hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
抗がん剤反応性の個体差解明とバイオマーカー開発をめざしたプロテオーム解析

本研究では、プロテオーム解析手法により癌細胞の抗がん剤感受性と相関して発現変動するタンパク質を網羅的に探索し、抗腫瘍効果の個人差解明と薬剤反応性の指標となるバイオマーカーの開発をめざした。研究の結果、ヒト大腸癌細胞における発現量がオキサリプラチンに対する感受性と相関を示すタンパク質を発見し、S100A10タンパク質と同定した。さらに、5-フルオロウラシルやイリノテカン活性代謝物曝露に対して特徴的な挙動を示すバイオマーカー候補タンパク質を新たに見出した。本研究は、抗がん剤感受性と相関して発現変動するタンパク質を見出し、薬効の個人差要因の解明と薬剤反応性の指標となるバイオマーカー開発を目的とする。11種類のヒト大腸癌細胞を用いた検討において、オキサリプラチン感受性と強い相関を示す11.1kDaタンパク質をSurface-enhanced laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry(SELDI-TOF MS)を用いて見出した。平成20年度はこのタンパク質の同定を行った。まず等電点と相対分子質量を推定し、本タンパク質の高発現細胞HT-29および低発現細胞COLO320を比較して、二次元電気泳動法およびLCMS-IT-TOFによりMS/MS分析した。その結果、この11.1kDaタンパク質はprotein S100A10であると同定した。S100A10の発現は、抗S100A10モノクローナル抗体を用いたウエスタンブロット法により確認した。さらに、複数のヒト大腸癌細胞を用いた検討において、オキサリプラチン低感受性細胞では高感受性細胞と比べてS100A10が高発現を示すことを確認し、本タンパク質が薬剤反応性と強く関わっていることが示唆された。次年度は、S100A10の機能解析、薬剤反応性に関わる機序解明を進めるとともに、患者の血液試料中におけるS100AlO発現について検討する。本研究は、抗がん剤反応性に関する個人差要因の解明と薬剤反応性の指標となるバイオマーカー開発を目的とする。大腸がん治療の標準療法に用いられるオキサリプラチン(L-OHP)を研究対象とし、ヒト大腸がん細胞を用いて、抗がん剤感受性と相関を示すタンパク質を網羅的に探索した。その結果、抗がん剤感受性と発現量が強く相関するタンパク質を見出し、平成20年度の本研究でLCMS-IT-TOFを用いたプロテオーム解析により、このタンパク質をS100A10と同定した。平成21年度は、L-OHPに加えてイリノテカン活性代謝物SN-38および5-FUについて、S100A10との関わりについて検討した。その結果、S100A10発現量と5-FU感受性とは相関せず、L-OHPに特異的なタンパク質であることを明らかにした。さらに、S100A10とAnnexin A2の発現量は強い相関を示し、細胞内で両者が何らかの相互作用を有していると推論された。さらに、抗がん剤高感受性の細胞と低感受性の細胞を用いて、細胞内タンパク質発現プロファイルの変化を網羅的に比較し、surface-enhanced laser desorption/ionization time-of-fight mass spectrometry(SELDI-TOF MS)を用いたプロテオーム解析を行った。L-OHPと5-FUの併用条件において、抗がん剤曝露後に発現が変化する15種類のタンパク質を見出した。SN-38と5-FUの併用では3種類のタンパク質を見出した。次年度において、これらの新規タンパク質の同定を進めるとともに、臨床検体を用いるトランスレーショナル研究を実施し、S100A10の大腸がんにおける抗がん剤反応性診断マーカーとしての臨床応用可能性について検討する。本研究は、抗がん剤反応性の個人差解明と薬剤反応性の指標となるバイオマーカー開発を目指ざすものである。ヒト由来の大腸癌細胞において、オキサリプラチンに対する感受性と相関するタンパク質S100A10を見いだした。このS100A10の発現様式と機能解析を進めるとともに、ヒト血液中での測定法を開発し、薬剤反応性診断マーカーとして臨床応用に向けた検討を行った。1.S100A10タンパク質の発現と機能の解析:S100A10は細胞内で単独あるいはAnnexinA2(A2)と複合体を形成して存在する。siRNAによりA2の発現をノックダウンした結果、A2に加えてS100A10の発現も低下し、抗がん剤に対する感受性は増大する傾向を示した。2.S100A10発現はオキサリプラチンに対する感受性とは相関したが、5-FU感受性とは相関しなかった。3.大腸がん細胞培養上清におけるS100A10の検出:S100A10高発現細胞株(HT29およびDLD-1)の培養上清をウエスタンブロット法により分析した結果、S100A10が検出され、S100A10は細胞外へ分泌される可能性を見出した。4.ヒト血清からのS100A10

検出の試み:慶應義塾大学医学部倫理委員会にて承認を得たヒト血液検体をSELDI-TOFMS法によって分析したところ、S100A10にほぼ一致する11kDa付近にピークを検出した。S100A10測定系の開発:ヒト血液中におけるS100A10の分析およびオキサリプラチンによる治療成績との関連性を検討する目的で、サンドイッチELISAを構築中である。
エピジェネティック解析技術を用いた心不全の病態解明と新規治療法の確立

我々はこれまでに心不全特異的なエピジェネティック変化として、ヒストンH3リシンK4のトリメチル化、H3K9のトリメチル化変化を同定した。H3K9のトリメチル化状態に影響を及ぼすことが示唆されるメチル基転移酵素阻害薬(Chaetocin)が、遺伝性食塩感受性高血圧ラットにおいて、心不全の予後改善効果を有するか否か検討した。Chaetocinは不全期における心臓収縮能を改善させ、長期投与した動物では、生存期間も延長傾向を示した。心不全の病態には、エピジェネティックな変化のうち、核内ヒストン蛋白のアセチル化が重要な役割を果たすと、これまで国内外より報告されてきた。しかしながら、我々が検討した、疾患モデル動物であるDah1ラットの心筋を試料としたChIP-on-chipの解析結果からは、ヒストンのアセチル化よりも、ヒストンH3リジンK4(H3K4)のトリメチル化およびH3K9のトリメチル化領域が不全心と正常心で大きく異なることが明らかとなった。2009年度は、H3K9のトリメチル化に影響を及ぼすことが予測されるヒストン修飾酵素の阻害薬(Chaetocin:H3K9ジメチル化→トリメチル化をきたすSuv3.9の酵素活性を阻害)を、Dah1ラットに腹腔内投与し、心不全の病態に及ぼす影響を検討した(各群n=2)。Chaetocinの投与により、心不全期のラットにおいて、心重量/体重量比の増加が抑制され、心房性Na利尿ペプチド遺伝子の心筋内発現上昇が軽度に抑えられた。さらに、心エコー上、Chaetocinを3週間投与した群で、左室駆出率(Ejection fraction: EF)に回復傾向が認められ、より長期間(7週間)投与した群では、ほぼ正常レベルまでEFが復することも明らかとなった。現在のところ検体数が少なく、今後さらに検体数を増やし観察期間も延長した追跡が必要であるが、ヒストン修飾酵素阻害薬(H3K9のメチル基転移酵素阻害薬)が心不全の予後を改善しうる可能性が示唆された。2009年度の研究成果として、H3K9のメチル基転移酵素阻害薬であるChaetocinは遺伝性食塩感受性ラットにおいて、心不全の予後改善効果を有する可能性が示唆された。2010年度は、検体数を増加させ、累積生存期間を観察するとともに、Chaetocinの投与による血圧変化の有無、DNAマイクロアレイによる網羅的遺伝子発現解析を行った。生存期間を評価するためのクールでは、高食塩負荷群のラットがすべて死亡するまで飼育を継続した。累積生存期間(各群n=45)は、Chaetocinの投与期間に比例して、生存期間の延長傾向が認められた。また、8週、10週、13週齢の時点でSoftron社の非観血式自動血圧測定装置を用いてtail-cuff法によりラットの血圧を測定した。高食塩負荷群のラットの血圧は、負荷後数週間で速やかに上昇したが、Chaetocinの投与は、長期投与・短期投与のいずれにおいても血圧に明らかな影響を及ぼさなかった。すなわち、Chaetocinは降圧作用以外の機序により、不全期心筋の収縮能を改善し、心不全の予後を改善しうる可能性が示唆された。これまで、心疾患の病態に深く関与することが報告されてきたアセチル化を制御するヒストン脱アセチル化酵素阻害薬のみならず、我々が心不全特異的エピジェネティック変化の一種として同定したヒストンH3K9のTM状態を制御するヒストンメチル基転移酵素の活性阻害は、心不全の新規治療法として、今後も検討を深めていく価値があると考えられた。
デルフィニウムにおけるポリアシル化アントシアニン生合成遺伝子の全解明

園芸植物で青い花として人気があるデルフィニウムは、生体内において、violdelphinやcyanodelphinとよばれるdelphinidinの7位がグルコースとρ-hydroxybenzoic acid(pHBA)で複雑に修飾されたポリアシル化アントシアニンを合成することで、青い花色を呈する。Cyanodelphinはvioldelphinを経由して合成されると推測され、前年度の研究において、violdelphinは、delphinidinの3位が配糖化された後、delphinidinの7位が、生体内に蓄積しているアシルグルコースの1種であるρ-hydroxybenzoyl-glucose(pHBG)をグルコース供与体とする配糖化酵素と、同じくρ-hydroxybenzoic acid(pHBA)供与体とするアシル化酵素が連続的に交互に働き、1分子ずつ修飾することで、合成されることを見いだした。本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。デルフィニウムは、植物色素であるアントシアニンの7位に2分子以上のp-hydroxybenzoic acid (pHBA)を修飾させたvioldelphinやcyanodelphinと呼ばれるポリアシル化アントシアニンを合成し、青い花色を発色する。当研究室では、2010年にデルフィニウムにおいてアントシアニン7位の配糖化がアシルグルコース依存型の配糖化酵素によって触媒されることを見出したが、7位配糖化後におけるポリアシル化機構については明らかにされていない。本研究では、青色デルフィニウム萼片から調製した粗酵素液を用いて、アントシアニン3,7-ジグルコシドを受容体、p-hydroxybenzoyl-glucose (pHBG)を供与体とした反応において、反応時間に依存して、アントシアニン7位に結合したグルコースにpHBAが結合し、次にpHBAに新たなグルコースが結合し、そして2つ目のグルコースに対して2つ目のpHBAが結合する計3つの反応を検出した。これら各々の反応を触媒する、配糖化酵素とアシル化酵素をディジェネレートPCR法により単離し、配糖化酵素については、大腸菌組換え酵素を用いた生化学的解析、アシル化酵素については、pHBAが修飾されていないアントシアニンを蓄積するデルフィニウム品種を見いだし、遺伝学的解析を行うことにより同定することに成功した。また、様々なデルフィニウム品種の色素解析を行った結果、7位が何の修飾もされていないアントシアニンを蓄積するモーブ色を呈した数品種を見いだし、この原因について解析してみたところ、これらの品種では、pHBGが蓄積されておらず、これはpHBAを受容体、UDP-グルコースを供与体としてpHBGを合成する配糖化酵素遺伝子の発現が、青色デルフィニウムのそれに対して、消失あるいは著しく減少した結果であることを明らかにした。すなわち、アントシアニン7位ポリアシル化機構において、先行研究で明らかにされたアントシアニン7位配糖化反応と、本研究で見出された1つ配糖化反応と2つのアシル化反応では、pHBGが必要不可欠であること、そしてグルコース供与体とpHBA供与体という1物2役を果たす鍵化合物であることを明らかにした。アシルグルコース依存型のアシル化酵素と配糖化酵素の存在は認識されているが、現在までの報告はどちらか1つの反応に着目したものであり、本研究では、明らかとなっていなかったアントシアニン7位ポリアシル化機構を明らかにするとともに、アシルグルコースの1種であるpHBGがアシル化酵素と配糖化酵素の共通の供与体として認識されることを初めて見出し、その価値は大きく、pHBGはZwitter Donorであるという新しい概念を提案した。Cyanodelphinはvioldelphinを経由して合成されると考えられており、本研究では、violdelphinまでの生合成過程について明らかにしたが、その後の修飾反応についてはpHBGを供与体とした反応系では酵素反応産物を検出することはできなかった。このことからvioldelphin以降の修飾反応では、pHBG以外の物質が供与体として機能すると考えられる。当研究室では、violdephinを蓄積する品種を見いだしており、おそらくこの品種には、viodelphin以降の修飾に必須である供与体が蓄積していると考えられ、この品種の萼片抽出物を用いて、viodelphinからcyanodelphinに至る生合成過程を明らかにする。
燐酸化による電位依存性K^+チャネルの機能修飾の点変異導入法による解析

本研究は、軟体動物アメフラシの中枢神経系においてクローニングされたK^+チャネル(AKvl. 1a)を用いて、電位依存性K^+チャネルの不活性化機構においてみられる燐酸化による機能修飾を、分子レベルで明らかにすることを目的とした研究の一環として行ったものである。アフリカツメガエル卵母細胞をチャネルの発現系として用いることで、プロテインキナーゼC(PKC)活性化剤によりAKvl. 1aのアミノ末端依存性不活性化機構が機能修飾されることを明らかにしており、またいくつかの燐酸化変異体の作製も行っているので(Furukawa et al. 1995)、本研究では、まずAKvl. 1aの機能を、無細胞系でのチャネル電流記録を含むパッチクランプ法により更に詳細に解析することを進めた。その結果、AKvl. 1aの不活性化機構において、以下のような新たな知見が得られた。AKvl. 1aの不活性化からの回復過程は、生理的な条件下(外液低K^+濃度、活動電位に相当する短い脱分極)ではきわめて遅く、1Hz以下の低頻度の繰り返し脱分極パルスによっても、容易に不活性化状態のチャネルが蓄積するために活性化しうるチャネル数が激減する。この現象は、細胞外のK^+濃度に依存しており、その濃度が高まると、不活性化からの回復が速まり、より高頻度の繰り返しパルスを与える事が可能になる。この性質はアミノ末端欠失変異体ではみられないので、AKvl. 1aが示すアミノ末端依存性不活性化機構の性質を示すものである。これらの成果は、J. Neurophysiology誌に発表した。現在、この機構とPKCによる機能修復の接点を解析するために、PCR法をもちいた新たな変異体の作製を含む研究を継続している。
家族介護力に依拠しない地域生活支援:ニュージーランド精神障害者地域生活支援調査

本年は国内外分担・協力研究者と、(1)関連資料の収集と分析を実施、(2)研究方法・倫理的配慮等につき検討を加え、(3)研究対象地域及び協力機関との連携につき一定の合意に達した。(4)同時に援助専門職から聞き取りや視察を実施し本邦における精神障害者の地域生活環境の脆弱性について確認した。(5)また研究代表者は夏期1ヶ月New Zealandに滞在、現地協力研究者と精神障害者のHRQOLの構成要素及びOutcome Measurementならびに上記(2)について討議し、Christchurchで地域生活支援を実施する2機関と連携関係構築に成功した。特にRichmond New Zealandだけでなく、ComCare Trustとの関係強化を図り、多方面から理解を深める努力を行った。以上の研究から、精神障害者のWell Being向上のための重要な要素は(1)Good Job, (2)Good Home,(3)Good Health,(4)Belonging,(5)Freedom,(6)Leisure,(7)Listening, (8)Hope,という多面的なものであり、それら全てへの支援が重要かつ不可欠であることを明確化した。またComCare Trustでの調査から、住まいや就労・就学のみならず、余暇活動まで視野にいれた支援が実施されていることが確認できた。これらの結果から精神障害者が地域生活に移行し、それを継続するためには多面的支援が必要であり、同時にHRQOLを環境面のみに焦点づけるだけでは十分ではないこと、さらには福祉的支援における環境とは何かという課題も明らかとなった。本邦における世帯構成員数の減少からも、家族介護力に依拠しない地域生活支援を多面的に進めてゆく必要性は顕著であり、文化的背景を考慮しつつ、今後も上記の課題について研究を深め、本邦に紹介し還元してゆく必要性を強く感じている。
統合的薬理学的Preconditioningに関する研究

ラットの摘出心に5分間虚血と5分間再灌流を3回繰り返すことによりischemic precondition(以下IPC)を導入、30分虚血、再灌流後の左室機能を心室容積測定装置にて測定し、その回復率とtriphenyltetrazolium chloride(TTC)染色法にて求めた梗塞サイズから心筋保護効果を評価した。その結果としてIPCを導入した群で有意に回復率が上昇し、有意に梗塞サイズが減少し、IPCの心筋保護効果が示唆された。また、心筋においてprotein kinase C、p38MAP kinaseの活性を免疫沈降法、免疫電気泳動法にて測定し、それらのシグナルの選択的阻害剤を用いてシグナル活性化と心筋保護効果との因果関係を検討した。次に薬理学的preconditionのシグナルの解析のために、adenosine、nitric oxideおよびミトコンドリアKATPの選択的開放薬であるdiazoxideをそれぞれ単独または組み合わせて投与し、それにより惹起されるシグナルを解析し、IPCによって活性化されるシグナルとの相違を検討し、解析したシグナルと心筋保護効果との因果関係をそれぞれの選択的阻害剤を用いて評価検討した。KATPチャンネルはIPCの引き金でもあり、最終効果機構でもあるといわれている。このことを検討するためにdiazoxideを虚血前後に投与し、KATPチャンネル活性化状態と心筋保護効果との関連を検討した。KATPチャンネル活性の指標としてミトコンドリアのフラビタンタンパクの酸化状態を細胞内イオン解析装置を用いて測定している。薬理学的preconditioning法がIPCと同様に遅発性preconditioningを惹起しうるかをラット心モデルで検討した。ラットの摘出心に5分間虚血と5分間再灌流を3回繰り返すことによりischemic precondition(以下IPC)を導入、30分虚血、再灌流後の左室機能を心室容積測定装置にて測定し、その回復率とtriphenyltetrazoliumchloride(TTC)染色法にて求めた梗塞サイズから心筋保護効果を評価した。
家庭福祉の方法論のもつ固有性についての基礎的研究

<研究目的>ソーシャルワーク援助を要する家庭や家族は、困難を抱えながらも複数の問題を重複して抱えることで、外部社会へ支援を求めたり、援助者を家庭へ招き入れたりすることができずにいる状況がある。本研究は、ソーシャルワークの方法論としての家庭福祉の視点がもつ、問題把握や問題解決のための資源の位置づけの固有性を抽出することを目的とした。具体的には、家庭福祉の概念や方法についての基礎的な情報の収集・整理を行うことを課題とした。<研究成果>1.家庭福祉研究の日本語・英語文献情報の集積とまとめ。ソーシャルワーク研究領域内において、児童、高齢者、障害問題など対象の多様性、また伝統的な社会福祉援助の方法における個別性を重視する視点から、法制度や施策等の社会システムに比重をおく視点までの多様性、またソーシャルワーク隣接領域である、家族論や家族集団論等の社会学研究領域、親族扶養等の法学研究領域、健康概念や精神保健問題等の医療保健領域等の多様性を把握できる文献情報の収集を行うことができた。2.国内のソーシャルワーク援助実践への訪問と聞き取り調査とまとめ。国内のソーシャルワーク実践者への聞き取りを行うにあたり、2004年度より予算化された家庭支援専門相談員が児童福祉施設においてどのような位置づけを今後行っていくのかを中心として生活型施設である児童養護施設等における実践者に聞き取り調査を実施した。あわせて、児童福祉実践に関わる視点からとらえられる家族問題や家族福祉概念、家族支援の視点について聞き取りを行った。3.研究の総括ソーシャルワークの方法論としての家庭福祉の視点や方法がもつ固有性について基礎的情報を収集することができた。また家庭福祉の方法論の固有性について、社会環境及びシステムについての鍵概念、援助利用者の社会関係についての鍵概念、方法論についての具体例等を考察することができた。<研究目的>近年、社会福祉援助活動において、当事者の家族関係や家族の生活状況への視点が重要視されている。社会福祉相談機関等でも、児童虐待等の家族問題への予防的問題発見的な援助において、家族や家庭への支援が不可欠となっている。一方、家族のあり方の多様化により、家庭福祉理論が固有の援助対象として家族や家庭を設定していく方法論の検討が必要である。本研究では、家庭ソーシャルワークがいかにアプローチとして固有性をもちうるのかについての検討を行うことを目的としている。まず、既存の研究成果において、家庭福祉ニーズの把握や援助方法の特徴をどのように見出してきたのかを整理する。次に、社会福祉援助機関および施設等における相談援助において、家庭福祉ニーズや家族の生活状況・生活課題をどのように扱ってきているのかについて聞き取り等により特徴を整理する。<研究成果>1.家庭福祉研究の文献のリスト化国内及び国外(北米と西欧の英語文献)のソーシャルワーク研究文献、社会学文献等より、家庭福祉及び家族福祉のニーズや援助方法について理論化を試みている文献情報をデータベースより収集を行い、分類整理、リスト化をすすめている。2.基幹的な家庭福祉文献及び実践報告等の資料の入手作成しているリストのなかから特に、家庭福祉の一般化理論に取り組んでいる文献、及び家庭福祉ニーズ等についての情報を科学的に把握・記録を試みている相談援助の実践報告の入手をすすめている。3.相談援助の方法論についての聞き取り調査のための準備家庭福祉相談援助の一例として、母子自立支援員の業務内容や家庭福祉問題及びニーズの把握方法について、行政機関担当者より聞き取りを行い、資料の収集を行った。さらに、次年度以降予定の聞き取り調査先の選定のため、相談機関・施設のリスト化をすすめている。<研究目的>社会福祉援助活動、とりわけ相談援助活動において、児童虐待等の家族問題への予防的問題発見的な援助の重要性が高まっている。援助を要する家庭や家族は、困難を抱えながらも複数の問題を重複して抱えることで、外部社会へ支援を求めたり、援助者を家庭へ招き入れたりすることができずにいる状況がある。こうした家族は多問題家族として、社会福祉援助の利用へのサポートとともに、複数領域の専門職の連携的関わりの必要性をもっ。本年度は、その最も特徴的な対象として多問題をかかえる家族への関わりと家族のもつストレングス(むすびつきの強さや問題対処への力)の考え方に焦点化して研究・実践情報の収集に取り組むことを目的とした。<研究成果>1.相談援助活動の現状についての聞き取り多問題を抱えた家族への相談援助活動の現状について次の対象を設定した。わが国における援助の実際例として母子生活支援施設、北米の家族援助実践の例として「家族保全」プログラムの研究に詳しい研究者、そして英国における実践例として民間援助団体それぞれに対して、現状の視察および実践の現状についての聞き取りを行った。2.家庭福祉研究情報及び資料の収集多問題を抱える家族への援助の方法論について、英国のFamily Service Unit(FSU)についての情報収集を行った。関係文献を収集するとともに、英国リバプール大学所蔵のFSUアーカイブにおいて資料収集を行った。また、北米の家庭福祉実践の代表例として、「家族保全」プログラムについての情報収集を行った。3.家庭福祉研究文献のリスト化ソーシャルワーク研究、家族療法研究等の関係領域の文献情報を収集し、リスト化の作業を継続した。

具体的には、家庭福祉の概念や方法についての基礎的な情報の収集・整理を行うことを課題とした。<研究成果>1.家庭福祉研究の日本語・英語文献情報の集積とまとめ。ソーシャルワーク研究領域内において、児童、高齢者、障害問題など対象の多様性、また伝統的な社会福祉援助の方法における個別性を重視する視点から、法制度や施策等の社会システムに比重をおく視点までの多様性、またソーシャルワーク隣接領域である、家族論や家族集団論等の社会学研究領域、親族扶養等の法学研究領域、健康概念や精神保健問題等の医療保健領域等の多様性を把握できる文献情報の収集を行うことができた。2.国内のソーシャルワーク援助実践への訪問と聞き取り調査とまとめ。国内のソーシャルワーク実践者への聞き取りを行うにあたり、2004年度より予算化された家庭支援専門相談員が児童福祉施設においてどのような位置づけを今後行っていくのかを中心として生活型施設である児童養護施設等における実践者に聞き取り調査を実施した。あわせて、児童福祉実践に関わる視点からとらえられる家族問題や家族福祉概念、家族支援の視点について聞き取りを行った。3.研究の総括ソーシャルワークの方法論としての家庭福祉の視点や方法がもつ固有性について基礎的情報を収集することができた。また家庭福祉の方法論の固有性について、社会環境及びシステムについての鍵概念、援助利用者の社会関係についての鍵概念、方法論についての具体例等を考察することができた。
細胞シート工学によるハイブリット型人気管・気管支の開発

家兎の気管を摘出し、酵素処理にて上皮細胞を単離し、培養を開始した。初代培養開始後2週間に、温度応答性培養皿に継代し、継代後2週間に気管上皮細胞シートを回収した。回収した細胞シートは免疫組織学的染色、パンサイトケラチン陽性、ビメンチン陰性であった。この細胞シートを、4週間、家兎頸部、胸鎖乳突筋上に埋め込んだポリプロピレン・モノフィラメントにより補強されたリング付き合成繊維性人工血管内腔に貼付し、人工気管とし、頸部気管の置換、気管形成術を行った。移植2週間後、気管支鏡にて人工気管内を観察すると、シートは確認可能であった。移植後4週に人工気管を、摘出し、組織学的、免疫組織学的に評価すると、単に、人工血管により気管を吻合した場合、内腔への気管上皮の進展は吻合近傍のみであったが、他の部分では、幼若な上皮あるいは上皮の被覆は認めらないが、温度応答性培養皿から作成、回収した気管上皮細胞シートを人工血管内腔に貼付した場合、細胞シートを貼付した人工気管は、移植部に成熟、分化した多列円柱上皮が生着し、上皮化を認めた。このことより、手術から早期の段階で、気管上皮細胞シートにより、繊毛円柱上皮による気道のクリアランスを合わせ持つ、すなわち、気管上皮を内腔に有する人工気管の可能性が示唆された。日本呼吸器内視鏡学会認定医指導医大会、日本胸部外科学会にて、人工気管について発表を行った。家兎の気管・気管支より、気管・気管支上皮を採取し、細胞を培養、継代するととができた。培養細胞の細胞浮遊液を人工血管内に注入し、上皮の生着をヌードラットを用いた実験で確認した。径68mmのリング付き、ポリエステル製、ニット織りの高分子製人工血管を家兎頸部に埋め込み、胸鎖乳突筋に固定することで、人工血管中心部への周囲からの血流(血管新生)が可能であった。その人工気管を家兎頸部気管に移植したところ、2週間から9週間の生存を得られた。気管支鏡で内腔を観察したところ、咳そう反射にても、リング付き人工血管は虚脱することなく十分な強度で内腔の保持が可能であった。軟骨細胞により、細胞シートを作成し、軟骨細胞シートを3次元マニピュレーション化させ、積層し、ラットの胸腔内に塗布したところ、2週間目より軟骨は顕微鏡で確認可能となり、4週間目には軟骨細胞はほぼ細胞シート全体に肥厚するように発達していた。今後、気管・気管支軟骨を胸腔内の培養から埋め込んだ人工血管の内腔を被覆させる予定である。現在、気管・気管支上皮細胞シートの培養は継続中であり、温度度応答性培養皿から回収した細胞シートの病理学的評価、細胞シートの回収および人工血管の内腔への被覆および生着率の評価を行っている最中である。また、共培養した軟骨細胞シートをさらに、生体内で、筒状にする実験を継続中である。日本呼吸器内視鏡学会、日本胸部外科学会で人工気管に関する発表を行った。
大腸腫瘍に対する非侵襲的診断方法による総合的診断の確立

大腸癌死亡を下げる最も効果的な方法は的確な非侵襲的スクリーニング法の開発である。我々は、便中の剥離された癌細胞からのDNAメチル化を検出する技術を開発し、その効果の検討を行ったまず、便中ヒト由来DNAの異常メチル化を測定するために新規スクリーニングツールの開発を行い、その手法を用いて、胃癌、結腸直腸の腫瘍を伴う患者および健常者から得られた合計、296の便サンプルの解析を行った。その結果、胃癌を持った患者の57.1%、結腸直腸癌を持った患者の75.0%、および結腸直腸のハイリスクアデノーマを持った患者の44.4%を我々の開発したスクリーニング法にて検出可能であった。私たちの開発した非侵襲的便中DNAメチル化分析法は、結腸直腸の腫瘍だけでなく胃癌も高感度にスクリーングすることが可能であり、次世代スクリーニングツールとして期待される。本研究は、大腸癌を便中に存在するヒト由来のDNAを増幅することにより効率よく検出する方法の開発及びその効果の確認である。検出技術には、我々が開発した簡便な便中の癌由来DNAのメチル化検出法による大腸癌スクリーニング方法を用い、大規模研究により検証することを目的とする。我々の研究における検体収集に参加予定の病院は、当初では、岡山大学病院、上海交通大学附属新華病院(中国)を予定していたが、平成21年から上海交通大学附属新華病院(中国)を除外することになった。代わりに、CanadaのPatrick Barnabe医師の協力を得て、Canadaからの検体を本研究に参加させることになった。現在、検体はカナダから100例、日本から300例収集しており、随時解析を子なっている。また、技術的なブレイクスルーとして、今までは、便を採取するさいに、ある程度の量を必要としていた。これが実際に大規模の人数による研究を行う場合の問題点であった。我々は、現行の糞便収集を行いながら、この問題に対し鋭意真剣に取り組み、画期的な技術を開発した。この開発技術により、今後はおそらくFOBTとほぼ同等量の便検体にて解析可能となる。現在、この技術の追試を行っている。また、この新方式の採集キットを併せて開発し、現在、関係病院に新たに配布中である。加えて、バイオマーカーに関する部分のブレイクスルーをここに報告する。我々は、新しい概念に基づくバイオマーカーを選出し、良好な結果を得た。そのため、現在は、この新バイオマーカーセットに切り替えて、解析を行っている。現在、検体はカナダから100例、日本から300例収集しており、随時解析をおこなっている。また、この新方式の採集キットを併せて開発を行っている。そのバイオマーカーを用い、解析を行った結果を2009年Journal of the National Cancer Institute誌上にて発表を行った。

我々は、合計296の便検体の解析を行った。尚、この296例はすべて、大腸内視鏡と上部消化管内視鏡の両方を施行され病変の確認をしいている。この296の便検体には、84例の大腸癌患者(CRC)からの、56例の大腸腺腫患者(NAAおよびAA)からの、12例の大腸過形成ポリープ患者(HP)からの、4例の虚血性大腸炎患者(IC)からの、2例の潰瘍性大腸炎(UC)からの、21例の胃癌患者(GC)からの、4例の胃十二指腸潰瘍患者(GDU)からの、そして113例の内視鏡上なんらかの新生物または活動性病変を認めなかった患者(N)からの便が含まれている。RASSF2/SFRP2のRegion1及びRegion2の増幅率(Recovery status)およびメチル化ステイタス(Methylation status)結果をFigure 5に示す。RASSF2/SFRP2のRegion1及びRegion2の増幅可能であった領域の合計をRecovery Scoreと、また、RASSF2/SFRP2のRegion1及びRegion2のメチル化の認められた領域の合計をMethylation Scoreと定義すると、Figure 5のCおよびFに認められるように、Recovery Score・Methylation Scoreともに大腸に関しては、腫瘍の進行度につれてScoreは増加することが示された。Methylation Score1以上は、胃癌の57.1%の便に、大腸癌の75.0%の便に、そして、進行大腸腺腫の44.4%の便に認められたのに対し、内視鏡上なんらかの新生物または活動性病変を認めなかった患者からの便では10.6%認めるのみであった。以上、我々の開発した便中ヒトメチル化DNA検出法は大腸癌だけでなく、胃癌をも検出可能であることを示した。この驚くべき結果は、便を調べることにより、大腸以外の消化器がん、例えば膵癌をもスクリーニングできる可能性を示した。
cdc25BフォスファターゼによるG0期制御機構の解析

真核生物の発生と形態形成の機構を解明するには、個々の細胞の増殖と分化の普遍的な制御機構の解明が必要不可欠である。我々は分裂酵母を用いて高等動物細胞の増殖と分化の制御因子のスクリーニングを行い、これらの分子機構の解明を進めている。今年度は以下に述べる結果を得た。1)分裂酵母の栄養増殖と性分化の制御機構の突然変異体であるPat1株を用い、ラットの遺伝子ライブラリーからRod1を単離した。この遺伝子はRNA binding proteinをコードしており、分裂酵母の遺伝子ライブラリーから同様のスクリーニングで得られたNrd1と構造的類似点を持っていた。またPat1変異の抑圧活性、Nrd1欠損株の相補活性もNrd1とRod1は類似しており、Rod1はNrd1のラットホモログであると考えられた。Rod1は高等動物においてはリンパ系によく発現しており、分化誘導により分子量が大きく変動する事からリンパ系の分化に深くかかわっている事が示された。2)高等動物細胞のDNAダメ-ジのチェックポイント機構がDNA合成以前に存在すると考えられていたが、我々はそれがCdk4キナーゼによるものである事を以下の方法で同定した。Cdc25脱燐酸化酵素による抑制がきかなくなった活性型Cdk4キナーゼを細胞内に導入することによりチェックポイントが働かなくなる事を確認した。これにより染色体異常の比率が上昇する事をあわせて確認し、このチェックポイントの機構が癌化に深くかかわっている事を示した。
水環境中のインフルエンザウイルスおよび抗インフルエンザウイルス薬の網羅的探索

本研究は、インフルエンザ流行時に水環境中より検出される抗インフルエンザウイルス薬に着目し、関連ウイルスの探索を同時に行いこれらに関する知見を得ることを目的としており、平成30年度においては以下の成果が得られた。1、河川水中インフルエンザウイルスの継続的探索確立したウイルスの高感度測定法を用いたインフルエンザウイルスの探索を実施した。昨年度までに得られた知見より河川水の前処理法として「凍結乾燥処理」と「捕捉濃縮精製法」の2段階濃縮を行い、濃縮率を高めた。インフルエンザ流行時において1週ごとに採水した試料4点中、H3亜型が1点、H1N1pdm09亜型が3点検出された。これらはごく微量であり環境への影響はないと考えられる。また、これらの検出は大阪府感染症情報センターが公表しているインフルエンザウイルス検出数のデータと一致しており、これらのウイルスがヒト由来であることは間違いがない。下水道普及率が100%に近い都市部においてこれらのウイルスが検出されるのは、下水配管のミス等により、少量の下水が河川に直接流入している可能性が高いと考える。2、モニタリングによる水環境中濃度の把握国立感染症研究所は2017/18年シーズンにおいて全国で過去最多のインフルエンザ患者が発生したと報告した。大阪府においても2017/18年シーズンにおけるインフルエンザ流行指数は最高の45を記録したが2018/19年シーズンはさらにそれを上回り48を記録した。これに伴い、河川水中における抗インフルエンザウイルス薬の濃度も非常に高く、2017/18年、2018/19年シーズンともに高濃度で検出された。これら抗インフルエンザウイルス薬による毒性等の直接的な影響がないと考えるが、ウイルスへの耐性リスクが懸念されるため、継続的なモニタリングの重要性が明らかとなった。本研究は、インフルエンザ流行時に水環境中に放出されている抗インフルエンザウイルス薬に着目し、耐性ウイルスの探索を同時に行うことで、水環境中のインフルエンザウイルスの消長および抗インフルエンザウイルスの動態について知見を得ることを目的としている。平成27年度においては以下の成果が得られた。1、リアルタイムPCRによるウイルスおよび耐性遺伝子の高感度測定法の確立水環境中における対象ウイルスおよび遺伝子はごくわずかに存在していることから、これらの濃縮を行う必要がある。数種の濃縮可能な方法について検討を行った結果、「陰電荷膜法」を採用した。本方法による水道水を用いた添加回収試験において、8倍程度の濃縮が可能であった。インフルエンザウイルスはノロウイルスやアデノウイルスに比べウイルスが壊れやすく、8倍に濃縮できたことは十分な成果であるといえる。2、新薬を含む抗インフルエンザウイルス薬の一斉分析方法の確立先行研究において確立しているタミフルおよびリレンザの分析方法(代謝物質を含む3物質)に、新薬であるイナビルおよびラピアクタを加えた代謝物質を含む6物質の一斉分析方法を確立した。対象となる物質はウイルスと同様に環境中濃度がごくわずかなため、固相抽出法による濃縮の最適化を行った。これにより100倍の濃縮が可能となり、バックフラッシュによる溶出を採用することで高い回収率が得られた。河川水を用いた添加回収試験の結果、回収率が61%から98%の間となり、十分な測定が可能となった。本研究は平成27年度から平成30年度を期間とする研究であり、平成27年度は初年度である。平成27年度における研究目標である、1リアルタイムPCRによるウイルスおよび耐性遺伝子の高感度測定法の確立、および2新薬を含む抗インフルエンザウイルス薬の一斉分析方法の確立、のそれぞれについて十分な成果が得られたため、進捗状況として「おおむね順調に進展している」と判断した。また、平成27年度インフルエンザシーズンにおいて、下水処理場放流水および河川水を定期的に採取した。それらに含まれる抗インフルエンザウイルス薬を測定しており、現在測定結果を解析中である。本研究は、インフルエンザ流行時に水環境中より検出されている抗インフルエンザウイルス薬に着目し、耐性ウイルスの探索を同時に行うことで、水環境中のインフルエンザウイルスの消長および抗インフルエンザウイルスの動態について知見を得ることを目的としており、平成28年度においては以下の成果が得られた。1、高感度測定法を用いたインフルエンザウイルスの探索確立したウイルスの高感度測定法を用いたインフルエンザウイルスの探索を実施した。平成28年度は下水処理施設を対象とし、流入下水および放流水を対象に実施した。インフルエンザ流行時の各試料を用いて測定を行ったが、インフルエンザウイルスは検出されなかった。そこで、濃縮方法を「陰電荷膜法」から「糖鎖固定化ナノ粒子を用いる捕捉濃縮精製法」に変更して再度測定を行ったが、インフルエンザウイルスは検出されなかった。よって下水処理施設内におけるインフルエンザウイルスは、インフルエンザ流行時においてもごく微量であると考えられる。なお、今回の測定において実施した「糖鎖固定化ナノ粒子を用いる捕捉濃縮精製法」は「陰電荷膜法」に比べ、約14倍の濃縮効率が得られた。2、モニタリングによる水環境中動態の解明河川水中の抗インフルエンザウイルス薬の動態について知見を得るために、継続的なモニタリングを実施している。供給割合が高い、または服用する用量が多いタミフルおよびリレンザについては、例年インフルエンザ流行時に検出されている。平成28年度においては平成27年度に比べインフルエンザの流行が大きくなかったため、これらの河川水中濃度も平成27年度に比べ低く検出されたが、インフルエンザ流行に数週間遅れて、河川水中の濃度も同様の時間的変動を示すことから、これらがヒト由来であり、環境への負荷がインフルエンザの流行と密接に関係していることが確認された。本研究は平成27年度から平成30年度を期間とする研究であり、平成28年度は2年目となる。

平成28年度は前年度に確立した1インフルエンザウイルスの高感度測定法、および2抗インフルエンザウイルス薬の一斉分析方法を用いた網羅的探索を研究目標としている。平成28年度のインフルエンザ流行時において、1下水処理施設内のインフルエンザウイルスの探索、および2河川水中の抗インフルエンザウイルス薬のモニタリングを実施し、それぞれについて、「研究実績の概要」で述べたように十分な成果が得られたため、進捗状況として「おおむね順調に進展している」と判断した。本研究は、インフルエンザ流行時に水環境中より検出されている抗インフルエンザウイルス薬に着目し、耐性ウイルスの探索を同時に行うことで、水環境中のインフルエンザウイルスの消長および抗インフルエンザウイルスの動態について知見を得ることを目的としており、平成29年度においては以下の成果が得られた。1、高感度測定法を用いたインフルエンザウイルスの探索確立したウイルスの高感度測定法を用いたインフルエンザウイルスの探索を実施した。実施はインフルエンザが最も流行している時期に、流入下水および河川水を対象とした。なお試料は、これまでの検討結果より糖鎖固定化ナノ粒子を用いる捕捉濃縮精製法による濃縮方法を採用し測定を行った。その結果、いずれの試料からもごく微量のインフルエンザウイルス(B型)が検出された。微量のため実験誤差の可能性も考えられるが、河川水においては捕捉濃縮画分より検出されており、粒子形を保ったウイルスが残っている可能性がある。また、補足されなかった画分において、インフルエンザウイルスが広く検出され、ウイルス粒子の破壊にともなって遊離したB型インフルエンザウイルスのRNAが残っている可能性が示唆された。今シーズンは、B型の感染者が多く発生しており、下水から河川に至るまでの広い範囲にインフルエンザウイルスが存在していたと推測される。2、モニタリングによる水環境中濃度の把握今シーズンにおいてインフルエンザの流行が2009年のパンデミック以降、最大の流行となり、河川水中における抗インフルエンザウイルス薬の濃度も非常に高く、高濃度に検出される期間も長くなった。これによる毒性については影響がないと考えるが、ウイルスへの耐性リスクが懸念されており、継続的なモニタリングの重要性が確認された。本研究は平成27年度から平成30年度を期間とする研究であり、平成29年度は3年目となる。平成29年度はこれまでに確立した1インフルエンザウイルスの高感度測定法、および2抗インフルエンザウイルス薬の一斉分析方法を用いた網羅的探索を行っている。今シーズンのインフルエンザ流行が2009年以降、最大となった影響により、1インフルエンザウイルスが下水および河川水中より検出され、2河川水中の抗インフルエンザウイルス薬も非常に高い濃度で検出された。
エイズ制圧へ向けての基礎研究 柱2 HIVの生物学

HIVと宿主の相互作用を主としてウイルス学的に研究し、各班員がそれぞれ以下の結果を得た。HIV-1が感染していながらその発現はほとんどない単球・マクロファージ系の細胞株(J22HL-60、U1)を用いて、種々の刺激によるウイルスの誘導を行い、その機序解明を試みた。その結果、LPS誘導ではCD14、ジアシルグリセロールがまた、コレラ毒素と百日咳毒素でG蛋白が関与していることがわかった。またマイコプラスマからユニークなホスホコリン含有グリセロ糖脂質を見い出した。(山本)プロテアーゼ阻害剤(RPI312)を使用し耐性HIVを得た。この耐性HIVは、pol遺伝子の2082がA→Gと変異していた。184→Vのアミノ酸変化が起こり、そのため薬剤耐性となったと考えられた。またマイコプラブマ由来の逆転写酵素阻害物質を同定した。(原田)リンパ球およびマクロファージ系細胞におけるHIVの潜伏・持続感染成立機序は極めて多様であったが、特にMT-4細胞ではウイルスのアクセサリー遺伝子(vif,vpr)の変異(nonsense変異やmisalignment欠失など)に相関すること、またこの変異はnefの存在下でのみ起こることが明らかになった。(生田)CD4を発現するようにしたグリオーマ細胞を用い、新しい変異株の分離を試みた。GUN-1株より数種の変異株を分離した。また、分離した8つのHIV-1株を用い、新たにGUN-4およびGUN-7の変異株を分離し、V3領域のアミノ酸配列をDNAの塩基配列から推定し野性株と比較した。(星野)1、HIV再活性化の分子的桟序(山本)HIVが潜伏感染したモノサイト系の細胞株では、コレラ毒素処理により、ウィルスの著明な活性化をみた。その作用は、cAMPの上昇を介していることが示唆された。一方、百日咳毒素は、TPAによるHIVの誘導を抑制した。PTの抑制の程度と分子量40kdのG蛋白のADPリボシル化のそれとの間に明かな相関が見られた。これらは、G蛋白がHIVの再活性化に関与していることを示している。2、宿主細胞によるHIVの修飾(原田)宿主細胞を変える事によりHIVがどのようの変化するかを調べた。プラッククローンウィルスをU937細胞に感染させると、感染性の低下が認められた。しかし、この変化は可逆的であり、ウィルス遺伝子の変化によるものでない事が示唆された。一方、免疫沈降法では、U937由来ウィルスのエンベロープ糖蛋白とコア蛋白に異常が認められた。3、HIV脳症の研究(星野)HIV脳症について、脳にHIVに感受性の特別な細胞があるのか、また脳の細胞に感染性の高い特別なHIV-1株があるのか検討してきた。このため日本人AIDS患者からHIV-1株を分離し、更に脳由来CD4陽性細胞(BT細胞)に感染性の高いHIV-1変異株の培養の系で分離した。親株とこの変異株のcell tropismの違いが、HIV-1の外被タンパク質gp120のV3領域にコードされることを明らかにした。4、HIVによる細胞障害機構(生田)HIV感染により、正常末梢リンパ球と同様、shingle cell killingにより細胞傷害されるMT-4細胞を用い以下の結果を得た。HIVによる特続感染は、vif,vpr,vpu遺伝子変異株感染により成立したのに対し、nef遺伝子変異株や野生型HIVでは成立しなかった。しかし、野生型HIVではin vitroでの継代により持続感染できるHIVに変化した。一方、nef株は、高継代株でも持続感染が成立し難かった。1、山本サイトカイン、LPSなどの刺激下におけるHIV増殖において細胞側因子としてNF-κB、Cキナーゼ、G蛋白質の関与を示してきた。さらにヒトレトロウイルス感染細胞の糖脂質組成の比較解析から、HTLV-I及びHIV重複感染培養細胞から、コリン、リン酸基、グルコース、ジアシルグリセロール(DAG)を持つ全く新しい脂質成分が見つかり、これを分離、精製、構造決定した。2、原田TAR RNAをプローブとしてMOLT-4細胞核蛋白と反応させgel-retardationを行なうと、二つのバンドが検出された。このパターンは、HIV転写を促進するTPAの存在下で変化した。TARには主にHIV tatが作用するが、それ以外に細胞の核蛋白質が転写促進に関与していることが示唆された。この蛋白の同定が重要となるであろう。一方、転写終結のPoly(A)シグナルも、その近傍の転写産物を詳しく解析すると、TPA存在下で影響を受ける。以上の結果、HIVの転写では、単にウイルスの蛋白だけでなく宿主細胞の様々な蛋白が作用し複雑に調節していると思われた。3、生田一般に、AC期から分離されるウイルスが弱毒性を示すのに対し、AIDS期からのそれは強毒性を示す。今までに、HIV vif、vpr、またはvpuといったアクセサリー遺伝子が変動することと、nef遺伝子が正常であることが、Tリンパ球へのHIV持続感染の必要条件になっていることを明らかにしてきた。また、nef遺伝子産物のCD4陽性細胞に対する免疫不全誘導能があること、マクロファージ系細胞がHIVに感染することにより産生する活性酸素がHIV伝播を促進すること、を明らかにしてきた。4、星野HIV-1には、樹立T細胞株で増殖できるT細胞指向性株や初代マクロファージに感染し、増殖できるマクロファージ指向性株がある。一方、脳由来細胞でHIV-1のレセプターCD4を持つ細胞は、HIV-1に抵抗性である。

この細胞に感染する脳細胞指向性変異HIV-1株を分離し比較解析した結果、env遺伝子V3ループの変異が細胞指向性を決定していることを見い出した。HIVと宿主の相互作用を主としてウイルス学的に研究し、各班員がそれぞれ以下の結果を得た。HIV-1が感染していながらその発現はほとんどない単球・マクロファージ系の細胞株(J22HL-60、U1)を用いて、種々の刺激によるウイルスの誘導を行い、その機序解明を試みた。その結果、LPS誘導ではCD14、ジアシルグリセロールがまた、コレラ毒素と百日咳毒素でG蛋白が関与していることがわかった。またマイコプラスマからユニークなホスホコリン含有グリセロ糖脂質を見い出した。(山本)プロテアーゼ阻害剤(RPI312)を使用し耐性HIVを得た。この耐性HIVは、pol遺伝子の2082がA→Gと変異していた。184→Vのアミノ酸変化が起こり、そのため薬剤耐性となったと考えられた。またマイコプラブマ由来の逆転写酵素阻害物質を同定した。(原田)リンパ球およびマクロファージ系細胞におけるHIVの潜伏・持続感染成立機序は極めて多様であったが、特にMT-4細胞ではウイルスのアクセサリー遺伝子(vif,vpr)の変異(nonsense変異やmisalignment欠失など)に相関すること、またこの変異はnefの存在下でのみ起こることが明らかになった。(生田)CD4を発現するようにしたグリオーマ細胞を用い、新しい変異株の分離を試みた。GUN-1株より数種の変異株を分離した。また、分離した8つのHIV-1株を用い、新たにGUN-4およびGUN-7の変異株を分離し、V3領域のアミノ酸配列をDNAの塩基配列から推定し野性株と比較した。(星野)
担体界面制御による高活性燃料電池用先進的電極触媒の開発

固体高分子形燃料電池(PEFC)を用いた燃料電池自動車の本格普及および商用車などへの適用先拡大のためには、性能と耐久性のさらなる向上が求められている。特に高電位でのカーボン担体の劣化は顕著であり、カーボン担体の代替となる新たな高電位安定担体及び触媒の開発が急務である。本研究では、特異な微細構造(連珠構造)をもつ酸化スズナノ粒子がカーボン担体として適切であり、その結晶性を向上させつつ担持白金との固固界面、固気界面を制御することで、カーボン担体を用いた場合と同等の触媒活性と数百倍以上の耐久性高電位耐久性と触媒活性見出した。また、合金担持触媒にて、市販触媒の約2.5倍も活性向上することを見出した。本年度はPt-担体間相互作用を積極的に利用して、Ptの形状、配向性を制御し、Ptの担持状態と触媒活性の向上因子を検討することを目標とした。担体には、酸化スズ、窒化チタン、炭化チタンナノ粒子を選定し、それぞれ火炎法、RFプラズマ法と通電プラズマ焼結法の併用し、温度、雰囲気を検討しながら合成した。なお、それぞれの担体の比表面積は40m^2/g以上であり、ナノ粒子同士を結着させて連珠構造体にすることに成功している。Ptナノ粒子はコロイド法もしくはナノカプセル法を用いた。in situ TEMを利用し、温度、雰囲気(酸素分圧、水素分圧、全圧)を制御しながらPtと担体を観察したところ、窒化チタン、炭化チタンナノ粒子上のPtナノ粒子は400°C以上の熱処理により担体に対して配向するようになった。また、Ptナノ粒子にファセットも現れ構造制御も可能であることを確認した。STEMによる界面構造解析によりPtは各担体に正接合していることや、XPS測定からPt及びTiの電子状態に変化は見られないことを明らかにした。酸化スズに関しては、150°Cの熱処理でPtの配向とファセットの形成が確認され、250°C以上の熱処理でPtがSnと合金になることをXPSにて明らかにした。以上の結果を踏まえ、回転リングディスク電極による各触媒の酸素還元活性を評価したところ、熱処理温度の上昇と共に活性が向上することを明らかにした。この活性向上は、Ptと担体との配向性の向上に起因すると考えられる。特に、酸化スズに関しては他の担体より低温での熱処理で活性が向上することから、Pt-担体間相互作用他の担体より大きいと予想される。固体高分子形燃料電池(PEFC)の電極触媒にはPtナノ粒子担持カーボン触媒が用いられている。カーボン担体は高比表面積、電子伝導パス、ガス拡散パスを兼ね備え、過電圧の軽減に重要な役目を果たすものの、耐久性に課題がある。近年、カーボンと同様な高比表面積、電子伝導パス、ガス拡散パスもつ高耐久性担体が求められており、本研究では互いに結着させた連珠構造を有する担体候補材料のナノ粒子の作製及び高活性なPt担持触媒の探索を行っている。昨年までに、酸化スズ系、窒化チタン系において、その連珠構造体の合成に成功し、比表面積を増加させつつも、高電子伝導性を保持していることを確認した。また、そのPt担持触媒を合成して酸素還元活性を示すことや、高電位で耐久性があることも明らかにした。本年度は担体の微細構造を最適化し、その触媒活性をPt担持カーボン触媒と同レベルまで到達させることに成功した。担体の合成には火炎法を用い、そのガス供給量、原料供給量、火炎温度等を制御することで、担体の連珠構造を密充填型から分岐鎖型へと任意に制御することに成功した。その微細構造制御により担体の電気伝導度は10-3S/cmまで向上し、Ptの担持によって10-2S/cmまで飛躍的に高くなることを新たに見出した。一方、熱処理温度・雰囲気に対するPtの担持状態を制御することで、担体-Ptの正接合に成功し、担体-触媒相互作用を制御できるようになった。正接合させたPtの触媒活性は、Ptの担持量の増加と共に飛躍的に向上し、Pt担持量が15wt%以上にて既存触媒より高い触媒活性を示すことを明らかにした。この担持量は市販触媒の1/3以下であり、Pt-担体界面制御により担体-触媒相互作用を積極的に利用していることを意味している。BET比表面積が40m2/g以上(合成時)で連珠構造を有するナノ粒子担体(Ta及びNbを固溶したSnO2担体、Taを固溶したTiO2)を合成することに成功した。コロイド法にてPtナノ粒子を高分散担持させ、Ptの形状・配向・組成を評価したところ、SnO2系では150°C(水素中)以上にて配向し、触媒-担体間相互作用が現れることを確認した。その結果、酸素還元活性も大幅に向上した。また、600度(窒素中)以上で熱処理することで、SnがPt触媒中に拡散し、PtSn合金となり、メタノールやホルムアルデヒドの酸化活性が大幅に向上することも見出した。それぞれの電気伝導度はPtの担持に伴い大きく向上すると共に、雰囲気の影響を受けることを明らかにし、XPS測定等の電子状態解析から、担体の空乏層とPtとの固固界面の電子状態変化が導電性に大きく影響している知見を得た。TiO2系では800度(水素中)にて熱処理することで、Ptの配向が現れると共にPtTi規則合金の形成が確認され、酸素還元活性の大幅な向上に関与していることを明らかにした。