにこの教材を有効活用できるためには画像の見方が理解できること、臓器の位置関係は理解していることなど、基礎知識の基盤が重要であることも示唆された。本年度は、連携協力者がこれまでに取り組んでいる「人体計算解剖学」の知識基盤を活用し、看護学分野で活用できる仮想化人体による3次元画像教材の開発に取り組んだ。具体的には研究メンバーの組織化に始まり計5回の学外打ち合わせ、および計3回の学内打ち合わせを定期的に開催し、教材のコンテンツの内容検討に取り組んだ。その結果、教材の活用場面として、第1段階では看護学の専門基礎科目である「人体の機能と構造学」で活用できる教材を開発することに決定し、その後、フィジカルアセスメント学等で活用できる教材を開発するという教材開発の方向性を確定した。本教材の特徴は、パソコン画面上に限定されるものであるが、操作者が望む方向、すなわち人体を前後面および左右の側面について、体表面からフライススルーすることにより、体表面と内臓の位置関係を学ぶことができる。また、人体のあらゆる方向からCT画像を基にVOI機能を用いて切断することにより、さらに具体的に学ぶことができる。

本年度には現状の教材を学生に2回提示し、看護学生の立場からの意見の集約にも取り組んだ。その結果としては、学生は本教材に対し興味関心が高く、この教材を活用して学習に臨みたいという意見が多く寄せられた。しかしその一方で、現状の教材では各臓器のセグメンテーションが完了しておらず、各臓器のわかりやすさという点で課題が残った。今後、更に教材としての完成度を高めてゆく必要性が示唆された。教育プログラムの開発に関しては、開発する教材の方向性が明確になったことにより、現在、学生を対象とした教育プログラムの検討を開始している。教育プログラムの有効性について、研究を遂行する段階であり、研究倫理等の手続きを行い、実践に向けての準備に取り組んでいる。現在、人体の構造理解編の教材作成とともに、病態理解編の肺がんの3D画像教材も作成しており、目的は十分に達成できている。これは研究分担者や連携研究者等、各々の役割を十分に遂行していることによると考えられる。また、セグメンテーション等、高度な技術を必要とする作業には、そのための人材を確保して取り組んでいることも重要な点である。本年度の達成目標は、「教材の開発」である。具体的な内容としては、看護学分野で活用する人体の構造の部位の仮想化人体データをもとに、学生の操作性を考慮した効果的な3次元画像教材の開発、および教育プログラムの検討である。3次元画像教材の開発に関しては概ね到達できたと考える。その理由は、(1)作成する教材の部位の検討が完了し、まずは胸部系(心臓、気管支・肺臓)に関する教材を作成することが決定したこと、(2)教材の内容としては、体表面と内部臓器との関連性の理解、および断面からの構造の位置関係を理解、気管支内を縦走することにより構造を理解することが決定した。しかし、教材の精度については、学生からの意見を元に改修しているところであり、今後さらに臓器別のセグメンテーションが必要である。よって、この点については達成できていない。教材プログラムの開発に関しては、開発する教材の方向性が明確になったことにより、現在、学生を対象とした教育プログラムの検討を開始している。よって、これについてもほぼ達成できていると考える。本年度で本研究の遂行年度は終了予定であるが、本年度中には人体の構造の理解編としての胸部に限定した3D画像教材を完成できるものと考えている。また、病態理解編の肺がんの早期診断用3D画像教材としても完成できると予定している。これらの教材が完成した段階で、新たに教材評価のための調査研究を予定している。それを受けて、教材の再修正に取り組み、その成果を報告する。平成24年度は開発した教材を用いて、教育プログラムの実施・評価を行うこと、および癌データベース教材の開発に重点を置いて実施する。1.開発する教材の精度管理の向上に努める。具体的には臓器別のセグメンテーションに取り組む。2.人体構造学において、教育プログラムを実施し評価する。
関節リウマチの滑膜増殖におけるHER2の役割と抗HER2抗体による治療の可能性

当科における関節リウマチ患者の人工関節手術の切除検体の一部をヒト(患者)滑膜検体としての採取を行った(山梨大学医学部倫理委員会・第657号)。関節リウマチ滑膜検体にHER2が多く発現する傾向をみるが、対照群に対する有意差を得るに至っていない。抗HER2抗体(トラツズマブ)による滑膜増殖抑制効果をWST確認し、アポトーシス細胞の出現をFACSで確認した。本研究は関節リウマチの滑膜増殖におけるHER2の作用を明らかにすることを目的として開始された。近年、関節リウマチにおいてもHER2が過剰発現しているとの報告がある。しかしながら、関節リウマチにおけるHER2の発現と臨床症状との関連性、および抗HER2抗体による治療の可能性については明らかになってはいない。平成22年度は、山梨大学医学部倫理委員会において承認を得て、当科における人工関節手術の切除検体の一部をヒト(患者)滑膜検体としての採取を行ってきた。リウマチ患者、変形性関節症患者(対照群)よりの検体を適正培養条件のもと、滑膜細胞比率を90%以上にし、mRNAおよびタンパクの回収を行っている。遺伝子レベル、タンパクレベルでのHER2発現を確認している。対照群に対する有意差を得るに至っていないが、23年度も実験を継続し、検体数を増やすことによって意義のある実験結果を示したい。また、すべての各手術症例の臨床症状(VASスケール等)、血液検査(炎症反応等)、レントゲン(関節変形スコア)を定量化し、数値化する作業を行っている。23年度は、検体数が一定値に達した後に、in vitroの実験結果との相関係数の計測、有意差を検討していく予定である。現状、関節リウマチにおけるHER2の作用を探る過程において、臨床に即した形(臨床検体を使用し、臨床データを集め、臨床に応用する)で進行するということに意義を見いだし、実行している。今後、さらに実験を進め関節リウマチにおけるあらたな治療の可能性に挑戦したい。関節リウマチにおけるHER2の作用を探る過程において、臨床に即した形(臨床検体を使用し、臨床データを集め、臨床に応用する)で進行するということに意義を見いだし、実行している。山梨大学医学部倫理委員会において承認(第657号)を得て、当科における関節リウマチ患者の人工関節手術の切除検体の一部をヒト(患者)滑膜検体としての採取を行った。まず、手術時に摘出された滑膜の検体を培養し、増殖した滑膜細胞のRNAとタンパクを回収し、HER2の全体発現量をPCR、WBにて定量した。具体的には、リウマチ患者、変形性関節症患者(対照群)よりの検体を適正培養条件のもと、滑膜細胞比率を90%以上にし、mRNAおよびタンパクの回収を行っている。また、すべての各手術症例の臨床症状(VASスケール等)、血液検査(炎症反応等)、レントゲン(関節変形スコア)を定量化し、数値化する作業を行った。結果としては、関節リウマチ滑膜検体にHER2が多く発現する傾向をみるが、対照群に対する有意差を得るに至っていない。今後は検体数を増やすこと、病理組織における免疫染色を追加することによって、新たなデータとの有意差も確認していく。検体による発現量の違いが大きく、近年導入された生物学的製剤の影響が強いのではないかと考察され、生物学的製剤の導入様式と臨床症状、HER2の発現について統計を追加する予定である。
高速化量子分子動力学法による担体、助触媒のコンビナトリアル的スクリーニング

地球規模・地域規模での様々な環境問題において触媒の果たす役割は大きく、環境触媒の開発は環境調和型プロセスの実現などに結びつくキーテクノロジーとして多様な展開が期待されている。一方で我々は、計算化学にコンビナトリアルケミストリーの概念を導入したコンビナトリアル計算化学という新しい概念を提案し、実質的に役立つ計算化学による触媒材料の高速スクリーニングを実現してきた。さらに、数百千原子という大規模計算のための高速化量子分子動力学法プログラムの開発に成功し、第一原理計算と同等の精度を維持しつつ5000倍高速化することに成功してきた。これらの方法論に基づきより高性能な環境触媒を設計することを目標として、担体や助触媒を含んだ触媒材料の高速スクリーニングを本研究の目的とした。まず、メタノール合成触媒であるCu/ZnO触媒に上記の方法論を適用し助触媒による活性向上効果を理論的に解明できた。また、CO被毒が問題となっている燃料電池用Pt電極触媒において、Mo等の添加がCO被毒抑制に有効であることも予測した。さらに、Fischer-Tropsch合成触媒であるFe系触媒において、Moが最適な助触媒であることを予測し、カーバイド形成や水素分子との反応ダイナミクス、複雑な大規模モデルによる触媒反応ダイナミクスの解明も成功した。一方で、希土類酸化物を始めとする種々の酸化物担体やゼオライトについても、構造や電子状態を第一原理計算および実験結果と精度よく一致させることに成功した。触媒活性種に対する担体効果の解明のため、各種担体上に活性種を担持した大規模モデルの計算を実施し担体による電子状態の変化の解析に成功した。このように、我々が開発してきた高速化量子分子動力学法とコンビナトリアル計算化学を、担体や助触媒を含むより現実的かつ複雑な大規模モデルに展開することで触媒材料の高速スクリーニングの実施に成功した。地球規模・地域規模での様々な環境問題は我々人類が早急に解決すべき最も重要な社会問題の一つである。環境問題対策において触媒の果たす役割は大きく、環境触媒の開発は環境調和型の省資源・省エネルギープロセスの実現、クリーンな環境創生などに結びつくキーテクノロジーとして多様な展開が期待されている。一方、最近研究代表者らは、コンビナトリアルケミストリーの概念を計算化学に導入した「コンビナトリアル計算化学」という新しいコンセプトを提案し、実質的に役に立つ計算化学による触媒材料の高速スクリーニングを実現してきた。さらに、研究代表者らは担体や助触媒を含む数百数千原子という大規模計算に適した高速化量子分子動力学計算プログラムの開発に成功し、従来の方法に比較し約5000倍の高速計算を実現した。そこで、本研究では上記の高速化量子分子動力学プログラムなどを活用し、担体、助触媒を含む触媒材料の高速スクリーニングを実現することを目的とした。メタノール合成触媒として有名なCu/ZnOにコンビナトリアル計算化学を応用し、助触媒としてAl_2O_3、Ga_2O_3、Sc_2O_3などを加えると活性が上がることを理論的に明らかにした。これらの結果は実験結果とよく一致する。さらに、CO被毒が問題となっている燃料電池用Pt触媒においては、Mo、Ir、Cr、Pdを加えることがCO被毒の低減に有効であることを予測した。さらに、Fischer-Tropsh合成触媒であるFe触媒においては、Moの添加が活性向上に最適であることを予測した。地球規模・地域規模での様々な環境問題は、我々人類が早急に解決すべき最も重要な社会問題の一つである。環境問題対策において触媒の果たす役割は大きく、環境触媒の開発は環境調和型の省資源・省エネルギープロセスの実現、クリーンな環境の創生などに結びつくキーテクノロジーとして多様な展開が期待されている。

一方で、研究代表者らは最近、計算化学にコンビナトリアルケミストリーの概念を導入した「コンビナトリアル計算化学」という新しい概念を提案し、実質的に役立つ計算化学による触媒材料の高速スクリーニングを実現してきた。さらに研究代表者らは、担体や助触媒を含む数百千原子という大規模計算に適した高速化量子分子動力学法プログラムColorsの開発に成功し、従来の第一原理量子分子動力学法に比較し5000倍の高速化を実現しつつ、かつ第一原理計算に匹敵する精度を維持することに成功した。本研究では上記Colorsプログラムを活用し、担体や助触媒を含む触媒材料の高速スクリーニングを実現することを目的とした。種々の酸化物担体(SiO_2,TiO_2,γ-Al_2O_3,ZrO_2)やゼオライト(BEA, MOR, MFI)に加え、実質上重要である希土類酸化物担体であるCeO_2についても、その構造や電子状態を第一原理計算および実験結果に精度よく一致させることに成功した。また各種担体上にPt等を担持させた大規模モデルの計算にも成功した。さらに、Fischer-Tropsh合成触媒であるFe触媒においてカーバイドの形成や水素分子との反応ダイナミクス、担体を考慮したより現実的かつ複雑な大規模モデルによる触媒反応ダイナミクスの解明にも成功した。
逆問題解析手法を利用した衝撃破壊靭性および高速き裂進展靭性の計測

高負荷速度下において衝撃破壊靭性K_<1d>が異常に上昇するという実験結果や高速き裂進展靭性K_<1D>がき裂の加速度に依存するという実験結果等が数多く発表されており,これが動的線形破壊力学の適用を困難としていることを指摘し,K_<1d>やK_<1D>のこのような特異な性質の多くが従来の測定法に潜在している測定誤差を考慮することによって説明できることを(本補助金により購入したワークステーションを利用して)有限要素および境界要素シミュレーションにより見出した(機論A,58巻p.1785,J.Mech.Phy.Solids-to appear,機論A,58巻p.1650)。アルミナをはじめ数種の構造用セラミックスの試験片にブリッジインデンテンション法により予き裂を導入して一点曲げ試験によりK_<1d>を測定するとともに,予き裂面に接触力が働いていることを確認した(Proc.7th Int.Con.Exp.Mech.)。この接触力の分布を裂先端近傍のひずみゲージの出力から推定する逆問題を境界要素法により解いた(機講論,NO.920-72,p.631)。また、一点曲げ試験における破壊開始時刻を衝撃力の履歴がら推定する逆問題を,チモシェンコ梁理論を応用して解いた(42回応力連合講演予稿集,p.463)。これらの逆問題の解析に本補助金により購入したワークステーションを利用した。ばねにより衝撃体を加速し試験片に縦衝撃を与え,破壊開始までの時間が数μsとなるような高負荷速度衝撃破壊試験装置を試作し,衝撃体の速度および試験片の両側のき裂先端近傍における厚さ方向の変位の変化をそれぞれ本補助金により購入したレーザーセンサーおよびレーザードップラー振動計で計測し,逆解析により衝撃力を推定し有限要素法によりき裂面接触力の影響を考慮に入れて,アルミナのK_dを求めた(発表準備中)。
頚部の筋緊張状態が回転運動における頭部外傷の発生リスクに及ぼす影響の解明

衝撃を受けた際の頭部には,頚部を中心として回転運動が生じる.申請者はこれまでに,頭部の回転中心と頭部外傷の発生リスクの関係を明らかにした.一方で,現在は,頭部のみをモデル化し多くの研究が行われてきている.さらに,頚部には筋肉が存在する.そこで本研究では,頚部の筋緊張状態が回転運動における頭部外傷の発生リスクに及ぼす影響を明らかにする.具体的には,1頚部の筋活性度と頭部の回転運動の関係の明確化,2頚部の筋活性度が回転運動における頭部外傷の発生リスクに及ぼす影響の解明に取り組む.衝撃を受けた際の頭部には,頚部を中心として回転運動が生じる.申請者はこれまでに,頭部の回転中心と頭部外傷の発生リスクの関係を明らかにした.一方で,現在は,頭部のみをモデル化し多くの研究が行われてきている.さらに,頚部には筋肉が存在する.そこで本研究では,頚部の筋緊張状態が回転運動における頭部外傷の発生リスクに及ぼす影響を明らかにする.具体的には,1頚部の筋活性度と頭部の回転運動の関係の明確化,2頚部の筋活性度が回転運動における頭部外傷の発生リスクに及ぼす影響の解明に取り組む.
木質構造部材の保有強度・損傷に関する非破壊評価法の開発と応用

木造建築物,特に古刹の改修・改築等における部材(古材)再使用の可否については熟練大工の目視と経験により決定しており,強度安全性に関する科学的検証は行われていない.これに関して研究代表者は,部材中を伝播する応力波の速度を測定することにより部材のヤング率を推定する方法を新しく開発した.古寺院の解体修理において,構造部材の応力波伝播速度を測定し,開発した方法を用いてヤング率を推定した.この結果をもとに古材の再利用により建物を再建するという実績を残した.新開発の方法は密度測定を必要とせず,現場における容易で正確な測定が可能な応力波伝播速度のみを用いてヤング率を安価ですばやく正確に推定することができる画期的な方法である.木造建築物,特に古刹の改修・改築等における部材(古材)再使用の可否については熟練大工の目視と経験により決定しており,強度安全性に関する科学的検証は行われていない.これに関して研究代表者は,部材中を伝播する応力波の速度を測定することにより部材のヤング率を推定する方法を新しく開発した.古寺院の解体修理において,構造部材の応力波伝播速度を測定し,開発した方法を用いてヤング率を推定した.この結果をもとに古材の再利用により建物を再建するという実績を残した.新開発の方法は密度測定を必要とせず,現場における容易で正確な測定が可能な応力波伝播速度のみを用いてヤング率を安価ですばやく正確に推定することができる画期的な方法である.実大の構造部材(柱,梁など)に対して新しく開発した方法により強度(ヤング率)を推定すると同時に,解体後,静的負荷による曲げ強度試験を実施し,両者から得られる強度値の比較・検討を行い,部材保有強度推定法の妥当性を確認し,実用化に結びつけようとした.そのため(1)解体改築予定の寺院等木造建築物の骨組構造を成す構造部材の応力波伝播速度を測定すること,(2)新しく開発した方法(特願2006-058443)により部材のヤング率・密度を推定すること,(3)解体した構造部材を実大曲げ試験に供し,曲げヤング率・曲げ剛性を測定すること,(4)新開発の方法による推定ヤング率と実大曲げヤング率を比較し,両者の整合性を検討し,必要に応じて補正係数等を導出することを行った.数十本の解体古材について応力波伝播速度を測定し.これを基に新開発の方法による推定ヤング率と,曲げ試験による曲げヤング率を得た.同時に個々の古材に存在する切欠等の断面欠損に関するデータを採取した.これらより,応力波伝播速度だけを基にして,部材のヤング率を推定できることが確認できた.すなわち,応力波伝播速度のみから推定したヤング率は曲げヤング率とよく一致し,有用性の高い,実用的な方法であることがわかった.また,推定ヤング率は,別途求めた密度を用いてρV^2より求めたヤング率ともよく一致した.これらの成果は,裏面に示すとおり材料学会,木材学会,建築学会で発表した.また,2編の論文を査読付の外国雑誌に投稿中である.解体材の曲げ剛性(建物を設計する際に重要となる材料強度物性値の一種)について,応力波伝播速度による剛性の推定値と比較,検討した.これより解体材に含まれる切欠きの大きさをパラメータとする曲げ剛性の補正式を誘導した.しかしながら,これまでのところ曲げ剛性の推定精度はあまり良くなく,曲げ剛性の推定精度の向上については平成20年度の検討課題として残された.木造建築物の修理・改築・建替え等において,使用されている構造部材の強度性能を非破壊的に確かめ,安全かつ合理的に利用するシステムを確立することを目的とし,解体前の構造体の状態で,応力波を用いることにより部材(木材)の強度性能を推定する方法を開発した.築年数の長い寺院建造物や古民家等で大量に使用されている木材の保有強度・損傷を評価し,再使用に供することは,CO_2の固定機能を持つ木材の低環境負荷性を最大限に活かすことにも貢献するものである.本研究では応力波法を対象としている.ただし,打撃法により固有振動数を知ることができれば,後述する応力波伝播速度の代わりにこれを使うことも可能である.材料中を伝播する応力波の速度と材料の密度が分かればヤング率を求めることができる.この場合,密度を求めるには材料全体,または,小切片を採取し,その体積と重量を計測することが考えられるが,作業は面倒であり,特に小試片により得られる密度は材の局所的な値であり,必ずしもその材を代表する値であるわけではない.このようなことから,本研究で提示する方法は,研究蓄積が多く,報告例の多い木材強度に関するデータベースを利用することにより,密度を測定することなく,応力波伝播速度(あるいは固有振動数)のみからヤング率を推定しようとするものである.このように,構造体の状態で部材の保有強度を推定する方法と測定例を提示した.本方法によれば,材料の密度を知ることなく,応力波伝播速度のみから部材ヤング率を推定することが可能であり,木質構造物の保守管理に役立つものと期待される.
成人T細胞白血病における遺伝子修復機構の回復による発症予防

急性型ATL患者検体を用いその全ての症例で複数のMMR遺伝子の発現低下を、特にhMSH2,hPMS1では全例で発現の低下および欠失を確認でき、更にhMSH2,hPMS1において急性型ATL患者検体では蛋白の発現欠失あるいは蛋白量の低下を認めた。更に慢性型ATL患者検体を用いMMR遺伝子の発現低下を解析したところ、急性型に比べ発現低下がやや軽い傾向にあった。急性型全例で発現低下を認めたhMSH2,hPMS1についてその発現低下にmethylationの関与が無いか検討するため、患者ATL細胞に脱メチル化剤である5-aza-2'-deoxycytidineを添加培養しRT-PCR法を用いmRNAの発現回復を検討した。さらにMethylation-specific PCR法を用い、プロモーター領域のメチル化を確認した。また、Methylation-specific PCR法にてhPMS1プロモーター領域のメチル化が確認できた。ATL患者ではMMR遺伝子に発現減弱が認められ、臨床経過が不良な例においてMMR遺伝子発現は低下していた。複数のMMR遺伝子発現低下はATL細胞でのミスマッチ修復機構の破綻から遺伝子不安定性を来たし、それに伴い遺伝子変異の蓄積が起こりATLの発症・病期進展へと進むことが示唆された。MMR遺伝子の発現抑制にはDNAのメチル化が重要な役割をしており、エピジェネティックな異常がより重篤な遺伝子異常を誘導し、ATLにおける異常な遺伝子発現において相互に関連していると考えられる。結果:ATL患者11症例の全てで複数のMMR遺伝子の発現低下を認め、それぞれのMMR遺伝子においてATL患者と健常人の発現量と比較(Mann-Whitny U-test)したところ、全ての遺伝子において有意差をもって発現低下を認めた。特に、hMSH2,hPMS1では全例で発現の低下および欠失を認めた。また、臨床経過の良好な患者では、MMR遺伝子の発現が比較的保たれており、MMR遺伝子発現と予後との関連が示唆された。2.上記検討にて全例でmRNA発現の低下を認めたhntSH2,hPMS1において5名の患者検体で白血病細胞より蛋白を抽出、Western blot法で蛋白発現量を検討した。結果:5症例全例で発現の欠失あるいは蛋白量の低下を認めた。健常人3名では発現の低下は認めなかった。
都市高速道路における交通流動の推移を考慮した適応的リアルタイム交通制御モデル構築

交通シミュレーションを用いた評価に基づき,都市高速道路の交通管制技術の高度化の方向性を規定することを目的として研究した成果について整理した.ITS技術の利用可能性と交通管制技術の高度化に関する課題を整理し,「評価方法」,「交通制御」,「交通情報提供」について,具体的な高度化技術を提案しており,得られた主な成果は以下のとおりである.1)交通管制技術の高度化に関する評価方法・計算技術として,交通行動変化を考慮した広域ネットワーク交通シミュレーションが構築されている.これより,交通行動変化を考慮した広域ネットワーク交通シミュレーションの構築により,任意の地点での利用者の自律的な交通行動変化を意図した交通管理の評価が可能となった.2)「交通制御」の高度化においては,既存の制御手法の知見をもとに,多様で複雑な状況を効率的に処理でき,理解しやすい形式で記述される制御方式を用いることで交通処理能力の有効利用が図られることが示されている.3)「交通調整」の高度化においては,都市高速道路における乗り継ぎ制の交通調整効果に関して,利用者の自律的な行動変化の促進により,都市高速道路だけでなく一般道路も含めた都市道路網全体の交通状況を改善できることが示されている。4)「交通情報提供」の高度化においては,個別車両への基本的な情報提供パターンの組み合せについて検討され,利用者ニーズに応じた多様な情報提供方法の有用性の一端が示されており,今後の研究の進展により情報提供方法としての確立が期待される.本研究は、交通シミュレーションを用いたリアルタイムでの都市高速道路の交通管理システムの構築により,都市道路網全体の円滑化を図ることを目的としている。初年度にあたり、高度化したITS技術を用いた交通管理方法の提案し,「基本型交通シミュレーション」を用いて有効性を検証した。1)都市高速道路における交通管制の意思決定支援のため,リアルタイムでの道路交通状況の観測データを用いた交通状況推計モデルとして,「基本型交通シミュレーション」を構築した.このとき基本構成要素として,(1)高速道路本線交通推計,(2)一般道路迂回交通推計の2プロセスで構成した.2)高度化された交通管制技術の検討のため,交通状況,制御状況および情報提供内容に応じた利用者の経路選択プロセスを「基本型交通シミュレーション」に組み込んだ.これより任意の地点での経路候補抽出が可能となった.また走行軌跡データの記憶領域節減のための計算方法を提案した.3)都市高速道路の流入制御について,交通管制官の経験的知識を利用した制御モデルとして,ファジィ制御モデルを構築した.リアルタイムでの観測可能な4指標により,5分間流入交通量を決定するファジィ制御ルールを記述し,交通シミュレーションにより制御効果の推定を行った.代表的な制御モデルであるLP制御モデルとの比較に基づいて,提案したモデルの特長を明確にした.4)乗り継ぎシステム導入時の交通混雑緩和効果を,交通シミュレーションを用いて実証した.数箇所の乗り継ぎシステム導入箇所を選定し,交通シミュレーションを用いて交通状況の空間的・時間的変動について分析した.時間推移の観点から乗り継ぎシステム導入の利害得失について明示した.5)動的なシステム最適状態を目指した経路誘導方法として,個別経路情報を用いて利用者の経路分散を実現する情報提供方法を提案した.個別車両を目的地に対応したグループに分類し,基本的情報提供パターンを設定し,交通シミュレーションを用いて,個別車両への情報提供の有効性を示した.交通シミュレーションを用いた評価に基づき,都市高速道路の交通管制技術の高度化の方向性を規定することを目的として研究した成果について整理した.ITS技術の利用可能性と交通管制技術の高度化に関する課題を整理し,「評価方法」,「交通制御」,「交通情報提供」について,具体的な高度化技術を提案しており,得られた主な成果は以下のとおりである.1)交通管制技術の高度化に関する評価方法・計算技術として,交通行動変化を考慮した広域ネットワーク交通シミュレーションが構築されている.これより,交通行動変化を考慮した広域ネットワーク交通シミュレーションの構築により,任意の地点での利用者の自律的な交通行動変化を意図した交通管理の評価が可能となった.2)「交通制御」の高度化においては,既存の制御手法の知見をもとに,多様で複雑な状況を効率的に処理でき,理解しやすい形式で記述される制御方式を用いることで交通処理能力の有効利用が図られることが示されている.3)「交通調整」の高度化においては,都市高速道路における乗り継ぎ制の交通調整効果に関して,利用者の自律的な行動変化の促進により,都市高速道路だけでなく一般道路も含めた都市道路網全体の交通状況を改善できることが示されている。4)「交通情報提供」の高度化においては,個別車両への基本的な情報提供パターンの組み合せについて検討され,利用者ニーズに応じた多様な情報提供方法の有用性の一端が示されており,今後の研究の進展により情報提供方法としての確立が期待される.
五感による造血制御：かおり

平成27年度には、マウス造血組織である骨髄、胸腺、脾臓だけでなく造血幹細胞株やT細胞株での匂い感受シグナル特異分子AC3とGolfのmRNA発現を確認できた。これらの一部は蛋白レベルでも確認できた。In vivoの実験として、植物由来匂い物質であるα-ピネンをG-CSFによる造血幹細胞動員に併用したが、動員効率を変化させる効果はみられなかった。平成28年度には、in vitroで血球のみでなく間葉系も含めた各種細胞株における、ある匂い物質による細胞運命制御の検討に集中して研究を進め、この部分に関しては今後特許申請予定となったため公開を差し控える。平成27年度は、予備実験で捉えていたデータの確認と、匂い成分の中で細胞増殖や遊走を制御することが報告されている物質としてα-ピネンをマウスに投与することで造血前駆細胞の動員効率が変化するかどうかを検討した。まず、マウスの組織において、骨髄、胸腺、脾臓での匂い感受シグナル特異分子AC3とGolfのmRNA発現をRT-PCRで確認した。また、これらの発現は造血幹細胞に近い細胞株FDCP-mixやT細胞株EL4でも確認できた。現在、各種細胞株、マウス骨髄組織でのタンパクレベルでのこれらの分子の発現をウエスタンブロット法にて検討中であり、発現を確認できているものもあるが、再現性を順次確定して行く予定である。分取した骨芽細胞系列でも同様の検討を行い、血球系と骨芽細胞系列での共培養におけるこれらの分子の発現変化(特に接着点周囲において)を検討する準備を進めている。また、in vivoの実験として、サイトカインG-CSFによる造血前駆細胞動員にα-ピネンを併用した際の動員効率を検討している。現在までに試してみたプロトコールでは、動員効率に再現性のある変化は認めていない。これはG-CSFによる骨髄環境変化が強力で、α-ピネンによる影響が打ち消されてしまうためと考えており、現在、定常状態のマウスにα-ピネンを投与することで、末梢血血球数や骨髄造血システムに変化がないかどうかを検討中である。予定通りの検討を行っているが、まだ十分なin vitroの系を確立できていないことと、in vivoのα-ピネン投与の結果が予想通りには出ていないため。現在、条件を変えて検討中である。骨髄造血系細胞と造血支持間葉系細胞の共培養でのAC3, Golfの発現の検討を行うなど、in vitroでのAC3, Golfの造血システムにおける役割の検討を進める。In vivoの系では、α-ピネンの骨髄造血システムに与える影響を引き続き検討するとともに、これ以外の生理活性を持った匂い物質についても検討を行う。また、これらの検討がある程度確立した段階で、AC3ノックアウトマウスの搬入を進め、造血組織をはじめとした予定の検討を行う。血液内科学In vivoの実験結果が現在までのところ予想通りではなく、匂い物質の機能的解析の実験にまだ深く入れていないことが大きな理由の一つと考えられる。研究推進計画がやや遅れているため、当初の予定通りの予算執行予定に加え研究補助員への謝金として一部助成金を使用する事で、研究計画推進を加速する予定である。
次世代極短波長光の光学素子評価のための点回折干渉系に関する研究

近年、シンクロトロン放射光の高輝度な極端紫外線を用いた技術革新が活発に行なわれている。このような光を有効に活用するには、従来の可視光に比べて2桁以上の表面形状精度を持つ光学素子の製作と、その評価技術を開発することが重要である。比較的に大きな面の形状測定には、従来から被検物体面を基準参照面と比較する光干渉法が用いられてきた。しかし、この方法では測定できる精度が、基準となる参照面によって決定される。測定面が理想の形状に近づくにしたがい、この参照面の加工精度と、それを精度良く計測するための技術開発が必要となる。したがって、絶対の測定精度を得るには、本来から高精度が備わっている新しい干渉系を開発することが重要になる。点回折干渉系は、光が波長近くの微小な開口から回折すると、理想的な球面波が発生する回折原理に基づく。すなわち、この球面波を測定基準に選ぶことにより、究極の測定精度が評価できる。形状を表す干渉縞は、縞走査法を導入することによって高精度に読み取りが可能となる。本研究では、高精度な計測を実現するために、可視光のHe-Neレーザ光源を用い、単一モード光ファイバーと縞走査技術を組み合わせた点回折干渉系を構築した。以下に本実験で得られた知見を示す。(1)単一モード光ファイバーによって、理想的な球面波を得ることが可能である。(2)光ファイバーを用いることによって、小さな検出部を持った自由度の高い光学システムが構築できる。(3)縞走査法によって、干渉縞の高精度読み取りが可能である。(4)市販の球面鏡について、数nmの精度で理想球面からの形状誤差を測定した。近年、シンクロトロン放射光の高輝度で極短波長な光を利用した技術革新が活発に進められている。このような光を自由に操るには、従来の可視光に比べて2桁以上の高い表面形状を持つ光学素子の製作と、その評価技術の研究開発が急務であり、従来にない光の限界の光学系を構築する必要がある。本研究では超高精度な計測法を実現するために、シンプルな部品構成からなる点回折干渉系を構築して測定誤差要因を検討し、最適な光学システムを構築することを目的としている。点回折干渉系では、微細なピンホールの点回折からの理想的な無収差球面波を基準波面として、被測定物からの波面と干渉させて超精蜜に形状測定を行なう。また干渉縞解析には縞走査の技術を併用することにより高精度解析が可能となる。本年度は、主に光学システムの構成部品に必要な性能と最適な光学配置の検討を行った。光学系の全体構成としては、光源部、縞走査部、点回折光発生部、干渉縞記録および縞解析部からなる。測定部分を小型化することにより干渉計センサーとしての利用を考え、点回折光はシングルモードファイバコア径から出射する方法を用いた。縞走査にはPZTを用いるが、点回折発生部と分離することにより振動の影響を小さくした。また縞走査は5ステップとすることによりシフト誤差を小さく取り込み時間を短くした。CCDカメラの非線形、位相取り込みタイミング誤差、周囲温度、空気擾乱などの環境変化の影響等については、今後の実験を通して誤差要因を総合的に比較検討して、最適な光学システムの構築を目指す。本研究は次世代の極短波長光に利用される光学素子等が評価できる超高精度な計測を実現するために、シンプルな部品構成からなり測定誤差が極力小さくできる点回折干渉系を構築することを検討した。極短波長光(波長1015nm)を自由に操るには、従来の可視光(波長400750nm)とは異なって反射光学系が必要であり、その表面形状精度が可視光に比べて2桁以上を持つ加工とその評価技術が必要となる。

表面形状が理想の形状に近づくにしたがい、それを評価する測定基準レベルと計測技術の向上が求められる。微小領域の測定技術には、走査プローブ顕微鏡による評価方法がほぼ確立しているが、比較的大きな面積の形状測定技術としては、測定基準面と被検物とを比較する干渉系を構築することが必要である。点回折干渉法では、光源の波長近くの微小な開口から光が回折すると、理想的な球面波(真球)が発生することを利用する。すなわち、この球面波を測定基準面に選ぶことにより、究極の測定精度の評価が可能となる。本研究では光源に可視光を用い、光ファイバーの微小開口と干渉縞の読み取りに縞走査技術を組み合わせた点回折干渉系を構築した。以下に得られた知見を示す。1)測定基準面としての球面波は、シングルモード光ファイバーコアから得ることが可能である。2)光ファイバーを用いるので、測定部がコンパクトで自由度の高い光学システムが構築可能である。3)干渉縞の読み取りに縞走査技術を用いることにより、高精度測定が可能である。4)市販の鏡面を測定した結果、数nmの測定精度が得られた。
植物細胞でのフェレドキシンとフェレドキシン依存性酵素の相互認識と電子伝達機構

1.フェレドキシン(Fd)依存性酵素であるFd-NADP^+還元酵素(FNR)と亜硫酸還元酵素(SiR)のcDNAのクローニングをトウモロコシを材料として行い,それぞれ全鎖長の遺伝子の構造を決定した.2.遺伝子特異プローブを用いてノーザン解析し,FNRは葉特異的にしかも光誘導をうける状態で,SiRは葉,中胚軸,根で構成的に発現していることを明らかにした.この発現パターンは,FNRは光合成型Fdのそれと,SiRは非光合成型Fdのそれと対応していた.3.トウモロコシ緑葉より精製したFNRを用いて,Fdの部位特異的改変体との電子伝達反応を解析し,Fdの鉄・硫黄クラスターの酸化還元電位が反応性に大きく関与していることを示唆する結果を得た.4.FNRやSiRの改変体の作製を目ざして,大腸菌内でのこれら酵素の産生を試みているが,現在のところまだ活性のある状態で大量発現にいたっていない.SiRの場合は封入体となって不活性化している.5.FdとSiRとの相互認識機構を調べる目的で,大腸菌由来のFd非依存型のSiRの遺伝子をすでに利用可能な整列クローンバンクを用いて,クローニングし,元の大腸菌内での発現系をほぼ完成させた.大腸菌のFd非依存型とトウモロコシのFd依存型酵素のキメラ分子の作製が可能となったので,今後,Fdとの相互認識領域の同定を目指す.1.フェレドキシン(Fd)依存性酵素であるFd-NADP^+還元酵素(FNR)と亜硫酸還元酵素(SiR)のcDNAのクローニングをトウモロコシを材料として行い,それぞれ全鎖長の遺伝子の構造を決定した.2.遺伝子特異プローブを用いてノーザン解析し,FNRは葉特異的にしかも光誘導をうける状態で,SiRは葉,中胚軸,根で構成的に発現していることを明らかにした.この発現パターンは,FNRは光合成型Fdのそれと,SiRは非光合成型Fdのそれと対応していた.3.トウモロコシ緑葉より精製したFNRを用いて,Fdの部位特異的改変体との電子伝達反応を解析し,Fdの鉄・硫黄クラスターの酸化還元電位が反応性に大きく関与していることを示唆する結果を得た.4.FNRやSiRの改変体の作製を目ざして,大腸菌内でのこれら酵素の産生を試みているが,現在のところまだ活性のある状態で大量発現にいたっていない.SiRの場合は封入体となって不活性化している.5.FdとSiRとの相互認識機構を調べる目的で,大腸菌由来のFd非依存型のSiRの遺伝子をすでに利用可能な整列クローンバンクを用いて,クローニングし,元の大腸菌内での発現系をほぼ完成させた.大腸菌のFd非依存型とトウモロコシのFd依存型酵素のキメラ分子の作製が可能となったので,今後,Fdとの相互認識領域の同定を目指す.
CAGリピート結合リガンドの発見に基づいたリピート伸長抑制

ポリグルタミン病(ハンチントン病)は、遺伝子翻訳領域のCAGトリプレット配列の伸長による、蛋白中でのポリグルタミン生成が原因となることが知られている。一般に、CXGリピートを持つDNAは、G:C塩基対とX:Xミスマッチ塩基対からなるヘアピンループを形成しやすく、この準安定なヘアピンループ形成の安定性がリピート伸長における重要な因子であることが判ってきた。我々はCAGトリプレットリピートが形成するヘアピンループをドラッグにより特異的に安定化することに成功した。我々が発見したCAGリピート結合ドラッグは、CAGリピートで特異的な構造を形成するため、この構造を標的として、この特異的な構造を認識するRNAアプタマーを、ランダムライブラリーから探索した。70ヌクレオチドをDNAライブラリとして持つオリゴマーを化学合成し、両端にはEco R1とBam H1制限サイトを介してプライマー領域を結合させた。T7RNAポリメラーゼを用いて、RNAライブラリを作成した後、(CAG)n配列を固定化したビーズにナフチリジン-アザキノロンを作用させ複合体形成後、RNAライブラリとの結合を行い、ビーズ上に残る結合性RNA画分を回収した。さらに逆転写によりDNAライブラリを再生し、PCRにより増幅し、最初の工程に戻るセレクションを実施した。しかしながら、現時点では有為なRNAアプタマーを得るに至っていない。セレクション条件並びに複合体形成条件の最適化が必要であるとの結論に達した。
嚥下障害患者の食行動モニタリングによる誤嚥性肺炎の予測

窒息や誤嚥性肺炎の原因である誤嚥につながる兆候を捉えることは、看護観察・看護援助に生かすうえで重要な課題である。本研究は、誤嚥につながる事前予兆の察知に向けて、その特徴量(生体情報:SPO2、指尖容積脈波、顔・顎・頚部の画像、および食行動から得られる情報)を抽出し、機械学習を用いて誤嚥予兆のためのモニタリング手法を開発することを目的としている。このモニタリング手法の活用により、摂食嚥下障害患者の安全な経口摂取に向けた、エビデンスに基づく援助計画の立案につなげていくことができる。本研究の構成は、第1フェーズ(基礎研究)、第2フェーズ(判別的中率の向上と判別モデルの確立)、第3フェーズ(誤嚥性肺炎の予測に向けた検証実験)の3段階となっている。平成30年度は、第1フェーズを進める予定であった。その第1フェーズでは、嚥下障害患者の嚥下造影検査と同時に、生体情報のモニタリング(SPO2、指尖容積脈波、顔・顎・頚部の画像)を行い、それらのデータを分析し、特徴量の抽出することである。誤嚥につながる兆候をとらえるための生体情報を解析して特徴量を抽出をするにあたり、モニタリングの手法の検討を行った。生体情報としてとらえているSPO2と指尖容積脈波の測定は、非侵襲であるが、食事動作や姿勢保持に影響を与える可能性があると考え、より動作に影響を与えず、負担の少ない方法の検討を行った。その結果、指尖容積脈波に変わる新たな脈波測定機器と顔・顎・頚部の動きを解析するためのフェイストラッキングシステムの活用することとなった。それらを使用してデータ収集を行うため、フェイストラッキングシステムの開発と脈波を測定する機器の信頼性と妥当性の検討を行っている。嚥下造影検査と同時に生体情報モニタリングを測定するための機器とシステムの開発を行っている。当初、使用予定であった機器も身体侵襲のない測定器具ではあるが、SPO2、指尖容積脈波等の器具は指に装着するため、食事動作に影響を与える可能性があり、対象者の食事動作に影響が少なく、かつ、データの信頼性が担保できる方法について再考する必要があると考え、特徴量の抽出の前に、測定器具の見直しを行うこととした。生体情報モニタリングするための器具として、新たに使用する器具の信頼性と妥当性を検討したうえで、データ収集を行い。基礎調査において、新たな測定器具の活用可能性が確認できた後に、嚥下障害患者に対して生体モニタリングを行い、データを解析して特徴量を抽出し、誤嚥の判別を行う。食事動作と姿勢に影響の少ない脈波測定具の活用可能性と顔・頬・顎・頚部の動きをとらえるためのフェイストラッキングシステムの開発を優先させたため、研究成果の発表や調査の旅費等を持ち越すこととなった。
合成分子と蛋白質を駆使した膜蛋白質の動態解明技術の開発

タンパク質間相互作用は、シグナル伝達や遺伝子発現をはじめとした様々な生命現象を制御しており、その相互作用を検出する技術の開発は極めて重要である。タンパク質間相互作用を解析するうえで、光架橋剤は、光照射により相互作用する二つのタンパク質を共有結合させることができる強力なツールである。本研究では、細胞膜上のタンパク質間相互作用の検出とその場所を特定することを目的として、PYPタグラベル化技術を利用して、標的タンパク質を特異的に光架橋剤でラベル化し、相互作用するタンパク質を同定するための化学プローブを開発した。プローブは、蛍光性PYPタグリガンドであるヒドロキシクマリン誘導体に水溶性リンカーを介して光架橋剤を導入することで設計した。光架橋剤として、ジアジリン(DA)、トリフルオロメチルフェニルジアジリン(TPD)およびベンゾフェノン(BP)を組み込んだプローブをそれぞれ合成した。まず、各プローブとPYPタグを反応させ、SDS-PAGEにより解析したところ、ラベル化反応が起こっていることが確認された。次に、PYPタグをラベル化した各プローブがタンパク質間相互作用解析を検出できるかを検証した。モデル実験として、コイルドコイルの相互作用を用い、二つのタンパク質が光架橋されるかを明らかにした。その結果、二つのタンパク質が共有結合で架橋した複合体に由来する蛍光バンドが確認され、各プローブはPYPタグをラベル化し、タンパク質間相互作用を検出できることが示された。最後に、それぞれのプローブを用いて、膜タンパク質の生細胞蛍光イメージングを行った。その結果、PYPタグを融合した膜タンパク質EGFRをプローブにより特異的に蛍光ラベル化できることが分かった。当初の目標に従い、光架橋剤でタンパク質を特異的に標識することができ、また、光照射により、タンパク質間相互作用を検出することに成功した。また、細胞膜という特定の場所で、標的となる特定のタンパク質の相互作用を検出するには、その標的タンパク質を特異的にラベル化する必要がある。実際に、蛍光イメージング実験を行うと、標的タンパク質を発現させた細胞の膜上からのみ蛍光が観測され、特異的にラベル化できたことが示された。以上の結果より、おおむね順調に進展したと判断した。今後は、細胞膜上のタンパク質の相互作用を捉えることができるかを実際に検証する。また、今回の技術は、PYPタグを融合させた標的タンパク質を細胞膜上で捉えることをベースにしている。一方、実際に重要なことは、細胞にもともと存在する内在性のタンパク質の検出技術である。そこで、今後は、内在性膜タンパク質を検出する新たな技術開発を行う。この技術をベースにして、膜タンパク質の相互作用の検出に展開していく。そのためには、内在性の標的タンパク質に特異的に結合するタンパク質ドメインが必要であり、そのドメインを特異的に標識し、標的タンパク質に結合したとき蛍光性となる蛍光色素が必要である。これらの分子を組み合わせることで、内在性膜タンパク質を検出するツールを開発する。

そのためには、内在性の標的タンパク質に特異的に結合するタンパク質ドメインが必要であり、そのドメインを特異的に標識し、標的タンパク質に結合したとき蛍光性となる蛍光色素が必要である。これらの分子を組み合わせることで、内在性膜タンパク質を検出するツールを開発する。
メソポーラスモレキュラーシ-プ細孔径の精密制御

メソポーラスシリカモレキュラーシ-プの代表的存在であるMCM-41は六方構造をしており、1.510nmの一次元の細孔を有するまったく新しいタイプの多孔体である。MCM-41を合成する際、テンブレートであるアルキルトリメチルアンモニウムのアルキル基の炭素数をC_<12>C_<18>の範囲で変えることにより、細孔径が2.04.0nm程度の範囲で精密制御できる。さらに、合成の際に有機助剤であるメシチレンを加えると、規則性は低下するが、細孔は最大10nmまで大きくすることができると報告されている。本研究では、規則性が高く、しかも細孔径が3.010nmの範囲で任意の径のシリカMCM-41を合成することを目的としている。テンプレートのn-アルキル基をC_<12>C_<22>まで変えてMCM-41を合成した。アルキル基がC_<20>以上の場合テンプレートの親水性が低くなりMCM-41の合成は困難であると考えられていたが、C_<22>の場合でも合成が可能であった。また、鎖長とともに細孔径が増大した。いずれの場合も規則性の高いMCM-41であることがわかった。MCM-41の細孔径はこの方法により最大約5nmにできることが判明した。有機助剤としてメシチレンを用いてMCM-41を合成したところ、細孔径を12nmまで拡大させることができたが、細孔径分布は極めて広く、規則性の低いMCM-41しか合成できなかった。この様なMCM-41は、耐熱性、耐水熱性も低かった。他の有機助剤の添加効果を調べた。1,3,5-トリイソプロピルベンゼンとトリデカンの場合、細孔径分布は狭かったが、細孔径は約5nm以上にならなかった。一方、1,3,5-トリイソプロピルベンゼンにメシチレンを加えて用いた場合、細孔径分布が狭く、しかも規則性の高い細孔径約6nmのシリカMCM-41が合成できた。
茶加工工程でのカテキン分子構造変換機構の解析とその新規機能性物質創製への応用

1.紅茶ポリフェノールの化学的解明:糖および脂質吸収抑制作用を持つことから注目されている紅茶の高分子ポリフェノールは生成機構も化学構造も明らかになっていなかった。本研究では、茶カテキンから高分子ポリフェノールが生成する反応を酵素および銅イオンを触媒とする酸化反応を考案して再現し、製造したさまざまな高分子ポリフェノールを、紅茶高分子ポリフェノールとスペクトルを比較検討し、これまで推定していたカテキンのB環同士の結合だけでなく、B環とA環の間の結合生成の可能性が明らかになった。2.嫌気的条件下での茶発酵によるカテキンの代謝産物:茶葉を嫌気的条件下で乳酸菌類と発酵させることでヒト腸内細菌によるカテキンの代謝と同じ還元的反応が起こることを明らかにし、さらに関連する反応性生物を数種分離構造解析した。3.新たな機能性カテキン誘導体の創出:これまでの研究成果から、カテキン分子と天然精油の反応性を利用した脂溶性カテキン誘導体の製造法が開発されているが、生成物の組成が複雑であるため個々の成分を純粋にして利用するには不適であった。そこで本研究では脂溶性カテキン誘導体の医薬品としての利用を想定して、非天然成分をリンカーとしてさまざまな脂溶性カテキンを合成する方法を考案し新たな機能性カテキン誘導体の合成に成功した。共同研究グループにより、アルツハイマー病の脳内で低下するネプリライシン酵素活性を一部の脂溶性カテキン誘導体が増強することが明らかにされた。26年度が最終年度であるため、記入しない。年次計画に基づき、以下の研究を実施した。「生物活性を有する紅茶ポリフェノールの簡便な合成法の確立」これまでに緑茶カテキンepigallocatechin gallate (EGCG)から紅茶特有の生物活性ポリフェノールtheasinensin Aを大量合成する方法を開発している。この方法は紅茶製造時のカテキン酸化反応の解析を模倣した手法である。したがって、同時に生成する副生成物は構造未解明の紅茶重合ポリフェノールテアルビジンと密接に関連すると推測された。そこで水中で反応を行い副生成物の構造を解析した結果、本反応の主な副生成物はEGCGの重合物であることが明らかになり、テアルビジンに関連するものと推測された。そこでEGCGと茶葉に共存するカテコール型カテキンであるepicatechinの混合物を酸化して重合物を得た。この重合生成物の各種スペクトルデータを紅茶のものと比較したところ、きわめて良く類似しており、テアルビジンの化学構造解明に大きく寄与する結果が得られた。「緑茶カテキン腸内代謝産物のインビトロでの製造」茶カテキンの消化管からの吸収は数%に過ぎないことから、その生物活性発現にカテキン類の腸内細菌代謝産物が関与している可能性が示唆されている。一方、当研究室ではそのカテキン代謝産物が嫌気的微生物発酵茶に含まれていることを明らかにしている。そこで、ミャンマー産嫌気的微生物発酵茶ラペソーの成分研究を行ったところ、同様のカテキン腸内細菌代謝産物が主成分として得られることが分かった。次に、緑茶とラペソーを混合して嫌気的条件で混合発酵を検討した。その結果、緑茶に対して1/20量のラペソーを加えておよそ37°Cで二週間嫌気的に発酵させることで、茶カテキン腸内細菌代謝の再現および代謝産物の大量供給法を確立することに成功した。また、代謝産物と考えられる二種の新規化合物を分離した。これら成分の生成機構を考察することで、茶カテキンの嫌気的条件下における微生物代謝経路の一部を明らかにした。これまで、紅茶の主成分であり、多くの生物活性が報告されながら構造が未解明であった紅茶重合ポリフェノールの推定構造が提出できたことは大きい進展である。また、茶カテキンの真の活性成分と推測されるカテキン腸内細菌代謝産物を多量製造する方法を開発し、しかも、この技術は産業的応用も期待される。

「生物活性を有する紅茶ポリフェノールの簡便な合成法の確立」「緑茶カテキン腸内代謝産物のインビトロでの製造」茶カテキン腸内細菌代謝産物の大量供給についてはおおむね達成できた。今後は、酵素反応や有機化学的手法を用いた再現を試みるとともに、生成物の機能性評価を行う。