hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
表面修飾による光触媒の高活性化および表面ナノ構造体の形成

昨年度(平成19年度)に開発した可視光照射下で効率良く駆動するBiVO_<4n>型半導体光電極とPt電極を組み合わせた二電極式の湿式光電池の構築し,水を分解することを試みた。その結果,可視光照射下で,二電極間に0.8Vのバイアスを印可したところ,光電流が流れ,その電流値に見合った量の水素と酸素が生成した。水分解を目指した湿式光電池の場合では,光電流の観察のみならず,生成した水素と酸素の定量が重要である。さらに,疑似太陽光照射下においても,同様に水素および酸素の生成を確認した。このように,水分解に必要な理論電圧1.23Vより小さい外部バイスで水分解が進行したことから,光エネルギー変換システムの構築に成功した。一方,新しい可視光応答性光触媒の探索として,水分解に活性なATa_2O_6(A:Ca,Sr,Ba)光触媒に,Irをドーピングすることによる可視光応答化を試みた。その結果,BaTa_2O_6にIrをドーピングすることで,可視光領域に新しい吸収が発現した。そして,可視光照射下で,メタノール水溶液から水素を定常的に生成した。このIrをドーピングしたBaTa_2O_6を水素生成用光触媒として,酸素生成用光触媒であるBiVO_4と組み合わせ,水分解反応を試みた。その結果,二つの光触媒をつなぐ電子伝達剤としてCo錯体を用いたときに,可視光照射下で水から水素と酸素が生成した。このように,新しい二段階励起による水分解システム(Zスキーム)系の構築に成功した。BiVO_4光触媒は,硝酸銀(犠牲剤)水溶液からの酸素生成反応に対してみかけの量子収率9%(450nm)と高い活性を示す光触媒である.また,このBiVO_4を酸素生成側の触媒として用いたZスキーム型光触媒系による可視光照射下での水分解反応も報告されている.しかし,従来のBiVO_4の合成方法では,合成後に硝酸ビスマス由来の硝酸が廃棄物として残ってしまう.そこで,新たな合成法を試みた.その結果,酸化物(Bi_2O_3およびV_2O_5)を量論比で硝酸中に懸濁し,室温で撹搾することで,従来と同程度に高い光触媒活性を有したBiVO_4光触媒を簡便に合成できた.この方法では,合成後の硝酸に,原料を追加することで,再度BiVO_4を合成することができるという環境的および工業的な観点からの利点がある.また,このBiVO_4光触媒は,有機物(メチレンブルー)の分解にも良い活性を示した.可視光応答性光触媒を開発する手段の一つに,ワイドバンドギャップ光触媒への貴金属ドーピングがある.これは,ワイドバンドギャップ光触媒の禁制帯内に,ドーピングされた貴金属が不純物準位を形成し,それにより可視光応答性が発現する.そこで,紫外光照射下で水分解に活性なNaMO_3(M=Nb, Ta)光触媒へのIrドーピングによる可視光応答化を試みた.その結果,IrのみをドーピングしたNaMO_3(M=Nb, Ta)に光触媒活性は無かった.それに対し,Irとともにアルカリ土類金属またはねをドーピングしたNaMO_3(M=Nb, Ta)光触媒は,可視光照射下での水素または酸素生成反応に活性を示した.このように,新たな可視光応答性光触媒の開発に成功した.BiVO_4は,銀イオンを電子捕捉剤として用いた水溶液からの酸素生成反応に対して,みかけの量子収率9%(440nm)と高い活性を示す光触媒である.また,このBiVO_4を酸素生成側の触媒として用いたZスキーム型光触媒系による可視光照射下での水分解反応も報告されている.しかし,従来の方法で調製したものは,500nm-数μmと大きい粒子である。そこで,新たな合成法の開発を試みた。その結果,酸化物(Bi_2O_3およびV_2O_5)を量論比で酢酸中に懸濁させ,室温で撹拌した後,673Kで焼成することで,約100nm程度のBiVO_4微粒子を得ることに成功した。可視光照射下で酸素生成活性は得られたが,従来の触媒の1割程度であった。しかし,微粒子であったことから,光電極への応用を試みた。焼成前のBiVO_4微粒子をスピンコートを用いてFTO基板に塗布し,673Kで焼成することで電極を作成した。今回調製したBiVO_4を用いて作成した電極では,可視光照射下において,従来の合成法で調製したBiVO_4電極よりも著しく大きいアノード光電流が観察された。そして,440nmの単色光照射下におけるIPCEは12%であった。このように,酢酸を用いてBiVO_4を微粒子化することで,簡便に高機能なBiVO_4光電極を作成する方法を見いだした。また,BiVO_4は,673Kでシーライト型テトラゴナル相(s-t)からシーライト型モノクリニック相(s-m)に転移する。電極の焼成温度を変えることで,結晶相と光電極としての性能の相関についても調査した。その結果,s-mのBiVO_4電極において,s-tのBiVO_4電極よりも顕著に大きいアノード光電流が観察された。このアノード光電流の序列は,光触媒活性における序列とも一致している。

このように,s-mのBiVO_4が根本的に良い可視光応答性材料であることを裏付けることに成功した。昨年度(平成19年度)に開発した可視光照射下で効率良く駆動するBiVO_<4n>型半導体光電極とPt電極を組み合わせた二電極式の湿式光電池の構築し,水を分解することを試みた。その結果,可視光照射下で,二電極間に0.8Vのバイアスを印可したところ,光電流が流れ,その電流値に見合った量の水素と酸素が生成した。水分解を目指した湿式光電池の場合では,光電流の観察のみならず,生成した水素と酸素の定量が重要である。さらに,疑似太陽光照射下においても,同様に水素および酸素の生成を確認した。このように,水分解に必要な理論電圧1.23Vより小さい外部バイスで水分解が進行したことから,光エネルギー変換システムの構築に成功した。一方,新しい可視光応答性光触媒の探索として,水分解に活性なATa_2O_6(A:Ca,Sr,Ba)光触媒に,Irをドーピングすることによる可視光応答化を試みた。その結果,BaTa_2O_6にIrをドーピングすることで,可視光領域に新しい吸収が発現した。そして,可視光照射下で,メタノール水溶液から水素を定常的に生成した。このIrをドーピングしたBaTa_2O_6を水素生成用光触媒として,酸素生成用光触媒であるBiVO_4と組み合わせ,水分解反応を試みた。その結果,二つの光触媒をつなぐ電子伝達剤としてCo錯体を用いたときに,可視光照射下で水から水素と酸素が生成した。このように,新しい二段階励起による水分解システム(Zスキーム)系の構築に成功した。
セレン含有高分子の合成と有機合成への利用

有機セレン化合物は、最近、試薬としてきわめて有用なことが見い出され、有機合成に広く用いられるようになった。しかしながら、セレンには、非常に強い生物活性があり、限度を越えると毒性を示すことになる。そこで反応試薬としての有機セレン化合物を不溶性高分子に担持させ、高分子試薬、または高分子触媒として用いれば、セレン化合物の回収、再利用は可能となり、セレンによる環境汚染を最小限に食い止めることができるであろう。以上の観点から、まずセレン原子を含む数種のスチレン誘導体、すなわち、セレニド、セレノキシド、およびセレノニウム塩構造を持つ新規のモノマーの合成を行った。次いでこれらのモノマーと、スチレン、およびジビニルベンゼンとの三元共重合より、種々の組成を持つ不溶性高分子の合成を行った。一方、不溶性ポリスチレンのの高分子の反応によっても、セレニド、及びセレノニウム塩構造を持つ高分子の合成に成功した。得られた不溶性ポリスチレン担持セレニドにハロゲン化アルキルを反応させることにより、対応するセレノニウム塩とし、ついで塩基で処理することにより高分子セレノニウムイリドを合成した。この高分子とアルデヒドおよびケトンの反応により、エポキシ化合物の合成に成功した。また、高分子セレニドにヨウ化アルキルカルボン酸を反応させ、次いで塩基で処理することにより大環状エステルの合成に成功した。更に、高分子セレノキシド及びセレノニウム塩は、二相系求核置換反応の相間移動触媒として有効なことが分かった。これらの試薬及び触媒は、再生、再利用しても活性の低下はなかった。1)セレン含有ビニルモノマーであるp-メチルセレノスチレン(1)、及びp-フェニルセレノスチレン(2)の合成。2)1及び2の酸化によるセレノキシド構造をもつモノマー3、4の合成。3)1及び2のアルキル化によるセレノニウム塩構造をもつモノマー5、6の合成。4)上記のモノマー16のラジカル開始剤による単独重合。5)モノマー16のスチレンとのラジカル共重合による共重合反応性の検討。6)それぞれのモノマーとスチレン、シビニルベンゼンとの三元共重合による、種々の組成をもつ、不溶性高分子の高分子の合成。7)セレノキシド構造、及びセレノニウム塩構造をもつ高分子の相間移動触媒としての利用(求核置換反応、脱離反応、カルベン付加反応等における高分子構造と触媒活性)。1)6)の課題については既に終了し、現在、得られたこれらの高分子の合成化学への利用について研究中である。1)高分子反応によるセレン含有高分子の合成ポリスチレンを臭素化し、次いでリチオ化する。この高分子にジアルキルジセレニド又はジアリールジセレニドを反応させフェニルメチルセレニド及びジフェニルセレニド構造をもつ高分子の合成に成功した。2)上記の方法で得られたセレン含有高分子を塩酸と硝酸で処理して高分子担持ジハロセレニドを合成した。これを用いるとアルコールやスルフィドが選択的に酸化できることが分かった。3)ポリスチレン担持セレニドとハロゲン化アルキルとの反応によりセレノニウ塩とし、次いで塩基で処理し、高分子セレニウムイリドを合成する。この高分子とアルデヒド及びケトンの反応よりエポキシ化合物を合成することに成功した。4)高分子セレニドにω-ヨウ化アルキルカルボン酸を反応させ,セレノニウ塩とした。次いでアルカリで処理し分子内環化をおこなわせ大環状エステル、ラクトンを合成することができた。以上のように新規のセレン含有高分子を合成し、これらが高分子触媒、及び試薬として有効なことを明らかにした。
菌叢ネットワークの解明と“マスター”細菌の同定

細菌は、ヒトにおいて身近な生物である。ヒトは約100兆個の細菌と共生しており、この細菌叢バランス(種類と細菌数)が、ヒトの健康に大きく影響することが知られている。これらの細菌叢の解析はこれまでにも多々行われてきたが、本研究では、最終的に細菌叢のコントロールを目指したチャレンジを提案した。我々は、細菌の種類を同定するためによく使われている遺伝子(16S rRNA)の配列をもとに一塩基の違いで細菌を同定すると同時に、細菌の数を一細胞レベルで定量する、これまでにない細菌叢解析法を開発している。本研究では、この技術を用いて細菌叢コントロールというゴールへ向けた一歩を踏み出す。そのためにまず、時間によって変化する各細菌の増減を定量し、細菌叢バランスがどのように変化するのかを解明する。最終的に、細菌叢バランスに強く影響を与える“マスター"となる細菌を同定し、その影響を定量的に解析し、細菌叢ネットワークを解明する。今年度は、昨年度に改良・計画したサンプリング法を実施し、腸内から安定して少量のサンプルを採取することに成功した。採取したサンプルを用い、腸内の複数部分の細菌叢について、目的遺伝子の配列を決定・定量した。既存の解析法に加え、新しい手法に対応する解析法を検討・実施した。現在、異なる部分の相違に加え、マウス間の相違についても興味深い結果が得られており、細菌叢のネットワークを理解する手がかりが得られていると考えている。今年度は、本申請の目的のために、開発中の細菌叢解析法に改良を加えた。さらに、腸内から得たサンプルの採取・分画法について実験・検討した。これらに基づき、各細菌の増減を定量するためのサンプリング法についての計画を行った。今後この方法を用いてサンプリングを実施する。サンプリングした細菌の目的遺伝子を、上述した改良した方法を用いて増幅し、配列を決定する。これらの測定結果を詳細に解析することにより、細菌叢ネットワークを理解する。一塩基での同定、1細菌レベルでの定量法に、改良を加えた。この部分に時間がかかったが、問題を解決できた。例えば、ドロプレット作製条件を変えると非目的産物が多く増幅されてしまったため、この非目的産物が増幅されない条件を検討した。さらに、腸内から得たサンプルを細かく分画する方法を実験・検討した。分画を常温で行うことが難しいため、凍らした状態で行うことを検討する。これらの実験・検討に基づき、腸内の複数の位置からサンプルを採取する方法を計画した。計画した方法に沿って腸内の複数の場所からサンプリングを行い、データの取得・解析を行う。その後、ペレット内や、腸管に沿った位置情報(“時系列"情報)をもとに、細菌叢ネットワーク解析を行う。異なる菌同士の連関を捉えるため、例えば、細菌同士の増減の相関、比の保存、などに注目して解析を行う。様々なアプローチがすでにされている遺伝子ネットワーク解析用のプログラムを用いることを検討する。これらの解析により、細菌叢バランス決定への寄与の強いマスター菌の同定を試みる。
音声による話者照合システムの安全性に関する検討

近年、音声による個人認証システムである話者照合システムの研究が行われており、オンラインショッピングや電話を用いた銀行取引における本人照合などへの応用が考えられている。音声を本人確認のためのキーとして用いる場合は、いかに本人以外の音声を受理する誤り(受理誤り率)を減らすかが重要となるが、現在のところ、他人の音声やテープレコーダを用いた詐称については考慮されているものの、音声合成システムを用いた詐称に対してはほとんど考慮されていなかった。これに対し、昨年度までの結果より、隠れマルコフモデル(HMM)に基づく音声合成システムを話者照合システムの登録話者による少量の音声を用いて学習することにより、HMM音声合成システムによる合成音声がテキスト指定型話者照合システムに高い確率で受理されることが確認されている。そこで、今年度はHMM音声合成システムによる合成音声を判別する手法の検討を行った。ガウス混合モデル(GMM)に基づく話者照合システムにおいて、HMM音声合成システムから得られた合成音声には、通常の音声と比較してGMMに対する分析フレーム毎の対数尤度の変動が少ないという特徴が見られた。そこで、入力音声のGMMに対するフレーム尤度の変動量の平均をパラメータとして合成音声かどうかの判定を行う合成音声判別部を構築した。この合成音声判別部を話者照合システムに導入することにより、通常の音声に対する棄却誤り率を低く抑えながら、HMM音声合成システムによる合成音声に対する受理誤り率を大きく低下させることができた。今後の課題として、波形接続に基づく音声合成手法など、他の枠組の音声合成システムによる合成音声へに対する検討が挙げられる。近年、音声による認証システムである話者照合システムの研究が行われており、電話を用いたクレジットカードによる販売や銀行取引における本人照合などへの応用が考えられている。音声を本人確認のためのキーとして用いる場合は、いかに他人の音声を受理する誤り(詐称者受理率)を減らすかが重要となるが、現在のところ、他人の音声やテープレコーダを用いた詐称については考慮されているものの、音声合成システムを用いた詐称に対してはほとんど考慮されていなかった。既に予備的な実験により、話者照合システムの登録話者の少量の音声を用いて学習した隠れマルコフモデル(HMM)に基づく音声合成システムからの合成音声がテキスト指定型話者照合システムに高い確立で受理されることを確認している。しかしこの実験では、話者照合システムでは音声のスペクトル情報のみを用いており、合成音声の励振源として白色雑音を用いていた。そこで、スペクトル情報とともに話者情報が含まれていると考えられるピッチ情報を用いることにより、ピッチ情報を持たない白色雑音で励振した合成音声を棄却する手法について検討した。スペクトルとピッチのモデル化に多空間確律分布に基づくHMMを用いた話者照合システムを構築し、合成音声に対する照合実験を行った。その結果、白色雑音で励振した合成音声に対しては受理率を大きく低下させることができた。しかし、音声合成システムでピッチも生成した場合には受理率は低下せず、今後、合成音声と自然音声を区別するための手法を検討する必要がある。
Novel method for manipulating single atoms and photons in a cavity on an optical nanofiber

本研究はユニークな方法で光と「原子」の相互作用を制御することを目的とする。外部グレーティング法でナノ光ファイバーに共振器を加えた。「原子」として量子ドットを利用しました。欠陥(不連続点)を含む外部グレーティングを用いナノ光ファイバーにフォトニック結晶共振器を実現した。欠陥としてはグレーティングの中心に、グレーティング周期の3/2倍のギャップを開けた。更にナノ光ファイバーの表面上に担持された量子ドットと組み合わせることで共振器効果により量子ドットの自然放出光強度の増強に成功した。ナノ光ファイバーにナノ加工されたグレーティングを接触させる事により、ナノファイバー伝播光の近接場が屈折率され、結果として一次元のフォトニック結晶機能がナノファイバーに付与されることが基本的な着想である。ただし、接触によるナノファイバー伝播光の散乱損失を無視可能なレベルまでに低減する事が必須の要点である。本計画ではまず、ナノファイバー/グレーティング系の光学特性をFDTD法によりシミュレートし、ブラッググレーティング反射をナノファイバー上に実現すべく、ナノ加工グレーティングを作製した。作製したグレーティングとナノファイバーの組み合わせによる系により予測した特性が極めて高い精度で実現できる事を実証した。次に、グレーティング中央部に不連続欠陥を導入し、ナノファイバーと組み合せ、欠陥により誘起された共振器機能を創り出すべく研究を行った。グレーティング中心部に、グレーティングピッチの1.5倍幅の欠陥を導入する試みを行った。この場合は理論的には単一モードの共振器が実現できる。作製したナノファイバー共振器は予測通り、偏光依存性のある単一モード特性を示すものである事を実証した。次に、ナノファイバー上に量子ドットを担持し光励起により発生するファイバーモードヘの自然放出光を観測した。共振器共鳴波長で、理論予測と良く対応する自然放出光の増強を観測した。現在、系統的な実験と解析、論文執筆を行っている。本研究の結果は、共振器QED効果を外部ナノ構造により操作制御した最初の例である。本研究代表研究者のMark Sadgroveが欠陥(不連続点)を含む外部グレーティングを用いナノ光ファイバーにフォトニック結晶共振器を実現した。グレーティングのデザインはFDTD数値計算で行い、共振器Q値の最適化と共に最低のロスを実現するパラメターを検索した。最適なパラメターに基づきグレーティングの製作を行い、ファイバーとグレーティングの組み合わせの光学特性を測定した。数値計算の結果と実験結果が一致する。本方法で生成された共振器はQ値が4000まで実現できた。この値は単一材料から作られたフォトニック結晶ナノビーム共振器と近似である。更に、ナノファイバーの効果的な屈折率が直径に依存するため、共振器の共鳴波長がナノファイバーの直径による制御できる。自然放出の最大増強値(enhancement factor)がほぼ10でした。この値は世界中のフォトニック結晶ナノブームを用いる研究所(例えばハバード大、Caltech等)と同一。量子エレクトロニクス外部ナノ構造によるナノ光ファイバーへの一次元フォトニック結晶機能の組込みに成功した。更に、欠陥導入による共振器機能の組込みにも成功した。この方法と単一量子ドットを組み合せ、共振器QEDの典型例である自然放出増強の観測にも成功した。本計画の基本構造はほぼ確定したと言って良い。第2年度への道筋も明確に示せた。基本は、初年度に実証したナノ光ファイバー/グレーティング系による共振器QED効果を質的に高い段階に発展させる事である。要点の一つはモード体積の低減である。グレーティングパターンを最適化する事により、実効的共振器長を現在の150波長程度から50波長程度に低減させることを目指す。FDTD法による設計シミュレーションを系統的に行う。また、ナノ光ファイバー/グレーティング/単一量子ドット系をファイバーモードへの単一光子発生システムとしても評価する。複数量子ドット系による相関光子追発生についても検討する。第2年度においては、様々な設計によるグレーティング試作、ナノファイバー製作等で多くの消耗品費が必要となる。このため、平成26年2月においての未使用予算は第年度消耗品費として繰り越すこととした。グレーティング試作、ナノファイバー製作等に関わる消耗品費として使用する。使用予定内訳は、グレーティング基板として70,000円(単価7000円、10枚)、ナノファイバー作製費用補助として21,074円である。
外場誘起多電子移動系の構築と物質・物性変換

異種金属イオンからなる混合原子価ヘテロメタル多核錯体は、電子移動に伴う大きなスピン状態と構造の変化を示すことから、エントロピー駆動電子移動系として有用である。本研究では、鉄イオンとコバルトイオンからなる環状4核錯体[Fe^<III>_2Co^<II>_2(CN)_6(L1)_2(L2)_4](L1:三座配位子、L2:二座配位子)がエントロピー駆動分子内2電子移動を示し、高スピン状態([Fe^<III>_<LS>(S=1/2)Co^<II>_<HS>(S=3/2)])と低スピン状態([Fe^<II>_<LS> (S=0)Co^<III>_<LS>(S=0)])を可逆に示すことを明らかにした。さらに、分子内2電子移動が化学修飾によって論理的に制御できることが分かった。すなわち、配位子の置換基効果により金属イオンの酸化還元差を調節することで、高スピン状態と低スピン状態の転移を制御可能なことを見出した。さらに末端シアン化物イオンへのプロトネーションにより、分子内電子移動に起因する高スピン状態から低スピン状態への変換に成功した。異なる酸化数をもつ金属イオンからなる混合原子価錯体や異種金属イオンからなるヘテロメタル多核錯体では、金属イオン間における電子の非局在化による多段階酸化還元挙動や、強磁性もしくはフェリ磁性的なスピン配列による超常磁性など、多様な物性を示す。本研究では、へテロ金属イオン間のフロンティアオービタルを精密に設計することにより外場誘起電子移動系を構築し、それに伴う大きな構造・電子状態変化を利用した多重安定性の創出、および物性変換を行うことを目的とした。その結果、鉄イオンとコバルトイオンからなる環状4核錯体[Fe^<III>_2Co^<II>_2(CN)_6(L1)_2(L2)_4](L1 :三座配位子、L2 :二座配位子)が熱に依存して分子内電子移動を示し、高温相([Fe^<III>_LS(S=1/2)Co^<II>_HS(S=3/2)])と低温相([Fe^<II>_LS(S=0)Co^<III>_LS(S=0)])の二つの相をとり得ることを明らかにした。さらに、異種金属イオンのフロンティアオービタルを配位子の化学修飾により制御することで、高温相と低温相のエネルギー差をコントロールすることが可能なことを見出した。すなわち、配位子の電子供与性と電子吸引性を組み合わせることで鉄イオンとコバルトイオンの酸化還元電位を変化させることで、高温相のみを示す錯体、低温相のみを示す錯体、および熱誘起分子内電子移動を示す錯体を選択的に合成することに成功した。さらに、得られた四核錯体は低温における光照射により光誘起分子内電子移動を示し、安定な準安定状態を生成することを明らかにした。我々はこれまで、鉄イオンとコバルトイオンからなる環状4核錯体[Fe^<III>_2Co^<II>_2(CN)_6(L1)_2(L2)_4](L1:三座配位子、L2:二座配位子)がエントロピー駆動分子内2電子移動を示し、高スピン状態([Fe^<III>_<LS>(S=1/2)Co^<II>_<HS>(S=3/2)])と低スピン状態([Fe^<II>_<LS>(S=0)Co^<III>_<LS>(S=0)])を可逆に示すことを明らかにした。本研究では、分子内2電子移動の化学修飾・化学刺激による制御を目的とした。その結果、分子内2電子移動が化学修飾によって論理的に制御できることが分かった。具体的には、配位子の置換基の電子的効果により金属イオンの酸化還元差を調節することで、溶液中における高スピン状態と低スピン状態の平衡温度を変化可能なことを見出した。さらに、末端シアン化物イオンへのプロトネーションにより、酸化還元電位が大きく変化することに着目し、化学刺激誘起分子内電子移動の発現について検討を行った。

その結果、室温において有機酸を添加することにより、環状4核錯体は分子内電子移動に起因する高スピン状態から低スピン状態への変化を示すことが分かった。ここで注目すべきは、分子に対して1プロトンが反応することにより、2電子移動を誘起可能な点であり、わずかな化学刺激により多電子移動を自在に制御できることが明らかとなった。
骨格筋組織の時計遺伝子発現リズムに基づく持久的運動トレーニング効果の検証

ミトコンドリア生合成に重要なPGC-1αは時計遺伝子と相互作用しながら概日リズムを示す。また、運動を実施する時間帯によってPGC-1αmRNAの応答は異なる。ミトコンドリアの増加にはPGC-1α発現量の増加を促す必要があるが、安静時のPGC-1αmRNA発現がボトムを示す時間帯での運動がPGC-1αmRNAを顕著に増加させるとともに、その時間帯における持久的運動トレーニングはミトコンドリア量の増加を助長した。運動を実施するタイミングの違いが、筋組織内のミトコンドリア生合成に影響を及ぼすことが示された。持久的運動トレーニング(TR)は骨格筋の有酸素性代謝能力を亢進する。TR効果は運動の様式や時間、強度、頻度、サーカディアンリズム(概日リズム)などの要因で変わりうる。とりわけ、遺伝子発現やホルモン分泌などに見られる概日リズムは、その形成に時計遺伝子が深く関与する。しかしながら、時計遺伝子発現リズムに基づいた運動実施タイミングの違いがTR効果に及ぼす影響は不明であった。そこで、本年度は時計遺伝子やその出力遺伝子の概日リズムを確認することによってTRを実施するタイミングを決定する基礎データの取得と、時計遺伝子の発現リズムに基づいた9週間TRが骨格筋組織の適応に及ぼす影響について検討することを目的とした。時計遺伝子であるBmal1やPer2遺伝子は概日リズムを示し、ミトコンドリアのマスタレギュレーターと言われるPGC1α遺伝子もPer2遺伝子と同様の概日リズムを示した。そこで、Per2遺伝子の発現量がピークとボトムを示すタイミングをそれぞれ運動を実施する時間帯とし、9週間のトレッドミルランニング運動を行った。また、各TR群の運動実施の時間帯に相当する対照群(CON群)も作成した。9週間のTRによっていずれのTR群もCON群と比較して、ミトコンドリア関連タンパク質(Cytochrome c、COXIV)の有意な増加が認められた。さらに、TR群間で比較したところ、Per2遺伝子の発現量がピークを示すタイミングで運動実施したTR群がもう一方のTR群と比較して、有意なミトコンドリア関連タンパク質の増加が認められた。以上のことから、運動実施タイミングの違いが骨格筋組織の適応に影響を及ぼす可能性が示唆された。持久的トレーニング(TR)の継続によって筋組織内のミトコンドリア量が増加し、持久的運動能力が向上する。これらの適応には、PGC-1αが重要な働きを担っている。PGC-1α発現が時計遺伝子による調節を受けて概日リズムを示すことを踏まえて、時計遺伝子発現リズムに基づいた9週間のTRを実施し、主要時計遺伝子の一つであるBmal1発現量がピークを示すタイミングで運動を実施したTR群において、他の時間帯でのTR群と比較してミトコンドリア関連タンパク質の有意な増加が認められた。つまり、TRを実施する時間帯によってトレーニング効果が異なることが示唆された。上述したトレーニング効果の違いは、1回の運動に対して骨格筋の異なる応答が積み重なった結果によって引き起こされたのかもしれない。したがって、1回の運動に対する骨格筋の応答が時計遺伝子の発現リズムに基づいた運動実施タイミングの違いによって異なるのか否かについて明らかにするために、時計遺伝子の発現リズムに基づいた一過性の持久的運動がミトコンドリア生合成やそれに関連する因子のmRNA発現量に及ぼす影響について検討を行った。その結果、TRによって生じた適応と同様に、Bmal1発現量がピークを示すタイミングで運動を実施した際に、PGC-1αやミトコンドリアタンパク質であるクエン酸合成酵素(CS)のmRNA発現量が顕著に増加することが示された。以上のことから、運動実施タイミングの違いが骨格筋組織に異なった適応をもたらす背景には、一過性運動に対する応答の違いに起因する可能性が示唆された。本年度においては、時計遺伝子の発現リズムに基づいた9週間の運動トレーニング(TR)によって骨格筋組織適応に違いが引き起こされたメカニズムを明らかにするために、時計遺伝子の発現リズムに基づいた一過性運動が骨格筋組織の応答に及ぼす影響を検討することを目標としていた。一過性運動による応答を検討したところ、運動直後において骨格筋適応の違いを引き起こした鍵因子と考えられるPGC-1αのmRNA発現量の増加の程度が運動を実施する時間帯で異なっていることを示すデータを取得できた。また、その鍵因子の発現量に違いをもたらすメカニズムを明らかにするために、内分泌系によって鍵因子を賦活する経路や炎症反応によって鍵因子の発現量を抑制する経路についても検討したところ、一過性運動後における鍵因子の発現量変化をサポートするような結果を得られた。したがって、現在までの達成度は「おおよそ計画通りに達成されている」とした。運動トレーニングによる適応や一過性運動による応答は、運動の様式や時間、強度、頻度に依存するだけではなく、遺伝子発現やホルモン分泌などにも修飾される。この2つの要因には概日リズムが見られ、そのリズム形成には時計遺伝子が深く関与する。安静時においてミトコンドリアのマスターレギュレーターと呼ばれるPGC-1αは時計遺伝子の発現調節を受けて概日リズムを示す。また、運動は即時的にPGC-1α発現量を増加させる。したがって、安静時のピークに合致する時間帯において運動を行うことによって発現量を高め、十分に発現が高まったタイミングを見計らって、更に運動を行うことによって、効果的にPGC-1αが活性化されて、結果として持久的トレーニングによるミトコンドリア量の増加が助長されるかもしれない。そこで今年度は、時計遺伝子の発現リズムに基づいた1日おきの1日2回トレーニングが持久的トレーニングによるミトコンドリア量の増加の助長を誘起するかどうかを検討した。

その結果、1日おきの1日2回トレーニング群におけるCytochrome c発現量が、対照群や1日1回トレーニング群と比較して有意な増加もしくは増加傾向を示した。つまり、1日おきの1日2回トレーニング群において持久的トレーニングによる適応が促進される可能性が示唆された。この現象は、1回目の運動が標的遺伝子の発現を高め、2回目の運動は1回目の運動で増加した遺伝子から翻訳された転写因子を活性化させているということで説明できるかもしれない。したがって、運動トレーニングの実施タイミングを意図的に設定することにより、トレーニング量が同一であっても持久的トレーニングによるミトコンドリア量の増加に及ぼす影響が異なる可能性が示されたと言える。ミトコンドリア生合成に重要なPGC-1αは時計遺伝子と相互作用しながら概日リズムを示す。また、運動を実施する時間帯によってPGC-1αmRNAの応答は異なる。ミトコンドリアの増加にはPGC-1α発現量の増加を促す必要があるが、安静時のPGC-1αmRNA発現がボトムを示す時間帯での運動がPGC-1αmRNAを顕著に増加させるとともに、その時間帯における持久的運動トレーニングはミトコンドリア量の増加を助長した。運動を実施するタイミングの違いが、筋組織内のミトコンドリア生合成に影響を及ぼすことが示された。本年度においては、時計遺伝子やその出力遺伝子の概日リズムを確認することと、時計遺伝子の発現リズムに基づいた9週間の運動トレーニング(TR)が骨格筋組織適応に及ぼす影響について検討することを目標としていた。時計遺伝子やその出力遺伝子の概日リズムの検討においては、計画通り実験データを取得できた。また、TR実験においては、運動実施タイミングの違いが骨格筋組織の適応に影響を及ぼす可能性を示唆する実験データが取得できた。その一方で、トレーニング実験に用いた被検動物数が少ないため、追加で実験する必要性がある。また、本年度TR実験において得られた実験データの実験手法はウェスタンブロット法によるデータのみであるため、異なった手法によっても同様の傾向を示すデータを得られる否かについて検討する必要があると考える。したがって、現在までの達成度は「おおよそ計画通りに達成されている」とした。今後は、必要に応じて本年度に実施したトレーニング(TR)実験及び一過性運動の追試、骨格筋組織に関する未検討項目の実験を実施する予定である。また、これまでに運動実施タイミングの違いによって骨格筋組織の適応や応答が異なる可能性を示唆する実験データが取得できていることから、今後は時計遺伝子の発現リズムに基づく1日2回TRがトレーニング効果を更に助長させる可能性について検討する。これまでの先行研究において、2日間で2回のTRを実施する際にその実施タイミングを変えたTRの継続はトレーニング効果に違いをもたらすことが報告されている。
誘電泳動を利用する細胞の表現型別識別と分離

本研究の目的は,「誘電泳動を利用する細胞操作技術の電気回転現象への応用」により細胞を大量・一括・迅速に制御・回転させ細胞膜表面の受容体の発現量と表現型(フェノタイプ)を解析する手法を確立し,さらに,解析・識別した細胞を分離,捕捉および回収できる簡便なシステムの構築にある.抗CD33抗体を固定化した交互くし型マイクロアレイ電極と平板ガラス基板を厚さ30μmのスペーサを介して挟み込みマイクロ流路構造を有する誘電泳動デバイスを作製した.この流路内に膜表面にCD33抗原が発現している白血球株であるHL-60細胞の懸濁液を導入し,正の誘電泳動により細胞を抗体固定化電極上に配列させた.交流電圧の周波数を変化させ負の誘電泳動を作用させたところ,一部の細胞は電極アレイから電極-電極間に移動したが,ほとんどの細胞がアレイ電極上に捕捉され配列状態を維持した.しかし,CD33抗原を発現していない白血球細胞株であるCCRF-CEM細胞を用いて電極上に配列させたところ,ほとんどの細胞が捕捉されず電極-電極間に移動した.また,電極表面上に固定化する抗体をCD33に特異性を持たない抗マウスIgG抗体を固定化した場合には,HL-60およびCCRF-CEM細胞ともに捕捉されなかった.これは,細胞膜表面上のCD33と電極上に固定化した抗体間で免疫反応が進行したためである.誘電泳動による細胞の配列は約10秒程度で可能であり,トータル3分程度で膜タンパク質を発現している白血球細胞を識別できる.システムを確立するために,細胞の濃度,溶媒の導電率,交流電圧および周波数についても詳細な最滴化を行った.本研究の目的は,「誘電泳動を利用する細胞操作技術の電気回転現象への応用」により細胞を大量・一括・迅速に制御・回転させ細胞膜表面の受容体の発現量と表現型(フェノタイプ)を解析する手法を確立し,さらに,解析・識別した細胞を分離捕捉および回収できる簡便なシステムの構築にある.本年度は, 2枚の交互型マイクロバンドアレイ電極基板を直行させて配置した誘電泳動デバイスを作製し,負の誘電泳動により細胞を交差点にドット配列させることに成功した.また,この際に4本の電極に印加する周波数を変化させることにより,ドット配列パターンを連続的に変換できることを示した.初期導入濃度を最適化することにより, 1つの交差点に1個の微粒子または細胞を捕捉できる.さらに,位相を調節することにより細胞をグリッドに集積化させ,さらに回転させることが可能であることを示した.蛍光染色した細胞を導入し電気回転させたところ,この回転速度が細胞種に依存するため,細胞種および細胞に発現している膜抗原の同定ができる可能性を示せた.マイクロ流路構造と電極を組み合わせた細胞の分離デバイスを開発し,微粒子のサイズ別分離および赤血球と白血球の分離を行った.また,誘電泳動による迅速な微粒子および細胞の操作技術を免疫アッセイに応用した.従来の酵素免疫測定(ELISA)では測定に2時間程度を必要としていたが,誘電泳動を利用することにより,これと同等の感度を有する計測をわずか3分で達成できた.現在,誘電泳動によるリボソームのマニピュレーションを行っており,新たな計測システムの確立を目指して研究を遂行している.本研究の目的は,「誘電泳動を利用する細胞操作技術の電気回転現象への応用」により細胞を大量・一括・迅速に制御・回転させ細胞膜表面の受容体の発現量と表現型(フェノタイプ)を解析する手法を確立し,さらに,解析・識別した細胞を分離,捕捉および回収できる簡便なシステムの構築にある.抗CD33抗体を固定化した交互くし型マイクロアレイ電極と平板ガラス基板を厚さ30μmのスペーサを介して挟み込みマイクロ流路構造を有する誘電泳動デバイスを作製した.この流路内に膜表面にCD33抗原が発現している白血球株であるHL-60細胞の懸濁液を導入し,正の誘電泳動により細胞を抗体固定化電極上に配列させた.交流電圧の周波数を変化させ負の誘電泳動を作用させたところ,一部の細胞は電極アレイから電極-電極間に移動したが,ほとんどの細胞がアレイ電極上に捕捉され配列状態を維持した.しかし,CD33抗原を発現していない白血球細胞株であるCCRF-CEM細胞を用いて電極上に配列させたところ,ほとんどの細胞が捕捉されず電極-電極間に移動した.また,電極表面上に固定化する抗体をCD33に特異性を持たない抗マウスIgG抗体を固定化した場合には,HL-60およびCCRF-CEM細胞ともに捕捉されなかった.これは,細胞膜表面上のCD33と電極上に固定化した抗体間で免疫反応が進行したためである.誘電泳動による細胞の配列は約10秒程度で可能であり,トータル3分程度で膜タンパク質を発現している白血球細胞を識別できる.システムを確立するために,細胞の濃度,溶媒の導電率,交流電圧および周波数についても詳細な最滴化を行った.
近代東アジアにおける満族ディアスポラ研究―民族アイデンティティの構築を中心に―

本研究は、近代東アジアのエスニシティの歴史的展開に関する研究の一環として、エスニシティ論とディアスポラ論を併用しながら、現代中国、台湾、日本におけるトランスナショナルな満族アイデンティティの形成・拡散と再編のプロセスを解明することを目指す。具体的には、隔絶の時代(1950-70年代)と交流の時代(1980年代以降)という2つの時期に分け、各時期の国内外の政治・社会環境の変化の下で、満族の民族アイデンティティの構築過程を検討する。そのために、文献資料分析、インタビュー、参与観察など複数の方法を組み合わせた分析方法を採用する。
正則フィルタバンクを用いた時間周波数零点解析による信号の動的特徴抽出

本研究は、時間周波数平面を複素平面と同一視し、サブバンド信号を正則関数として扱うことができる、申請者が導出した正則フィルタバンクという特殊なフィルタバンクを利用することにより、従来困難であった複素零点の検出を容易にし、零点が本来有している振幅/位相特性の表現力を活用する新たな時間周波数信号解析法を構築することを目的としている。具体的には、ブロードな帯域幅をもつフィルタバンクと組み合わせた高時間分解能、かつ位相感度を有する分析をターゲットとしている。本年度の成果は以下のとおりである。1)時間周波数零点解析の実時間での実装実環境における信号の動的特徴抽出を目的として、実時間での実装を試みた。FFTの高速ライブラリの利用、精度はやや粗いが高速かつ簡易な零点検出法などを組み合わせることにより、ほぼ実時間での実装を行ない、音声などに適用できることを確認した。2)時間差検出への応用の検討通常、音源定位においては複数マイクロフォン間の位相差を検出することにより観測信号間の時間差を検出し音源方向の定位に用いているが、マイクロフォン間隔より波長が小さくなるとエリアシングが生じるため、音源方向には複数の可能性が生じる。これに対し、複数信号間の零点の検出時刻間隔を求めることにより、時間軸上で差を検出し、このようなあいまい性の解消をはかる手法の検討を行なった。また、複数音源が生じた場合の理論解析を行なった。1)音声信号に対する零点解析法の適用ブロードな定帯域幅正則フィルタバンクを用いた零点解析法を音声信号に適用し、従来知られていたピッチ同期性のほか、特定周波数帯域、もしくは特定時刻に零点がかたまって検出される性質があることを確認した。2)時間周波数零点による音声信号のフォルマント/ピッチ同時表現で明らかにした性質を、音声のモデルを用いて導出し、時間周波数平面での零点の分布により、音声の重要なパラメータである声門閉鎖時刻や、フォルマント周波数が表現されていることを明らかにした。3)零点を用いたバイオメトリクス認証の検討時間周波数零点を特跳量として、音声を用いたバイオメトリクス認証への適用を検討した。特に零点の検出位置の変動が声帯パルスの性質を反映し、個人性の情報をもつことを確認した。
新しい大環状共役化合物の合成と物性に関する研究

非ベンゼン系芳香族化合物のうち、従来性質が検討されていなかった大環状ジケトン化合物(1)(2)および(3)を体系的に合成し、それらの性質、特に芳香族性についての知見を得る目的で研究を行った。(3)の合成については、最終段階でのカップリング反応によって、目的の(3)ではなく、ジクロロブタトリエン結合を含む(4)が生成した。(4)は極めて強い環電流効果を示すジカチオン種を生成し、その環電流効果は環が大きくなるとともに増大するという、従来に例のない結果が得られた。また、アズレン環が縮環した化合物群(5)および(6)を合成し、14π-および16π-電子系アヌレンに対する縮環の効果を検討した。対応するジカチオン種の芳香族性を調べる目的で、大環状共役ジケトン化合物(1)、(2)および(3)を体系的に合成することを試みた。合成は、ほぼ予想通り進行し、(1)については26員環から34員環まで、(2)については20員環から32員環まで合成することができ、それらの性質を明らかにすることができた。また、(3)の合成については、最終段階でのカップリング反応によって、目的の(3)ではなく、(4)が生成した。(4)は極めて強い環電流効果を示すジカチオン種を生成し、その環電流効果は環が大きくなるとともに増大するという、従来に例のない結果を得ることができた。今後は、(4)が生成する反応機構について、研究を進めたいと考えている。(3)の合成については、最終段階でのカップリング反応によって、目的の(3)ではなく、ジクロロプタトリエン結合を含む(4)が生成した。(4)は極めて強い還電流効果を示すジカチオン種を生成し、その還電流効果は環が大きくなるとともに増大するという、従来に例のない結果が得られた。
結び目の幾何

研究目的・研究実施計画にもとずいて研究代表者は次のような成果を得た。1.ある局所的変形の有限回操作により結び目が自明な結び目に変形できるときに、この変形を一般化した結び目解消操作と呼ぶ。既知の一般化した結び目解消操作を局所同値で分類した。こうした研究は、最近話題になっている統計物理・位相量子群論との関連において有効なアプローチのひとつといえる。この結果は出版された。2.結び目の不変量としてAlexander多項式は大きな役割を担っており、その係数は特徴付けられている。そこで、2 bridged knotsという幾何学的特徴を持つときにどのような制限が加わるのかを研究した。既知の事実として、係数の符号が正負が交互に現われること、係数の絶対値が中央に向かい増大することがある。この係数の増大の仕方について評価式を与えた。3.樹下・寺坂により、ユニオンが非自明であることが示され、より一般的に渋谷により、非自明な結び目の非自明なユニオンは素である、と示された事実をより一般的な設定のもとでタングルによる幾何構造の分析により示した。また、このときの除外例を具体的に示した。これらの結果は受理されている。4.与えられた結び目に対して、同型な結び目全ての正則射影図全てのなかで自明な結び目の正則射影図を得るのに要する結び目解消操作の最小数を、結び目解消数と呼ぶ。交差数最小の正則射影図ならば適切な一回の結び目解消操作で結び目解消数がより小さい結び目の正則射影図になるかとの予想に対して、unknotting number one,2 bridge knotsのときは正しいことを示した。この結果は現在投稿準備中である。また、研究分担者もそれぞれの役割に従い、結び目の構造を位相的・幾何的・解析的に、また他分野との関連において研究を行なった。
細胞移植によるステロイドホルモン補充についての検討

副腎皮質から分泌されるステロイドホルモンが不足したり過剰になることによって生体の恒常性が失われると疾患をきたす場合がある。ステロイドホルモン不足に対するホルモン補充療法は確立された療法であるが、長期のステロイド補充は視床下部ー下垂体ー副腎軸を抑制し、代謝および免疫系に及ぼす影響も少なくない。細胞療法の利点の一つとして生体内の分泌刺激に応答した分泌調節が挙げられる。私達は、ステロイドホルモン産生における主要調節因子であるNR5A1 (SF-1/Ad4BP)を間葉系幹細胞に強制発現させることで、ステロイド産生細胞に形質転換することを明らかにした。さらに、マウス両側副腎を外科的に摘出した副腎不全モデルマウスを作製し、マウス間葉系幹細胞から作出したステロイド産生細胞(SF-1/Ad4BP誘導性ステロイド産生細胞)の移植を行った。SF-1/Ad4BP誘導性ステロイド産生細胞の移植によって血中コルチコステロンが検出され、副腎不全マウスの生存期間が延長することを明らかにした。本研究では、ヒト間葉系幹細胞から作出したステロイド産生細胞を、副腎不全モデルに移植するため、薬剤誘導性SF-1/Ad4BP発現ヒト間葉系幹細胞を作製した。この結果、ドキシサイクリン存在下で移植細胞を増幅させ、薬剤非存在下で大量のヒト間葉系幹細胞由来ステロイド産生細胞を得ることが出来るようになった。また、本研究において、間葉系幹細胞において内因性SF-1/Ad4BPの発現を誘導する薬剤の探索を行った。このスクリーニング研究に関連して、ステロイドホルモン産生性の副腎皮質癌細胞株H295Rにおいて、SF-1/Ad4BPの発現を抑制する薬剤を見出した。この薬剤は、今後、副腎皮質癌を含む副腎皮質腫瘍の治療薬となる可能性が期待される。副腎皮質から分泌されるステロイドホルモンの不足に対するホルモン補充療法は確立された療法ではあるが、長期間のステロイド補充は視床下部-下垂体-副腎軸を抑制し、代謝および免疫系に及ぼす影響も少なくない。細胞療法のメリットのひとつに生体内の刺激に応答した分泌調節があげられる。私達は、細胞療法によるステロイド補充の可能性に着目し、これまでに転写因子SF-1/Ad4BPの強制発現によって間葉系幹細胞がステロイド産生細胞へ形質転換されることを明らかにした。本研究はヒト間葉系幹細胞より分化誘導したステロイド産生細胞(SF-1誘導性ステロイド産生細胞)を副腎不全モデルマウスに移植し、ホルモン補充効果について検討することを目的としている。マウス間葉系幹細胞より作出したステロイド産生細胞を副腎不全モデルに移植すると、血中コルチコステロンが検出され生存期間が延長した。本年度は、ヒト由来の移植細胞を効率的に調整するため、薬剤誘導性SF-1発現レンチウイルスベクターを作製した。このシステムによって、ドキシサイクリン存在下でSF-1/Ad4BPの発現をOFFした状態で移植用細胞を増幅可能である。作製したTet-offヒトSF-1発現用ウイルスをヒト脂肪組織由来幹細胞に感染させ薬剤応答性にSF-1、ステロイド合成酵素の発現を調節できることを確認した。今後、作製したベクターを用いて移植用ステロイド産生細胞をヒト脂肪組織由来幹細胞より調整し、副腎不全モデルマウスへの移植実験を行う。また、また、本研究では間葉系幹細胞において内因性SF-1/Ad4BPを発現誘導するシグナリングの探索を行い、薬剤スクリーニングを行なった。1.移植によるステロイド補充実験:ヒト由来の移植用SF-1/Ad4BP誘導性ステロイド産生細胞を調整するため、Tet-offシステムを利用したレンチウイルスベクターを作製した。このシステムによって、ドキシサイクリン存在下でSF-1/Ad4BPの発現をOFFした状態で移植用細胞を増幅させることができる。ヒト脂肪組織由来幹細胞に作製したTet-offヒトSF-1発現用ウイルスを感染させ、薬剤選択によって遺伝子導入細胞を選択した後、ドキシサイクリンを含まない培地にて細胞を培養し、SF-1およびステロイド合成酵素の発現が誘導されることを確認した。また、一旦SF-1/Ad4BPの発現をONにした細胞に再度ドキシサイクリンを添加することで再び発現を抑制できることも確認され、薬剤誘導性に発現調節可能なベクターを構築した。また、腎皮膜下以外の移植部位について検討するため、マウス脾臓にEGFP_Tgマウス由来の間葉系幹細胞を移植したところ、脾内にGFP陽性細胞が検出され細胞の生着が確認された。2.内因性SF-1/Ad4BP誘導因子の探索:ゲノム編集を利用したSF-1プロモーター下流ルシフェラーゼ発現細胞株の作製は相同組換え体が得られず作製が困難であったため、当初の計画を変更して、薬剤刺激した細胞より細胞上精を調整し、リアルタイムRT-PCRにてNR5A1の発現誘導を解析した。阻害剤ライブラリー384種およびビタミン誘導体32種を検討した結果、40種類の阻害剤と1種類のビタミン誘導体に着目した。副腎皮質から分泌されるステロイドホルモンが不足したり過剰になることによって生体の恒常性が失われると疾患を来す場合がある。ステロイドホルモンの不足に対するホルモン補充療法は確立された療法であるが、長期のステロイド補充は視床下部ー下垂体ー副腎軸を抑制し、代謝および免疫系に及ぼす影響も少なくない。

私達は、ステロイドホルモン産生における主要調節因子であるNR5A1 (SF-1/Ad4BP)を間葉系幹細胞に強制発現させることで、ステロイド産生細胞に形質転換することを明らかにした。さらに、マウス両側副腎を外科的に摘出した副腎不全モデルマウスを作製し、マウス間葉系幹細胞から作出したステロイド産生細胞(SF-1/Ad4BP誘導性ステロイド産生細胞)の移植を行った。SF-1/Ad4BP誘導性ステロイド産生細胞の移植によって血中コルチコステロンが検出され、副腎不全マウスの生存期間が延長することを明らかにした。本研究では、ヒト間葉系幹細胞から作出したステロイド産生細胞を、副腎不全モデルに移植するため、薬剤誘導性SF-1/Ad4BP発現ヒト間葉系幹細胞を作製した。この結果、ドキシサイクリン存在下で移植細胞を増幅させ、薬剤非存在下で大量のヒト間葉系幹細胞由来ステロイド産生細胞を得ることが出来るようになった。また、本研究において、間葉系幹細胞において内因性SF-1/Ad4BPの発現を誘導する薬剤の探索を行った。このスクリーニング研究に関連して、ステロイドホルモン産生性の副腎皮質癌細胞株H295Rにおいて、SF-1/Ad4BPの発現を抑制する薬剤を見出した。この薬剤は、今後、副腎皮質癌を含む副腎皮質腫瘍の治療薬となる可能性が期待される。ステロイドホルモンの不足や過剰が原因となる疾患の治療法という点で、ステロイド不足に対する細胞移植によるステロイド補充研究はやや遅れている。しかし、薬剤スクリーニングに関連した検討結果から、副腎癌を含む副腎腫瘍を抑制する可能性がある薬剤を見出した。副腎癌は希少な疾患であるが、悪性の腫瘍で予後は不良であり、外科的な切除が出来ない場合、治療の選択肢は限られている。ステロイドホルモンの産生を抑制する薬剤として、ステロイド合成酵素を標的とした薬剤があるが、ステロイド産生の主要な調節因子であるSF-1/Ad4BPを標的とした薬剤はない。本研究で着目したCK2阻害剤CX-4945は、ホルモン産生性の副腎癌細胞株H295Rや副腎腺腫の初代培養において、SF-1/Ad4BPの発現を抑制または抑制傾向を示し、ステロイドホルモン産生を抑制することが明らかになった。この薬剤は、副腎癌を含む副腎腫瘍の治療薬となる可能性が期待できるため、SF-1/Ad4BP発現抑制の機序の解析も行った。副腎皮質から分泌されるステロイドホルモンが不足したり過剰になることによって生体の恒常性が失われると疾患をきたす場合がある。ステロイドホルモン不足に対するホルモン補充療法は確立された療法であるが、長期のステロイド補充は視床下部ー下垂体ー副腎軸を抑制し、代謝および免疫系に及ぼす影響も少なくない。細胞療法の利点の一つとして生体内の分泌刺激に応答した分泌調節が挙げられる。
チェアサイド接触型3次元頭蓋顎顔面形態計測装置の臨床応用フィージビリティの研究

研究目的は、放射線を被曝することなくチェアサイドで頭蓋顎顔面形態計測を接触式3次元デジタイザーで行なうシステムを開発することである。開発内容は三部門で、一つは、適切な頭部固定装置を備えた治療用デンタルチェア、パーソナルコンピュータ、デジタイザー等設備を連結することである。二つ目はソフトウエアの開発で、得られた頭蓋顎顔面領域の計測点の相対3次元座標値を絶対座標値に変換後、2次元の基準三平面(FH平面、正中矢状平面、眼窩平面)上に投影して角度計算および距離計算を行なうソフトである。算出した角度および距離は、従来の頭部X線規格写真分析値と比較できることを期待した。三つ目は、本システムの較正とサンプル測定である。開発したシステムは移動式且つコンパクトであり、計測性能も満足のできるレベルであった。このソフトウエアは、頭蓋顎顔面領域の60計測点の3次元座標値を採取することによって、この領域の93項目にわたる形態分析を行なう。3次元デジタイザー(Micro Scribe 3D【.encircled?.】R【.encircled?.】)の相対精度は、メーカー表示で0.250mm、我々の実験で0.258mmとほぼ同じであった。10mmの精密ゲージブロックを用いた較正では、対照とした高精度のドイツ製ツアイスUMC-S850【.encircled?.】R【.encircled?.】(メーカー表示精度:U95 2.5+L/250um)の精度は±0.0005mmであったのに対し、本システムの精度も±0.0515mmと良好であった。ヒト乾燥頭蓋の31計測点を鉛点表示して、両者で得られた3次元座標値を比較したところ、座標(x,y,z)の各値の平均絶対値差はx座標で0.2670mm,y座標で0.3623mm、z座標で0.1370mmと小さかった。また両者による乾燥頭蓋骨の角度および距離計測値でも、差が比較的小さかったことから、本システムの計測装置としての精度は特に問題は無いと考える。結論として、本システムは計測対象の選択を適切に行なう限りは、頭蓋顎顔面形態計測のための極めて有効な非放射線計測法であると考える。掲題研究の平成9年度研究計画の要点は、1)計測対象者(患者)固定装置の製作、2)3次元計測器Microscribe-3Dとコンピュータの連結、3)計測データ加工処理用ソフトウェアの開発、4)装置システムの試験操作であったが、研究はほぼ予定通りに進められた。その概要および試験計測の結果については、『チェアサイド頭蓋顔面歯槽部計測システムの試み-Part:Non-Radiographic Direct Cephalometrics-』と題して、平成9年12月19日の鶴見大学歯学会第46回例回に於いて報告した。目下平成9年度の成果を考察し、平成10年度研究計画実施に向けて工夫および改善点の検討中である。すなわち、1)固定装置については、本研究費にて購入した計測時の患者固定用チェアの実用性が証明されると同時に、安定した頭部保持にための頭部固定補助具の開発の必要性が明らかとなった。現在プロトタイプの補助具を製作中である。2)コンピュータとの連結は極めてスムーズに行われた。