hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
π共役分子の特性を活かした機能性元素ブロック材料の創出と物性研究

本研究では先行研究の知見を基に、ピロロピロールアザBODIPY(PPAB)およびテトラチアバレン(TTF)縮環ケイ素フタロシアニン多量体を基盤とした新たな元素ブロックを創出し、また先行研究の元素ブロックを高分子化あるいは他の元素ブロックとの複合化により、有機薄膜太陽電池、有機EL、電荷輸送・貯蔵材料へと発展させることを目的に研究を行っている。今年度は昨年度末に見いだした新たな元素ブロックである金属配位部位と水素結合部位の両方を有するアザジピリン類縁体の超分子オリゴマー形成について、さらに研究を進めた。またPPAB合成法は他のラクタム構造を持つ分子でも適用可能であったことから、特異なNH互変異性を示すことで知られているN-混乱ポルフィリンを用いて、金属配位能を有する新たな元素ブロックの創出を試みた。得られた新規アザジピリン類縁体はアザジピリン部位の窒素への水素転位が起こることで、4つの互変異性体構造を取ることを明らかにし、このうち3つの構造については金属錯体にすることで単離および構造決定に成功した。一方、TTF縮環フタロシアニン類の研究テーマについては、フタロシアニンの環縮小類縁体であるサブフタロシアニンに同様にTTFが縮環した分子において、π-π相互作用および分子間のTTFユニット間の相互作用を利用することでロッド状の構造体が構築することをSEM観察により明らかにした。またこれまでは外周部全てにTTFが縮環したフタロシアニン類縁体を合成してきたが、今年度は超分子相互作用ユニットになりうる縮環数の異なる一連の分子の合成も行った。現在、これらを二量化あるいは超分子集積化することで、外部刺激応答性素子の創出を試みている。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では本領域公募研究の知見を基に、ピロロピロールアザBODIPYおよびTTF縮環ケイ素フタロシアニン多量体を基盤とした新たな元素ブロックの創出と先行研究の元素ブロックを高分子化あるいは他の元素ブロックとの複合化することで、有機薄膜太陽電池、有機EL、電荷輸送・貯蔵材料へと発展させる。研究計画初年度の本年度は、種々のピロロピロールアザBODIPYの二量化を行い、単量体とは異なる可視近赤外領域に広がる吸収と波長依存性の蛍光発光について、架橋部分の違いから考察を行った。また二量体の幅広い吸収特性を利用して、有機薄膜太陽電池へと応用展開を領域内共同研究で行った。二量体はp型およびn型両方の色素分子として機能することを見出したが、低い溶解性のために変換効率は1%未満にとどまっている。来年度において、これを改善することで、高効率化を目指す。またピロロピロールアザBODIPYの配位子骨格を利用した金属錯体の合成および超分子ポリマーの合成についても検討を始めており、予備的ではあるが、良好な結果を得ている。TTF縮環ケイ素フタロシアニンに関しては、TTF部位の酸化還元によるフタロシアニン部位の回転制御に成功しただけでなく、TTF縮環ケイ素フタロシアニンの高い電子授受能を利用することで、リチウム二次電池の正極活物質として検討したところ、オリゴマー混合物において、高いサイクル特性を示すことを明らかにした。また本系をフタロシアニンの環縮小類縁体であるサブフタロシアニンへと展開することで、TTF部位の酸化還元による分子間相互作用を駆動力とした超分子ポリマーの形成に成功した。これらのTTF縮環ケイ素フタロシアニンおよびサブフタロシアニンはナノ分子ワイヤとして、その伝導特性に興味が持たれるところであり、来年度において、さらに検討を行う。ピロロピロールアザBODIPYに関しては、二量体まで有機薄膜太陽電池へと応用展開することに成功しており、単量体とは異なり、p型・n型両方の色素として機能することを見出している。これは当初研究計画で予想していたこととは異なる結果であり、二量体の有機薄膜太陽電池色素としての有用性を見出したと言える。今後、溶解性を改善することで、さらなる高効率化が期待できる。またピロロピロールアザBODIPYの配位骨格の効率的な合成法の確立にも成功している。配位子骨格は二座配位子であるアザジピリンと類似の構造を有していることから、さまざまな金属イオンとの錯化が期待でき、それにより酸化還元特性や発光特性の制御へとつなげることが十分に可能であると考えている。TTF縮環フタロシアニンに関しては、今年度において、リチウム二次電池の正極活物質として利用可能であることを見出した。これはTTF縮環フタロシアニン類の優れた伝導特性を示している。またフタロシアニンの環縮小類縁体であるサブフタロシアニンにおいても同様にTTFが縮環した分子の合成に成功している。フタロシアニンの系が共有結合的に連結したナノ分子ワイヤとして機能するのに対して、この系では超分子相互作用により構築されるナノ分子ワイヤへの発展が期待できる。実際に超分子ポリマーの合成にも成功しており、現在、これら二つの系の単分子の伝導特性について、STM-ブレイクジャンクションあるいはコンダクタンスAFM測定を共同研究において開始している。以上のように、当初計画で時間の必要と考えられた分子系の構築にすでに成功しており、物性研究へと進めることができていることから、当初計画以上に進展していると判断できる。

本研究では先行研究の知見を基に、ピロロピロールアザBODIPY(PPAB)およびテトラチアバレン(TTF)縮環ケイ素フタロシアニン多量体を基盤とした新たな元素ブロックを創出し、また先行研究の元素ブロックを高分子化あるいは他の元素ブロックとの複合化により、有機薄膜太陽電池、有機EL、電荷輸送・貯蔵材料へと発展させることを目的に研究を行っている。今年度は昨年度末に見いだした新たな元素ブロックである金属配位部位と水素結合部位の両方を有するアザジピリン類縁体の超分子オリゴマー形成について、さらに研究を進めた。またPPAB合成法は他のラクタム構造を持つ分子でも適用可能であったことから、特異なNH互変異性を示すことで知られているN-混乱ポルフィリンを用いて、金属配位能を有する新たな元素ブロックの創出を試みた。得られた新規アザジピリン類縁体はアザジピリン部位の窒素への水素転位が起こることで、4つの互変異性体構造を取ることを明らかにし、このうち3つの構造については金属錯体にすることで単離および構造決定に成功した。一方、TTF縮環フタロシアニン類の研究テーマについては、フタロシアニンの環縮小類縁体であるサブフタロシアニンに同様にTTFが縮環した分子において、π-π相互作用および分子間のTTFユニット間の相互作用を利用することでロッド状の構造体が構築することをSEM観察により明らかにした。またこれまでは外周部全てにTTFが縮環したフタロシアニン類縁体を合成してきたが、今年度は超分子相互作用ユニットになりうる縮環数の異なる一連の分子の合成も行った。現在、これらを二量化あるいは超分子集積化することで、外部刺激応答性素子の創出を試みている。ピロロピロールアザBODIPYに関しては、配位子骨格を利用して、希土類錯化を行い、リン光材料の創出を行う。また新たな研究シーズとして、片側にアザジピリン、片側にジケトピロロピロール由来のラクタム部位を有する分子の合成にも成功していることから、これを用いて、配位結合および水素結合の両方を用いた超分子ポリマーの形成について、検討を行う。またピロロピロールアザBODIPY二量体研究から発展させて、さらなる多量体、特にシクロパラフェニレン合成に倣い、環状のピロロピロールアザBODIPY多量体の合成に挑戦する。これは環状かつキラルに色素分子を配置することで、優れた円偏光発光特性が期待できるためである。TTF縮環フタロシアニンおよびサブフタロシアニンに関しては、当初目的であったナノ分子ワイヤの創出には成功しているので、今後はこれらの酸化還元による伝導特性変化について、STM-ブレイクジャンクション測定により、明らかにしていく。またマイクロ波過渡伝導度測定では集合体の伝導特性の評価が可能であるので、併せて行い、二つの測定により得られる結果について検討を行う。平成28年度は研究計画最終年度であるので、これまでの領域内共同研究で見出した研究シーズも併せて、包括的に研究を進め、魅力的な分子および分子系を数多く報告すると共に、元素ブロックとしての大きな可能性を示したい。28年度が最終年度であるため、記入しない。
中心体マトリックスの分子構築の解析

所属研究室で同定された中心体構成タンパク質ODF2の機能を調べるために遺伝子の相同組み替えによりODF2ノックアウト細胞を確立した。このODF2ノックアウト細胞の解析によりODF2は他の中心体構成タンパク質の多くとは異なり、細胞周期や細胞増殖には関与しないことが示された。またODF2ノックアウト細胞では母中心小体の付属構造物が確認されなかった。母中心小体は間期に繊毛を形成することが知られているので、このODF2ノックアウト細胞において繊毛が形成されるかを調べたところ、野生型の細胞では25%程度の細胞に繊毛が観察されたが、ODF2ノックアウト細胞では全く確認できなかった。以上の結果よりODF2は母中心小体の付属構造物の形成または維持に必要なだけでなく、繊毛の形成にも不可欠であることが示された。この結果はNature Cell Biology誌に掲載され、対外的にも評価されている。上記結果に基づき個体でのODF2の機能、繊毛の役割を解析するためにODF2コンディショナルノックアウトマウスを作製している。中心体構成タンパク質であるODF2の機能を調べるために遺伝子の相同組み替えによりODF2欠失細胞を確立した。この細胞は他の中心体構成タンパク質の多くとは異なり、細胞周期や細胞増殖は正常であった。ODF2は中心体の中でも母中心体の付属構造物に局在することが知られているので、付属構造物のマーカーを用いて免疫蛍光染色したところ、付属構造物の染色が確認されなかった。さらに詳細に調べるため透過型電子顕微鏡により超薄連続切片の観察を行ったが、付属構造物は確認されなかった。母中心小体は間期に繊毛を形成することが知られているので、このODF2欠失細胞において繊毛が形成されているかを調べた。繊毛のマーカーを用いて免疫蛍光染色したところ、野生型の細胞では25%程度の細胞に繊毛が観察されたが、ODF2欠失細胞では全く確認できなかった。以上の結果より、ODF2は母中心小体の付属構造物の形成に必要であるだけでなく、繊毛の形成にも不可欠であることが示唆された。上記の結果に基づき個体でのODF2の機能を解析するためにコンディショナルノックアウトマウスの作製を始めている。
光触媒機能と治癒促進機能をもつダイナミック印象応用型光重合軟質リライン材の開発

本研究では国内外通じて初の試みとなる1粘膜調整・ダイナミック印象と長期軟質リラインを一つの材料で行えるマルチファンクション機能、2フッ素系モノマーとアセチルクエン酸トリブチルによる高耐久性化機能、3酸化チタン-ゼオライトナノ複合体による自己クリーニング機能、4bFGF徐放化ハイドロゲル(生体活性物質)による粘膜創傷治癒促進機能(ドラッグデリバリーシステム)を有する新規光重合型軟質リライン材の開発と臨床応用を目指す。平成29年度は主としてpoly (ethyl methacrylate / butyl methacrylate)を粉末の主成分とし、液剤としてモノマーのi-butyl methacrylate、2-ethylhexyl methacrylateと可塑剤のacetyl tributyl citrateを用いたアクリル系光重合型軟質リライン材の硬化進行中および硬化後の動的粘弾性について評価した。平成30年度では、硬化後の耐久性を評価するため、サーマルサイクル前後の動的粘弾性の測定を行った。さらに成分の溶出および吸水量の測定、生体親和性の評価を行った。これら2年間の研究では主として各構成成分と各材料学的性質との関係について検討し、耐久性の高いアクリル系光重合型軟質リライン材の組成を決定した。緩圧効果および耐久性の観点より本材のモノマーとしては、i-butyl methacrylateよりも2-ethylhexyl methacrylateのほうが適していることがわかった。生体親和性の観点より、光増感剤の添加にはとくに考慮する必要があることも示唆された。粘弾性的性質および耐久性の観点より、光重合型軟質リライン材として適する化学組成を決定したため。令和元年度はこれまでの研究成果より決定した試作材料について、硬化進行中および硬化後の動的粘弾性(ストレス制御式レオメーター、動的粘弾性自動測定器を使用)、耐久性(サーマルサイクル試験機を使用)、成分の溶解量および吸水量(ガスクロマトグラフィーを使用)、抗菌性等について検討する予定である。その結果、以下の結論を得た。1モノマーの種類、粉液比、特に可塑剤含有量が各粘弾性値に大きな影響を及ぼすことが示唆された。2貯蔵弾性率および損失弾性率ともに、i-BMAよりも2-EHMAを含有する材料で、また粉液比が低く、可塑剤含有量が多いほど低い値を示す傾向であった。3モノマーと可塑剤の割合が75:25の材料で、高い損失正接の値を示す傾向であった。本年度はとくに化学組成と動的粘弾性との関係を解析した。平成30年度では29年度の研究の進展状況を詳細に検討し、主として以下の項目について評価する予定である。1硬化後の動的粘弾性の継時的変化の測定(動的粘弾性自動測定器を用い、熱サイクル試験による劣化の評価を行う。この結果より、機能的効果と耐久性の高い光重合型アクリル系軟質リライン材の組成を決定する。)、2市販材料および試作材料の成分の溶出および吸水量の測定(ガスクロマトグラフ質量分析装置を使用)、3酸化チタンーゼオライトの自己クリーニング機能の測定などを行う予定である。
光による超伝導状態制御

光は偏光の自由度を持ち、これが光のスピン角運動量を与える。光渦と呼ばれるらせん形の波面を持つ光は、偏光に依存しない軌道角運動量を持つ。また、超伝導体はその軌道角運動量によって分類される。従来型超伝導体と呼ばれるものはその軌道角運動量はゼロである。一方、非従来型超伝導体と呼ばれる超伝導体は有限の軌道角運動量を持つ。本研究では超伝導体にスピン及び軌道角運動量を持った光を照射し、光による超伝導体の制御性を明らかにする。特に、光の角運動量を超伝導体に転写する現象を明らかにする。
金属間化合物中の水素分布の可視化と耐環境脆化組織制御

本研究では,金属間化合物Co_3TiおよびNi_3(Si,Ti)中の微視組織と水素挙動との関係を明らかにし,環境水素脆化を抑制して靱性を付与するための材料学的な指針を得ることを目的として,トリチウム・電顕オートラジオグラフ法,昇温加熱水素放出法および電気化学的水素放出法による実験を実施した.オートラジオグラフ実験では,Co_3Tiに対する鉄添加は水素の侵入を妨げること,およびNi_3(Si,Ti)に対するボロン添加は結晶粒界への水素の集積を妨げることが視覚的に示された.本研究で購入したデータ収集システムを用いて行われた昇温加熱水素放出実験においては,これらの金属間化合物中の水素の拡散はニッケル中の水素の拡散と同程度かそれよりも遅いことが示唆された.また,本研究で購入したポテンショスタットおよびデータ収集システムを用いて行われた電気化学的水素放出実験における水素電極特性の測定において,鉄添加したCo_3Ti表面での水素発生速度は速いこと,およびNi_3(Si,Ti)表面での水素発生電位はボロン添加の有無に関わらずほとんど変化しないことがわかった.以上の結果から,鉄添加によるCo_3Tiの水素脆化抑制は,表面での再結合反応速度,すなわち水素放出速度を増大させて,試料内部への水素の侵入を抑制することに起因し,ボロン添加によるNi_3(Si,Ti)の水素脆化抑制は,結晶粒界上の水素が存在可能な位置をボロンが優先的に占有して水素を排斥するスキャベンジング効果によることが明らかとなった.本研究では,金属間化合物Co_3TiおよびNi_3(Si,Ti)中の微視組織と水素挙動との関係を明らかにし,環境水素脆化を抑制して靱性を付与するための材料学的な指針を得ることを目的として,トリチウム・電顕オートラジオグラフ法,昇温加熱水素放出法および電気化学的水素放出法による実験を実施した.オートラジオグラフ実験では,Co_3Tiに対する鉄添加は水素の侵入を妨げること,およびNi_3(Si,Ti)に対するボロン添加は結晶粒界への水素の集積を妨げることが視覚的に示された.本研究で購入したデータ収集システムを用いて行われた昇温加熱水素放出実験においては,これらの金属間化合物中の水素の拡散はニッケル中の水素の拡散と同程度かそれよりも遅いことが示唆された.また,本研究で購入したポテンショスタットおよびデータ収集システムを用いて行われた電気化学的水素放出実験における水素電極特性の測定において,鉄添加したCo_3Ti表面での水素発生速度は速いこと,およびNi_3(Si,Ti)表面での水素発生電位はボロン添加の有無に関わらずほとんど変化しないことがわかった.以上の結果から,鉄添加によるCo_3Tiの水素脆化抑制は,表面での再結合反応速度,すなわち水素放出速度を増大させて,試料内部への水素の侵入を抑制することに起因し,ボロン添加によるNi_3(Si,Ti)の水素脆化抑制は,結晶粒界上の水素が存在可能な位置をボロンが優先的に占有して水素を排斥するスキャベンジング効果によることが明らかとなった.
新規がん評価モデルの構築とがん特異的抗体セットの取得

本研究は免疫系に異常の無い、ヒトがん患者に極めて近い発がん様相を示すRas変異発がんモデルラットを用いて評価したヒト高機能抗体の提示を目的に進行した。現在がんの抗体を用いた治療法の確立の為には自らが保持する免疫系の介在を無視できない潮流があり、免疫寛容系は次世代抗体医薬品の最大のターゲットとなっている。一方で未だこれらの解析には同種移植モデル等の限られた解析動物モデルしか存在していない。そこで有望なヒトがん治療用抗体を"intactな免疫系を保持し自発的に発がんしたモデル"によって評価出来るかという課題の解決を試み、これらの成功をもって次世代がん治療薬開発に貢献できるモデルの完成を目指した。本年度目標:ヒトがん治療法開発用自発的発がんモデルラットとヒト抗体開発法の確立実施した研究内容:本年度はras遺伝子活性化により、自らの体内で移植を経ずに発がんした膵臓がんモデルラットの作成に成功し、ヒトがん細胞膜上特異的抗体群のプレリミナリー評価を行った。また、評価用抗体抗体セットを完備し、キャラクタライズを進めた。モデル動物に関して:膵がんモデルラットの作成に成功し、本ラットより樹立された細胞株を用いた親和性、特異性評価を1次評価、生理活性評価を2次評価、更に発がんラットそのものを用いた動態評価を3次評価として、ヒトRas変異型のがんに対する解析系を確立した。これにマウスのヒトがん細胞移植系を組み合わせる事によってほぼ完ぺきな評価系になると考えられる。重要性:現在がんの抗体を用いた治療法の確立の為には自らが保持する免疫系の介在を無視できない潮流があり、事実PD-1、CTLA4等の次世代抗ガン抗体医薬品はこれらの視点で開発がなされた医薬品である。一方で未だこれらの解析にはSyngenic mouse等の限られた解析動物モデルしか存在せず、全ての課題を完璧に評価できる系は存在しない。意義:本課題は有望なヒトがん治療用抗体を"intactな免疫系を保持し自発的に発がんしたモデル"によって評価出来るかという課題を解決しようとしており、ここまで概ね順調に進行している。28年度以降は肺がん等更に重要性の高いモデルも評価していき、次世代がん治療薬開発に貢献できるモデルの完成を目指す。モデルラット:膵がんラットの作成に成功し、ヒトがん細胞表面特異的抗体を用いて、細胞染色、組織染色で評価を行った。これらの結果をヒト膵がん細胞株染色、組織染色の結果と比較する事によって、膵がんラットの組織態様はヒトと見分けがつかないレベルで形成されることに成功している事が判明した。抗体:上記プレリミナリーな解析を通じて30種類のがん細胞表面特異的抗体の中から上記モデルラットに対して陽性(親和性を有する)抗体の選別を行った。陰性の抗体に関しては、1.ラット抗原との交叉性が無い為、反応しないのか、2.そもそも抗原の発現が無いのか、3.複合体形成等がヒトと異なる為反応しないのかが現在不明であるが、これらも解決していきたい。本研究は免疫系に異常の無い発がんモデルラットを用いて、がん免疫寛容系の解除を行える抗体を開発する事にある。28年度までの研究で本研究対象となる発がんモデルラットは免疫系に欠損の無い野生型の表現系を保持し、発がんに必須なヒト変異ras遺伝子を部位特異的に発現する事によって発がんするモデルであり、これらの作製が膵がん、肺がんという今がんにおいて最も喫緊の解決課題であるがん種を解析できるモデルである事が明らかにしている。一方で、これまではがん細胞表面上に特異的に提示され、かつ正常組織には発現が無い、抗原を標的として治療をする事をコンセプトとするいわゆる“魔法の弾丸"理論が一般的であった。本申請者らもこれらのコンセプトに従いがん細胞膜上に提示される抗原に対する特異的抗体の網羅的単離に成功し、これらのセットの完備を行った。これに加えて本申請者は直接攻撃性以外の因子に効果を示す事が示唆された抗体の候補も完備し、このモデルで解析することを目指した。28年度以降は、安定的モデルの作成が可能かどうか、再現性の観点から調査した。また、膵がん以外に肺がん等も同様の観点から調査し、3度に渡る作成の試みでいずれも再現性良く発がんモデル作成が成功した。また、同時に進行した連携研究者の津田洋幸教授の詳細な病理解析の結果転移や遊走等他のモデルには無いがんの特性を良く表現するものであった。これらの性質とヒト患者より取得されたがん組織切片臨床検体の免疫染色像を膵臓がん、肺がんで行い、モデルの優位性と有望な抗がん細胞膜抗体の選別を進めた。これらの過程の中で肺がんの免疫染色と病理診断結果をまとめて論文発表を行った。29年度はこれらの成果を受け、がん微小環境免疫環境の解除に貢献する有望な合目的抗体、並びにこれらのコンセプトに相乗効果をもって使用可能な抗体を提示し研究をまとめる予定である大規模抗体セットの完備、モデルラットの再現性をもった作成の成功に加え、モデルラットには転移、侵潤、遊走と言った他のゼノグラフトモデルには無い性質も見出し、この評価系のポテンシャルの高さを証明した。他方今回対象とした肺がんに関しては病理組織の免疫染色から得られる組織像の膨大な病理診断結果をまとめて上記抗体セットの肺がんにおけるデータを体系的にまとめる事が出来た。29年度はこれらヒトサンプルで得られた抗体データと抗体を用いて、モデルラットへのアプライを行い、最終的なまとめを行う。

本研究課題は免疫系に欠陥の無い、ヒトがん患者に極めて近い発がん様相を示すRas変異発がんモデルラットを用いてがん微小環境免疫寛容系の解除を行えるヒト高機能抗体の提示を大きな目標にしている。本年度は全期間のまとめとして、膨大な抗体セットとデータを用いて、抗体医薬開発と並行してコンパニオン診断が可能なデータの蓄積と実際に診断キット開発に応用可能な抗体の提示、“がんの免疫寛容システム破壊"というコンセプトに着目した動物実験によってその薬効を調査するために免疫系が機能している状態で、かつ、より自然に近い形で発生したがんを保持するモデル系と評価方法の提示を目指して研究を進行させた。その結果、アデノシンを介した抗炎症作用メカニズムで知られるCD73、A2AR等の抗体取得を成功させた。また、これらの取得された抗体をヒト変異型Rasの部位特異的発現を行ったコンディショナルなトランスジェニックラットにて発がんした膵がん組織や各種マウス膵がん細胞を用いて評価を行った結果、本研究課題で提案しているモデルラットでおいてのみ反応性が確認された。興味深い事にマウスーラット間のCD73抗原のアミノ酸レベルでの相同性はラットーヒト並びにマウスーヒトのそれに比して極めて小さいにも関わらず本モデルラットではマウスで交叉性を示さない抗ヒト抗体にも反応出来る事例が複数存在した。これらの結果により、本モデルラットはその発現様式のみならず、抗原レベルでのエピトープとしてもよりヒトの自然発がんしたがん組織に近い事が強く示唆され、今後の抗がん抗体開発における他のモデルには無い強いポテンシャルを保持している事が示された。本研究は免疫系に異常の無い、ヒトがん患者に極めて近い発がん様相を示すRas変異発がんモデルラットを用いて評価したヒト高機能抗体の提示を目的に進行した。現在がんの抗体を用いた治療法の確立の為には自らが保持する免疫系の介在を無視できない潮流があり、免疫寛容系は次世代抗体医薬品の最大のターゲットとなっている。一方で未だこれらの解析には同種移植モデル等の限られた解析動物モデルしか存在していない。そこで有望なヒトがん治療用抗体を"intactな免疫系を保持し自発的に発がんしたモデル"によって評価出来るかという課題の解決を試み、これらの成功をもって次世代がん治療薬開発に貢献できるモデルの完成を目指した。モデルラット:本年度の試行により、膵がんラットモデルは抗ヒトがん抗体に対して素晴らしいポテンシャルを示した。28年度は膵がん以外に肺がん、乳がん等のラット作成と評価を行っていきたい。抗体:抗体の反応性ベースでの膵がんモデルラットに関する組織染色による評価を28年度前半に終了し、ヒト組織との比較を通して最終的な同一性評価を行う。これ以降は他のがんモデルラットの評価を行い、出来るだけ多くの比較を行う。他の実験に関して:本モデルは発がんがん死までの間を完全にトレース出来るという重要な特徴を有している。そこで、上記の評価以外に発がん初期、中期、末期でヒト抗体を用いた染色を用いて各がん種類の染色様相の変遷を追う。これにより今まであまりはっきりとしなかった、がん細胞膜上の特異的抗原の発現様相の動的可視化を試みる。治療法の探索:上記の全ての情報を用いて有望な抗体とモデルラットの組み合わせでまずは動物動態試験が行いたい。その後有効な結果を示すものに関しては完全ヒトIgG抗体を作成し、モデルラットに対する治療実験も試みたい。
核磁気共鳴画像による腎疾患の化学的病態・特性の解析

腎は複雑な組織構築と多彩な機能を保有しており、さまざまな腎疾患により多様な組織変性と構成成分の変化が発現する。本研究の目標は、これら腎の組織異常をMRIによって診断し、さらにMRI造影剤によるMRI機能画像を作成、コンピューター解析によって、腎の化学的病態特性の定量化を計ったものである。同時に他の腎断層画像を綜合的に比較表示できる綜合画像診法の開発を研究した。3年間の研究成果をまとめると、以下の通である。1:腎の機能画像としてのMRIレノグラム:動物(家兎)実験で腎血流、尿流障害腎を作成し、MRI造影剤(ガドリニウムーDTPA)を投与した腎局所の経時的、緩和時間を求め、MRIレノグラムを作った。このレノグラムから腎機能と尿流が特定のパターンに分類でき、臨床症例における病態と合せてこの機能画像の有用性が証明された。2:MRI機能画像のコンピューター解析による腎機能パラメータMRIレノグラム曲線をコンピューター(ネクサス)により数理解析し、腎血流量、系球体機能、尿細管機能をあらわす定量的パラメーターを発案した。さらにレノグラムのコンパートメント解析による疾患シムレーションを行い、臨床症例にみられる病態特性と同じ変化を示すことが確認できた。3:MRIによる腎病態特性の診断と他の断層画像との綜合診断法:腎実質障害例として体外衝撃波結石破砕症例を対象に、MRI、X線CT、腎シンチグラムなどの機能的断層画像診断を施行し、診断性能の比較を行った。その結果、腎組織の変化にMRIが最も敏感に反応した。さらにこれらの画像をコンピューター解析で同一画面に表示して、綜合的画像比較するシステムを完成した。以上の研究成果から、MRI造影画像は安全で精度の高い腎の機能画像法となることが示唆された。本年は、MRIを中心とした合成機能画像を作成するための基本作業として、まず各種(X線,RIなどによる)の画像をコンピューターに入力し、立体画像を構成するための表示法の検討を行った。各種合成画像作成過程を検討した結果、腎の構造を明瞭に表示するには現在のところCT画像が最適であった。そのため基本立体画像はCTからのイメージを利用した。CTのイメージをコンピューターに入力し、左または右の腎を中心に考え、画像の拡大,回転を行い、目標とする腎が正面に位置する様に変換した。その上さらに3次元立体画像の表示法を検討した。すなわち、立体画像の原画像として、まずマニュアルによる輪郭描出法を利用した。しかし、(1)この輪郭描出では術者の主観が入ること、(2)輪郭描出まで時間がかかること、など、次の自動輪郭描出法を採用した。まず原画像の微分を行い、画像上、大きく濃淡が変化する点を表示し、臓器の輪郭とした。臨床上はほぼ実質臓器の輪郭表現ができた。さらに立体画像のコントラストによる臓器表示法として、脂肪,骨,実質臓器に色分け表示とした。これらのコンピューターにより自動輪郭描出,自動成分分析法は腎構造の形態的立体表示として最適であった。腎機能画像としてはMRIとRIを検討の対象とした。MRは実験動物(家兎)、健状人を利用した。MRIではガドリニウム-DTPA投与後経時的にT1を測定するパルス系列を選択し、このT1の回復過程より、腎機能画像を作成した。またMRIレノグラムからのパターン解析からも、腎の機能的構造変化の新しい次の情報が得られた。1)早期の腎機能低下、2)局所断面の腎機能、3)水腎症における機能回復可能性の診断、以上が診断可能であった。さらにGFR、RBFのMR機能画像も作成した。現在MR造影剤の利用により、腎腫瘍,腎結石,水腎症,腎梗塞,腎孟腎炎における機能構造の分析を開始した。

1)MRI造影画像(ガドリニウムーDTPA使用)の解析をホストコンピューターであるNEC,PC9801及び画像解析装置であるNEXUS9000により行い,腎各部の縦緩和率の変化を実験データ及び臨床データの画像において検討した.画像データは,データ量が膨大なため解析に膨大な時間を要したが,キャノンスチルビデオユーターによる画像保存により,より正確に迅速にデータ入力ができるようになった.ガドリニウムーDTPAは現在頭部の腫瘍性病変を中心に臨床応用が検討されつつあるが,腎はさらに造影効果が他臓器に比し強い為,現在腎を中心とした臨床応用を検討中である.2)NEXUS拡張ROMにより,あらたな腎の画像解析法が可能となった.即ち腎の機能画像の表示方法の一つとして3次元立体画像表示が考えられるが,その輪郭を自動抽出する方法として,画像の微分と2値化があり,それらの処理をROMにより迅速に行うことができた.3)家兎を用いたMRI造影剤による腎のデータ解析から, MRIレノグラムを作成した.基礎値,縦緩和率変化値,排出曲線など新たなパラメーターが算出され,それぞれが腎血流量,系球体ろか能,尿細管排出機能などの機能分担を分離して測定できる可能性がえられた.4)腎の機能分担別の機能測定は,ルニゲーケッターギル法及び非線形最小2乗法を用いた疾患シミュレーションにより検討した.その結果から尿路の閉塞により腎実質障害の診断に対し,特にMRIが有用であることが判明した.5)MRIを用いた臨床的腎機能検査では,当病院に設置してある体外衝撃波結石破砕装置(ESWL)前後における腎の機能障害の有無と程度を測定した.機能低下腎や結石破砕術直後の腎では衝撃波の通過部位に一致して縦緩和率の低下した部分が画像上認められ,その部位の浮腫や尿細管の閉塞が考えられた.磁気共鳴画像用造影剤(ガドリニウムーDTPA)を使用した腎の機能画像をもとに、その数理解析による腎機能パラメーターの設定とその臨床的応用を中心に研究が行われた。また最後年度の研究としてMRIを主軸にした総合腎画像診断システムの確立を計画、次の実績を得た。1)MRIレノグラムの機能画像データをもとに、ネクサスとそのホストスコンピューターによる数理解析から新しい腎機能パラメータ(理論的血中濃度、糸球体血流量など)を発案した。このパラメータは4コンパートメントモデルの解析における速度定数であるため動物実験モデルによる閉塞性腎障害や血流障害腎の機能表示において客観性の高いパラメータになることが確認できた。2)経時的に腎のMRIレノグラムを作成する場合、継緩和率変化値、基礎値、ピーク値、排泄曲線などのパラメーターを設定し、その2次元画像から腎動態機能画像が作成できた。ただこの合成画像は計算画像であるため分解能が低下し、腎の呼吸移動によりピクセルのずれが問題となる。このずれはネクサスによる自動補正より、精度の高い合成画像が作成できることが実証できた。
生体適合圧電材料創製のための原子・結晶構造設計手法およびスパッタ成膜法の開発

本研究は,Bio-MEMSマイクロアクチュエータ用基盤材料の創製を目的とし,生体適合性を有する新たな3元素ペロブスカイト型結晶構造持つ圧電材料の創製技術開発を行い,以下に示すように分子力学計算に基づく分子材料設計およびヘリコン波プラズマスパッタリングによる圧電薄膜の創製に関する成果を挙げることができた.1.第一原理分子力学計算による生体適合3元素圧電材料の設計技術の開発動特性・発生力で優位性を示すペロブスカイト型結晶構造を持つ新規圧電弾性材料を,(1)タンパクを構成するアミノ酸およびDNAを構成するGuanineとの相互作用性を評価する手法であるHSAB則により生体適合元素の探索を行った.(2)トレランスファクターを用いた幾何学的手法により,3元素分子構造解析を行い候補原子の決定を行った.(3)第一原理に基づく分子力学解析により候補材料のペロブスカイト型結晶構造安定性の評価および圧電特性の推定を行った.候補材料であるMgSiO_3について密度汎関数法を用いたポテンシャルエネルギー評価を実施し,安定構造を特定した.さらに,立方晶状態から自発分極状態へのポテンシャルエネルギー変化を調査し,候補材料MgSiO_3が正方晶自発分極状態で最も安定となり,圧電特性を発現し得ると結論付けた.さらに,電子密度分布に基づいて双極子モーメントなどの基本物性を定量的に明らかにした.2.ヘリコン波スパッタ成膜法による生体適合性圧電材料薄膜MgSiO_3の創製分子力学計算に基づいて設計された生体適合圧電材料MgSiO_3を本申請により購入したヘリコン波スパッタ装置により創製する手法の検討を行った.本装置の動作環境は10^<-4>Paと高真空下であるため,構成元素組成に敏感な生体適合圧電材料薄膜に汚染物が混入することなく薄膜を創製することが可能である.また,ペロブスカイト構造を作製するために"as deposited"で基板を高温に保つことが可能である.創製条件探索では,Ar : O_2(流量比),Siの面積割合,基板温度,成膜中全圧力,RF電力を条件因子とし,実験計画法により,結晶構造,結晶粒系および表面粗さを評価値とする寄与率を求めることで最適創製条件を見出し,圧電特性の発現可能性を確認した.本研究は,Bio-MEMSマイクロアクチュエータ用基盤材料の創製を目的とし,生体適合性を有する新たな3元素ペロブスカイト型結晶構造持つ圧電材料の創製技術開発を行い,以下に示すように分子力学計算に基づく分子材料設計およびヘリコン波プラズマスパッタリングによる圧電薄膜の創製に関する成果を挙げることができた.1.第一原理分子力学計算による生体適合3元素圧電材料の設計技術の開発動特性・発生力で優位性を示すペロブスカイト型結晶構造を持つ新規圧電弾性材料を,(1)タンパクを構成するアミノ酸およびDNAを構成するGuanineとの相互作用性を評価する手法であるHSAB則により生体適合元素の探索を行った.(2)トレランスファクターを用いた幾何学的手法により,3元素分子構造解析を行い候補原子の決定を行った.(3)第一原理に基づく分子力学解析により候補材料のペロブスカイト型結晶構造安定性の評価および圧電特性の推定を行った.候補材料であるMgSiO_3について密度汎関数法を用いたポテンシャルエネルギー評価を実施し,安定構造を特定した.さらに,立方晶状態から自発分極状態へのポテンシャルエネルギー変化を調査し,候補材料MgSiO_3が正方晶自発分極状態で最も安定となり,圧電特性を発現し得ると結論付けた.さらに,電子密度分布に基づいて双極子モーメントなどの基本物性を定量的に明らかにした.2.ヘリコン波スパッタ成膜法による生体適合性圧電材料薄膜MgSiO_3の創製分子力学計算に基づいて設計された生体適合圧電材料MgSiO_3を本申請により購入したヘリコン波スパッタ装置により創製する手法の検討を行った.本装置の動作環境は10^<-4>Paと高真空下であるため,構成元素組成に敏感な生体適合圧電材料薄膜に汚染物が混入することなく薄膜を創製することが可能である.また,ペロブスカイト構造を作製するために"as deposited"で基板を高温に保つことが可能である.創製条件探索では,Ar : O_2(流量比),Siの面積割合,基板温度,成膜中全圧力,RF電力を条件因子とし,実験計画法により,結晶構造,結晶粒系および表面粗さを評価値とする寄与率を求めることで最適創製条件を見出し,圧電特性の発現可能性を確認した.本研究では、鉛を含む圧電材料であるPZTに置換わる、高動作性と経済性、さらに生体適合性を有する新たな3元素アクチュエータ材料創製を目的とし、原子・結晶構造解析技術とヘリコン波スパッタ成膜技術の開発を行った。以下に成果を要約する。1.原子・結晶構造解析に基づく生体適合3元素圧電材料の設計技術の開発ペロブスカイトと呼ばれるABX3の結晶構造を持つ圧電材料の分子設計を行った。3元素酸化物ABO3がペロブスカイト構造をとるための条件として、配座、電気的中性、および電荷比を考慮した経験的な算定式の提案と実際の元素の選択を行った。川原らによるマウス繊維芽組織由来L929細胞による生体適合材料約20種類の上記の条件を満たす構成元素の組合せはNi, Si, Oと,Cr, Al, Oと、Ti, Al, Oの3種類に絞られた。

渋谷・仲町は、3元素による生体適合圧電材料の安定な分子構造を求め、圧電機能評価を行った。さらに上田・仲町は結晶均質化法有限要素解析により結晶構造解析および圧電変形解析を行った。2.ヘリコン波スパッタ成膜法によるBio-MEMS用圧電材料創製技術の開発構成元素組成に敏感な生体適合圧電材料薄膜に汚染物が混入せず、ペロブスカイト構造を持つ薄膜を創製することが可能な高真空ヘリコン波スパッタ装置を設計製作した。分子構造設計に基づいた3元素ターゲットを用い、最適基板温度、時間、さらに構成元素の1つである酸素の導入量と圧力の最適化をする材料創製技術の開発を行った。今年度は、50nm程度のNiSiO3薄膜の生成に成功した。本研究は,Bio-MEMSマイクロアクチュエータ用基盤材料の創製を目的とし,生体適合性を有する新たな3元素ペロブスカイト型結晶構造持つ圧電材料の創製技術開発を行い,以下に示すように分子力学計算に基づく分子材料設計およびヘリコン波プラズマスパッタリングによる圧電薄膜の創製に関する成果を挙げることができた.1.第一原理分子力学計算による生体適合3元素圧電材料の設計技術の開発動特性・発生力で優位性を示すペロブスカイト型結晶構造を持つ新規圧電弾性材料を,(1)タンパクを構成するアミノ酸およびDNAを構成するGuanineとの相互作用性を評価する手法であるHSAB則により生体適合元素の探索を行った.(2)トレランスファクターを用いた幾何学的手法により,3元素分子構造解析を行い候補原子の決定を行った.(3)第一原理に基づく分子力学解析により候補材料のペロブスカイト型結晶構造安定性の評価および圧電特性の推定を行った.候補材料であるMgSiO_3について密度汎関数法を用いたポテンシャルエネルギー評価を実施し,安定構造を特定した.さらに,立方晶状態から自発分極状態へのポテンシャルエネルギー変化を調査し,候補材料MgSiO_3が正方晶自発分極状態で最も安定となり,圧電特性を発現し得ると結論付けた.さらに,電子密度分布に基づいて双極子モーメントなどの基本物性を定量的に明らかにした.2.ヘリコン波スパッタ成膜法による生体合圧電材料薄膜MSiO_3の創製分子力学計算に基づいて設計された生体適合圧電材料MgSiO_3を本申請により購入したヘリコン波スパッタ装置により創製する手法の検討を行った.本装置の動作環境は10^<-4>Paと高真空下であるため,構成元素組成に敏感な生体適合圧電材料薄膜に汚染物が混入することなく薄膜を創製することが可能である.また,ペロブスカイト構造を作製するために"as deposited"で基板を高温に保つことが可能である.創製条件探索では,Ar : O_2(流量比),Siの面積割合,基板温度,成膜中全圧力,RF電力を条件因子とし,実験計画法により,結晶構造,結晶粒系および表面粗さを評価値とする寄与率を求めることで最適創製条件を見出し,圧電特性の発現可能性を確認した.
有機溶剤の発育期神経軸索成長に及ぼす影響

N-hexaneの最終代謝産物の一つである2,5-Hexianedion(2,5-HD)は末梢神経に対して強い傷害作用がある。その特異的な初期変化は神経軸索遠位部におけるランビエ絞輪近位側にNeurofilament(NF)の蓄積を伴うに膨隆として良く知られている。このとき軸索内でのNFの輸送に変化が起こっていることが分かっている。ラット胎仔期の末梢神経は髄鞘がまだ形成されていず、また軸索もまだ伸長を続けている状態にあるので、これを対象とすれば発生期の軸索伸張に対する作用、ミエリン鞘がないための軸索への直接的作用、および胎仔期における2,5-HDに対する感受性等を検討することができる。そこで我々は妊娠ラットを3群設定し、高濃度曝露群(H)には妊娠12-16日2,5-HDを680mg/Kg、中濃度曝露群(L)には妊娠12-19日2,5-HDを340mg/Kg毎日曝露し、その胎仔の末梢神経系を電子顕微鏡を用いて形態学的および形態計量学的に観察するとともに曝露胎仔の出生後の成長を観察することとした。形態学的研究により2,5-HDは胎児坐骨神経本幹の軸索に特徴的な変性所見、即ち軸索相互の融合を引き起こすこと、又それには用量反応関係があることを示すことが出来た。腓骨神経ではH群で軸索髄鞘化の遅延を認め小径線維の残存を認めた。軸索径分布の解析ではH群で軸索径の拡大が認められ、これは軸索流の機能変化を示唆してる。曝露胎児を自然分娩させその後の成長過程を観察した。その結果、曝露により着床数・産仔数に変化はなく奇形等の出現増も認められなかった。また発育を体重変化でみると、胎仔期より体重増加は抑制されていたが出生後も抑制がそのまま持続し追い付き現象は認められなかった。末梢神経機能は、生後のある時期までは麻痺が存在していたと考えられるが生後50日には回復しいた。自発運動量には影響はなかった。二硫化炭素、ノルマルヘキサン等の有機溶剤は未梢神経に対する傷害作用があり、作態学的には遠位軸索の膨隆とneurofilamentの蓄積が生じ、電気生理学的には神経伝導速度の低下が起こり、またneurofilamentが関与する軸索流の障害もしくはその速度の変化が認められている。neurofilamentは軸索の骨格でもあり、それが関与する軸索流は軸索の成長と関係している。そこで平成2年度はノルマルヘキシンの最終代謝産物の一つでありまた未梢神経に対して主たる毒性をもつ2,5ーHexianedioneを胎児が軸索成長期にある妊娠11日のラットに680mg/Kg s. c. 4日間投与した。妊娠20日目に胎児を取り出し生体観察を行った後グルタ-ルアルデヒドで臍静脈より潅流固体を行い坐骨神経及び脛骨・腓骨神経を採取しエポンに包埋した。次いで坐骨神経本幹中央部を電子顕微鏡により観察した。成獣で認められるneurofilamentの蓄積による巨大軸索は認められなかったが軸索同士が融合している特微的な像が認めれらた。胎児未梢神経ではまだ軸索がシュワン細胞によって包まれていないため互いに直接接触できるためこのような特微的な変化が出現したものと思われる。

軸索径の定性的解析では全体的に径の拡大が認められた。軸索鞘の融合はステロイド合成障害が関与している可能性があると考えられた。但し、680mg/Kg s.c.の曝露濃度では母獣の体重減少が強く4日以上の投与は胎児の生存にとって危険であることが推察された。この体重減少は無視できないので更に低濃度、例えば340mg/Kg S.c.の曝露を試みる必要がある。今後の計画としては、曝露濃度を変えることにより用量反応関係をみること、更には形態学的変化の定量的な解析、融合像の立体的な描出、坐骨神経近位部及び脛骨・腓骨神経部の形態学的観察を行う予定でいる。これにより軸索の変化を動的に捉えることができるであろう。ノルマルヘキサンの最終代謝産物の一つである2,5ーHexianedioneは末梢神経に対して強い傷害作用がある。形態学的には遠位軸索の膨隆とneurofilamentの蓄積が生じ、電気生理学的には神経伝導速度の低下が起こり、またneurofilamentが関与する軸索流の障害もしくはその速度の変化が認められている。neurofilamentは軸索の骨格でもあり、それが関与する軸索流は軸索の成長と関係している。平成2年度は2,5ーHexianedioneを胎児の軸索成長期にある妊娠11日のラットに680mg/Kg s.c.(高濃度)4日間投与し妊娠20日目に胎児を取り出しその坐骨神経の断面を形態学的に観察した。平成3年度はさらに妊娠11日のラットに340mg/Kg s.c.(中濃度)8日間投与し同様の観察を行うと共に軸索径の計量も行った。高濃度曝露群と同様に坐骨神経本幹の軸索に特徴的な変性所見を認めた。しかし細い軸索に対する影響は高濃度曝露に比べて少なかった。軸索径分布の解析では対照群では0.25μmにピ-クを持つ単峰性の分布を示し、中濃度曝露群ではピ-クが小径の方向へ移動した。高濃度曝露では主ピ-クの移動はなく0.5μmに新たなピ-クが出現した。中濃度群では神経軸索の再生が、高濃度群では軸索径の拡大が示唆された。今後の計画としては、坐骨神経近位部及び脛骨・腓骨神経の形態学的観察を行う予定でいる。これにより軸索の変化をより動的に捉えることができるであろう。また曝露胎児を娩出させその後の生存力及び成長過程を観察し、胎児の時に受けた神経障害及びその回復過程を機能的に評価する予定でいる。平成2年度および3年度の研究により2,5-Hexianedione(2,5-HD)はラット胎仔坐骨神経本幹の軸索に特徴的な変性所見、即ち軸索相互の融合を引き起こすこと、又それには用量反応関係があることを示した。腓骨神経では高濃度曝露群(680mg/Kg s.c.)で軸索髄鞘化の遅延を認め小径線維の残存を認めた。軸索径分布の解析では高濃度曝露群で軸索径の拡大が認められ、これは軸索流の機能変化を示唆してる。中濃度曝露群(340mg/Kg s.c.)では小径線維の増大が認められ、これは神経幹の発育遅延を示唆している。本年度は曝露胎児を娩出させその後の成長過程を観察した。三群各4匹の妊娠ラットを設定し、高濃度曝露群には妊娠12日より16日まで2,5-HD680mg/Kg s.c.で、中濃度曝露群には妊娠12日より19日まで2,5-HD340mg/Kg s.c.で曝露を行い、全例を自然分娩させ各腹当たり雌雄各4匹の発育を7週齢まで観察した。その結果曝露群では、着床数・産仔数に変化はなく奇形等の出現増も認められなかった。また発育を体重変化でみると、胎仔期より体重増加は抑制されていたが出生後も抑制がそのまま持続し追い付き現象は認められなかった。
汎用プラスチックを用いたリサイクル型生分解性循環材料の開発

本研究は石油由来の汎用プラスチックをリサイクル性・生分解性を付与し、循環性の高い材料へと変化させることであり、平成30年度についてはまず生分解を促進する炭化水素鎖を持つバインダーとポリスチレンとエステル結合をさせ、加水分解により継続的に生分解を可能となる材料の開発を目的として研究を行った。具体的にはPSと不飽和脂肪酸と酸化ネオジウム/過酸化ジクミルラジカル開始剤を用い、混練によるグラフト反応を行い、PS鎖にカルボキシル基を導入および分離・精製後、先の研究手法(J. Appl. Polym. Sci. 111, 1835,(2009))を用い、種々のバインダーと融解混練によってエステル結合を形成させ、IRで確認を行った。一方で、作製した材料は引張試験において力学的性質が低いことが分かった。そのため、材料単体での使用より、木質バイオマスと組み合わせる方法にて使用が有効と考えられる。それらの使用に関する知見を得るため、作製した材料と同じくエステル結合を持つ生分解性プラスチックと木質バイオマスと組み合わせた複合材料について作成し力学挙動および生分解性について知見を得た。その結果を国際会議ではThe 12th SPSJ International Polymer Conference (IPC2018)にて、国内学会では2018年高分子学会年次大会、セルロース学会などで発表した。現在は作製した材料について生分解性試験を行い、脂肪酸の種類及びバインダーの最適化な条件の決定をしている。その後、決定した条件から木質バイオマスとの複合材料化し、力学的性質および生分解性を評価している段階である。当初の予定では本年度および来年度にて材料作製及び生分解性試験を行う予定であり、現状材料作製を行い、生分解試験を行っており、おおむね計画どおりに進んでいる。また、作製材料単体での力学的性質の脆弱さをカバーするために木質バイオマスとの複合材料化を目指し、それらに向けた実験も行っている現状である。当初の計画通り、引き続き作製した材料に関して、生分解テストによって最適な条件を見出す。それに加え、木質バイオマスとの複合材料化により力学的性質の向上を目指す。また、複合材料化による生分解挙動に与える影響を検討する。作製した材料については、加水分解-再合成を行いリサイクル性に関する知見も得る。当初計画して作成していた材料をそのまま使うより、木質バイオマスと複合材料化した材料として開発することが力学的性質において優れるため、これらの研究計画を変更・追加した。そのため、次年度ではより詳細に力学的性質を分析する為、プラスチック曲げ試験用の治具および追加した分不足する複合材料用の生分解試験用BODセンサーなどを購入し、実験を進めていく予定である。このような予定変更のため使用額の変更が生じた。
造血幹細胞移植後不妊の新たなメカニズム

同種造血幹細胞移植のGVHDと不妊の関連に注目し、マウス骨髄移植モデルを用いて研究を行った。その結果卵巣にドナーT細胞の浸潤、卵巣顆粒膜細胞にアポトーシスがみられ、卵巣GVHDの発症が確認できた。顆粒膜細胞由来のホルモンAMHの産生が低下し、排卵数の低下が認められた。さらに、移植後の交配実験ではGVHD群で出産能の低下がみられた。一方Methylprednisolone 10mg/kgの投与で卵巣GVHDの発症が抑制され、妊孕性が維持された。以上の結果から、卵巣はGVHDの標的臓器であり、GVHD予防が卵巣機能と妊孕性の維持に重要であることが示唆された。同種造血幹細胞移植を受けた小児や若年患者の長期生存例で不妊が切実な問題となっている。移植前処置による卵巣・精巣毒性が原因であることはよく知られているが、申請者は同種移植後に不妊率が高いことから、GVHDと不妊の関連に注目し、マウス骨髄移植モデルを用いて研究を行った。B6 →B6D2F1(♀)の同種骨髄移植を行い、コントロールの非GVHD群はB6D2F1 →B6D2F1(♀)の同系骨髄移植とした。移植後、経時的にGVHD重症度をスコアでモニターし、卵巣を採取、病理学的な評価を行った。同種移植群では、卵巣にドナーT細胞の浸潤がみられ、卵巣細胞、とくに顆粒膜細胞にアポトーシスがみられ、両者のsatellitosisもみられ、卵巣GVHDの発症が確認できた。次に顆粒膜細胞が産生し、卵胞の維持に重要な抗ミューラー管ホルモンを血清中で測定したところGVHD群で低下が認められた。そこでホルモン投与による過排卵実験を行ったところ、GVHD群で排卵数の低下が認められた。さらに、移植後に健常オスマウスと交配したところ、GVHD群で出産能の低下がみられた。以上の結果は、卵巣がアロ応答性T細胞の標的臓器であり、卵巣GVHDが発症による卵巣ダメージは機能不全を惹起することが強く示唆された。前年度に、マウス骨髄移植モデルB6 →B6D2F1(♀)において、GVHD群では、卵巣にドナーT細胞の浸潤がみられ、卵巣細胞、とくに顆粒膜細胞にアポトーシスがみられ、両者のsatellitosisもみられ、卵巣GVHDの発症を病理学的に確認できた。今年度は、妊孕性についての機能的な検討を行った。顆粒膜細胞からの抗ミューラー管ホルモン(AMH)の産生を免疫組織検査で検討したところ、GVHD群でその発現低下が認められた。これを反映して、血清AMHの低下も確認できた。次いでゴナドトロピン投与による強制排卵実験を行った。GVHD群で排卵数の低下が認められた。また移植後の雌マウスを健康なオスマウスと交配実験を行った。その結果、GVHD群で有意な出産数の低下が観察された。さらにこれら一連の研究をbusulfanとcyclophosphamideによる移植前処置法を用いた移植実験においても繰り返し実施した。その結果、病理学的な卵巣GVHDの発症、顆粒膜細胞からのAMHの産生低下、排卵数の低下、交配実験での出産数の低下が確認でいた。さらに免疫抑制剤投与によって、卵巣GVHDの発症を抑制可能か検討し、Methylprednisolone 10mg/kgを投与することにより全身GVHDとともに卵巣GVHDの発症が抑制された。その結果、顆粒膜細胞からのAMHの産生と排卵数の回復が認められ、妊孕性が回復した。以上の結果から、GVHD予防が卵巣機能と妊孕性の維持に重要であることが示唆された。血液内科学本課題の仮説である卵巣がGVHDの新たな標的臓器であることがほぼ確実となった。卵巣GVHDの存在を、病理学的、内分泌学的に証明でき、さらに不妊となることを証明できた。ほぼ完成に近づいており、初年度に想定以上の達成が得られた。初年度に得られたデータをリピートし、統計学的有意差を検討し、データの確実性を検証する。また、FSHなど下垂体由来の卵巣刺激ホルモンに変化がみられないか検討する。最終的には、免疫抑制剤によるGVHD予防の実施によって卵巣機能と妊孕性の保護が可能であることを証明し、GVHDが不妊の原因であり、GVHD制御による不妊防止を確立する。動物実験施設の改修に伴い、十分な研究スペースが確保できなかった。今年度は十分な実験スペースを確保することと、その他の実験スペースを有効利用することで対応する。