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生体顕微鏡下での虚血-再潅流障害成立機序の解析

再潅流障害における微小血管透過性の亢進と浮腫発生は局所の障害程度を推定するうえで重要なパラメータのひとつとなる.一方,四肢や腸などの重症虚血障害成立には微小循環下での組織の全血流量よりも血流の組織内分布がより大きな役割を演じていることが知られている.今回,われわれは再潅流障害の重症度を推定するパラメータとして,微小循環における浮腫発生部位の血流分布測定の有用性を実験的に検討した.再潅流障害の発生が確認されたぶいでは透過性亢進血管が有意に不均一な分布をすることが観察され,生体顕微鏡を用いた微小循環の浮腫分布パターン解析が組織障害推定の有用なパラメータとなりうることが示唆された.再潅流障害における微小血管透過性の亢進と浮腫発生は局所の障害程度を推定するうえで重要なパラメータのひとつとなる.一方,四肢や腸などの重症虚血障害成立には微小循環下での組織の全血流量よりも血流の組織内分布がより大きな役割を演じていることが知られている.今回,われわれは再潅流障害の重症度を推定するパラメータとして,微小循環における浮腫発生部位の血流分布測定の有用性を実験的に検討した.再潅流障害の発生が確認されたぶいでは透過性亢進血管が有意に不均一な分布をすることが観察され,生体顕微鏡を用いた微小循環の浮腫分布パターン解析が組織障害推定の有用なパラメータとなりうることが示唆された.現在までの検討ではハムスターチークパウチを用いた虚血-再潅流モデルで、TRITC(tetramethyl Rhodamine iso-thiocyanate)標識アルブミンのチークパウチ微小循環内の空間的分布が検討された。画像解析装置に関して、当初はその解析プログラムを購入の予定であったが、顕微鏡標本観察に用いるソフトが転用可能なことが判明したため、今回の実験に用いることとした。標識アルブミンのチークパウチ内での漏出部位は微小血管の障害部位と考えられるが、実験結果は虚血-再潅流障害において有意に不規則な空間的分布をすることが示された。また注目すべきことは今回の検討で虚血のみでは標識アルブミンの「不均一」な空間的分布が出現しなかったことである。これは臨床的には虚血腸管の再潅流時にNa-fluorescenceを用いた場合に観察される腸管表面の縞状の文様と一致するものと考えられる。同様な結果は虚血肢を再潅流した時にNa-fluorescenceを用いても臨床的に観察される。以上より虚血-再潅流障害の発現は螢光プローブを用いて、障害部位の空間的分布を検討することで診断しうるものと考えられた。虚血-再灌流障害は微小循環系では白血球の血管外遊走や、血流循環不全が起き、炎症に類似した生体反応であることが知られている。当初予定していたように虚血-再灌流障害における血小板活性化因子(Platelete activating factor;PAF)の役割をさらに詳細に検討するため、PAFが微小血管を収縮する反応に注目し、PAF濃度と微小血管の収縮反応をhamster cheek pouchを用いた生体顕微鏡下で観察した。観察血管は微小循環系の血流調節を行っている10-30umの細動脈、とleukocyte-endothelium interactionの主座である10-30umの細静脈とし、PAFは0M、10^<-9>M、10^<-8>M、10^<-7>M、10^<-5>M、10^<-4>Mを用いた。投与方法はDietrichらによるmicropipetを用いたmicroapplication techniqueを使用し、PAFを1本の微小血管のみに投与した。血管収縮反応は局所投与後10分間観察し最大血管径の収縮反応をdose-response relationshipとしてsimulationし解析を行った。PAF投与2-4分後に細動脈、細静脈とも投与局所に最大収縮反応が観察され、10分後にはほぼ投与前の血管径に回復した。血管系の収縮はdose-response relashionshipでsimulationした場合、動脈、静脈とも類似しており、血管収縮反応に関する限り細動脈、細静脈の血管平滑筋の反応性は類似していることが示された。また、収縮反応は細動静脈の局所のみにみられ、PAFの血管収縮には血流中のみならず、局所のpathwayが重要な働きをしていることも同時に示された。以上より、虚血一再灌流障害ではPAFは臓器実質内でleukocyte-endothelium interactionのみでなく、血流調節を通しても組織障害に関与していることが示唆された。今後は、当初の計画通り、PAF antagonistを用いて血管収縮反応を観察し、同時に同部位の血管透過性亢進反応も観察する予定である。これにより、虚血一再灌流障害の治療面でも新たなる治験が得られるものと考えられる。平成6年度までには虚血-再灌流障害モデルを用いて障害発生の際の種々の変化を観察していた.具体的には1)微小血管透過性(vascular permeability)亢進を中心とした細胞障害部位の確認とコンピューター画像解析による評価(その組織内での不均一分布については多くの文献で指摘されている),2)虚血-再灌流障害発生時の微小血管径の変化(PAF単独投与によるin vivoの微小血管径の変化は既に観察済み),3)蛍光標識白血球を用いた細静脈への膠着が観察された.

その結果,われわれの虚血-再灌流障害モデルでは再灌流領域に好中球の膠着が有意に増加していることが示された.また,それと同時に再灌流領域では有意な微小血管透過性の亢進も示された.しかし,虚血-再灌流障害時の血管透過性亢進はPAF antagonistの一つであるWEBでは完全に抑制することがでず,虚血-再灌流障害がmulti-pathwayからなる生体反応であることが示された.PAFの局所投与実験でPAFが細動脈のみでなく,細静脈の収縮をも引き起こすことが示された.細静脈は白血球-内皮細胞相互作用の主座であり,血管透過性が単なる炎症メディエータによる直接的反応ではなく微小循環の血行動態にも影響を受けていることが示された.以上の結果から白血球-内皮細胞相互作用に対してさらに踏み込んだ基礎的な検討を行う必要が生じたため,新たに蛍光標識好中球を実験動物に投与し,膠着好中球をex vivoで観察することで白血球-内皮細胞相互作用発生機序を探るモデルを作成し,検討を行った.このモデルでは,虚血-再灌流モデルと異なり,内皮細胞と好中球の活性化過程を分離することが可能で,これにより,再灌流障害時の好中球膠着がどのような機序(主にどちらの細胞活性化により惹起されるか)によって起きているかをさらに詳しく検討できる.好中球をFMLPもしくはLPSにより15分間刺激する条件では膠着白血球の増加は見られず,白血球-内皮細胞相互作用の主体は障害(活性化)内皮細胞によっていることが示唆された.ただし,好中球の活性化に関しては刺激時間との関係や内皮細胞をLPSなどによって単独刺激する方法でさらに詳しく検討を行う必要がある.
中世修道院建築の参事会室・修道女席における絵画図像の研究

おもに13世紀から14世紀にかけてのゴシック期のフランシスコ会修道院の建築と絵画を取り上げて,これまであまり研究の対象とされなかった修道院参事会室や修道女席,また回廊などに描かれる絵画図像について,建築的文脈や当時の宗教的・政治的状況を考慮に入れながら考察した。特にナポリのサンタ・マリア・ドンナレジーナ修道院とサンタ・キアーラ修道院,シエナのサン・フランチェスコ聖堂については,全般的な調査に基づき,絵画の図像的な意味と建築の役割を明らかにすることができた。平成17年度の研究の成果は,以下の2点に分けられる。(1)シエナのサン・フランチェスコ修道院参事会室(集会室)の壁面は,アンブロージョとピエトロのロレンツェッティ兄弟によって装飾されたが,ピエトロが『磔刑』と『キリストの復活』という集会室に一般的な主題を表しているのに対して,アンブロージョは『トゥールーズの聖ルイと教皇ボニファティウス8世』と『フランシスコ会士の殉教』というめずらしい組み合わせの場面を描いている。本研究では特に聖ルイと教皇の場面で,2人が臣従礼と同じ身ぶりを示していること,またその背後で立ち会う俗人たちの中にキリストと認められる人物が含まれていることに注目し,この場面はフランシスコ会士が教皇に従属しながらも,キリストによる後ろ盾を密かに,そして直接得ていることを描き出そうとしたものであると結論づけた。『殉教』の場面については,殉教者の物質的な遺骸をイメージに置き換えて提示する役割を果たしていることを論じた。(2)シトー会やクララ会の女子修道院聖堂の修道女席には,「キリストの受難」が強調して描かれるが,それと対比的にしばしば「キリストの花嫁」としての女性・聖女を表す図像が見られることに注目して絵画図像を分析した。ドイツ騎士団領であったヘウムノの旧シトー会女子修道院聖堂では,旧約の「雅歌」と「キリスト受難伝」が連続して細長くフリーズ状に描かれ,修道女席を囲んでいる。修道女たちが自らをキリストの花嫁とみなし,キリストの贖罪と救済の業に与ろうとすることを端的に表す図像である。またこのフリーズ状の装飾形態は,造形的なイメージを黙想に利用するのにふさわしいと考えられ,同じく横長に連続するベルティーニ兄弟による「聖カタリナ伝」浮彫(ナポリ,サンタ・キアーラ聖堂)も,当初は修道女の信仰実践に役立てられていた可能性を検討し,その図像を解釈した。平成18年度の研究の成果は,以下の2点に分けられる。(1)14世紀半ばにロレンツェッティ兄弟によって制作されたシエナのサン・フランチェスコ修道院参事会室(集会室)のフレスコ画について,平成17年度より調査を進めていたが,以前に行った口頭発表も踏まえて英語論文として公刊した。内容は,フランシスコ会の宣教と殉教に関する図像を,当時のヨーロッパとアジアとの交流を考慮に入れて解釈しようとするものである。また,中世末期における物質的な物(聖遺物)とイメージとの関係の変化について指摘した。(2)これまでヘウムノの旧シトー会女子修道院聖堂に描かれる旧約の「雅歌」連作場面など,修道女席の絵画装飾について,享受者である修道女の宗教実践を視野に入れつつ考察してきたが,これにっいてはすでに平成18年12月に研究会で口頭発表を行っており,平成19年度中に論文とする予定である。(3)主に女子修道院に描かれた聖女伝連作についての調査を継続して行っている。作品中で,聖女,あるいは絵画や彫刻の享受者である修道女の「キリストの花嫁」という身分が強調されているという従来の解釈に加え,観想的な生と対比される活動的な生がいかに描写されているかという点に注目している。(4)フランシスコ会の男女共住修道院であるナポリのサンタ・キアーラ修道院は,14世紀中にジョット工房などによって絵画装飾が行われたが,わずかな断片しか残されていない。現在目にすることのできる16世紀から18世紀のフレスコ画が14世紀の原作の描き直しである可能性を考慮しつつ,できるかぎりで元々の装飾プログラムの再構成を試みている。これについては,平成19年中に口頭発表した上で論文とする予定である。(1)ナポリのサンタ・キアーラ修道院に描かれた1418世紀のフレスコ画の調査を行った。現状の調査,またナポリの文化財監督局に残される修復記録や写真資料の検討により,1415世紀に描かれたオリジナルの壁画は,元々の図像や構図を踏まえながら18世紀にいたるまで繰り返し描き直されていたことを立証した。これにより,サンタ・キアーラ創建時の絵画図像プログラムと,その背景にある思想を明らかにした。また,中世の聖なる画像の近代における「描き直し」の具体的な例を示すことができた。この研究の成果は,第58回美学会全国大会で発表した。(2)ナポリのドンナレジーナ聖堂の修道女席の「聖カタリナ伝」連作には,「神秘の結婚」の場面が欠けている。

ドンナレジーナの壁画が制作されたのは,この図像の生成期に当たり,試行錯誤を示すいくつかの作例が知られている。これらを検討することにより,同修道女席では注文主の事情を反映して,神の栄光の賛美に結びつく世俗の結婚を重視した図像プログラムが考案されたという結論を得た。(3)同じくドンナレジーナ聖堂に描かれる「聖エリザベト伝」を分析することにより,観想的生活を通してのみ神に近づき得るのではなく,活動的生活/慈善の行為も終末論の文脈の中で重要な意味を持つことを明らかにした。これについては,イタリアのピアチェンツァで開かれた学会で発表している。主に1314世紀のイタリアやドイツに建造されたフランシスコ会やクララ会,あるいは女子シトー会の修道院建築を取り上げて,聖堂の主要部以外,修道女席や集会室、回廊などに描かれる絵画を,建築的文脈を考慮に入れた上で検討した。ナポリのサンタ・キアーラ修道院やサンタ・マリア・ドンナレジーナ修道院を調査の中心とし,ミュンヘンやフィレンツェの美術史研究所などでは文献・写真資料の調査にあたった。その際,当該の時代だけでなく,中世全般における「最後の審判」「黙示録」「旧約伝」などの図像を視野に入れ,また地域的にもアルプス以北の作例(スイスのケーニヒスフェルデン,ドイツのヴィーンハウゼン,ポーランドのヘウムノの各修道院など)についても検討した。
力学系における確率現象の解析的研究

有限生成第一種フックス群に付随した一次元力学系の時間発展を確率過程とみることによって、中心極限定理および局所極限定理を証明した。更に、このとき中心極限定理に現れる極限分散が非退化となる十分条件を力学系の軌道の性質を用いて表すことに成功した。この結果の幾何学的応用として、有限面積リーマン面上の向き付けられた閉測地線が数論における素数定理の類似をみたすことを導いた。上のリーマン面の場合には閉測地線が丁度測地的流れという力学系の周期軌道であるのだが、周期軌道の分布について素数定理の類似の成立が期待されながらも、その証明が得られていないいくつかの力学系に対して我々の方法を試みた。その結果、撞球型の力学系に関して次の中間的成果を得た。まず、ポテンシャル域が互いに素な複数個の非負値中心力場の中を運動する質点を記述する力学系の周期軌道について、摂動撞球への帰着によって素数定理の類似を検証できた。次にシナイの撞球と呼ばれる古典力学のエルゴード問題で重要な力学系に関しては、測度論的に十分大きな部分系が存在して素数定理の類似を満たすということが示せたにすぎず、最終結果まで至れなかった。これはマルコフ分割を用いた符号化がこれまでのようにうまくいかなかったことに原因が有り、この技術的な問題を解決するのはこれからの課題の一つである。これらの研究と並行して分数次元の相空間をもった力学系との関連でフラクタル上の拡散過程の推移確率密度の解析や、高次元の力学系の系統的研究の基礎として複素解折的な研究を行ない若干の結果を得た。
光学活性プロパルギルアジド誘導体の合成を目的とした不斉ニコラス反応の開発

プロパルギル位に不斉を持つ光学活性プロパルギルアジド誘導体の新規不斉合成法の開発研究を目的として,Nicholas反応(アルキン-Co_2(CO)_6錯体から発生するプロパルギルカチオンの求核剤捕獲反応)を利用した新規不斉合成法の開発について検討を行った。本手法による不斉発現はプロパルギルアルコール,TMS-アジドだけでなく様々な基質・求核剤に適用可能であり,またカルボカチオンを経由する反応であることから汎用性の高い4級不斉炭素構築法としての応用が期待できる。不斉Lewis塩基触媒によるエナンチオ選択的Nicholas反応の開発に向けてLewis酸・Lewis塩基・求核剤の組み合わせの最適化を検討した。しかしながら本不斉合成法に適したLewis酸・Lewis塩基・求核剤の組み合わせを見いだすことができず,本研究の遂行は困難であると判断したため,いったん中断し,Nicholas反応によるプロパルギルアジドのラセミ体合成を検討した。すなわち,トリメチルシリルアジドをLewis酸存在下でプロパルギルアルコールのコバルト錯体に作用させるなどの条件を検討した。その結果,三フッ化ホウ素を用いる系で反応は0°Cという温和な条件,プロパルギル位に多様な置換基を有する化合物において収率良く反応が進行することを明らかとした。また,求核性のある一部の官能基は不適当であることが解った,次に,合成したプロパルギルアジド化合物は銅触媒Huisgen反応に対して安定であることを見出し,Foldamer化学において今後の発展が期待できる成果を収めることができた。プロパルギル位に不斉を持つ光学活性プロパルギルアジド誘導体の新規不斉合成法の開発研究を目的として,Nicholas(ニコラス)反応(アルキン-Co_2(CO)_6錯体から発生するプロパルギルカチオンの求核剤捕獲反応)を利用した新規不斉合成法の開発を行った。本手法による不斉発現はプロパルギルアルコール,TMS-アジドだけでなく様々な基質・求核剤に適用可能であり,またカルボカチオンを経由する反応であることから汎用性の高い4級不斉炭素構築法としての応用が期待される。本年度は不斉Lewis塩基触媒によるエナンチオ選択的Nicholas反応の開発に向けてLewis酸・Lewis塩基・求核剤の組み合わせによる反応性と反応律速段階の解明を行う中でLewis塩基に着目した反応性の解明を行った。カチオン中間体を発生させるLewis酸にはNicholas反応に汎用されているBF_3・Et_2Oを使用し,カチオンと複合体を形成するLewis塩基にはスルホキシド,3級アミン,3級ボスフィン,N-オキシド,P-オキシド,求核剤にはTMS-アジドを用いて反応性について検討を行った。来年度は得られた知見をもとに不斉Lewis塩基を設計し,不斉Lewis塩基-プロパルギルカチオン複合体形成を経由するエナンチオ選択的反応の開発に着手する予定である。またLewis酸-求核剤複合型触媒を用いた擬似環化反応を経由する立体特異的反応不斉Nicholas反応についても検討を行っていきたい。
胃腫瘍性疾患における幹細胞特異蛋白(Musashi-1)の発現の解析

対象と方法手術で切除された胃原発腫瘍42病変の組織切片に対して免疫染色を行った。結果印環細胞癌、低分化型腺癌にMsi-1の陽性像は確認されなかった。乳頭状腺癌、管状腺癌にはMsi-1の発現のある病変と無い病変がみられた。管状構造に異型の少ない病変でMsi-1の発現がみられる傾向にあり、胃腺腫でより明確となった。特に異型の低い腺腫では非腫瘍性の腸上皮化生粘膜と同様の染色パターンを示していた。また、興味深いことに各種腫瘍マーカーの表出に乏しい未分化癌でMsi-1の強い発現が確認された。我々が仮にMalignant small round cell tumorと呼んでいる、悪性リンパ腫類似の末分化型癌で、病理的に未確定の腫瘍群(Nagashima R et al.Medical Journal of Kagoshima University 1995;47:103-)に強陽性であった。今後の展望(1)Msi-1は異型度の低い腺癌に陽性で、予後良性の腫瘍の指標と成りうることが予想され、今後、臨床生存解析を行いたい。(2)胃腺腫の一部で非腫瘍性上皮様の発現パターンがみられ、このことは胃腺腫の腫瘍性に疑問を生じさせる。我々は現在、胃腺腫に対するHelicobacter pylori除菌の及ぽす影響について臨床治験中であり、対象病変に対してもMsi-1の染色を行い、除菌に対する反応性との比較検討を行う予定である。(3)胃未分化癌の特殊な一群のマーカーと成りうることが示唆され、さらにMsi-1関連の蛋白について検討を追加する予定である。通常の胃癌と異なり、化学療法が極めて有効であった症例を経験し、新たな病変のentityとして確立することに臨床的意義が期待される。
プライミング効果による土壌炭素分解：温暖化応答メカニズムの解明

地球温暖化に対する土壌の応答、特に炭素プールの主体である土壌有機物の動態は大きな注目を集めている。これまでも土壌有機物の温暖化応答に関する研究は世界中の研究者によって取り組まれているが、その多くは土壌を直接的に温暖化させ応答反応を評価したものである。しかしながら、実際の陸域生態系では直接的な土壌の温度上昇だけでなく地上部を含めた植物-土壌の相互作用のもとに土壌応答は発現するためこれらを考慮する必要がある。また、温暖化では系外からの窒素沈着なども同時に起こる。本研究の主目的はこのような温暖化に伴う陸域生態系での土壌に対する外部インパクトを考慮したプライミング効果に伴う土壌有機物応答をメカニズム面も含め明らかにすることである。本年度は昨年度に引き続き日本の代表的な土壌タイプの一つである火山灰土壌を材料として、C4植物であるトウモロコシの葉をナチュラルトレーサーとして添加し、3つの温度環境下(15°C、25°C、35°C)で培養実験を行なった。その結果、火山灰土壌では全ての温度条件下で正のPEが生じ、既存の土壌有機物分解量は加速されることがわかった。また、温度が高いほど添加したトウモロコシの分解量が加速する傾向が認められたが、一方でPEは温度が高いほどその程度が低くなる傾向が認められた。これらの結果は培養後の土壌微生物バイオマスに依存していた。本年度はさらに窒素沈着との関係や、温度上昇に対する基質の添加タイミングの影響も把握しつつ、PEに関与する主な微生物群集や分解される土壌有機物の画分についても明らかにする予定である。これらを包括的に評価することで、温暖化に伴うプライミング効果を考慮した土壌、特に火山灰土壌の応答についてメカニズム面を含めて明らかにする予定である。本年度に予定していた培養実験が順調に進み新たな知見を得ることができたことや、PEメカニズムに関する実験についても新たに開始できているため概ね順調とした。温暖化に伴うプライミング効果の発現について窒素沈着の影響や基質添加のタイミングの影響について新たに研究を展開していく予定である。また、メカニズム面の解明に向けてプライミング効果を引き起こす主な微生物群集構造の解明や主に分解される土壌有機物画分の解明についても着手している。土壌は陸域最大の炭素プールである。そのため、土壌炭素の温暖化応答の解明に関する研究は重要な課題である。現在の温暖化に対する土壌炭素応答研究の大多数は、直接的な地温上昇に対する土壌炭素の分解速度変化に関するものであるが、植物由来有機物の土壌への供給量増大という間接的な影響も加味する必要がある。これらを解決する鍵となるのが植物由来有機物の供給に伴う土壌炭素分解速度変化反応“プライミング効果:PE"である。ただし、PEに関する研究の多くは“現象"そのものを捉える段階にあり、PEの温暖化応答や発現メカニズムについては詳細が不明である。本研究の目的はPEの温暖化応答とこれらを規定する要因を長期・短期的な室内・野外培養実験を通して明らかにし、日本の代表的な土壌におけるPEの温暖化応答メカニズムを解明することである。本年度は基質の種類とPEの発現の関係に着目して、日本に分布する代表的な土壌タイプの一つである火山灰土壌(アロフェン質黒ボク土:δ13C = -24‰)を供試土壌として異なる温度条件(20°Cおよび30°C)で13C標識セルロース粉末(δ13C = +100‰)とC4植物であるススキ粉末(δ13C = -13‰)を添加し、約3ヶ月間の室内培養実験を行った。その結果、温度依存性(Q10:温度が10°C上がった時にCO2放出量は何倍になるかを示したもの)は何も添加しなかった土壌のみとセルロース添加区で有意に高く、それぞれ2.1および1.9であった。一方、ススキ添加区のQ10は有意に低く1.5であった。以上の結果はアロフェン質黒ボク土における温暖化現象とPEの関係は土壌へ混入してくる基質によって大きく異なる可能性が高いことを示すものである。これらについては今後更なる検証(追試)や他の土壌を使用した実験による検証も必要だと考えられる。初年度に予定していた異なる基質の添加に伴うプライミング効果について比較的長期間の培養実験を含めて検証ができている。他の土壌についても現在検証中であり、おおむね順調に進展していると言える。

また、温度が高いほど添加したトウモロコシの分解量が加速する傾向が認められたが、一方でPEは温度が高いほどその程度が低くなる傾向が認められた。これらの結果は培養後の土壌微生物バイオマスに依存していた。本年度はさらに窒素沈着との関係や、温度上昇に対する基質の添加タイミングの影響も把握しつつ、PEに関与する主な微生物群集や分解される土壌有機物の画分についても明らかにする予定である。これらを包括的に評価することで、温暖化に伴うプライミング効果を考慮した土壌、特に火山灰土壌の応答についてメカニズム面を含めて明らかにする予定である。本年度に予定していた培養実験が順調に進み新たな知見を得ることができたことや、PEメカニズムに関する実験についても新たに開始できているため概ね順調とした。温暖化に伴うプライミング効果の現象評価研究に合わせてメカニズム面の解明に向けた研究を展開していく予定である。具体的には土壌炭素のどの部分が最も影響を受けているのかについて微生物群集構造評価と土壌炭素の質的評価(化学構造特性解析)を分担者協力のもと進めていく予定である。温暖化に伴うプライミング効果の発現について窒素沈着の影響や基質添加のタイミングの影響について新たに研究を展開していく予定である。また、メカニズム面の解明に向けてプライミング効果を引き起こす主な微生物群集構造の解明や主に分解される土壌有機物画分の解明についても着手している。当初予定していた土壌試料採取調査のうち、沖縄への調査が実行できていないため旅費に多少の差額が生じた。また、消耗品の支出についても多少差額が生じた結果次年度への繰越し金が発生した。予定していた沖縄への土壌採取調査は今年度の秋以降に実施する予定である。標識セルロースを購入し安定同位体比の以来分析を予定していたが、本年度はナチュラルトレーサーとしてトウモロコシを利用したことによって大きな金額差が生じた。これらについては次年度の実験で行う予定でありそれに伴った予算執行する予定である。
マクロファージと共存する歯髄細胞で発現変動する分子群の網羅的解析

不可逆性歯髄炎は時として耐えがたい痛みを伴う。しかしながら歯髄の保存は後の破折などの合併を鑑みた場合、極めて重要である。歯髄の保存には漏えいのないシーリング剤の開発と炎症の制御が重要である。本研究はこのうち後者に関して、1歯髄炎症モデルの開発、2炎症制御分子、およびその担体の探索、3炎症惹起状況で発現変動する分子の解析、を通して有効な歯髄保存療法確立の一助とすることを目的とした。結果、歯髄の炎症反応がなぜ短期間に急速に進行し、組織の融解壊死をもたらすのかについて、その病態生理を明らかにした。前年度までに培養歯髄組織由来不死化細胞(DP-1)の培養上清中にマクロファージからのTNF-a産生を促進する未知の物質が存在する可能性を突き止めた。さらに、不死化されていないprimaryな歯髄細胞も類似の活性のある物質を産生することも確認した。一方、対照として用いた歯肉線維芽細胞の培養上清中に類似の生物活性は確認されなかった。そこで、この歯髄細胞由来腫瘍壊死因子誘導物質をDental Pulp cell-derived TNF-alpha-Inducing Factor (DPTIF)と命名し、その正常解析を試みた。まず、DP-1とDPTIF活性のない歯肉線維芽細胞の発現遺伝子解析比較をDNAマイクロアレイの手法を用いて行った。DP-1は不死化細胞であることから、求める遺伝子以外にも多くの遺伝子発現が誘導されていることを鑑み、続いてDPTIF活性のあるprimary歯髄細胞と活性のない歯肉線維芽細胞における発現遺伝子の比較を、同様にDNAマイクロアレイの手法を用いて行った。この2系統のマイクロアレイ解析から共通して歯髄細胞系の細胞で発言が亢進している遺伝子について注目した。多くはinterferonによって誘導されると考えられる関連遺伝子群、あるいはその他のpro-inflammatory cytokine、ケモカインであった。一部の遺伝子群については組み換え蛋白を入手し、DPTIF活性があるか否かについて分化THP-1細胞を用い、グラム陰性菌内毒素(LPS)をコントロールとしてバイオアッセイを行った。前年度までの研究において歯髄細胞は、マクロファージからのTNF-alpha産生を誘導する因子を培養上清中に分泌することを見出し、この因子を歯髄細胞由来腫瘍壊死因子誘導分子(Dental Pulp-cell-derived TNF-alpha-inducingFactor: DPTIF)と命名した。また、本分子はinterleukin-1 betaと異なることも確認した。そこで本分子の性状を明らかにするため、マイクロアレイの結果から不死化歯髄細胞とprimary歯髄細胞の両細胞において強発現している遺伝子に着目し、発現強度が上位にある遺伝子の産物(リコンビナント蛋白)を入手し、それらがマクロファージからのTNF産生性に及ぼす影響を検討した。その結果、両細胞に共通して歯肉組織由来線維芽細胞に比べ発現強度が20倍30倍の遺伝子において、1)そのリコンビナント蛋白がマクロファージからのTNF産生を促進すること、2)培養上清中に同分子をピコグラム/mlのレベルで分泌していることを見出した。しかしながらそのTNF産生活性は歯髄細胞の培養上清そのものに比べ、かなり低いものであった。この理由として1)リコンビナント蛋白がタグ付きのものしか市販されていないため、受容体への親和性が低下している可能性、2)リコンビナント蛋白が全長をカバーしていないため受容体結合性が不十分である可能性、3)他の分泌分子と協働して作用している可能性、などが考えられた。今後、これらの可能性について究明し、DPTIFの性状をさらに解析することは、短期間に組織の融解壊死を伴う急激な炎症反応が惹起される急性歯髄炎の病態解明、ならびに本分子群を標的とした新規治療法の開発に大きく寄与すると考えられた。マクロファージと共存する歯髄細胞においてマクロファージからのサイトカイン産生を強力に促進する炎症物質が産生されることを確認した。これを受け、本分子の性状を解析することを目的として、(1)不死化歯髄細胞を無血清培養し、培養上清中に産生された蛋白質のプロテオミクス解析を行い、(2)不死化歯髄細胞を無血清培養した場合の遺伝子発現について同様の方法で培養した歯肉線維芽細胞に発現する遺伝子群とのマイクロアレイ法による比較、を行った。さらにこれら蛋白の遺伝子が実際に歯髄細胞で発現しているかどうかについて、PCR法を用いた検証を行った。(1)のプロテオミクス解析による結果では主として細胞内蛋白がそのほとんどを占めたが、(2)のマイクロアレイ解析では高発現遺伝子の上位を占めたのはその翻訳蛋白が細胞外に分泌される液性蛋白であった。また、その多くはケモカインやサイトカインであった。そこでこれらケモカインやサイトカインのリコンビナント蛋白を入手し、マクロファージからのサイトカイン産生を促進する物質があるかどうかについての検討を行った。

その結果、一部の蛋白にマクロファージからのサイトカイン産生を促進する物質があることが明らかとなった。現在、この蛋白質についてその性状解析を進めている。さらに他の細胞種における発現を検討しており、本蛋白が歯髄細胞に特徴的に発現しているか否か、非常に強烈な急性炎症所見を呈する歯髄炎症の惹起に重要な役割を担っているかどうか、正常状態での分泌量等について検討を加えている。本申請はマクロファージと共培養した歯髄細胞で発現するユニークな分子を網羅的に解析し、その正常を明らかにしようとするものである。前項に記載したように、マクロファージと共培養した歯髄細胞はマクロファージを活性化し、腫瘍壊死因子を産生させる分子を培養液中に分泌することを明らかにした。歯髄細胞と歯肉線維芽細胞で発現する遺伝子を比較することを目的に、DNAマイクロアレイ解析を行い、歯髄細胞で強く発現している分子については組み換え体を入手し、マクロファージからのTNF-a産生性を検討している。これまで歯髄細胞で強発現していたサイトカイン、ケモカインについて検討を行った。その結果、現状でTNF産生誘導能が観察された分子はインターロイキン-1のみであった。しかしながら、本遺伝子は遺伝子発現レベルでは歯髄細胞での発現が確認されたものの、蛋白レベルでの分泌は確認されなかった。すなわち、歯髄細胞が産生し、マクロファージからのTNF-a産生を促進する物質はインターロイキン-1以外の分子であることを明らかにした。不死化およびprimaryな歯髄細胞で強く発現している遺伝子群についてはすでにリストアップしているため、今後は他の分子について検討を行う予定である。すでにプロテオミクス解析とマイクロアレイ解析を終了し、いくつかの注目すべき分子群についてピックアップした。さらにこれらの分子群について歯髄や他組織における発現状況を検討しているほか、炎症惹起作用についてバイオアッセイにより検討を加えている。以上から、当初の計画以上に研究が進展していると判断した。前項に記載の通りprimaryならびに不死化歯髄細胞で歯肉線維芽細胞に比べ強発現している遺伝子群のリストアップは完結しており、今後はそれら分子群の性状を解析する予定にしている。リアルタイムPCRによる発現遺伝子の検証、蛋白レベルでの翻訳の確認、ならびに組み換え蛋白を用いた培養マクロファージからのTNF-a産生誘導を行う予定にしている。歯髄組織はいったん炎症が惹起されると非常に激しい炎症反応が局所的に観察され、多くの場合炎症歯髄組織は数日内に壊死に至る。浸潤マクロファージを強力に活性化し、TNF-a産生を促進する本物質の本態が明らかになれば、本分子を標的とした歯髄炎症を制御し得る治療法の開発に繋がる。これまでのin vitroの検討から、本分子の作用はグラム陰性菌由来内毒素(lipopolysaccharide: LPS)と同等あるいはそれ以上であることも明らかになっており、本分子の性状解析は慢性関節リウマチなどの他の難治性疾患の成因解明の一助となる可能性もある。
不斉自己触媒反応を用いる不斉の起源とホモキラリティーの研究

アキラルな有機化合物の中には、キラルな空間群に属し、結晶状態でのみ不斉を有するキラル結晶が知られている。本研究では、アキラルな核酸塩基シトシンの結晶に着目して研究を行った。すなわち、シトシンの水溶液より析出させたシトシン一水和物のアキラル結晶を加熱し、結晶水を除くことで、キラル結晶へと変化することを見出した。さらに、加熱する面と得られるキラル結晶に相関性を見出した。脱水により生成したシトシンのキラル結晶を不斉開始剤として用い,ピリミジンカルバルデヒドとジイソプロピル亜鉛との不斉自己触媒反応を行なったところ,用いたシトシンのキラル結晶のキラリティーと立体相関性のあるピリミジルアルカノールが高収率かつ高鏡像体過剰率で生成した。本結果は、アキラル結晶の面を選択的に加熱することで、任意の不斉結晶を発生することを見出した。次に、超高感度不斉認識能を有する不斉自己触媒反応に着目し、炭素同位体置換による不斉の認識が可能であるか研究を行った。一方のメチル基が炭素同位体で置換されたメチル-^<13>C-メチルフェニルメタノールを不斉開始剤として用い、ピリミジンカルバルデヒドとジイソプロピル亜鉛との不斉自己触媒反応を行なったところ,用いた不斉開始剤のキラリティーと立体相関性のあるピリミジルアルカノールが高収率かつ高鏡像体過剰率で生成した。さらに、炭素同位体置換による不斉を有するフェニル-1, 2,3, 4, 5, 6-^<13>C_6-フェニルメタノールなども、不斉開始剤として有効に作用した。本結果は、不斉認識が困難である炭素同位体置換による不斉有機化合物であっても、不斉自己触媒反応の不斉開始剤として用いることで、不斉認識が可能であることを明らかにした。アキラルな有機化合物には,結晶を形成した時にキラリティーを発現してキラル結晶を形成するものが知られている。本研究では,核酸塩基であるアキラルなシトシンがキラル結晶を形成する事に着目して研究を行った。すなわち,シトシンのメタノール溶液をかく拌しながら結晶を析出させたところ粉末CDが310nmでプラスまたはマイナスのコットン効果を示す結晶が生成することを明らかにした。結晶析出実験を55回行ったところ,CDプラスシトシン結晶が21回,CDマイナスシトシン結晶が24回得られ,10回はCDが検出限界以下であった。以上によりアキラルなシトシンが結晶化する際,かく拌しながら結晶化を行うとほぼ1対1の割合でCDプラスまたはCDマイナス結晶が自発的に生成することを明らかにした。つぎに,生成したシトシンのキラル結晶を不斉開始剤として用いる不斉自己触媒反応を検討した。すなわち,CDプラスシトシン存在下で,ピリミジンカルバルデヒドとジイソプロピル亜鉛とを作用させたところ,(R)-ピリミジルアルカノールが高い鏡像体過剰率で得られ,一方CDマイナスシトシン存在下では(S)-ピリミジルアルカノールが高い鏡像体過剰率で生成した。本結果の再現性も確認することができた。以上の結果は生体関連化合物でありながら,キラリティーとは関係ないと見過ごされてきたアキラルな核酸塩基であるシトシンが,キラル結晶を自発的に形成して不斉自己触媒反応の不斉開始剤として作用し,99.5%ee以上という極めて高い鏡像体過剰率のキラル有機化合物が生成することを見出したものであり,シトシンが不斉の起源となりえることを明らかにしたものである。アキラルな有機化合物には,キラルな空間群に属し,結晶状態においてのみ不斉を有するキラル結晶が知られている。本研究では,アキラルなベンジルがキラル結晶を形成する事に着目して研究を行った。すなわち,ベンジルのキシレン溶液より単結晶を析出させ,Nujol法により固体CD測定を行なったところ,400nmで正または負のコットン効果を示す結晶が生成した。生成したベンジルのキラル結晶を不斉開始剤として用い,ピリミジンカルバルデヒドとジイソプロピル亜鉛との不斉自己触媒反応を行なったところ,用いたベンジルのキラル結晶のキラリティーと立体相関性のあるピリミジルアルカノールが高収率かつ高鏡像体過剰率で生成した。また,クロロホルム溶液より析出したアキラルな4,4'-ジブロモベンジルの単結晶がキラル結晶を形成する事を見出した。得られた4,4'-ジブロモベンジルのキラル結晶も不斉開始剤として有効に作用する事を明らかにした。本結果の再現性も確認する事ができた。以上の結果はアキラルな有機分子が形成するキラル結晶をもとに,新たな不斉炭素原子を有する化合物を高エナンチオ選択的に合成する事に成功した。次に,キラルな金属錯体をインターカレートしたキラルなナトリウム型ヘクトライトを不均一系不斉開始剤として用いる不斉自己触媒反応の研究を行った。すなわち,配位による不斉を中心金属に有するルテニウム(II)フェナントロリン錯体をインターカレートした合成ヘクトライトを不均一系不斉開始剤として用い,ピリミジンカルバルデヒドとジイソプロピル亜鉛の不斉自己触媒反応を行なったところ,用いた不斉開始剤の立体に相関した不斉を有するピリミジルアルカノールが高い光学純度で生成した。以上の結果は,キラルなヘクトライトの触媒的不斉合成における不均一系不斉開始剤としてのさらなる可能性を広げる事に成功した。

アキラルな有機化合物の中には、キラルな空間群に属し、結晶状態でのみ不斉を有するキラル結晶が知られている。本研究では、アキラルな核酸塩基シトシンの結晶に着目して研究を行った。すなわち、シトシンの水溶液より析出させたシトシン一水和物のアキラル結晶を加熱し、結晶水を除くことで、キラル結晶へと変化することを見出した。さらに、加熱する面と得られるキラル結晶に相関性を見出した。脱水により生成したシトシンのキラル結晶を不斉開始剤として用い,ピリミジンカルバルデヒドとジイソプロピル亜鉛との不斉自己触媒反応を行なったところ,用いたシトシンのキラル結晶のキラリティーと立体相関性のあるピリミジルアルカノールが高収率かつ高鏡像体過剰率で生成した。本結果は、アキラル結晶の面を選択的に加熱することで、任意の不斉結晶を発生することを見出した。次に、超高感度不斉認識能を有する不斉自己触媒反応に着目し、炭素同位体置換による不斉の認識が可能であるか研究を行った。一方のメチル基が炭素同位体で置換されたメチル-^<13>C-メチルフェニルメタノールを不斉開始剤として用い、ピリミジンカルバルデヒドとジイソプロピル亜鉛との不斉自己触媒反応を行なったところ,用いた不斉開始剤のキラリティーと立体相関性のあるピリミジルアルカノールが高収率かつ高鏡像体過剰率で生成した。さらに、炭素同位体置換による不斉を有するフェニル-1, 2,3, 4, 5, 6-^<13>C_6-フェニルメタノールなども、不斉開始剤として有効に作用した。本結果は、不斉認識が困難である炭素同位体置換による不斉有機化合物であっても、不斉自己触媒反応の不斉開始剤として用いることで、不斉認識が可能であることを明らかにした。
配列特異的LINEがコードするエンドヌクレアーゼの機能解析

本研究は、ゲノム中の特定の配列のみに転移する転移因子(LINE)のもつエンドヌクレアーゼ(EN)ドメインの配列特異的なDNA切断機構および機能構造を明らかにすることを目的としている。本年度は、28SrDNA特異的LINEであるR1のEN(R1EN)の認識するDNA配列を詳細に解析した。また、R1ENの構造解析およびR1EN変異体の解析から、DNAの認識に重要なアミノ酸を同定した。これまで、私はR1ENの標的配列の切断には切断部位の前後1012塩基が関わることを示した。今回、R1ENの切断する配列の比較や配列を改変した標的DNAの切断実験から、切断部位近傍では5'-A(C/G)(A/T)↓(G/T)T-3'(矢印は切断部位)のコンセンサス配列が認識されていることが判明した。このコンセンサス配列は進化的に近縁なテロメア特異的LINEであるTRAS1のENが切断する配列とは全く異なることから、配列特異的LINEのENは認識配列を転移先の標的に合わせて大きく変化させていることがわかった。R1ENの立体構造を2.0Åの分解能で決定した(共同研究者担当分)。R1ENにはTRAS1ENと同様にDNA結合面にβターン構造が見られ、これがLINEのENに共通した構造であることがわかった。さらにR1ENではDNA結合面にTRAS1ENにはない特徴的なヘリックスが存在した。R1ENの立体構造をもとにDNA結合面のすべての極性アミノ酸について変異体を作製し、その活性を調べた。その結果、TRAS1ENで重要とされた領域以外に特徴的なヘリックスも標的の認識に関わっていることがわかった。とりわけ、98番目のチロシンの変異体では、切断の特異性が変化しており、この残基は塩基と直接相互作用している可能性が高い。
特異な物性・機能を有する新しいπ電子系の創作

伝導性および強磁性という相反する2つの性質をあわせ持つ可能性のある化合物を合成する目的で、ベンゼン環の1,3位および1,3,5位にドナーを導入した共役系を合成し、そのジカチオンジラジカルおよびトリカチオントリラジカルを調製して、伝導性および強磁性的相互作用を調べた。ドナーとしてテトラチアフルバレンを導入した系の合成は、テトラチアフルバレンの有機スズ誘導体とハロベンゼンのパラジウム触媒クロスカップリングを用いて効果的に行った。この系のジカチオンジラジカル塩およびトリカチオントリラジカル塩は、半導体程度の伝導性を示したが、強磁性相互作用に関してはほとんど認められなかった。ドナーとしてフェロセンを用いた系の合成は、フェロセンの有機亜鉛誘導体とハロベンゼンのパラジウムまたはニッケル触媒クロスカップリングによって行った。この反応は一段階で比較的収率よく生成物を与えた。フェロセンを置換基として持った芳香族化合物のジカチオンジラジカル塩およびトリカチオントリラジカル塩の調整は、ドナー化合物とアクセプターを1対2または1対3の比で混合することによって行った。得られたラジカル塩はフェロセンの鉄-鉄間の強磁性相互作用を示したが、伝導度測定の結果はこれらが絶縁体であることを示した。以上の結果は伝導性および強磁性をあわせ持つ系に予想される性質とは異なるが、興味深い性質の変化である。そこで、現在さらに分子設計を進め、オレフィンの1位にドナーを導入した系を合成してその性質を調べている。1.芳香環の1、3位および1、3、5位にドナーを導入した共役系の合成に関しては、ドナーとしてテトラチアフルバレンを用いた系の合成に成功した。芳香環としては、ベンゼン環、ピリジン環、アズレン環などが使用でき、これらの1、3位にテトラチアフルバレンを導入した新しいドナーを合成することができた。また、芳香環の1、3、5位にドナーを導入した化合物としては1、3、5、-テトラチアフルバレニルベンゼンを合成することができた。合成したドナーのラジカルカチオン塩およびCT錯体に関しては、一部それらの調整に成功したものの、出発ドナーが非常に難溶性である場合には調整することができなかった。ただし、ベンゼン環の1、3位および1、3、5位にテトラチアフルバレンを導入した系のCT錯体に関しては、いずれもその合成に成功し、それらの性質を調べたところ、かなり良く電気を流す半導体および金属であることがわかった。2.機能性[3]ラジアレンの合成に関しては、末端にアクセプター部分を有するトリス(9-フルオレニリデン)シクロプロパンおよびそのジアニオンの合成に成功した。これらの化合物のNMRスペクトルおよび電子スペクトルは、興味ある新しい電子相互作用を示し、またその結果は、分子軌道計算とよい一致を示した。特に興味深いのは、このジアニオンの性質であり、基底状態ではトリアニオン-カチオン構造の大きな寄与による分極構造を示すが、励起状態では電荷が中和されるために逆CT効果が観測された。伝導性および強磁性という相反する2つの性質をあわせ持つ可能性のある化合物を合成する目的で、ベンゼン環の1,3位および1,3,5位にドナーを導入した共役系を合成し、そのジカチオンジラジカルおよびトリカチオントリラジカルを調製して伝導性および強磁性的相互作用を調べた。この反応は一段階で比較的収率良く生成物を与えた。

フェロセンを置換基として持った芳香族化合物のジカチオンジラジカル塩およびトリカチオントリラジカル塩の調製はドナー化合物とアクセプターを1対2または1対3の比で混合することによって行った。得られたラジカル塩はフェロセンの鉄-鉄間に若干の強磁性相互作用を示したが、伝導度測定の結果はこれらが絶縁体であることを示した。
機械的性質を制御できる人工エナメル質の開発

歯冠修復物において、表面硬度や弾性係数などの機械的性質は生体適合性の観点から重要である。しかし、既存の実用的な歯科材料では、天然ヒトエナメル質と同等の表面硬度と弾性係数をもつものはない。そこで本研究では、エナメル質と同等の機械的性質(表面硬度と弾性係数)をもつ人工エナメル質を開発することを目的とする。さらに、人工エナメル質の強度、接着耐久性、審美性なとどの実用性を付与することで、高機能かつ実用的な歯科材料へと発展させる。著者らは、目標を達成するため、複合材料のナノ構造に着目した。一般的なコンポジットは、無機フィラーがマトリックスレジンに分散したいわゆるフィラー分散構造をもつ。フィラー分散構造の複合材料は、実用歯科材料として多く使用されているものの、その表面硬度と弾性係数はエナメル質の1/4程度しかない。そこで、本研究では、セラミックスとレジンからなるナノ共連続構造を形成することでエナメル質と同等の表面硬度と弾性係数をもつ新素材の開発に取り組んだ。1年目は、シリカとポリメチルメタクリレート(PMMA)からナノ共連続構造を形成することに成功した。その結果、表面硬度がエナメル質と同等の新素材が得られた。しかし、新素材の曲げ強さは実用的な値より小さいことがわかった。そこで本年度は、曲げ強さの向上を目的とし、シリカとPMMAをシランカップリング剤で化学的に結合させることに取り組んだ。シランカップリング剤に、γ-MPTSを用い、種々の条件下にてSiO2-PMMAナノ共連続構造体を合成したところ、シラン処理によって曲げ強さが1.5倍程度に向上することが明らかとなった。これにより、実用的な強度が得られた。シリカとPMMAをγ-MPTSにてシランカップリングすることにより、SiO2-PMMAナノ共連続構造体の曲げ強さを大きく向上させることに成功した。その結果、小臼歯クラウンに使用可能な値(曲げ強さ約150MPa)を達成できた。SiO2-PMMAナノ共連続構造体のさらなる強度と弾性係数の向上を目指し、以下の項目について検討する。(2)シリカ骨格に替えて、ジルコニア、アルミナなどの高強度セラミックスを骨格に用いる。また、新素材の微細構造と諸性質の関係を明らかにするため、各種分光分析法や直接観察法を用いて、構造解析を行う。歯冠修復物において、表面硬度や弾性係数などの機械的性質は、生体適合性の観点から重要である。しかし、既存の歯科材料では、天然ヒトエナメル質と同等の表面硬度と弾性係数をもつものはない。さらに、人工エナメル質の強度、接着耐久性、審美性などの実用性を付与することで、高機能で実用的な歯科材料へと発展させる。この目標を達成するため、複合材料のナノ構造に着目した。一般的なナノコンポジットは、無機フィラーがマトリックスレジンに分散したいわゆる海島構造をもつ。海島構造をもつ複合材料は、実用歯科材料として多く使用されているものの、その表面硬度と弾性係数はエナメル質の1/4程度しかない。そこで、本研究では、セラミックスとレジンがナノレベルで複雑に絡み合った共連続構造を形成することでエナメル質と同等の表面硬度と弾性係数をもつナノコンポジットの作製に取り組んだ。本年度は、セラミックス成分にシリカ、レジン成分にポリメチルメタクリレート(PMMA)を用いることで、ナノレベルの共連続構造体が合成できるかを検討した。まず、独自の有機-無機複合化技術を用い、ナノ連通細孔をもつ多孔質シリカを得た。得られたシリカの細孔内にメチルメタクリレート(MMA)を含浸させた後、熱重合することによってSiO2-PMMAコンポジットを作製した。種々の分析方法を用いて構造解析を行ったところ、SiO2-PMMAコンポジットはナノレベルの共連続構造をもつことがわかった。さらに、シリカ含有量によって表面硬度を自在に制御できることがわかった。作製条件を最適化することで、ヒトエナメル質と同等の表面硬度を実現できた。現在まで、シリカとPMMAがナノレベルで複雑に絡み合った構造である共連続構造をもつSiO2-PMMAコンポジットの作製に成功した。この特異的な微細構造によってエナメル質と同等の表面硬度を達成した。一方、弾性係数は既存の複合材料に比べるとエナメル質に近いものが得られたが、まだエナメル質よりも小さい値である。また、SiO2-PMMAコンポジットの曲げ強さは、100MPa程度であった。この値は、歯冠修復物として使用するには低く、さらなる改良が求められる。

そこで、本研究では、セラミックスとレジンからなるナノ共連続構造を形成することでエナメル質と同等の表面硬度と弾性係数をもつ新素材の開発に取り組んだ。1年目は、シリカとポリメチルメタクリレート(PMMA)からナノ共連続構造を形成することに成功した。その結果、表面硬度がエナメル質と同等の新素材が得られた。しかし、新素材の曲げ強さは実用的な値より小さいことがわかった。そこで本年度は、曲げ強さの向上を目的とし、シリカとPMMAをシランカップリング剤で化学的に結合させることに取り組んだ。シランカップリング剤に、γ-MPTSを用い、種々の条件下にてSiO2-PMMAナノ共連続構造体を合成したところ、シラン処理によって曲げ強さが1.5倍程度に向上することが明らかとなった。これにより、実用的な強度が得られた。シリカとPMMAをγ-MPTSにてシランカップリングすることにより、SiO2-PMMAナノ共連続構造体の曲げ強さを大きく向上させることに成功した。その結果、小臼歯クラウンに使用可能な値(曲げ強さ約150MPa)を達成できた。新規SiO2-PMMAコンポジットは、エナメル質と同等の表面硬度は達成できたが、弾性係数はエナメル質より低い値を示した。また、SiO2-PMMAコンポジットを歯冠修復物として使用するためには、高強度が求められる。したがって、新素材の高機能化を目指し、以下の項目について検討する。(1)弾性係数:複合材料の弾性係数は、無機成分と有機成分の種類と混合比に大きく依存する。そこで、PMMAにかえて多官能性モノマーであるTEGDMAおよびUDMAを有機成分として用い、新しい複合材料の作製に取り組む。(2)強度(曲げ強さ):セラミックスとレジンをグラフト化するために、γ-MPTSでシランカップリング処理する。このシラン処理によって試料の曲げ強さが大きく増加すると予想される。曲げ試験の測定はISO6872に準拠する。(3)構造解析:試料の構造解析には、XRD、FT-IR、XPS、ラマン分光分析、TG-DTA、SEM-EDX、およびTEMを用いる。得られた結果から、諸性質と構造の関係を明らかにし、材料作製にフィードバックすることで機能を向上させる。SiO2-PMMAナノ共連続構造体のさらなる強度と弾性係数の向上を目指し、以下の項目について検討する。(2)シリカ骨格に替えて、ジルコニア、アルミナなどの高強度セラミックスを骨格に用いる。また、新素材の微細構造と諸性質の関係を明らかにするため、各種分光分析法や直接観察法を用いて、構造解析を行う。消耗品や旅費などで計画とわずかに差が生じた。これらは次年度に効率よく使用する予定である。