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多様体上の楕円型作用素のスペクトルと古典力学系

リーマン多様体上の古典力学系の構造と対応する量子力学系(シュレディンガー作用素)のスペクトルの性質との関係を考察した。リーマン多様体上の磁場とは、微分幾何学的には、多様体上の閉2次微分形式と見なすことができ、そして、磁場における(古典的)荷電粒子の運動は、磁場(2次形式)によって変形されたシンプレクティック構造に関するハミルトン力学系として定式化できる。一方、微分形式(磁場)から、多様体上の複素直線束およびその上の接続が定義され、更に、直線束の断面に作用するラプラシアンが定義される。これを磁場における量子力学系のシュレディンガー作用素と見なすことにする。以上の定式化のもとで、得られた主要な成果は以下の通りである。1.磁場における古典力学系に対する量子化条件(不変トーラスに対する条件)を考察し、それによって定まる(半古典)エネルギー分布と、対応するシュレディンガー作用素のスペクトルの関係を、フーリエ積分作用素の理論に基づいて明らかにした。2.磁場における力学系の安定な古典周期軌道に対応して、量子エネルギーの半古典近似が得られることを,拡張されたフーリエ積分作用素の理論に基づいて明らかにした。ここで,拡張されたフーリエ積分作用素とは,イソトロピック部分多様体に対応して定義される作用素である。ある種の「量子化条件」を満たす古典周期軌道から定義されるイソトロピック多様体に対応するフーリエ積分作用素によって「近似的な」固有関数のをつくることによって結論を導く。リーマン多様体上の古典力学系の構造と対応する量子力学系(シュレディンガー作用素)のスペクトルの性質との関係を考察し,以下の成果を得た.リーマン多様体(M,g)上の磁場Θとは,微分幾何学的にはM上の閉2次微分形式と見なすことができ,磁場における(古典的)荷電粒子の運動は,Θによって変形されたシンプレクティック構造に関するハミルトン力学系H_cによって記述することができる.一方,微分形式Θから自然に,M上の複素直線束Eおよびその上の接続が定義され,さらに,E上の断面の空間に作用するラプラシアンH_qが定義される.これを磁場における量子力学系のシュレディンガー作用素と見なすことにする.以上の定式化の下で,1.コンパクトなMの場合に,H_qの任意の2つの固有値の差の集合の集積点の全体(difference spectrumと呼ぶ)の構造が,Mの閉測地線の分布状況,および接続のホロノミーの値の分布状況で特徴付けられることを明らかにした.これは,ラプラス-ベルトラミ作用素の場合のヘルトンの定理の拡張に当たる.磁場のある場合には、difference spectrumがバンド構造を持つことがあることが明らかになった.2.磁場における古典力学系H_cに対して量子化条件を考察し,それによって定まる(半古典)エネルギー分布と対応するH_qのスペクトルの関係を,フーリエ積分作用素の理論に基づいて明らかにした.リーマン多様体上の古典力学系の構造と対応する量子力学系(シュレディンガー作用素)のスペクトルの性質との関係を考察した。1.リーマン多様体上の古典力学系の構造と対応する量子力学系のスペクトルの性質の関係の考察するという研究目的に沿って,前年に引き続き,多様体上に磁場が与えられた場合の研究を行った。前年の研究においては,磁場における古典力学系の量子化条件をみたす不変トーラス(ラグランジュ多様体)および対応する量子エネルギーの半古典近似をフーリエ積分作用素の理論に基づいて明らかにしたが,今年は,安定な周期古典軌道に対応して,量子エネルギーの半古典近似が得られることを,拡張されたフーリエ積分作用素の理論に基づいて明らかにした。2.多様体上の楕円型作用素の離散対応物として,グラフ上で定義される楕円型作用素(行列)のスペクトルの研究を開始した。これまで蓄積してきた,多様体上の作用素に関する研究の補完,あるいはグラフ特有の興味深い性質の考察を目指す。

今年度は,当面,これまでに沢山の研究者によって蓄積されてきた理論,結果について自分の視点で見直しを行った。(1)グラフのラプラシアンの第2固有値の重複度に関するColin deVerdiereの不変量について考察した。(2)等スペクトルグラフの問題について砂田氏の理論のグラフ版について考察した。これらの研究については,今のところ,新しい独自の結果は得られていない。今後,研究継続したい。
グルタミン酸による神経細胞死におけるミトコンドリア呼吸障害の役割

今回の研究で判ったことは以下である。1.培養海馬スライスでの細胞内カルシウムの指示薬(Fra2/AM)によるカルシウムイメージングではグルタミン酸(glu)1mMにより細胞内カルシウム濃度が上昇し持続する。2.培養海馬スライスに、ミトコンドリア(Mit)の膜電位の指示薬としてrhodamine123を負荷し、glu 1 mMを投与した場合の蛍光強度の変化を共焦点レーザー顕微鏡で観察すると、20分以内に膜電位が障害されていた。4.同一細胞でgluとMit呼吸鎖抑制剤を投与しカルシウム濃度と形態の変化を観察した。いずれも核内のカルシウム濃度の急激な上昇に引き続いて核内顆粒が出現し、逆の場合は形態変化を見なかった。Mit呼吸鎖抑制剤では、細胞外液中のカルシウム濃度は核内カルシウムの上昇と核内顆粒出現のプロセスには影響しなかった。これに対しgluでは、NMDAレセプター拮抗剤(MK-801)の投与と細胞外液中のカルシウム濃度は、核内カルシウムの上昇と核内顆粒出現を有意に遅延させた。以上よりグルタミン酸とミトコンドリア呼吸阻害剤により培養海馬神経細胞の細胞内カルシウム濃度の上昇に加えて核内のカルシウム濃度が急激に上昇することにより核DNA断片化に相当する顆粒の出現を見た。カルシウム濃度の上昇に関与するカルシウムは、グルタミン酸の場合は細胞内外から動員されるが、ミトコンドリア呼吸阻害剤では細胞内器官から動員される。グルタミン酸によりミトコンドリア呼吸鎖が阻害され、これによりさらに神経毒性が増強され核内のカルシウム濃度が急激に上昇し急性神経細胞死にいたる過程が想定される。核内のカルシウム濃度が上昇するメカニズムとその後のDNA断片化にいたる過程を解明することが次のステップであろう。「グルタミン酸による神経細胞死におけるミトコンドリアの機能障害の役割」を明らかにするために実験を行ったが、今年度の研究で判ったことは以下である。1.ラットの培養海馬スライスで、グルタミン酸1mMを負荷しビデオ強化型微分干渉顕微鏡で観察すると、20分以内に神経細胞の核内に顆粒が出現するが、この現象は、生細胞の核内のDNAを染色できるSYTO24という蛍光色素で染色し、共焦点レーザー顕微鏡で観察すると、DNAの断片化に相当することが判った。2.培養海馬スライスに、細胞内カルシウムの指示薬としてFra2/AMを負荷し、カルシウムイメージングを行うと、グルタミン酸1mMにより即座に細胞内カルシウム濃度が上昇し持続することが判った。3.培養海馬スライスに、ミトコシドリアの膜電位の指示薬としてrhodamine 123を負荷し、グルタミン酸1mMを投与した場合の蛍光強度の変化を共焦点レーザー顕微鏡で観察すると、20分以内に膜電位が障害されていることが判った。4. lucigeninによる化学発光法を用いて、種々の呼吸鎖阻害剤でミトコンドリアの機能が抑制されることが観察できたが、これらの呼吸鎖阻害剤の中で、succinate dehydrogenase阻害剤の3-nittropropionic acid(3-NP,5-10mM)だけが、早期の核内顆粒の出現をもたらした。以上より、ラットの海馬神経細胞では、グルタミン酸により核内のDNA断片化が起こる時間内に、細胞内カルシウムの上昇と、ミトコンドリアの膜電位障害が起こっているが、ミトコンドリア呼吸鎖の抑制すなわちミトコンドリアの膜電位の障害だけでは、核内の急性変化(DNA断片化)は起こらないといえる。今後は、ミトコンドリア呼吸阻害により遅発性細胞死がおこるか否かと、3-NPによる急性変化の機序を検討する必要がある。

前年度は、「ラットの海馬神経細胞ではグルタミン酸(glu)により核内のDNA断片化(核内顆粒の出現)が起こる時間内に、細胞内カルシウムの上昇とミトコンドリア(Mit)膜電位障害が起こっているが、Mit呼吸鎖の抑制による腹電位の障害だけでは、核内の急性変化は起こらない」ことが判った。さらに今年度はラットの培養海馬神経細胞を用いた実験で以下の知見を得た。2)リアルタイム共焦点レーザー顕微鏡と微分干渉顕微鏡を一体化させ、同一細胞の形態変化と細胞内カルシウム濃度の変化を観察できるシステムを構築。gluとMit呼吸鎖抑制剤を投与し観察した。いずれも核内のカルシウム濃度の急激な上昇に引き続いて核内顆粒が出現し、逆の場合は形態変化を見なかった。3)核内濃度を変化させるカルシウムの由来を知るため、カルシウムを含まない人工髄液で(2)と同様の実験を行った。Mit呼吸鎖抑制剤では、細胞外液中のカルシウム濃度は核内カルシウムの上昇と核内顆粒出現のプロセスには影響しなかった。これに対してgluでは、NMDAレセプター拮抗剤(MK-801)の投与と細胞外液中のカルシウム濃度は、核内カルシウムの上昇と核内顆粒出現を有意に遅延させた。以上まとめるとgluとMit呼吸鎖の抑制剤は、その神経毒性を発揮する過程で核内カルシウムの急激な上昇がおこりDNA断片化を起こすことが観察できた。Mit呼吸抑制剤は細胞内貯蔵から、gluは細胞内外からの動員で核内カルシウムを上昇させると考えられる。Gluは細胞内外からカルシウムを動員しMit障害を起こさせ、さらに細胞内カルシウムを動員し核内のカルシウムが上昇させるに至って核DNAに変化をもたらすと考えられる。
結晶格子とレーザ干渉計を複合したメートル定義に直結した小型超精密絶対測長器の開発

本研究は、ナノテクノロジを支援するため、ナノメートル以下の精度をもちかつメートル定義に直結する測長法の開発を目指すものである。結晶格子表面の格子間隔とレーザ干渉計の波長をそれぞれ微調・粗調基準とする測長法である。以下の研究成果を得た。(1)超精密・超安定レーザ干渉計制御システムの開発光路差が波長の整数倍をピコメートル分解能で決定できる位相変調ホモダイン光路差増倍差動型レーザ干渉計を試作開発した。またこのレーザ干渉計の情報を基に、試料台(ステージ)の変位を制御するシステムを高速DSPと高精度AD/DA変換器を用いて開発した。(2)超精密直動ステージと高安定走査型トンネル顕微鏡の開発直動性、剛性(共振周波数)、走査範囲がそれぞれ、0.2秒以下、2kHz以上、10μm以上となる超精密直動ステージとこれを試料台とする高安定な走査型トンネル顕微鏡(STM)を開発した。この両者の組み合わせで、外乱(振動と音響)の比較的多い環境下でも、高配向焼結グラファイト(HOPG)結晶格子表面の原子像を容易に観察することが出来た。(3)グラファイト結晶格子表面の格子間隔測定(1)(2)で開発した機器を組み合わせ、グラファイト結晶格子表面の格子間隔の精密測定を試みた。測定不確かさをピコメートル以下として、格子間隔約0.25ナノメートルを測定可能とすることが出来た。さらなる不確かさ低減のための問題点を抽出することが出来た。(4)複合型絶対測長機の試作位相変調ホモダイン光路差増倍差動型レーザ干渉計、デュアルステージ、高安定STM/AFMヘッド、恒温真空セルを複合した小型絶対測長機を試作した。以上の結果より、結晶格子とレーザ干渉計を複合した絶対測長法の基本要素技術を開発した。本年度は以下の研究成果を得た。またこのレーザ干渉計の情報を基に、試料台(ステージ)の変位を制御するシスァムを高速DSPと高精度AD/DA変換器を用いて開発した。(3)グラファイト結晶格子表面の格子間隔測定(1)(2)で開発した機器を組み合わせ、グラファィト結晶格子表面の格子間隔の精密測定を試みた。

結晶格子表面の格子間隔とレーザ干渉計の波長をそれぞれ微調・粗調基準とする測長法である。以下の研究成果を得た。(1)超精密・超安定レーザ干渉計制御システムの開発光路差が波長の整数倍をピコメートル分解能で決定できる位相変調ホモダイン光路差増倍差動型レーザ干渉計を試作開発した。またこのレーザ干渉計の情報を基に、試料台(ステージ)の変位を制御するシステムを高速DSPと高精度AD/DA変換器を用いて開発した。(2)超精密直動ステージと高安定走査型トンネル顕微鏡の開発直動性、剛性(共振周波数)、走査範囲がそれぞれ、0.2秒以下、2kHz以上、10μm以上となる超精密直動ステージとこれを試料台とする高安定な走査型トンネル顕微鏡(STM)を開発した。この両者の組み合わせで、外乱(振動と音響)の比較的多い環境下でも、高配向焼結グラファイト(HOPG)結晶格子表面の原子像を容易に観察することが出来た。(3)グラファイト結晶格子表面の格子間隔測定(1)(2)で開発した機器を組み合わせ、グラファイト結晶格子表面の格子間隔の精密測定を試みた。測定不確かさをピコメートル以下として、格子間隔約0.25ナノメートルを測定可能とすることが出来た。さらなる不確かさ低減のための間題点を抽出することが出来た。(4)複合型絶対測長機の試作位相変調ホモダイン光路差増倍差動型レーザ干渉計、デュアルステージ、高安定STM/AFMヘッド、恒温真空セルを複合した小型絶対測長機を試作した。以上の結果より、結晶格子とレーザ干渉計を複合した絶対測長法の基本要素技術を開発した。
摂食過程に対応したテクスチャー用語体系の構築と動的官能評価への応用

食品のテクスチャーは食べている間に大きく変化するため、テクスチャーの官能評価は、「一噛み目」、「咀嚼中」、「嚥下時」など、摂食過程と関連づけて行う必要がある。これまでにリストアップした日本語テクスチャー用語445語について、動的な観点から、用語の特徴づけを行った。十分に経験のある官能評価パネルへの質問紙調査、テクスチャー研究者へのインタビューを行って、各用語が表現するテクスチャーが知覚されるタイミングを明らかにした。これらの摂食過程の情報を含めて用語体系を作成した。さらに、この用語体系を官能評価における用語の選択と定義づけに応用することを試みた。食品のテクスチャーは食べている間に大きく変化するため、テクスチャー評価は摂食過程と関連づけて行う必要がある。本課題では、摂食過程に時系列的に対応したテクスチャー用語体系を構築し、官能評価に応用することを目的とした。H24年度に摂食動作を分類し、パターン化したので、今年度は、各用語がいずれの摂食パターンのいずれの摂食段階に対応する用語であるかを明らかにすることを試みた。(1)各摂食パターンに対応する用語テクスチャー評価に十分な経験のある訓練パネルを対象とした質問紙調査によって、口に入れる前に感じられる特性の表現の用語(69語)と口に入れてから感じられる特性の表現の用語(414語)に大別した(38語は重複)。さらに、口に入れてからの特性の用語414語については、咀嚼や押しつぶしなど口腔内処理をして嚥下する摂食パターンと口腔内処理をせずに嚥下する摂食パターンのどちらに対応するかを明らかにした。前者に対応する用語の方が多く、これは、口腔内処理の間に食品は大きく変化し、さまざまなテクスチャーが知覚されることを反映していると考えられた。また、受容性の判断において、固形状食品は液状食品に比べてテクスチャーが重要であることも影響していると考えられた。(2)各摂食パターンにおける各摂食段階に対応する用語質問紙調査を行い、口に入れる前の特性の用語については、視覚による知覚の用語(15語)と、視覚と触覚による知覚の用語(54語)に分類することができた。口に入れてから感じられる特性の用語については、H24年度に整理した摂食段階に対応する用語を回答させる質問紙調査を実施したところ、分類できない用語が多くあることが明らかとなった。そこで、摂食段階の分類を統合し質問紙調査を再度行うこととした。現在、実施中である。食品のテクスチャーは、ヒトが口に入れ、咀嚼し、嚥下する一連の摂食過程で大きく変化するため、テクスチャー評価は摂食過程と関連づけて行う必要がある。本課題では、すでに有している日本語テクスチャー用語445語および各用語の描写対象食物名のリストを利用し、摂食過程に時系列的に対応したテクスチャー用語体系を構築し、官能評価に応用することを目的とした。食物の形態や物性によって摂食時のヒトの動作はさまざまに異なるため、今年度は、テクスチャー用語体系の骨格となるヒトの摂食過程の動作の整理を試みた。(1)摂食過程のパターン分類;935品目の食物名のリストから160品目を代表食物として選定した。これを参照しながら専門家3名が討議を行い、「歯で咀嚼」「舌でつぶす」等の動作を整理した。その結果、摂食過程を、口に入れる前と入れてからの2段階に大別し、また、口に入れてからの摂食過程は3パターン(歯による咀嚼が必要/舌と口蓋で処理/口腔内処理せずに嚥下)に分類することとした。さらに、各パターンで口に入れてからの摂食過程は3から6段階に整理した。(2)パターン分類の検証と各パターンの代表的食物の選定;食物160品目について(1)で分類した3パターンのいずれで摂食するかを訓練パネル(18名)に複数回答形式で調査した。いずれにも該当しない食物名はなくパターン分類の妥当性が確認された。また、各パターンについて代表的な食物名を選定することができた。(3)用語とISOのテクスチャー3特性との関係;25年度計画であったテクスチャー研究者への質問紙調査と解析を実施し、全テクスチャー用語がISOのテクスチャー特性(力学的特性/幾何学的特性/その他の特性)のいずれを表すかを明らかにした。

これまでに、摂食動作を3パターン(歯による咀嚼が必要/舌と口蓋で処理/口腔内処理せずに嚥下)に分類し、それぞれのパターンで摂食段階を設定した(5段階/4段階/4段階)。今年度は、各テクスチャー用語がいずれの摂食パターンのいずれの摂食段階に対応するかという関連付けを完成させるとともに、各用語について摂食時系列の情報を迅速に参照できるよう、用語検索システムを作成することも検討した。質問紙調査を実施したところ、テクスチャー用語445語のうち数十語は、描写する食べ物によって摂食パターンや摂食段階の対応が異なる可能性があることが示された。そこで、すでに行った調査によって得ている用語が描写する候補食物のデータから、妥当であると考えられる組み合わせ(「ねばねば」ー「納豆」等;7361組)を抽出した。それぞれについて、分析型パネルへの質問紙調査、専門家パネルへの質問紙調査およびインタビューによって、用語が対応する摂食段階を明らかにした。さらに、これらのデータを簡易検索できるシステムを作成した。作成した摂食過程に時系列的に対応したテクスチャー用語体系と検索システムを利用し、焼きおにぎり等、いくつかの食品試料について官能評価を設計し、その有効性を確認することができた。日本語テクスチャー用語を分類し、一覧として掲載した。本課題で得られたデータも一部含んでいる。食生活学交付申請において、25年度研究実施計画では、各用語がいずれの摂食過程で知覚される用語であるかを明らかにすること、ISOのテクスチャー3特性性のいずれを表現するものであるかを明らかにすることを目的とした。後者については、すでに前倒しして実施し、終了している。前者については、上記研究実績の概要のとおり、摂食段階の再整理が必要であることが明らかとなったため、調査を再度行うこととした。当初の計画よりやや進捗が遅れているものの、現在実施中であり、各用語の摂食時系列の関連づけは達成できると考えられる。交付申請において、24年度研究実施計画では、ヒトの摂食過程を整理することを目的とした。上記研究実績の概要のとおり、ほぼ24年度計画通り研究を実施し、ヒトの摂食過程を討議によって整理し、食物名を用いた質問紙調査で検証することができた。さらに、パターン分類した摂食過程ごとに、代表的な食物名を設定した。また、25年度計画の一部であったテクスチャー用語とISOのテクスチャー3特性性との関係について、計画を前倒しして実施した。以上より、研究計画は当初の計画以上に進展していると考えている。交付申請時において、26年度は、実際の食品を試料として、摂食過程と関連づけたテクスチャーの官能評価を試行することを計画した。これは、官能評価の設計にあたって、摂食時系列に対応した用語体系が機能することを確認するためのものである。しかし、これまでの成果を鑑みると、情報量が多く参照が困難となることが予想される。そのため、当初計画にはなかったが、摂食時系列の情報を迅速に参照できるよう、用語検索システムを作成することも検討する。25年度は、テクスチャー用語を摂食過程のパターンごとに摂食段階に応じて時系列に整理する。そのために、テクスチャー官能評価に十分な経験のある訓練パネルを回答者として質問紙調査を実施し、データを得る予定である。質問紙調査は量が多く回答者の負担が大きいことが予想されるため、予備評価を行って、質問票を数十に分けるなど、調査設計を工夫して実施する。
臍帯血CD34陽性細胞(血液幹細胞)を用いた肺II型上皮細胞の再生に関する基礎研究

臍帯血中CD34陽性細胞をMatrigel上、又はフィルターメンブレンを用いた気相液相境界面での培養で肺II型上皮細胞に分化を誘導することは不可能であった。少なくとも臍帯血中CD34陽性細胞から肝細胞、血管内皮細胞への分化誘導と同様の手法(primary cultureと同様の条件でのCD34陽性細胞の培養により血管内皮細胞、肝細胞は分化可能)では困難である。FGF-7、ハイドロコルチゾン以外に何らかの成長因子などが必要なのかもしれず、今後の検討課題である。臍帯血のには造血幹細胞が多数含まれており、現在では血液腫瘍患者の移植に数多く利用されている。近年、臍帯血中のCD34陽性細胞は血液幹細胞としての機能以外に、様々な実質臓器に分化可能であることが明らかになってきている。今回、臍帯血CD34陽性細胞がin vitro環境下で肺II型上皮細胞に分化しうるかを検討した。方法臍帯血CD34陽性細胞をMatrigelでcoatした、well培養plate上で、気管支上皮細胞培地(BEGM)に5%活性炭処理FBSを加えたものを培養液として、37°C、5%炭酸ガス使用下で培養した。培地は2日に一度交換した。臍帯血幹細胞から肺上皮細胞に分化する際の至適KGFの濃度や、ステロイドホルモンの必要性について検討した。KGFの濃度は結果に示す。ステロイドホルモンについては添加群と非添加群に分け検討した。培養期間中、実体顕微鏡で細胞の増殖状態を観察した。また、培養液中のサーファクタント蛋白-A(SP-A)をELISA法にて定量した。結果FGF-7 Ong/ml、5ng/ml、10ng/ml、20ng/ml、50ng/ml添加、ステロイドホルモン10mg/ml添加の有無にかかわらず、細胞の形態に変化は認められなかった。12well plateを用い、7日間の培養後の観察では細胞増殖が悪く、形態にも変化が認められなかったため、24well plateでの培養に変更、観察期間を14日に延長した。細胞増殖はFGF-7の投与量が多い方が良好な印象であったが、細胞の形態に変化は認められなかった。24well plateを用いた14日間培養後の培養液を用いた検討では、FGF-7の投与量、ステロイドの投与の有無にかかわらず、SP-Aの産生は認められなかった。考案今回の実験系では、いずれの条件下でも、臍帯血幹細胞は肺上皮細胞に分化し得なかった。今回の条件により肺II型上皮細胞への分化が誘導できなかった原因としてCD34陽性細胞から肺上皮細胞への分化の誘導にはFGF-7以外の成長因子(HGF等)が必要である可能性や線維芽細胞との共培養や気相に面した環境が分化に必要である可能性が考えられた。今後これらの条件下での培養実験を検討する予定である。目的:慢性肺疾患、早産児の養育を行う上で管理の困難な疾患の一つである。1)長期の人工呼吸管理2)羊膜絨毛膜炎などの炎症の肺への波及、が原因で肺胞構造が破綻する。肺II型上皮細胞は、肺胞領域に存在し、サーファクタントを産生する細胞であるとともに、自己増殖能・I型上皮細胞への分化能を有し、損傷を受けた肺を修復するときに重要である。臍帯血中のCD34陽性細胞は血液幹細胞の機能以外に、様々な臓器に分化可能であることが明らかになってきている。マウスの臍帯血移植の研究では、マウスの肺組織中に移植した幹細胞から肺II型上皮細胞が分化することが報告されている。今回、臍帯血幹細胞が慢性肺疾患の治療に利用可能であるかにっき、基礎的検討を行うため、正常新生児の臍帯血CD34陽性細胞がin vitroで肺II型肺上皮細胞に分化・増殖が可能であるか、を明らかにする。前年度のMatrigelを用いた検討では肺II型上皮細胞への分化は認められなかったため、今年度はフィルターメンブレンを用いて、気相一液相境界を作成し境界面での細胞培養を行い、II型上皮細胞への分化が認められるのかを検討するものである。方法: CD34陽性細胞を24wellplateを使用、径12mのフィルターメンブレン上で5%CO2投与下、にて以下の培養液組成にて培養した。肺1型上皮細胞への分化は培養液中のサーファクタント関連蛋白一Aの有無で評価した。結果:今回の検討でもすべての培養条件下で培養液中にSP-Aは検出されず、CD34陽性細胞の肺2型上皮細胞への分化を確認し得なかった。考察:肺II型上皮細胞は気管支分岐の最終局面で出現する細胞であるため、分化誘導することが困難である可能性が高い。

しかし、線維芽細胞との共培養でII型上皮細胞への分化が認められるとの報告が認められており、今後も培養条件を更に検討していく必要があると考えられた。
光源を検出器として利用する計測法

本研究では,光源を検出器として利用する計測法とし、半導体レーザーを用いたレーザー・フィードバック顕微鏡および、微小球プローブを用いた走査型摩擦力顕微鏡に関する研究を行った。前者については、レーザー・フィードバック顕微鏡を用いた試料の観察を行い,試料の反射率分布および3次元構造に対する応答の計測を行った.本顕微鏡は,半導体レーザーおよびレーザーを集光するレンズのみで構成されている.試料からレーザーへの戻り光により,レーザーが誘導放出されるためレーザーの発振状態を測定する.この原理により本顕微鏡では試料の凹凸を観察することができる.本顕微鏡は,構成が簡単なだけでなく,レーザーの射出光が微少であるため共焦点顕微鏡におけるピンホールと同等の効果つまり光軸方向の分解能を持つ.我々は,本顕微鏡を用いて集積回路の凹凸の計測に成功した.さらに,半導体レーザーを閾値電流以下で駆動した場合,光軸方向の応答が向上することも実験的に確認した.実験では,閾値電流以下で半導体レーザーを駆動した場合,その光軸方向の分解能は閾値電極以上で駆動した場合の約4倍に向上した.レーザー放射圧により制御されたプローブによる走査型摩擦力顕微鏡については,その摩擦力を実験的,理論的に求めた.本顕微鏡では,レーザー放射圧により微粒子が捕捉されることを利用し,その微粒子をプローブとして用いている.捕捉されている微粒子は,試料の摩擦力あるいは粘性力等によって捕捉位置からわずかにずれるこのずれ量を測定することによりpNオーダーの摩擦力あるいは粘性力等を測定することができる.この際プローブとしては金属微粒子を用いる.微粒子を捕捉している場合金属微粒子近傍には非伝搬の電磁場が局在しており,試料表面を走査すると試料の形状によって局在場が散乱される.この散乱光強度を測定することにより,試料の形状を測定することができる.本手法の特徴は,微粒子はpNオーダーの力で捕捉されていることから,生体試料を傷つけることなくその表面形状を計測できることである.本年度は,半導体レーザーフィードバック顕微鏡に関して研究を行った.この顕微鏡では、半導体レーザーにより試料を照明し、そこからの反射光を再び半導体レーザーに戻すことで、反射光の強度を検出する。すなわち、ひとつの半導体レーザーが光源と検出器との両方を兼ねている。また、半導体レーザーの射出口がピンホールとして機能するために、この顕微鏡は反射型共焦点顕微鏡となっており、光軸方向の分解能を有している。半導体レーザーフィードバック顕微鏡では、戻り光による誘導放出が起こるため、レーザーの発振状態は試料の反射率または表面形状に依存する。とくに半導体レーザーをしきい値電流以下で駆動した場合は、試料からの戻り光の強度が一定値以上あるときのみレーザー発振がおこる。戻り光の強弱は試料の凹凸に依存しているため、試料の凹凸でレーザー発振を制御することになり、試料の構造の光軸方向の深さを識別する能力が向上する。実際に半導体レーザーフィードバック顕微鏡を試作した。光源には、半導体レーザー(波長830nm)を用いた。レーザー光を,対物レンズによって,試料に集光し,反射光を戻り光として,レーザーに再入射させた.戻り光によるpn接合間の電圧変化量は、差動増幅器を経たのち、コンピュータに取り込んだ。ステージは、ピエゾ素子によって三次元的に走査した。試料の位置に反射鏡を置き、その反射鏡を光軸方向に走査することで、光軸方向の応答を得た。その結果,注入電流を低下させると、得られる光軸方向の応答のピーク幅が減少し、深さ識別能が向上した。また、同時に、デフォーカス部分であるサイドローブの影響が除去された。今回の結果では、47.0mAで測定した光軸方向は、しきい値電流以上の63.0mAで測定した光軸方向の応答に比べ、ピークの半値幅で約1.5倍、ピークから零点までの幅で約4倍、深さ識別能が向上している。次に,ICパターンの観察をおこなった。その結果,フォーカス面上の構造がコントラストをもって観測された。また、フォーカス面が変わると観察像の中の明るく示される位置が変化し、光軸方向の分解能が得られた。また,半導体レーザーしきい値電流以下で駆動し観察することで,焦点面前後の像が消え,試料の深さをより細かく識別できることが分かった.本研究では,光源を検出器として利用する計測法とし、半導体レーザーを用いたレーザー・フィードバック顕微鏡および、微小球プローブを用いた走査型摩擦力顕微鏡に関する研究を行った。前者については、レーザー・フィードバック顕微鏡を用いた試料の観察を行い,試料の反射率分布および3次元構造に対する応答の計測を行った.本顕微鏡は,半導体レーザーおよびレーザーを集光するレンズのみで構成されている.試料からレーザーへの戻り光により,レーザーが誘導放出されるためレーザーの発振状態を測定する.この原理により本顕微鏡では試料の凹凸を観察することができる.本顕微鏡は,構成が簡単なだけでなく,レーザーの射出光が微少であるため共焦点顕微鏡におけるピンホールと同等の効果つまり光軸方向の分解能を持つ.我々は,本顕微鏡を用いて集積回路の凹凸の計測に成功した.さらに,半導体レーザーを閾値電流以下で駆動した場合,光軸方向の応答が向上することも実験的に確認した.実験では,閾値電流以下で半導体レーザーを駆動した場合,その光軸方向の分解能は閾値電極以上で駆動した場合の約4倍に向上した.レーザー放射圧により制御されたプローブによる走査型摩擦力顕微鏡については,その摩擦力を実験的,理論的に求めた.

本顕微鏡では,レーザー放射圧により微粒子が捕捉されることを利用し,その微粒子をプローブとして用いている.捕捉されている微粒子は,試料の摩擦力あるいは粘性力等によって捕捉位置からわずかにずれるこのずれ量を測定することによりpNオーダーの摩擦力あるいは粘性力等を測定することができる.この際プローブとしては金属微粒子を用いる.微粒子を捕捉している場合金属微粒子近傍には非伝搬の電磁場が局在しており,試料表面を走査すると試料の形状によって局在場が散乱される.この散乱光強度を測定することにより,試料の形状を測定することができる.本手法の特徴は,微粒子はpNオーダーの力で捕捉されていることから,生体試料を傷つけることなくその表面形状を計測できることである.
園芸作物の鮮度保持に関わるポリアミンの役割の解明

植物生体内には、ジアミンのプトレッシン、トリアミンのスペルミジン、テトラアミンのスペルミンとサーモスペルミンの4種類のポリアミン類が主として存在しており、これらのポリアミン類は、老化抑制や病原菌に対する防御応答の強化など、植物の様々な生理作用に関わる高機能分子である事が知られている。本研究では、こうしたポリアミンの高機能を切り花や園芸作物の鮮度保持・品質向上へと役立てる事を目的としており、初期の研究では主として切り花であるカーネーションやバラに着目し、老化過程での生体内ポリアミン類の挙動、これらの種での共通点、相違点等を中心的に解析してきた。当該年度では、引き続き切り花のポリアミン合成・分解に関わる酵素遺伝子群の探索を行い複数の遺伝子群を単離したほか、イチゴ果実の成熟・老化過程およびイチゴ葉に病原菌が感染した際の生体内ポリアミン類の大まかな挙動を理解した。また、高感度ポリアミン分析法を用いて複数の農作物の生体内ポリアミン類を調査した結果、上記に示した主要ポリアミンの一種であるサーモスペルミンを保持していない、もしくは極めて生体内蓄積量が低い植物体が存在する事を見いだし、その理由の一つを明示した。さらに、上記に示した主要ポリアミン以外のポリアミン類を保持する植物体が存在する事も明らかとしており、こうした微量に存在するポリアミン類の合成経路および分解経路、さらには、生理作用に関しても詳しく調査中である。平成30年度自体の進捗状況に関しては概ね順調に進展したと考えている。しかし、本研究課題の採択時期が半年程度遅れた事から、初年度の準備に遅れが生じてしまっており、その遅れを取り戻すまでには至っていない。しかし、1年間の延長申請が認められた事から、当初の研究計画通りの研究が研究期間内に行えるものと考えている。ポリアミンを用いた園芸作物の日持ち試験、生体防御能の強化試験等を行う事で、ポリアミンの効果を明確化する。また、詳細な生体内ポリアミン高感度分析を行った結果これまでに想定していない微量ポリアミン類が複数の植物体から検出されている。そこで現在、こうした微量ポリアミンの合成経路、分解経路、生理作用等に関しても詳細な解析を行っており、こうした部分も研究期間内に明らかとする予定である。植物生体内には、ジアミンのプトレッシン、トリアミンのスペルミジン、テトラアミンのスペルミンの3種類のポリアミンが主として存在しており、老化抑制や病原菌に対する防御応答の強化など、様々な作用に関わる重要分子である事が示唆されている。そこで本研究ではポリアミンの作用をより明確化し、切り花や収穫後の農作物の鮮度保持・品質向上へと役立てるため、切り花および青果物を用いたポリアミン合成・分解酵素遺伝子群の発現解析、高感度ポリアミン分析法を用いた生体内ポリアミン類の動態把握、ポリアミン類を処理した際の日持ち性試験を通じて、老化抑制に関わるポリアミンの機能を理解すると共に、園芸作物に強い老化抑制能・生体防御能を付与する新規ポリアミン型高機能分子を発見し、その効果を検証する事を目的している。今年度は切り花であるカーネーションを中心とした解析を行い、カーネーションの老化過程におけるポリアミン合成酵素遺伝子群の経時的変化を確認すると共に、老化過程での生体内ポリアミン量の変動を大まかに理解した。さらに、他の切り花や果実においても同様の傾向が観察されるかを現在検討中である。また、老化を促進する要因の1つとして活性酸素種の大量発生があげられる事から、活性酸素種を消去する能力を保持したポリアミン類の発見は老化抑制に有用である可能性を期待し、ポリアミンの活性酸素種消去能を検討した結果、生体内には存在しない2種類のポリアミンを活性酸素種消去能を保持する機能分子として同定した。本研究課題の採択時期が遅かった事から準備が若干遅れ(備品の納入時期も想定よりも遅れてしまい)、その分やや遅れていると判断したが、現在は順調に進行中である。植物生体内には計4種類のポリアミン類、ジアミンのプトレッシン、トリアミンのスペルミジン、テトラアミンのスペルミンとサーモスペルミン、が主として存在しており、これらのポリアミン類は、老化抑制や病原菌に対する防御応答の強化など、植物の様々な生理作用に関わる機能分子である事が知られている。本研究では、ポリアミンのこうした機能をより明確化する事で、切り花や園芸作物の鮮度保持および品質向上へと役立てる事を目的とし、切り花や青果物が成熟・老化する際の生体内ポリアミン類の動態把握、さらには、こうした農作物の老化抑制能や生体防御能を高めるポリアミン型の高機能分子を探索し、その効果を検証する事を目的としている。前年度の研究では、切り花の1つであるカーネーションを中心とした解析を行い、老化過程での生体内ポリアミン類の大まかな挙動を理解すると共に、活性酸素消去能を保持する2種類のポリアミン型機能分子を同定した。今年度は、老化過程でのバラ花弁中のポリアミン類の変動を中心的に解析し、カーネーション及びバラ花弁における挙動の共通点・相違点を明確化した。その他、高感度ポリアミン分析法を用いて複数の農作物の生体内ポリアミン類を調査した結果、上記に示した主要ポリアミン以外のポリアミン類を検出する事ができた。そこで現在では、こうした微量に存在するポリアミン類の合成経路および分解経路、さらには、生理作用に関しても詳しく調査中である。平成29年度自体の進捗状況に関しては概ね順調に進展したと考えている。しかし、本研究課題の採択時期が半年程度遅れた事から初年度の準備に遅れが生じてしまっており、この遅れを取り戻すまでには至っていない。

植物生体内には、ジアミンのプトレッシン、トリアミンのスペルミジン、テトラアミンのスペルミンとサーモスペルミンの4種類のポリアミン類が主として存在しており、これらのポリアミン類は、老化抑制や病原菌に対する防御応答の強化など、植物の様々な生理作用に関わる高機能分子である事が知られている。本研究では、こうしたポリアミンの高機能を切り花や園芸作物の鮮度保持・品質向上へと役立てる事を目的としており、初期の研究では主として切り花であるカーネーションやバラに着目し、老化過程での生体内ポリアミン類の挙動、これらの種での共通点、相違点等を中心的に解析してきた。当該年度では、引き続き切り花のポリアミン合成・分解に関わる酵素遺伝子群の探索を行い複数の遺伝子群を単離したほか、イチゴ果実の成熟・老化過程およびイチゴ葉に病原菌が感染した際の生体内ポリアミン類の大まかな挙動を理解した。また、高感度ポリアミン分析法を用いて複数の農作物の生体内ポリアミン類を調査した結果、上記に示した主要ポリアミンの一種であるサーモスペルミンを保持していない、もしくは極めて生体内蓄積量が低い植物体が存在する事を見いだし、その理由の一つを明示した。さらに、上記に示した主要ポリアミン以外のポリアミン類を保持する植物体が存在する事も明らかとしており、こうした微量に存在するポリアミン類の合成経路および分解経路、さらには、生理作用に関しても詳しく調査中である。平成30年度自体の進捗状況に関しては概ね順調に進展したと考えている。しかし、本研究課題の採択時期が半年程度遅れた事から、初年度の準備に遅れが生じてしまっており、その遅れを取り戻すまでには至っていない。しかし、1年間の延長申請が認められた事から、当初の研究計画通りの研究が研究期間内に行えるものと考えている。平成28年度の遅れを取り戻すべく、複数の切り花・園芸作物を用いて老化過程でのポリアミン合成酵素遺伝子群の変動及び生体内ポリアミン類の動態把握、そして、ポリアミンを用いた日持ち性試験等を行い、効果を検証する。研究開始時期に生じた遅れを取り戻すべく、園芸作物を用いて老化過程でのポリアミン類の変動およびポリアミンを用いた日持ち試験、生体防御能の強化試験等を行い、効果を検証する。また、平成29年度に行った詳細な生体内ポリアミン高感度分析の結果、これまでに想定していない微量ポリアミン類が複数の植物体から検出された。そこで、こうした微量ポリアミン類の合成経路、分解経路、生理作用等に関しても詳細な解析を行う予定である。ポリアミンを用いた園芸作物の日持ち試験、生体防御能の強化試験等を行う事で、ポリアミンの効果を明確化する。また、詳細な生体内ポリアミン高感度分析を行った結果これまでに想定していない微量ポリアミン類が複数の植物体から検出されている。そこで現在、こうした微量ポリアミンの合成経路、分解経路、生理作用等に関しても詳細な解析を行っており、こうした部分も研究期間内に明らかとする予定である。研究期間1年を前提とした申請であったため、採択時期が遅れた分(約半年程度分)の研究計画を次年度に回さざるを得なかったため、次年度使用額が生じた。(理由)
大腸菌O157:H7が産生する志賀毒素様毒素とVero毒素の構造と機能

大腸菌0157:H7が産生する志賀毒素様毒素(VT1)およびVero毒素(VT2)を, VT1はカナダで, VT2は日本における出血性大腸炎の患者の便から分離した菌株を用いて精製した.VT1は菌体抽出画分を, VT2は培養上清を出発材料として,硫安分画, DEAE-セルロースカラムクロマトグラフィー,クロマトフォーカシング,高速液体クロマトグラフィー(HPLC)によるゲルろ過により,それぞれ精製した.ポリアクリルアミドゲル電気泳動を行なったところ, VT1, VT2はそれぞれ1本の染色バンドを呈し,そのバンドの位置に一致して活性を認めた.ただし, VT1とVT2の泳動位置は異なっていた.SDS-ポリアクリルアミドゲル電気泳動ではVT1, VT2はそれぞれ2本の染色バンドを呈し, A, B2つのサブユニットから構成されていることがわかったが, VT2のA, BサブユニットはVT1よりそれぞれやや大きいことを認めた.ポリアクリルアミドゲル等電点電気泳動によりVT1の等電点は7.0, VT2は4.6であることがわかった.アミノ酸分析においてもVT1とVT2は異なる値が得られた.VT1, VT2をそれぞれトキソイド化してウサギを免疫して調製した抗血清を用いてゲル内沈降反応を行なったところ, VT1は抗VT1抗体に, VT2は抗VT2抗体にのみ反応し,免疫学的にこれらの毒素は異なることがわかった.以上のようにVT1, VT2は物理化学的,免疫学的には異なる毒素であることがわかったが,両毒素とも生物学的には強いマウス致死活性, Vero細胞毒素活性を有していた.さらに, VT1, VT2は両毒素とも蛋白合成における延長因子1(EF-1)依存性アミノアシルtRNAのmRNA-rRNA複合体への結合を阻害することを明らかにした.この作用は真核細胞の60Sリボソーム亜粒子由来28SrRNAの3'末端から4324番目のアデニン1分子を遊離させるRNA N-グリコシターゼ活性をVT1, VT2が有しているためであることがわかった.大腸菌0157:H7が産生する志賀毒素様毒素(VT1)およびVero毒素(VT2)を, VT1はカナダで, VT2は日本における出血性大腸炎の患者の便から分離した菌株を用いて精製した.VT1は菌体抽出画分を, VT2は培養上清を出発材料として,硫安分画, DEAE-セルロースカラムクロマトグラフィー,クロマトフォーカシング,高速液体クロマトグラフィー(HPLC)によるゲルろ過により,それぞれ精製した.ポリアクリルアミドゲル電気泳動を行なったところ, VT1, VT2はそれぞれ1本の染色バンドを呈し,そのバンドの位置に一致して活性を認めた.ただし, VT1とVT2の泳動位置は異なっていた.SDS-ポリアクリルアミドゲル電気泳動ではVT1, VT2はそれぞれ2本の染色バンドを呈し, A, B2つのサブユニットから構成されていることがわかったが, VT2のA, BサブユニットはVT1よりそれぞれやや大きいことを認めた.ポリアクリルアミドゲル等電点電気泳動によりVT1の等電点は7.0, VT2は4.6であることがわかった.アミノ酸分析においてもVT1とVT2は異なる値が得られた.VT1, VT2をそれぞれトキソイド化してウサギを免疫して調製した抗血清を用いてゲル内沈降反応を行なったところ, VT1は抗VT1抗体に, VT2は抗VT2抗体にのみ反応し,免疫学的にこれらの毒素は異なることがわかった.以上のようにVT1, VT2は物理化学的,免疫学的には異なる毒素であることがわかったが,両毒素とも生物学的には強いマウス致死活性, Vero細胞毒素活性を有していた.さらに, VT1, VT2は両毒素とも蛋白合成における延長因子1(EF-1)依存性アミノアシルtRNAのmRNA-rRNA複合体への結合を阻害することを明らかにした.この作用は真核細胞の60Sリボソーム亜粒子由来28SrRNAの3'末端から4324番目のアデニン1分子を遊離させるRNA N-グリコシターゼ活性をVT1, VT2が有しているためであることがわかった.
マイクロ粒子の光捕捉ポテンシャル解析を活用したナノ物質への光圧測定法の開発

本研究は、ナノ物質に働く光圧のポテンシャル解析における問題点(1.短い光捕捉時間、2.微弱なプローブ信号)を解決するために、マイクロ粒子を対象とした光捕捉ポテンシャル解析を活用することにより、ナノ物質に作用するフェムトニュートンオーダーの光圧を精密測定する手法を世界に先駆けて開発するものである。本年度は、昨年度に開発した光駆動マイクロマシンによるナノ物質に働く光圧計測法を発展させ、さらなる力感度向上させるため、アクティブフィードバックによる光捕捉ポテンシャル制御法を開発した。具体的には、ポテンシャル深さが数kTになる低い光強度でマイクロプラットフォーム(MPF)を捕捉し、低いバネ定数(高い力検出感度)のポテンシャルを形成した。次に、CMOSカメラで撮像したMPFの位置をマルチスレッド処理によりリアルタイムに高速解析し、設定した捕捉領域から外れる場合に、電気光学素子(EOM)で光強度を上げてMPFに働く捕捉力を一時的に増大し、捕捉領域に戻すというフィードバックを行った。このようなMPFが感じる光場を高速に制御するシステムを開発し、従来法では難しかった高い力感度と長時間捕捉(高SN比)を併せ持つ捕捉ポテンシャルを実現し、原理的には10fN程度の力計測が可能であることが見積もられた。また、このフィードバックによるポテンシャル形状の制御を有限差分法でシミュレーションし、実験結果から光圧を正確に解析する方法を検討した。さらに、本手法の光圧計測における有効性を示すために、従来法では難しかったナノロッドに働く光トルクの定量計測を行った。現在のことろ、ナノロッドを中心に配置したMPFの光捕捉ポテンシャル計測に成功し、170pNnm/mradのバネ定数で30pNnm以上の分解能が得られることを明らかにした。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、ナノ物質に働く光圧のポテンシャル解析における問題点(1.短い光捕捉時間、2.微弱なプローブ信号)を解決するために、マイクロ粒子を対象とした光捕捉ポテンシャル解析を活用することにより、ナノ物質に作用するfNオーダーの光圧を精密測定する手法を世界に先駆けて開発するものである。本年度は、電子線ビームリソグラフィ法とドライエッチング法を組み合わせることにより、ナノ粒子を中心に配置したSiO2マイクロ構造(マイクロプラットフォーム:MPF)を作製する方法を開発した。また、空間光位相変調器で4つの集光レーザービームを生成し、MPFの3次元的な捕捉・操作を実現した。このMPFの4つのトラッキング部から位置揺らぎを正確に測定するシステムを開発することで、並進だけでなく回転の捕捉ポテンシャル解析も可能にし、ナノ粒子に働く光圧とともに従来難しかった光トルクも同時に計測できることを見出した。本手法により、光圧ベクトルと光トルクが、それぞれ50 fN(既報のポテンシャル解析による光圧計測のレコードと同程度)と100pN・nmの感度・分解能で計測できることを示した。また、三角プリズム形状をした単一の金ナノ粒子が、入射偏光に応じて3つの異なる方向に光散乱を分類することを見出し(Y.Y.Tanaka and T.Shimura, Nano Lett., Vol. 17, 3165 (2017))、そこで生じる光運動量変化から偏光により光圧方向を360度制御可能であることを示した。これは、ナノ粒子形状の対称性が破れていることに起因するものであり、光圧と粒子形状の新たな相関に対する重要な知見である。さらに、局在プラズモン共鳴によりナノ構造体の光圧を増強できるだけでなく、再現性よくナノ構造が作製できるため、金ナノプリズムはナノ粒子光圧計測システム開発に向けた優れた標準サンプルになると考えている。

当初初年度に予定した、マイクロプラットフォーム(MPF)作製、ホログラフィック光ピンセットによるMPF操作、位置ゆらぎの高空間分解能計測を実現し、極微弱力計測に成功しただけでなく、三角プリズム形状をした単一の金ナノ粒子に働く光圧解析より、光圧と粒子形状の新たな相関に対する重要な知見を得ることができ、後者の内容がNano Letterに掲載された。以上の理由より、当初の計画以上に進展していると判断した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。光バネ定数の制御を導入することで、本手法の光圧計測感度を更に向上させ、ナノ物質に作用するfNオーダーの光圧を精密測定する手法を世界に先駆けて開発する。
固相担持ホスフィン配位子を用いた特異的反応場形成と有機合成への応用

以前までの研究において、ケイ素架橋部位を有したコンパクトなかご型トリアルキルポスフィン:SMAPをシリカゲル上に担持した新規固相担持配位子(以下、Silica-SMAP)がIrやRh触媒を用いたジボロン化合物によるアレーンのオルト位選択的なC-H結合直接ホウ素化反応において極めて高い触媒活性を示すことを明らかにした。本年度では、この著者等の固相担持配位子を用いたホウ素化反応の方法論を拡張し、より困難とされるC(sp^3)項結合の直接ホウ素化反応へと展開した。一つ目の反応として、窒素上にアルキル基を有したアミドやウレア、アミノピリジンの様な基質に対して、新たに開発した固相担持配位子とロジウム触媒存在か、ジボロン化合物を作用させると、原料の窒素隣接位C(sp3)-H結合に効率的に直接ホウ素原子を導入出来ることを見出した。この反応は、固相担持配位子を用いたときのみ反応が進行し、著者等の開発した配位子の極めて特異的な反応効果を示している。反応は窒素隣接位で選択的に進行し、内部のアルキル基でも反応が進行する。さらに、2つ目の反応として、固相担持配位子Silica-SMAPとIr触媒存在下、2-アルキルピリジン誘導体にジボロンを作用させることで、窒素のγ位で選択的C(sp^3)項結合をホウ素化できる事を見出した。この場合、一切の活性化を受けていないアルキル基の位置選択的な直接官能基化を実現したことになる。境在でも、鎖状アルキル基の位置選択的な変換反応は極めて困難で報告例が少ない。特にホウ素化反応においては、我々の触媒系以外では達成されておらず、著者等の固相担持配位子の高い有用性を示すことができた。さらに、固相担持配位子とCu触媒を用いた1,4-還元反応や、キノリンの位置選択的ホウ素化反応に関する研究を行い、論文として報告している。本年度において実施されたシリカゲル担持かご型ホスフィン-イリジウム錯体を用いたフェノール誘導体およびヘテロ芳香族化合物の位置選択的炭素-水素結合直接ホウ素化反応について報告する。以前までの研究において、ケイ素架橋部位を有したコンパクトなかご型トリアルキルホスフィン:SMAPをシリカゲル上に担持した新規固相担持配位子(以下、Silica-SMAP)がイリジウム触媒を用いたオルト位選択的な炭素-水素結合直接ホウ素化反応において高い活性を示すことを明らかにした。本年度においてはまず、Silica-smp-イリジウム触媒系のフェノール誘導体の位置選択的ホウ素化反応への適用を行った。様々なフェノール誘導体において検討を行ったところ、N,N-ジメチルカルバメートを保護基として持つフェノール誘導体において完全な選択性でオルト位ホウ素化が進行することを見いだした。本手法により、有機合成的価値の高いフェノール誘導体を高い原子効率かつ高い位置選択性でホウ素化合物に導くことができる。さらに、本触媒系を用いた炭素-水素結合直接ホウ素化反応のヘテロ芳香族化合物への適用を行った。その結果、エステル基を官能基として有するチオフェン誘導体においてエステル基に隣接する位置でホウ素化反応が進行することを見いだした。既存の触媒系において、エステルの立体障害をさける位置で反応が進行することとは対称的である。また、本手法はチオフェン以外に、エステル基を有するベンゾチオフェン、フラン、ピロール、イミダゾール、カルバゾールなど様々なヘテロ芳香族化合物へ適用可能である。本手法によって天然物や機能性物質に多く見られるヘテロ芳香族環へ高い原子効率でホウ素元素を導入することができる。本年度において実施されたシリカゲル担持かご型ホスフィン-Rh錯体を用いた、窒素配向基を用いるアレーン類のオルト位C-H直接ホウ素化反応とPd錯体を用いた活性化されていない塩化アリールのホウ素化カップリング反応について報告する。以前までの研究において、ケイ素架橋部位を有したコンパクトなかご型トリアルキルホスフィン:SMAPをシリカゲル上に担持した新規固相担持配位子(以下、Silica-SMAP)がIr触媒を用いたジボロン化合物によるアレーンのオルト位選択的なC-H結合直接ホウ素化反応において高い活性を示すことを明らかにした。本年度においては、Silica-SMAP-Rh触媒系がジボロン化合物による窒素官能基を有するアレーン類のオルト位選択的なC-H直接ホウ素化反応に高い適用性を示すことを見出した。本系では、既存の触媒系では達成されていない、様々な窒素官能基を配向基として利用でき、オルト位ホウ素化反応における基質の適用範囲を飛躍的に向上させた。本系は、以前に報告しているIrを用いた系と良い相補性を示し、IrとRhの使い分けにより、有機合成上利用価値の高い、様々なホウ素化アレーン誘導体の効率的合成を可能とする。さらにSilica-SMAP-Pd触媒が、活性化されていない塩化アリールとジボロン化合物によるホウ素化カップリングに高い適用性を示すことを見出した。通常、塩化アリールのような反応性の乏しい基質を用いたカップリング反応においては、立体障害の大きいホスフィン配位子を利用した、配位不飽和なPd種の発生が必須となる。一方、Silica-SMAPにおいてはシリカゲル上に担持されたSMA、P分子は立体的に小さいにも関わらず、配位不飽和Pd種を効率的に発生させることができる。