hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超音波伝播特性による繊維強化プラスチックの長期耐久性評価手法の開発

1.ラム波伝播速度測定によるFRP直交積層板の疲労損傷の検出FRP直交積層板に超音波発信・受信センサを接着し、静的引張り試験および疲労試験の際に発生するトランスバースクラックをリアルタイムにラム波伝播速度および超音波の減衰特性から検出することを試みた。クラック数の増加に伴い、ラム波伝播速度および検出信号の振幅はいずれも低下し、クラックの検出が可能であることを確認した。さらに前年度までの研究により得ているラム波伝播速度低下率とトランスバースクラック数との関係式を用いて、リアルタイムに測定したラム波伝播速度低下率からクラック数を評価した結果、観察により得られたクラック数をほぼ妥当に評価できることが明らかになった。以上の結果より、本手法はFRP直交積層板の長期耐久性評価手法として有効であることを実証することができた。2.FRP直交積層板の衝撃層間剥離の定量検出法の開発FRP直交積層板に衝撃負荷を加えることにより発生する層間剥離の大きさと位置を定量的にかつ迅速に検出する手法の開発を試みた。超音波発信・受信センサを一定の距離を保ち、積層板上を線走査することでラム波到達時間分布を測定した。到達時間の減少として層間剥離が明確に検出され、さらに得られた到達時間を用いて、本研究で構築したラム波伝播モデルを基に層間剥離長さを評価することができた。さらに層間剥離が検出された線上で検出信号の振幅測定を行う線走査を実施した結果、著しい振幅低下として層間剥離端部を検出することができた。以上の2回の線走査により評価された層間剥離の大きさと位置を従来の超音波探傷試験の結果と比較するとほぼ同精度で検出できていることが明らかとなった。以上の結果より、本手法は迅速な層間剥離検出手法として有効であることを実証することができた。1.ラム波伝播速度を用いた直交積層板におけるトランスバースクラック密度および層間剥離長さの定量評価(1)直交積層板におけるトランスバースクラック密度とラム波伝播速度との関係をシアラグ解析と古典プレート理論により導出し、実験的検証を行った。実験においては直交積層CFRPおよびGFRP製の引張り試験片に人工欠陥を与え、任意のトランスバースクラック数を引張り試験機を用いて導入した。その後、超音波パルサー、AEセンサおよびデジタルオシロスコープを用いてラム波伝播速度を測定することにより、実験的にトランスバースクラック密度とラム波伝播速度変化率との関係を得た。その結果、理論値と実験値は非常によい一致を示し、ラム波伝播速度を用いたトランスバースクラック密度の定量評価手法を新たに開発した。(2)ラム波が直交積層板の層間剥離部で分離して伝播することを利用し、層間剥離長さとラム波伝播速度との関係を定式化し、実験的検証を行った。テフロンシートを用いた任意長さの擬似層間剥離を有する直交積層CFRPおよびGFRPを作製し、ラム波伝播速度を測定した。その結果、理論値と実験値は非常によい一致を示し、ラム波伝播速度を測定することで、層間剥離長さを定量評価する手法を新たに開発した。2.ラム波伝播速度変化を考慮に入れたトランスバースクラックのAE位置標定直交積層CFRPおよびGFRPの引張り試験の際にAE計測、in-situ側面観察を併用して行い、トランスバースクラックとAE信号との一対一対応を行った。位置標定手法としては任意のトランスバースクラック数に対するラム波伝播速度を計算し、in-situ伝播速度を用いたAE位置標定を世界で初めて行った。in-situ観察により得られたクラック位置とAE位置標定との比較を行った結果、従来法に比較して、著しい位置標定精度の向上を達成することができた。
臨界集合体と加速器を用いた加速器駆動未臨界体系の超ウラン元素消滅特性に関する研究

京都大学原子炉実験所の京都大学臨界集合体実験装置(KUCA)の固体減速架台において、臨界集合体とKUCA附設の加速器とを組みあわせて加速器駆動未臨界炉を模擬した体系を構築し、加速器パルス中性子源を用いて14MeV中性子を体系に入射し、^<237>Np/^<235>U核分裂率比を背中合わせ型核分裂率計数管(BTB検出器)を用いて測定した。その結果、^<237>Np核分裂率と^<235>U核分裂率の時間応答には有意な違いが観測され、未臨界体系における中性子スペクトルの時間依存性を反映した測定が可能であること、測定結果とモンテカルロ法によるシミュレーション結果とは統計誤差内で一致することが明らかとなった。しかしながら、同時に、現在の中性子パルス強度では核分裂率比測定データの統計精度が不十分であり、検出器の検出効率の向上、加速器ビーム強度の向上等の課題が存在することも明らかになった。次に、上記核分裂率比の計算精度を検証するために、1臨界体系における超ウラン元素核分裂率比測定実験(^<237>Np/^<235>U及び^<241>Am/^<235>U核分裂率比)の再解析として、実験データの見直し及び解析手法の精級化を行い、断面積ライブラリに起因する誤差要因の抽出を行った。この結果、特に^<241>Am核分裂断面積について、現在の断面積データのばらつきが実験解析結果に及ぼす影響が大きいことが明らかとなった。また、時間依存核特性計算の妥当性の検証のための基礎データとして、パルス中性子入射時における体系内中性子束の時間変化を空間点・エネルギー別に測定するために、カドミウムカバー着脱式シンチレーター塗布型光ファイバー検出器を試作し、未臨界体系におけるパルス実験を行った。この結果、^6Li(n,α)反応率のエネルギー領域別時間応答の空間依存性が観測され、本検出器システムのパルス中性子実験への適用性を確認することができた。京都大学原子炉実験所の京都大学臨界実験装置(KUCA)の固体減速架台の一つであるA架台において、熱中性子体系であるA1/8′′P60EU-EU(3)炉心を構築し、制御棒挿入パターンを調整することにより、未臨界度を約1%(実効増倍率0.99)とした未臨界体系を構築した。この体系の炉心燃料中心部に、^<237>Np及び^<235>Uサンプルを封入した背中合わせ型核分裂計数管(BTB検出器)を装荷した。この状態で、KUCA付設の加速器パルス中性子源を用いて、14MeVパルス中性子(パルス幅約2μ秒)を体系に入射し、パルス入射後の^<237>Np及び^<235>U核分裂率の時間変化をマルチチャンネルアナライザを用いて測定した。その結果、^<237>Np核分裂率と^<235>U核分裂率の時間依存性の違いが測定可能であることを確認した。すなわち、^<237>Npと^<235>Uでは、核分裂率のピーク位置及び減衰に明かな差違が認められ、未臨界体系における中性子スペクトルの時間依存性を反映した結果が得られた。ただし、この実験では、マシンタイムの制約上、測定データの統計精度が不十分であり、シミュレーション結果との詳細な比較のためには、照射出力、照射時間の調整による実験精度の向上が必要であることが判明した。このため、実験技術の確立を目的として、同じくA架台において、ポリエチレン反射体のみから構築されたポリエチレン体系を用いて、打ち込み中性子のパルス幅・周期・強度をパラメータとして同様の実験を実施した。この結果、実験条件として、およそ1桁の積算出力向上が必要であることがわかった。これらの成果をふまえ、次年度の実験においては、実験精度の向上を図るとともに、体系の中性子スペクトル・未臨界度を変化させて、高精度・広範囲なデータの取得を目指す。

また、時間依存核特性計算の妥当性の検証のための基礎データとして、パルス中性子入射時における体系内中性子束の時間変化を空間点・エネルギー別に測定するために、カドミウムカバー着脱式シンチレーター塗布型光ファイバー検出器を試作し、未臨界体系におけるパルス実験を行った。この結果、^6Li(n,α)反応率のエネルギー領域別時間応答の空間依存性が観測され、本検出器システムのパルス中性子実験への適用性を確認することができた。
新しいフーリエ変換―リニアイオントラップ型質量分析計の法医学への応用

本研究は、新しい質量分析法であるフーリエ変換ーリニアイオントラップ型質量分析計を法医学へ応用することを目的としたものの、新たに飛行時間型タンデム質量分析計(LC-Q-TOFMS)を購入して計画を遂行した。LC-Q-TOFMSは精密質量測定が可能で、ヒト尿中のアマニチン類を高感度に検出することに成功した。次いで、合成カンナビノイド及びその代謝物の検出、同定、定量にも有効であることが示され、経口人工妊娠中絶薬であるミフェプリストンの生体からの検出も成功した。現在、自然毒ライブラリーを構築中である。すなわち、LC-Q-TOFMSは、法医学、法中毒分野において有効であることが示された。自然毒の分析については、まずアマニチンに関し、UPLC-MS-MSによる分析の条件の最適化を試みた。UPLC-MS-MSでの分析カラムはAcquity UPLC BEH Shield RP18 2.1×100mm (Waters)、溶媒はギ酸・メタノール系のグラジエントプログラムにおいて、α-amanitin並びにβ-amanitnが完全に分離できた。ローディングバッファーはpH3、固相抽出カラムはOasis HLB 3 cc (Waters)、抽出溶媒はメタノールを用いることで最良の検出結果が得られた。内部標準物質には数種類の候補の中から回収率、Matrix効果共に優れた結果を示したVirginiamycin Bを選択することで、安定した分析結果が得られた。すべての化合物を5分以内に検出でき、感度限界は血漿、血清、尿でそれぞれ1、1.5、0.5ng/mlと既報とほぼ同程度ないし良好な結果が得られた。一方、α-amanitin及びβ-amanitnの各生体試料中Matrix成分による影響は大きく、特に尿においてはmatrix成分によりイオン化が人サンプルで約1.5倍、ラットサンプルで約3倍となった。しかしながら、matrix効果のサンプル間の差は小さいという結果が得られ、コントロール尿で検量線を作成することにより、定量は可能であると考えられ、実際にラットに投与したところ、尿サンプルでの検出が十分可能であった。他方、nano-LC-MS-MSによる分析については、通常のC18充填剤のカラムでは分離が不十分であり、今後カラムのさらなる検討が必要と考えられた。また、われわれは、肝毒性のマーカーとして胆汁酸に着目し、UPLC-MS-MSを用いて21種類の胆汁酸を分離することに成功し、これについても5分以内で分析することが可能となった。本年度は、主にQ-TOFMSを使用して、自然毒を含む薬毒物及び合成カンナビノイドを含む乱用薬物の分析法の開発を行なった。ヒト血漿試料(各300 microL)を塩基性条件下あるいは酸性条件下で、酢酸エチル600 microLで抽出し分析した。すると、AM-1220、AM-2232及びMAM-2201が検出された。また、血漿試料中の代謝物を探索したところ、いずれの血漿試料からも3-naphthoylindole及び3-(4-methylnaphthoyl)indoleと推定される化合物が検出された。そこで、これらの標準品を合成し、確認分析を行った後、定量分析を実施した。さらに、AM-1220のインドール環の一水酸化体と推定される化合物等が検出された。一方、MAM2201を5 mg/kgで腹腔内投与したラットの尿試料(24時間蓄尿採取)をメタノール除タンパク法で前処理を行い、LC-Q-TOFMSで分析を行った。その結果、精密質量測定プロダクトイオンスペクトルから、MAM2201のモノヒドロキシ体、MAM2201のジヒドロキシ体、脱フッ素化・水酸化体、脱フッ素化・カルボン酸体およびそのモノヒドロキシ体等の代謝物の化学構造を良好に同定することが可能であった。次いで、経口妊娠中絶薬であるミフェプリストンの検出を実際例で試みた。UPLC-MS-MSでは、MRMモードでミフェプリストンと考えられるピークが検出されたものの、MS/MSモードでは検出不能であったものが、LC-Q-TOFMSを用いると、精密質量や同位体比から、当該ピークがミフェプリストンで、標準品と同一のMS/MSスペクトルが取得でき、同一であることが確定した。また、代謝物と考えられるピークも検出され、現在標準品との比較を行なっている。これらのことから、LC-Q-TOFMSは法医学へ広く応用可能であることが期待できる。本年度では、UPLC-MS-MSによるアマニチン類の分析が完了した。昨年度に得られた条件で、ラット尿サンプルについても、投与後6ないし24時間後でも検出は可能であった。しかしながら血清中からは検出は不可能であった。これらの成果は国際誌に掲載された。

一方、nano-LC-MS-MSを用いたアマニチン類の分離は、良好な分離条件が得られず、再現性も欠けていた。他方、最近の飛行時間型タンデム質量分析計(Q-TOF)は、感度及び定量性の点で、格段の進歩を遂げている。そこで、我々はQ-TOFを用いてアマニチン類が測定できるか、実験を行った。尿サンプルを液-液抽出して再構成したサンプルに、アマニチンを適当量添加した。カラムは、ScherzoSM-C18 (2mmx150mm)を用い、流速は0.5ml/min、移動相は、Aに5mMギ酸アンモニウムを含むミリQ水、Bにメタノールを用いた。グラジエント条件は、10%Bで1分保持し、その後5分で95%まで上昇させ、目的物質を溶出した。イオン化法はESIポジティブモードを用いた。アルファ-アマニチンは3.7min、ベータ-アマニチンは4.5minに溶出し、良好なピーク形状及び分離が得られた。感度は、1ng/mlまで十分定量可能であり、1-5000ng/mlの広い範囲で良好な直線性が得られた。また、目立ったマトリックス効果は認められなかった。同様に、ピクロトキシンも高感度に検出が可能であった。一方、合成カンナビノイドに関しては、APICA、APINACA、AB-PINACA、AB-FUBINACAという、四種類の新規合成カンナビノイドを市販の脱法ドラッグから同定し、構造決定を行った。アマニチンについては、Orbitrapでの分析の前段階として、UPLC-MS-MSによる分析を試み、十分な定量性及び再現性が得られた。Nano-LC-MS-MSによる分析では、未だ十分な分離が得られていないものの、既に得られたデータに基づいて、異なる充填剤によるカラムを試みる予定である。25年度が最終年度であるため、記入しない。UPLC-MS-MSを用いた自然毒の分析に関しては、概ね良好な結果が得られている。しかしながら、Orbitrapによる測定の前提条件となる、nano-LCを用いた場合、自然毒では十分な分離が得られないことが多い。そのため、前述したように、Q-TOFを用いて測定を行ったところ、高感度にアマニチン類を検出することが可能であり、UPLC-MS-MSで大きな問題であった、マトリックス効果も観察されず、有用な方法であると期待された。上述したように、nano-LC-MS-MSによる分離に関しては、新しい充填剤によるカラムを用いることで、より良好な分離が得られると期待できる。また、肝毒性のプロジェクトについては、当初計画していたMPQIより先に、まず胆汁酸をターゲットとして検索を試みることとした。先に述べたように、Orbitrapに接続されているnano-LCは、これまでの実験結果からでは、分離は必ずしも良好ではない。しかし、最近発売されている、飛行時間型タンデム質量分析計(Q-TOF)を用いると、分離も良好で、高感度かつマトリックス効果を認めることなく、アマニチン類を測定することが可能となった。従って、nano-LCによる分離条件の追求は、今後も行うものの、本年度は、Q-TOFを用いた測定を中心として方法論の開発を行う予定である。
細胞種特異的炎症応答の探索

細胞種特異的なインフラマソームの探索を行うために、マウスの骨・軟骨関連細胞の初代培養を行い、インフラマソーム関連遺伝子の発現変化を培養細胞レベルで検討行った。その結果、破骨細胞において、インフラマソーム関連因子が発現することを見出した。さらに、破骨細胞にインフラマソームを活性化させる刺激を負荷すると、下流シグナルが活性化されることが判明した。これらの結果から、歯周疾患、骨関節疾患などの慢性炎症においても破骨細胞のインフラマソームの発現および活性化が生じ、IL-1βの成熟および分泌を促進し、IL-1βによって破骨細胞の骨吸収能が増強され、病態の重篤化に関与する可能性が示唆された。慢性炎症は歯周疾患、骨疾患、関節疾患、代謝性疾患など多くの疾患の発症に深く関与する。炎症組織ではマクロファージの浸潤と共に炎症性サイトカインTNFやIL-1が産生され、炎症性疾患の発症につながる。近年、慢性炎症関連疾患の発症にインフラマソームと呼ばれるタンパク質複合体の関与が発見され、その重要性が明らかにされつつある。興味深いことに、インフラマソームは、歯周組織、骨芽細胞、破骨細胞、軟骨細胞、脂肪細胞においても発現し、各々の細胞における疾患への関与が示唆されているが、その実態の解明は全く不明である。そこで本研究では、骨代謝、関節疾患ならびに骨破壊性歯周疾患の発症過程におけるインフラマソームの役割と分子制御機構を明らかにすることを目指す。本年度は、細胞種特異的なインフラマソームの探索を行うために、マウスの骨・軟骨関連細胞の初代培養を行い、インフラマソーム関連遺伝子の発現変化を培養レベルで検討をおこなった。その結果、破骨細胞において、インフラマソーム関連因子がLPS刺激に応答して発現することを見出した。さらに、破骨細胞にインフラマソームを誘導させる刺激を負荷すると、インフラマソームの下流シグナルが活性化されることが判明した。これらの結果は、マクロファージなどの免疫担当細胞に加え、破骨細胞においてもインフラマソームが構築され、何らかの生理的役割を持つ可能性を示唆している。歯周疾患、骨関節疾患、代謝性疾患などの疾患の発症に炎症の慢性化が関係することが知られている。近年、慢性炎症が関係する疾患の発症にインフラマソームと呼ばれるタンパク質複合体が関連することがわかってきた。NLRP3が構成するインフラマソームは、歯周組織、骨芽細胞、破骨細胞、軟骨細胞、脂肪細胞などにおいても発現し、各々の細胞が関係する疾患への関与が示唆されているが、その実態の解明は進んでいない。本研究では、骨代謝、関節疾患ならびに骨破壊性歯周疾患の発症過程におけるインフラマソームの役割と分子制御機構を明らかにすることを目標とした。骨軟骨組織に着目し、細胞種特異的なインフラマソームの探索を行った結果、破骨細胞においてインフラマソーム関連因子が発現していることが判明した。マクロファージなどの免疫関連細胞と同様に、破骨細胞においてもインフラマソーム関連因子はLPS刺激等に反応して発現誘導されることから、破骨細胞においてもインフラマソームが機能を有することが想定された。そこで、免疫細胞においてインフラマソームを活性化させる刺激を負荷したところ、破骨細胞においてもインフラマソームが活性化することを見出した。インフラマソームの活性化で産生されるIL-1bは破骨細胞の骨吸収活性を上昇させることから、歯周疾患、骨関節疾患などの慢性炎症時において破骨細胞のインフラマソームの発現および活性化が病態の重篤化に関与する可能性が示唆された。マクロファージ以外の細胞におけるインフラマソームの発現を探索し、免疫担当細胞以外でのインフラマソームの発現を確認することができたため、順調に進んでいる。分子細胞生物学今後は、細胞種特異的インフラマソームの探索の継続に加え、今回発見した破骨細胞におけるインフラマソームの活性化のメカニズムとその生理的意義を解析する。
日本人におけるナトリウムチャンネルの遺伝子異常と本態性高血圧の関連についての検討

1.上皮性ナトリウムチャンネル(ENaC)のβサブユニットの日本入における遺伝子多型の決定: 12エクソンすべてのスクリーニングを終了した。その結果、日本人では8個の遺伝子多型が存在し、そのうち7個は白色人種にも黒色人種にも報告されていない日本人特異的なものであった。2.多型の詳細: 3個はアミノ酸配列を変えており、5個はアミノ酸配列に影響のないものであった。アミノ酸配列を変える多型の位置と頻度は以下のごとくである。P369H(1/1225)、V434M(5/1225)、P592S(5/1225)。アミノ酸変異のない多型は以下の位置に認められた。Tyr335、Pro407、Asp419、Ser520、Thr594。3.高血圧症との関連:アミノ酸配列を変える多型、P369H、V434M、P592Sにおいては大型コンピュータを用いて、そのフェノタイプを解析し、本態性高血圧症との関連を検討した。その結果、P369Hが認められた1症例は高血圧であったが、その頻度があまりに低いことより、この多型の日本人の本態性高血圧症への影響は極めて小さいと考えられた。V434Mでは5例中3例が高血圧症であったが、統計学上、有意の高頻度とは結論づけられなかった。P592Sでは5例中1例のみが高血圧症であった。従って、上皮性ナトリウムチャンネル(ENaC)のβサブユニットの遺伝子多型は日本人の本態性高血圧症との有意の関連は認められなかった。しかし、V434Mではいずれの症例も軽度に血清ナトリウム値が上昇しており、この多型が生理的に影響を及ぼす可能性が示唆された。結論:日本人ではENaCβサブユニットに他民族とは異なった特異的な遺伝子多型が存在するが、本態性高血圧症に及ぼす影響はほとんどないと考えられた。平成12年にて以下の点について研究を終了し、実績を上げた。1)T594M遺伝子変異の重点解析の終了:現在ENaCのβサブユニットの594番アミノ酸のトレイン(T)からメチオニン(M)への変異を起こす遺伝子変異が最も本態性高血圧と関連すると考えられている。この変異は白人にはなく黒人においてのみ認められているが、日本人では検討されていなかった。我々は、変性勾配ゲル法とPCR-酵素法を用いてこの部位を重点的に精査した。対象は一般住人803例(大迫研究)のDNAとした。その結果日本人にはT594M遺伝子変異がないことが判明した。2)日本人特異的遺伝子変異の発見:変性勾配ゲルにてT594MではなくP592S遺伝子変異が日本人には特異的に存在することが明らかとなった。頻度は0.5%であった(黒人におけつT594M変異の頻度は数%)。臨床像との解析により、この遺伝子変異は高血圧症に結びつかないことも明かとなった。以上1)と2)は国際高血圧学会誌に報告した(J Hypertens18:861-866,2000)。3)βサブユニットとγサブユニット全体のスクリーニング:1)と2)により日本人の遺伝子変異は位置、頻度ともに特異的であることが判明したため、現在ENaC全体のスクリーニングを進めている。現時点ではβサブユニットのエクソン8に白人にのみ認められた位置に同様な変異が存在することが明かとなり、臨床像と合わせて投稿中である。1.上皮性ナトリウムチャンネル(ENaC)のβサブユニットの日本入における遺伝子多型の決定:12エクソンすべてのスクリーニングを終了した。
高速移動水素による次世代創蓄電デバイスの設計

スルホン酸化ポリフェニレン高分子を、ジクロロビフェニルとジクロロベンゼンスルホン酸から一段階で簡便に合成する方法を見出した。スルホン酸化ポリフェニレンは溶液キャスト法により柔軟な薄膜を形成し、5つのフェニレン環が連結したジクロロキンケフェニレンモノマーを用いて得られた薄膜と同程度以上の高いプロトン導電率、気体バリア性、化学安定性を示した。さらに側鎖に高密度でスルホン酸基を導入したポリフェニレン系の合成にも成功し、低含水率条件におけるプロトン導電率の向上を達成した。これらのプロトン導電性高分子薄膜を用いた燃料電池が、高性能と高耐久性を実現した。可逆的な水素吸蔵・放出を担う物質として、フルオレノン/フルオレノールを繰返し単位あたりに置換したビニルポリマー、および、チロロンと1,3,5-トリス(ブロモメチル)ベンゼンから得られる親水性架橋ポリマーを合成した。白金担持カーボン触媒を介して、フルオレノールで置換されたポリマーの電解酸化が酸素還元電位より卑な電位で生起することを明らかにし、リチャージャブル燃料電池への適用が原理的に可能であることを明確にした。また、ポリビニルキノキサリンを新たに設計・合成し,従来より高い質量水素密度を達成した。水素の吸蔵ー放出を行うポリマーに対して深紫外(FUV)分光を用いることで、水素を吸蔵したアルコールと放出したケトンが明確に異なる電子遷移吸収ピークを与えること、さらにそのピークが両者の化学状態の違いに由来することを時間依存密度汎関数(TD-DFT)法による解析によって明らかにした。全反射型のFUV分光において光の入射角度を変えることで深さ分解したスペクトルの測定が可能であるため,同ポリマーにおける水素の吸蔵ー放出過程のその場解析に道を拓く重要な成果である。計画研究内および他計画研究と密に連携を進めることにより、高分子薄膜中におけるプロトンや水素の構造と挙動を解析し、当初の計画よりも早い段階でプロトン高速移動および水素高密度凝集するための重要な材料設計指針を得ることができた。2019年度は水素高速移動機能の高度化(ステージI)をさらに進めながら、水素機能の融合(ステージII)も実施していく。プラスチック薄膜中におけるプロトン高密度化と高速移動:高度にスルホン酸基を導入した芳香族構造を持つプラスチックフィルムを設計、合成し、プロトンの分布やそれらが伝導度に及ぼす影響を明らかにする。フィルム中の水の微細構造を精密に解析し、高温で10-1S/cmを超えるプロトン伝導率を示す材料系を選定する。双安定性を利用したプロトンの高速移動:水素を簡単に貯蔵・放出できる高分子シートの開発にすでに成功している。フルオレノン高分子に水中で-1.5 Vの電圧を印加すると水の電気分解に伴ってプロトンがフルオレノールとして高分子中に取り込まれ、これを湯浴するだけで水素を放出させることができる。本研究では水素供与体と受容体が同程度に安定である「双安定性(を有する)高分子」を利用して、水素の貯蔵と放出を高速化・高密度化させることを目指す。界面構造の解析による触媒機能の活性化:プラスチックフィルム/電極界面におけるプロトンや水分子の構造を定量的に解析することにより、触媒活性点の構造や機能の設計に繋げる。分担者らが開発した電気化学周波数変調原子間力顕微鏡(EC-FM-AFM)を用いて、電位や雰囲気を厳密に制御した条件下でプロトンと酸素の電子移動反応に伴う界面の局所構造変化を解析する。これらの課題に関して、研究項目A02と連携してヘテロ機能界面を解析し、プロトンが関与する触媒反応の高活性化を試みる。A05と連携して中性子散乱測定により、プロトン高密度構造の解析を行う。また、本年度に採択された公募研究との連携も開始して、多様な高次水素機能の発現を加速する。

全反射型のFUV分光において光の入射角度を変えることで深さ分解したスペクトルの測定が可能であるため,同ポリマーにおける水素の吸蔵ー放出過程のその場解析に道を拓く重要な成果である。計画研究内および他計画研究と密に連携を進めることにより、高分子薄膜中におけるプロトンや水素の構造と挙動を解析し、当初の計画よりも早い段階でプロトン高速移動および水素高密度凝集するための重要な材料設計指針を得ることができた。2019年度は水素高速移動機能の高度化(ステージI)をさらに進めながら、水素機能の融合(ステージII)も実施していく。プラスチック薄膜中におけるプロトン高密度化と高速移動:高度にスルホン酸基を導入した芳香族構造を持つプラスチックフィルムを設計、合成し、プロトンの分布やそれらが伝導度に及ぼす影響を明らかにする。フィルム中の水の微細構造を精密に解析し、高温で10-1S/cmを超えるプロトン伝導率を示す材料系を選定する。双安定性を利用したプロトンの高速移動:水素を簡単に貯蔵・放出できる高分子シートの開発にすでに成功している。フルオレノン高分子に水中で-1.5 Vの電圧を印加すると水の電気分解に伴ってプロトンがフルオレノールとして高分子中に取り込まれ、これを湯浴するだけで水素を放出させることができる。本研究では水素供与体と受容体が同程度に安定である「双安定性(を有する)高分子」を利用して、水素の貯蔵と放出を高速化・高密度化させることを目指す。界面構造の解析による触媒機能の活性化:プラスチックフィルム/電極界面におけるプロトンや水分子の構造を定量的に解析することにより、触媒活性点の構造や機能の設計に繋げる。分担者らが開発した電気化学周波数変調原子間力顕微鏡(EC-FM-AFM)を用いて、電位や雰囲気を厳密に制御した条件下でプロトンと酸素の電子移動反応に伴う界面の局所構造変化を解析する。これらの課題に関して、研究項目A02と連携してヘテロ機能界面を解析し、プロトンが関与する触媒反応の高活性化を試みる。A05と連携して中性子散乱測定により、プロトン高密度構造の解析を行う。また、本年度に採択された公募研究との連携も開始して、多様な高次水素機能の発現を加速する。
びまん性軸索損傷発生メカニズムの法医病理学検討

びまん性軸索損傷(DAI)モデルとしてcentral percussion injuryラットを用い、DAIの発生メカニズムを多面的に検討した。動物用MRIを用いて浮腫の経時的変化を観察したところ、衝撃6時間後までは浮腫は認められず、24時間後から衝撃部位、脳梁部および脳幹部に認められ、48時間後には軽減した。電顕による観察では、15分後に軸索のランビエ絞輪部でミエリンの断裂および軸索内のミトコンドリアの膨化が観察され、衝撃のごく初期から一次性障害が生じることが確認された。二次性の軸索障害は、衝撃1時間後から軸索膜およびミエリンの変性像として認められ、さらに6時間後からミエリンの剥離などの変性像が顕著となり、24時間後まで軸索の膨化が増強した。したがって、衝撃24時間後までは、軸索障害が進行していると考えられる。次に二次性の軸索障害の発生メカニズムを検討した。アミロイドβタンパク質前駆体の局在の観察結果から、遅くとも衝撃1時間後から軸索における蛋白分解障害が生じていることが明らかとなった。脳室内にHRPを投与し軸索に対するトレーサーの透過性を検討すると、1時間後から神経繊維とくにミエリンにその亢進が認められた。脳梁を含む衝撃部位での脳組織の腫瘍壊死因子(TNF)αの定量では、衝撃1時間後から上昇し始めて3時間後でピークとなり、24時間後では減少傾向であった。電顕を用いTNFαの局在を検討すると、30分以降ミクログリアで、1時間以降では他のグリア系細胞にも局在が認められた。また、ミエリンの構成要素でもあるオリゴデンドログリアでの局在も観察され、TNFαはミエリンの透過性亢進に大きく関与しているものと思われる。以上の結果、二次性の軸索障害の発生に脳梁や脳幹部におけるグリア系細胞からのTNFαの産生が関与している可能性が考えられる。びまん性軸索損傷(DAI)は、頭部外傷によって生じる広範囲な脳白質軸索の一次性損傷と定義されている。しかしながら、DAIの法医病理学的な発生メカニズムは未だ十分には解明されていない。最初に、これまでの報告に準拠してDAIモデルの作製を試みた。具体的には、雄Wistarラットの頭頂部に骨窓を開け、fluid percussion装置でcentral percussion injuryを発生させた。最大陽圧1,000mmHg・最大陰圧160mmHgの打撃によって、脳表面にくも膜下出血、脳室内出血、脳梁および脳幹部に点状出血が認められ、DAIモデルを作製することが出来た。このモデルでの死亡率は40%で、その死因は呼吸抑制によるものであった。次に、組織形態学的変化を検討した。動物用MRI装置を用いて浮腫の経時的変化を観察したところ、衝撃6時間後までは浮腫は認められず、衝撃24時間後から衝撃部位、脳梁部および脳幹部に浮腫が認められ、48時間後には軽減化した。光顕像(ボディアン染色)を観察すると、リトラクションボールは衝撃24時間後から大脳皮質の受傷部、脳梁部および脳幹部で確認された。さらに電顕による観察では、衝撃15分後に軸索のランビエ絞輪部でミエリンの断裂および軸索内のミトコンドリアの膨化が観察され、衝撃のごく初期から一次性障害が生じることが確認された。さらに、衝撃6時間後からミエリンの剥離などの変性像が顕著となり、24時間後まで軸索の膨化が増強した。

衝撃48時間後では、ミエリンおよび軸索の変性は24時間後と同様で、マクロファジ-の貧食像などの修復像および浮腫の軽減化も認められた。したがって、24時間後までは軸索障害が進行していると考えられた。なお、DAIの臨床診断には、MRI像観察が重要であることが示唆された。びまん性軸索損傷に関する最近の知見によると、ストレッチを加えた神経繊維には断裂像などの明らかな障害が認められるものとその障害が認め難いものの2種類が存在すると報告され、後者の神経線維がsecondary axotomyの主役を演じる可能性を示唆している。われわれはこの見かけ上には障害のない軸索に何らかの変化が生じているのではないかと考え、昨年度と同様のfluid percussioninjury動物モデルを用い以下の実験を行った。最初に、外傷性脳損傷などの原因で蛋白質分解障害より神経細胞あるいは軸索に沈着することが報告されているアミロイドβタンパク質前駆体(βAPP)の局在を検討した。その結果、衝撃1時間後から軸索内にβAPPの染着が確認され、軸索における蛋白分解障害が遅くとも衝撃1時間後から生じていることが明らかとなった。次に、脳室内にトレーサーであるHRPを投与し経時的に軸索に対するトレーサーの透過性を検討すると、衝撃1時間後から神経繊維とくにミエリンに透過性亢進が生じていることが明らかとなった。さらに、ミエリン脱落やオリゴデンドログリア細胞にアボトーシスをもたらすことが報告されているTNFαの局在を検討し、かつ脳梁を含む衝撃部位での脳組織のTNFαの定量も行った。TNFαの測定においては、衝撃1時間後から上昇し始めて3時間後でピークとなり、24時間後では減少傾向であった。電顕を用いTNFαの局在を検討すると、衝撃30分以降ミクログリアで、1時間以降ではほかのダリア系細胞にも局在が認められた。また、ミエリンの構成要素でもあるオリゴデンドログリアでのTNF局在も観察され、TNFαはミエリンの透過性亢進に大きく関与しているものと思われる。以上の結果、二次性の軸索障害の発生に脳梁や脳幹部におけるダリア系細胞からのTNFαの産生が関与している可能性が考えられる。
乳がん個別化医療における治療方針決定支援技術の経済評価研究

乳がん個別化医療における治療方針支援技術の経済評価研究として、わが国で開発が進んでいて実用期に入りつつある治療方針決定支援技術95遺伝子診断について、保険診療への導入の文脈での費用効果分析を行った。開発症例データに基づいた診断の使用による術後化学療法の使用に関する治療方針の変更を、乳癌治療のマルコフ経済モデルに適用し、95遺伝子診断の保険診療導入に伴う増分費用効果比、1質調整生存年獲得当たり4,754,269円という結果を得た。これは新医療の普及に対する社会的な支払意思額の目安としての500万円を下回り、95遺伝子診断の保険診療への導入が正当化出来ることが示唆された。また、経済評価のオリジナルワークとしては、当初、自身も開発に参加してきている治療方針決定支援技術としての乳がんの予測モデルのうち、術前科学療法の効果予測モデルと腋窩リンパ節転移予測モデルの経済評価を計画していたが、より経済インパクトの大きいHer2陽性乳がんへのトラスツズマブ術前化学療法の効果予測モデルの開発が進んだため(Takada et al. Breast Cancer Res Treat. 2014 May;145(1):143-53)このモデルに基づく経済評価を進めることとして着手している。また、関連して、乳がん予防方針決定支援技術の経済分析として乳がん個人リスク別化学予防意思決定に関する調査を行った。これらの研究は、癌撲滅や医療費適正化などの社会目標の中で大きな期待をされているがん医療の個別化の先進的領域における研究として位置づけることができる。乳がん個別化医療における治療方針支援技術の経済評価研究の第2年度の研究として、治療方針決定支援技術として国際的に最も研究が進んでいる多遺伝子アッセイの最新技術の経済評価研究を進めた。欧米で開発が進み標準診療に組み入れられてきている21遺伝子アッセイに対して、我が国で開発が進んできており実用期に入りつつある95遺伝子アッセイについて、日本の保険診療への導入の文脈での費用効果分析に着手した。第一に、95遺伝子アッセイの経済評価を行うために必要不可欠な、標準診療と95遺伝子アッセイに基づいた診療との比較が可能になる患者群の再発予後データを入手した。具体的には、開発時のValidation studyのデータを経済評価用に再分析した結果の提供を受けた。第二に、競合する先行技術である21遺伝子アッセイや70遺伝子アッセイについて、自身が報告してきた経済モデル(Kondo et al. Breast Cancer Res Treat. 2012 Jun;133(2):759-68、Kondo et al. Breast Cancer Res Treat. 2011 Jun;127(3):739-49)の再発・予後部分を現行の治療と成績にアップデートした。今後は、データとモデルを連結して経済評価を完了する。この研究は、欧米で標準化している21遺伝子アッセイよりも優れていることが示されつつある国産技術の95遺伝子アッセイに関して、その普及の鍵となる経済評価研究を国際的に発信するものとして有意義なものである。乳がん個別化医療における治療方針支援技術の経済評価研究の第3年度の研究として、治療方針決定支援技術として国際的に最も研究が進んでいる多遺伝子アッセイの最新技術の経済評価研究を進めた。わが国で開発が進んできており実用期に入りつつある95遺伝子アッセイについて、日本の保険診療への導入の文脈での費用効果分析を行った。第2年度に入手していた95遺伝子アッセイの経済評価を行うために必要不可欠な、標準診療と95遺伝子アッセイに基づいた診療との比較が可能になる患者群の再発予後データの症例追加を行った。提供を受けていた開発時のValidation studyのデータでは、経済モデルに投入する遷移確率の推定には症例数が不十分であったため症例を追加した。その結果、95遺伝子アッセイを日本の保険診療への導入することに伴う費用と効果から得られる増分費用効果比は概ね1質調整生存年獲得当たり500万円以下になり、新しい保健医療サービスに対する社会的な支払い意思額の目安を下回り、費用対効果に優れることが明らかにされた。この研究は、欧米で標準化している21遺伝子アッセイよりも優れていることが示されつつある国産技術の95遺伝子アッセイに関して、その普及の鍵となる経済評価研究であり、有意義なものである。経済評価のオリジナルワークとして対象とする治療方針決定支援技術の研究開発は速度が速いが、研究最終年にに合う形で国際的に大きなインパクトが見込める技術を対象にすることが出来たから。医療経済学95遺伝子アッセイの経済評価用データセットとアップデートした原発性早期乳がん治療・予後モデルを連結して経済評価を完了し、国際がん総合誌等で成果を発表する。経済評価のオリジナルワークとして対象とする治療方針決定支援技術の研究開発は速度が速く、経済インパクトの大きい新技術をタイムリーに対象とする形で経済評価が進められているから。Her2陽性乳がんへのトラスツズマブ術前

化学療法の効果予測モデルに基づく治療方針決定支援技術の経済評価をまとめ成果を発表する。関連研究として、乳がん個人リスク別化学予防意思決定の経済モデルを構築し成果を発表する。
蛍光発光標識法と摩擦面直接観察によるDLC膜の摩耗に及ぼす潤滑油添加剤の影響解明

炭素系皇室薄膜であるDLC膜は低摩擦,高い耐摩耗性,低相手攻撃性などの優れた特徴を有する.科学的不活性であるはずのDLC膜だが,エンジン油のような多くの添加剤を含む潤滑条件下において,非常に摩耗が促進する状況が発生している.特に添加剤のトライボケミカル反応に伴い生成される粒子あるいは酸化物が摩擦面内にかみこまれることで,摩耗を非常に促進している可能性がある.現在市場で使用されている有機金属元素を含む添加剤として硫黄,リン,亜鉛の使用量を減少させることが欧州を中心として促進されており,代替添加剤とDLC膜との摩擦面内トライボケミカル反応およびDLC膜の結晶構造変化への酸化物,粒子形状の影響は全く定かにされていない.これまでの研究成果を踏まえ,摩耗粒子自己発光のための蛍光染色と顕微鏡観察システムへの紫外可視光入射可能な装置組み込み及び摩擦面内の観察と粒子挙動の撮影手法の確立を行った.代替摩耗粒子として純モリブデン(Mo),モリブデンカーバイド(Mo2C),固体モリブデンジチオカーバメイト(MoDTC),二硫化モリブデン(MoS2),三酸化モリブデン(MoO3)を含む潤滑油中での摩擦試験結果からa-C:H膜の摩耗促進にはMo2Cによるアブレシブ摩耗,MoDTC自体による化学腐食摩耗の順に摩耗量が多く,MoO3,Mo,MoS2による摩耗量は少ないことが明らかにされた.しかし,添加剤として含まれる液体のMoDTCがトライボケミカル反応により反応分解してMo2Cになるまでの時間を考慮すると,a-C:H膜の初期摩耗にはMoDTC自体の化学腐食摩耗が最も大きな影響を与えているものと示唆される結果が得られた.今後,摩擦面内へのMoDTC粒子の挟み込み量,接触面積などの直接観察が重要となる.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。炭素系硬質薄膜であるDLC膜は低摩擦,高い耐摩耗性,低相手攻撃性などの優れた特徴を有することから,自動車産業をはじめとして多くの分野で使用されている.化学的不活性であるはずのDLC膜だが,エンジン油のような多くの添加剤を含む潤滑条件下において,非常に摩耗が促進する状況が発生している.特に添加剤のトライボケミカル反応に伴い生成される粒子あるいは酸化物が摩擦面内にかみ込まれることで,摩耗を非常に促進している可能性がある.現在市場で使用されている有機金属元素を含む添加剤として硫黄,リン,亜鉛の使用量を減少させることが欧州を中心として促進されており,代替添加剤とDLC膜との摩擦面内トライボケミカル反応及びDLC膜の結晶構造変化への酸化物,粒子形状の影響は全く定かにされていない.ここで重要な点は,トライボケミカル反応場を直接観察する手法として,赤外分光法などの光学的手法のみが可能性を持っているが(もっと分解能の高い走査型電子顕微鏡では摩擦面内を直接観察できない),入射光を反射する機構での観察では直径0.3 um以下を識別できない問題点があった.以上のような状況を鑑み,申請者は,「摩耗粒子自身を発光させ,直径0.3 um以下の粒子を直接観察できる」機構を発案した.これまでに三酸化モリブデンを蛍光発光させ,境界潤滑条件にて摩擦面内への入り込みをその場観察できている.その結果,DLC膜の比摩耗量に及ぼす粒子の影響が明らかになってきている.一方,粒子の摩擦面内への入り込みのみが発生して,摩擦面内において化学反応が促進されているか否かはまだ明らかではない.蛍光発光標識法を用いた粒子の摩擦面内への入り込みの観察に成功しており,現在摩擦面内での粒子挙動解明のため,動画から粒子の挙動を明らかにするためのソフトウェアの購入検討に入っている.また,摩擦面内のラマン分光分析を可能とするためのフィルタ購入について,2枚のNDフィルタを用いたフィルタリング技術について可能性を検討している.いずれも29年度実施計画のために必要な技術で,今年度中に開発が成功するものと考えられる.また,DLC膜の摩耗に及ぼす三酸化モリブデンの影響のみならず,Mo2Cや有機モリブデンなど複数の中間生成体について,研究協力先であるJXエネルギー(株)と連絡を取り合っているところである.炭素系皇室薄膜であるDLC幕は低摩擦,高い耐摩耗性,低相手攻撃性などの優れた特徴を有する.科学的不活性であるはずのDLC膜だが,エンジン油のような多くの添加剤を含む潤滑条件下において,非常に摩耗が促進する状況が発生している.特に添加剤のトライボケミカル反応に伴い生成される粒子あるいは酸化物が摩擦面内にかみこまれることで,摩耗を非常に促進している可能性がある.現在市場で使用されている有機金属元素を含む添加剤として硫黄,リン,亜鉛の使用量を減少させることが欧州を中心として促進されており,代替添加剤とDLC膜との摩擦面内トライボケミカル反応およびDLC膜の結晶構造変化への酸化物,粒子形状の影響は全く定かにされていない.これまでの研究成果を踏まえ,摩耗粒子自己発光のための蛍光染色と顕微鏡観察システムへの紫外可視光入射可能な装置組み込み及び摩擦面内の観察と粒子挙動の撮影手法の確立を行った.

代替摩耗粒子として純モリブデン(Mo),モリブデンカーバイド(Mo2C),固体モリブデンジチオカーバメイト(MoDTC),二硫化モリブデン(MoS2),三酸化モリブデン(MoO3)を含む潤滑油中での摩擦試験結果からa-C:H膜の摩耗促進にはMo2Cによるアブレシブ摩耗,MoDTC自体による化学腐食摩耗の順に摩耗量が多く,MoO3,Mo,MoS2による摩耗量は少ないことが明らかにされた.しかし,添加剤として含まれる液体のMoDTCがトライボケミカル反応により反応分解してMo2Cになるまでの時間を考慮すると,a-C:H膜の初期摩耗にはMoDTC自体の化学腐食摩耗が最も大きな影響を与えているものと示唆される結果が得られた.今後,摩擦面内へのMoDTC粒子の挟み込み量,接触面積などの直接観察が重要となる.これまでに各種模擬摩耗粒子へのローダミンによる染色および境界潤滑条件下における摩擦試験,摩耗量の測定手法の確立までが完成している.摩擦面内から発生する微弱なラマン光を測定可能とするため,532 nmレーザをライトガイド軽油にて摩擦面内に導入し,得られるラマン光を装置付属の光速度CCDカメラに導入する.この際,オプトライン社製のレーザラインフィルタ(中心波長491 nm及び514 nm)をカメラと観察視野との間に挿入して1330 cm-1及び1580cm-1を中心波長とする画像の取得を行い,動画にてマッピングラマンが可能となるように装置改良を行う.炭素系皇室薄膜であるDLC膜は低摩擦,高い耐摩耗性,低相手攻撃性などの優れた特徴を有する.科学的不活性であるはずのDLC膜だが,エンジン油のような多くの添加剤を含む潤滑条件下において,非常に摩耗が促進する状況が発生している.特に添加剤のトライボケミカル反応に伴い生成される粒子あるいは酸化物が摩擦面内にかみこまれることで,摩耗を非常に促進している可能性がある.現在市場で使用されている有機金属元素を含む添加剤として硫黄,リン,亜鉛の使用量を減少させることが欧州を中心として促進されており,代替添加剤とDLC膜との摩擦面内トライボケミカル反応およびDLC膜の結晶構造変化への酸化物,粒子形状の影響は全く定かにされていない.これまでの研究成果を踏まえ,摩耗粒子自己発光のための蛍光染色と顕微鏡観察システムへの紫外可視光入射可能な装置組み込み及び摩擦面内の観察と粒子挙動の撮影手法の確立を行った.代替摩耗粒子として純モリブデン(Mo),モリブデンカーバイド(Mo2C),固体モリブデンジチオカーバメイト(MoDTC),二硫化モリブデン(MoS2),三酸化モリブデン(MoO3)を含む潤滑油中での摩擦試験結果からa-C:H膜の摩耗促進にはMo2Cによるアブレシブ摩耗,MoDTC自体による化学腐食摩耗の順に摩耗量が多く,MoO3,Mo,MoS2による摩耗量は少ないことが明らかにされた.しかし,添加剤として含まれる液体のMoDTCがトライボケミカル反応により反応分解してMo2Cになるまでの時間を考慮すると,a-C:H膜の初期摩耗にはMoDTC自体の化学腐食摩耗が最も大きな影響を与えているものと示唆される結果が得られた.今後,摩擦面内へのMoDTC粒子の挟み込み量,接触面積などの直接観察が重要となる.DLC膜の摩耗粉収集のため,真空ポンプを備えたフィルタ収集技術が名古屋大学の所属研究室にあり,現在稼働のための準備を行っている.以前使用していたこともあるため,作業は可能と考えられている.また,名古屋大学の超高圧顕微鏡施設と今後連絡を取り,摩耗粉の透過型電子顕微鏡観察の可能性有無について検討を新たに行う.研究申請時に検討していた(I)模擬摩耗粒子の蛍光染色,(II)その粒子による動的画像取得,(III)及び(IV)
プリオンタンパク高次構造を標的としたプリオン病の病態機構の解明

試験管内で間欠的に撹拌することによって異常型に高い効率で変換する方法(Quaking-Induced Conversion;QUIC)によりリコンビナントPrP(recPrP)アミロイドを作製し、そのrecPrPアミロイドの立体構造、感染性を解析した。シードとしてごく少量のプリオン株の異なる感染脳乳剤(22L、Chandler株)を混和することによって生成したrecPrPアミロイドは、プリオン株特異的に感染脳から精製したPrP^<Sc>と同様の二次構造、構造安定性を示した。さらに、これらのrecPrPアミロイドは野生型マウスに対して感染性が有り、感染性の無いrecPrPアミロイドとは異なる繊維構造形態であることが判明した。以上の結果から、試験管内反応においても、プリオン株特異的な構造はrecPrPアミロイドへ伝播され、そのrecPrPアミロイドは新たに感染性を獲得することが明らかとなり、プリオンの本体がPrPアミロイドであることが示唆された。また、感染性の有無には、PrPアミロイド繊維構造の違いが影響することも示唆された。プリオン病は、各動物種に定常的に発現する正常型プリオンタンパク(Prp^c)から構造変換した異常型プリオンタンパク(PrP^<sc>)が中枢神経系に蓄積し発症するとされている。しかしながら、PrP^cからPrP^<sc>への変換プロセスや、PrP^<sc>の立体構造、さらにその構造と感染性がどのように関連するかなど、いまだ解明されていない。本研究の目的は、PrP^cと同じ構造を持つ大腸菌から精製したリコンビナントPrP(rPrP)を用いて、試験管内で間欠的に撹拌することによって異常型に高い効率で変換する方法(Quaking-Induced Conversion;QUIC法)により異常型rPrPを作製し、その異常型rPrPの立体構造、感染性を検討することである。まず初めに、QUIC法による変換過程に影響を与える因子として温度、塩濃度、pH、変性剤の影響を検討し、異常型rPrP作製における最適条件(温度:40°C、塩濃度:300mM NaCl、pH:7.5、変性剤なし)を決定した。この条件において、マウスrPrPにごく少量のプリオン株の異なる感染脳を混和することによって、数種類の異常型rPrPの作製に成功した。これらの異常型rPrPは、PrP^<sc>と同様にタンパク分解酵素に対して抵抗性を持っており、また、プリオン株特異的に、感染脳から精製したPrp^<sc>と二次構造が類似していることを明らかにした。これらの結果から、プリオン株特異的な構造がrPrPへ伝播する可能性が示唆された。現在、これらの異常型rPrPをマウスに脳内接種し、どのような構造の異常型rPrPがプリオン病を発症するか検討中である。本研究は、プリオン病を引き起こすメカニズムとして現在最も有力とされている、正常型プリオンタンパク(PrP^C)から異常型プリオンタンパク(PrP^<Sc>)への変換プロセスや、異常型プリオンタンパクの立体構造、さらにその構造と感染性がどのように関連するかなど、多くのいまだ解明されていない基礎的問題の解決に迫り、プリオン病の病態解明・治療へと研究を展開するための研究基盤を確立することが目的である。そこで、PrP^Cと同じ構造を持つ大腸菌から精製したリコンビナントPrP(recPrP)を用いて、試験管内で間欠的に撹拌することによって異常型に高い効率で変換する方法(Quaking-Induced Conversion ; QUIC)によりrecPrPアミロイドを作製し、そのrecPrPアミロイドの立体構造、感染性を解析した。マウスrecPrPにシードとしてごく少量のプリオン株の異なる感染脳乳剤を混和することによって、数種類のrecPrPアミロイド生成に成功した。これらのrecPrPアミロイドは、PrP^<Sc>と同様にタンパク分解酵素に対して抵抗性を持っており、また、プリオン株特異的に、感染脳から精製したPrP^<Sc>と同様の二次構造、構造安定性を示した。これらのrecPrPアミロイドを野生型マウスに脳内接種し、プリオン病の生存期間を検討した結果、recPrPアミロイドは対照群と比べて有意に生存期間を短縮し、感染価を高めた。

一方、シードを添加せずrecPrPのみで生成したrecPrPアミロイドには感染性が無いことが判明し、透過型電子顕微鏡を用いた測定によって、感染性を有するrecPrPアミロイド(シード有り)と感染性の無いrecPrPアミロイド(シード無し)の繊維構造形態に違いが見られた。以上の結果から、試験管内反応においても、プリオン株特異的な構造はrecPrPへ伝播され、そのrecPrPアミロイドは新たに感染性を獲得することが明らかとなった。さらに、感染性の有無には、PrPアミロイド繊維構造の違いが影響することも示唆された。
太陽電池内部での電荷の輸送および再結合ダイナミクス解明のための計測手法確立

太陽電池を用いて光エネルギーを電気エネルギーに効率よく変換するためには、光で生成されたキャリアの移動度を向上させるとともに、非輻射再結合を低減することが必要である。これらの特性はデバイスの構造と作製過程に依存するため、完成したデバイスでそれらを評価するための測定手法が求められている。本研究では、時間分解分光法を利用して、そのような測定手法を開拓することを目指す。