hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
デコイ型核酸の遺伝子導入による神経因性疼痛の病態解明と治療法の開発

これまでに我々はL5脊髄神経絞扼ラットの脊髄神経節レベルに遺伝子導入することで温熱刺激に対する痛覚過敏を抑制することを確認(Sakaue et al.Neuroreport 2001)してきた、脊髄腔内にデコイ型NF-κBを投与し、マイクログリア、アストロサイト等の活性化メカニズムと痛覚過敏との関与を検討する。1サイトカイン特異的mRNAの量2)遺伝子-蛋白相互作用の解析デコイ型核酸によるNF-κB活性化の抑制を検索するためにゲルシフトアッセイを行う(Ono et al.1998)。ラット神経因性疼痛モデルの脊髄から採取したサンプルより蛋白抽出液を調製しラベルしたプローブDNA断片と結合させて非変性ポリアクリルアミドゲル電気泳動を行う。形成されたDNA-蛋白複合体の移動度よりデコイ群、スクランブル群において活性化NF-κBの解析を行った。
神経組織におけるアレルギー性疾患の免疫病理

実験的アレルギー性脳脊髄炎の発症には、中枢神経系に固有の抗原に対し特異的に反応する自己免疫性T細胞の活性化が本質的に必須であるが、活性化された自己免疫性T細胞が如何にしてin vivoでの細胞動態(fate)をたどるかに関する情報は知られていない。とりわけ実験的アレルギー性脳脊髄炎を含め、多くの自己免疫性疾患の再燃に関してこれが過去に活性化された自己免疫性T細胞の再活性によるものか、新たな自己免疫性クローンの出現に因るものであるのかを理解する事は本疾患の病因と病態を理解する上で極めて重要な問題であると考えられる。本研究はこの点を鑑み、我々の確立した雄LEWラット由来、自己免疫性T細胞株、Phi-1(実験的アレルギー性脳脊髄炎起炎株)をドナーとして用い、雌LEWラットをレシピエントとして、養子受動免疫移入法により、アレルギー性脳脊髄炎を惹起。その後Y染色体上の性決定遺伝子:SRYに特異的なプライマーを用いたPCRを用いて経時的に循環血液中の自己免疫性T細胞株の存在の有無に関する解析を行った。結果、実験的アレルギー性脳脊髄炎発症後、1ヶ月までは一般循環血液中にその存在を認めるも、23ヶ月を経過したものに関しては、その存在を確認する事はできなかった。これが単にY染色体遺伝子上のマイナー抗原:H-Yに関する免疫応答による免疫学的排除によるものであるのか、或いは、一般循環血液中以外の各組織への再分布に因るものであるを検討する為に、現在、一般循環血液中以外の組織に関して、検討中である。所謂T細胞vaccinationと称せられる方法論が実験的アレルギー性脳脊髄炎に於いて報告されて久しいが、更に最近自己免疫性T細胞の抗原受容体:TcRが特に限られたVβファミリーを使用しているとの実験結果からTcRのVβ特異的ペプチドであらかじめ動物を免疫し、自己免疫性T細胞の発生及び疾病の予防を行なおうとする試みが報告されてきた。しかしながら他者の報告では必ずしもこうした報告を支持しない結果も報告されているのが現状である。本年度はこの点を鑑み、我々の確立した二種類の雄の動物由来、自己免疫性T細胞株、Phi-1(アレルギー性脳脊髄炎)・Phi-2(アレルギー性神経炎)のVβファミリーの使用率の解析及びレシピエント動物をT細胞Vβペプチド(Vβ8:39-59)でvaccinationののち自己免疫性T細胞株に対する感受性の解析を行なった。結果Vβ8:39-59,vaccination後の自己免疫性T細胞株、Phi-1(アレルギー性脳脊髄炎)・Phi-2(アレルギー性神経炎)に対する抵抗性を支持する結果を得ることはできなかった。しかしながらあらかじめ雌の動物を雄特異抗原H-Yで感作しておくと長期にわたって自己免疫性アレルギー性脳脊髄炎及び神経炎に対する耐性を獲得していることが観察された。15EA02:本年度はこの点を鑑み、我々の確立した雄LEWラット由来、自己免疫性T細胞株、Phi-1(実験的アレルギー性脳脊髄炎起炎株)をドナーとして用い、雌LEWラットをレシピエントとして、養子受動免疫移入法により、アレルギー性脳脊髄炎を惹起。

その後Y染色体上の性決定遺伝子:SRYに特異的なプライマーを用いたPCRを用いて経時的に循環血液中の自己免疫性T細胞株の存在の有無に関する解析を行った。結果、実験的アレルギー性脳脊髄炎発症後、1ヶ月までは一般循環血液中にその存在を認めるも、23ヶ月を経過したものに関しては、その存在を確認する事はできなかった。これが単にY染色体遺伝子上のマイナ-抗原:H-Yに関する免疫応答による免疫学的排除によるものであるのか、或いは、一般循環血液中以外の核組織への再分布に因るものであるを検討する為に、現在、一般循環血液中以外の組織に関して、検討中である。
多階層複雑・開放系における粒子循環の物理とマクロ制御

核融合炉の定常化に向けて“多階層複雑・開放系における粒子循環物理とマクロ制御"という観点で金属壁、境界(SOL)プラズマ、コアプラズマからなる入れ子状の複雑系における燃料粒子循環に関わるマクロ構造形成・伝達過程とその制御性を目的とした。1)電子サイクロトロン波による非誘導電流駆動(7万アンペア)、2)燃料注入に対する応答関数を用いた粒子循環制御法の開発、3)SOL領域のプラズマ揺らぎの可視化および燃料注入による自発プラズマ回転の反転と緩和の観測、4)温度制御可能(100-500度)な高温壁の導入による定常化(200度で最長6時間)と再堆積層を考慮した粒子循環のモデリングなどの成果をあげた。核融合炉の定常化に向けた研究課題として“多階層複雑・開放系における粒子循環物理とマクロ制御"という観点で終端・対向面、開磁気面、閉磁気面を特徴とするプラズマ対向壁(PFC),周辺開磁気面領域(SOL),高性能プラズマコア領域(CORE)から構成される入れ子状の複雑系における粒子循環・密度分布に関わるマクロ構造形成・伝達過程とその制御性を調べることが目的である。具体的には温度制御可能な対向壁(Hot-Wall ; HW)を2カ年計画でQUESTに設置し、壁でのリサイクル粒子循環過程の定常化・制御化を試み、PFC-SOL-COREのおける粒子循環の相互干渉性を調べることである。初年度の実績としてまずハードの面では1)HWの熱設計を再度実施し、350-500度の加熱が可能であることを確認し、2)高温壁パネル、輻射シールド板の設置構造、仕様を決定し、3)必要なパネル等を購入した。H25年度に設置を行う。研究としては"多階層粒子循環系"の各系において、プラズマ粒子並びに中性粒子それぞれの動特性を調べた。これは放電管壁を室温-100度で維持して実施した。1壁吸蔵・放出遷移と動特性の現象に関しては四重極ガス分析器を用いた燃料水素、ヘリウム粒子の同時実時間計測から壁保持率の決定、ダイバータ部に設置したPdCu水素原子束計測プローブによる入射束の実時間計測に世界で初めて成功した。2SOLでの揺らぎの動特性に関しては高速カメラと局所プローブによる揺らぎの統計解析を行い、運動量注入のない高周波電流駆動時にもプラズマ流れが存在することを確認した。3coreプラズマの高性能化に関しては高ポロイダルベータ値(4ー5)のプラズマ生成と維持に成功し、トカマク配位の5分間維持を達成した。核融合炉の定常化に向けた研究課題として“多階層複雑・開放系における粒子循環物理とマクロ制御"という観点でプラズマ対向壁(PFC),周辺開磁気面領域(SOL),高性能プラズマコア領域(CORE)から構成される入れ子状の複雑系における粒子循環・密度分布に関わるマクロ構造形成・伝達過程とその制御性を調べることが目的である。具体的には温度制御可能な高温壁を設計・製作・設置し、壁でのリサイクル粒子循環過程の定常化・制御化を試み、各階層間粒子循環の相互干渉性を調べることである。ハード面では1)高温壁のための温度詳細設計(熱特性、熱応力等)、工学設計に基づき、高温壁パネル、輻射シールド板の制作、熱電対、加熱制御電源の購入、表面タングステン溶射等を完了した。物理研究としては2)ガス入射変調による粒子循環システムの応答関数の決定、3)駆動プローブによるSOL流速分布計測に加えて不純物発光線のDoppler計測による自発トロイダル回転(<20km/s)の確認、4)高ポロイダルベータ( 4-5)による自発ダイバーター平衡配位の発現、5)10分間定常トカマク維持の成功、6)第2高調波による駆動電流66kA達成など、各階層で主要な個別課題に関して大きな成果を収めることができた。このような粒子循環系において、中性粒子を介した1壁吸蔵・放出遷移と動特性の現象特に伝達関数の手法を導入した現象の予測精度の向上,2SOLでのblob動特性と揺動駆動、熱流束、粒子束およびプラズマ流れの相関,3Ware pinchのない系でのcore密度の中心ピーク化や運動量入射のない系における自発プラズマ流れの発現とその維持に着目する。本研究では特に、燃料粒子の外部からの注入が、1)金属内部への水素透過やその保持、2)SOLへの密度揺らぎの増幅ならびに中性ガス圧の揺らぎ増大、3)プラズマ内部密度分布並びにプラズマ回転分布の修正と自己回復などをもたらす機構の解明と予測・制御をめざす核融合炉の定常化に向けた研究課題として“多階層複雑・開放系における粒子循環物理とマクロ制御"という観点でプラズマ対向壁(PFC)、周辺開磁気面領域(SOL)、高性能プラズマコア領域(CORE)から構成される入れ子状の複雑系における粒子循環・密度分布に関わるマクロ構造形成・伝達過程とその制御性を調べることが目的である。これまでに、1)電子サイクロトロン波による非誘導電流駆動と定常維持、2)トカマク運転の定常運転と粒子循環制御法の開発、3)SOL領域のプラズマ揺らぎの特性と可視化および流れ計測、4)温度制御可能な高温壁の導入による壁循環の拘束、などを目標に成果をあげてきた。今年度は設置した温度制御可能な高温壁を用い、粒子循環動特性の温度依存性の詳細と“粒子循環特性の予測と制御"を試みる。即ち、1外部摂動に対する伝達関数の温度依存性とそれを導入した壁吸蔵・放出過程の動特性予測、2SOL揺動駆動束、熱流束、およびプラズマ流れの相互役割および中性ガス揺らぎと粒子循環の関わり、3運動量入射のない系における自発プラズマ流れの発現とその維持を調べる。

特にトカマク配位形成過程や粒子循環との相互作用に着目する。最終的に、燃料粒子の外部からの注入が、1)金属内部への水素透過やその保持、2)SOLの密度揺らぎの増幅ならびに中性ガス圧の揺らぎ増大、3)プラズマ内部密度分布並びにプラズマ回転分布の修正と自己回復、などをもたらす機構の解明と予測・制御をめざす。核融合炉の定常化に向けた研究課題として“多階層複雑・開放系における粒子循環物理とマクロ制御"という観点でプラズマ対向壁(PFC),周辺開磁気面領域(SOL),高性能プラズマコア領域(CORE)から構成される入れ子状の複雑系における粒子循環・流速分布に関わるマクロ構造形成・伝達過程とその制御性を調べることが目的である。具体的には温度制御可能な高温壁を設計・製作・設置し、壁でのリサイクル粒子循環過程の定常化・制御化を試み、各階層間粒子循環の相互干渉性を調べる。ハード面では1)高温壁システム(加熱パネル、輻射板、熱電対ー温度制御系)のQUEST放電管内部への設置を完了した。さらに、放電管表面温度の制御のための冷却水システムの設計を行い、プラズマ加熱パワーの増強に対しても放電管内部温度を500度以下に制御可能な加熱・冷却システムを検討した。物理研究としては2)透過プローブ計測の整備と多点化をはかり、ガス入射変調による粒子循環システムの応答関数を決定した。これにより定常化に向けての新たな制御手法が整備された。3)SOL領域に関しては、多点駆動流速プローブによるSOL流速分布計測に加えて不純物発光線のDoppler計測を用いて自発トロイダル回転のポロイダル磁場依存性を世界で初めて確認した。4)定常トカマク運転に関しても、新たに設置した高温壁200度以下において1000秒維持を達成することができた。関連した粒子循環モデルを金属表面への再堆積層を考慮して新たに構築し、実験結果の粒子吸蔵量・放出量などを定量的に予測可能となってきた。以上のように各階層で主要な個別課題に関して大きな成果を収めることができた。こうした内容に関しては2016年に開催される、国際プラズマ・壁相互作用会議、国際核融合エネルギー会議にて発表が受理されている。後者は国内・国際事前審査を経て認められている。研究は予想を上回って進んでいる。26年度に予定通り高温壁システム(加熱板-冷却板-輻射シールド板)を本体放電管内部に設置完了した。後半には高温壁の設置後のプラズマ維持実験を高周波40kWレベルで行いハード面の工学試験を順調に完了した。物理研究における進捗は以下の通りである。入れ子状の構造を持つ系において各領域での個別研究が予想以上に前進した。1)PFC領域では、2つの新たな進展があった。第一は金属壁に吸蔵されたヘリウムのプラズマによる誘導放出過程を定量的に調べるために摂動法を適用した。これにはあらかじめ実施したヘリウム放電後、水素プラズマ中の水素ガスのパルス注入に伴う摂動応答をHeガス圧に関して調べることにより、パルス注入との位相遅れ、放出率の時間発展の両面から誘導放出過程を自発放出過程と明確に区別して明らかにする方法を実証した。第二は壁への入射束と吸蔵束の関係に関して、今回の実験で稼働システムを用いて、世界で初めて局所吸蔵束とイオン束の直接比較を行った。重要な知見としてPFC影では“壁堆積束"に寄与するのがatomic水素であることが示された点である。
高校情報科教育向け簡易eラーニングシステムの分散サーバ方式の研究

文科省の平成15年度教育情報共有化促進モデル事業の助成を受けて研究代表者と宮城県高等学校情報科教育研究会が共同開発した「情報科教育ポータルサイト」が実装している「簡易eラーニング機能」において,セキュリティやサーバの負荷集中による応答速度の低下など,いくつかの懸案事項を解決するための研究・開発に取り組んできた。その結果,「簡易eラーニング機能」を複数の分散サーバに分けて配置する分散サーバ方式を新たに開発し,セキュリティの向上やサーバ負荷低減を図ることができた。当初,宮城県学習情報ネットワークSWAN配下での評価を予定していたが,SWANの運用方針と調整が付かず,やむを得ず,擬似的に校内LANを想定したネットワーク環境において,分散サーバ方式の簡易eラーニング機能の評価を行って,期待通りに動作することを確認した。また本研究で開発した分散サーバ方式の簡易eラーニング機能を利用するためには,校内LANに簡易eラーニング機能を持つ分散サーバを情報科教員が自前で導入する必要がある。そこで高校の情報科教員が校内LANへ容易に分散サーバを設置することが可能な自動インストーラ付きパッケージを開発し,導入時の作業軽減が可能となった。本研究の成果により情報科教員が「情報科教育ポータルサイト」の簡易eラーニング機能を積極的に活用すれば,容易に生徒の学習状況をCSVデータ形式で把握することができる。この結果,情報科教員は単純な集計作業から解放され,今まで以上に本来の教育活動に充てる時間を確保することが可能になる。この「情報科教育ポータルサイト」の簡易eラーニング機能の利用が普及すれば,多くの情報科教員にゆとりが生まれ,情報科の「教育の質」の向上が期待できる。1.研究の概要既存の高校向け情報科教育ポータルサイトは簡易eラーニング機能を持つが,1台のサーバで問題蓄積,問題配信,自動採点と学習履歴を保持する方式のため(1)ネットワークに生徒の認証データや学習履歴データが流れる,(2)サーバに学習履歴が蓄積されるので不正アクセス等で流出する危険がある,(3)クライアント数に比例してサーバの負荷が大きくなる,等の問題点がある。そこで本年度は上記(1)と(2)のセキュリティ面及び(3)のサーバの負荷分散を改善するため,学習確認機能の分散サーバ方式の研究開発を行った。2.研究成果(1)学習確認機能の分散サーバ方式を開発インターネットに接続したサーバ1台(センターサーバ)で実現していた学習確認機能は,同機能を持つサーバ(ローカルサーバ)を複数台設置して,負荷分散を図ることにした。生徒用クライアントPCから利用する場合,インターネットに接続したセンターサーバ側ではなく,校内LANに接続したローカルサーバ側の学習確認機能を利用するので,センターサーバ側の負荷の大幅な軽減が期待できる。一方,生徒の学習履歴はローカルサーバ側に随時蓄積され,認証データも校内LANだけに流れるので,セキュリティ面の改善も期待できる。問題及び解答データベース(DB)をセンターサーバ側で一元的に管理するため,ローカルサーバ側との問題DBミラーリング機構を開発した。ローカルサーバ側はセンターサーバ側から問題DBの更新通知(メール)を受け取り,センターサーバへアクセスして問題DBを更新する。(2)分散システムのパッケージ化を検討分散システムを校内LANへ容易に設置が可能なパッケージ方法を検討した。Linux以外のWindowsやMacOSX等も視野に入れ,ローカルサーバ側のシステム全体を見直して軽量化を図ると,設置時の複雑さを軽減できることが判明した。平成18年度に「高校情報科教育ポータルサイト」の簡易eラーニング機能のセキュリティ改善とサーバの負荷分散を図る,新たな分散サーバ方式の仕組みを研究し,分散サーバシステムを開発した。今回はこの成果を踏まえ,分散化サーバ方式の簡易eラーニングシステムの評価実験を行った。また評価実験での知見を踏まえ簡易eラーニングシステム全体の品質向上を図った。さらに分散サーバ方式によるローカルサーバのソフトウェア構成を見直して軽量化したインストール機能付きパッケージを開発した。(1)簡易eラーニングシステムの分散サーバ方式の評価実験

ローカルサーバからhttp専用サーバを削り,Webアプリケーションサーバが持つ簡易httpサーバ機能を利用したローカルサーバ・システムを構成し,ローカルサーバ方式システムの評価実験を行った。当初,宮城県情報科教育研究会の協力を得て,宮城県学習情報ネツトワーク(SWAN)配下にある県立校の校内LANに評価用ローカルサーバを収容した評価実験を予定していた。しかしSWANのネットワーク運営方針との調整が難航し,最終的には校内LANを想定した擬似的なネートワーク環境へローカルサーバを収容して評価実験を行った。その結果,ソフトウェアの軽量化に伴う処理能力低下による影響もなく,実使用に即した機能と性能を持つことが確認できた。(2)自動インストーラ付きパッケージの開発簡易eラーニングシステムの分散サーバシステムにおいて,ローカルサーバを簡単に設置可能なインストーラ付きパッケージ(Window版とLinux版)を開発した。これにより手動でインストールする際に必要なユーザ操作を大副に削減することが可能で,高校教員が校内LAN等へローカルサーバを容易に設置・収容することが可能となった。
局所麻酔剤による咀嚼筋細胞機能障害-特に咬筋細胞内Ca動態との関連-

本研究は、アミド型局所麻酔薬による咀嚼筋に対する系統的障害特性を単離筋形質膜(SL)、筋小胞体(SR)を用い、その膜系機能に対する効果について精査しようと計画されたものである。得られた研究結果は以下のとおりである。ニュージランド白色家兎(2-2.5kg)の右則の咬筋に1%局所麻酔薬(ブピバカイン、メピバカイン、リドカイン)を、対照として左側咬筋に0.9%salineをそれぞれ投与し,1、3、5そして10日後に摘出した左右咬筋から筋小胞体(SR)と筋形質膜(SL)をそれぞれ分離した。oxalate存在下でSRのCa uptake velocityとCa-ATPase活性を測定した場合、そのcoupling ratioはブピバカイン投与3日後に著明に低下し、この低下はブピバカインで最も顕著であった。このような効果は、メピバカインでも若干みられたがリドカインではみられなかった。ブピバカイン投与3日後に調製分離したSRでは:1)定常状態Ca uptake(oxalate非存在下)とCa permeabilityに低下がみられたが、メピバカイン、リドカインではみられなかった。2)これらの低下は、ベラパミル(0.125mg/ml)0.5mlを予め処置することによって抑制された。また、3)^<32>P遊離速度(V)、総リン酸化中間体(EP)量およびturnover number(V/EP)は不変であった。ベラパミルの効果は、ブピバカイン投与3日後の咬筋ホモジネートCa uptakeにおいても再現された。ブピバカインはin vitroで:1)濃度依存性(0.5-50mM)にSR定常状態Ca uptakeを低下させ、2)この低下は、SRのCa放出チャンネルを閉口させる条件のライアノジン(750mM,10分間処置)およびプロカイン(2mM)で抑制された。SLのNa,K-ATPaseとNa-Ca exchange活性はSRのCa uptakeと同様、ブピバカイン投与3日後に著明な低下を示した。ブピバカインのSL機能に対する効果もベラパミルで抑制された。以上より、ブピバカインのSR Ca輸送を低下させる効果は、Ca permeability,oxalate entryそしてCa pump unitに関連するATPase反応段階とは独立したものであり,ゲートチャネルからのCa放出増大に一部依存している可能性がある。また、SLの酵素および交換体タンパク機能もブピバカインによって抑制を受けるが,SRの場合でもSLの場合でも,L-型チャネルを介するCa流入の増大がブピバカインによる骨格筋機能障害にリンクしていることが示唆された。
心筋梗塞後の病態変化と左室リモデリング予測に関する継時的生体分子イメージング研究

血管新生時の内皮細胞の遊走を制御するαVβ3 integrinに特異的に結合するRGDの生体画像化を試みた。Tc-99m-RGDはSPECTでの集積の確認ができなかった。一方I-123-RGDはSPECTで虚血再灌流1週モデルにおける梗塞部の血管新生部に一致して集積が確認された。SPECTとオートラジオグラフィでの血流欠損の定量性の比較検討では良好な相関が得られた。ラットの心機能、血流分布の継時的変化を8-28週令で検討した。左室拡張、収縮末期容積、一回拍出量は体重と強い正の相関を示した。一方駆出分画は体重増加に伴って徐々に低下した。心筋血流分布は心基部でわずかに変化したのみで他は変化がなく、血流分布異常は1つの標準血流分布マップとの対比で評価が可能と考えられた。虚血再灌流モデルにおけるpostconditioning(PC)の炎症性変化と左室リモデリングに及ぼす影響の検討を行った。虚血再灌流1,3,7,14日後のC-14-methinine(マクロファージに特異的に集積する)の集積比はそれぞれ0.74±0.12, 1.85±0.16, 1.48±0.10, 1.25±0.04であったが、PCにより1,3日後では変化なく(0.78 ±0.11、1.90±0.21)、7,14日では1.23±0.23, (p<0.05)、1.07±0.09(P<0.005)と有意に低下し、炎症性変化の終息が促進された。2月後の心エコーで、拡張末期径(0.97±0.16から0.78±0.12 cm, P<0.05)、収縮末期径(0.85±0.12から0.55±0.23 cm, P<0.05)は縮小し、fractional shorteningは改善した(12±6.2 to 29±12 %, P=0.01)。梗塞後の炎症性変化の早期終息は左室リモデリング改善と連関していた。I-123標識arginine-glysine-aspartic acid (RGD)の生体イメージングは成功した。梗塞後の炎症性変化すなわちマクロファージの浸潤はpostconditioningにより早期に終息に向かうことが示され、それに伴って2月後の左室リモデリングが抑制された。また正常ラットの成長に伴う左室機能指標の変化、血流分布の変化の検討は順調にデータが得られた。Tc-99m-annexin Vによるin-vivoSPECT/CTによる虚血再灌流後の集積とその後の左室リモデリングの明確な関連性が示されず、これ以上の検討は断念することとした。梗塞後の病態変化に関しての軸足を心筋のアポトーシス、壊死からその後の組織修復に関連する血管新生と炎症性変化の推移の方向へ移し、直接的な炎症性変化の抑制が左室リモデリングに影響するかを検討することとした。梗塞後に治療的介入として抗炎症剤を投与しC-14-methinonieの集積変化と左室リモデリングの関連を検討する方針である。またRGDによる血管新生画像による梗塞後の組織修復時の集積度と左室リモデリングの関連も検討も考慮する。また心電図同期心筋血流SPECTにおける左心機能を含めた左室リモデリング評価時における既存の各種パラーメータに加え収縮同期性による予後予測に関しても解析を進める予定である。心筋梗塞後の組織修復過程での左室リモデリングは予後に重大な影響を及ぼす。リモデリングの規定因子と予想されるアポトーシス、血管新生、炎症性変化の画像化をめざして検討を行った。SPECT/CTにて虚血再灌流3,7日後のTc-99m-annexin Vの集積とその後の左室サイズ、収縮機能の関連を検討したが、明確な傾向を示さなかった。この原因としてin vivo画像でのトレーサー集積の感度と定量性が充分に高くない事が考えられた。RGDは血管新生時の内皮細胞の遊走を制御するαVβ3 integrinに特異的に結合するが、一方でαvβ3はマクロファージにも発現するとの報告がある。そこでラット虚血再還流モデルにて、RGDとマクロファージに集積するmethionineの経時的集積分布を比較検討した。虚血再還流1,3,7,14日と1,2か月後にI-125-RGDまたはC-14-methionineを静注し、それぞれ80分、20分後にarea at risk描出のため冠動脈を再結紮し、直後にTc-99m-MIBI(150-180MBq)を投与し、1分後に心筋を摘出し、2核種オートラジオグラフィにて画像化した。その結果、area at risk内のRGD、methionineの集積比はそれぞれDay1で0.71±0.13と0.71±0.13、Day3で1.22±0.22と2.03±0.33、Day7で2.27±0.36と1.91±0.26、Day14で2.04±0.17と1.47±0.15、1月で1.93±0.16と1.26±0.08、2月で1.57±0.15と1.15±0.07と異なる集積トレンドを示しRGDの集積は病理学的に血管新生に相関していた。

以上より、I-125-RGDの集積は梗塞1週後から著明に増加し、1-2ヵ月にわたって血管新生を反映していると考えられた。血管新生時の内皮細胞の遊走を制御するαVβ3 integrinに特異的に結合するRGDの生体画像化を試みた。Tc-99m-RGDはSPECTでの集積の確認ができなかった。一方I-123-RGDはSPECTで虚血再灌流1週モデルにおける梗塞部の血管新生部に一致して集積が確認された。SPECTとオートラジオグラフィでの血流欠損の定量性の比較検討では良好な相関が得られた。ラットの心機能、血流分布の継時的変化を8-28週令で検討した。左室拡張、収縮末期容積、一回拍出量は体重と強い正の相関を示した。一方駆出分画は体重増加に伴って徐々に低下した。心筋血流分布は心基部でわずかに変化したのみで他は変化がなく、血流分布異常は1つの標準血流分布マップとの対比で評価が可能と考えられた。虚血再灌流モデルにおけるpostconditioning(PC)の炎症性変化と左室リモデリングに及ぼす影響の検討を行った。虚血再灌流1,3,7,14日後のC-14-methinine(マクロファージに特異的に集積する)の集積比はそれぞれ0.74±0.12, 1.85±0.16, 1.48±0.10, 1.25±0.04であったが、PCにより1,3日後では変化なく(0.78 ±0.11、1.90±0.21)、7,14日では1.23±0.23, (p<0.05)、1.07±0.09(P<0.005)と有意に低下し、炎症性変化の終息が促進された。2月後の心エコーで、拡張末期径(0.97±0.16から0.78±0.12 cm, P<0.05)、収縮末期径(0.85±0.12から0.55±0.23 cm, P<0.05)は縮小し、fractional shorteningは改善した(12±6.2 to 29±12 %, P=0.01)。梗塞後の炎症性変化の早期終息は左室リモデリング改善と連関していた。I-123標識arginine-glysine-aspartic acid (RGD)の生体イメージングは成功した。梗塞後の炎症性変化すなわちマクロファージの浸潤はpostconditioningにより早期に終息に向かうことが示され、それに伴って2月後の左室リモデリングが抑制された。また正常ラットの成長に伴う左室機能指標の変化、血流分布の変化の検討は順調にデータが得られた。Tc-99m-annexin Vによるin-vivoSPECT/CTによる虚血再灌流後の集積とその後の左室リモデリングの明確な関連性が示されなかったが、原因として検体数(n=5程度)が少ないこと、in vivo画像でのトレーサー集積の感度と定量性がオートラジオグラフィに比べで不十分であることが考えられた。今後アポトーシスと左室リモデリングの関連に関するin-vivo SPECT/CTの検討は一旦中断し、方策を検討することとした。梗塞後の病態変化に関しての軸足をアポトーシスから組織修復に関連する血管新生と炎症性変化の推移の方向へ移す事を考えている。まずは炎症性変化の抑制が左室リモデリングに影響するかを検討するために梗塞後に治療的介入として抗炎症剤を投与しC-14-methinonieの集積変化と左室リモデリングの関連を検討する方針である。また虚血再灌流再灌流後の冠動脈血流の開放、遮断を短時間で繰り返すpostconditioningの血管新生や、炎症性変化、さらには左室リモデリングに及ぼす影響も検討する予定である。実験に用いているラットは8-10週齢のものであるが、これは成長中であり、体重が増加している時期である。従って正常ラットの成長にともなう心機能の変化を把握しておくことが今後の研究に寄与すると考えられる。
残留係数を導入した三次元安定解析手法に関する研究

本研究では,まず,安定解析に必要な強度定数c,φを得るために物理的・鉱物学的性質を異にする地すべり土について強度測定試験を行った.次に,残留係数を導入した三次元安定解析手法について検討し,提案した.1.c-φ関係図において,c=37.5kN/m^2,φ=35.0°付近から正規圧密強度付近にまで及ぶ領域が強風化・破砕泥岩のピーク強度ゾーンとして設定された.正規圧密強度はc軸上のφ=2330°の範囲にあり,残留強度はφ=9°17°の範囲で与えられた.φ≦10°のような低い値は残留せん断面が鏡肌を呈するほどに発達した試料で得られた.2.シルト・砂分が多く,粘土含有量が20%より少ない試料でもピークから残留への明瞭な強度逓減が認められた.強度逓減量は,配向性鉱物総量との関係において凸型変化を示した.地すべり土の応力変位曲線は,含有される鉱物総量に基づいて4タイプに類別できた.3.通常の地すべりの安定解析において、実験で得られるピーク強度,完全軟化強度(正規圧密強度)および残留強度の単独の適用は,安全率が過大または過小であると計算・評価してしまうため,すべり発生の事実が説明できない。提案された安定解析手法により,すべり面の平均強度定数が適切に算定され,二次元解析結果と比べてかなり小さいことが検証できた.また,本手法により,すべり時に動員されるピーク強度と残留強度の関与領域がすべり面全域で区分・表示できた.本研究では,まず,安定解析に必要な強度定数c,φを得るために物理的・鉱物学的性質を異にする地すべり土について強度測定試験を行った.次に,残留係数を導入した三次元安定解析手法について検討し,提案した.1.c-φ関係図において,c=37.5kN/m^2,φ=35.0°付近から正規圧密強度付近にまで及ぶ領域が強風化・破砕泥岩のピーク強度ゾーンとして設定された.正規圧密強度はc軸上のφ=2330°の範囲にあり,残留強度はφ=9°17°の範囲で与えられた.φ≦10°のような低い値は残留せん断面が鏡肌を呈するほどに発達した試料で得られた.2.シルト・砂分が多く,粘土含有量が20%より少ない試料でもピークから残留への明瞭な強度逓減が認められた.強度逓減量は,配向性鉱物総量との関係において凸型変化を示した.地すべり土の応力変位曲線は,含有される鉱物総量に基づいて4タイプに類別できた.3.通常の地すべりの安定解析において、実験で得られるピーク強度,完全軟化強度(正規圧密強度)および残留強度の単独の適用は,安全率が過大または過小であると計算・評価してしまうため,すべり発生の事実が説明できない。提案された安定解析手法により,すべり面の平均強度定数が適切に算定され,二次元解析結果と比べてかなり小さいことが検証できた.また,本手法により,すべり時に動員されるピーク強度と残留強度の関与領域がすべり面全域で区分・表示できた.現在のルーチン的な安定解析手法では,すべり面の設定並びに安定計算上の困難さから,地すべり移動ブロックを二次元問題として取り扱っている。すなわち,すべり移動方向にほぼ一致するすべり層厚が最大となる縦断面について解析することで,計算を単純化し,意図的に過大な対策を行い安全性を確保してきた。しかし,地表面形状,すべり面形状、地下水面形状等の三次元的な情報が無視されてしまい,地すべりの形状によっては二次元的な取り扱いが適当でない場合や,不適切な対策になってしまう場合がある。そのような地すべりでは,地すべりブロックを把握するための調査を十分に行い,三次元的に解析する必要がある。本研究では,自動メッシュ作成を可能にした三次元安定解析プログラムを開発した。このプログラムでは,地すべり頭部・側部・末端部などに合わせてすべり面強度を設定でき,しかも複数の地すべりブロックを一度に計算できる。これにより,測量・調査・設計にわたって,CADデータを有効に利用でき,しかも,複雑な地すべりの三次元安定解析を迅速に実施することができるようになった。また,実際地すべりに本解析プログラムを適用し,すべりブロック三次元情報,残留強度,破砕ピーク強度等の詳細な調査・測定試験結果を与えて,安定計算を行った。その結果,すべり面の平均強度定数,およびすべり面全体における残留強度と破砕ピーク強度の関与領域が明らかにされた。沖縄県島尻層群泥岩地帯の地すべり(仲順地すべりおよび西原運動公園地すべり)を対象に,以下の研究を行った。(1)採取試料について,現有の三軸圧縮試験機と購入した「三軸圧縮試験収録装置」,およびリングせん断試験機を使用して強度測定を行った。すなわち,すべり面付近から採取した不撹乱土のピーク強度,破砕ピーク強度および弱面強度の各定数,およびすべり面土の完全軟化強度および残留強度の各定数を求めた。(2)購入した「三次元安定解析プログラムおよび等高線三次元属性付加プログラム」および「Ophelia4+Auto・Cont」と残留係数を導入した解析法を組み合わせ,地すべりの地表面形状,すべり面形状,地下水面形状等の詳細な調査結果から移動ブロックおよび地下水面の三次元形状を確定し安定解析を行った。また,二次元安定解析も併せて行い,双方の結果と地すべりの滑動形態との整合性について検証した。
廃棄物埋立地でのメタン生成と酸化に関与する微生物生態の分子生物学的手法による解析

メタンは炭酸ガスに次ぐ温室効果ガスであり、固形廃棄物(都市ごみ)埋立地はもっとも大きな人為的発生源であると報告されている。本研究では、有機性固形廃棄物を主体に受け入れる実埋立地の異なる深さから採取したボーリングサンプルを用いて埋立地土壌のメタン放出に関わる微生物生態の構造と動態を16SrRNAアプローチによる分子生物学的手法を用いて解析した。廃棄物埋め立て土壌の深さ100cm部分のサンプルから古細菌由来の16SrDNAクローニングを行い、ランダムに72クローンを選択した。この72個のクローンはRFLP解析により分子系統解析を行った結果、6クローン全てが既知のメタン生成古細菌に近縁であることが判明した。しかし、それらクローンの塩基配列は、既知のメタン生成古細菌の配列と100%の相同性を示すものは存在しなかった。この結果から、新規のメタン生成古細菌が存在する可能性が示唆された。比較的浅い埋立地部位では有機物の嫌気的分解過程で生成されたH_2はホモ酢酸生成菌によって酢酸に転換される反応が卓越することを示した。さらに、埋立地深部(10m以上)では有機物分解過程で生成した酢酸は酸化され水素が生成し、高温性の水素利用のメタン生成細菌が優占すること、など重要な知見を提示した。また、模擬カラムにより嫌気・上層好気・準好気性埋立地を再現し,炭素・窒素の物質収支を基に埋立地における廃棄物初期分解過程の詳細な観察・解析およびFISH法によるメタンの放出に関与する微生物の検出・定量を行った.3つの埋立地条件ともに実験開始から150日目までの酸生成期に,投入した炭素および窒素の13%, 40%が浸出水として急激に流出した.それ以降の長期にわたる酸生成・メタン生成期では,嫌気性:著しいVFAの蓄積と緩やかなメタン生成,上層好気性:廃棄物層上部においてメタン酸化細菌1.3×109cell/g-dry-wasteを検出,準好気性:早期の浸出水有機汚濁物質濃度の低下と著しい二酸化炭素放出など,特徴的な挙動を示していた.初期挙動解析の結果,発生ガスによる温暖化寄与率は準好気性が最も高いものの,好気領域の拡大は浸出水有機汚濁物質濃度の低下およびメタン放出抑制を促進できる可能性が示唆された.メタンは炭酸ガスに次ぐ温室効果ガスであり、固形廃棄物(都市ごみ)埋立地はもっとも大きな人為的発生源であると報告されている。また、模擬カラムにより嫌気・上層好気・準好気性埋立地を再現し,炭素・窒素の物質収支を基に埋立地における廃棄物初期分解過程の詳細な観察・解析およびFISH法によるメタンの放出に関与する微生物の検出・定量を行った.3つの埋立地条件ともに実験開始から150日目までの酸生成期に,投入した炭素および窒素の13%, 40%が浸出水として急激に流出した.それ以降の長期にわたる酸生成・メタン生成期では,嫌気性:著しいVFAの蓄積と緩やかなメタン生成,上層好気性:廃棄物層上部においてメタン酸化細菌1.3×109cell/g-dry-wasteを検出,準好気性:早期の浸出水有機汚濁物質濃度の低下と著しい二酸化炭素放出など,特徴的な挙動を示していた.初期挙動解析の結果,発生ガスによる温暖化寄与率は準好気性が最も高いものの,好気領域の拡大は浸出水有機汚濁物質濃度の低下およびメタン放出抑制を促進できる可能性が示唆された.廃棄物埋め立て土壌の深さ100cm部分からDNAを抽出し、古細菌由来の16SrDNAのみをPCR増幅してクローニングを行い、ランダムに72クローンを選択した。この72個のクローンはRFLP解析により6種類の電気泳動パターンに分類できた。この6種類のクローンの塩基配列を決定し、分子系統解析を行った結果、6クローン全てが既知のメタン生成古細菌に近縁であることが判明した。この結果から、本研究で用いた廃棄物埋立土壌中に新規のメタン生成古細菌が存在する可能性が示唆された。また、この分子系統解析から、各クローンの基質資化性を推察すると、おそらく土壌中のメタン生成古細菌は水素資化性のものが酢酸資化性のものよりも優占的に存在している可能性がある。この結果は、先のメタン生成活性試験の結果と一致していた。

次に、FISH法による廃棄物土壌中の微生物の定量により土壌深さ100cmおよび300cmにおいてメタン生成古細菌が検出された。しかし、検出率としてはEtBr染色によって検出された全菌数のうちの0.01%と非常に少なく、FISH法での正確な定量は困難であった。また、メタン酸化細菌はどのサンプルにおいても検出されなかった。この結果を活性試験の結果と併せて考えると、これらの微生物は土壌中に確かに存在するが、活性が低いと考えられる。従って、土壌に存在する微生物は実際の環境中でその活性が低いことから、DNAプローブの標的となる16SrRNA含量が低いためにFISH法による検出は困難であったと考えられる。これらの結果から、in situで目的微生物を検出するためには、さらに高感度のFISH法などの新しいアプローチが必要であると考えられた。メタンは炭酸ガスに次ぐ温室効果ガスであり、固形廃棄物(都市ごみ)埋立地はもっとも大きな人為的発生源であると報告されている。本研究では、有機性固形廃棄物を主体に受け入れる実埋立地の異なる深さから採取したボーリングサンプルを用いて埋立地土壌のメタン放出に関わる微生物生態の構造と動態を16S rRNAアプローチによる分子生物学的手法を用いて解析した。比較的浅い埋立地部位では有機物の嫌気的分解過程で生成されたH_2はホモ酢酸生成菌によって酢酸に転換される反応が卓越することを示した。さらに、埋立地深部(10m以上)では有機物分解過程で生成した酢酸は酸化され水素が生成し、高温性の水素利用のメタン生成細菌が優占すること、など重要な知見を提示した。また、模擬カラムにより嫌気・上層好気・準好気性埋立地を再現し,炭素・窒素の物質収支を基に埋立地における廃棄物初期分解過程の詳細な観察・解析およびFISH法によるメタンの放出に関与する微生物の検出・定量を行った.3つの埋立地条件ともに実験開始から150日目までの酸生成期に,投入した炭素および窒素の13%,40%が浸出水として急激に流出した.それ以降の長期にわたる酸生成・メタン生成期では,嫌気性:著しいVFAの蓄積と緩やかなメタン生成,上層好気性:廃棄物層上部においてメタン酸化細菌1.3×109cell/g-dry-wasteを検出,準好気性:早期の浸出水有機汚濁物質濃度の低下と著しい二酸化炭素放出など,特徴的な挙動を示していた.初期挙動解析の結果,発生ガスによる温暖化寄与率は準好気性が最も高いものの,好気領域の拡大は浸出水有機汚濁物質濃度の低下およびメタン放出抑制を促進できる可能性が示唆された.
側頭葉てんかんの表情認知機能のメカニズムの解明-てんかん患者の社会生活

てんかん患者の社会的認知機能の低下が指摘されており、社会的認知機能の一つである顔表情認知機能の低下を報告した(Tanaka et al.2013.)。本研究の目的は成人てんかん症候群で最も頻度が多く難治性てんかんでもある内側側頭葉てんかん(MTLE:mesial temporal lobe epilepsy)の表情認知機能のメカニズムをfMRI(functional magnetic resonance imaging)を用いて解明することである。本研究で使用する表情認知課題は従来の静止画とは異なりより実際に近い動画表情刺激課題を用いており、いまだ解明されていない表情認知の神経回路網の解明、さらにMTLEの臨床応用に展開しててんかん患者の円滑な社会生活を目指している。これまで、まず対象者決定のためにMTLEの診断の再評価を行い過去の報告と同様の結果を得たことを確認した。次いで設定した患者にし神経心理学検査を施行し、表情認知に影響を与える因子として挙げられる抑うつや不安の評価を行い対象者を決定した。正常群についても同様に評価を行い、また神経内科疾患や精神疾患の既往のない者を設定した。またfMRI検査に使用する動画表情刺激課題に改良が必要となったため、プログラムの改良を行った。なお、このプログラムの改良は本研究に反するものではなく、過去の報告にも影響を受けないものである。実際の検査を施行するにあたり、円滑に検査を行うための準備を整えたため、正常群より随時fMRI検査を実施していく。公開された既存の動画表情認知刺激課題をfMRI試行中に用いるには改良が必要となった。また、検査を円滑に行うための準備や検査上の問題解決(繰り返す趣味レーションになど)にも時間を要した。fMRIを正常コントロール群かつ被験者群での実施を進め解析を行い、また臨床パラメーターとの相関を検討する。対象者は当院てんかん外来通院中の患者で複雑部分発作の病歴、発作間欠期脳波・発作時脳波、3T-MRIなど包括的検査により診断された内側側頭葉てんかんの患者であり、動画表情刺激課題を用いてfMRIを施行する。平成28年度については、まず対象者決定のために診断の再評価を行い患者の設定を行った。上記により内側側頭葉てんかんと診断した患者のうち、fMRIを施行するにあたり、形態的異常、器質的病変を認めるものは除いた。また、fMRIの実験デザインを再検討しblock designで行うことに決定した。使用するタスクについては、公開された既存の動画表情刺激課題であるが、fMRI中に使用するにおいて改良が必要であり、現在取り組んでいる。なおこの改良は本研究に反するものではなく、過去の報告にも影響を受けないものである。設定した患者から対象者を決定し、質問指標および神経心理学検査を行う。また改良された動画表情刺激課題を用いてfMRIを実施する。実施後は解析を行い、また臨床パラメーターとの相関を検討する予定である。対象者の設定fMRIの実施の準備をすすめたが、公開された既存の動画表情刺激課題をfMRI中に用いるには改良が必要となった。本研究の目的は成人てんかん症候群で最も頻度が多く難治性てんかんでもある内側側頭葉てんかん(MTLE:mesial tempoこれまで対象者決定のためにMTLEの診断の再評価を行い患者の設定を行った。既存の動画表情刺激課題を用いた表情認知機能を検討する目的で、設定したMTLEの対象者に施行したところ「恐怖」「悲しみ」「嫌悪」の表情認知が困難であり過去の報告と同様の結果を得た。表情を処理する神経システムは部位特異性が報告されており、「恐怖」と「悲しみ」の表情認知障害は扁桃体が責任病巣と考えられ、「嫌悪」の認知障害は島皮質の関与が推測される。扁桃体、島はMTLEでてんかん放電により機能障害をきたす領域であり、fMRIを用いてその相関を今後検討する。fMRIの実験デザインをblock designで行う予定であり、使用するタスクについては、公開された既存の動画表情刺激課題であるが、fMRI中に使用するにおいて改良が必要であり現在改良中である。fMRI実施後は解析を行い、また臨床パラメーターとの相関も検討する予定である。fMRI施行中に用いる公開された既存の動画表情刺激課題にさらなる改良が必要となった。

本研究の目的は成人てんかん症候群で最も頻度が多く難治性てんかんでもある内側側頭葉てんかん(MTLE:mesial temporal lobe epilepsy)の表情認知機能のメカニズムをfMRI(functional magnetic resonance imaging)を用いて解明することである。本研究で使用する表情認知課題は従来の静止画とは異なりより実際に近い動画表情刺激課題を用いており、いまだ解明されていない表情認知の神経回路網の解明、さらにMTLEの臨床応用に展開しててんかん患者の円滑な社会生活を目指している。これまで、まず対象者決定のためにMTLEの診断の再評価を行い過去の報告と同様の結果を得たことを確認した。次いで設定した患者にし神経心理学検査を施行し、表情認知に影響を与える因子として挙げられる抑うつや不安の評価を行い対象者を決定した。正常群についても同様に評価を行い、また神経内科疾患や精神疾患の既往のない者を設定した。またfMRI検査に使用する動画表情刺激課題に改良が必要となったため、プログラムの改良を行った。なお、このプログラムの改良は本研究に反するものではなく、過去の報告にも影響を受けないものである。実際の検査を施行するにあたり、円滑に検査を行うための準備を整えたため、正常群より随時fMRI検査を実施していく。公開された既存の動画表情認知刺激課題をfMRI試行中に用いるには改良が必要となった。また、検査を円滑に行うための準備や検査上の問題解決(繰り返す趣味レーションになど)にも時間を要した。設定した対象者に表情認知機能に影響を与える因子として挙げられる、抑うつ・不安について質問指標にて評価を行い、また神経心理学検査も行う。fMRIについてまずは正常コントール群で施行し、ついで被験者で実施する。fMRI中に使用する動画表情刺激課題の改良後、正常コントール群と設定した被験者にfMRIを実施する。fMRIを正常コントロール群かつ被験者群での実施を進め解析を行い、また臨床パラメーターとの相関を検討する。当初手予定していた神経心理学検査ついて遅れが生じているためまた、動画表情刺激課題のプログラムに改良が必要となったため(理由)当初手予定していた既存の動画表情刺激課題のプログラムの改良が必要となり、当初計画に遅延が生じたため(使用計画)動画表情刺激課題のプログラミングとfMRI撮像(理由)動画表情刺激課題のプログラムの改良が必要となり、遅延が生じたため(使用計画)fMRI撮像およびデーター解析神経心理学質問指標の準備動画表情刺激課題のプログラミング
触媒の自己組織化を鍵とする実用的酸化反応の開発

酸化反応は化学産業において最も重要な反応であると同時に、酵素が低エネルギーで高効率に進行させる反応として知られ、学術的意義も極めて高い。しかし、酵素における活性中心である鉄や銅などの安価な金属種のポテンシャルを引き出し、実用化可能なレベルへと発展させた例はほとんど知られていない。我々は、鉄触媒とクリーンな酸化剤である過酸化水素を用いるアルコール類の効率的な酸化反応を開発し、さらに触媒の構造と活性を比較することで、触媒作用の鍵となる要因を明らかにした。また、酸化剤として理想的な酸素を用いる反応の開発を進め、アルデヒド酸化用の鉄触媒、ピコリン酸化用の銅触媒を開発した。平成27年度においては、過酸化水素を酸化剤とする酸化反応のための自己組織化型鉄触媒の開発を行った。アルカン類のヒドロキシ化やアミノ酸類を用いる不斉反応への展開を見据え、まずはアルコールの酸化反応をモデル反応とし、本研究で用いる自己組織化型鉄触媒における配位子の効果について詳しく調査を行った。立体制御配位子として6-メチルピコリン酸とキナルジン酸、電子制御配位子として4-メトキシピコリン酸、4-メチルピコリン酸、4-クロロピコリン酸を用い、それぞれの組み合わせにおいて、酢酸鉄との自己組織化により発生する触媒のアルコールの酸化反応に対する活性を比較した。その結果、6-メチルピコリン酸と4-クロロピコリン酸の組み合わせで最も高い触媒活性を示すことがわかった。次に、これらの配位子の組み合わせにおいて高い活性を示した理由を調査するために、自己組織化により発生している鉄錯体の合成、分析を行った。種々の鉄錯体について単離、単結晶X線構造解析に成功した。鉄ー窒素間の結合距離を比較すると、6-メチルピコリン酸やキナルジン酸のような鉄周りに立体反発を生じる配位子を導入すると、そうでないものに比べて伸長していることがわかった。また、単離した錯体の電気化学測定を行うと、4-クロロピコリン酸を用いた場合に、鉄3+/2+の酸化還元電位が正にシフトしていることがわかった。このことから、高い触媒活性の発現のためには、立体反発による配位子の置換活性と、活性種と考えられる鉄の高原子価種の反応性の高さの両方が関与しているものと考えられる。平成27年度の研究実施計画では、過酸化水素水を用いるアルカン類のヒドロキシ化、アミノ酸類を用いる不斉反応への展開を目指していたが、まずそれらの反応へ展開するための基礎的な検討を行った。その結果、自己組織化型鉄触媒に用いる配位子が触媒活性種の発生過程や反応性の高さに及ぼす影響について、興味深い知見を得ることができた。従来研究されてきた酸化反応用鉄触媒は、低原子価状態の鉄を精密にデザインされた配位子により保護したものが多かった。一方、より取り扱い容易で実用的な鉄三価の錯体については、一般的に配位飽和であり、反応サイトが発生しくいため、触媒反応に用いられる例は少なかった。今回の研究成果において、鉄三価の錯体であっても立体反発を生じる配位子を最適な比率で組み合わせることにより配位子置換反応を促進し、良好な触媒活性を発現できることがわかった。この研究成果は、今後よりシンプルで実用的な鉄三価錯体を用いる触媒開発において重要な知見となると考えている。今年度は、前年度までに開発した過酸化水素を用いる酸化反応のための触媒設計から発展させ、酸素による酸化反応を進行させるための新たな触媒の開発を行った。まず、これまでに我々が開発してきた酸素による酸化反応を進行させる鉄触媒の活性種の解明に取り組んだ。単純な鉄塩とアルカリ金属塩の組み合わせた触媒により、αβ不飽和アルデヒドの酸化反応によりαβ不飽和カルボン酸が選択性よく生成することを見出しているが、触媒反応条件において、鉄塩とアルカリ金属塩が複合体を形成していることを単結晶X線結晶構造解析により明らかにした。すなわち、鉄とナトリウムがカルボキシラートにより架橋し、クラスター状となった化合物の生成を明らかにし、本触媒反応において鉄の酸化還元電位を近傍のナトリウムイオンがコントロールしていることを裏付けた。このような金属の複合化による酸化還元電位のチューニングは生体内の酵素にも見られるメカニズムであり、複雑な酵素の機構も、適切な触媒設計により模倣できるとの着想を得た。また、過酸化水素を用いる触媒反応についても基質の拡張を行い、硫黄化合物の酸化によるスルホキシド、スルホン類の合成にも適用可能であることを見出した。さらに、触媒として金属の代わりに金属と類似の性質を示す有機半導体分子を用いる酸化反応の開発に取り組んだ。芳香族オレフィン類の酸素による酸化反応において、有機半導体分子が選択的な炭素炭素二重結合の酸化反応を促すことを見出した。今年度は、前年度までに集中して取り組んできた過酸化水素を用いる酸化反応触媒から、酸素を用いる酸化反応触媒設計に切り替えて取り組んだ。過酸化水素を用いる反応の基質の拡張、より付加価値の高い化合物合成への適用の方針も可能性として存在したが、酸素の活用が学術的、工業的に意義があると考えたからである。酸素による酸化反応は理想的と考えられ古くから研究例は存在するが、触媒反応全体として価値の高い反応が開発された例は少ない。今年度の研究により、我々は酸素を酸反応触媒として用いるための設計指針となる成果を得ることが出来たと考えている。本年度は、酸素を酸化剤とする有機物の触媒的な酸化反応に集中的に取り組んだ。銅塩を触媒とするピコリン類のホルミルピリジンへの酸化反応において、添加剤として酢酸を加えることにより反応速度が著しく向上することを見出した。