hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
斬新かつグリーンな新規炭素－炭素結合生成反応の不斉触媒化

このような光学活性な三級アルコール骨格が薬理作用発現に重要な役割を担っていることは広く知られているが、さらに多様なフルオロアルキル基の導入を検討することは医薬品探索を行っていく上で重要である。開発研究の結果、ジフルオロメチル基をはじめとする多様なフルオロアルキル基を有するケトエステルに対するカルボニルーエン反応、Friedel-Crafts反応および三成分連結反応を開発することにより、対応する光学活性三級アルコールの実用的合成法を開発することにした。現代の有機合成では、入手容易な原料分子から求める機能をもつ分子を、簡単に、安価に且つ安全に合成できる“実用的"な合成法の開発が必要とされる。このような背景から、本研究では、高付加価値な分子(ファインケミカルズ)を創造する新規な触媒的不斉炭素-炭素結合生成反応を開発するとともに、これを実用化可能な超効率的不斉合成法に成熟させることを目的としている。そのような研究目的において、今年度に開発したジフルオロメチル基をはじめとする多様なフルオロアルキル基を有するαーケトエステルに対する触媒的不斉カルボニル-エン反応では、無溶媒条件下、触媒量を0.05 mol%(S/C 2000)まで低減させても良好に反応が進行し、高いエナンチオ選択性で生成物が得られることを見出した。この結果は、廃棄物を最小限に抑えたグリーンな触媒的不斉炭素-炭素結合生成反応であり、今後の実用化が期待できる。有機合成化学今後は、重要医薬品中間体となり得る光学活性化合物を超効率的に合成するために、これまで前例のない新規触媒的不斉炭素-炭素結合生成反応を開発する。さらに、開発した反応において、触媒量の目標をS/C >1,000に設定し、溶媒や温度、反応スケール等の条件を徹底的に検討することで、実用化可能な触媒的不斉合成法を確立したい。一方、これまで用いてきたジカチオン性パラジウム錯体で目標とする触媒活性が達成できない場合は、我が国の元素戦略に基づいた、安価な銅や鉄錯体を独自に設計・合成し、新規不斉不斉炭素-炭素結合生成反応の開発を行う予定である。また、現在までのところ成功には至っていないが、触媒量のラセミBIPHEPs触媒を触媒的に不斉制御剤する試みも引き続き行っていく予定である。交付申請書の研究の目的に記載したように、開発した新規反応を実用化可能な超効率的不斉合成法に成熟させることを本研究の期間内の目標とした。1年目の平成25年度の研究では、新規触媒的不斉炭素-炭素結合生成反応、即ち不斉ヘテロアリール化反応の開発及びその反応条件を最適化することに成功した。一方で、目標に設定していた用いるパラジウム触媒の触媒量S/C >1,000には届かず、最高でS/C 100という結果に留まっている。したがって、今後はさらなる不斉触媒の効率化に焦点を当てて研究を行う予定である。これまでの研究において目標に設定していた、用いるパラジウム触媒を触媒量S/C >1,000にまで効率化するということには残念ながら成功しておらず、最高でS/C 100という結果に留まっている。この目標を達成するための今後の指針として、我が国における元素戦略のもと、安価でより高い活性を持つと期待される新規銅や鉄錯体触媒を独自に設計・合成し検討を行う予定である。
装着型体験記録装置の情報を用いた,体験記憶再生方式に関する研究

本研究は,ウェアラブルコンピュータを用いて個人の主観的体験を記録することにより,その体験構造から人間の行動特性を明らかにすることを目的としている.本年度は,長時間の人生の記録,「ライフログ」を前提に,記録した大量の体験情報の再生手法を検討するため,時間・位置らを基準軸にした体験情報の再生手法の提案をした.また,体験者の発話記録を日常的に長期間記録し,発話情報を俯瞰的に捉えることで個人の生活行動のパターンを発見することができることを示した.具体的には,多種類・大容量の体験情報を提示するための効率的手法として,情報の粒度を変えたインタフェースの検討を行った.これは,1日のシンポジウムを題材にして記録された様々な情報(俯瞰カメラ,音声,議事録,聴衆者の議事録メモ)を,時間軸の粒度(年,月,分,秒)を自在に制御することで,俯瞰して全体・詳細の把握ができるようにした.それにより,長期間の体験情報を各粒度により圧縮,提示することができ,長時間に及ぶ体験情報を再生するための有効な手段を示すことができた.また,小型GPSを用いた1年間の位置記録情報をもとに,研究室・自宅・駅など行動別のカテゴリー化を行い,長時間の体験情報を圧縮し,体験の俯瞰・構造化の検討を行った.これにより,日常行動と非日常行動の差別化,習慣的行動パターンの把握が可能であることが判明した.発話情報の記録は,約3ヶ月の発話情報を,統計的手法を用い,月別の発話量や発話量の時間軸遷移を提示することで,発話記録による生活行動パターンの推測の可能性を示唆することができた.本研究はウェアラブルコンピュータを用いて個人の主観的体験を記録することによって,人間の体験構造を視知覚的認知的側面から解明することを目的としている.今年度は,デジタル化された個人の体験情報をどのように構造化するかという点に焦点をあてて研究を行った.個人の体験を記録することは,すなわち大量のデータが刻一刻と蓄積されることを意味する.そのデータをそのままの形で再生した場合,記録した時間と同じ時間の再生時間を要し,体験の情報の活用が望めないのが現状である.我々は,そのような大量のデータについて,それをどのように取り扱うことで,有効な再生が可能になるのかを検討する必要がある.そこで今年度は,シンプルなセンサーデバイスを長時間装着して大量のデータを記録し,そのデータを元に体験の構造化の手法についての検討や,シチュエーションを限定した,多種類のセンサーを組み合わせた装着型デバイスによる体験の記録とその構造化の検討を行った.具体的には,小型のGPSデバイスとPDAを組み合わせた位置情報の記録デバイスを用い,24時間の個人の移動履歴のログを取得し,データの特性の検討を行い,また,会議の議事のデジタル化,屋外の特定の体験行動を記録し,その発話,位置の情報から体験の構造抽出を試みた.長期間の体験情報のログから個人の体験の特性,日常と非日常の差がある程度抽出できることがわかった.また,シチュエーションを限定した,体験の記録とその構造化については,個人の体験から状況の再生が可能であることが検証できた.今後は,こうした情報を元に構造化のアルゴリズムを検討し,体験のモデル形成を試みる.本研究は,ウェアラブルコンピュータを用いて個人の主観的体験を記録することにより,その体験構造から人間の行動特性を明らかにすることを目的としている.本年度は,長時間の人生の記録,「ライフログ」を前提に,記録した大量の体験情報の再生手法を検討するため,時間・位置らを基準軸にした体験情報の再生手法の提案をした.また,体験者の発話記録を日常的に長期間記録し,発話情報を俯瞰的に捉えることで個人の生活行動のパターンを発見することができることを示した.具体的には,多種類・大容量の体験情報を提示するための効率的手法として,情報の粒度を変えたインタフェースの検討を行った.これは,1日のシンポジウムを題材にして記録された様々な情報(俯瞰カメラ,音声,議事録,聴衆者の議事録メモ)を,時間軸の粒度(年,月,分,秒)を自在に制御することで,俯瞰して全体・詳細の把握ができるようにした.それにより,長期間の体験情報を各粒度により圧縮,提示することができ,長時間に及ぶ体験情報を再生するための有効な手段を示すことができた.また,小型GPSを用いた1年間の位置記録情報をもとに,研究室・自宅・駅など行動別のカテゴリー化を行い,長時間の体験情報を圧縮し,体験の俯瞰・構造化の検討を行った.これにより,日常行動と非日常行動の差別化,習慣的行動パターンの把握が可能であることが判明した.発話情報の記録は,約3ヶ月の発話情報を,統計的手法を用い,月別の発話量や発話量の時間軸遷移を提示することで,発話記録による生活行動パターンの推測の可能性を示唆することができた.
遺伝子組み換えによるエイズ痴呆発症機構の解明ならびに治療薬の評価

エイズ痴呆(ADC)に類似した症状を呈することで知られるレトロウイルス感染モデル(immunosupressive murine leukemia virus, LP-BM5,感染末期にマウスADC様の症状を呈する)を用いた、TNF-α欠損骨髄キメラマウスによる病体解析ならびに行動薬理試験の結果は、いずれもウイルス感染により活性化された脳内マイクログリアおよび一部の浸潤細胞が産生するTNF-αが痴呆の発症に深く関係していることを示唆していた。さらに、HIV等で刺激したヒト血中モノサイト/マクロファージ培養上清を用いたマウス初代神経細胞による毒性試験を行った。その結果、マウス初代神経培養細胞に、HIVならびにLPSで刺激したヒト血中モノサイト/マクロファージ培養上清を添加したところ、神経細胞生存率の低下が認められた。この生存率の低下は、NMDAレセプターアンタゴニストであるMK-801あるいはTNF-α抗体の添加で改善された。動物実験および初代培養実験の結果より、ADC治療薬としてTNF-α阻害剤の応用は極めて重要と考えられた。また、ADC発症に関与していることが示唆され、TNF-αなどの炎症性サイトカインで酵素誘導されるトリプトファンの分解酵素であるインドールアミン酸素添加酵素について、トランスジェニックマウスの作成に成功した。このマウスのフェノタイプ解析ならびに、種々疾患モデルへ応用する事により生体内でのインドールアミン酸素添加酵素の役割が明らかになることが期待された。エイズ痴呆(ADC)に類似した症状を呈することで知られるレトロウイルス感染モデル(immunosupressive murine leukemia virus,LP-BM5,感染末期にマウスにADC様の症状を呈する)を用いてADC治療薬として効果が期待されるTNF-αの産生阻害剤について検討した。脳内のTNF-αを薬剤により阻害するためプロペントフィリン、ペントキシフィリンをLP-BM5感染後9週目より1日2回1週間連続投与し、脳のmRNA量の変動ならびにY-maze testなどの行動薬理学的試験を行った。その結果、LP-BM5感染によって合成の亢進した脾臓のTNF-αがプロペントフィリン投与により有意に合成を抑制していた。しかし、脳ではその抑制効果は全く認められなかった。それに対し、ペントキシフィリン投与では、脾臓および脳の両方におけるTNF-αの合成を抑制していた。行動薬理学試験についてはY-maze試験を実施し、ADCの改善効果は脳内TNF-αを抑制したペントキシフィリンにおいてのみ認められた。これらの結果は、研究代表者がTNF-α遺伝子欠損マウスを用いて証明したADC発症に深くTNF-αが関与しているとの結果を支持する現象である。また、ADC発症に関与していることが示唆されるトリプトファンの分解酵素であるインドールアミン酸素添加酵素(IDO)の脳内での生理的役割の解明するため、トキソプラズマをマウスに感染させ、その際のIDOの変動を調べた。肺および脳のIDO活性は、感染後7日で著明に活性が上昇しており、IDOとNO合成酵素とのCross-regulationが示唆される結果が得られた。HIV等で刺激したヒト血中モノサイト/マクロファージ培養上清を用いたマウス初代神経細胞による毒性試験野結果、マウス初代神経培養細胞に、HIVならびにLPSで刺激したヒト血中モノサイト/マクロファージ培養上清を添加したところ、神経細胞生存率の低下が認められた。さらにエイズ痴呆(ADC)に類似した症状を呈することで知られるレトロウイルス感染モデル(immunosupressive murine leukemia virus, LP-BM5,感染末期にマウスADC様の症状を呈する)を用いた、TNF-α欠損骨髄キメラマウスによる病体解析ならびに行動薬理試験の結果を総合すると、いずれもウイルス感染により活性化された脳内マイクログリアおよび一部の浸潤細胞が産生するTNF-αが痴呆の発症に深く関係していることが明らかとなった。したがって、ADC治療薬としてTNF-α阻害剤の応用は極めて重要と考えられた。

また、ADC発症に関与していることが示唆され、TNF-αなどの炎症性サイトカインで酵素誘導されるトリプトファンの分解酵素であるインドールアミン酸素添加酵素について、トランスジェニックマウスの作成に成功した。このマウスのフェノタイプ解析ならびに、種々疾患モデルへ応用する事により生体内でのインドールアミン酸素添加酵素の役割が明らかになることが期待された。
環境適応能における血流調節機構の生理的多型性に関する研究

ヒトは様々な環境下において生理的な応答をおこなう.その応答には個体差が存在し,その生理的な応答の個体差を解明することは困難を極めている.そこで,本研究では,低温環境での血液循環系の生理応答に絞り,個体差がどのようなメカニズムに起因しているかに関して,ヒトの直接計測から細胞・タンパク質計測をおこない,マクロからミクロに至るまで統合的に解析した.その結果,個体差発生に関連する要素を抽出することができたヒトは様々な環境下において生理的な応答をおこなう.その応答には個体差が存在し,その生理的な応答の個体差を解明することは困難を極めている.そこで,本研究では,低温環境での血液循環系の生理応答に絞り,個体差がどのようなメカニズムに起因しているかに関して,ヒトの直接計測から細胞・タンパク質計測をおこない,マクロからミクロに至るまで統合的に解析した.その結果,個体差発生に関連する要素を抽出することができたH17年度は,寒冷環境下での血流調節に関してマクロ,ミクロ両アプローチからの試験的実験及び資料の収集をおこなった.マクロ的なアプローチとして,寒冷環境下でヒト皮膚の血流状態を測定した.測定方法としては,7°Cの冷水に指浸漬することにより局所温を下降させ,レーザー血流計等を用いて皮膚末梢血管の血流測定をおこなった.同時に核心温,血圧,皮膚温,心拍数,血管幅などの測定をおこなった.冷水に指浸漬直後に,被験者全員に血流量の急激な低下が観測された.その後血流の増減が繰り返される乱調反応が観測された.乱調反応に関しては,周期,大きさなど被験者間で大きな差が観測された.指浸漬前後で,血管幅を比較したところ,指浸漬後に血管幅は縮小した.冷水下における皮膚血流調節機構を解明するミクロ的アプローチとして,血管内皮細胞から放出されるNO(一酸化窒素)に着目した.特に,内皮型一酸化窒素合成酵素であるeNOSの総量および活性化(リン酸化)を測定することにより,ミクロレベルからの検討をおこなった.正常ヒト微小血管内皮細胞(HMVEC)を37°Cで培養し,4°Cの緩衝液に浸し,細胞内のタンパク質を抽出した.さらに電気泳動により分離をおこなった後,ウェスタンブロット法を用い,eNOSおよびリン酸化eNOSの検出をおこなった.37°Cと比較し,4°CにおいてはNOSの総量に変化は見られなかったが,リン酸化eNOSが減少した.このことから,4°CにおいてはNOの放出量が減少していることが推測された.ミクロ的なアプローチから,個体内においても冷水に指浸漬により,微小血管内皮細胞のNO放出の減少が推測され,冷水指浸漬における血流量低下の要因の一つであると推測された.今後は,マクロ,ミクロ両アプローチの様々なデータから解析を進める.同時に地域間で比較検討することにより,血流調節の生理的多型解析に関して検討を進めて行くCold-induced vasodilation(CIVD)反応は凍傷などの危険性を減らすだけではなく,寒冷下における手の器用さの改善や,痛みの軽減と関連していると考えられている.このCIVD反応に関しで性別,年齢等様々な要因の影響に関して研究が行われてきたが,この反応の詳細なメカニズムは未だに解明されていない.昨年度までに,CIVD反応のメカニズムを解明するために,局所冷水曝露時において血流量,皮膚温を測定した.また皮膚血管内皮細胞の培養細胞を用いて,低温下でのNO合成酵素のリン酸化反応を測定することでミクロ的なアプローチをおこなった.本年度は,従来CIVD実験でおこなわれてきた血流量,皮膚温の測定のみならず,血圧,心電図,脈波,呼吸誘発変動を新たに測定することにより,各測定値間の関係を詳細に検討する事を目的とした.その結果,冷水曝露前後で平均動脈圧(MAP),舌下温,呼吸誘発変動は変化しなかった.血流量と脈波の関連を測定した結果,実験開始15分後(冷水曝露直後)において冷水曝露している指(右手)だけではなく,コントロール状態の指(左手)の血流量及び脈波が同時に減少し(被験者18名中,16人で反応),その後コントロール指の血流と脈波は元の波形に戻り,曝露負荷前の状態に戻った.曝露指では,従来とおり血流量と皮膚温の増減を繰り返すHunting reactionを起こした.従来までCold-induced vasodilationは軸索反射ではないと考えられていたが,曝露側でない指(右手)も反応したことから,冷水曝露時での血流調節機構は末梢部だけでおこるのではないことが考えられた.今後は,反射等を想定した実験系を組み込むことでより詳細なメカニズムを検討する.Cold-induced vasodilation(CIVD)反応は凍傷などの危険1生を減らすだけではなく,寒冷下における手の器用さの改善や,痛みの軽減と関連していると考えられている.このCIVD反応に関して性別,年齢等様々な要因の影響に関して研究が行われてきたが,この反応の詳細なメカニズムは未だに解明されていない.

19年度は,前年度に引き続き培養内皮細胞を用いた一酸化窒素合成酵素のリン酸化反応に関するミクロ的なアプローチ,およびヒトの皮膚血流量,皮膚温,血圧,心電図,脈波,呼吸誘発変動を測定することによるマクロ的なアプローチをおこなうことにより,CIVDのメカニズムを詳細に検討する事を目的とした.ヒト血流解析において,安静時皮膚温が一般的な被験者(32°C度前後)の場合,冷水曝露直後に血流量は急激に減少した後,安静時の血流量まで上昇した.それに対して,安静時皮膚温の低い被験者(22°C程度)では安静時の血流量を大きく上回る傾向があり,安静時皮膚温の違いによって血流応答に2つの異なるタイプが観察された.また,ミクロ的なアプローチでは4,28,37°Cの低温下において,流れによるせん断応力を内皮細胞に負荷した.その結果,4°Cの条件化においても,せん断応力を負荷した場合,一酸化窒素合成酵素のリン酸化が増加することが分かった.このことから,ヒトの冷水曝露負荷時の血流増加メカニズムは低温下での一酸化窒素合成酵素のリン酸化が上昇することと関連があると考えられた.今後は,動物実験を含めより詳細なメカニズムについて検討をおこなう予定である。ヒトの指などの局所部位では極度に冷却がされた場合,血管収縮の約5-10分後にCold-induced vasodilation (CIVD)という血管の拡張反応が起こる.CIVDは神経支配されたAVAが関与している事,高温下では開始が早まり,皮膚温の最小,最大値が増加する事などが報告されているが,詳細なメカニズムについては不明な点が多い.血流量は内皮細胞,神経,平滑筋細胞,呼吸,心拍の影響を受け変動しており,それぞれの影響が血流量の特定の周波数帯に現れる.本研究はCIVD時の血流量を周波数解析し,調節機構に関連した周波数帯のエネルギー密度の変化を調査することで,血流調節機構のCIVDへの影響を調査した.エネルギー密度は血流量と共に増減するので,全周波数帯のエネルギー密度で除した相対エネルギーを求めることで,血流量の揺らぎの影響を取り除いた.その結果,冷水曝露後に心拍が関連した周波数帯の相対エネルギー密度が増加し,それに伴い,神経,平滑筋,呼吸に関連した周波数帯において減少がみられた.しかし,内皮細胞に関連した周波数帯では冷水曝露後に著しい増加反応がみられ,その後減少するという結果が得られた.このことからCIVD反応に内皮細胞の活性が関与していることが考えられた.また,ミクロ的なアプローチにおいて,低温下で流れによるせん断応力を内皮細胞に負荷した.その結果,せん断応力を負荷した場合,一酸化窒素合成酵素のリン酸化が変化することが分かった.マクロ,ミクロ的なアプローチから,CIVD反応には内皮細胞が強く関連していると考えられた.
俊敏に動作する柔軟軽量な筋骨格ロボットによる対人接触インタラクションの研究

ロボットに関して、前年度の要素技術の開発、プロトタイプロボットでの検討結果に基づき、上半身型の手押し相撲筋骨格ロボットを開発した。筋骨格系は前年度開発した大きなストロークを備えた空気圧アクチュエータと従来型の空気圧人工筋を組み合わせて構成しており、拮抗駆動により剛性の調整が可能である。手押し相撲ではハンドを相手の手のひらと合わせて動作を行う必要があるため、ハンド部分にはハンドの方向が一定になるようにメカニカルな拘束を与えた。さらに、俊敏な接触インタラクション動作において現れる現象を取得、解析するために、人対人の手押し相撲の運動計測を行った。光学式のモーションキャプチャにより全身運動データを、フォースプレートにより床反力データを、力センサを埋め込んだグローブにより相手との接触力を、筋電計により筋電位のデータを収集した。手押し相撲という、単発の運動ではなく2者間の駆け引きを含み、さらに接触動作のため力のやり取りも含む、これまでにない貴重な運動データを収集することができた。得られたデータから勝敗を決する運動のパターンが様々あることが確認され、その中には相手の押し動作の直後に押し返すことにより相手を後ろに動かすカウンターのパターンも見られた。計測データには様々な要素が含まれており、多面的に解析を進めることで多くの知見が得られることが期待できるため、共同研究によりさらなる解析にも取り組んでいる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、俊敏な接触動作を実現可能とする柔軟性の高い筋骨格ロボットの開発を進め、人対人の接触インタラクションの計測の準備を整えた。柔軟性の高い筋骨格ロボットのために、従来の筋骨格ロボットで用いられていたMcKibben型空気圧人工筋と比較して大ストロークを備えた空気圧アクチュエータを開発し、その基礎特性について調査した。その結果、このアクチュエータは最大長の70%を超える最大収縮率を備えることが確認できた。大ストロークは関節可動域を大きくとるために有効であると共に、筋配置に余裕をもたせられる、後述の張力調整機構など他の要素との組み合わせを容易にするといった利点がある。続いて、このアクチュエータを備えたプロトタイプロボットを開発した。このロボットでは、筋の張り具合を調節できる張力調整機構の実装、分解が容易な機構への改良を行うことでメンテナンス性を高め、対人実験の際に不具合が生じても素早い部品交換や修理が容易になるようにした。さらに、ロボットの柔軟性に関わる要素として背骨に着目した。上記の大ストローク空気圧アクチュエータによって駆動され、剛性調節機構が実装された背骨を開発した。計測の準備として、接触力を計測可能なように、力センサを組み込んだグローブを開発した。このグローブはそのままロボットに装着することで、ロボットの手としても用いられるようにしている。その他、モーションキャプチャ、床反力計、筋電計など計測の準備を進めた。ロボットの要素後術の開発が進み、計測に関しても準備が整ったため、おおむね当初の計画の通りの進展が見られると言える。本年度に引き続きロボットの開発、人対人の俊敏接触インタラクションの計測を進め、これらの結果に基づいてロボットによる俊敏な対人接触インタラクションを目指す。
脳の性差形成におけるコラプシン応答メディエーター蛋白質4(CRMP4)の機能解析

性的二型核である前腹側脳室周囲核(AVPV)に着目し、性分化過程に発現量が雌雄で異なるタンパク質をプロテオミクスにより同定し、さらに遺伝子欠損マウスを用いて、そのタンパク質の機能を明らかにする一連の研究を行った。プロテオミクス解析により、Collapsin Response Mediator Protein4(CRMP4)が性差蛋白質の1つと同定され、さらにCRMP4タンパク質がAVPVのTH細胞の数の調節に関与していることを明らかにした。前腹側脳室周囲核(AVPV)は、雌の生殖腺刺激ホルモン放出ホルモン(GnRH)の分泌パターン形成に関与すると考えられている。これまでの我々のプロテオミクス解析の結果から、AvpVの性差形成時期(生後1日)に部位及び時期特異的に雌雄差がある蛋白質としてcollapsin response mediator protein-4(CRMP4)が同定された。解析の結果、生後1日でのCRMP4蛋白質及びmRNA発現量は雄の方が雌より有意に高かったが、雌雄差形成後には蛋白質及びmRNA発現量の雌雄差は消失した。そこで本研究では.CRMP4ノックアウトマウスを用いて、CRMP4遺伝子の欠損により出生率や生殖時期・生殖周期に異常が出現するかをまず調べた。更に、野生型のAVPVで雌雄差が見られるドーパミン作動性ニューロンについて.野生型マウスとCRMP4ノックアウトマウスとを比較検討した。また、AVPV神経核の大きさや細胞数についても比較した。その結果、CRMP4遺伝子の欠損により、出生率が低下することが明らかとなった。また、CRMP4ノックアウトマウスでは、ドーパミン作動性ニューロンの細胞数が雌のみで増加し、ノックアウトマウスでは野生型に比べ、雌雄差が拡大していた。AVPV神経核の大きさや細胞数にはノックアウトマウスと野生型マウス間で統計的に有意な差は見られなかった。この結果から、我々は.雌のAVPVドーパミン作動性ニューロン数の調節にCRMP4が重要であることを発見した。今後、CRMP4遺伝子の欠損による出生率低下の原因、CRMP4によるドーパミン作動性ニューロンの細胞数調節メカニズム、CRMP4が他の神経伝達物質に及ぼす影響などについて調べる予定である。視床下部には、生理学的所見から性周期や性行動に関係する神経回路が存在すると考えられる。また形態学的には、雌雄間で性差が認められる神経核(性的二型核)が幾つか存在している。しかしながら、視床下部での性別特異的神経回路の形成機構や、性的二型核での性差形成機構の詳細は不明である。研究代表者はこれまでに、性差神経回路形成に関わる蛋白質をプロテオミクス解析法により探索した。その結果、性的二型核(前腹側脳室周囲核、AVPV)の性差形成時期に時期・部位特異的に、発現に有意な雌雄差を持つ性差形成蛋白質を複数見出し、そのうちの1つはCollapsin Response Mediator Protein(CRMP)ファミリーのCRMP4であった。本研究では、CRMP4ノックアウトマウスを用いて、CRMP4遺伝子の欠損によりAVPVの性差に異常が現れるか、また出生率や生殖時期・生殖周期に異常が出現するかを調べている。これまでの結果から、AVPV神経核の大きさやニューロン数にはcrmp4遺伝子欠損による変化は認められなかった。また、キスペプチンニューロン数にも遺伝子欠損の影響は観察されなかった。しかし、tyrosine hydroxylase(TH)陽性細胞数はcrmp4ノックアウトマウスの雌で有意に増加することが分かった。さらに、妊娠後期から雌のノックアウトマウスでのみTH細胞が増加することが分かり、野生型ではTH陽性細胞数に雌雄差が無い時期に、ノックアウトマウスでは既に雌雄差が形成されていることが明らかとなった。何故、CRMP4欠損がTH陽性細胞にのみ変化をもたらしたのか、何故雌でのみ変化が起きたのか明らかにすることが今後の課題である。視索前野・視床下部領域に存在する幾つかの神経核(性的二型核)は、周生期のホルモン環境により雌雄で異なる分化(性分化)を起こすことが知られている。本研究では、それらの神経核のうち、前腹側脳室周囲核(AVPV)に着目し、性分化過程に発現量が雌雄で異なるタンパク質をプロテオミクスにより同定し、さらに遺伝子欠損マウスを用いて、そのタンパク質の機能を明らかにする一連の研究を行った。プロテオミクス解析により、Collapsin Response Mediator Protein 4 (CRMP4)がAVPVの性分化時期に性差があり、性分化終了期では性差が消失するタンパク質として同定された。CRMP4は、mRNAレベルでも性分化時期でのみ発現に雌雄差があり、別の性的二型核であるSDN-POAでは、CRMP4やそのmRNAの発現に雌雄差は見られないことが分かった。そこでCRMP4遺伝子欠損マウス(CRMP4-KOマウス)を用いて、性周期や思春期発来にどのような変化が起こるが調べたが、それらには有意な変化はなかった。

AVPVの大きさや細胞密度にも影響はなかった。しかし、AVPV中に存在するtyrosine hydroxylase (TH)陽性細胞数を8週齢マウスを用いて調べたところ、雌ではTH陽性細胞数が有意に増加していることが分かった。さらに、胎生15日、生後0日についてもAVPV中のTH陽性細胞数を計測したところ、胎生15日では雌雄間および野生型・CRMP4-KOマウス間にもTH陽性細胞数に違いがなかったが、生後0日では、雌のCRMP4-KOマウスではTH陽性細胞が有意に増加しており、野生型では見られない雌雄差が既に現れることが分かった。これらの結果より、CRMP4タンパク質がAVPVのTH細胞の数の調節に関与していることが明らかとなり、CRMP4タンパク質の新しい機能を発見できた。現在までのところ、ノックアウトマウスを用いたAVPVでの形態的変化については順調に解析が進んでいる。しかし、形態変化をもたらすメカニズムの解明のための実験で苦戦している。24年度が最終年度であるため、記入しない。in vivoでのメカニズムの解明で苦戦しているので、現在、培養神経細胞を用いてCRMP4タンパク質発現をノックダウンし、細胞生存率などの変化を調べることをスタートした。
燃料電池正極用バイオミメティック・カーボン触媒の開発と構造解析

29年度が最終年度であるため、記入しない。はより優れた触媒活性を有することが明らかとなった。また、酸素還元にとどまらず、酸素発生、窒素酸化物還元、二酸化炭素還元も達成していることから計画以上に進展していると判断する。既に、卒業したため、今後の推進方針はない。
地下都市(トルコ共和国デリンクユ)の住環境に関する研究

本研究ではトルコ・カッパドキア地方にあるデリンクユ古代地下都市を対象として、その住環境および安定性についてまとめたものであり、次の順次で研究成果をまとめている。1)カッパドキア地方の地理、地質、気候、火山活動、地震活動等についてまとめ、地下都市成立要因を昼夜の温度差、建材となる樹木が少ない、地質的には掘削しやすい凝灰岩、地震からの避難等の理由と考える事ができることを明らかにした。2)この地方の歴史背景についてまとめた。歴史背景においては、敵からの迫害や周辺国からの侵略から身を守る為に地下に住んだ事の可能性が高いことを示した。3)カッパドキア地方の地下都市に存在する凝灰岩について既存の実験結果と今回行った実験についてまとめ、さらに凝灰岩の長期、短期特性について収集および整理した。また、地下都市の存在する岩盤の評価も行った。4)考古学的見解から、カッパドキア地方を中心にこの地域の鉱山活動についてまとめ、カッパドキア地方周辺の遺跡の出土品と鉱山活動から、この地方において地下空間利用は少なくとも紀元前3000年頃までさかのぼることと結論づけた。5)カッパドキア地域の地下空間利用は1500年前よりも以前であることを紹介し、現代における地下空間利用事例として貯蔵施設,(果物、野菜、ワイン)、地下工場、半地下ホテルやレストラン、半地下住居、地下野菜栽培施設を紹介し、そのメリット・デメリットを論じた。6)デリンクユ地下都市に関して空間形態の分析を行い、実験データをもとに、換気シャフトおよび地下7階ホールの短期、長期安定性についてまとめ、なぜ今日まで地下都市が残っていたのかを力学的に明らかにした。7)住環境に対して本研究で行った計測結果にもとづいて地下都市の換気シュミレーションを実施し、地下都市内部の発熱要素は換気に影響を与える事がなく、外気温が換気に大きく影響を与えており16°C以下という条件で換気が行われていたことを示した。特にこの地方は、年間を通して夜には16°C以下となり換気を損なうことはないことが明らかになった。これらの調査・分析・解析結果からデリンクユの空間形態および1万人以上の人々が生活する事のできる地下都市の換気構造を明らかにし、また、有限要素法解析から、地下都市が安定している事を明確にした。本年度は下記の項目について地下都市デリンクユの調査研究が実施された。1)測量機器を用いて、デリンクユ地下都市の地下空間の幾何学的形態を実測調査した。2)文献による過去のカッパドキア地方の地下空間利用の実態を推定した。3)文献による過去のカッパドギア地方の地下都市の利用の歴史・規模を比較した。4)文献による過去のカッパドギア地方の地下都市の利用の全体を把握した。5)文献および現位置調査によってデリンクユ地下都市での施設・設備の特定を行った。6)環境条件の1次調査としてa)季節ごとの温度・湿度・風速を測定し、数値解析によって換気シミュレーションを行った。b)垂直シャフト周辺の照度・天空率を測定した。c)地下都市近傍のNevsehir市,Urgup町,Derinkuyu町の気象台から十数年の温度・湿度・雨量・気圧の測定結果を収集し、分析を行った。7)文献によるカッパドキア地方の地理・地質をまとめた。

8)デリンクユ地下都市を含め、カッパドギア地方における全ての地下都市が掘削された周辺岩盤について、a)文献による過去の物理・力学・水理・熱特性をまとめた。b)地下都市周辺岩盤から岩石供試体を採集し、物理および短期的力学特性に関して試験を依頼し、その結果を過去の実験結果と比較した。c)現位置における岩盤の力学特性を把握するために、シミット・ハンマーによる指標試験を実施し、深度によってその性質の変化を調査した。d)岩盤に見られる不連続面の方向性・間隔を調査し、周辺岩盤の岩盤分類を行った。e)地下都市に見られた各種の不安定現象が調査・解析した。9)2000年にわたるカッパドギア地方の地震活動を文献により調査・分析した。10)地下都市の建設に影響したと思われる自然環境条件の一つとしてカッパドギア地方に存在する火山の過去における噴火活動について文献による調査を行った。11)地下都市を建設した際に使われた掘削法について調査し、近代的な掘削技術との比較を行った。12)カッパドギア地方およびデリンクユ地下都市周辺における応力状態を文献、地震活動および構造地質的な特徴等によって推定した。本研究ではトルコ・カッパドキア地方にあるデリンクユ古代地下都市を対象として、その住環境および安定性についてまとめたものであり、次の順次で研究成果をまとめている。1)カッパドキア地方の地理、地質、気候、火山活動、地震活動等についてまとめ、地下都市成立要因を昼夜の温度差、建材となる樹木が少ない、地質的には掘削しやすい凝灰岩、地震からの避難等の理由と考える事ができることを明らかにした。2)この地方の歴史背景についてまとめた。歴史背景においては、敵からの迫害や周辺国からの侵略から身を守る為に地下に住んだ事の可能性が高いことを示した。3)カッパドキア地方の地下都市に存在する凝灰岩について既存の実験結果と今回行った実験についてまとめ、さらに凝灰岩の長期、短期特性について収集および整理した。また、地下都市の存在する岩盤の評価も行った。4)考古学的見解から、カッパドキア地方を中心にこの地域の鉱山活動についてまとめ、カッパドキア地方周辺の遺跡の出土品と鉱山活動から、この地方において地下空間利用は少なくとも紀元前3000年頃までさかのぼることと結論づけた。5)カッパドキア地域の地下空間利用は1500年前よりも以前であることを紹介し、現代における地下空間利用事例として貯蔵施設,(果物、野菜、ワイン)、地下工場、半地下ホテルやレストラン、半地下住居、地下野菜栽培施設を紹介し、そのメリット・デメリットを論じた。6)デリンクユ地下都市に関して空間形態の分析を行い、実験データをもとに、換気シャフトおよび地下7階ホールの短期、長期安定性についてまとめ、なぜ今日まで地下都市が残っていたのかを力学的に明らかにした。7)住環境に対して本研究で行った計測結果にもとづいて地下都市の換気シュミレーションを実施し、地下都市内部の発熱要素は換気に影響を与える事がなく、外気温が換気に大きく影響を与えており16°C以下という条件で換気が行われていたことを示した。特にこの地方は、年間を通して夜には16°C以下となり換気を損なうことはないことが明らかになった。
構成的手法に基づく内気な人の予期メカニズム解明と会話支援ロボットの行動モデル確立

最終年度として,本年度は,引き続き,対人コミュニケーションにおいて,内気な人が感じる気おくれや不安,緊張(心理ストレス)の緩和を狙うコミュニケーション支援ロボットのインタラクション評価を行なうとともに,対人コミュニケーションの数理モデルについて検討を行なった.より具体的には次の項目を調査/実験などを行なった.(1)Shyness理論(Buss, 1986),KiSS-18,多次元共感性尺度,対人的自己効力感などの社会スキル尺度の検討や「自己肯定感」「居場所感」などの関連文献を調査し,本研究に対する理論的枠組みの整理を行なった.(2)ロボットとインタラクションする多人数の人間行動を分析し,人の身振りや顔の表情から,心理的ストレスの緩和効果やコミュニケーション意欲の向上に効果的なコミュニケーション支援ロボットの振る舞いを実験から評価した.また(3)2とは対照的に,複数人コミュニケーションにおいて,内気な人の発話躊躇を引き出すような負の効果についても,ロボットとのインタラクション分析から定性的に明らかにした.(4)2, 3の評価実験の結果を定量的に示すために,複数人の発話行動を観察/分析するための情報センシング環境の整備を行なった.(5)4のセンシングデータを分析して,特定の行動が誘発する頻度を測定,統計処理の結果から,2,3の知見が人のコミュニケーションの数理モデル化に有用であることを確認した.(6)シャイな参加者を含む,複数人のコミュニケーション現象について,その様相や相互作用を数理モデルとして定式化できる可能性を確認した.(7)以上の成果について,関連学会での成果発表を行なった.本年度は,対人コミュニケーションにおいて,内気な人が感じる気おくれや不安,緊張(心理ストレス)を緩和することの可能なコミュニケーション支援ロボットを構築した.内気な人の予期メカニズムについて,仮説を立て,心理ストレスの軽減されるロボットの振る舞い(ビヘービア)を評価した.今後は,内気な人の心理ストレスを解消することの可能なロボットの汎用的な行動モデルを構築し,生活支援・教育福祉支援における会話支援ロボットに応用展開する予定である.研究の実績について,より具体的には次の項目を行なった.(1)Shyness理論(Buss, 1986),KiSS-18などの関連文献の整理・社会スキル尺度の検討を行なった.(2)実際の人間行動を分析し,人の身振りや顔の表情から,複数人でのコミュニケーションにおいて心理的ストレスを引き起こしやすいコミュニケーション支援ロボットの振る舞いを明らかにした.(3)2とは対照的に,複数人コミュニケーションにおいて,内気な人の心理ストレスを低減しながら,積極的な発話を引き出すためのコミュニケーション支援ロボットの振る舞いを明らかにした.(4)2, 3の評価実験のために,複数人の発話行動を観察/分析するための情報センシング環境の構築を行なった.(5)4の映像分析を行い,特定の行動頻度を測定,統計処理を行い,評価結果を得た.(6)以上の成果について,関連学会での成果発表を行なった.当初の研究計画に従い,概ね順調に研究が進展している.ただし,下記の点については,当初の計画通りでは無かったため,研究アプローチを変更することで対応した.(1)当初,コミュニケーションの「場面」の違いを変数と捉えたが,研究の進展に伴い,コミュニケーション支援ロボットの「行動パターン」の違いというパラメータに着目することで,より精度の高い分析データを得た.(2)コミュニケーション支援ロボットの行動パターンの生成について,自動制御が困難で精度の良いデータが得られないと判断し,人による遠隔操作手法により制御するWizard of OZ手法を採用した.本年度は,対人コミュニケーションにおいて,内気な人が感じる気おくれや不安,緊張(心理ストレス)の緩和を狙うコミュニケーション支援ロボットのインタラクション評価を行なった.より具体的には次の項目を調査/実験などを行なった.(1)Shyness理論(Buss, 1986),KiSS-18,多次元共感性尺度,対人的自己効力感などの社会スキル尺度の検討や「自己肯定感」「居場所感」などの関連文献を調査し,本研究に対する理論的枠組みの整理を行なった.(2)ロボットとインタラクションする多人数の人間行動を分析し,人の身振りや顔の表情から,心理的ストレスの緩和効果やコミュニケーション意欲の向上に効果的なコミュニケーション支援ロボットの振る舞いを実験的に明らかにした.(3)2とは対照的に,複数人コミュニケーションにおいて,内気な人の心理ストレスを悪化してしまうコミュニケーション支援ロボットの振る舞いも明らかにした.(4)2, 3の評価実験の結果をより明確に示すために,複数人の発話行動を観察/分析するための情報センシング環境の整備を行なった.(5)4のセンシングデータを分析し,特定の行動が誘発する頻度を測定,統計処理の結果から,2,3の知見が有意で有ることを示した.(6)以上の成果について,関連学会での成果発表を行なった.当初の研究計画に従い,概ね順調に研究が進展している.ただし,下記の点については,当初の計画通りでは無かったため,研究アプローチを変更することで対応した.コミュニケーション支援ロボットの行動パターンの生成について,自動制御が困難で精度の良いデータが得られないと判断し,人による遠隔操作手法により制御するWizard of OZ手法を採用した.最終年度として,本年度は,引き続き,対人コミュニケーションにおいて,内気な人が感じる気おくれや不安,緊張(心理ストレス)の緩和を狙うコミュニケーション支援ロボットのインタラクション評価を行なうとともに,対人コミュニケーションの数理モデルについて検討を行なった.より具体的には次の項目を調査/実験などを行なった.(1)Shyness理論(Buss, 1986),KiSS-18,多次元共感性尺度,対人的自己効力感などの社会スキル尺度の検討や「自己肯定感」

「居場所感」などの関連文献を調査し,本研究に対する理論的枠組みの整理を行なった.(2)ロボットとインタラクションする多人数の人間行動を分析し,人の身振りや顔の表情から,心理的ストレスの緩和効果やコミュニケーション意欲の向上に効果的なコミュニケーション支援ロボットの振る舞いを実験から評価した.また(3)2とは対照的に,複数人コミュニケーションにおいて,内気な人の発話躊躇を引き出すような負の効果についても,ロボットとのインタラクション分析から定性的に明らかにした.(4)2, 3の評価実験の結果を定量的に示すために,複数人の発話行動を観察/分析するための情報センシング環境の整備を行なった.(5)4のセンシングデータを分析して,特定の行動が誘発する頻度を測定,統計処理の結果から,2,3の知見が人のコミュニケーションの数理モデル化に有用であることを確認した.(6)シャイな参加者を含む,複数人のコミュニケーション現象について,その様相や相互作用を数理モデルとして定式化できる可能性を確認した.(7)以上の成果について,関連学会での成果発表を行なった.今後は当初の計画通りに研究を進める予定である.今後は当初の計画通りに研究を進める予定である.なお,本研究で構築したコミュニケーション支援ロボットは,日本感性工学会「第6回かわいい感性デザイン賞」として評価された(2018年9月).また,本研究で構築した家族コミュニケーション支援システムの成果発表論文について,HAIシンポジウム2018の優秀論文賞(Outstanding Research Award)に選出された(2019年3月).得られた研究成果データは十分であったが,広く一般に伝えるためには,理解しやすい形にデータの記述方法を整理する必要がある.複雑な記述のままの研究成果・文献を世の中に公開するのではなく,一般に理解しやすい形に記述を整えた後に成果発表する方が妥当と考えた.そのため,研究成果発表のために確保していた旅費の計上を次年度に行なう.(理由)得られた研究成果データは十分であったが,広く一般に伝えるためには,理解しやすい形にデータの記述方法を整理する必要がある.複雑な記述のままの研究成果・文献を世の中に公開するのではなく,一般に理解しやすい形に記述を改めた後に研究成果を発表する方が妥当と考えた.そのため,記述を改めるために時間が必要となり,今年度中に成果発表を行なうことを見送った.従って,今年度の研究成果発表のために確保していた旅費の計上を次年度に行なう.(使用計画)より有益な成果発表を行なうために,前年度に得られたデータ整理を行なった後に,前年度分の成果発表旅費を本年度の旅費として使用する.より有益な成果発表を行なうために,前年度に得られたデータ整理を行なった後に,前年度分の成果発表旅費を本年度の旅費として使用する.
カルシトニン遺伝子関連ペプチドを用いたサルコペニア予防法開発のための基礎的研究

加齢により発症する一次性サルコペニアでは、骨格筋収縮タンパクのうちミオシン重鎖タイプIIb線維が低下することが知られているが、その発症メカニズムは解明されておらず、治療法・予防法も確立されていない。したがって、サルコペニア予防を行うためには、タイプIIb線維を増加させるメカニズムを同定し、タイプIIb線維の減少を防ぐ方策を開発することが必要である。そこで、本研究では運動神経などの末梢神経終末から放出され、骨格筋細胞に受容体が発現しているカルシトニン遺伝子関連ペプチド(CGRP)に着目し、培養骨格筋細胞およびラットを用いてタイプIIb線維を増加させる方策を分子生物学的手法により検討する加齢により発症する一次性サルコペニアでは、骨格筋収縮タンパクのうちミオシン重鎖タイプIIb線維が低下することが知られているが、その発症メカニズムは解明されておらず、治療法・予防法も確立されていない。そこで、本研究では運動神経などの末梢神経終末から放出され、骨格筋細胞に受容体が発現しているカルシトニン遺伝子関連ペプチド(CGRP)に着目し、培養骨格筋細胞およびラットを用いてタイプIIb線維を増加させる方策を分子生物学的手法により検討する
細胞障害性T細胞におけるPD-1受容体とそのリガンドの解析

本年度は、まず、前年度から引き続き、細胞傷害性T細胞とPD-1受容体の抑制性作用に基づいた抗腫瘍免疫療法のために、ヒトへの臨床応用を目指した大腸菌から組み替えPD-1,PD-L1分子(いずれも細胞外領域のみをコードするcDNAを安全性はすでに確立された大腸菌用発現ベクターに導入、前年に京都大学を通して許可を得ており、実験は京都大学で行った)の大量調製を試みた。その結果、この組み替えタンパク質は、試験管内において、PD-1とPD-L1同士が生理的に相互作用すること及び、細胞傷害活性の抑制が抗体と同様に認められ、また哺乳細胞で調整した組み替えタンパク質のほうが、数倍以上、結合力が強く、抑制作用も強いという結果を得た。糖鎖修飾されているタンパク質のほうが利用価値は高いものと示唆された。しかし、一般的には、大腸菌のほうが、タンパク質の大量生成には向いており、現在使用されている多くの抗体医薬品は大腸菌で作られているので、さらに結合力を上げる工夫を施すこと、またより具体的に臨床応用を目指すために本組み替えタンパク質の毒性試験やマウスを用いた動物実験を行うこと、調製した組み替えタンパク質のそれぞれを結晶化し、PD-1/PD-L1との結合部位を明らかにすることが必要であることが考えられた。また、本年度は日本分子生物学会・日本免疫学会、各種研究集会などに積極的に参加し、本研究課題周辺領域の最新情報を積極的に収集し、本研究課題の推進に努めるとともに、大阪大学微生物病研究所免疫化学分野荒瀬尚助教授の指導の下で、ペア型受容体と免疫応答の制御機構に関する研究に従事し、米国の研究者たちが提唱するPD-L1やPD-L2に結合しうる新規な受容体のクローニングを目指して、免疫化学分野で日本学術振興会特別研究員として研究に従事した。当研究室での予備実験の結果から、このような受容体の存在は否定された。T細胞の抗原認識機構における副シグナルにおいて、現在まで様々な試みがなされてきたが、そのほとんどは、感染性病原体を一次処理する貪食細胞に対するT細胞におけるCD28/B7、CTLA4/B7、ICOS/ICOSLなどの作用機序であった。一方、PD-L1、PD-L2分子は免疫系貪食細胞だけでなく非免疫系上皮細胞などに主として発現が認められ、自己免疫疾患や腫瘍免疫において重要な役割を果たしていると考えられる。このように、従来の感染免疫とは異なる状況におけるT細胞の副シグナル経路の研究は系統的にはほとんど行われていない。本年度は、ヒトにおける腫瘍免疫応答制御モデルとして、抗原提示細胞を主に上皮由来悪性腫瘍細胞に絞り、それらの腫瘍細胞とヒトγδT細胞との相互作用に関してPD-1/PD-L1/PD-L2システムの免疫学的意義を統括的に解析する予定だったが、これらの発現を調べた結果、ヒトγδT細胞においては、PD-1受容体ではなくICOS分子の発現が有意に認められたので、ICOS/ICOSLシステムを元にその生理的意義も確認した。マウス及びヒトのPD-1,PD-L1,PD-L2分子の大腸菌における大量発現システムを確立した。具体的には、それぞれの分子の細胞外領域をコードする遺伝子を大腸菌用発現ベクターに組み込み、リボソーム結合部の最適化とコドンインデックスの最適化を行い、各分子を封入体として大量発現させる。次に、アルギニンベースの緩衝液中にてタンパク質の巻き戻しを行い、中圧カラムクロマトグラフィーで精製し、生理食塩水に置換後、フィルターろ過により滅菌した。得られた組み換えタンパク質は、Biacoreシステムとフローサイトメーター法により試験管内で拮抗的に作用することが明らかとなり、以前、当研究室で明らかとなった抗PD-L1モノクローナル抗体投与によるマウスの腫瘍治療モデルに戻り、大腸菌由来タンパク質においても抗体と同様の効果があることを確認した。また、本年度は日本分子生物学会・日本免疫学会、各種研究集会などに積極的に参加し、本研究課題周辺領域の最新情報を積極的に収集し、本研究課題の推進に努めるとともに、大阪大学微生物病研究所免疫化学分野

荒瀬尚助教授の指導の下で、ペア型受容体と免疫応答の制御機構に関する研究に従事し、米国の研究者たちが提唱するPD-L1やPD-L2に結合しうる新規な受容体のクローニングを目指して、免疫化学分野で日本学術振興会特別研究員として研究に従事した。当研究室での予備実験の結果から、このような受容体の存在は否定された。
階層構造化法による自己支持性超分子フィルムの作製とその成形加工

本研究では,ロイシン(Leu)3-6個が連鎖したペプチド誘導体の形成する超分子フィルムを(1)分子構造と超分子フィルムの力学物性の関係、(2)柔軟な超分子フィルムの精密構造解析、(3)柔軟な超分子フィルムの作成条件と成形加工、(4)分子を機能原子団で修飾した分子の合成と利用に向けたフィルム物性の観点から検討した。(1)については,油圧プレスして作製したフィルムについて,フィルム作製時の油圧とフィルムの単位面積あたりの引っ張り強度をグラフ化し,フィルム作製時の圧力が高いほど,引っ張り強度に優れたフィルムになることを明らかにした。(2)については,気水界面単分子膜について,ロイシンファスナーに起因すると考えられる一時的表面圧増加の前後でFT-IRスペクトルを測定するとともに,原子間力顕微鏡(AFM)で表面形態を比較した。その結果,圧力増加後のFT-IRスペクトルに,ロイシン側鎖のメチル基が運動を拘束されることに起因ずる大きな高波数シフトを観察した。すなわち,ロイシン型両親媒性分子は,水面上でまず水素結合による会合体を形成し,表面圧を増加させればこれらがロイシンファスナーで連鎖するという階層構造化を起こしている。AFMによる表面形態観察では,一時的圧力増加前後でフィルムの表面形態が劇的に整うことが明らかになった。(3)については,結晶化しやすいヘキサロイシン誘導体を結晶化能に乏しいオリゴエーテル型カルボン酸と結合することで結晶化を抑制し,強度の高い柔軟なフィルムにが作成できることを明らかにした。また,この際,油圧プレスが塑性加工法としてきわめて有効な手段であることを明確にした。(4)については,パーフルオロアルキル鎖を有するトリロイシン型分子を用い,この分子で単分子膜コートしたガラス基板が大きな撥油性を示すことなどを明らかにした。本研究は数個のロイシンからなるペプチドを部分構造に有する両親媒性分子を用い,水素結合とロイシン側鎖間の噛み合い(ロイシンファスナー)で構造化された柔軟なフィルムを作成するとともにその構造・物性解析を研究目的としている。平成16年度の具体的な研究計画は,1分子構造と超分子フィルムの力学物性の関係,2柔軟な超分子フィルムの精密構造解析,3柔軟な超分子フィルムの作成条件と成形加工の3項目であった。1については現在検討中である。2については,研究計画どおり気水界面単分子膜を作成し,ロイシンファスナーに起因すると考えられる一時的表面圧増加の前後でFT-IRスペクトルを測定するとともに,申請備品として購入した原子間力顕微鏡(AFM)で表面形態を比較した。その結果,圧力増加後のFT-IRスペクトルには,圧力増加前後で共通して水素結合形成が観察されたほか,ロイシン側鎖のメチル基が運動を拘束されることに起因する大きな高波数シフトを観察した。すなわち,用いたロイシン型両親媒性分子は,水面上でまず水素結合による会合体を形成し,表面圧を増加させればこれらがロイシンファスナーで連鎖するという階層構造化を起こしている。AFMによる表面形態観察においても圧力増加後の形態は増加前よりも巨大な平板上形態に変化していた。以上の結果は,ロイシンファスナーの形成を定量的に証明したのみならず,非共有結合性高分子あるいは超分子ポリマー作成の新しい作成法につながる点できわめて重要だと考えている。3については,結晶化しやすいヘキサロイシン誘導体を結晶化能に乏しいオリゴエーテル型酢酸と結合することで結晶化を抑制し,強度の高い柔軟なフィルムにが作成できることを明らかにした。また,この際,申請書にも記載したような油圧プレスが塑性加工法としてきわめて有効な手段であることを明確にした。本研究では,ロイシン(Leu)36個が連鎖したペプチド誘導体を用い,β-シートとロイシン側鎖部分での噛み合い(以後ロイシンファスナーと呼ぶ)を階層化させた超分子フィルムの作製について検討している。