hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
骨髄幹細胞を用いた虚血脳における神経再生の基礎的研究

幹細胞は生着していることが確認された。3.骨髄幹細胞の分化能骨髄幹細胞でも造血系と間葉系の細胞が混合しており、さらに間葉系細胞が神経系へ分化する細胞として必要となる。PDGF-Bやb-FGFを付加し、一部神経系に分化していることが確認され、継続中である。4.FCMによる骨髄細胞のcell kineticsと細胞選択的分取トランスジェニックラットの骨髄を培養し、PDGF-BB、b-FGFを加えた後、FCMでpropidium iodideによる核染色をし、細胞のDNA-histogramを作成し、これにより細胞のactivityを評価した。DNA-histogramにより細胞のactivityがあることが確認できた。5.虚血脳への骨髄幹細胞移植虚血脳へ骨髄幹細胞の移植をし、細胞が生着していることが確認されている。一部虚血巣が改善されていることがみられ、今後進展が期待される。6.ES細胞については中国との協同研究にて進行中である。成果は論文に発表した。これらの実験結果は日本脳神経外科学会、日本分子脳神経外科学会、日本病理学会に発表した。目的再生医療の中で神経再生は不可能という時代から、最近になって神経移植・再生が注目されてきた。国内では岡野栄之らはES細胞を用いた神経細胞への分化・移植を行い、再生に向けて試みつつある。しかし、骨髄幹細胞を用いた虚血脳の神経再生については世界的には未知の分野である。我々は臨床応用に最も近いモデルとして、骨髄幹細胞に注目し、神経再生に有効な骨髄幹細胞を採取することである。フローサイトメトリー(FCM)で神経分化能を有する細胞を分取する方法を確立すること、胎児骨髄幹細胞の移植による虚血脳の神経再生の可能性を検討する。結果虚血脳の作成実験:ラットを用いて、一側中大脳動脈閉塞の実験を行い、完全閉塞モデルは完成した。骨髄幹細胞の分化脳:骨髄幹細胞でも、造血系と間葉系の細胞が混合しており、さらに間葉系細胞が神経系へ分化する細胞として必要となる。PDGF-BBやb-FGFを付加し、神経系に分化させることに成功した。FCMによる骨髄細胞のcell kineticsと細胞選択的分取:トランスジェニックラットの骨髄を培養し、PDGF-BB、b-FGFを加えた後、FCMでpropidium iodideによる核染色をし、細胞のDNA-histogramを作成した。これにより細胞のactivityを評価する。次に、骨髄細胞を培養することにより、神経細胞やグリア細胞へ分化するのを、FITC標識NF、PE標識GFAPにより標識させた。FCMのVantage (Beckton Dickinson社製)を用いて、各々を無菌的に分取する。分取した細胞を虚血脳に移植し、骨髄細胞が生着していることが確認できた。骨髄移植:骨髄細胞の局所移植により、脳梗塞のvolumeの減少、梗塞巣の周囲に移植骨髄由来細胞が認められた。以上より、今後臨床応用が期待される。
衆議院選挙における候補者得票の地域性に関する研究

この研究は、衆議院総選挙における候補者の得票が選挙区内の特定地域に偏っている度合を数値的に把握することによって、侯補者や政統の集票特性を、地盤との関連において明らかにしようとしたものである。その手段として、候補者個人の得票の地域偏重度を測定するRS指数と選挙区全体の偏重度を測定するDS指数を考案した。そして、自民・社会の二大政党が登場する第28回から昨年の第38回にいたる計11回の総選挙における全選挙区・全候補者について、それぞれの地域(市区町村)票の得票率偏差を集積することによって、これらの指数の算出を行なった。RS指数に関しては、(1)この指数が0.40以上を示す候補者はかなり得票の地域偏重がはげしいこと、(2)それは主として、農村選挙区の保守系候補、新人または泡沫候補に顕著であり、特に前者についてはこの指数の高さがむしろ安定当選を支えていること、(3)RS指数は全体として回を追って低下傾向にあること、(4)長期連続立候者については、得票率とRS指数との時系列的な相関分析から集票領域の変化に伴う当選安定性の動向をとらえることができること、などが明らかとなった。DS指数に関しては、(1)この指数の高さは選挙区における候補者の地域的割拠性、地盤形成力をあらわしており、農村的な保守安定区、社会党複数候補者擁立区または一時的な候補者乱立区に高い数値があらわれること、(2)やはりこの数値は年々低下傾向にあること、などが明らかとなった。さらに、DS指数と各選挙区の社会・経済的諸変数との多変量解析による分析を、近く最近の国勢調査データーを入手して実施する予定である。なお、指数計算の過程で各回・各選挙区の地域票のデーター・ファィルを作成したので、、今後多方面に利用可能となっていることを付記しておく。
側頭葉てんかんの多様な病理組織像とてんかん原性に関する研究

側頭葉てんかん病変では,高磁場MRIなどの出現により,海馬硬化以外にも側頭葉微小病変の存在(dualpathology)が注目されている.そのepileptogenesisに関してはいまだ議論はあるが,側頭葉周辺皮質のCDと多様なglia,neuronの変化が全例で認められた点で興味深く,今後も検討していく予定である.現在,側頭葉てんかん症例の手術標本に関しての病理組織学的検討を中心に行っている.本年度は側頭葉微小病変14症例に関して,側頭葉外側皮質を含むcortical dysplasia(CD)を主体とした多様なglia,neuronの変化を検討した.さらに1984年までの約20例の側頭葉病変の検索を進め,最近の手術症例で検索できた海馬病変に対し海馬硬化のgrading(Watson,Wylerらによる)と外側皮質におけるCDのgrading(Palminiらによる)を行い,両者の因果関係に関して検討している段階である.今までの検討で明らかなのは,従来,海馬硬化と考えられていた症例でも周辺の側頭葉に程度の差はあるが,CDを伴っている点が興味深い.また高磁場MRIを用いた側頭葉てんかん症例の側頭葉構築異常(特にCD)の検出に関し症例を重ね,前述の病理所見と比較検討していく予定である.側頭葉てんかん病変では,高磁場MRIなどの出現により,海馬硬化以外にも側頭葉微小病変の存在(dualpathology)が注目されている.そのepileptogenesisに関してはいまだ議論はあるが,側頭葉周辺皮質のCDと多様なglia,neuronの変化が全例で認められた点で興味深く,今後も検討していく予定である.
看護系大学卒業看護者のキャリア形成に関する探索的研究

本研究は、看護系大学を卒業した看護師(以下、「大卒看護師」とする)のキャリア形成に影響を与える要因を明らかにし、キャリア形成に効果的な臨床現場と教育機関の両面からのサポートシステムの構築を探ることを目的としている。最終年度の研究は、昨年度調査した全国の病院のうち、研究協力の承諾が得られた67施設の大卒看護師379名と他の教育機関を卒業した看護師598名(専門・専修学校卒業の看護師371名、短期大学卒業の看護師227名)を比較対象として、キャリア形成の特徴と影響要因を分析し、学会発表および論文作成を行った。大卒看護師のキャリアは経験年数が大きな影響要因であり、病院での役割体験や看護専門領域の自覚が促進する要因になっていた。専門・専修学校卒や短期大学卒の看護師では、経験年数、病院での役割経験、専門領域の自覚の他に、管理的な役割経験も影響要因になっていた。しかし、大卒看護師は年齢の比較的若い層が多数を占め、今後臨床現場での経験を増すことによってそれらの要因も影響すると予測された。また、職務ストレスや職場のサポート認知は、看護経験年数にょって、ストレスやサポート内容が異なり、キャリアを促進させる場合や抑制する場合など、時期や程度により異なる影響があることが明らかにされた。また、全国の看護系大学のうちすでに卒業生のいる大学61校を対象に、卒業生のサポート体制を明らかにするための調査を行った。回答は31校(回答率50.8%)から得られ、卒業生の把握調査の実施35.5%、卒業生への施設開放80%であったが、卒業生へのサポートは教員が個々に実施しているが、大学としての組織的なサポート体制は十分整備されていないことが明らかになった。看護師のサポートは、職場の病院でのサポートが種々行われているが、今後生涯教育の必要性とともに、教育機関での再教育等も含めたサポートシステムの検討が必要となると考えられる。3年間の研究に関しては、報告書をまとめて調査協力施設に郵送することで、研究成果の還元を図った。本研究は看護系大学を卒業した看護者のキャリア形成に影響する要因を明らかにし、臨床現場と教育機関からのサポートシステムの構築を探ることを最終目的としている。今年度は、看護者のキャリア形成に関与する要因を明らかにすることを目的に、予備調査と文献から看護者のキャリアとして必要な内容60項目を検討し調査票を作成した。第1回目調査は、全国の中規模以上の総合病院から無作為に20施設を抽出し、大卒、短大、専門学校の看護基礎教育機関およびさまざまな看護経験年数別に看護者を選択して調査票を配付してもらえるように看護部に依頼した。その結果、研究の協力に承諾が得られた11施設の375名の看護者に調査票を配付し、277名(回収率73.87%)の回答を得て、研究補助者によりデータ入力を行った。データを因子分析した結果、キャリアを積んだ看護者に必要な内容は4因子(43項目)から形成されていることが明らかになった。さらに調査項目の検討を行い、新たな調査票を作成し、第2回目調査を実施した。その調査は、全国の中規模以上の総合病院から無作為に150施設を抽出し、大卒、短大、専門学校の看護基礎教育機関およびさまざまな看護経験年数別に看護者を選択して調査票を配付してもらえるように看護部に依頼した。その結果、現在返答があったのは90施設で、そのうち承諾が得られた50施設の1238名の看護者に調査票を配付し、現在回収中である。回収された調査票は順次、研究補助者によりデータ入力している。しかし、今回、承諾が得られた施設だけでは大卒者の数が少なく、回収率と経験年数での分類を予測すると研究目的を達成するだけの対象が得られていないと考えられる。よって、さらに無作為に施設を抽出し、第2回目調査を追加して行う必要があると考えた。調査期間を平成14年10月までとし、平成14年度の研究計画に追加して調査を実施することにした。本研究は看護系大学を卒業した看護師のキャリア形成に影響する要因を明らかにし、臨床現場と教育機関からのサポートシステムの構築を図ることを最終目的としている。今年度は、予備調査の調査結果を学会報告した。本年度の調査は、看護師のキャリア形成に関与する要因を明らかにすることを目的に予備調査によって作成された看護師のキャリア認知と、すでに開発している職務ストレッサー尺度およびサポート尺度の項目で構成される調査票を用いて、全国の中規模以上の総合病院から無作為に150施設を抽出し、卒業した看護基礎教育機関(大学、短大、3年制専門学校)および経験年数群別に看護師の人数割合を示して調査票を配付してもらえるように看護部に依頼した。承諾が得られた50施設の1238名の看護師に調査票を配付し、770名(回答率62.20%)から回答が得られ、研究補助者によってデータ入力した。しかし、大卒看護師の割合が少なく、経験年数での分類を予測すると研究目的を達成するだけの対象が得られていないと判断し、追加調査として、無作為に31施設に大卒看護師の調査を依頼した。17施設720名に調査票を配付した結果、324名(45.0%)から回収でき、研究補助者によってデータ入力した。2回行った調査によって1094名より回答を得たが、学歴記載なしや無記入項目が多い対象を除外した有効回答は1059名であり、現在集計分析し来年度の学会に報告する予定である。

看護系大学に対する卒業生への情報提供を含めたサポートに関する調査は、調査項目を検討し、調査票を作成した。調査は、すでに卒業生が出ている61校を対象に実施し、31校(回答率50.82%)から回答が得られ、研究補助者によってデータ入力した。大卒看護師を含む職場での主要なサポート源になる病棟看護師長を対象とした面接調査は、調査ガイドを作成し、対象者の抽出をしている段階である。面接調査は、来年度に実施し、研究補助者によってデータ入力を行う予定である。本研究は、看護系大学を卒業した看護師(以下、「大卒看護師」とする)のキャリア形成に影響を与える要因を明らかにし、キャリア形成に効果的な臨床現場と教育機関の両面からのサポートシステムの構築を探ることを目的としている。最終年度の研究は、昨年度調査した全国の病院のうち、研究協力の承諾が得られた67施設の大卒看護師379名と他の教育機関を卒業した看護師598名(専門・専修学校卒業の看護師371名、短期大学卒業の看護師227名)を比較対象として、キャリア形成の特徴と影響要因を分析し、学会発表および論文作成を行った。大卒看護師のキャリアは経験年数が大きな影響要因であり、病院での役割体験や看護専門領域の自覚が促進する要因になっていた。専門・専修学校卒や短期大学卒の看護師では、経験年数、病院での役割経験、専門領域の自覚の他に、管理的な役割経験も影響要因になっていた。しかし、大卒看護師は年齢の比較的若い層が多数を占め、今後臨床現場での経験を増すことによってそれらの要因も影響すると予測された。また、職務ストレスや職場のサポート認知は、看護経験年数にょって、ストレスやサポート内容が異なり、キャリアを促進させる場合や抑制する場合など、時期や程度により異なる影響があることが明らかにされた。また、全国の看護系大学のうちすでに卒業生のいる大学61校を対象に、卒業生のサポート体制を明らかにするための調査を行った。回答は31校(回答率50.8%)から得られ、卒業生の把握調査の実施35.5%、卒業生への施設開放80%であったが、卒業生へのサポートは教員が個々に実施しているが、大学としての組織的なサポート体制は十分整備されていないことが明らかになった。看護師のサポートは、職場の病院でのサポートが種々行われているが、今後生涯教育の必要性とともに、教育機関での再教育等も含めたサポートシステムの検討が必要となると考えられる。3年間の研究に関しては、報告書をまとめて調査協力施設に郵送することで、研究成果の還元を図った。
光化学反応によるボランー金属錯体の合成法の確立

従来のボランー金属錯体の合成法は,ほとんどが熱反応を用いるものであった。そのため,熱的に不安定なボランを出発物質として用いることが出来ないし,生成物の熱的安定性も必須の条件であった。したがって,従来のボランー金属錯体はBH_4錯体を除けば,おもに高級ボランの錯体に限られてきた。本研究では合成の際のそのような制限を除くため,最近我々が見出した金属カルボニルの光化学反応を利用したボランー金属錯体の合成法を確立するとともに,生成する錯体の構造,結合性を明らかにすることを目的とした。BH_3PPh_2CH_2PPh_2BH_3とM(CO)_6(M=Cr,Mo)との光反応により,BH_3が一つはずれ,水素原子とリン原子でキレート配位した錯体[M(CO)_4(BH_3PPh_2CH_2PPh_2)]が得られた。通常B-P結合は相当強いので,錯体生成に際してB-P結合が切れたのは,六員キレート環生成の安定化のためと考えられる。これまで,BH_3・L(L=PMe_3,PPh_3,NMe_3)の配位に際して,金属カルボニルとしてはCr,Wの場合のみが錯体を生成し,Moでは錯体を生成しなかった。この場合にMoでも錯体が得られたことは,キレート環生成によりボラン配位の安定化が得られるためと考えられ,不安定なボラン錯体を単離するための新しい指針が得られた。室温での結晶解析で水素原子の位置が求まっていなかった[W(CO)_5(BH_3・PMe_3)]の結晶解析を-50°Cで行った。その結果,ホウ素に結合した水素原子の位置も求まり,ボランが一つの水素原子を通して金属に架橋配位していることが明らかになった。W,H,Bの相互の位置関係から,結合はW,H,B原子の三中心二電子結合からなることが確認された。現在クロム錯体についても定温での結晶解析が進行している。今後,6族以外の金属カルボニルのボラン錯体生成に光化学反応を適用していきたい。
炭化物の溶解生成物により腐食を停止させる耐応力腐食割れステンレス鋼の開発

ステンレス鋼は、優れた耐食性・機械的特性を併せ持つ重要な耐食材料である。しかし、溶接により粒界でCr欠乏が生じ、耐食性が著しく低下する。加えて、応力が負荷されると、孔食を起点に応力腐食割れが粒界に沿って生じることがある。従来の対策技術はMoやCrなどを添加する高合金化や不純物除去であり、昨今の省資源化・省エネルギー化の流れに逆行するものである。本研究では、微量元素添加によって材料組織を制御し、応力腐食割れを無害化することを最終的な目的にしている。
分子不斉の基礎と応用に関する研究

医農薬、繊維、樹脂をはじめ日用品から先端材料に至るまで、多種多様な有機物質が現代文明社会を支えている。次世代に向けて、さらなる高機能性物質の創製が必要であり、合成化学が果たす役割が益々高まっている。経済性、安全性、環境保全などのすべての観点から満足すべき真に有効な方法論が確立されなければならない。反応廃棄物が少なく物質変換効率の高い「触媒反応」は魅力的であり、目的物の絶対的な立体化学をも制御する「不斉触媒反応」に大きな注目が集まっている所以である。本中核的拠点形成プログラムはその分野を国際的に圧倒的に先導してきた。本プログラムの最終年度も、分子触媒研究では、これまで以上に、新触媒反応系の確立に邁進した。無作為探索型や経験指導型のアプローチにできる限り論理性を与えるべく、触媒設計のための指導原理の確立を目指した。高い物質変換効率や興味深い有機化学現象を示す触媒反応はそのための基礎情報の宝庫であり、あらゆる方法を駆使して、これまでに発見した新反応・新現象に対する理解を深めた。有機合成力により、基質と触媒の電子的・立体的構造を系統的に変化させ、構造と反応性・選択性との相関を調査した。また、核磁気共鳴分光をはじめとする種々の分子スペクトル、物質の束一的性質を利用した分子量測定、結晶から得られるX線回折データなどの物理化学的情報を基に、触媒前駆体や反応基質の固相・液相での静的あるいは動的な構造を知り、触媒サイクルを構成する化学種あるいはその関連体を単離・構造解析した。しかし、多くの場合、真の触媒活性種は不安定で、結晶として単離されたり、スペクトルで観測されることもないので、触媒反応構成分子の構造化学的知見に加え、厳密な速度論実験や同位体効果測定を行い触媒サイクルの全貌を追及した。その結果、「二官能性触媒」、「反応遷移状態における電子的・立体的相補性の向上」、「生成物の自己会合安定化」、「立体的要請度の増加による触媒種の自己会合回避」、「準不安定配位子」といった、触媒的求核付加活性を得るためのいくつかの重要な指導原理を得ることができた。同時に、医学、薬学、農学、および関連分野から化学合成法の開拓が強く要請されている物質群に焦点を置いて、それらの効果的供給法の確立をとおしてこれまでの基礎科学研究成果を社会に還元することもできた。分子触媒の中核となる錯体研究に関しては、ジイミン配位形態変化の発見、新規キュバン型クラスター合成法の開発、新規非線形光学機能性カルコゲニドクラスターの合成、窒素固定酵素活性部位やヒドロゲナーゼ活性部位の人工的構築等に成功した。分子物性研究では、電子的・電気的・光学的機能を有する化合物群について、独自の分光法を基盤に、有機電子デバイスの基礎をなす有機/金属界面、有機/有機界面の電子構造を徹底的に解析することにより、有機電界発光(EL)素子開拓のための新モデルを提唱することができた。従来の常識を覆すモデルであり、有機電子デバイス分野に大きなインパクトを与えている。高精度熱分析によるアルカンの表面転移現象の発見、メロシアニンの自己組織化単分子膜の構築、反強誘電性発現要因の発見、キラル分子の繊維状集合体の構造解明等の成果も得ることができた。生物機能研究では、生体における機能性分子や細胞内装置の分子レベルでの理解を深めた。花色発現機構の解明、花色変異機構の解明、海洋動物からの新生理活性物質の発見と全合成、フィチン酸加水分解酵素の機構解明、金属酵素における弱い相互作用の重要性の提唱、葉緑体内に原核生物型タンパク質輸送装置の発見、膜透過装置のタンパク質複合体の立体構造の決定等、多くの成果を得た。このように、分子触媒機構解明の研究、分子触媒反応生成物の物性・機能の評価、また生物機能性分子の生理活性や種々の現象の発現機構に関する研究を全COE構成員が密接に連携して推進することにより、分子性物質に機能を賦与するためのいくつかの柔軟かつ一般的な原理を確立することができた。物質創製に関する統一的な化学概念の構築に着実に向かっている。第1年次に整備した新研究ユニットの体制下、研究リーダーの確立した分子触媒反応を基軸に、(1)分子触媒研究、(2)分子物性研究、(3)生物機能研究、の3課題について複合的に研究を展開している。まず、分子触媒研究に関しては、研究の位置づけを明確にすべく、これまでの研究成果を基盤に、有機合成反応を酸化、還元、炭素-炭素結合形成、官能基変換の四つの基本形式に分類し、その枠組みの中で、研究を推進している。具体的には、オレフィン類のエポキシ化、オレフォン類およびケトン類の水素化、飽和ないし不飽和カルボニル化合物への有機金属化合物の1,2および1,4付加、エステルやアミド類の加水分解などに照準を合わせ、予備的段階ではあるが、相関移動触媒を用いる環境調和型の実用的エボキシ化法、触媒的不斎水素化に基づく光学活性ホスホン酸類の一般合成法、キラルな有機亜鉛化合物を用いるアルデヒド類の高エナンチオ選択的な触媒的不斎アルキル化法、多元系金属触媒を用いるα,β-不飽和カルボニル化合物への有機金属化合物の高選択的1,4付加反応などの開拓に成功した。さらに、高度に修飾したシクロペンタジエニル補助配位子をもつ前周期遷移金属クロリドのアルカンチオラート、アルカンジチオラート、新しい型のスルフィドやセレニド錯体の合成に成功し、それらの錯体が炭素-硫黄結合切断に対する反応性を示すことを新たに見いだした。

これらのカルコゲニド化合物と後周期遷移金属とのクラスター化も実現した。いずれも、典型金属、後周期および前周期遷移金属の特性を最大限に活用するところに特徴がある。物質を変換する上で要となる化学機能をもつ触媒分子を盲目的ではなくできる限り論理的に設計・合成するための指導原理が強く望まれるが、そのためには物質変換機構の解明が不可欠となる。これまでに、触媒的不斎アルキル化反応および触媒的不斎水素化反応をとくに取り上げ、構造-活性および構造-選択性相関を系統的に整理するとともに、計算化学的手法、時間分解分光学的手法、X線回折法などを駆使して、高反応性、高選択性発現の機構を解明するためのいくつかの糸口をつかむことができた。分子物性研究では、分光エリプソメトリー、光電子分光の手法により、有機超薄膜の分光的評価や、有機超薄膜と金属・半導体基板との界面電子構造について情報を得ることができた。また、レーザーを用いた非線形光学やシンクロトロン軌道放射光による軟X線吸収分光を中心とした光学的手法により、自己組織化膜などの超薄膜中での分子の配向、構造についてより詳しい情報を得ることを推進している。生物機能研究では、花色発現機能性分子の単離・構造決定を通して、その分子機構を定性的に理解することができた。分子触媒研究や分子物性研究で得られた学術的・技術的情報を融合して、花色発現における天然色素分子の動態機構の解明へと展開している。研究計画は順調に実施されている。前年度と同様に、第1年次に整備した新研究ユニットの体制下、研究リーダーの確立した分子触媒反応を基軸に、、(1)分子触媒研究、(2)分子物性研究、(3)生物機能研究、の3課題について複合的に研究を展開している。分子触媒研究に関しては、「反応遷移状態における電子的・立体的相補性の向上および触媒阻害効果の防止」を分子触媒設計の基本概念に、酸化、還元、炭素-炭素結合形成、官能基変換の4つの枠組みの中で、典型金属と遷移金属、均一系と不均一系に分類して、高効率触媒反応を開拓すべく研究を推進した。これまでに、相関移動触媒を用いる環境調和型の実用的エポキシ化法、オレフィン類やケトン類の触媒的不斉水素化法、不斉水素化に基づく光学活性ホスホン酸類の一般合成法、キラルな有機亜鉛化合物を用いるアルデヒド類の高エナンチオ選択的な触媒的不斉アルキル化法、多元系金属触媒を用いるα,β-不飽和カルボニル化合物への有機金属化合物の高選択的1,4付加反応などの開拓に成功した。種々の有機/無機補助配位子をもつ種々の遷移金属カルコゲニド錯体の合成に成功し、それらを構成単位とする多くの高次金属クラスターやポリマーの構築を行い、新規機能材料の創造や複雑な金属酵素の人工合成への道を拓いた。前周期遷移金属に配位したチオラート類の炭素-硫黄結合切断反応を見いだし、高効率脱硫触媒設計のための基礎研究成果を上げることもできた。さらに、すでに確立した高効率触媒反応に焦点を置き、構造-活性および構造-選択性相関を系統的に整理しするとともに、計算化学的手法、時間分解分光学的手法、X線回折法などを駆使して、高反応性、高選択性発現の機構を追究した。採集解答には未だ至っていないが、触媒分子や反応分子の三次元構造化学的知見、反応化学的情報や理論計算をもとにした両分子の詳細な電子的・立体的情報が着実に蓄積されている。本基本概念の正当性を確信することができた。物質を変換する上で要となる化学機能をもつ触媒分子を盲目的ではなくできる限り
特発性間質性肺炎急性増悪の新規バイオマーカーの開発

特発性肺線維症(IPF)を含む特発性間質性肺炎(IIPs)の急性増悪は予後不良である。我々の研究は、IPFを含むIIPの症例において、急性増悪の予後や急性増悪の発症を予測することを目的とする。これらの検討を通じて、急性増悪の病態解明や治療につながる新たな知見が明らかになると考えている。【研究1】我々はIIPsの急性増悪(AE-IIPs)に対する可溶性thrombomodulin(sTM)製剤の効果を検証する前向き試験(SETUP試験)を行なった。SETUP試験は、当院を中心に6施設で実施した前向き共同試験であり、Propensity scoreを用いた検討でsTM製剤による治療がAE-IIPsの予後を有意に改善することを示し、2019年にその結果がRespirologyに受理、掲載となった。このSETUP試験で計画に基づいて採取した血清検体を用いて、血清中の各種サイトカインをBioPlexを用いて測定した。当初からIL-7については、過去の我々の報告にもあるように予後因子となる可能性を考えていたが、コックス比例ハザード法を用いた解析で有意な因子である可能性が示唆された。これ以外にもいくつかの因子が予後を反映する可能性が示された。各々の動きが矛盾しないか、慎重に検証を行う必要があると考えられた。【研究2】229例のIIPsコホート研究で急性増悪の臨床的な発症規定因子については、すでにRespirologyに報告している。このコホートの症例の診断時の血清を用いて急性増悪の発症を予測するバイオマーカーの開発を行う。特に研究1で急性増悪の予後を反映するバイオマーカーが、急性増悪を予測する因子となる可能性があるかを検証する予定である。したがって、研究2の推進のためにも、検討1の結論を急ぎたい。昨年度の報告書に記載したように、BioPlexの測定機器の不調により、測定が遅れたが、現在は復旧している。昨年の遅れが今年度の遅れに繋がっており、機器が復旧した現在、遅れを取り戻すためにBioPlexによる測定結果を検証中である。なお、今回の実績報告は、2019年4月以降の結果に基づいて作成した。研究1についてはBioPLexによる測定結果に基づき、ELISAで結果の検証を行うことを検討している。また、研究1の結果をもとに研究2の検討を進めて行きたい。我々はIIPsの急性増悪に対する可溶性thrombomodulin(sTM)製剤の効果を検証する前向き試験(SETUP試験)を行なった。SETUP試験は、当院を中心に6施設で実施した前向き共同試験であり、この試験の臨床データはすでに集積し、統計解析を行ってsTMの有効性を示す論文をRespirologyに投稿中である。Reviewer、Editorの査読に対して、revised manuscriptを作成し、現在、再投稿中である。このSETUP試験で計画に基づいて採取した血清検体の各施設からの回収をおこなった。今後、BioPlexを用いて、この試験で集積した血清中の各種サイトカイン測定を行い、急性増悪の予後を予測するバイオマーカーの検討を行う(研究1)。229例のIIPsコホート研究で急性増悪の臨床的な発症規定因子については、すでにRespirologyに報告している。このコホートの症例の診断時の血清を用いて急性増悪の発症を予測するバイオマーカーの開発を行う(研究2)。研究2に関しては、研究1で有意となった因子を中心に、急性増悪の予測因子としての意義を検討する予定である。したがって、研究1の結論が出るまで、研究2の測定を開始することは困難である。研究1を早期に進め、研究2についても進めていきたい。SETUP試験に用いた検体を使用して急性増悪の予後を予測するバイオマーカーの開発を行う予定であった。検体の回収を行っていたが、一部の症例登録施設からの検体の送付が遅れた。さらに、BioPlexを用いてサイトカイン測定の予定であったが、測定用機器のトラブルにより、測定用機器の調整が必要となり、現在、調整中である。これらの理由で測定が遅れている。また、SETUP試験自体の試験結果の論文化を進めていたが、統計解析などの関係で投稿が遅れ、現在Respirologyに投稿中である。一次査読は終了し、現在修正原稿の提出が完了し、受理かどうかの結果待ちの状態である。SETUP

試験は、当院を中心に6施設で実施した前向き共同試験であり、Propensity scoreを用いた検討でsTM製剤による治療がAE-IIPsの予後を有意に改善することを示し、2019年にその結果がRespirologyに受理、掲載となった。このSETUP試験で計画に基づいて採取した血清検体を用いて、血清中の各種サイトカインをBioPlexを用いて測定した。当初からIL-7については、過去の我々の報告にもあるように予後因子となる可能性を考えていたが、コックス比例ハザード法を用いた解析で有意な因子である可能性が示唆された。これ以外にもいくつかの因子が予後を反映する可能性が示された。各々の動きが矛盾しないか、慎重に検証を行う必要があると考えられた。【研究2】229例のIIPsコホート研究で急性増悪の臨床的な発症規定因子については、すでにRespirologyに報告している。このコホートの症例の診断時の血清を用いて急性増悪の発症を予測するバイオマーカーの開発を行う。特に研究1で急性増悪の予後を反映するバイオマーカーが、急性増悪を予測する因子となる可能性があるかを検証する予定である。したがって、研究2の推進のためにも、検討1の結論を急ぎたい。昨年度の報告書に記載したように、BioPlexの測定機器の不調により、測定が遅れたが、現在は復旧している。昨年の遅れが今年度の遅れに繋がっており、機器が復旧した現在、遅れを取り戻すためにBioPlexによる測定結果を検証中である。なお、今回の実績報告は、2019年4月以降の結果に基づいて作成した。検体の収集は終了の見込みであり、測定用機器の調整のめども立っている。今後、共同研究者と共に測定を開始する予定である。研究1についてはBioPLexによる測定結果に基づき、ELISAで結果の検証を行うことを検討している。また、研究1の結果をもとに研究2の検討を進めて行きたい。研究実績の概要、進捗状況報告にも記載したが、研究の実施が遅れており、それに合わせて予定された物品の購入も延期になっている。研究実施の遅延の原因は解消される見込みであり、今後、予定の物品の購入を順次行う予定である。研究実績、進捗の欄にも記載しましたが、実験器具の不調の調整のために時間を要し、研究が遅れていた。本来購入が必要なキットの購入も控えており、そのため次年度使用額が発生した。しかし、すでにキットを使用して今回の報告書に記載した検討を開始している。計画通りの検討を行うため、この1年で研究1のためのBioPlex購入、その検証のためのELISAキットの購入、研究2のためのELISAキット購入を行う予定である。また、データ整理等を目的に人件費を使用する予定である。できるだけ早期に検討結果をまとめ、論文化を行いたい。そのための英文校正費用等にも使用する予定である。
キャビティダンプ-チタンサファイアフェムト秒レーザーとその増幅器の開発

本研究では、パルスエネルギー数十nJ/pulseからサブμJ/pulseの高出力超短パルスをkHzからMHzの繰り返し数で発振する比較的廉価なレーザーシステムの開発を行う。初年度は、まず実験室をレーザー開発に適するように大幅改良した。さらに実験室環境を整備し、湿度・温度などを最適条件に制御できるようにした。さらに、チタンサファイアレーザーのキットを購入し、その製作を行い、安定なモードロックを得ることができた。2年目に、このレーザーにキャビティダンパーを組み込みキャビティダンプしたフェムト秒パルスを得ることに成功した。また、光パルスの自己相関関数を測定するためにオートコリレーターを作成した。このオートコリレータは極短パルスのパルス幅が測定できるように厚さ50ミクロンの非線形光学結晶を用いた。キャビティダンプチタンサファイアレーザーは従来の6枚のミラーを用いる構造と新たに5枚のミラーを用いる構造の2種類の場合について、それぞれレーザー発振の安定性などを計算し、実際のレーザーで確認を行った。最終的にはパルスエネルギー67nJ/pulse、パルス幅は13fsを4MHzの繰り返しで得ることができた。さらにこのレーザー出力に増幅をかけるために、6光路式のマルチパスアンプをデザインし、現在その製作を行っている。この多光路式増幅器にはQ-スイッチ半導体励起レーザーを用いる予定で、100kHzまでの繰り返しが可能である。最適な繰り返し数は20kHzあたりであると思われる。この励起レーザーとキャビティダンパーのドライバーを同期させるための調整などを行い、分周器を用いて4MHzのドライバの出力に対して数十キロヘルツでの"間引く"ことができた。これらのレーザーの製作の仕方、アライメントの仕方を広く復旧させるためにマニュアルを現在作成している。1991年にチタンサファイア(Ti:S)結晶を用いた共振器から100fs以下の超短パルス光の発生に成功して以来、Ti:Sフェムト秒レーザーはもっとも一般的なフェムト秒光源として用いられてきた。超高速レーザー技術は化学、物理学、生物学などにおける基礎研究のみならず、高速通信や新しい光学素子の開発など光科学を用いた産業においても近年その重要性を増している。本研究では、パルスエネルギー数+nJ/pulseからサブμJ/pulseの高出力超短パルスをkHzからMHzの繰り返し数で発振する比較的廉価なレーザーシステムの開発を行う。共振器内キャビティダンパーを用いたTi:Sレーザー共振器を開発すること(数十nJ/pulseを達成)とこれに多光路式増幅器とQ-スイッチナノ秒ダイオードレーザーを組み合わせること(サブμJ/pulseを達成)によりこれを行う。本年度は、まず実験室をレーザー開発に適するように大幅改良した。さらに実験室環境(光学定盤などを含む)を整備し、湿度・温度などを最適条件に制御できるようにした。チタンサファイアレーザーのキットを購入し、その製作に取りかかった。CW発振を得ることができ、現在モードロックの調整を行っている。また短パルスの性能を調整・評価する周辺機器も超短パルスレーザーの製作では重要な位置を占めるが、共振器から出力のスペクトル成分を観測するための光スペクトルアナライザーを一次元CCD検出器と回折格子、及びオッシロスコープを用いて製作しており、非常に廉価な光スペクトルアナライザーを開発することができると思われる。昨年度製作したフェムト秒チタンサファイアレーザーをにキャビティダンパーを組み込みキャビティダンプしたフェムト秒パルスを得ることに成功した。また、パルスの群速度分散を補正するためにプリズム対をレーザーをオートコリレータの間に設置した。

キャビティダンプチタンサファイアレーザーは従来の6枚のミラーを用いる構造と新たに5枚のミラーを用いる構造の2種類の場合について、それぞれレーザー発振の安定性などを計算し、実際のレーザーで確認を行った。最終的にはパルスエネルギー67nJ/pulseを4MHzの繰り返しで得ることができた。また、パルス幅は13fsであった。さらにこのレーザー出力に増幅をかけるために、6光路式のマルチパスアンプをデザインし、現在その製作を行っている。この多光路式増幅器にはQ-スイッチ半導体励起レーザーを用いる予定で、100kHzまでの繰り返しが可能である。最適な繰り返し数は20kHzあたりであると思われる。この励起レーザーとキャビティダンパーのドライバーを同期させるための調整などを行い、分周器を用いて4MHzのドライバの出力に対して数十キロヘルツでの"間引く"ことができた。これらのレーザーの製作の仕方、アライメントの仕方を広く復旧させるためにマニュアルを現在作成している。
走査型Ｘ線回折トモグラフィーによる３次元ナノメートル空間分解バイオイメージング

X線タイコグラフィとは、コヒーレントX線回折と反復的位相回復計算に基づく、レンズを用いないX線イメージング技術である。本研究の目的は、手法開発・装置開発・解析技術開発の3つの観点からX線タイコグラフィを高度化させ、生体試料の高空間分解能内部構造観察を実現することである。前年度に我々は、試料の上流に円柱構造体を配置しインラインホログラムを取得することで、回折パターンの強度ダイナミックレンジを圧縮する“暗視野X線タイコグラフィ"を提案し、計算機シミュレーションによって有効性を確かめた。本年度は、大型放射光施設SPring-8において本手法の実証を目指した。はじめに、試料に厚さ30 nmのTaジーメンススターテストチャートを用いて、円柱構造体がある場合とない場合の2通りで回折パターンを取得した。円柱構造体の直径、高さ、材質はそれぞれ100 nm、488 nm、Taであり、電子線リソグラフィ技術を用いて作製した。2つの回折パターンデータセットを利用する位相回復アルゴリズムを開発し、位相回復計算を行った。その結果、計算機シミュレーションで示唆されていた通り、再構成された試料像の空間分解能と位相感度は円柱構造体を利用しない場合と比較して向上し、12 nmの空間分解能、0.01 rad以下の位相感度を達成した。さらに本手法を磁性細菌MO-1へ応用した。Taジーメンススターテストチャートの場合と同様に、円柱構造体がある場合とない場合で回折パターンを取得し、位相回復計算を行った。再構成された試料像より、MO-1の細胞小器官であるマグネトソームが鮮明に確認できた。さらに、マグネトソームを形成するマグネタイト微粒子の一つ一つを解像できており、空間分解能は20 nm以下と見積もられる。以上のように、暗視野X線タイコグラフィを実証し、生物試料の内部構造観察に応用したことが今年度の研究成果である。27年度が最終年度であるため、記入しない。走査型コヒーレントX線回折イメージング(通称: X線タイコグラフィー)は、マイクロスケールからナノスケールまでの試料空間構造を非破壊で観察できるX線イメージング技術である。その特長を生かし、生体試料などの弱位相物体の観察や、トモグラフィーと組み合わせた3次元的な試料観察が期待されている。本年度は、以下の2点を中心に研究を進め、成果を得た。(1)磁性細菌のX線タイコグラフィー観察磁性細菌などの生体試料は、主に軽元素で構成されるために散乱能が低く、X線を利用したナノメートル空間分解観察の難度は高い。本研究では、高感度X線タイコグラフィー装置を開発することで、走査型電子顕微鏡では観察できなかった磁性細菌内部の細胞小器官(マグネトソーム)を観察することに成功した。(2)厚い試料の高分解能X線タイコグラフィー観察X線タイコグラフィーにおいて達成可能な分解能は、取得する回折パターンの最大散乱角だけでなく、試料の厚さによっても制限される。これは、生体試料の高分解能観察を目指すにあたって障壁となる。我々は、この問題を解決するため、試料を薄い層の重なりとみなすマルチスライスアプローチを位相回復計算に導入した。回折パターンの取得実験は、大型放射光施設SPring-8のBL29XULで行った。試料には、ミクロ微粒子を利用して厚さを制御した2層構造体を用いた。実験で取得した回折パターンデータに、マルチスライスアプローチを取り入れた位相回復計算を実行したところ、厚さによる分解能の制限を超えて50nmの面内分解能を達成した。さらに、光軸方向にも105μmの分解能で試料を解像でき、1方向からのX線照射のみから3次元的な試料像を再構成することに成功した。本研究は、X線タイコグラフィを装置開発、データ解析の両面から高度化させ、弱散乱物体の高分解能3次元観察を目的としている。本年度の成果を述べる。1マルチスライスX線タイコグラフィの高度化試料の厚みの影響による分解能の制限を解決する手法として、我々はマルチスライスX線タイコグラフィを提案し前年度に実証した。本年度はより複雑な多層構造を有する試料の観察を目的として、試料を歳差運動させながら回折パターンを取得するプリセッション測定を提案した。計算機シミュレーションによる基礎検討の後、SPring-8で実験を行った。その結果、4層からなる厚さ210umの試料を面内分解能50nm、光軸方向の分解能10umで観察することに成功した。2暗視野X線タイコグラフィX線タイコグラフィは明視野と暗視野の散乱強度を同時に取得する必要がある。弱散乱物体を観察する場合、暗視野領域の回折強度は明視野領域と比較し非常に弱い。そのため、現在利用可能な検出器の強度ダイナミックレンジでは微弱な回折強度を取得できず、再構成像の分解能、感度が制限されるという問題がある。そこで我々は、回折パターンの強度ダイナミックレンジを圧縮する手法として、インラインホログラフィとX線タイコグラフィを組み合わせた暗視野X線タイコグラフィを考案した。試料の上流に参照物体を配置することで、回折パターンに加えてインラインホログラムを取得する。検出器の直前にダイレクトビームを遮蔽するビームストップを配置し、回折パターンの強度ダイナミックレンジを圧縮する。また、ビームストップによって失われた情報はインラインホログラムによって補完する。

計算機シミュレーションの結果、試料の最大位相変化量が0.01radで、再構成像のピクセルサイズが10nmの場合、従来手法と比較して検出器に必要とされる強度ダイナミックレンジが1/1000になることが示された。X線タイコグラフィとは、コヒーレントX線回折と反復的位相回復計算に基づく、レンズを用いないX線イメージング技術である。本研究の目的は、手法開発・装置開発・解析技術開発の3つの観点からX線タイコグラフィを高度化させ、生体試料の高空間分解能内部構造観察を実現することである。前年度に我々は、試料の上流に円柱構造体を配置しインラインホログラムを取得することで、回折パターンの強度ダイナミックレンジを圧縮する“暗視野X線タイコグラフィ"を提案し、計算機シミュレーションによって有効性を確かめた。本年度は、大型放射光施設SPring-8において本手法の実証を目指した。はじめに、試料に厚さ30 nmのTaジーメンススターテストチャートを用いて、円柱構造体がある場合とない場合の2通りで回折パターンを取得した。円柱構造体の直径、高さ、材質はそれぞれ100 nm、488 nm、Taであり、電子線リソグラフィ技術を用いて作製した。2つの回折パターンデータセットを利用する位相回復アルゴリズムを開発し、位相回復計算を行った。その結果、計算機シミュレーションで示唆されていた通り、再構成された試料像の空間分解能と位相感度は円柱構造体を利用しない場合と比較して向上し、12 nmの空間分解能、0.01 rad以下の位相感度を達成した。さらに本手法を磁性細菌MO-1へ応用した。Taジーメンススターテストチャートの場合と同様に、円柱構造体がある場合とない場合で回折パターンを取得し、位相回復計算を行った。再構成された試料像より、MO-1の細胞小器官であるマグネトソームが鮮明に確認できた。さらに、マグネトソームを形成するマグネタイト微粒子の一つ一つを解像できており、空間分解能は20 nm以下と見積もられる。以上のように、暗視野X線タイコグラフィを実証し、生物試料の内部構造観察に応用したことが今年度の研究成果である。暗視野X線タイコグラフィを利用すれば、現状の検出器で弱散乱物体の高分解能観察が可能であることが計算機シミュレーションによって示せたため。27年度が最終年度であるため、記入しない。平成26年度の研究に基づいて、生体試料の3次元高分解能観察に向けて研究を進める。具体的には、プリセッションマルチスライスX線タイコグラフィを利用して、テスト試料ではなく実試料の3次元イメージングを目指す。また、弱散乱物体の観察が容易になることが示唆されている暗視野X線タイコグラフィの実証実験を行い、磁性細菌の高分解能内部構造解析へと展開する。本年度の研究によって、X線タイコグラフィーが生体試料の内部構造観察に有効であることが実証されたため。本年度の研究により、開発した高分解能X線タイコグラフィー装置によるバイオナノイメージングの有効性が示された。今後、研究計画に示したように、生体試料の3次元ナノ空間分解能観察に向けて研究を進める。具体的には、トモグラフィーへ拡張するための実験装置開発、ならびに、3次元再構成を行うためのアルゴリズム開発を行う。
鉛汚染の指標としてのコイ血中5-アミノレブリン酸脱水酵素の野外研究への応用

コイ血中5-アミノレブリン酸脱水酵素(ALA-D)も、ニジマスなど他魚種血中ALA-Dと同様に鉛汚染の指標として有用である。コイ血中ALA-D鉛汚染の実態調査に広く応用するためには、(1)水銀を使用しない測定法の改良、(2)血液保存法および活性の標準化法の確立が、必要である。また、魚類血中ALA-Dは、水中鉛の慢性毒性を短期間の試験で評価できる指標として有用であるので、わが国の鉛基準値10ppbの妥当性を、(3)コイの鉛曝露試験(20日間)から確かめた。九州北部の河川やダム湖の鉛汚染の実態調査を行うために、コイを採捕しようとしたところ、用意に採捕できる魚種はギンブナであった。ギンブナ血中ALA-Dが鉛汚染の指標となるか、(4)ギンブナ鉛曝露試験(三週間)から確かめた。研究結果を以下のように要約する。(1)血液反応液に7%トリクロロ酢酸溶液を加え、添加直後、10および20分後の3回攪はんし、10分間放置すると、従来法(Hg含有)と同様な活性値が得られ、水銀を用いない測定法が開発できた。(2)コイ血中ALA-Dは、血液を氷中に保存すると20日間、ドライアイスや低温(4°C)の保存でも4日間、安定であった。ALA-D活性の表現単位、即ち赤血球(RBC)ml、血液(blood)mlおよびヘモグロビン(Hb)g当りでの標準化の間には、次の換算式が成立した。(3)曝露試験から、現在の鉛基準値は水質によってはコイに慢性毒性を起こさせる濃度である可能性が示唆された。(4)曝露試験から、血中ALA-D活性阻害はギンブナが受けた鉛汚染の程度に応じ、鉛基準値10ppbでも30%の活性阻害があることから、ギンブナ血中ALA-Dは鉛汚染の指標として有用である。今後、ギンブナ血中ALA-Dを淡水域の鉛汚染の実態調査に応用したい。鉛汚染の指標としてのコイ血液中5-アミノレブリン酸脱水酵素(ALA-D)を,野外調査に応用するために,平成6年度ではALA-Dについて,(1)水銀を用いない活性測定法の開発,(2)血液保存法の確率,(3)活性標準化法の確率,を研究目的とした。その結果,(1)水銀を用いない測定法:血液反応液に7%トリクロロ酢酸溶液を加え,添加直後,10および20分後の3回撹はんし,10分間放置すると,従来法(Hg含有)と同様な活性値が得られ,水銀を用いない測定法が開発できた。この成果は日本水産学会の英文雑誌FisheriesScienceの61巻1号(1995)に掲載される。(2)血液保存法:コイ血液を氷中に保存すると,ALA-D活性は20日間安定であった。また,ドライアイスや低温(4°C)に保存しても4日間は安定であった。鉛曝露したコイの種々の活性レベルを有する血液についても,ドライアイス,氷および低温(4°C)に保存すると,4日後でもALA-Dは安定であることを,確認した。(3)活性標準化法:保存血液のヘマクリット測定は不可能なので,慣例となっていた赤血球(RBC)ml当りでの活性標準化はできない。

しかし,血液(blood)ml当りでの活性標準化でも,そのALA-D値から鉛汚染の評価は可能である。また,データーは少ないが,鉛曝露したコイ血液のALA-D活性測定の結果から,次の換算式が成り立つようである。以上今年度の検討結果から,コイ血中ALA-Dを鉛汚染に関する野外研究に応用することが可能となった。平成5年3月8日付けで、“人の健康の保護に関する環境規準"が改定され、鉛の規準値が100から10ppbへと強化された。魚類血中5-アミノレブリン酸脱水酵素(ALA-D)は水中鉛の慢性毒性を短期間の試験で評価できる指標として有用でもある。そこで、鉛基準値の妥当性を、(1)種々な水の硬度および種々な水中鉛濃度の組み合わせから成る鉛試験水でのコイ曝露試験(20日間)から確かめた。さらに、鉛汚染の指標としてのコイ血中ALA-Dを野外調査に応用するために、九州北部の河川やダム湖の淡水域で、コイを採捕しようとしたところ、容易に採捕できる魚種はギンブナであった。そこで、ギンブナ血中ALA-Dが鉛汚染の指標となるか、(2)ギンブナの鉛曝露試験(3週間)から確かめた。研究結果を以下のように要約する。(1)水中鉛10ppbおよび水の硬度50ppm(CaCO_3)の組み合わせから成る試験水に曝露されたコイ血中ALA-Dが対照魚よりも40%も阻害されたことから判断すると、現在の鉛規準値は水質によってはコイに慢性毒性を起こさせる濃度である可能性が示唆された。(2)わが国の河川水の平均的な水の硬度30ppm(CaCO_3)で調製した水中鉛3、10、30および0(対照)ppbから成る試験水でのギンブナの曝露試験から、血中ALA-D活性は水中鉛濃度とともに低下し、血中鉛濃度は水中鉛濃度とともに上昇し、血中ALA-D活性と血中鉛濃度との間には負の相関(r=-0.79)があった。しかも、鉛規準値10ppbでも対照魚と比べ血中ALA-D活性が30%も低下した。ギンブナ血中ALA-Dは鉛汚染の指標として有用であることは明かである。今後、ギンブナ血中ALA-Dを淡水域の鉛汚染の実態調査に応用したい。
化学修飾ナノカーボンを活用した新規細胞機能制御技術の開発

近年の細胞研究の発展はめざましく、特に光を活用した細胞機能制御技術に注目が集まっている。しかし、従来技術は生体透過性の低い光を利用するため生体深部領域の細胞機能を制御することはできない。また、安全性の低いウイルスを用いて遺伝子改変を行う必要がある。本研究目的では、生体透過性の高い近赤外光により容易に発熱するカーボンナノホーンの光発熱機能を活用することで、遺伝子改変なしに、生体深部の細胞機能をナノメーターレベルで光により制御する技術を構築する。本研究は、根治不可能といわれるパーキンソン病やアルツハイマー病などの神経変性疾患やガンに対する新しい分子標的医薬や先進医療技術のための普遍的な技術となる。しかし、従来技術は、生体透過性の低い光を利用するため生体深部領域の細胞機能を制御することはできない。従って、本研究目的では、生体透過性の高い近赤外光により容易に発熱するナノカーボンの光発熱機能を活用することで、遺伝子改変なしに、生体深部の細胞機能をナノメーターレベルで光により制御する技術を構築する。本研究目的を達成するために本年度は、光熱機能化ナノカーボン複合体の合成を行った。具体的には以下の通りである。ナノカーボンの光発熱特性を高めるために近赤外光を効率的に吸収可能な有機色素分子をナノカーボン表面に共有結合させた。また、当初の予定では、水溶性タンパク質をナノカーボン表面に非共有結合的に吸着させる予定であったが、水溶性タンパク質を使用せずとも有機色素分子のみでナノカーボンを水中に分散させることに成功した。当該ナノカーボン複合体の光吸収性、分散性、ナノ構造などの物性解析を行った。さらに、ナノカーボン複合体の光発熱特性を調べるために、当該分散液に近赤外レーザー光線を照射し、熱電対により経時的な温度変化を測定した。コントロール実験として未機能化ナノカーボンの光発熱特性評価を行い、光機能性の改良具合を検証した。従って、本研究目的では、生体透過性の高い近赤外光により容易に発熱するカーボンナノホーン(CNH)の光発熱機能を活用することで、遺伝子改変なしに、生体深部の細胞機能をナノメーターレベルで光により制御する技術を構築する。本研究目的を達成するために本年度は、前年度までに検証した光機能化CNH複合体を細胞に取り込ませ、近赤外レーザー(785 nm)によって細胞膜電位、細胞内カルシウム流入の遠隔制御を行った。本研究目的を達成するために、最終年度では、前年度までに検証した光機能化CNH複合体の細胞膜電位制御効果を生体内への応用を試みた。また、当該機能性ナノ複合体の生体適合性評価を細胞を用いて調査した。本年度の研究目標に掲げた光機能化ナノカーボン材料を用いた細胞制御技術の開発に成功したのみならず、本研究で開発するコア技術に関わる論文がハイインパクトな海外一流紙(Angew Chem Int Ed、Chem Asia J)に掲載された。特に、前者のAngew Chem Int Edに関わる成果は、産総研ならびにCNRSのプレスリリースを行った。また、これらの研究成果は、新聞(日刊工業新聞、化学工業日報)やインターネット情報メディア等により数多くハイライトされたことは、当初の予想を上回る大きな研究成果と言える。27年度が最終年度であるため、記入しない。

ナノバイオ工学当初の計画通り、合成したナノカーボン複合体を活用した個体レベルでの評価を実施する。本年度の研究目標に掲げた光熱機能化ナノカーボン複合体の合成を達成しているだけでなく、本研究で開発するコア技術に関わる論文がハイインパクトな海外一流誌(ACS Nano)に掲載されたことは、当初の予想を上回る大きな成果と言える。さらに、本成果はアメリカ化学会によりプレスリリースされ、インターネットを中心に国内外で広く報道された。27年度が最終年度であるため、記入しない。種類の異なる細胞機能を解析する予定であったが、一部の細胞の評価に時間を要しているため、計画を変更し、数種類の細胞のみの調査と解析を行うこととした。当初の計画通り、合成したナノカーボン複合体を活用した細胞機能制御技術の開発を実施する。種類の異なる細胞の培養に関わる消耗品購入経費として使用予定である。作製法の異なるCNTや種類の異なるCNTの光発熱特性も併せて調査する予定であったが、一部のCNTの合成に時間を要しているため、計画を変更し、数種類のナノカーボンのみの調査と解析を行うこととした。作製法の異なるCNTや種類の異なるCNTの購入経費や合成に関わる消耗品経費ならびにこれらのナノカーボンに対する光発熱特性に関わる調査経費に使用予定である。