hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
波長多重システムの多チャンネル化に関する研究

受光系は光ファイバループ入力部の光スイッチによる時間窓と、ループ内の光フィルタによる周波数窓、ならびにループ出力部のスイッチによる時間窓の設定により、希望の光パケットを選択できるようにしている。ループ内の光フィルタをWDM信号光が複数回通過することで、波長選択特性を大幅に向上できる。12年度の検討から、WDM信号がファイバループを10回程度周回することで、数GHz離れた信号の分離が可能であることを実証した。しかし、波長選択性を向上させるために、周回数を増加させると信号レベルの時間的変動が大きくなり、実用上問題となることがわかった。そこで、13年度は、本受光回路の動作安定化対策と、光パケット高密度波長多重信号に対する実用的な受光特性評価を可能とする試験信号発生回路について検討を行った。受光回路については、光増幅器に利得安定化EDFAを、ループリセット用に光磁気効果スイッチを適用し、一部の光部品を偏波依存性の小さい最新のものに変更した。また、O/E変換回路・制御回路の雑音対策を行った。試験信号発生回路のシステム構成と制御回路・光変調回路の検討を行い、選択する光パケットに最大25Mbit/sの擬似ランダム信号を載せ、オシロスコープ上でパケット周期と同期して選択光パケットのアイ波形を安定に観測できるようにした。さらに、0.5GHz間隔で密に配置した他の7chのWDM信号は選択チャンネルとは異なるビットレートで変調できるようにした。このようにして、他のWDM信号からの干渉をアイ波形劣化として評価できるようにした。例えば、ループを10周回後に選択チャンネルを分離した場合には、2GHz以上離れたWDMチャンネルの影響を受けることなく、選択信号のアイ波形を継続(1時間程度)して観測することができ、受光系が高安定化されたことを確認した。
食生活の地域差をもとにした成人病予防に関する研究

本研究において、成人病の中で特に脳血管疾患と胃がんを取り上げ、その高リスク地域、低リスク地域、中間的な地域について、cross-sectionalに、横断的に食生活の調査を行い、上記2疾患のSMRと食生活の関連を検討した。食生活調査は調査票により通常の食生活把握につとめたほか、24時間分の同一食事を2人分用意してもらい、いわゆる「陰膳方式」によりこれを集め、解析を行った。調査票による食生活調査では、50-65歳の男女一般住民を対象とした。この方式による調査の信頼性を確かめるため、無作為抽出の一般住民約410名につき1年間隔で再調査し、高い再現性を得た。20の食品(群)項目と2つの食塩の平均推定摂取量(対数平均)のうち、16項目では15%以内の差に留まった。調査票方式により秋田県約4,500名、福岡県約3,300名、沖縄県約3,000名について調査し地域比較を行った。大部分の食品(群)の摂取量については地域差は明らかではない。しかし高塩食品の摂取量には大差がみられ、例えば塩魚類、長期保存の漬物の摂取量について秋田は沖縄の約10倍以上であった。高塩食品群から推定した食塩摂取量と胃がんSMR、脳血管疾患SMR、脳出血SMR、脳梗塞SMRとは強い直線的相関関係を示した。陰膳方式では各地域より約100名ずつの食事を集め、N量より蛋白質を、定法により脂質を、「差し引き」法により炭水化物を推定したが、絶対量およびそのエネルギー比率に明らかな地域差は認められなかった。しかし食塩摂取量、ことに高塩食品からの食塩摂取量には大差がみられ、高リスク地域において摂取量が大であった。以上の結果から上記疾患の一次予防には、食塩摂取、ことに高塩食品からの食塩摂取量を減少させることの重要性が、強く示された。なおこのことは動物実験等のbiologicalな結果とも一致するものである。本研究は、食生活の地域差をもとにした成人病予防に関する研究である。成人病、特に胃がん、脳血管傷害の高率な青森、秋田、非常に低率な沖繩、鹿児島、中間的な値を示す福岡の諸県において、食生活の地域差を検討し、それをもとにリスク要因を同定し、一次予防に役立てようとするものである。本研究は一応3年間の計画であるが、本年度はこれらの地域の食生活に関し、食品のカラ-写真を利用し、半定量的な調査票を作成した。この作成には10回にわたる予備テストと改訂を繰り返した。この調査票にもとずき、約10,000名につき膨大な調査を行なうことができ、貴重な情報を得た。福岡県では国民生活基礎調査地区を対象に、いわばランダムサンプリングの形で、約3,300名の食生活調査を行なった。現在5県の食生活の情報について、コ-ド化、及び入力の作業が進行中である。陰膳方式による各地域の食事調査は、本年度は予備調査が主体で、本格的な実施は来年度にもちこまれる。被調査者に、通常の食事について、同一の食事を2つ作ってもらい、ミキサ-でホモジナイズした後、サンプルをフリ-ズドライヤ-により凍結乾燥し、分析に供するわけで、今日迄に約100人の(1日分の)食事が集められている。本年度に得た調査票の解析は、また陰膳法による本格的な調査及び解析は、次年度に行なわれるが、本年度の調査研究は予想以上に順調に行なわれたと考える。

成人病、特に胃がん、脳血管疾患の高率な青森、秋田、非常に低率な沖縄、鹿児島、中間的な値を示す福岡の各県において、食生活の地域差を検討し、それをもとにリスク要因を同定し、一次予防に役立てようとするものである。本研究は一応3年間の計画であるが、本年度は前年度に行われた約1万名の調査表に基づく食生活調査の解析を行った。また本年度は新たに約1万名につき同様の食生活調査を行った。さらに約300名につき、陰膳方式により実際の食事を集めた。これはホモジナイズされたあと凍結乾燥され、諸栄養素や食塩の摂取量測定作業が現在行われつつある。すでに地域によれば結果が判明しているが、全地域からの結果が得られるのは明年度に持ち越される。昨年度の解析結果をみると、20以上の食品(群)の大部分の摂取量は地域差が少なく、近似した値を示した。しかし、塩魚、塩臓魚卵、長期保存の漬物などの高塩食品の摂取量に大差があり、高リスク地域では最も低リスクの地域に較べ約10倍の摂取量を示した。逆に緑黄色野菜摂取量はやや高リスク地域で少なく、米飯摂取量はやや多かった。これらは非常に興味深い結果であるが、それに加え本年度の約1万名の調査結果の解析と、また陰膳方式による実測値を加え、来年度にはリスク因子の総合的判定を行いたいと考える。本研究は、食生活の地域差をもとにした成人病予防に関する研究である。本研究は3年間の計画であるが、本年度は、初年度と2年度に約2万2000人を対象に調査表方式で行った食生活調査の解析を完了した。また調査表の信頼性を検討するため、福岡の3保健所の一般住民、約400名につき、1年間の間隔を置いて再調査し、再現性を検討した。さらに各地域より約100名を選び、24時間の食事を収集し(陰膳方式)、栄養素の測定を行った。主要な解析結果を示すと、調査表方式による食生活調査では、20の食品(群)の大部分の摂取量は地域差が少なく、近似した値を示した。しかし塩魚、長期保存の漬物などの高塩食品の摂取量に大差があり、高リスク地域では最低リスク地域に較べ約10倍の摂取量を示した。逆に緑黄色野菜摂取量はやや高リスク地域で少なかった。本調査結果では、食塩摂取量が、ことに胃がんについては高塩食品中の食塩摂取量が、リスク要因として最も重要である事が示された。再現性の調査では、1年間の間隔があったにも拘らず、平均摂取量はよく一致し、20の食品群中、16品目では平均摂取量の差は15%以内にとどまった。陰膳方式による食品中の栄養素の実測結果では、脂質、蛋白質、炭水化物、エネルギ-量には地域間の関連は見出せなかった。しかし食塩摂取量については大差があり、高リスク地域の摂取量が非常に多く、調査表方式の場合と同様に食塩摂取のリスク要因としての重要性が示された。
運動成果に及ぼす交感神経活動の影響に関する実験的研究

運動成果に交感神経活動がどの様に係わっているか明らかにするため,ヒトの随意筋収縮運動時の骨格筋支配の交感神経活動を(筋交感神経活動)を微小神経電図法神経電図法を用いて記録した.1.筋交感神経活動の記録と特徴に関する基礎的検討:運動時の筋交感神経活動の記録が可能であるかどうかの確認を行った結果,高い精度で記録でき,その特徴も確認された.2.随意筋収縮時の筋交感神経活動:随意筋収縮として掌握運動を負荷した.膝窩部脛骨神経より記録した筋交感神経活動は運動に伴い高まり,掌握張力に比例して高まった.さらに,一定の掌握張力発揮の時間経過に伴い筋交感神経活動は高まった.同様の反応は律動的掌握運動においても見られた.3.活動筋の疲労感覚と筋交感神経活動の関係:5-7分間持続できる全力の掌握運動において,活動筋の疲労感覚(0-10段階)及び筋交感神経活動はそれぞれ,運動終了まで連続的に亢進した.4.筋交感神経活動と末梢血流量の関係:掌握運動時の筋交感神経活動と下腿血流量を同時に測定した結果,下腿血流量は筋交感神経活動の亢進に伴い減少した.5.運動強度と筋交感神経活動の関係:片脚自転車運動と律動的掌握運動において,酸素摂取量で表した運動強度は掌握運動が低かったにもかかわらず自転車運動よりも筋交感神経活動は高まった.以上の結果から,運動時の筋交感神経活動の亢進には,末梢からの反射性亢進と共に運動中枢からの下行性神経活動が重要であると考えられる.運動に伴う筋交感神経活動の亢進は運動時の昇圧反応や末梢循環調節に重要な役割を果たすと共に,疲労に伴う筋収縮張力の低下を補償する(抗疲労作用)可能性も示唆された.運動成果に交感神経活動がどの様に係わっているか明らかにするため,ヒトの随意筋収縮運動時の骨格筋支配の交感神経活動を(筋交感神経活動)を微小神経電図法神経電図法を用いて記録した.1.筋交感神経活動の記録と特徴に関する基礎的検討:運動時の筋交感神経活動の記録が可能であるかどうかの確認を行った結果,高い精度で記録でき,その特徴も確認された.2.随意筋収縮時の筋交感神経活動:随意筋収縮として掌握運動を負荷した.膝窩部脛骨神経より記録した筋交感神経活動は運動に伴い高まり,掌握張力に比例して高まった.さらに,一定の掌握張力発揮の時間経過に伴い筋交感神経活動は高まった.同様の反応は律動的掌握運動においても見られた.3.活動筋の疲労感覚と筋交感神経活動の関係:5-7分間持続できる全力の掌握運動において,活動筋の疲労感覚(0-10段階)及び筋交感神経活動はそれぞれ,運動終了まで連続的に亢進した.4.筋交感神経活動と末梢血流量の関係:掌握運動時の筋交感神経活動と下腿血流量を同時に測定した結果,下腿血流量は筋交感神経活動の亢進に伴い減少した.5.運動強度と筋交感神経活動の関係:片脚自転車運動と律動的掌握運動において,酸素摂取量で表した運動強度は掌握運動が低かったにもかかわらず自転車運動よりも筋交感神経活動は高まった.以上の結果から,運動時の筋交感神経活動の亢進には,末梢からの反射性亢進と共に運動中枢からの下行性神経活動が重要であると考えられる.運動に伴う筋交感神経活動の亢進は運動時の昇圧反応や末梢循環調節に重要な役割を果たすと共に,疲労に伴う筋収縮張力の低下を補償する(抗疲労作用)可能性も示唆された.1.61年度で実施した実験の目的と内容運動成果に及ぼす交感神経活動の影響に関する基礎的な研究として、静的な筋収縮時の筋支配交感神経活動の記録法の確立,及び観察と解析を行った。筋収縮運動としては、掌握運動を用い、掌握運動の(1)筋収縮張力と筋交感神経活動との関係,(2)掌握運動の時間経過にともなう筋交感神経活動の変化,(3)掌握運動時の主観的疲労感覚と筋交感神経活動との関係、について検討した。2.研究で得られた成果(1)筋交感神経活動は筋収縮張力の増大に伴って高まることが明かとなった。(2)低い筋収縮張力であっても、筋収縮運動の時間経過に伴い筋交感神経活動が高まることが明かとなった。(3)筋収縮運動時には、運動実施者の主観的筋疲労感覚の上昇にともない、筋交感神経活動が高まった。しかも筋疲労感覚が生じた際、疲労に対抗する努力を払うことにより筋交感神経活動は高まったが、筋収縮張力発揮の意欲と努力を放棄することにより速やかにこの活動が低下する現象が観察された。本年度の結果から、ヒトについて、随意的な筋収縮時の筋交感神経活動を金属徴小電極を用いて、直接導出記録できることが確かめられた。さらに、本研究の直接的な筋交感神経活動の記録によって、交感神経活動が運動の成果を決める重要な因子として関与している可能性が確かめられた。3.今後の研究の展開61年度は掌握運動だけの比較的限られた小筋群についてのみの運動を負荷し、研究を進めたが、次年度には脚の運動や、より実際的な律動運動を負荷し、同様の解析を進める。さらに酸素摂取量などのエネルギー代謝量等との関連について検討を行う。
貴金属代替を目指したオキシサルフェートの触媒設計

本研究では、貴金属代替触媒としてペロブスカイト型オキシサルフェート触媒を検討し、耐SOx性に優れた排ガス浄化触媒を開発することを目的とした。La-Sr-Cu-O-Sペロブスカイト型オキシサルフェートを固相法により合成し、結晶構造解析した結果、S成分がペロブスカイト構造のCuサイトに部分的に置換導入され、一部SrSO_4として表面に析出した構造であることが明らかとなった。C_3H_6酸化触媒活性を検討したところ、La-Sr-Cu-O-Sは元のLa-Sr-Cu-Oと比べて反応開始温度および転化率に変化が見られずS導入による触媒活性の劣化は観測されなかった。SOx存在下での反応ではSを含有しないLa-Sr-Cu-Oでは活性が低下するのに対して、La-Sr-Cu-O-Sでは活性の向上が見られ、耐SOx性を示すことを見いだした。SOx存在下での反応後の試料のXPS測定結果から、S^<4+>種の存在が観測され、SO_2吸着によるS^<4+>種の生成がC_3H_6の吸着および酸化を促進する上で重要な役割を果たしていることが明らかとなった。La-Sr-Cu-O酸化物のチオ尿素処理によるLa-Sr-Cu-O-Sの合成を試みた結果、固相法で見られた不純物の生成が起こらず、単一相の生成物が得られた。C_3H_6酸化反応特性は固相法で合成したものと比較して100°C近く低温で反応が開始し、触媒活性が著しく向上することを見いだした。以上のことより、単一相のペロブスカイト型オキシサルフェートは貴金属触媒に匹敵する排ガス浄化用触媒として有望であることが明らかとなった。貴金属代替触媒として期待されるペロブスカイト型酸化物のSO_2被毒を低減することを目的として硫黄成分を含む新規ペロブスカイト化合物の合成と特性解析を試みた。Mn, Fe, Co, Ni, Cuなどの遷移元素および希土類元素を含むオキシサルフェートの新規合成法について検討した結果、結晶構造内に硫黄を取り込んだ均一相の生成領域を明らかにした。得られた生成物の結晶構造解析をXRD、赤外分光、XAFSで解析し、XPSによる状態分析結果と合わせて結晶構造モデルを決定した。XRDパターンのRietveld解析の結果、Sの導入に伴ってCu-O_2距離が減少する一方、格子定数cが増加することが明らかになった。この構造変化を説明するモデルとして、ペロブスカイト層間へのSの挿入が有望であることを突き止めた。酸化還元特性を昇温法(TPD、TPR、TPRO)あるいは熱重量分析で解析した結果、硫黄の導入による電荷補償の結果、Cuの酸化数が低下することが明らかになった。この結果、硫黄を導入した化合物はSO_2との反応性が低下し、触媒反応のSO_2による被毒も低減することができた。C_3H_6完全酸化活性は、試料構造中へのSの導入によって向上した。特に、S導入試料では、過剰O_2とSO_2存在下においてC_3H_6転化率が大きく向上する現象が確認された。SO_2導入を停止しても高活性状態は比較的長時間維持されることから、SO_2吸着によって生成する表面種がC_3H_6酸化を促進する可能性が高い。
非コードRNAを介した遺伝子発現制御によるマクロな適応現象の解明

生物は常に、様々な外界の環境変化にさらされている。このため、環境ストレスへの適切な応答は、自然界での生存において重要である。今日までに、多くの研究により、様々なシグナルパスウェイやネットワークを介して、ストレス応答遺伝子の発現が制御され、細胞の適応応答が引き起こされることが明らかにされてきた。本研究では、このようなミクロな分子レベルの現象が細胞全体のマクロな適応現象として、どのような効果を及ぼすのかを明らかにすることを目的とする。とりわけ、多くの生物にとって重要なエネルギー源となるグルコースの饑餓ストレスに着目し、グルコース機がストレスへの応答時に転写される生体内でのゲノム制御分子の一つである非コードRNAが関与した環境適応を実験と理論生物学の両面から探っている。本研究で着目しているグルコース飢餓ストレス応答性非コードRNAを介した遺伝子発現制御は、状況に応じて、分子レベルで局所的かつ一過的な遺伝子発現制御を可能としていると考えられる。この分子の応答が、細胞、ないし細胞集団に及ぼす現象を探るために、本年は特に、マクロな適応を、分裂酵母を用いたモデル系で観察することにより、グルコースの飢餓ストレスを受けた時に、細胞全体がどのような応答を示すかを定量的に測定する系を確立し、ストレス応答の時系列観察を行なった。さらに、環境適応時の細胞個体の生存と、細胞集団の生存の応答の違いにも着目し、解析を行なった。前述した目的を達成するために、平成29年度は、分裂酵母の培地中のグルコース濃度を変化させ、グルコース飢餓ストレス応答時におけるマクロな適応現象を観察した。細胞増殖を指標として、環境変動への適応度合いを評価し、遺伝学・分子生物学的な手法やオミックス、さらに構成論的なアプローチを駆使して、代謝応答の責任遺伝子の発現変動や代謝産物やその経路を同定を試みた。また、代謝応答遺伝子やハウスキーピング遺伝子に蛍光タグをつけたりストレス死した細胞を染色した上でセルソーターを用いて選別することで、細胞集団のなかで、適応したものと適応しなかったものを選別して、その応答を観察することができた。当初の予定より進捗がやや遅れているが、研究を進めているうちに、完全合成培地であっても、異なるロットの培地を用いると、ストレス下で細胞が生存する確率が大幅にかわる現象が観察され、一時期、特定のストレスを与えた時に、細胞が全く生き残らなくなったためである。これは当初、想定していなかった条件が生存確率に大きな影響を与えていたからであった。特定の培地を用いると、ストレスを加える前のプレカルチャーのコンディションの違いなどが、非ストレス条件下での細胞状態を変え、その後のストレスへの応答性にも影響を及ぼすことがわかった。この実験条件の定量的な検証を行なっていたために、予定よりは進捗が遅れたが、適応の限界条件への理解が深まった。今後は、1細胞レベルでのグルコース飢餓ストレス応答のばらつきを観察するために、マイクロ流路デバイスを用いて時系列観測を行い、バルクでの細胞増殖と、単一の細胞の代謝の違いを確かめる。本年度までに得られたデータから、グルコース飢餓ストレス応答において重要な役割を担う遺伝子をノックダウンした株やオーバーエクスプレッションする株を作成する。これらの株を用いて、グルコース飢餓ストレス応答性の違いを比較することで、ミクロな分子制御の違いが、単一の細胞、または、細胞集団の適応応答へと及ぼす影響を検証する。これらの株から、ストレスに対する適応度を高めた、あるいは、適応度のより低い細胞を選別し、どのような分子制御が、ストレス応答の有利さを生み出すのかを実験的に探る。また、ミクロな分子レベルでの応答がマクロな適応現象へと及ぼす影響について、普遍的な理解を深めるために、数理モデルを用いて理論的な考察を行う。理論モデルでは、非コードRNAが素早い遺伝子発現応答の制御を担うことにより、環境中のグルコースの濃度のわずかな変化に超感度応答する様子を評価する。また、シンプルな単細胞のモデル実験系を用いたとしても実験的に実現することが難しいコンディションを想定したパラメーターを用いて、シミュレーションを行う。さらに、平成30年度は、これまでに得られた知見を元に、分裂酵母のストレス応答時のマクロな適応現象に関する論文を執筆する予定である。今日までの科学研究において、様々なシグナルのパスウェイやネットワーク、分子レベルでの遺伝子の機能や制御について詳細に解析がなされ、膨大なデータの蓄積がなされてきた。しかし、そのタンパク質や核酸などの分子レベルでの生体内反応のひとつひとつの変化が統合して、複雑な生命の細胞や個体の動態としてどのような生命現象としてあらわれるのかということは解析するのは難しい。本研究では、分子レベルでの遺伝子発現制御が、細胞・細胞集団のマクロな生命現象・生存戦略へと及ぼす効果を明らかにすることを目的とする。このため、単細胞のモデル生物として有用な分裂酵母を用いて、生命に必須なグルコースの飢餓ストレスへの応答の様子について、環境応答時の遺伝子発現制御と、細胞の動態を観察した。平成28年度は、分子レベルでのストレス応答と細胞の適応度に関して、定量的な指標を測定できる実験系を確立し、これらの要素の相関を数理モデル解析するために必要となる、基礎的なデータの収集を行なった。特に、ヒトをはじめとする高等生物において、非コードRNAやヒストン修飾などのエピジェネティックな因子群は、様々な工事の生命現象の遺伝子発現制御において重要な役割を果たすことが知られる。原生生物に多くみられるシンプルなオペロン型の制御ではなく、真核生物で多く見られる非コードRNA・エピジェネティクス因子が遺伝子発現の制御に介在している意義を、環境適応時の細胞・細胞集団の生存戦略という切り口から解析することを試みた。

平成28年度は、分裂酵母(S. pombe)の培地中のグルコース濃度を変化させ、グルコース飢餓ストレス応答性の遺伝子発現レベルを調べることで、「飢餓」あるいはストレス状態、と認識される環境を調べ、その時の非コードRNAの発現応答を分子生物学的なツールを用いて定量的に確認することを目標としていた。また、分子レベルと、細胞・細胞集団での応答の関連を調べるために、グルコース飢餓ストレス時の細胞の適応状態を定量的に評価する系をたちあげる計画であり、これらを実施した。具体的には、平成28年度の研究で、非コードRNAが飢餓応答で果たす機能を調べるために、非コードRNA非依存的と独立にグルコース飢餓ストレス応答遺伝子の発現が制御されている株の作成を行なった。また、想定外なことに、非コードRNAを転写するのに無関係と思われていたゲノム領域に変異を入れると、グルコース飢餓ストレス非依存的に非コードRNA自体の発現応答に影響が出る株も得られた。さらに、細胞、細胞集団のグルコース飢餓ストレスへの適応度合いを観察するための指標として増殖速度を経時的に測定する基本的な実験系や実験条件を整えた。また、ストレス応答に必須の酵素のポリクローナル抗体を作成し、タンパク質レベルでの発現応答の検出が可能とした。前述の株などを用い、様々なグルコース飢餓ストレス条件下における細胞の応答の様子をノザンブロットやウエスタンブロットで定量的に評価する実験が進行中である。生物は常に、様々な外界の環境変化にさらされている。このため、環境ストレスへの適切な応答は、自然界での生存において重要である。今日までに、多くの研究により、様々なシグナルパスウェイやネットワークを介して、ストレス応答遺伝子の発現が制御され、細胞の適応応答が引き起こされることが明らかにされてきた。本研究では、このようなミクロな分子レベルの現象が細胞全体のマクロな適応現象として、どのような効果を及ぼすのかを明らかにすることを目的とする。とりわけ、多くの生物にとって重要なエネルギー源となるグルコースの饑餓ストレスに着目し、グルコース機がストレスへの応答時に転写される生体内でのゲノム制御分子の一つである非コードRNAが関与した環境適応を実験と理論生物学の両面から探っている。本研究で着目しているグルコース飢餓ストレス応答性非コードRNAを介した遺伝子発現制御は、状況に応じて、分子レベルで局所的かつ一過的な遺伝子発現制御を可能としていると考えられる。この分子の応答が、細胞、ないし細胞集団に及ぼす現象を探るために、本年は特に、マクロな適応を、分裂酵母を用いたモデル系で観察することにより、グルコースの飢餓ストレスを受けた時に、細胞全体がどのような応答を示すかを定量的に測定する系を確立し、ストレス応答の時系列観察を行なった。さらに、環境適応時の細胞個体の生存と、細胞集団の生存の応答の違いにも着目し、解析を行なった。前述した目的を達成するために、平成29年度は、分裂酵母の培地中のグルコース濃度を変化させ、グルコース飢餓ストレス応答時におけるマクロな適応現象を観察した。
両手運動時の感覚運動野における神経調節機構の解明-脳磁図・脳波を用いた研究-

本研究は異なる運動様式の両手運動が体性感覚野の活動を変化させるか否かについて検討した.脳磁図(Magnetoencephalography:MEG)を用いて各運動時の体性感覚誘発脳磁場(Somatosensory evoked magnetic fields:SEFs)を記録した.安静条件,片手運動条件,左右対称条件,左右非対称条件の4条件とし,右手示指を刺激した際のSEFsを比較した.その結果,左右対称条件においてのみその他の条件と比べて,頭頂および側頭部の活動が有意に増加した.このことから左右対称運動時には感覚情報を得やすい可能性が示唆された.本研究は異なる運動様式の両手運動が体性感覚野の活動を変化させるか否かについて検討した.脳磁図(Magnetoencephalography:MEG)を用いて各運動時の体性感覚誘発脳磁場(Somatosensory evoked magnetic fields:SEFs)を記録した.安静条件,片手運動条件,左右対称条件,左右非対称条件の4条件とし,右手示指を刺激した際のSEFsを比較した.その結果,左右対称条件においてのみその他の条件と比べて,頭頂および側頭部の活動が有意に増加した.このことから左右対称運動時には感覚情報を得やすい可能性が示唆された.本研究は,脳磁図・脳波を相補的に利用し,片手運動時と両手運動時の神経活動を比較することにより,両手運動時の感覚運動野の活動特性について解明することを目的としている.われわれは日常生活において、左右対称性の動作を行う際には動作の行いやすさを感じることが多々ある。一方,左右で異なる動作を行う際には動作の行いづらさを感じることが少なくない。申請者は、これらの日常的動作の観点から、おそらく、両手運動の中でも、対称動作と非対称動作では運動野や体性感覚野の活動の振る舞いに違いがあるのではないかと考えた。そこで、皮質表層の活動をミリ秒単位で検出できる脳磁図と皮質の深部活動まで検出できる脳波の二つの機器を用いてこれらの機序について検討中である。この運動野や体性感覚野の振る舞いの違いをとらえることにより、対称動作を効率的なリハビリや運動学習につなげることができると考えている。現在、control条件、片手運動条件、対称運動条件、非対称運動条件の4条件を用いて実験を行っている。刺激は、右手示指に装着したリング電極により閾値の3倍で呈示した。この刺激は4条件同一であり、control条件では安静、片手運動条件では右手示指の伸展、対称条件では左右示指伸展を、非対称条件では右手示指伸展、左手小指の進展を同時に行った。これらの4条件において第一次体性感覚野と第二次体性感覚野では異なる振る舞いを示した。第一次体性感覚野では、対称動作で最も活動が小さくなる傾向を示し、一方、二次体性感覚野の活動では対称動作時に活動が大きくなる傾向が示された。このことから、対称動作を行うことにより感覚野の興奮性調節が起こることが示唆された。本研究は異なる様式の両手運動によって感覚野の脳活動が変化するか否かについて検討した.具体的には,脳磁図(Magnetoencephalography:MEG)を用いて各運動時の体性感覚誘発脳磁場(Somatosensory evoked magnetic fields:SEF)及び運動関連脳磁場(Movement related magnetic fields: MRCF)を記録した.条件として,安静条件,片手運動条件,左右対称条件,左右非対称条件の4条件の比較を行った.いずれの条件の場合も右手の示指に提示された刺激のSEFsを比較した.その結果,仮説の通り安静時に比べて片手運動時,左右対称運動時に一次体性感覚野および二次体性感覚野の活動が増大した.さらに,左右非対称運動時には一次体性感覚野および二次体性感覚野の活動が安静時やその他の運動時に比べて減弱した.一次体性感覚野は刺激の情報量を反映し,二次体性感覚野は刺激に対する注意や運動をモニターする役割を持つことが報告されている.運動を実施する際には運動様式によって運動のしやすさやしにくさを感じることがあり,その運動のしやすさに体性感覚野の活動が関与していることが示唆された.一方,MRCF中の運動準備磁場や運動磁場に関して明瞭に記録されない被験者もあり,現在パラダイムを調整中である.取得済みデータについては既に学会等で発表済みであり,国際誌に投稿予定である.運動生理学研究の目的はおおまかに2つ設定した。1.両手運動中の運動野および高次運動野の活動特性の解明2.両手運動中の体性感覚野の活動特性の解明以上の2点である。1つめの実験でやや運動野および高次運動野の活動を捉えきれなかった。一方、体性感覚野の活動調節については順調に検出することができている。そのため、研究はおおむね順調に進展しているということがいえる。体性感覚誘発磁場については、ある程度のデータを得ることができた。今後は、運動関連誘発脳磁場の記録を安定的に行う工夫が必要となる。具体的には示指伸展の際に、少し負荷をかける。素早く運動を行う。などが考えられる。また、現在はトリガーをLEDセンサーとして記録しているが、筋電反応を基に加算を行う方法もある。
シリカモノリスを担体とした新規な非水系固定化酵素バイオリアクター群の開発

1.流通シリカモノリスバイオリアクターによるラセミ体エステルの連続的な速度論的光学分割2)内径250μm1.6mmのPEEKチューブ内に形成させたリパーゼ固定化シリカモノリスを用い、フェニルエタノールと酢酸ビニルのエステル交換を例に、ラセミ体の連続的光学分割を行った。反応率40%、R体過剰率98%以上の定常状態操作が2週間以上にわたって継続できることを実証した。2.リパーゼ固定化シリカモノリスによる油脂の加水分解物を原料としたバイオディーゼルの生産油脂のメタノリシス(エステル交換)によるバイオディーゼル生産では、メタノールが油脂には不溶なため、メタノールと酵素の直接接触によるリパーゼの失活が顕著におこる。また、副生成物グリセリンは担体表面に付着し、反応速度を著しく低下させる。油脂の加水分解物である脂肪酸のエステル化によるバイオディーゼルの生産ではこのような問題を回避できる。1)菜種油の加水分解脂肪酸のエステル化は、原料油脂のメタノリシスよりバイオディーゼル生産の初速度が約4倍高いことがわかった。ただし、量論量のメタノールを含む原料では、反応2時間で収率80%に達したが、その後頭打ちとなった。過剰量のメタノールは酵素を失活させるため、反応開始1時間後に0.6等量のメタノールを追添加することで、反応2時間後に収率96%が達成されることを明らかにした。2)量論量のメタノールを含む原料を用いた流通シリカモノリスバイオリアクターでは、収率が80%を超えるバイオディーゼル生産が可能であった。また、バイオリアクター中央部からメタノールを0.4等量追加補給することによって、出口収率96%が達成された。1.リパーゼ固定化シリカモノリスバイオリアクターによるラセミ体エステルの速度論的光学分割1)二段階ゾルーゲル法によりB.cepacia起源のリパーゼを固定化したシリカモノリスを作製し、その粉砕粒子を用いて、フェニルエタノールと酢酸ビニルの回分式エステル交換を行った。固定化により酵素活性は10倍、R体エステルのエナンチオ選択性は約2倍向上した。最適の水分活量は0.11であった。2)内径250μm1.6mmのPEEKチューブ内に形成させたリパーゼ固定化シリカモノリスを用い、連続流通式においてエステルの速度論的光学分割を行った。管内径によらず反応率40%以下で、R体過剰率が98%以上(エナンチオ選択性E>250)の定常状態操作が可能であり、100時間にわたって安定した連続操作が達成された。1)B.cepacia起源のリパーゼを固定化したシリカモノリスの粉砕粒子を用いて、ジャトロファ油のメタノリシスによるバイオディーゼルの回分生産を検討した。原料油中には18%の遊離脂肪酸が含まれ、原料は均一液相となり、10hの反応時間でBD収率は約90%に達した。水分含量0.6%、油に対するメタノールモル比は33.5が最適条件であった。活性回復には、担体上に蓄積したグリセリンのアセトン洗浄による除去が有効であった。2)シリカモノリスバイオリアクターを用いた連続生産では、W/v=120 g-lipase・min・cm^<-3>の条件でBD収率90%を達成した。50日間の連続操作におけるみかけの活性低下は約20%であった。3)菜種油の加水分解により得た脂肪酸のメチルエステル化によるバイオディーゼルの回分生産では、34hの反応時間でBD収率85%を得た。また、連続生産では、この収率はW/v=80 g-lipase・min・cm^<-3>の条件で達成された。
質量分析計を用いた新規頭頸部癌唾液、血液マーカーの検出

本研究結果として、1、頭頸部扁平上皮癌組織、正常頭頸部粘膜組織からRNAを抽出し、miRの精製を行った後、マイクロアレイを行いました。結果として、miR21,miR200ファミリーを中心とした、一部新規頭頸部癌高発現miRを含む候補miRを抽出しました。2、Real time PCRを用い、これらの候補miRを検証し、確認を行いました。3、血清よりエクソソーム内miRを抽出し、一部はcirculationg miRであることを確認しました。4、質量分析計を用い、血清中の新規がん関連蛋白の検出を行い、ガレクチン3結合蛋白などの新規性のあるバイオマーカーの検出に成功しました。本研究内容は、頭頸部癌診断に有力な血清・唾液マーカーを検出するために、臨床サンプルを用いたトランスレーショナルリサーチにて、マイクロRNA解析、とくに、質量分析計を用いた解析を行う研究内容であるが、本年度の研究結果は以下の通りであった。1、当該研究の倫理承認の後、血清採取を開始した。具体的には、東北大学病院耳鼻咽喉・頭頸部外科にて治療を行った頭頸部癌で、本研究の同意を得た症例から頭頸部癌サンプルと同時に血清の収集を開始し、目標50例に対し順調に採取された。2、一部の症例からの血清を用いて、circulatingマイクロRNAを含むとされるエクソソーム抽出を行い、抽出に成功した。また、抽出物からのマイクロRNAを用いたRT-PCRに成功した。具体的には、頭頸部癌において恒常的な高発現の報告があるmiR21、コントロールとしてのmiR16、以前、我々の研究で、鼻副鼻腔癌におけるシスプラチンを用いた化学放射線治療の予後予測マーカーと報告したmiR34aにおける特異的なプライマー、プローブを用い、qRT-PCR法を行い、いずれのマイクロRNAにおいても検出可能であるとの結果を得た。3、本検体の一部を質量分析計を用いたマイクロRNA解析を行うべく、研究協力者、研究分担者と相談を重ねながら、条件検討を行っている。以上、本年の結果からは、我々の今回採用している方法で、血清からのcirculatingマイクロRNAは、分離抽出可能であり、次年度以降の質量分析計解析に進むことのできる研究成果であった。本邦における約5%を占める頭頸部癌において、その診断的価値のある腫瘍マーカーは皆無の状態であり、診断に有用な腫瘍マーカーの検出は重要な研究テーマとなっています。本研究内容は、頭頸部癌の新規診断、再発診断に有力なバイオマーカー検出のために、臨床サンプルを用いたトランスレーショナルリサーチにて、マイクロRNA解析、とくに、質量分析計を用いた解析を行う研修です。本年度の研究成果は、以下の通りでした。1、サンプル採取(癌部分、血液、正常粘膜)は、倫理承認、同意書取得の後、目標の50例を終了いたしました。2、血液中のRNAなどの核酸、蛋白の一部は、エクソソームという細胞外小胞にパッケージされて循環しています。今回の主な研究対象である血漿circulatingマイクロRNAにおてもエクソソーム内に存在すると考えられることから、血漿からキットを用い、エクソソーム抽出を行いました。エクソソーム抽出後のqRT-PCRを行い、エクソソーム内のマイクロRNAの抽出成功を確認し、数種類のマイクロRNA発現がサンプル間で異なっていることを発見いたしました。しかし、抽出RNA量の問題でマイクロアレイ解析は行えませんでした。3、そこで、同一検体の腫瘍、正常粘膜からマイクロRNAを抽出し、マイクロアレイ解析を行ったところ、数種類の癌で発現亢進または低下しているマイクロRNAを同定しました。4、頭頸部癌患者からの血漿エクソソームを用い、質量分析解析(MS/MS)解析を行いました。血漿タンパクのノイズも多いため、抽出法を変更しながら解析中です。サンプル採取が終了していること、分子生物学的な手法を用いた研究が着実に進行していることより、本研究の進捗状況はおおむね順調であると考えております。年間約2万人の新規発生があると考えられている頭頸部扁平上皮癌において、診断利用できる血清、唾液マーカーはない状態です。本研究においては、臨床還元可能な新規バイオマーカー検出のために、臨床サンプルと用いたトランスレーショナルリサーチにてマイクロRNA解析とくに質量分析計を用いた解析を行う研究です。本年度の結果は下記の通りでした。昨年度までに採取した臨床献体(倫理承認、同意取得した50例)を用い、本年度は、実際の解析を進めていきました。結果として、正常粘膜、頭頸部扁平上皮癌組織、血液を用いた検討にて、以下の結果を得ました。1、頭頸部扁平上皮癌組織、正常頭頸部粘膜組織からRNAを抽出し、マイクロRNAの精製を行った後、マイクロRNAアレイを行いました。結果として、miR21,miR200ファミリー(200b、c、141)を中心とした、一部新規頭頸部癌で高発現マイクロRNAを含むバイオマーカー候補マイクロRNAを抽出しました。2、Real time PCRを用い、これらの候補マイクロRNAを検証し、マイクロアレイの結果と違いがないことを確認しました。3、血清からエクソソーム内マイクロRNAを抽出し、これらのマイクロRNAが血清中に放出されているかと確認しました。4、質量分析計を用い、血清中の新規がん関連蛋白の検出を行いました。その結果、ガレクチン3結合蛋白など、新規性のあるバイオマーカーの検出に成功しました。

結果として、miR21,miR200ファミリーを中心とした、一部新規頭頸部癌高発現miRを含む候補miRを抽出しました。2、Real time PCRを用い、これらの候補miRを検証し、確認を行いました。3、血清よりエクソソーム内miRを抽出し、一部はcirculationg miRであることを確認しました。4、質量分析計を用い、血清中の新規がん関連蛋白の検出を行い、ガレクチン3結合蛋白などの新規性のあるバイオマーカーの検出に成功しました。本研究において、最も律速的な段階と思われたサンプル収集が順調であること、また、最初のハードルであったエクソソーム抽出に成功し、マイクロRNAからのRT-PCRを成功させたことより、本研究初年度の進行状況としては、順調であると思われます。すでに開始していますが、質量分析計での解析も次年度進めていく予定です。本年度の研究実績の概要3で抽出したマイクロRNAの血液内の変動を見ることで、バイオマーカーとしての有用性を検討します。さらに、質量分析計を用いた検討を続けることで、新規バイオマーカーの抽出を行っていきます。頭頸部外科サンプル採取を予定通り進めながら、RT-PCRによるマイクロRNAマーカーの検討、質量分析計による新規マーカー抽出を予定通り進めていく予定です。実験が順調に進み物品の購入が不要になったため次年度使用額が生じた。サンプル調整が順調に進み、実験を行っておりますが、エクソソーム抽出、PCRが順調であり、消耗品の費用にやや余剰分が出ております。現在解析中の物品費に使用する。これについては、次年度以降の実験進展状況に応じ、余剰分においてはサンプル数を増やし有力なマーカー検出に努めたいと思います。
新たな選択的Estrogen受容体調節薬を用いた子宮内膜症治療の開発

子宮内膜症Estrogen依存性疾患である。子宮内膜症組織ではEstrogen受容体(Estrogen receptor:ER)α発現が少なく、ERαが発現していることを示した。ERβにはERα抑制作用を持つことが示唆されていることから、本研究ではERβを標的とした新しい薬物療法開発を目指す。子宮内膜症細胞培養系と子宮内膜症マウスモデルを用いて、ERα及びERβが子宮内膜症の発生・進展における役割を探索するとともに新規の選択的Estrogen受容体調整薬(Selective Estrogen Receptor Modulator:SERM)による治療開発に向けた研究を行う。子宮内膜症に対しては外科治療と薬物治療が行われるが、術後再発率が高いことと副作用が問題であり、より長期に安全に使用できる薬剤の開発が待たれている。また、これまではホルモン剤による薬物療法が主体であり、基本的に排卵抑制による無月経が主要な作用機序である。既存の薬剤とは全く異なる作用機序を持った薬物の開発は長期の症状コントロールや治療を行いながらの妊娠治療に結びつき、子宮内膜症の薬物療法に新しい展開をもたらす。現在までに、子宮内膜症のマウスモデルを用いて新しいSERMであるSR-16234の子宮内膜症病変発生への作用を検討した。このマウスモデルは、子宮内膜症の病態である慢性炎症を想定したものであり、薬剤の作用を検証するために適していると考えられる。SR-16234の投与によって子宮内膜症病変の数と範囲が減少するなどの効果が得られた。子宮内膜症マウスモデルを作成して、新しいSERMであるSR-16234の作用について検討した。子宮内膜症マウスモデルの作成7週令のメスBALB/cマウスを用いて、卵巣摘出後にエストロゲン(E2)を毎週1回6週間投与した。E2を2週投与時点でドナーマウスから子宮を摘出して細切後、レシピィアントマウスに小切開創から移植した。この時、lipopolysaccharide(LPS)を同時に投与した。その後の4週間にSR-16234、Tamoxifen、Bazedoxifenの投与を行いコントロールと比較した。薬剤投与の4週後にレシピィアントマウスの腹腔内を検索して、子宮内膜症病変の数と表面積をイメージ解析で算出した。病変組織は、遺伝子検索のために処理するか10%ホルマリン液に保存した。ホルマリン固定された組織は、Ki67などの免疫染色を行って薬剤投与の影響を検討した。
紛争後社会における伝統的資源管理制度の適用に関する研究

これまでの研究では、紛争後の国の平和構築プロセスにおける環境資源管理について分析してきた。そして、紛争後社会で環境資源を効果的に管理するために、伝統的資源管理制度が重要な役割を持っていることを観察してきた。そして、伝統的資源管理制度を効果的に適用する政策モデルについて、研究を進めている。平和構築プロセスにおいては、環境資源が復興の成否に影響する重要な役割を持っていることを明らかにした。更に、伝統的制度に着眼した背景には、紛争後から平和構築への過渡期において、政府による統治機能は限定的である状況の中、伝統的資源管理制度を復興させる動きが高まり、地域社会の様々な変化につながっていることを観察してきた。国際社会によっても、平和構築過程における「伝統的制度の重要性」が認識され始めており、実定法の策定には時間を要する状況で、伝統的制度のみが機能している国や地域が多いことが指摘されている。そこで、紛争後社会で伝統的資源管理制度が効果的に適用されるための政策を提言することを目的として研究を進めている。今年度は、紛争後社会における伝統的資源管理制度に関する法政策と適用事例を検証してきた。紛争後社会において伝統的資源管理制度に関して近年適用してきた法律・政策を整理し、その有効性・課題を分析した。そして、インドネシアにおけるフィールド調査、ヒアリング調査も行うことができた。更に、その研究成果をまとめ、国内外の学会等で発表することができた。今年度、フィールド調査、ヒアリング調査も行うことができた。そして、その研究成果をまとめ、国内外の学会等で発表することができた。伝統的資源管理制度が持ち合わせる機能に関して、村落組織、政府、NGO等のアクターに対してヒアリング調査とアンケート調査を実施する。更に、フィールド調査結果を分析し研究成果をまとめ、政府機関や大学関係者と意見交換し、更に研究を発展させる。
制御されたカーボンナノ空間における生体分子の挙動の解明とナノバイオ材料への応用

ナノ空間における生体分子の挙動を解明することで、その特長的な機能を利用したナノバイオ材料への応用を試みた。規則的なナノチャネルを持つアルミニウム陽極酸化(AAO)膜に炭素被覆することで作製したカーボンナノ試験管(CNTTs)は、そのナノ空間内に核酸を高濃度に濃縮し、かつ再放出できるナノカプセルになることが示された。アルツハイマー病の原因物質となるアミロイドβはCNTTsの添加によって線維化が抑制されることが確認された。炭素被覆したAAO膜のナノ空間内に酸化還元酵素を固定化することで酵素電極が作製され、糖と酸素と反応する電極を組み合わせることでバイオ燃料電池として動作することが示された。鋳型炭素法によって作製されるカーボンナノ試験管(CNTTs)には、その径と長さをナノメータレベルで精密に制御できるだけでなく、内外表面を区別して化学修飾できるという特徴があり、しかも水分散性が極めて高い。生体分子をCNTTsの閉じたナノ空間に閉じ込めることで、外部からの影響を受けないナノ輸送担体としての利用が可能になる。本年度は内径25nmのCNTTsナノ空間内への種々の核酸の内包と細胞導入を目的とした外部表面の機能化を検討した。■カーボンナノ空間内への種々の核酸導入塩基配列、塩基数、高次構造の異なる3種類の核酸25μ/mL(チミンオリゴマー(T20:20塩基)、メッセンジャーRNA(mRNA:1725塩基)、プラスミドDNA(pDNA:7000塩基対))のCNTTsへの導入を行った。塩化カルシウムを含むT20、mRNA、pDNA各水溶液中の含まれる核酸は、30μgのCNTTsにそれぞれ18wt%、41wt%、63wt%が取り込まれた。これらの核酸の導入量はCNTTs分散後5分以内に平衡に達したことから、CNTTsは核酸に対して極めて高い吸着能があることが分かった。T20はpDNA及びmRNAよりも小さいにも関わらずCNTTs内への導入量はmRNAやpDNAよりも少ないことから、カーボンナノ空間内への核酸の内包は、サイズではなくその塩基配列や高次構造の影響も示唆される。また、CNTTsはそのナノ空間内に遺伝子干渉に用いられるオリゴマーから遺伝子発現に用いられるmRNA、pDNAまで、広範囲の核酸を導入できることが示された。■外部表面修飾によるCNTTsの機能化CNTTsは外部表面に多数のカルボキシル基を有していることから水分散性を持つが、生体液中には多数のカチオン(Na^+、K^+、Ca^<2+>、Mg^<2+>など)が存在するため、アニオン性であるCNTTs(ζ電位:-28mV)は塩析によって凝集しやすい。そこで、CNTTs外表面のカルボキシル基に細胞膜透過性を持つ塩基性アミノ酸ペプチドであるアルギニン8量体の修飾を行った。アルギニン8量体修飾後のCNTTsのζ電位は+18mVとなり、表面がカチオン性に変わったことが確認された。水分散性のカーボンナノ試験管(CNTTs)はタンパク質などの生体分子を取り込むナノ空間を持ち、また水溶液中で均一に分散することで溶液中の生体分子に対して影響を与えることができる。本年度では、アルツハイマー病の原因物質となるアミロイドβ(Aβ)の線維化挙動に対するCNTTsの効果について調査した。1水分散性カーボンナノ試験管によるアミロイド線維化の抑制pH7.4のリン酸緩衝液中のAβは浸漬1日後から線維化が進む。それに対してAβ溶液にCNTTsを添加すると、アミロイドの線維化を示すチオフラビンTの蛍光が抑制される傾向が認められた。CNTTs添加量が300 ug/mLのとき、浸漬5日後においてもチオフラビン蛍光は完全に抑えられ、またTEMによる観察ではCNTTs周囲に線維は観察されなかった。Aβの一部はCNTTsの内部ナノ空間に内包されている様子が観察でき、溶液中のAβが吸着されていることが確認された。2水分散性カーボンナノ試験管に吸着されたAβ量の定量これまで、ナノ物質にAβを吸着することで線維形成を抑制する研究はなされてきたが、その吸着量と抑制との関係は明らかにされていなかった。本検討では、昇温脱離法によるAβの熱分解で生じたHCNガスを定量することで、CNTTsに吸着したAβ量を測定した。その結果、CNTTs添加によって吸着されたAβは全体の24%であることが分かった。Aβを吸着したCNTTsを分離除去したAβ溶液を一日静置すると、溶液内にアミロイド線維の形成が確認された。

つまり、CNTTsに吸着された24%のAβの量が抑制に効いた訳ではなく、溶液中に存在するCNTTsが抑制に寄与していることを示す結果となった。以上により、CNTTsに吸着したAβ量を定量化することで、CNTTsのAβに対する特徴的な線維化抑制効果を明らかすることができた。酵素や遺伝子などの生体分子をカーボンのナノ空間内に閉じ込めることで、マクロでは見せない特性を引き出したナノバイオ材料の開発を行った。1水分散性カーボンナノ試験管の表面機能化:表面酸化処理や熱処理及び有機分子のポスト修飾により、内外表面の特性(表面親水化、疎水化、エチレンジアミン及びアルギニンなどの有機分子修飾)を選択的に制御したカーボンナノ試験管の作製に成功した。このようなカーボンの内表面の性質は核酸や酵素の導入挙動に大きく影響することを明らかにした。例として、内表面のみを親水化したカーボンナノ試験管は、疎水的なカーボン表面のものよりも多くの核酸が導入できることが分かった。2カーボンナノ試験管による核酸の保護効果:効率的な遺伝子輸送を行うためには、生体内における輸送時に分解酵素の影響を避けるのが望ましい。カーボンナノ試験管に入れたプラスミドDNAを制限酵素水溶液中に曝したところ、分子鎖の切断は確認されず、構造が守られていたことが示された。すなわち、カーボンナノ試験管は外部環境からの影響から生体分子を守るナノ容器として有効であり、生体内における薬物輸送担体としての応用が期待できる。3カーボンナノチャネル内への酸化還元酵素の導入と酵素電極の作製:直径40 nmのカーボンのナノチャネルを持つ炭素被覆アルミニウム陽極酸化(CAAO)膜を作製し、電気泳動法により帯電した酸化還元酵素(フルクトースデヒドロゲナーゼ)を内包した。D-フルクトースを酸化して電流値を得たことから、酵素担持したCAAO膜は酵素電極として作用することを確認できた。本研究では、ナノレベルで精密に制御されたカーボンナノ空間における生体分子の挙動を解明すると共に、マクロ空間では引き出せない生体分子の特長を活かしたナノバイオ機能材料の開発を行うことを目的としている。これまでに炭素被覆アルミニウム陽極酸化皮膜のカーボンナノチャネル内に酸化還元酵素を固定化することでバイオ燃料電池用のための酵素電極を作製した。しかしながら、酵素がナノ空間内でどのように固定化され、また電極性能にどのような影響を及ぼすかについてはよく分かっていない。そこで本年度では、電子受容体であるT1銅サイトと、酸素の還元部位であるT2-T3銅クラスターを持つラッカーゼのカーボンナノ空間内での配向制御を試みた。酵素の立体構造解析モデルから、ラッカーゼはT1銅サイトとT2-T3銅クラスターは互いに反対方向の面に位置していることが判明した。また、T1銅サイト周辺はT2-T3銅クラスターに比べて比較的疎水性のアミノ酸が多く存在し、更にT2-T3銅クラスター側は塩基性アミノ酸がT1銅サイト側よりもより多く存在することが分かった。ここでラッカーゼのアミノ酸が正に帯電し(pHを等電点以上)、かつ炭素表面を正に帯電させることで、T2-T3銅クラスターを炭素表面との静電反発を引き起こし、逆にT1銅サイト側を疎水的相互作用により近づきやすくなるような条件で固定化を行った。様々な固定化条件から作製した酵素電極の電気化学測定結果を比較すると、上記条件で固定化した電極は、正反対の固定化条件のものと比較して2倍近くの高い電流密度を示した。