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実用的不斉触媒プロセスを指向した新規炭素-炭素結合生成反応の開発

「実用的不斉触媒プロセスを指向した新規炭素-炭素結合生成反応の開発」という研究課題名の下、様々な新規炭素-炭素結合生成反応の開発にチャレンジした結果、世界で初めて安定なオキセテンを生成する[2+2]環化付加反応を見出した。この反応は、カチオン性パラジウム触媒存在下、トリフルオロピルベートとアルキン化合物を作用させることにより、光学活性な含CF3オキセテン化合物が高い化学収率及び光学収率で得られる。様々な官能基を導入したアルキンを用いて検討を行った結果、脂肪族、芳香族、また電子吸引基であるエステル、アルデヒド、CF3、さらにヨウ素やピナコールボラン、シランを含む基質において問題なく高い化学収率、エナンチオ選択性で対応するオキセテンを得ることができた。平成23年度では、世界で初めて安定なオキセテンを生成する[2+2]環化付加反応を見出した。また、オキセテン化合物をこれまでにないキラルビルディングブロックとなることを明らかにした。平成24年度では、反応点が遠隔位に存在するイノンの不斉Diels-Alder反応に関する検討を行った。この反応はその不斉誘起の困難さゆえにこれまで数例しか報告例がなく、また既存の報告例すべてが基質適応範囲に問題を抱えていた。検討の結果、嵩高いDTBM-SEGPHOS配位子を有するカチオン性キラルパラジウム触媒を用いた場合に末端がシリル基の場合はもちろん、既存の系では収率に問題のあった末端にアルキル基を有する基質に関しても良好な収率及び選択性で生成物が得られることが分かった。また、この反応において特筆すべき点として、嵩高い配位子を用いた場合と嵩低い配位子を用いた場合において生成物の立体選択性が逆転するという特徴が挙げられる。この挙動に関してDFT計算を用いた分析を行った結果、この立体選択性の反転は嵩低い配位子が遠隔位において十分な立体効果を有しないことが原因で生じたジエンのエナンチオ面選択性の反転に依存している可能性が高いことが強く示唆された。これまで触媒的不斉炭素-炭素結合生成(CCF)反応の開発研究において中心的な役割を担う不斉ルイス酸触媒が数多く報告されてはいるが、実用的不斉触媒プロセスへの展開は極めて困難な状況であった。これに対して、我々は高周期遷移金属錯体、特に通常ルイス酸触媒として用いられていなかった2価カチオン性パラジウム錯体を不斉ルイス酸触媒とすることによって、世界的にも極めて前例の限られる実用的プロセスに耐えうる超効率的触媒的不斉エン反応を実現させた。平成23年度の研究では、「反応媒体が不斉触媒反応に与える効果」という視点に重きを置き、ルイス酸強度の調整、不斉配位子の選択、反応基質のスクリーニング等について詳細に検討し、エン反応以外の触媒的不斉CCF反応に応用展開することを目指した。その結果、これまでに前例のない[2+2]環化付加反応、即ちオキセテン生成反応を見出すことに成功した。この反応は、トリフルオロピルベートとアルキン化合物を作用させることにより、光学活性な含CF3オキセテン化合物が高い化学収率及び光学収率で得られる。これは、光学活性なオキセテン化合物を合成・単離した世界で初めての例である。例えば、還元反応においては、Pd/C存在下、酢酸エチル中ではオキセタンを、エタノール中では連続する不斉点を持ったアルコールをそれぞれ立体選択的に合成できる。また、水素化ホウ素ナトリウムを用いるとオキセテン骨格を保ったままアルコール体に還元できる。交付申請書の研究の目的に記載したように、本研究の期間内の目標として1)実用的プロセスに耐え得る新規触媒的不斉炭素-炭素結合生成反応の開発、2)動的キラルなラセミ触媒の触媒的不斉制御の2項目を設定した。1年目の平成23年度の研究では、特に1)の開発研究を精力的に行った。

その結果、目標にした実用化に耐えうる新規触媒的不斉炭素-炭素結合生成反応、即ち新規オキセテン生成反応を開発することに成功した。一方で、目標に設定していた用いるPd錯体の触媒量S/C >1,000には届かず、最高でS/C 830という結果になってしまった。したがって、今後はさらなる不斉触媒の効率化が求められる。また、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た新規CuやFe錯体触媒を独自に設計・合成したが、現在のところPd錯体を上回る結果は得られていない。今後はより緻密な触媒設計を計算化学的に行う方針である。さらに現在までに、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できる触媒的不斉イン反応を世界で初めて開発することにも成功している。現在のところ、触媒量、基質の詳細な検討は勿論のこと、溶媒や温度等の反応条件は徹底的に検討している段階である。こういった成果からも、研究はおおむね順調に進行していると自己判断している。交付申請書の研究の目的に記載した本研究の期間内の目標として、1)実用的プロセスに耐え得る新規触媒的不斉炭素-炭素結合生成反応の開発、2)動的キラルなラセミ触媒の触媒的不斉制御の2項目を設定した。平成24年度の研究では、1)の開発研究を引き続き行うが、特に2)の開発研究を精力的に行う予定である。1)の開発研究では、高効率な新規Cu、Fe錯体触媒を計算化学的手法を利用して設計・合成すること、及び触媒的不斉イン反応のさらなる効率化を検討する。2)の開発研究では、様々な光学的に純粋なBIPHEPs-Pd触媒を効率的に合成する技術を確立する。さらに、我々が今回開発した新規触媒的不斉炭素-炭素結合生成反応へこのBIPHEPs-Pd触媒を適応させ、極めて高い立体選択性を達成することを目標とする。また、本年度の研究費に関しては効率的に使用することが出来た。本申請研究を遂行するための十分な研究設備はすでに研究室内に備わっている。したがって、主に有機合成実験を行うために必要不可欠な薬品(有機合成試薬、有機金属試薬等)、有機溶媒(アセトン、ヘキサン、酢酸エチル、ジクロロメタン、トルエン、ジエチルエーテル、ペンタン、アセトニトリル、メタノールなど)、ガラス器具、ガスボンベ(アルゴン、水素、窒素、酸素、一酸化炭素)の購入費を主に計上する。さらに、計算化学を行うための計算機使用料、成果報告のための学会参加費(旅費)を必要とする。また、23年度の研究費に関しては効率的に使用することが出来た。
道内公立小・中学校の学校規模の違いが学習活動に及ぼす影響に関する研究

本研究の目的は、学校規模が児童・生徒の学習活動に与える影響を北海道をフィールドとして明らかにすることにあった。平成17年度は、北海道の公立小・中学校の学校規模、児童生徒数の推移に関する5年ごとのデータ・ベースを作成し、加えて、北海道の人口規模が異なる札幌、旭川、釧路の3都市において、「児童・生徒調査」、「教師調査」、「保護者調査」の3種類の質問紙調査を実施した。質問紙のうち「児童・生徒調査」は、本調査の核となる部分である。この調査では、学校規模によって、児童・生徒の学習活動にどのような差異があるのかを捉えようとした。「児童・生徒調査」の調査対象者は、小学5・6年生と中学2年生で、回答者は、児童1776名、生徒930名であった。平成18年度はデータの分析に着手し、その結果を第65回日本教育学会(東北大学,2006年)にて報告した。学習活動と学校規模、学級規模、都市化の関係を分析したところ次の4点が明らかになった。第1に、学校規模は、クラスへの愛着・凝集性に負の影響を与えているが、学級規模は、クラスへの愛着・凝集性には影響を与えていないこと。第2に、学校規模は、小学校においては生活習慣の確立に正の影響を与え、中学校においては授業・学校生活への積極的関与に正の影響を与えていること。第3に、学習活動を構成する5つの成分のうち、向学校性は、小中学校ともに、クラスへの愛着・凝集性に規定されていること。第4に、都市化は、授業・学校生活への積極的関与に負の影響を与えていること、である。学習活動には、クラスへの愛着・凝集性と教師への肯定的評価からなる<学級集団の系>と、授業・学校生活への積極的関与と生活習慣の確立からなる<学力・生活の系>の2つの系が存在し、学校規模は、<学級集団の系>に対してはマイナスに作用し、<学力・生活の系>に対してはプラスに作用していることが、示唆された。本研究の目的は、学校規模が児童・生徒の学習活動に与える影響を北海道をフィールドとして明らかにすることにある。研究の初年度である平成17年度は、北海道の公立小・中学校のデータ・ベースの作成を行い、北海道の人口規模が異なる札幌、旭川、釧路の3都市において、「児童・生徒調査」、「教師調査」、「保護者調査」の3種類の質問紙調査を実施した。データ・ベースは、『北海道学校一覧』用い作成した。これは、1955年から2005年までの50年間にわたる札幌市、旭川市、釧路市の学校教、学校規模、学級規模の推移を5年ごとのスパンで把握できるようになっている。3都市における質問紙調査は、共同研究者3名が分担して行った。質問紙調査のうち「児童・生徒調査」は、本調査の核になる部分である。学習活動は、学校での児童・生徒の生活実態と学校生活意識によって把握できるよう質問項目を設けた。調査対象者は、小学5・6年生と中学2年生である。札幌市においては小学校6校、中学校4校、旭川市においては小学校8校、中学校3校、釧路市においては小学校3校、中学校2校の協力を得ることができた。

平成17年3月段階で回収したデータ入力を完了したので、今後、データのクリーニングを行い、5段階に学校規模を層化し、学校規模ごとの特徴を析出するとともに、学校規模と学級規模が学習活動に与える影響関係を相対的に明らかにすることになる。「児童・生徒調査」と同時に行った「教師調査」については、札幌市小学校6校、中学校5校、旭川市小学校10校、中学校3校、釧路市小学校4校、中学校2校の協力を得ることができた。「保護者調査」については、旭川市小学校7校、釧路市小学校2校、中学校2校の協力が得られた。あわせて分析を行うことになる。須田康之、大矢一人、住岡敏弘の3名は、第65回日本教育学会(東北大学,2006年)にて、「道内公立小・中学校の学校規模の違いが学習活動に及ぼす影響に関する研究」の共同発表を行った。この研究は、学校規模、学級規模、都市化の3要因が、児童生徒の学習活動に及ぼす影響の相対的関係を捉えたものである。学習活動にかかわる調査項目を主成分分析にかけ、(1)向学校性(学校が楽しい、学校が好きという感情)、(2)クラスへの愛着・凝集性、(3)教師への肯定的評価、(4)授業・学校生活への積極的関与、(5)生活習慣の確立、の5成分を抽出した。学習活動の各成分と学校規模、学級規模、都市化の関係を分析したところ次の四点が明らかになった。第一に、学校規模は、クラスへの愛着・凝集性に負の影響を与えているが、学級規模は、クラスへの愛着・凝集性とは無関係であること。第二に、学校規模は、小学校においては生活習慣の確立に正の影響を与え、中学校においては授業・学校生活への積極的関与に正の影響を与えていること。第三に、学習活動を構成する5つの成分のうち、向学校性は、小中学校ともに、クラスへの愛着・凝集性に規定されていること。加えて、クラスへの愛着・凝集性と教師への肯定的評価、授業・学校生活への積極的関与と生活習慣の確立は、それぞれ互いを強く規定し合っていること。第四に、都市化は、授業・学校生活への積極的関与に負の影響を与えていること、である。この結果から、学習活動には、クラスへの愛着・凝集性と教師への肯定的評価からなる<学級集団の系>と、授業・学校生活への積極的関与と生活習慣の確立からなる<学力・生活の系>の2つの系が存在し、学校規模は、<学級集団の系>に対してはマイナスに作用し、<学力・生活の系>に対してはプラスに作用していることが、示唆される。
ショウジョウバエシントロフィンの生体内機能の解明

シントロフィンは、筋ジストロフィーに関わりのある複合体の構成因子の一つである。哺乳動物では、α1,β1,β2,γ1,γ2の5種のシントロフィンが存在し、ショウジョウバエでは、α1,β1,β2-シントロフィンがシントロフィン-1(Syn 1)に、γ1、γ2-シントロフィンがシントロフィン-2(Syn 2)にそれぞれ対応している。中でも後者の研究例は少なく、ノックアウトマウスもまだ報告されていない。そこで、本研究では、γ1、γ2-シントロフィンのショウジョウバエホモログであるSyn 2に焦点を置き、解析を進めた。Syn 2の複眼原基特異的なノックダウンによって、成虫の複眼においてrough-eye表現型と呼ばれる個眼の融合が観察される。その内部構造を観察すると、網膜細胞の不完全な伸長やラブドメアの形態異常が見出された。また、蛹期でのアクチンの局在異常が観察された。ラブドメアは蛹期に形成されるアクチンリッチな構造であることから、Syn 2のノックダウンが蛹期のアクチンの局在制御に影響を与え、その結果、ラブドメア形態異常、rough-eye表現型が誘導されることが示唆された。ノックダウン系統に加え作製したSyn2突然変異体では、顕著な形態異常は見られなかったが、Syn 1/Syn 2二重変異体では、それぞれ単独の変異体に比べ、相加的な寿命の低下、相乗的な生存率や運動能力の低下が観察された。また、N-エチルマレイミド感受性因子2(NSF2)の変異体で見られる神経筋接合部でのシナプスの過成長は、Syn 1/Syn 2/NSF 2三重変異体において、それぞれSyn 2/NSF 2二重変異体、Syn 1/NSF 2二重変異体に比べ、相乗的に増強される。以上の結果から、Syn 1とSyn 2は、運動やシナプス形態の制御において、部分的に重複した機能を持つ事が示唆された。また、NSF 2がアクチン制御の上流で機能することが示唆されていることから、そのメカニズムは未解明ではあるが、シントロフィンはアクチン制御を介して、シナプスの成長の抑制に関与していると考えられる。これまでのシントロフィン研究の多くは哺乳動物培養細胞等の実験系でなされたものであり、個体レベルでの機能は、いまだ明らかにされていない点が多い。α1,β1,β2-シントロフィンについては、これまでに多くの研究がなされており、α1,β2-シントロフィンに関しては、ノックアウトマウスがすでに作製されているが、γ1,γ2-シントロフィンに関しての研究はほとんど進んでおらず、ノックアウトマウスもまだ報告されていない。そこで、私は、哺乳動物のγ1、γ2-シントロフィンのショウジョウバエホモログであるシントロフィン-2(Syn2)に焦点を置き、解析を行ってきた。これまでに作製した抗Syn2抗体の免疫染色における特異性が不十分であることが判明したため、抗体のさらなる精製法を検討し、Syn2に特異的なシグナルの検出を可能にした。シナプスに局在するタンパク質を認識する抗体と抗Syn2抗体を用いて、3齢幼虫の中枢神経系を免疫染色した結果、Syn2はシナプス形成部位に局在していることが明らかとなった。そのため、Syn2は、シナプス形成やシナプスの機能維持に関与していることが示唆された。また、Syn2に対する抗体を用いたウェスタンブロット解析の結果、Syn2はすべての発生段階で発現していることが明らかとなった。これまでにSyn2のノックダウン系統を樹立したが、ノックダウンでは遺伝子の発現が残る。そのため、ノックダウン系統のみを用いた研究では不十分と考え、遺伝子そのものを破壊した突然変異系統を新たに5系統作製した。抗Syn2抗体を用いたウェスタンブロット解析の結果、これらの系統ではSyn2タンパクは検出されなかった。突然変異系統において、形態学的に顕著な異常は見られないため、今後は行動学的な異常や特定の因子が存在しない条件下での異常の有無について調べる。これまでの筋ジストロフィー関連タンパク質の研究の多くは、生体外の実験系で行われてきたため、実際の生体内での個々の役割や筋ジストロフィーの発症メカニズムはまだ解明されていない点が残されている。哺乳動物のシントロフィンは、α1、β1、β2、γ1、γ2の5種類が存在する。中でもγ1,γ2-シントロフィンは、比較的近年に発見されたこともあり、研究例は少なく、ノックアウトマウスもまだ報告されていない。そこで、私は、哺乳動物のγ1、γ2-シントロフィンに対応する、ショウジョウバエのシントロフィン-2(Syn2)に焦点を置き、解析を行ってきた。これまでに、作製した抗体を用いて解析を進めた結果、Syn2は主に神経系に局在していることを確認した。これは、哺乳動物での局在に類似している。これまでに、Syn2遺伝子を人為的に破壊したショウジョウバエを作製し、生体に生じる影響を調べたが、外部や内部形態、行動などに顕著な異常は見られなかった。そこで、Syn2遺伝子を人為的に破壊し、さらに、哺乳動物のα1,β1,β2-シントロフィンに対応するSyn1の発現レベルを下げたショウジョウバエを作製し、解析を進めた。

その結果、生存率と寿命の低下を確認した。これはSyn2がSyn1と遺伝学的に相互作用することを示唆している。今後は、Syn2が存在する神経系に焦点を置いて、このような低下をもたらす仕組みを解析するとともに、行動学的な異常の有無について調べる。シントロフィンは、筋ジストロフィーに関わりのある複合体の構成因子の一つである。哺乳動物では、α1,β1,β2,γ1,γ2の5種のシントロフィンが存在し、ショウジョウバエでは、α1,β1,β2-シントロフィンがシントロフィン-1(Syn 1)に、γ1、γ2-シントロフィンがシントロフィン-2(Syn 2)にそれぞれ対応している。中でも後者の研究例は少なく、ノックアウトマウスもまだ報告されていない。そこで、本研究では、γ1、γ2-シントロフィンのショウジョウバエホモログであるSyn 2に焦点を置き、解析を進めた。Syn 2の複眼原基特異的なノックダウンによって、成虫の複眼においてrough-eye表現型と呼ばれる個眼の融合が観察される。その内部構造を観察すると、網膜細胞の不完全な伸長やラブドメアの形態異常が見出された。また、蛹期でのアクチンの局在異常が観察された。ラブドメアは蛹期に形成されるアクチンリッチな構造であることから、Syn 2のノックダウンが蛹期のアクチンの局在制御に影響を与え、その結果、ラブドメア形態異常、rough-eye表現型が誘導されることが示唆された。ノックダウン系統に加え作製したSyn2突然変異体では、顕著な形態異常は見られなかったが、Syn 1/Syn 2二重変異体では、それぞれ単独の変異体に比べ、相加的な寿命の低下、相乗的な生存率や運動能力の低下が観察された。また、N-エチルマレイミド感受性因子2(NSF2)の変異体で見られる神経筋接合部でのシナプスの過成長は、Syn 1/Syn 2/NSF 2三重変異体において、それぞれSyn 2/NSF 2二重変異体、Syn 1/NSF 2二重変異体に比べ、相乗的に増強される。以上の結果から、Syn 1とSyn 2は、運動やシナプス形態の制御において、部分的に重複した機能を持つ事が示唆された。また、NSF 2がアクチン制御の上流で機能することが示唆されていることから、そのメカニズムは未解明ではあるが、シントロフィンはアクチン制御を介して、シナプスの成長の抑制に関与していると考えられる。
ベラルーシ共和国のロマ（ジプシー）の方言の記述言語学的研究

かつて放浪生活をしていた少数民族ロマ(=ジプシー)の言語である「ロマニ語」は国や地方によって様々な方言に分かれている。各国で話されているロマニ語方言は大よそ判明しているが、このうち、特に「ベラルーシ共和国」で現在話されているロマニ語方言については、その国の閉鎖的な政治体制も相まって殆ど研究がなされていない状況にある。そこで、研究者がベラルーシへ直接赴き、話されている方言の一つを現地調査に基づいて記述・分析するのが本研究である。
トレハロースの細胞内導入による細胞凍結保存メカニズムの解明

本研究は細胞内へ導入されたトレハロースの、凍結保存時の働きを明らかにすることを目的として、トレハロースを細胞内に導入するタンパク質を発現したCHO-TRET1細胞と、通常のCHO-Vector細胞とを用いて、<I>トレハロースの細胞内導入による凍結保存メカニズムの解明、<II>細胞内外の水の状態の計測技術開発、の2課題を実施した。<I>研究協力者(農研機構・黄川田主任研究員)より提供された各細胞を用いて凍結保存実験を実施し、本研究で導入した自動細胞計測装置を用いて生存率を調べた。その結果、CHO-TRET1細胞の最適保存条件が、細胞外トレハロース濃度400500mM、凍結温度ー100°C程度の凍結条件であることがわかった。この条件が何によって決まっているのかを調べるため、凍結前の細胞の健全性や、細胞内へ輸送されたトレハロース量の測定などを行った。またー80°Cで長期間保存した場合の生存率変化を調べたところ、上記最適条件で凍結させても1年以上経過すると生存率が低下し始めることがわかった(国際会議で口頭発表、国内英文誌にて誌上発表)。<II>初年度は、細胞内外の水の状態を模擬する微細な多孔質体を用いて、トレハロース含有培養液等の凍結・融解状態を把握するための計測技術の検討を行った。最終年度は、CHO細胞を含む系の計測に挑戦した。その結果、示差熱量測定、および粉末X線回折測定(産総研・竹谷主任研究員協力)では、課題Iで調べた条件の範囲内では氷Ih結晶の存在だけが示された。一方THz分光測定(名古屋大・竹家講師協力)では、他手法で氷Ih結晶のみ観測されていた低温度領域で、液相によるTHz波吸収が観測された。0°C以下での液相の存在は、凍結状態での細胞の機能維持や細胞内水のガラス化・再結晶化現象に大きな影響を及ぼすと考えられるので、その存在の検証や量的把握等更なる検討が必要である。本研究は、二糖類であるトレハロースを細胞内に導入するタンパク質(TRET1)を発現した細胞(CHO-TRET1細胞)と通常の細胞(CHO-Vector細胞)とを用いて、細胞内へ導入されたトレハロースが、緩慢凍結で生命を維持している細胞内でどのような働きをしているのかを明らかにすることを目的としている。平成29年度は以下の2つの課題について実施した。<課題I:トレハロースの細胞内導入による凍結保存メカニズムの解明>研究協力者(農研機構・黄川田主任研究員)より提供された各細胞を用いて凍結保存実験を実施し、凍結・融解後の生存率を、今年度導入した自動細胞計測装置を用いて調べた。その結果、細胞外トレハロース濃度が400500mM、凍結温度がー100°C程度の緩慢凍結条件で、CHO-TRET1細胞の高い生存率が得られることがわかった。これらの結果は、Cryobiology誌に発表した。<課題II:細胞内外の水の状態の計測技術開発>微細な孔隙を有するPorous glassやGlass beads等の微粒子を細胞の模擬試料として、予備実験を開始した。Porous glass内の微細な細孔中の溶液は「細胞内水」を、微粒子間の溶液は「細胞外水」を模擬しており、凍結液の固化条件等を把握するための実験系の構築と計測法の開発を行った。測定法としては、産総研・竹谷主任研究員の協力の下、粉末X線回折測定により結晶状態を計測した。また名古屋大学・竹家講師の協力の下、THz分光測定により液体相の存在について計測した。500mMのトレハロース含有水溶液を加えー80°Cで凍結させた模擬試料を計測した結果、模擬試料中には氷Ih結晶が主に形成されていることが確認され、「トレハロースが細胞内外の溶液のガラス化を誘導して細胞の生存を維持している」という説を積極的に支持する結果が得られなかった。本研究で実施する2つの課題について、それぞれ以下のように進捗している。<課題I:トレハロースの細胞内導入による凍結保存メカニズムの解明>では、自動細胞計測装置を導入し、使用するCHO-K1細胞を凍結保存できる条件、出来ない条件を明確にすることが目的であった。その結果、CHO-TRET1細胞の凍結保存の至適条件を抽出することができた。この結果については、学会発表を行い、論文発表を行った。それに引き続き、細胞内外のトレハロースが凍結保護効果を発現するメカニズムを明らかにするために、様々な条件で実験を開始している。その一部(保存期間依存性)については、学会発表を行うところまで進捗している。<課題II:細胞内外の水の状態の計測技術開発>については、粉末X線回折測定を実施し、模擬試料を用いて微細細孔中のトレハロース含有水溶液の結晶状態とガラス状態、液体状態等を区別できるか計測を行った。また、液体状態の存在に敏感なTHz分光法が本研究に適するかどうかを調べるため、粉末X線回折測定に用いたものと同じ試料を用いて計測した。これらの試行実験を通じて、それぞれの計測法の感度と試料形態の準備方法等について検討を行った。

一方中性子線回折法について検討を行った結果、粉末X線回折法より高精度に計測することが困難であること、感度を上げるためには重水を用いる必要があるが細胞毒性があること、さらに計測のマシンタイムが研究実施期間内に十分確保できる可能性が低いことなどがわかり、本研究内で用いることを断念した。以上のことから、課題Iは当初予定より進展しているが、課題IIについてはおおむね予定通りの進展であると評価でき、両者を合わせて上記区分の評価とした。本研究は細胞内へ導入されたトレハロースの、凍結保存時の働きを明らかにすることを目的として、トレハロースを細胞内に導入するタンパク質を発現したCHO-TRET1細胞と、通常のCHO-Vector細胞とを用いて、<I>トレハロースの細胞内導入による凍結保存メカニズムの解明、<II>細胞内外の水の状態の計測技術開発、の2課題を実施した。<I>研究協力者(農研機構・黄川田主任研究員)より提供された各細胞を用いて凍結保存実験を実施し、本研究で導入した自動細胞計測装置を用いて生存率を調べた。その結果、CHO-TRET1細胞の最適保存条件が、細胞外トレハロース濃度400500mM、凍結温度ー100°C程度の凍結条件であることがわかった。この条件が何によって決まっているのかを調べるため、凍結前の細胞の健全性や、細胞内へ輸送されたトレハロース量の測定などを行った。またー80°Cで長期間保存した場合の生存率変化を調べたところ、上記最適条件で凍結させても1年以上経過すると生存率が低下し始めることがわかった(国際会議で口頭発表、国内英文誌にて誌上発表)。<II>初年度は、細胞内外の水の状態を模擬する微細な多孔質体を用いて、トレハロース含有培養液等の凍結・融解状態を把握するための計測技術の検討を行った。最終年度は、CHO細胞を含む系の計測に挑戦した。その結果、示差熱量測定、および粉末X線回折測定(産総研・竹谷主任研究員協力)では、課題Iで調べた条件の範囲内では氷Ih結晶の存在だけが示された。一方THz分光測定(名古屋大・竹家講師協力)では、他手法で氷Ih結晶のみ観測されていた低温度領域で、液相によるTHz波吸収が観測された。0°C以下での液相の存在は、凍結状態での細胞の機能維持や細胞内水のガラス化・再結晶化現象に大きな影響を及ぼすと考えられるので、その存在の検証や量的把握等更なる検討が必要である。平成30年度は、2つの課題について以下のように研究を推進する予定である。<課題I:トレハロースの細胞内導入による凍結保存メカニズムの解明>では、平成29年に引き続き細胞の凍結保存実験を続け、細胞内外のトレハロースの凍結保存に及ぼす働きを明らかにするためのデータを蓄積する。得られた結果については積極的に学会発表や論文発表を行い、研究成果の普及に努める。<課題II:細胞内外の水の状態の計測技術開発>については、平成29年に行った予備計測を行った二つの測定方法については、細胞を用いた計測を実施する。またガラスに接着した状態の細胞を凍結保存することができる条件があることがわかったことから、顕微Raman分光法など計画当初には想定していなかった計測手法も適応可能性が出てきた。そこで平成30年度に、異なった測定方法による計測を試みる予定である。以上の二つの課題の結果を総合し、細胞内外のトレハロースがどのようなメカニズムで細胞の凍結保存に影響を及ぼしているかを解明する。
糖尿病を持つ女性の妊娠・出産の自己決定に関する研究

本研究は、糖尿病女性が妊娠・出産の自己決定の過程での困難性に関する要因を明らかにすることである。19年度は糖尿病女性10名、20年度は糖尿病患者の診療経験及び看護経験のある医師及び看護師13名にインタビュー調査を実施。結果、医療者の的確な支援と親身な姿勢により糖尿病女性は安心して、妊娠出産に臨んでいた。一方、医療者の妊娠周辺期の糖尿病治療及びケアの知識、経験不足は不安要因であった。医療者は糖尿病女性の妊娠・出産の問題を早急な課題と捉えていなかった。妊娠・出産への支援の熱意はあるが、方向性が見いだせていないことが分かった。糖尿病を持っ女性が妊娠・出産を希望する場合、妊娠前の厳重な血糖コントロールやそのためのセルフケアが必要とされるが、同時に妊娠が可能であるかとの不安や懸念;「妊娠に対する困難性」を持ち合わせていると推測する。非妊時から性や妊娠に関することを主治医である糖尿病専門医に相談できず、また、専門家である産婦人科医や助産師にも相談する場や機会もなく、妊娠・出産を望む糖尿病を持つ女性への自己決定を支える支援体制は確立しておらず、医療者や糖尿病を持つ女性自身が「医療の必要性、緊急性の高さ」ゆえに、妊娠・出産を自ら諦めたり、また放棄する恐れがあると考えられる。本研究の目的は、糖尿病を持ちながら妊娠・出産を希望する女性がその自己決定に至る過程での困難性に関する要因を明らかにすることで、糖尿病を持つ女性へのケアプログラムの考案を目指すものである。19年度は、糖尿病を持ちながらの妊娠・出産の経験のある女性10名を対象に「妊娠・出産における自己決定」に関するインタビュー調査を行った。結果、糖尿病を持つ女性の妊娠・出産の自己決定に影響を与える要因として、糖尿病に対する本人の受け止め方、糖尿病を発症してからの家族のかかわり方、糖尿病診療に携わる医療者従事者の関わり方があることが分かった。また、糖尿病は、妊娠前からの血糖コントロールの重要としているが、計画妊娠であるものは1名のみであり、計画妊娠が自らできる支援のあり方が必要であることが示唆された。糖尿病を持つ女性が妊娠・出産を希望する場合、妊娠前の厳重な血糖コントロールやそのためのセルフケアが必要とされるが、同時に妊娠が可能であるかとの不安や懸念;「妊娠に対する困難性」を持ち合わせていると推測する。20年度は、糖尿病患者の診療経験及び看護経験のある医師及び看護師10名を対象に「妊娠・出産における自己決定」に関するインタビュー調査を行った。結果、糖尿病患者の診療経験及び看護経験のある医師及び看護師は、糖尿病女性の診療及び看護をする際に、非妊時より妊娠や出産について関わる機会が少なく、非妊時からの関わりについて必要性を感じながらも、自ら満足のいく関わりができていないこと明らかとなった。19年度は糖尿病女性10名、20年度は糖尿病患者の診療経験及び看護経験のある医師及び看護師10名を対象に「妊娠・出産における自己決定」に関するインタビュー調査を行い、糖尿病女性の妊娠・出産までの体験の実態及び医療者の糖尿病女性への妊娠・出産に関しての支援の実態が明らかとなった。平成22年度は、糖尿病女性が医療者に臨む支援及び医療者側の実際の支援の現状を踏まえて、糖尿病女性の妊娠・出産の支援のあり方の問題点を明らかにして、今後の支援の方向性の考案をした。結果、糖尿病女性は妊娠・出産に関して医療者の支援を必要としていた。医療者の的確な支援と親身な姿勢により糖尿病女性は安心して、妊娠出産に臨んでいた。一方、糖尿病女性は、医療者の妊娠周辺期の糖尿病治療及びケアの知識、経験不足に関して不信感を持ち続けながら妊娠・出産に臨んでいるケースもあった。医療者においても糖尿病患者全体の中で締める妊娠周辺期の女性の割合は低く、妊娠周辺期への関わりへの意識は高くはなかった。

これらのことより糖尿病女性の妊娠・出産の自己決定に関わる問題を解決するためには、糖尿病女性側だけでなく、医療者の関わりも考えいくことが明らかになり、支援の方向性の考案に役立つ結果が得られた。
分子イメージング手法を用いた2型糖尿病の病態機序の解明

セロトニントランスポータは神経伝達物質であるセロトニンの再取り込みを行うため、セロトニンの機能と関連している。セロトニンは脳内モノアミン神経系では生理機能に深く関係している。C-11 DASBPETを用いることで、脳内セロトニントランスポータ機能を定量評価することが可能である。精神疾患がないことを確認し、頭部MRIにて器質的異常がないことを確かめた後、脳内セロトニントランスポータ機能、交感神経機能の評価を行うため、C-11 DASB PET及び心拍変動モニターでの解析を始めた。現在までに9人が検査を完遂、今後、病態と交感神経機能障害、脳内セロトニントランスポータ分布の関係を検討する。セロトニンは脳内モノアミン神経系では生理機能などに深く関係している。セロトニントランスポータ遺伝子はSS型、SL型、LL型に分けられ、遺伝子型を有する割合は国や民族によって異なる。セロトニントランスポータの発現が少ないSS型の割合は欧米人に比し日本人で著しく高く、不安傾向との相関関係が認められ、さらにSS型と2型糖尿病発症リスクに有意な相関関係が認められると報告されている。脳内セロトニントランスポータ機能に関してはC-11 DASB (Dimethyl-2-(2-amino-4-cyaophenylthio) benzylamino) PET/CTを行うことで定量評価することが可能である。我々は、脳内セロトニントランスポータ機能、交換神経機能の評価を行うため、C-11 DASB PET/CT及び心拍変動モニターでの解析を始めた。まず2型糖尿病患者と比較を行うため健常者を募り、検査を開始し始めた。事前にSDSや精神状態短縮検査などを行い精神疾患がないことを確認、脳に基質的疾患がないかをMRIにて確認した後、PET検査を施行。PET画像に関してはダイナミックデータをList modeで取得し、同時に心拍変動モニターでのデータ収集を行っている。C-11 DASBPET/CTによる解析結果(Binding Potential)に加えて、年齢、BMI、採血データ(HbA1c、T-Cho、HDL、LDL、TG、血中カテコラミン等)、及び臨床情報等との相関を見ることで、病態と交感神経機能障害、脳内セロトニントランスポータ分布の関係を検討する予定である。現在までに3人が検査を完遂しており、4人の健常者が待機している。糖尿病患者に関して検査を行うべく倫理委員会の書類を作成している。セロトニンは必須アミノ酸のトリプトファンから産生され、脳内モノアミン神経系では生理機能などに深く関係している。覚醒時のセロトニン神経系の活動が抑制されることにより、うつ病や慢性疲労症候群などの症状が惹起されると言われている。セロトニントランスポータ遺伝子はSS型、SL型、LL型に分けられ、遺伝子型を有する割合は、国や民族によって異なる。11C-3-amino-4-(2-dimethylaminomethyl-phenylsulfanyl)benzonitrile (C-11 DASB)を用いることで、脳内セロトニントランスポータ機能を定量評価することが可能である。我々は、脳内セロトニントランスポータ機能、交感神経機能の評価を行うため、C-11 DASB PET/CT及び心拍変動モニターでの解析を始めた。まず対象となる健常者を募り、SDSや精神状態短縮検査などを行い、精神疾患がないことを確認し、頭部MRIにて器質的異常がないことを同時に確かめた。現在までに9人が検査を完遂している。今後、1セロトニントランスポータの機能低下によりセロトニン濃度が低下し、直接インスリン分泌が低下することで糖尿病が発症するという仮説や、2セロトニン濃度が低下することで、ノルアドレナリン分泌などの交感神経を抑制できずに、インスリン分泌が低下するため糖尿病が発症するといった交感神経を介する仮説を立証すべく、病態と交感神経機能障害、脳内セロトニントランスポータ分布の関係を検討する予定である。倫理委員会から放射性薬剤の安全性について、変異原性を評価するためAmes試験を行うように指示があり、試験を行ったため、許可が下りるのに時間がかかった。心臓交感神経分布を行うためにC-11 HED(hydroxyephedrine) PETを行う予定であったが、患者及び健常者に負担が大きいということで、簡易的に心拍変動モニターにて検討することになった。

核医学引き続き、11C-DASBを用いたPET/CT検査及び心拍変動モニターでの検査を施行し、脳内セロトニントランスポータ機能及び心臓交感神経機能の評価を行っていく予定である。脳内のセロトニントランスポータ機能評価に関しては、11C-DASBを用いたPET/CTを施行し、ダイナミック画像データを数学的に解析しセロトニントランスポータの脳内の主要箇所(脳幹部)におけるBinding Potentialを算出する。脳内セロトニントランスポータ機能と心臓の交感神経機能との関連性について評価するため、11C-DASB PET/CTや心拍変動モニターによる解析結果(Binding Potentioal)に加えて、年齢、罹患年数、BMI、採血データ(HbAlc,T-Cho,HDL,LDL,TG,血中カテコラミン等)等の臨床情報・検査結果との相関を見ることで、病態と脳内セロトニントランスポータ分布と心臓交感神経機能障害の関係を検討し、臓器連関を介した2型糖尿病発症メカニズムの解明や、糖尿病とうつ病との関連メカニズムの解明、2型糖尿病発症リスク評価に手界していく。11C-DASBのPET/CTの実施が臨床試験の審査の承認が得られた平成27年1月6日以降となったため、検査等にかかる費用において次年度使用額が生じた。採血、頭部MRIの検査費用。研究データ解析をしてくれる方への人件費。学会発表のための費用。
不安定ケイ素およびゲルマニウム化学種を配位子とする遷移金属錯体の研究

(1)シリル(シリレン)錯体の合成・単離に成功し,結晶構造を明らかにした。また,得られたシリル(シリレン)錯体Cp^*M(CO)_2(=SiMes_2)(SiMe_2)(M=Mo, W)の反応性を検討した結果,Ν, Ν-ジメチルアミノピリジン(DMAP)およびニトリルとの反応ではモリブデン錯体のみが反応し,それぞれケイ素上の置換基が分子内1, 3-転位して,さらにシリレン配位子にDMAPが配位した錯体Cp^*Mo(CO)_2(=SiMesMe・DMAP)(SiMesMe_2)およびシリル基がシリレン配位子に分子内1, 3転位して,さらにニトリル上にジシラニル基が転位したCp^*Mo(CO)_2(RC=NSiMe_2SiMes_2Me_2)が生成した。一方,イソシアニド類との反応では,モリブデン及びタングステン錯体が両者とも反応し,イソシアニドがSi-Mes結合に挿入して,イミド窒素がシリレンケイ素に分子内配位した,塩基で安定化されたシリル(シリレン)錯体Cp^*M(CO)_2(=Si(Mes)(C(Mes)=NR))(SiMesMe_2)が得られた。(2)ゲルミル(ゲルミレン)錯体の合成・単離に成功した。結晶構造解析を行ったところ,ゲルミレン配位子と隣の分子のカルボニル酸素とが弱い相互作用をしている事が分かった。ゲルミル(ゲルミレン)錯体とFe(CO)_5を反応させると,ゲルミル基の金属間転位を伴い,ゲルミレン架橋錯体が得られた。(3)かさ高い置換基を有するジヒドロゲルマン(R_2GeH_2,R=Mesなど)と鉄錯体との反応では,ゲルミレン架橋鉄二核錯体Cp_2Fe_2(μ-CO)_2(μ-GeR_2)が得られた。この錯体は,極めて珍しい基底三重項錯体である事を明らかにした。(4)メトキシ基が2つのケイ素を架橋したビス(シリレン)タンタル錯体の合成・単離と結晶構造解析に成功したこれは,前周期金属を中心金属とするシリレン錯体の初めての例である。(1)すでにCp*W(CO)_3Me(Cp*=η-C_5Me_5)とかさ高いMes基を有するHSiMe_2SiMeMes_2(Mes=2,4,6-Me_3C_5H_2)の混合物を光照射すると、塩基の配位していないシリル(シリレン)タングステン錯体Cp*W(CO)_2(=SiMes_2)(SiMe_3)が生成することを報告している。この反応の一般性を調べるため、モリブデン錯体の合成を行った。Cp*Mo(CO)_3MeとHSiMe_2SiMeMes_2との混合物を光照射したところ、シリル(シリレン)モリブデン錯体Cp*W(CO)_2(=SiMes_2)(SiMe_3)(1)が生成した。

錯体1の構造を結晶構造解析によって決定したところ、モリブデンとシリレン配位子のケイ素との距離は非常に短く、不飽和結合性が強いことが明らかになった。現在この錯体の反応性の検討およびクロム錯体の合成に取組んでいる。(2)Cp*W(CO)_3Me(Cp*=η-C_5Me_5)とHSiMe_2SiMe_3との反応では、シリル(シリレン)錯体のカルボニル配位子の酸素が別の分子のシリレンケイ素に配位して8員環骨格を形成した、自己安定化シリル(シリレン)錯体[Cp*W(CO)_2(=SiMe_2)(SiMe_3)]_2が生成する。一方、鉄錯体の場合には自己安定化錯体は生成せず、最終的にシリル錯体が生成する。この原因はカルボニル酸素のルイス塩基性にあるのではないかと考え、タングステンより金属からカルボニル配位子への逆供与が弱いと考えられるモリブデン錯体の合成を行った。その結果、モリブデンを用いた場合も自己安定化錯体が生成した。現在クロムの場合はどうなるか検討している。(1)昨年度の研究によって,Cp^*M(CO)_3Me(M=Mo, W, Cp^*=η-C_5Me_5)とかさ高いMes基を有するヒドロジシランHSiMe_2SiMeMes_2(Mes=2,4,6-Me_3C_5H_2)の混合物を光照射すると、塩基の配位していないシリル(シリレン)錯体Cp^*M(CO)_2(=SiMes_2)(SiMe_3)が得られることを明らかにした。そこでもう一つの6族金属であるクロムを中心金属とする錯体を合成すべく,Cp^*Cr(CO)_3Meとの反応を行った。しかし,期待に反してシリル(シリレン)錯体は全く得られず,二量体錯体[Cp^*Cr(CO)_2]_2が得られた。(2)シリル(シリレン)モリブデンおよびタングステン錯体とN, N-ジメチルアミノピリジン(DMAP)との反応を検討した。モリブデン錯体ではケイ素上の置換基が分子内1,3-転位してシリレン配位子にDMAPが配位した錯体Cp^*Mo(CO)_2(=SiMesMe・DMAP)(SiMesMe_2)が生成した。一方,タングステン錯体の場合は,対応する塩基が配位したシリル(シリレン)錯体は全く得られず、錯体が分解して生成したと考えられる二量体錯体[Cp^*W(CO)_2]_2が得られた。この反応性の違いは,シリル(シリレン)錯体に於けるケイ素上の置換基の分子内1,3-転位の起こりやすさの違いを反映していると考えている。現在,他のルイス塩基との反応を行っている。(3)嵩高いアミノ基をケイ素上に有するトリヒドロシラン(Me_3Si)_2NSiH_3と鉄錯体CpFe(CO)_2Meとの反応を行った。この反応は,シリレン架橋鉄二核錯体を得ることを期待して行ったが,得られたのはシリリン架橋鉄三核錯体Cp_3Fe_3(CO)_4SiN(SiMe_3)_2であった。シリリン架橋錯体の例は非常に少なく,その構造,反応性には興味が持たれるため,現在詳細な検討を行っている。(1)Cp^*M(CO)_3Me(M=Mo, W, Cp^*=η-C_5Me_5)とかさ高いMes基を有するヒドロジシランHSiMe_2SiMeMes_2(Mes=2,4,6-Me_3C_5H_2)の光反応によって得られた,塩基の配位していないシリル(シリレン)錯体Cp^*M(CO)_2(=SiMes_2)(SiMe_3)の反応性を検討した。N, N-ジメチルアミノピリジン(DMAP)とモリブデン錯体との反応では,ケイ素上の置換基が分子内1,3-転位して,さらにシリレン配位子にDMAPが配位した錯体Cp^*Mo(CO)_2(=SiMesMe・DMAP)(SiMesMe_2)(1)が生成した。しかし,タングステン錯体は全く反応しなかった。ニトリル類RCNとの反応では,モリブデン錯体はシリル基がシリレン配位子に分子内1,3転位して,さらにニトリル上にジシラニル基が転位したCp^*Mo(CO)_2(RC=NSiMe_2SiMes_2Me_2)(2)を与えたが,タングステン錯体は全く反応しなかった。一方,イソシアニド類との反応では,モリブデン及びタングステン錯体が両者とも反応した。
心不全の能動的治療を可能とする超小型カテーテル式補助循環デバイスの研究開発

早期に低侵襲にて直接能動的に流量補助を行うことで、心不全患者の心機能や腎機能の維持や回復を促進可能なカテーテル式補助循環装置の開発を目的とし、腎血行動態の安定化を可能とする腎灌流用カテーテル式血管内留置型血液ポンプの開発を行った。数値流体解析を応用して血液ポンプを試作し、ポンプ性能、および拍動流模擬循環回路を用いた補助性能評価を行った。評価試験の結果、目標性能である流量1 L/min、揚程50 mmHgを回転数約25,000 rpmにて達成可能であった。また、本血液ポンプにより選択的に両腎動脈圧と流量を補助可能であった。開発した血液ポンプは腎灌流用として十分なポンプ性能と補助性能を示した。本研究では、冠動脈や腎動脈などの微小血管に対し、早期に低侵襲にて直接能動的に流量補助を行うことで、心不全患者の心機能、または腎機能の回復を促進可能なカテーテル式補助循環デバイスの開発を目的としている。本年度は腎動脈補助用カテーテル式補助循環装置の試作を開始した。(2)カテーテル式補助循環装置に組み込むための小型モータの選定を行い、選定したモータと3Dプリンタにて作製したインペラとポンプケーシングとを組み合わせ小型軸流血液ポンプを試作した。小型軸流血液ポンプを粘性が血液と同じ3.3 cPのグリセリン水溶液を満たした模擬循環回路に接続し、ポンプ特性の評価を行った。実験の結果、回転数20,000 rpmにて流量1 L/min、揚程80 mm Hgを達成可能であった。ただし、腎動脈に選択的に送血することを想定した場合、微小な流路のカテーテルと軸流血液ポンプを組み合わせる必要があることから、更なるポンプ性能の向上の必要性が確認された。本研究では、冠動脈や腎動脈などの微小血管に対し、早期に低侵襲にて直接能動的に流量補助を行うことで、心不全患者の心機能、または腎機能の維持・回復を促進可能なカテーテル式循環補助デバイスの開発を目的としている。本年度は腎血流補助用カテーテル式補助循環装置における小型血液ポンプの改良を行った。(1)昨年度試作した腎血流補助用カテーテル式補助循環装置の小型血液ポンプを基に、両腎動脈への2本の送血路を含めた小型血液ポンプの設計を行った。更に、数値流体解析(Computational fluid dynamics:以下CFD)を用いたインペラ、およびポンプ流路形状の改良を行った。(2)解析結果を元に、インペラ(直径5 mm、全長10 mm)とポンプケーシングを試作し、小型モータと組み合わせ小型血液ポンプ(直径9mm、全長37mm)を試作した。(3)試作した小型軸流血液ポンプを模擬循環回路に接続し、ポンプ特性の評価を行った。実験の結果、回転数20,000rpmにて流量1 L/min、揚程30 mm Hgを達成可能であり、両腎動脈を同時に補助可能な性能が得られることが確認された。また、CFD解析による解析値との比較を行った結果、定量的には多少の誤差が生じているが、定性的には類似した特長が得られ、CFD解析の妥当性が確認された。本年度は腎血流補助用カテーテル式補助循環装置における小型血液ポンプの数値流体解析(Computational fluid dynamics:以下CFD)による改良、試作を行った。更に、本血液ポンプによる選択的腎灌流について、拍動流模擬循環回路を用いた補助性能評価を行った。(1)腎血流補助用カテーテル式補助循環装置の小型血液ポンプについて、CFD解析を用いた改良を行った。CFD解析結果を元に、インペラ(直径5mm、全長10mm)とポンプケーシングを試作し、小型モータと組み合わせ小型血液ポンプ(直径15mm、全長65mm)を試作した。(2)試作した小型軸流血液ポンプを模擬循環回路に接続し、ポンプ特性の評価を行った。実験の結果、回転数25,000rpmにて流量1L/min、揚程50mmHgを達成可能であり、両腎動脈を同時に補助可能な性能が得られることが確認された。(3)本血液ポンプによる選択的腎灌流について、拍動流模擬循環回路を用いた補助性能評価を行った。拍動流模擬循環回路は、心室を模擬する拍動ポンプ、動脈用コンプライアンスチャンバ、腹部大動脈ー両腎動脈模擬流路、およびリザーバから構成し、血液ポンプを腹部大動脈流路内に設置し実験を行った。心拍出量4.3L/min、動脈圧83mmHg、両腎動脈圧79mmHg、腎動脈流量1.0L/min(両腎合計)の正常心状態から、心拍出量を低下させ両腎動脈圧と流量をそれぞれ47mmHg、0.67L/minまで低下させた。このとき血液ポンプによる補助を行ったところ、両腎動脈圧86mmHg、腎動脈流量1.02L/minと正常心状態まで増加させることが可能であった。本血液ポンプにて、選択的に両腎動脈圧と流量を補助可能であった。腎血流補助用カテーテル式補助循環装置について、CFD解析を応用した改良、試作を行った。

模擬循環回路にて試作した小型血液ポンプの評価を実施し、両腎動脈用として基本的な性能が得られることを確認した。更に、拍動流模擬循環回路を用いて補助性能評価を行い、本血液ポンプにて、選択的に両腎動脈圧と流量を補助可能なことが確認された。本研究では、冠動脈や腎動脈などの微小血管に対し、早期に低侵襲にて直接能動的に流量補助を行うことで、心不全患者の心機能、または腎機能の維持・回復を促進可能なカテーテル式補助循環デバイスの開発を目的としている。本年度は昨年度試作した血液ポンプと注水装置との一体化を行った。また、腎灌流用カテーテル式血液ポンプの流量制御法について、数値流体解析(Computational fluid dynamics:以下、CFD)による検討を行った。(1)カテーテル式血液ポンプを血管内で駆動する際、モータによる発熱やそれに伴う血栓形成、またインペラの軸周りの血栓形成が考えられる。そこで、外部からカテーテルを通じて生食等をモータ内部に持続的に送液可能な注水装置を組み込んだ。注水装置には低流量、高揚程での送液が可能なプランジャポンプを応用し、耐圧チューブを用いて試作した血液ポンプと接続した。注水装置を組み込むことにより血液ポンプへの生食等の持続注入が可能となることから、モータの冷却と共に血液停滞部のウォッシュアウトに有効であると考えられた。(2)カテーテル式血液ポンプにおいて腎動脈を対象として流量補助を行う場合、左右それぞれの腎臓に対して適切な流量を補助する必要があると考えられる。そこで、腎灌流用カテーテル式血液ポンプの流量制御法についてCFDによる検討を行った。解析の結果、血液ポンプの左右流出路を意図的に異なる高さに設け、インペラ位置を能動的に変更することで、左右流出路からの流量が左右共に約0.5 L/minの同等の状態から、左流量約0.68 L/min、右流量約0.32 L/minなど、左右の流量に差を生じさせることが可能であった。本流量制御法により、左右の腎臓に対して独立して流量を制御可能なことが示唆された。早期に低侵襲にて直接能動的に流量補助を行うことで、心不全患者の心機能や腎機能の維持や回復を促進可能なカテーテル式補助循環装置の開発を目的とし、腎血行動態の安定化を可能とする腎灌流用カテーテル式血管内留置型血液ポンプの開発を行った。数値流体解析を応用して血液ポンプを試作し、ポンプ性能、および拍動流模擬循環回路を用いた補助性能評価を行った。評価試験の結果、目標性能である流量1 L/min、揚程50 mmHgを回転数約25,000 rpmにて達成可能であった。また、本血液ポンプにより選択的に両腎動脈圧と流量を補助可能であった。開発した血液ポンプは腎灌流用として十分なポンプ性能と補助性能を示した。腎血流補助用カテーテル式補助循環装置について、昨年度試作した小型血液ポンプデザインを基に、両腎動脈へ選択的に送血可能な小型血液ポンプの設計、試作を行った。更に、CFD解析値と実験値を比較し、CFD解析の妥当性を確認した。小型血液ポンプにおけるポンプ性能と血液適合性の向上を目的とし、CFD解析を応用した改良を継続して行う。更に、左右の腎臓の補助流量を独立して制御可能な小型血液ポンプ構造について検討を行う。また、注水装置・カテーテルと小型血液ポンプとを一体化し、カテーテル式補助循環装置の試作機を作製する。試作したデバイスを用いて、模擬循環回路、および動物実験における評価を行う予定である。