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モンスーン・アジアにおける大気海洋雪氷系の鉛直結合変動

モンスーンに伴い太平洋とアジア大陸との海陸熱コントラストがもたらす「東西の熱的せめぎ合い」の気候系への影響に関する研究を予定通り達成できた.特に,日本北方に停滞性ブロッキング高気圧を形成し,冬季モンスーンの異常な強化をもたらす対流圏循環異常が,惑星規模波動の秋から冬への季節的な増幅の異常な強化の現れで,北極上空の成層圏を寧ろ寒冷化させて成層圏オゾン減少にも寄与し得ることを見出した.一方,梅雨期に夏季モンスーンに伴って熱帯からの気流が流れると,東シナ海の黒潮沿いに積乱雲が組織化されることや,盛夏期にかけての急速な東シナ海北部の温暖化に伴って梅雨末期に集中豪雨が最も起こり易くなる事が見出された.モンスーンに伴い太平洋とアジア大陸との海陸熱コントラストがもたらす「東西の熱的せめぎ合い」の気候系への影響に関する研究を予定通り達成できた.特に,日本北方に停滞性ブロッキング高気圧を形成し,冬季モンスーンの異常な強化をもたらす対流圏循環異常が,惑星規模波動の秋から冬への季節的な増幅の異常な強化の現れで,北極上空の成層圏を寧ろ寒冷化させて成層圏オゾン減少にも寄与し得ることを見出した.一方,梅雨期に夏季モンスーンに伴って熱帯からの気流が流れると,東シナ海の黒潮沿いに積乱雲が組織化されることや,盛夏期にかけての急速な東シナ海北部の温暖化に伴って梅雨末期に集中豪雨が最も起こり易くなる事が見出された."hot spot"を特徴づける表層海洋・対流圏・成層圏の鉛直結合系を包括的に扱い,それが気候系の形成と変動に果たす実態とその役割を解明する目的の達成へ向け,以下のような成果を得た.1)長期観測データの解析から,偏西風の持続的蛇行をもたらす冬季対流循環偏差が成層圏循環変動に与える影響の強い地理的依存性を見出した.従来の説とは異なり,シベリア高気圧の増幅に関わる北東シベリアの高気圧性偏差が,北極上空の成層圏を寒冷化させることを発見した.2)「北極振動」に伴う鉛直結合変動が引き起こす水温・海流変動と,それが大気に与え得るフィードバックの解明へ向け,気象研究所大気海洋結合モデルの長期積分を実施したが,震災による計画停電で影響で大幅な遅延となった.3)「南極振動」に伴う海上偏西風の変化と海洋渦活動・海流軸の経年変化との対応関係を海面高度計データや高解像度海洋モデル(OIFES)の出力データの解析から調査した.また,大気大循環モデルAFESの「水惑星」実験を水温前線の緯度の異なる条件で実施し観測される「南極振動」の特性と比較した.4)現実的な大気海洋結合モデル(CFES)の長期積分を実施し,北太平洋大気海洋系の10年規模変動に関わる大気海洋相互作用の特性が,観測される変動特性をかなり良く再現できることを確認した.5)平年の梅雨・秋雨前線と上空の亜熱帯ジェット気流,付随する擾乱活動,下層雲,積乱雲,降水の分布,それらに関連する下層の水蒸気量・成層安定性の分布について,海面水温やその南北勾配との関連性を,大気循環データや衛星観測データに基づき解析した.海洋の亜寒帯循環系の季節的昇温が遅れることを反映し,梅雨期の方が秋雨期より下層の成層安定度が高くて下層雲量が高いこと,盛夏期は日本付近の水蒸気南北傾度が高いものの擾乱活動が弱化するため降水量が低下することが分かった.(1)観測データから,シベリア高気圧の増幅に関わる北東シベリアの高気圧性偏差が北極上空の成層圏を寒冷化させる機構を,循環偏差と惑星規模波動との相互作用の観点から解明した.対流圏・成層圏結合変動に関わる大気のラグランジュ的運動をより正確に記述し得る理論の構築を進めた.(2)気象研究所の最新の大気海洋結合モデルの長期積分から,「北極振動」の再現性が従来のモデルに比べ若干劣ることが判明した.(3)渦解像海洋モデルOIFES再現実験から,海底地形の影響で南極周極流の強まった海域で渦運動エネルギーの顕著な増加傾向が見出された.大気海洋結合モデルCFESの中解像度版では南極振動に伴う10年規模の水温・海氷変化が見られ,観測データにも南大洋にて水温と海氷縁の逆相関が認められた.(4)異なる緯度に水温前線帯を置いた大気大循環モデルAFESによる「水惑星」実験から,ストームトラックや渦駆動される中緯度偏西風の平均緯度が,両者の力学的相互作用と水温前線帯による熱力学的強制との兼合いで決まることが見出された.(5)CFESの長期積分,観測データから,北西太平洋亜寒帯前線帯の海面水温偏差が,秋から冬への偏西風強化につれアリューシャン低気圧を弱める高気圧性循環偏差を強制することを明確に示し,ストームトラック変調の寄与を同定した.昨年夏・秋に観測された暖水偏差を与えたAFES実験から,高気圧性応答が偏西風との相対緯度に敏感なことが見出された.(6)複数の異なる観測データから,5大洋の中緯度暖流域が全海洋平均よりも23倍も速く昇温していることを発見した.(7)データの解析から,梅雨前線に伴う降水帯の経年変動が亜熱帯ジェット気流による暖気移流の変動と強く連動することを見出した.(8)気象庁全球再解析の追加データの作成を,分解能を高めた海面水温データを境界条件として与えて開始した.

特筆すべき成果としては,日本東方海上の亜寒帯前線帯の北偏に伴って起きた2011年10月の顕著な暖水偏差が,北太平洋上空で観測された高気圧性循環偏差をもたらしたことを大気大循環モデル実験で明らかにしたことである.前線帯の北偏はストームトラックのそれと整合的であり,かつエネルギー収支解析からは,移動性高低気圧波動からのフィードバック強制に加え,ジェット気流からの運動・有効位置エネルギーの変換も応答の維持に重要なことが見出された.一方,南大洋を模した「水惑星実験」から,冬季に卓越する偏西風の環状モード変動が,中緯度の水温前線の強制を反映した正位相と大気内部力学を反映した負位相という2つの力学レジーム間の揺らぎの現れであることを見出した.これを反映し,負位相での渦駆動の偏西風ジェット気流の緯度が水温前線の緯度に依らず一定であるのに対し,正位相では水温前線の緯度に敏感である特徴が見出された.これは南半球各海盆で観測される環状モード変動に伴う偏西風変動の緯度分布を問題なく説明できることも示された.ここ30年程度の南極周極流域における亜表層水温トレンドは流軸位置の南北移動傾向とほぼ対応するが,大西洋と太平洋では異なる挙動を示すことが見出され,その挙動の海盆間での違いには周極流と東西海上風変化との位置関係が重要であることが示された.また,高解像度SSTを用いたJRA55準拠の長期再解析追加プロダクトの作成は,現在まで順調に計算が進んでいる.1)特筆すべき成果としては,初夏から盛夏期にかけての東シナ海の顕著な季節的な水温上昇が,九州西部における集中豪雨の発生を梅雨最盛期ではなく,梅雨末期にさせる要因であることを領域大気モデル実験から解明し,将来の水温上昇に伴う降水量増加の定量的見積を付加して論文発表し,成果を記者発表した(H26年7月).2)集中観測データや全球大気再解析データの解析,領域大気モデル実験を通じて,黒潮・親潮続流域の水温前線に伴う海洋から大気への熱・水蒸気供給の急激な変化が,大気境界層の熱構造や海上風の収束・発散に与える影響,さらにはそれを介した雲・降水系の組織化に及ぼす影響を同定し,成果を論文発表した.こうした解析に適した気象庁次期全球大気再解析の追加プロダクト(高解像度の海面水温データを与えて観測データを同化したもの)の作成を気象研究所と東京大学が協同して推進した.3)船舶観測データの解析から,夏季の東部北太平洋域では境界層上端の成層安定度に関係する層積雲の経年変動が卓越するのに対し,西部北太平洋域では海面付近の成層安定度に関係する霧の変動が卓越することがわかった.4)南大洋周極流域では,ここ30年程度の海面水温場においてその南北勾配の東西一様な強化が見られる一方,亜表層水温に見られる暖水化傾向は海盆間で明瞭な非対称性が見られ,これは東向き風応力強化に対する流軸の南北応答として理解できることを示した.5)大気大循環モデルによるアンサンブル実験から,オホーツク海の海氷被覆面積の減少が大規模大気循環場に与え得る影響を評価し,春には有意な循環応答が見られる可能性を指摘した.1異なる緯度に水温前線帯を置いた大気大循環モデルAFESによる「水惑星」実験から,ストームトラック活動が強化され,渦駆動される偏西風が中緯度へシフトする環状モード変動の正位相においては,それらの緯度が水温前線帯の緯度に敏感な一方,負の位相においては水温前線帯の緯度に関わりなく両者は40度付近に位置する傾向を見出した.後者の緯度は水温勾配を緩和した状態でも実現されることから,環状モード変動が移動性擾乱と偏西風との力学的相互作用を反映したレジームと水温勾配よる熱力学的強制を反映したレジーム間の遷移を表す変動であり,中緯度大気の平均状態は両レジームの重ね合わせとして決まることが見出された.
微小重力環境を利用する超磁歪材の組織・結晶方位制御と磁歪特性

Tb_<0.3>Dy_<0.7>Fe_2はTbFe_2、SmFe_2と比べ、結晶磁気異方性が小さく、弱い外部磁場でも変位を示し、外部磁場に対する応答性が良い実用製の高い超磁歪材である。Tb_<0.3>Dy_<0.7>Fe_2の変形は易磁化軸である[111]方向への変位が最も大きく、高性能超磁歪材を合成するには結晶方位が[111]方向に並んだよりおおきい結晶を持つ組織と結晶方位を制御することが必要であると考えられている。従来のブリッジマン法や帯域溶融法などの単結晶育成法では[112]方向に双晶が成長し、[111]方向に成長した超磁歪材が得られていない。しかしながら、TbFe_2の易磁化軸は[111]、DyFe_2は[100]で、Tb_<0.3>Dy_<0.7>Fe_2は混晶であるので、易磁化軸が[111]とは考えにくい。本年度は微小な力の効果が大きい微小重力環境下での磁場中一方向凝固により高性能Tb_<0.3>Dy_<0.7>Fe_2の合成を行い、結晶構造・組織との関係について検討した。その結果、1)微小重力下での0.3TbFe_2-0.7DyFe_2の一方向凝固の結果、凝固物の組織は板状あるいはセル構造を持ち、冷却方向に沿ってほぼ配向していた。2)冷却及び磁束に沿った方向に<110>と<111>が微小重力下0低磁束中で凝固した試料中にほぼ観察された。常重力下では試料中に配向は観察されなかった。冷却及び磁束方向に沿って<311>配向が微小重力下高磁束中で見られた。常重力下0T中での凝固では配向は見られなかったが、磁束密度が大きくなるほど冷却及び磁束方向に沿った<110>と<111>配向を示した。特に、常重力下0.04Tでの凝固物の場合、冷却及び磁束方向に明確な<110>配向を示した。3)冷却及び磁束方向に垂直な面に<110>及び<111>ピークが増加するほどλ_<//>が大きくなった。バルク状の高性能超磁歪材を製造するためには単結晶育成もしくは組織・結晶方位制御が必要である。組織・結晶方位制御には微小重力環境下での一方向凝固が有効である。また、TbFe_2、Tb_<0.3>Dy_<0.7>Fe_<1.9>、SmFe_2超磁歪材の容易磁化軸は<111>であるので、磁場も組織・結晶方位制御には有効と考えられる。110秒の落下施設で得られる微小重力環境下で一方向凝固を磁場中で行うことにより、<111>面に結晶が配向した薄片が並んだ構造のTbFe_2、Tb_<0.3>Dy_<0.7>Fe_<1.9>を作製することに成功した。本年度では、資源的、経済的に優れた元素であるSmとFeから成るSmFe_2超磁歪材について、微小重力環境を利用して一方向凝固と磁場を利用して磁歪方向の<111>に配向したラーベス相SmFe_2超磁歪材の合成を行った。微小重力下磁場を印可しないSm-2Fe合金融体の一方向凝固によりSmFe_2単相が製造できた。SmFe_2は薄片が冷却方向に並んだ組織で、<111>方向に配向していた。SmFe_2凝固反応は、融液中にFeの核が生成し、この核と融液中のSmが反応し、Sm_2Fe_<17>になる。さらに、Sm_2Fe_<17>は融液中のSmと反応し、SmFe_3になり、次に、SmFe_3は融液中のSmと反応し、SmFe_2となる。微小重力下では融液中に対流がなく、最初にできたFe核は非常に小さく、かつ、動き回ることはないので、非常に小さい核が次々と核の周りの融液中のSmと大きい反応速度で反応する。したがって、微小重力下ではSmFe_2単相が得られたものと考えられた。微小重力下0.04Tの一方向凝固により得られた凝固物は薄片が冷却方向に並んだ組織を示したが、結晶方位の配向は見られなかった。微小重力下で0.080.12Tの磁場中、及び、常重力下00.12Tの磁場中一方向凝固により得られた凝固物は配向した組織を持たず、Sm_2Fe_<17>とFeの相からなっていた。これらの生成物は磁場と対流が融液の不均一性をもたらし、FeとSm_2Fe_<17>を経由するSmFe_2へのSmとの反応を阻害することがわかった。<111>結晶方位制御SmFe_2の磁歪率は外部磁場1000エルステッドで3200ppmと従来の多結晶SmFe_2(2300ppm)より高く、外部磁場に対する応答性も飛躍的に向上した。

Tb_<0.3>Dy_<0.7>Fe_2はTbFe_2、SmFe_2と比べ、結晶磁気異方性が小さく、弱い外部磁場でも変位を示し、外部磁場に対する応答性が良い実用製の高い超磁歪材である。Tb_<0.3>Dy_<0.7>Fe_2の変形は易磁化軸である[111]方向への変位が最も大きく、高性能超磁歪材を合成するには結晶方位が[111]方向に並んだよりおおきい結晶を持つ組織と結晶方位を制御することが必要であると考えられている。従来のブリッジマン法や帯域溶融法などの単結晶育成法では[112]方向に双晶が成長し、[111]方向に成長した超磁歪材が得られていない。しかしながら、TbFe_2の易磁化軸は[111]、DyFe_2は[100]で、Tb_<0.3>Dy_<0.7>Fe_2は混晶であるので、易磁化軸が[111]とは考えにくい。本年度は微小な力の効果が大きい微小重力環境下での磁場中一方向凝固により高性能Tb_<0.3>Dy_<0.7>Fe_2の合成を行い、結晶構造・組織との関係について検討した。その結果、1)微小重力下での0.3TbFe_2-0.7DyFe_2の一方向凝固の結果、凝固物の組織は板状あるいはセル構造を持ち、冷却方向に沿ってほぼ配向していた。2)冷却及び磁束に沿った方向に<110>と<111>が微小重力下0低磁束中で凝固した試料中にほぼ観察された。常重力下では試料中に配向は観察されなかった。冷却及び磁束方向に沿って<311>配向が微小重力下高磁束中で見られた。常重力下0T中での凝固では配向は見られなかったが、磁束密度が大きくなるほど冷却及び磁束方向に沿った<110>と<111>配向を示した。特に、常重力下0.04Tでの凝固物の場合、冷却及び磁束方向に明確な<110>配向を示した。3)冷却及び磁束方向に垂直な面に<110>及び<111>ピークが増加するほどλ_<//>が大きくなった。
超高圧水中における酸の解離促進現象を利用したアルギン酸の自己触媒化による精密分解

アルギン酸はドラッグデリバリーなど高機能ディバイスへの利用が期待されており,実用化には糖鎖を目的の分子量( 10^3g/mol)に分解する手法の確立が必須である.本研究は,触媒の添加を必要としない独自の超高圧水反応場( 250°C, 100 MPa)により,従来法(hours)と比較して,短時間(<1s)で分子量( 10^3g/mol)へアルギン酸の精密分解に成功した.また、温度,圧力の設定によりGおよびM-richアルギン酸が有利に生成する条件を明らかにした.アルギン酸はドラッグデリバリーなど高機能ディバイスへの利用が期待されており,実用化には糖鎖を目的の分子量( 10^3g/mol)に分解する手法の確立が必須である.本研究は,触媒の添加を必要としない独自の超高圧水反応場( 250°C, 100 MPa)により,従来法(hours)と比較して,短時間(<1s)で分子量( 10^3g/mol)へアルギン酸の精密分解に成功した.また、温度,圧力の設定によりGおよびM-richアルギン酸が有利に生成する条件を明らかにした.アルギン酸は海藻由来の多糖であり,二つの単糖(マンヌロン酸:M,グルロン酸:G)によって構成されている.アルギン酸の物性は分子量および糖鎖内のモノマー組成(M/G)およびMGの配列に依存する.アルギン酸は優れたゲル特性を有し,保湿性,粘性,生体分解性,イオン交換性から,ドラッグデリバリーデバイス,ゾル・ゲル応答性ポリマーなど次世代の機能性ポリマーとしての期待されている.これらの機能ポリマーの実現には,目的・用途に合った分子量やモノマー比の揃ったアルギン酸が必要であるが,現状では原料海藻類を用途で変え,抽出・選別が行われている程度で,精密なビルディングブロックの生成に至ってない.従来検討されているアルギン酸の分解法には,酵素法,強酸や強塩基を用いる加水分解法,過酸化水素を用いる酸化分解法などがあげられるが,触媒添加の必要性や反応時間が長いなどの課題から未だプロセス化に至っていない.また,高速反応の観点から超臨界水による分解も検討されたが,高い反応温度(400°C)から過分解が生じ,処理後のアルギン酸は工業的利用が困難な低分子量10^3g/mol以下への変換が主であった.本背景を受け,反応場の圧力増加によるアルギン酸の自己触媒化(触媒の添加を必要としない)と反応温度減少(300°C以下)による過分解反応の抑制がカギだと考え、本研究ではアルギン酸を熱水中で温度(300°C),圧力(100MPa)で,一秒程度の高速加水分解を行い,分子量,モノマー組成と反応因子の関係を解明し,反応速度的評価を行った。アルギン酸の加水分解の反応速度は圧力増大に伴い、増大し、本反応条件により、工業的に有用である分子量10^3g/mol以上の分子量への制御に成功した.圧力増大に伴う加水分解速度の増大は高圧によるアルギン酸の酸解離による自己触媒作用であることが示唆され、圧力操作のみによる触媒の添加を必要としないプロセスを提案した.23年度の研究実施計画に基づいた成果を以下に成果を示す.【◎アルギン酸の熱水処理における精密分解(分子量,ポリマー組成)の圧力依存性の解明】本実験条件(250°C,100MPa)でアルギン酸を熱水処理を行うことにより,従来法(hours)と比較して,短時間(<1s)で生体材料としての利用に適した分子量(10^3 g/mol)まで低下させることが可能であることを明らかにし,本手法がアルギン酸の分子量制御に有効であることを示した.処理後のアルギン酸の構成成分(M,G)の組成制御効果について検討するため,pHによる溶媒分離を行い,G-rich,M-richのアルギン酸に分離回収を行った.G-richアルギン酸は高温高圧条件,M-richアルギン酸は低温低圧条件で有利に生成していることを明らかにした.以上より,温度,圧力の操作によりアルギン酸の分子量,組成が無触媒条件において制御可能であることを確認し,熱水における無触媒プロセス提案を行った.【◎アルギン酸の熱水における高圧高温領域における密度測定】アルギン酸の精密分解における圧力効果を検討するために,熱水中におけるアルギン酸の解離反応を,密度および体積挙動の圧力依存性を測定することにより評価した.0.3wt%アルギン酸水溶液の密度を,温度(298.15318.15 K),圧力(0.150 MPa)において測定を行った.アルギン酸溶液の密度は一定温度において圧力増加に伴い増加し,比容積は圧力増加に伴って減少した.高圧下における水溶液の体積を常圧下のそれに対する変化量として換算することにより,常圧下に対する高圧でのアルギン酸解離反応に対する反応速度定数は大きくなることが示唆される.つまり圧力の増大に伴ってアルギン酸の酸解離現象が促進することを示唆している.本結果は圧力増大の効果としてアルギン酸の酸解離による自己触媒効果によるものであることを裏付けるものであると考えられる.
RCAS1による造血の調節機構の解明と造血幹細胞移植への臨床応用

腫瘍抗原である、receptor-binding cancerantigenon SiSo cells(RCAS1)は、種々の腫瘍細胞表面に発現しているタイプII膜蛋白である。RCAS1は、予後不良な患者から得られた腫瘍で高頻度に発現していること、および免疫細胞に細胞死を誘導するところから、腫瘍細胞免疫系からの逃避機構に関与していると考えられてきた。さらに、造血前駆細胞の表面にRCAS1受容体が存在していることが証明され、RCAS1が造血の調節に何らかの役割を果たしていることが示唆された。RCAS1による造血の制御メカニズムを明らかにするために、RCAS1を産生する血液細胞であるマクロファージに注目し、造血細胞の生存に及ぼす影響を検討した。活性化マクロファージは、赤芽球系前駆細胞の細胞死を誘導し、RCAS1の中和抗体が、この効果を消失させた。この所見は、マクロファージが分泌するRCAS1が細胞死を誘導することによって造血を負の方向にも調節していることを宗す所見である。おそらく炎症の際に見られる貧血には、このマクロファージによる造血抑制が関与しているものであると考えられる。マクロファージが分泌するRCAS1が、造血細胞のアポトーシスを誘導するという本研究の結果は、換言すれば、RCAS1を中和することが、造血幹細胞の体外での増幅に有効である可能性を示唆する所見である。骨髄マクロファージはRCAS1を発現しており、周囲の造血前駆細胞にアポトーシスを誘導することによって、造血を負の方向に調節していると考えられる。そこで、マクロファージによるRCAS1の産生を、免疫染色、RT-PCRおよびELISAにより検討した。正常人末梢血よりCD14免疫磁気ビーズにより純化した単球は、細胞質にRCAS1を発現していた。細胞をLPSにより刺激すると、細胞質のRCAS1の発現が増強され、細胞膜が濃染された。染色パターンにも変化が見られた。すなわち、非刺激単球では、細胞質がびまん性に染色されたが、刺激後は、顆粒状に染色される傾向が認められた。RCAS1を電子顕微鏡を用いて免疫組織化学的に観察すると、刺激したマクロファージでは、RCAS1は細胞の小胞体、空砲、ブレブに認められ、RCAS1の分泌が示唆された。RT-PCRによる検討では、非刺激状態の単球では、RCAS1mRNAはごくわずかに検出されるのみだったが、LPS添加培養によって発現は著明に増強した。細胞の培養上清中のRCAS1を、ELISAにより測定した。非刺激では、単球の培養上清中にRCAS1は検出されなかった。異なった濃度のLPSを培養液中に添加すると、濃度依存性に培養上清中のRCAS1は増加した。直接的に単球-マクロファージによる造血前駆細胞に対するアポトーシスの誘導を証明するために、共培養実験を行った。LPS刺激マクロファージと末梢血より純化した赤芽球系前駆細胞を共培養すると、赤芽球系前駆細胞に細胞死が誘導された。非刺激単球には、この殺細胞効果は認められなかった。これらの結果より、炎症などで刺激を受けた単球-マクロファージがRCAS1を分泌し、造血を抑制することが示唆された。正常人末梢血よりCD14免疫磁気ビーズにより純化した単球は、細胞質にRCAS1を発現しており、LPSにより刺激すると、細胞質のRCAS1の発現が増強された。細胞の培養上清中のRCAS1を、ELISAにより測定すると、LPSの濃度依存性に培養上清中のRCAS1は増加した。

直接的にRCAS1の関与を証明するために、この培養系にRCAS1に対する中和抗体を添加すると、殺細胞効果は著明に減弱した。これらの結果より、炎症などの際には、単球-マクロファージが分泌するRCAS1が、造血を抑制し貧血の原因となっている可能性が示唆された。RCAS1が造血抑制作用を有することから、造血障害における検討を行った。マクロファージが病態に関与している造血障害として、血球貧食症候群が知られている。血球貧食症候群の患者で、骨髄クロット標本の免疫染色を行うと、浸潤しているマクロファージがRCAS1陽性に染色された。強い炎症所見を有し、白血球減少、貧血をきたす疾患として、菊池病(Histiocytic Necrotizing Lymphadenitis)が知られている。菊地病患者のリンパ節標本の免疫染色を行うと、コントロール標本(反応性リンパ節腫脹)に比較して、高率にRCAS1陽性マクロファージが観察された。これらの所見は、マクロファージの分泌するRCAS1が、種々の疾患における造血障害の病態に深く関与していることを示唆するものである。RCAS1による赤芽球系前駆細胞のアポトーシス誘導は、造血組織における赤血球産生の調節に重要な役割を果たしていると考えられる。活性化したマクロファージと末梢血より純化・増幅した赤芽球系前駆細胞を共培養すると、赤芽球系細胞のアポトーシスが誘導された。この培養系にRCAS1に対する中和抗体を添加することによって、細胞のアポトーシスが抑制された。これらの結果から、マクロファージから分泌されたRCAS1が、正常造血の調節や慢性炎症の際の貧血の原因として重要な役割を果たしていることが示唆された。無効造血は、骨髄中で造血細胞のアポトーシスが亢進した状態であると考えられている。無効造血によって貧血をきたす疾患として、骨髄異形成症候群、サラセミアなどが知られている。サラセミアでは、グロビンのα鎖とβ鎖のアンバランスによって生じたフリーグロビン鎖が、赤芽球系細胞を傷害してアポトーシスを誘導することが想定されている。そこで、サラセミア患者末梢血から、赤芽球系前駆細胞を純化・増幅し、アポトーシス亢進の有無を検討した。驚くべきことに、サラセミア患者では、純化した赤芽球系前駆細胞のアポトーシスの動態は、正常対照と差を認めなかった。そこで、さらに患者骨髄より赤芽球系前駆細胞を純化・増幅した。この際には、最終的に10%程度マクロファージが混入する。同様に正常対象者骨髄液より純化・増幅した赤芽球系前駆細胞と比較すると、サラセミア患者から純化した細胞では、アポトーシスの有意な増加を認めた。この結果は、サラセミア患者の無効造血は、赤芽球系前駆細胞単独で生じるのではなく、マクロファージから分泌されるRCAS1などのアポトーシス誘導蛋白が何らかの役割を果たしていることを示唆している。
ダウン症児を育てる家庭の母の就労困難要因とその支援に関する研究

研究計画において、2018年度についてはアンケート調査の実施、分析を行うこととなっていたが、研究者都合により、調査の実施時期を遅らせることとなった。そのため、当該年度については文献を主とした研究を行っている。障害を持つ子どもを育てる家庭の場合、先行研究では母親の就業率の低さや世帯収入の少ないことが報告されている。加えて、ダウン症児を育てる家庭では、出産後間もない段階で障害について診断されることが多い。そのため、心身両面における発達障害の受容もままならないうちから育児を始めなくてはならない。加えて、心内膜床欠損症に代表される心疾患等のため、手術適応になるケースも少なくない。2018年度はまず文献による方法でこれらについて根拠付けていく作業を行った。特また、女性の就労及び、ワーク・ライフ・バランスについても障害児(者)の属する家庭と属さない家庭間の違いを明らかにすべく、同じく文献による方法で分析を行うため、各種の文献および論文データの整理、入力作業を実施し、一定の根拠を得ることができた。上記を基にし、本研究の中核となる各種団体へのアンケート調査のために使用する質問紙及びインタビュー項目の作成について、各種機関・団体から協力をいただきながら作成を行っており、調査準備は整った状態である。本研究では、ダウン症児を育てる家庭の母の就労における「就労・就労継続の困難性」「就労・就労継続の困難要因」について明らかにすることを最終的な目的としていることから、今後速やかな調査の実施および結果の分析、公開へと進めていくこととなる。研究者の機関異動の可能性が生じたことから、研究調査の実施について、協力団体より混乱を招かないよう異動後に実施することのアドバイスを受けた。そのため、初年度に実施する予定であった調査を遅らせることとなった。そのため、全体としてやや遅れが生じている。研究者の機関異動があったことから遅れていた研究調査について、研究計画に基づいて速やかに実施していく。時期の遅れはあるものの、十分余裕を持った研究計画としており、すでに調査準備は終了していることから、円滑に実施することが可能であり、特段の課題は生じない。2018年度において、調査の実施がなかったことにより、そのデータ整理等の人件費の支出がなかったことが主な理由である。2019年度において、調査の実施により人件費が生じるため使用することとなっている。
多発性嚢胞腎における細胞微小小胞の機能解析

本研究からADPKDには特異的なmicroRNAが尿中exosomeから検出でき、これらのmicroRNAはADPKDのprognostic, predictive factorとなる可能性があることが示唆された。本研究は平成24年度から26年度において、腎細胞外に存在するmicrovesicleのプロフィール、機能、含有蛋白を野生型マウスとPKD1欠損マウスで比較し、さらにPKD1欠損マウスをバゾプレシンV2受容体拮抗薬およびチアゾリン系薬剤ピオグリタゾン投与により治療し、嚢胞形成を抑制した時の、microvesicleの動態と、含まれる蛋白を解析することにより、多発性嚢胞腎の創薬につながる新規標的分子を同定することを目標とする。この研究成果として多発性嚢胞腎の発症初期に特異的な蛋白がmicrovesicleに得られれば、病態の理解に重要な分子である可能性があり、また関連する細胞内情報伝達系を解析することは分子創薬の可能性を開拓する。またmicrovesicleの機能を解析することにより、多発性嚢胞腎の早期治療介入に活用できる可能性がある。正常マウス、PKD1遺伝子欠損マウス腎からmicrovesicleを抽出し、LC/MS法により、microvesicleに含まれる蛋白質の解析を行う。正常腎および嚢胞腎を発症したPKD NOマウス腎からmicrovesicleを抽出し、正常マウス腎尿細管培養細胞に加える。腎尿細管細胞の形態と細胞接着因子の発現、遺伝子発現をマイクロアレイにより網羅的に検討する。本研究では、CKD Gstage4患者ならびにADPKD患者から、尿中のexosomeを抽出し、含まれているmicroRNAを網羅的に解析した。この結果i)Wnt/b-catenin/GSK-3b ii)がん遺伝子の発現調節iii)腎細胞癌iv)がん抑制遺伝子v)炎症、酸化ストレスの抑制に関するmicroRNAがCKD患者に比して有意にADPKD患者において増加していた。難病である多発性嚢胞腎は、両側腎臓に多数の嚢胞が進行性に発生・増大し,腎臓以外の種々の臓器にも障害が生じる最も頻度の高い遺伝性嚢胞性腎疾患である。通常は遺伝性疾患であり、常染色体優性遺伝と常染色体劣性遺伝とによるものがある。嚢胞発生のメカニズムとして、腎尿細管の細胞接着の異常が嚢胞形成の初期病態として重要であると考えられている。細胞細胞間のコミュニケーションに関与する、細胞が産出する微小小胞(microvesicle)のプロフィールを正常マウス腎と、疾患遺伝子PKD1欠損マウス腎で比較し、microvesicleが腎尿細管細胞に及ぼす作用を検討することを本研究の目的としている。さらに治療薬によるmicrovesicleの機能と内容の変化を解析することにより、多発性嚢胞腎の創薬につながる新規標的分子を探索する。多発性嚢胞腎において高血圧は末期腎不全にいたる危険因子と考えられており、降圧療法が重要な治療である。Pkd1コンディショナルノックアウトマウスに対してARB、CCB、DRIを投与し、それぞれの薬剤の血圧、腎嚢胞、腎機能、肝嚢胞に対する効果を比較する。肝嚢胞に対しては降圧剤によって差を認めなかったが、腎嚢胞はDRIのみがコントロールと比べて有意に縮小し、腎機能もDRIのみが有意に改善した。したがってレニン阻害薬(DRI)が腎嚢胞抑制効果を有すると考えられ、レニンーアンギオテンシン系とmicrovesicle1との関与についても検討していく。尿中分泌細胞小体(exosome)とは、細胞内の小胞由来の膜構造を総称し、尿中exosomeは、ネフロンから分泌され40-80 nmの大きさを持つ。尿中exosomeは蛋白質のみならずmRNA,およびmicroRNAも含んでいることから、細胞-細胞間相互作用を反映していることが報告されている。常染色体優性多発性嚢胞腎(ADPKD)は、2000人に一人発症する難病であり、60歳代までに半数は終末期腎不全へ進行する。ADPKDでは、腎嚢胞の形成により腎の構造が破壊され、濃縮力障害が起こり、バソプレシンが恒常的に高値となる。バソプレシンV2受容体阻害薬は腎嚢胞の増大を抑え、慢性腎臓病(CKD)の進行も抑制する。ADPKDの責任遺伝子はPKD1およびPKD2であり、これらの遺伝子産物であるpolycyctin1および2は尿細管の形態と機能の維持に働いている。ADPKDでは尿細管細胞の極性が失われ、上皮間質転換(EMT)を生じた嚢胞上皮細胞の増殖と間質での血管新生が生じる。マクロ的には嚢胞形成とともに腎実質に炎症が生じ、腎の萎縮が生じる。この結果以下の特徴的なmicroRNAがCKD患者に比して有意にADPKD患者において増加していた。泌尿器科学NGAL、MCP1など尿細管由来のバイオマーカーをマウスモデル、およびADPKD患者の尿中に同定した。病態との関連を現在検討している。正常マウス、PKD1遺伝子欠損マウス腎からmicrovesicleの抽出が概ね可能である。

再現性も認められた。引き続いて尿中microvesicleに含まれる蛋白、RNAの解析を行う。正常腎および嚢胞腎を発症したPKD NOマウス腎からmicrovesicleを抽出し、正常マウス腎尿細管培養細胞に加える。腎尿細管細胞の形態と細胞接着因子の発現、遺伝子発現をマイクロアレイにより網羅的に検討する。LC/MSの確立と、MS/MSスペクトルによるペプチドの同定と定量化は未だ不十分であり、今後も引き続き行う。正常マウス腎およびPKD1遺伝子欠損(PKD KO)マウス腎からのmicrovesicleの抽出し、正常マウス腎尿細管培養細胞に加える。さらに正常マウス腎から樹立した繊維芽細胞にmicrovesicleを加え、培養上清中の炎症性サイトカイン、MCP-1, IL-6などを測定する。多発性嚢胞腎動物モデルでのバゾプレシン阻害薬およびピオグリタゾン投与による腎microvesicleの変化を検討する。1.バゾプレシンV2受容体阻害薬は、動物モデルで腎嚢胞を縮小する。[1]またチアゾリン系薬剤ピオグリタゾンもPKD KOマウスで腎嚢胞を縮小する。2.PKD1遺伝子欠損マウスの薬物治療前後で腎のmicrovesicleを抽出し、蛋白発現プロフィールを検討する。今年度、購入予定でした物品が予定より安く購入出来たため使用額が余り,増税の影響で購入予定の物品が入手出来なかった為。前年度購入予定でした物品を次年度購入します。直接経費として物品費1,100,000、また平成24年度からの繰越額1,084,234と合わせた2,184,234を申請する。今年度はLC/MSの確立と、MS/MSスペクトルによるペプチドの同定と定量化が未だ不十分であったため未使用額が発生した。今後にくりこし引き続き行う。
生活環との関わりから見たハダニ類の捕食回避戦略の解明

今年度はハダニ-カブリダニ相互作用の研究を行っているオランダ・Wageningen大学のDicke博士の下で研究を遂行した。一般的に、生物の行動は事前の経験(捕食者との遭遇など)に影響される。これまでの私の研究は、捕食者であるカブリダニが居る時のハダニの行動を重点的に調べていた。そこで、捕食者遭遇経験がその後のハダニの行動に影響を及ぼすか調べた。カブリダニに事前に遭遇したハダニの分散行動は未経験個体と違わなかったが、遭遇経験個体の集合性は未経験個体に比べて低くなった。ハダニは好んで仲間が吐いた糸を辿ることが知られている。仲間の吐糸に対するハダニの選好性を調べたところ、捕食者遭遇経験個体の選好性は未経験個体よりも低くなった。このことから、選好性の低下が集合性の低下を招いたと考えられた。ハダニは野外植物上で様々な密度で生息する。捕食者遭遇経験がハダニの行動の一部を変え、その分布に影響しているのではないかと思われる。昨年度の研究により、雌が交尾前に間接的に雄を選り好む可能性が示唆された。この可能性を確かめるために、雌が選り好みによって利益を得るのか検証した。雄間闘争に勝った雄と交尾した雌自身およびその娘の適応度は任意雄と交尾した雌のものと違いは見られなかった。しかしながら、雄間闘争にかった雄と交尾した雌の孫雄は任意雄と交尾した雌の孫雄よりも雄間闘争に勝つ率が高くなった。ハダニの雌は間接的な選り好みによって間接的な利益を受けているとが明らかになった。ハダニの雌にとって初回交尾のみ有効なので、雄成虫は成虫化前の静止期雌をガードする。しかし、複数の雄にガードされる雌と単独の雌がしばしば同じ葉上で観察される。なぜこのような違いが生じるのか、カンザワハダニを用いて検証した。雄にガードされた雌と単独雌が同じ葉上に居ると、雄成虫の多くは前者の雌を選んだ。雄成虫の存在は影響しなかったが、雄成虫の代わりに若虫に雌をガードさせた場合でも雄は単独雌よりもその雌を選んだ。このことから、雄にガードされた静止期雌が他の雄を誘引すると考えられた。その一方、雄にガードされた雌は単独の雌よりも捕食者のケナガカブリダニに見つかりやすかった。そこで、ハダニの静止期雌が雄にガードされることで受動的に他の雄も誘引するのか否か調べた。静止期の前に捕食者と同居した雌と同居しなかった雌間で雄の誘引性を比較したところ、事前に捕食者と同居した静止期雌は同居しなかったものに比べて雄成虫を誘引しなかった。このことから、ハダニの静止期雌は周囲の状況に応じて雄を誘引するか否か決めていると考えられた。また、雄成虫による交尾前ガード行動と雌による静止場所選択の関係にろいて捕食回避の視点から検証した。ハダニの静止場所は葉脈沿いが多く、雄成虫は他の部位で静止した雌よりも葉脈沿いの雌を見つけやすかった。しかし、葉脈沿いで静止した雌はカブリダニに見つかりやすかった。静止期に入る前にカブリダニに遭遇したハダニの雌は葉脈沿い以外の部位で静止するようになった。また、雌をガードする雄は単独のものよりもカブリダニに見つかりやすく、捕食者が居ると雄成虫は捕食者が居ない場合に比べて雌をガードしなくなった。しかし、雄が被る捕食リスクは単独時の方が高く、捕食者存在時に雄は葉脈沿いの雌よりも他の部位の雌をガードする傾向が見られた。
濃黄色花シクラメン品種の作出に関する研究

濃黄色花シクラメン品種を作出するために,昨年度は,黄色花シクラメンにおいて花弁内黄色色素(カルコン)含量が多い個体を選抜した。また,赤色花品種`ボンファイア'において,通常の個体よりも花色が濃く,かつ花弁内色素量がきわめて多い個体(ブラック・ボンファイアと仮称する)も選抜できた。さらに,これら両者の交配によりF_1を獲得できたので,本年度は,交配親に用いた`ブラック・ボンファイア'の花色素構成と,これらF_1の花色ならびに花色素構成を調査した。`ブラック・ボンファイア':通常の`ボンファイア'は赤色花で,花弁にはアントシアニジンとしてシアニジンとペオニジンとを含んでいるが,`ブラック・ボンファイア'は赤黒色花で,これら二つのアントシアニジンに加え,デルフィニジン,ペチュニジンおよびマルビジンを含んでいた。F_1の花色:黄色花シクラメンと`ブラック・ボンファイア'との交配により,40個体のF_1を得ることができたが,これらはいずれも桃色もしくは紫色花個体であり,黄色花個体は得られなかった。F_1の花色素構成:得られたF_1のうち桃色花個体の花弁には,デルフィニジン,シアニジンおよびマルビジンが,また,紫色花個体の花弁からはデルフィニジンとマルビジンが検出された。しかしながら,いずれの個体の花弁にも黄色花シクラメンの主要な黄色色素であるカルコンは含まれていなかった。次いで,これらF_1の自家交配を行なったところ、多数のF_2個体を得ることができた。これらF_2個体には,葉や葉柄が黄色味を帯びているものが認められることから,黄色花の開花が予想される。現在,育成中である。現在,育成中である。シクラメンの二倍体白花品種育成系統中に見いだされた黄花株花弁の黄色発現に最も関与している主要な色素は,高速液体クロマトグラフィ-分析及び分光光度計によるスペクトル分析等の結果,フラボノイド系色素の一種であるカルコノナリンゲニン2'ーグルコシド(イソサリプルポシド)と同定できた。また、二倍体白花品種の花弁にはフラボノイド系色素のうちフラボノ-ルが多く含まれていたのに対し,黄花株の花弁にはその色素がほとんど含まれていなかったことから,本黄花株はカルコンーフラバノンイソメラ-ゼをもたない劣性突然変異体と推定できた.次に,本黄花株は葉や葉柄及び実生の子葉等が黄色味を帯びた緑色をしているため,これらの部位の色素構成を調査したところ,花弁の黄色発現に最も関与している色素と同一であることが明らかとなった.このことから,植物体の色調と花弁の色素発現との密接な関連が示唆され,黄花シクラメンの幼植物での検定が可能との感触を得た.さらに,黄花シクラメンを交配親に用い,得られた種子を試験管内で無菌的に播種し、発芽した実生のうち黄色味を帯びた個体のみを選抜して一定の条件下で培養を行えば,黄花シクラメンの効率的な大量増殖が可能なことも明らかにすることができた。なお,これらの培養で得られた個体はすべて黄花株となったことから,培養による変異は起こらないことも明らかとなった。一方、濃黄色花シクラメン品種作出のために有色花シクラメンの花弁のフラボノイド色素量のスクリ-ニングを行なったところ通常の約3倍量の含量をもつ個体を選抜できた。この色素蓄積型個体と黄花株との交配を行なったところ若干の交雑種子を得ることができたので,現在,播種・育苗中である。

また,赤色花品種`ボンファイア'において,通常の個体よりも花色が濃く,かつ花弁内色素量がきわめて多い個体(ブラック・ボンファイアと仮称する)も選抜できた。さらに,これに両者の交配によりF_1を獲得できたので,本年度は,交配親に用いた`ブラック・ボンファイア'の花色素構成と,これらF_1の花色ならびに花色素構成を調査した。`ブラック・ボンファイア':通常の`ボンファイア'は赤色花で,花弁にはアントシアニジンとしてシアニジンとペオニジンとを含んでいるが,`ブラック・ボンファイア'は赤黒色花で,これら二つのアントシアニジンに加え,デルフィニジン,ペチュニジンおよびマルビジンを含んでいた。F_1の花色:黄色花シクラメンと`ブラック・ボンファイア'との交配により,30個体のF_1を得ることができたが,これらはいずれも桃色もしくは紫色花個体であり,黄色花個体は得られなかった。F_1の花色素構成:得られたF_1のうち桃色花個体の花弁には,デルフィニジン,シアニジンおよびマルビジンが,また,紫色花個体の花弁からはデルフィニジンとマルビジンが検出された。しかしながら,いずれの個体の花弁にも黄色花シクラメンの主要な黄色色素であるカルコンは含まれていなかった。これらF_1の自家交配を行なったところ,多数のF_2個体を得ることができた。これらF_2個体には,葉や葉柄が黄色味を帯びているものが認められることから,黄色花が開花することが予想される。現在,育成中である。
テレオシジン類の合成研究

テレオシジンA-1(1)(【R^1】=vinyl,【R^2】=Me)、A-2(2)(【R^1】=Me,【R^2】=vinyl)は放線菌の一種Streptomyces mediocidicusより単離された皮膚刺戟性物質で、このうちA-1はハワイ近海に産する海藻の一種Lyngbya majusculaが分泌する刺戟性化学物、リングビアトキシンAと一致することが知られ、ともに強い発癌プロモーター作用を有する物質として最近注目を集めている。我々は今年度科学研究費補助金交付申請書に記載した研究実施計画1および2に則り、まず2-ホルミルピロールを原料とした7-アルキルインドール誘導体の合成法を確立した。ついで実施計画3のごとくして1-トシルピロールよりL-バリン誘導体(3)を合成し、これにゲラニルブロミドより調製したグリニヤー試薬を反応せしめ(4)とし、脱水処理後アミド体(5)(X=0)をチオアミド体(5)(X=S)へと変換した。重要合成中間体(6)への閉環はこれをジメチルホルムアミド中ヨウ素メチルと処理して達成し、光学括性体(6a)(【R^1】=vinyl,【R^2】=Me)、(6b)(【R^1】=Me,【R^2】=vinyl)を純粋に単離した。(6a),(6b)それぞれに3-グロム-2-ヒドロキシプロピオン酸エチルを縮合せしめて(7a),(7b)とし、アルミニウムアマルガム還元に付し(8a),(8b)(R=cooet)ヘと導いた。エステル基の一方を位置選択的に還元して(8a),(8b)(R=【CH_2】OH)とした後、9員環ラクタム形成反応を適応し、テレオシジンA-1(1)およびA-2(2)を1-トシルピロールより11工程にて全合成し得た。合成品は天燃物同様強い発癌プロモーター括性を示した。
アキラルな基質の結晶化により生じたキラリティーの記憶と新規絶対不斉合成の開発

有機化合物の結晶化によ分子情報を記録し,この有用な情報を溶液系での多様な反応に展開する新しい分野を開拓した。特にアキラルな基質のキラル結晶化により生じた不斉分子情報を均一系での不斉反応へと応用し新規絶対不斉合成を開発した。o-二置換置換芳香族アミドはsp^2平面構造の窒素原子を有し,アミドの回転がラセミ化に相当する。さらに窒素原子上の置換基や隣接した置換基を選択することにより,ラセミ化速度の制御も可能である。これらのアミドが自然晶出により不斉結晶を形成すると,溶解後でも分子不斉を保持することが可能であり新たな不斉誘導へと展開できる。我々は種々のナフトアミド誘導体を合成しキラル結晶化を検討した。その中で2-位にメトキシ基を導入したpiperidineのナフトアミドが空間群P2_12_12_1の不斉結晶を形成することを見出した。アミド結合はナフタレン環に対してほぼ直行した(101.6・)捻れた構造を有していた。このアミドは室温で容易にラセミ化が進行しHPLCなどによる分割は不可能であった。このラセミ化速度を求めるために,鏡像体の結晶を種々の低温のTHFに溶解し,CDスペクトルを測定すると対応するCotton効果が観測された。さらに時間経過とともに徐々に減少していく様子も観測できた。そのラセミ化の半減期は13.4分(15°C),20.2分(10°C),35.8分(5°C)であり,結晶化により記録された不斉分子情報を低温では長時間記憶していることを見出した。アミドの不斉結晶を低温で溶解させ,保持されている不斉分子配座とジエンやアントラセンとの不斉光付加反応を検討した。-20°C-40°Cに冷却したジエンやアントラセンのTHF溶液に不斉結晶を溶解させ,超高圧水銀灯にて光照射した。4+4付加物と2+2付加物ともに光学活性体として得られ,新しい絶対不斉合成に成功した。組織化された結晶空間には,均一系とは異なる特異な反応場が提供され,各々の分子は特徴ある反応挙動を示す。結晶化の過程は分子の選択性に,結晶相反応は反応の選択性に優れている。我々はこの特性を巧みに活用し,自然晶出法によるキラリティーの自然発生や不斉結晶の固相光反応による絶対不斉合成を報告してきた。しかし,反応の選択性に優れていることは,逆に,限られた反応でしか利用できないことを意味している。反応の場を均一系やアモルファスへ展開する事によりこの問題を解決できる。すなわち,基質の結晶化によりキラリティーなどの分子情報を記録し,この情報を溶液系での多様な反応に活用することが可能になると考えられる。今回は特にアキラルな基質のキラル結晶化により生じた不斉分子情報を光不斉反応へと展開し新規絶対不斉合成を開発した。芳香族アミド1は,sp^2平面構造の窒素原子を有し,アミドの回転がラセミ化に相当する。

その中で2-位にメトキシ基を導入したpiperidineのナフトアミドが空間群P2_12_12_1の不斉結晶を形成することを見出した。アミド結合はナフタレン環に対してほぼ直行した(101.6)捻れた構造を有していた。アミド1は室温で容易にラセミ化が進行しHPLCなどによる分割は不可能である。このラセミ化速度を求めるために,鏡像体の結晶を種々の低温のTHFに溶解し,CDスペクトルを測定すると対応するCotton効果が観測された(Figure3-a)。さらに時間経過とともに徐々に減少していく様子も観測できた。そのラセミ化の半減期は13.4分(15°C),20.2分(10°C),35,8分(5°C)であり,結晶化により記録された不斉分子情報を低温では長時間記憶していることを見出した。ナフトアミドをジエン存在化で高圧水銀灯を用いて光照射したところ付加反応が速やかに進行した。cyclopentadieneを用いた場合には4+4付加体2が高収率で得られ,2,5-dimethylhexadieneを用いた場合には2+2付加体3が得られた。これらの類似体の構造を単結晶X線結晶構造解析により決定した。不斉結晶を低温で溶解させ,保持されている不斉分子配座とジエンとの不斉光付加反応を検討した。-20°C-40°Cに冷却したジエンのTHFまたはtoluene溶液に不斉結晶を溶解させ,超高圧水銀灯にて光照射した。cyclopentadieneと2,5-dimethylhexadieneのいずれを用いた場合にも付加反応は効率よく進行し,4+4付加物と2+2付加物ともに光学活性体として得られ,新しい絶対不斉合成に成功した。有機化合物の結晶化によ分子情報を記録し,この有用な情報を溶液系での多様な反応に展開する新しい分野を開拓した。特にアキラルな基質のキラル結晶化により生じた不斉分子情報を均一系での不斉反応へと応用し新規絶対不斉合成を開発した。o-二置換置換芳香族アミドはsp^2平面構造の窒素原子を有し,アミドの回転がラセミ化に相当する。さらに窒素原子上の置換基や隣接した置換基を選択することにより,ラセミ化速度の制御も可能である。これらのアミドが自然晶出により不斉結晶を形成すると,溶解後でも分子不斉を保持することが可能であり新たな不斉誘導へと展開できる。我々は種々のナフトアミド誘導体を合成しキラル結晶化を検討した。アミド結合はナフタレン環に対してほぼ直行した(101.6°)捻れた構造を有していた。このアミドは室温で容易にラセミ化が進行しHPLCなどによる分割は不可能であった。このラセミ化速度を求めるために,鏡像体の結晶を種々の低温のTHFに溶解し,CDスペクトルを測定すると対応するCotton効果が観測された。そのラセミ化の半減期は13.4分(15°C),20.2分(10°C),35.8分(5°C)であり,結晶化により記録された不斉分子情報を低温では長時間記憶していることを見出した。アミドの不斉結晶を低温で溶解させ,保持されている不斉分子配座とジエンやアントラセンとの不斉光付加反応を検討した。-20°C-40°Cに冷却したジエンやアントラセンのTHF溶液に不斉結晶を溶解させ,超高圧水銀灯にて光照射した。
骨欠損部における高骨伝導能を有する人工骨の開発

変形股関節症は人工骨を埋植して歩行障害を改善する.これには埋植した人工骨の初期固定性が強く要求される.また,骨折は正常な位置に維持し,早期回復を目指すためには早く新生骨を誘導することが必要となる.人の海綿骨と類似の3Dハニカム形状を作成し,これにDLC被膜を施すことにより体液との濡れが改善され高骨伝導能が示されることを,犬体を用いたin-vivo試験により確認した.3Dハニカム人工足場材は埋植12週間で強度特性に優れた層板骨にリモデリングすることを明らかとした.またマイクロアレイ法を使った遺伝子解析を行った.その結果,骨と人工物との接着に起因するインティグリンが多く発現していることを確認した.少子高齢化を迎えたわが国においては,高齢疾患である変形性関節障害や骨粗鬆症からくる骨折といった生体骨格系に関わる症例が増加している.特にわが国では前者はII型患者(臼蓋形成不全と加齢が原因で発症)が多く,臼蓋形成不全のまま人工骨を挿入すると応力不均衡が起こるため,自家骨等でこれを補う必要がある.また後者では骨折等を伴う損傷が多くいずれも早期骨伝導が必要とされる.従来の自家骨補給では健全部から骨を確保しなければならず,同種骨から補給すると感染リスクがあるため,患部個々の形状に即した臼蓋形成部品(人工臼蓋形成部品)が必要とされている.本年度においては3Dハニカム構造+DLC被膜を有する足場材を犬体を使ったin-vivo試験用試験片を作成し,これを犬の大腿骨へと挿入し,骨伝導能性を確認した.この結果,コントロール形状に比し接触率で2.92倍,充填率で2.1倍の早期骨伝導の効果が得られた.金属光造形機により,3Dハニカム構造体の作製に時間を要さなかったこと.被膜の選定と十分なる密着強度が得られたことなどにより,当初の予定より進展があった.少子高齢化を迎えたわが国においては,加齢から生ずる関節障害や,骨粗鬆症が原因で発症する骨折など,生体骨格系に関わる障害が増加傾向にある.特に前者の関節疾患としては変形股関節症(臼蓋形成不全が原因で起こるもの)は人工骨を埋植して歩行障害を改善する治療が行われている.これには埋植した人工骨の初期固定性が強く要求される.また,後者の骨粗鬆症が原因で起こる骨折等を伴う疾患においては,整復後これを正常な位置に維持し,早期回復を目指すためには早く新生骨を誘導することが必要となる.昨年度までに生体適合性が高いチタン合金を使用し,金属光造形機を用いて人の海綿骨と類似の3Dハニカム形状を作成した.これにDLC被膜を施すことにより体液との濡れが改善され高骨伝導能(高接触率と高空間充填率)が示されることを,犬体を用いたin-vivo試験により確認した.今年度においては,3Dハニカム人工足場材の埋植期間を延長させ,新生骨の成長レートを調査した.これにより埋植12週間で強度特性に優れた層板骨にリモデリングすることを明らかとした.また一方ではこの高骨伝導能が優位に働く原因を調査するため,マイクロアレイ法を使った遺伝子解析を行った.その結果,骨と人工物との接着に起因するインティグリンが多く発現していることを確認した.ただし,これは3例の結果を基に調査した結果に過ぎず,今後確実性を上げるためには,更なる件数を増加させ統計処理を行う必要があるものと考えられる.金属光造形機による3Dハニカム造形が順調に行えたこと.DLC被膜と母材の密着強度が優れていたこと.in-vivo試験からの骨サンプルのスライシングが順調に行えたことによる.少子高齢化を迎えたわが国においては,加齢から生ずる関節障害や,骨粗鬆症が原因で発症する骨折など,生体骨格系に関わる障害が増加傾向にある.特に前者の関節疾患としては変形股関節症(臼蓋形成不全が原因で起こるもの)は人工骨を埋植して歩行障害を改善する治療が行われている.これには埋植した人工骨の初期固定性が強く要求される.また,後者の骨粗鬆症が原因で起こる骨折等を伴う疾患においては,整復後これを正常な位置に維持し,早期回復を目指すためには早く新生骨を誘導することが必要となる.昨年度までに生体適合性が高いチタン合金を使用し,金属光造形機を用いて人の海綿骨と類似の3Dハニカム形状を作成した.これにDLC被膜を施すことにより体液との濡れが改善され高骨伝導能(高接触率と高空間充填率)が示されることを,犬体を用いたin-vivo試験により確認した.今年度においては,3Dハニカム人工足場材の埋植期間を延長させ,新生骨の成長レートを調査した.これにより埋植12週間で強度特性に優れた層板骨にリモデリングすることを明らかとした.また一方ではこの高骨伝導能が優位に働く原因を調査するため,マイクロアレイ法を使った遺伝子解析を行った.その結果,骨と人工物との接着に起因するインティグリンが多く発現していることを確認した.また,この骨伝導の有意差は足場材埋植後1から2週間で大きな優位性を示すことから,埋植1及び2週間の遺伝子解析を行った結果,Runx2やオステオポンチンや血管内皮細胞増殖因子などが有効であることが明らかとなった.変形股関節症は人工骨を埋植して歩行障害を改善する.