hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
インターロイキン18タンパク質立体構造決定に基づいた新規機能分子開発・治療応用

アレルギー疾患・自己免疫疾患・免疫不全はヒト抗原認識及び免疫反応機構の表裏を構成している。下図に示すように、アレルギー・免疫反応は、まず抗原提示細胞上のHLA分子・抗原ペプチド・T細胞レセプターの3者複合体形成により始まる。その後、種々のサイトカインを含むメディエーターによる修飾・増幅を経て、最終的な生体反応となって現れる。平成14年度は、インターロイキン18構造・活性相関及び阻害剤の解析を行った。現在までに、ヒトIL-18立体構造を多次元NMRを用いて決定し、レセプター結合様式について、ヒトIL-18蛋白質の立体構造表面に位置する残基の内、蛋白相互作用に関与すると考えられる残基の側鎖を改変した各種変異体を作成した。ヒトリンパ球を用いた活性測定により、活性保持に重要な残基を特定した。その際に、安定同位体元素ラベルした変異体蛋白を用いた2次元NMR解析から、導入した変異によって立体構造が破壊されていないことを確認した。以上の解析から、IL-18活性を発揮するために重要な3つの領域が同定された。一方、IL-18レセプターαについてホモロジーモデリングを行い、さらに変異解析の結果を踏まえレセプターとの複合体モデリングを行った。これらの結果から構造生物学的創薬の基盤が得られた。これらを踏まえて、蛋白レベル、ペプチドレベル、低分子薬剤レベルでの阻害活性実験を行い、その阻害メカニズムの解析を行うことが可能となったことから、現在、臨床応用を進めている。平成13年度は、インターロイキン18立体構造・活性相関解析を行った。これによりレセプターαと結合には、先に同定された活性に重要な領域の内2つの領域を使用することが示唆され、その結合様式はIL-1 : IL-1RIと同様の結合様式であると考えられた。
セルロースナノファイバーへのポリマーグラフト化による太陽熱蓄熱材料の創製

国を挙げたセルロースナノファイバー(CNF)の基幹材料化の機運の中で,世界的にはナノセルロースをベースとしたエマルションの報告が近年相次いでいる。本研究では,相変化材料(PCM:高温で熱吸収,低温移行時に潜熱放出)を内包したoil-in-water (o/w)ピッカリングエマルションを設計・調製している。太陽熱エネルギーを貯蔵し,且つ特別な施工を必要としない水性塗料(住宅や温室用等)を設計することが目的である。ピッカリングエマルションの安定化剤として,表面修飾したCNFを用いる。懸念されるPCMの漏出を修飾CNFで防ぐ。既存材料の置き換えでなく,CNFの特性を活かして省エネに直接貢献したい。本年度は,親疎水性のバランスを調節するためのCNFの表面修飾に取り組んだ。出発のCNFとして,主に水酸基のみを表面に有する試料を用いた。得られた修飾CNF(MCNF)の置換基の導入を固体NMRやFT-IRといった分光法により確認し,置換度(DS)を定量した。広角X線回折により,セルロースI型結晶を保持していることを確認した。DSの異なるMCNFを用いて,owピッカリングエマルションの調製を試みたところ,エマルションの安定性はDSに著しく依存した。MCNFの親水性・親油性のバランスが,ピッカリングエマルションの安定性に非常に重要であることが示された。結果的に,エマルション安定化のためのMCNFの最適DSを見出すことができた。CNFの表面修飾とキャラクタリゼーションを実施し,o/wピッカリングエマルションを得るための修飾の程度を最適化することができたため。ピッカリングエマルションの長期安定化法を探究する。PCMの漏出防止能が現状のピッカリングエマルションで不十分であるようなら,グラフト共重合を行う。キャラクタリゼーションは分光法を中心に行う。ピッカリングエマルションから水を蒸発させて膜を得る。塗料としてのコーティング特性を評価し,CNF修飾条件にフィードバックして最適化する。膜の熱分析を詳細に行い,PCMの性能発現(吸熱・放熱温度域とその速度)を調査する。
石炭スラグ層を伴うMHD発電機極上の放電構造と電極材の熱電気化学的侵食機構

MHD発電は,プラズマを用いた高効率発電方式として各国で研究が進められているが,電極の寿命が,実用化の上での最大の問題点となっている.特に,最も実用に近い石炭燃焼MHD発電では,石炭スラグ層が電極上を覆うため,放電構造の根本的な把握とともに,主としてアーク発生による電極の熱電気化学的な損傷機構の解明が重要な課題となっている.本研究では,スラグ層を伴う電極の長寿命化のための指針を得ることを目的として,熱的電気的および化学的な性状が既知の人造スラグ層(PbO-SiO_2系)を金属電極(SUS,Cu)上にプール状に形成させて通電実験を行い,陽極および陰極それぞれについて,均一放電から微細アーク放電を経て巨大なアーク放電に至る放電挙動,さらに,これらのアークが発生する限界電流密度とこれに及ぼす電極温度,電極材,スクグ組成などの影響を明らかにした.また,アーク放電時における電極の損傷状況の顕微鏡観察を行い,アークスポット部の侵食に及ぼす諸因子の影響について検討を行った.主な結果を以下に示す.1.陰極においては,明確な均一放電,微細アーク放電,巨大アーク放電の各領域が存在するが,陽極では,明確な微細アーク放電領域が存在しない.2.スラグ層を伴う陽極上での電流集中は,熱電気的不安定に起因し,電極温度が高い場合は,電流集中がプラズマ境界層内の低導電度層内に発生するため,限界電流密度はスラグ層表面温度に支配されて電極温度に依存しないのに対し,電極温度が低下するに従い,電流集中がスラグ層底部に発生するようになり,限界電流密度が急激に低下する.3.アーク発生による電極の損傷は,陽極では巨大アークによる電極後端部に集中するのに対し,陰極では電極表面上にスポット状に生じ,その径は,電極温度の低下とともに大きく深くなり,数は減少する.MHD発電は,プラズマを用いた高効率発電方式として各国で研究が進められているが,電極の寿命が,実用化の上での最大の問題点となっている.特に,最も実用に近い石炭燃焼MHD発電では,石炭スラグ層が電極上を覆うため,放電構造の根本的な把握とともに,主としてアーク発生による電極の熱電気化学的な損傷機構の解明が重要な課題となっている.本研究では,スラグ層を伴う電極の長寿命化のための指針を得ることを目的として,熱的電気的および化学的な性状が既知の人造スラグ層(PbO-SiO_2系)を金属電極(SUS,Cu)上にプール状に形成させて通電実験を行い,陽極および陰極それぞれについて,均一放電から微細アーク放電を経て巨大なアーク放電に至る放電挙動,さらに,これらのアークが発生する限界電流密度とこれに及ぼす電極温度,電極材,スクグ組成などの影響を明らかにした.また,アーク放電時における電極の損傷状況の顕微鏡観察を行い,アークスポット部の侵食に及ぼす諸因子の影響について検討を行った.主な結果を以下に示す.1.陰極においては,明確な均一放電,微細アーク放電,巨大アーク放電の各領域が存在するが,陽極では,明確な微細アーク放電領域が存在しない.2.スラグ層を伴う陽極上での電流集中は,熱電気的不安定に起因し,電極温度が高い場合は,電流集中がプラズマ境界層内の低導電度層内に発生するため,限界電流密度はスラグ層表面温度に支配されて電極温度に依存しないのに対し,電極温度が低下するに従い,電流集中がスラグ層底部に発生するようになり,限界電流密度が急激に低下する.3.アーク発生による電極の損傷は,陽極では巨大アークによる電極後端部に集中するのに対し,陰極では電極表面上にスポット状に生じ,その径は,電極温度の低下とともに大きく深くなり,数は減少する.
繊毛虫における有性生殖開始機構・性決定および性成熟機構の解明へ向けた網羅的解析

原生生物繊毛虫の性成熟と性決定、有性生殖開始機構を解明し、その多様性と原点を探るため、比較的原始的な種と考えられているブレファリズマを用いて、以下のような研究を行なった。ブレファリズマの子孫株を樹立し、未熟期から成熟期への性成熟過程の進行と接合型発現の様子を詳細に調べた。また、ブレファリズマの性成熟度の違いや接合型の違いを反映させたトランスクリプトームデータセットを構築した。さらに、それらのデータを用いて、ブレファリズマの交配フェロモン(ガモン2)の生合成に関わる酵素の同定とガモン2生合成経路の推定を行った。原生生物繊毛虫の有性生殖開始機構、性決定機構の解明を目指し、原始的な繊毛虫の一種であるブレファリズマを用いて、交配実験による子孫株の樹立と性的成熟過程の観察、および性成熟段階の異なる未熟期と成熟期の細胞における網羅的遺伝子発現解析を行った。1.ブレファリズマにおける子孫株の樹立と性成熟過程の観察繊毛虫ブレファリズマはI型、II型の二種類の性(接合型)をもつ。本研究室で維持しているブレファリズマ株を用いて交配実験を行い、最も高い確率で有性生殖(接合)を完了できることがわかった株間の掛け合わせによって、複数の子孫候補株を樹立した。正常な接合過程を経て樹立された子孫株は性的に未熟期にあり、その後分裂を繰り返すことによって発生過程(性成熟過程)を進行させると考えられている。そこで、樹立した各子孫候補株を単離培養し、適宜サンプリングを行い、その時点における分裂齢(分裂回数)のカウントと性成熟度、接合型チェックを行った。その結果、約12-13回分裂時には接合活性がみられず、性的未熟期にあることが確認された株が7株得られ、少なくともこれらの7株は子孫株であることが確認された。2.性的未熟期細胞と成熟期細胞における網羅的遺伝子発現解析ブレファリズマの性成熟過程では「接合に関連する因子」や「接合型発現に関与する因子」など有性生殖に関与する多くの因子が発現されてくると考えられる。これらの遺伝子を網羅的に解析するため、樹立したブレファリズマ子孫株の未熟期の段階にある細胞と性的に成熟期にあるI型細胞、II型細胞の3株からRNAを抽出し、次世代シーケンサーを用いてde novo RNA-seq解析を行った。現在データ解析を行っており、今後、得られたデータを元に、未熟期細胞と成熟期細胞(I型およびII型)において、ある特定条件下でのみ特異的に発現上昇または低下している遺伝子の同定を行う予定である。原生生物繊毛虫の有性生殖開始機構、性決定および性成熟機構の解明を目指して、前年度までに得られた結果を元に、さらに発展させた研究を行った。1.子孫株の性成熟過程における性(接合型)の発現パターンの解析繊毛虫ブレファリズマは、I型とII型の二種類の接合型をもつ。有性生殖である接合を正常に完了した個体(子孫)は性的に未熟な状態にあり、その後無性生殖(二分裂)を繰り返すことによって発生段階(性成熟過程)を進行させる。昨年度までに、交配実験によって性的未熟期が確認された子孫株を7株樹立した。平成27年度は、これらの子孫株を長期的に継代培養し、分裂に伴う性成熟過程と接合型の発現パターンを詳細に調べた。その結果、子孫株は未熟期から成熟期に入る初期段階には優先的に接合型I型を発現し、その後分裂回数が進むとII型を発現する細胞が現れ、さらに分裂回数が進むとクローン内のほとんどの細胞がII型となっていた。このように、ブレファリズマは性成熟過程において複雑かつ不安定な接合型発現パターンを示すことがわかった。2.性成熟度および接合型の異なる個体における網羅的遺伝子発現解析「性成熟」や「接合型発現」、「接合誘導」に関与する因子の候補遺伝子を得るため、前年度までに、性的未熟期細胞と成熟期にあるI型細胞、II型細胞からRNAを抽出し、次世代シーケンサーを用いてde novoRNA-seq解析を行った。平成27年度は、得られたデータを元に、未熟期細胞と成熟期細胞(I型およびII型)における各コンティグ(転写産物に相当)の発現量を比較し、その発現パターンを元に全データを整理した。そして性成熟度や接合型の違いを反映したブレファリズマのトランスクリプトームのデータセットを構築することに成功した。さらに、構築したデータセットの中から、「接合誘導」や「接合型」に関与している可能性が高い候補遺伝子を複数同定した。交付申請書に記載した研究目的「原生生物繊毛虫の性決定と有性生殖を制御している分子機構の解明」を目指して、平成27年度までに「ブレファリズマにおける子孫株の樹立と性成熟過程の解析」、および「性的未熟期細胞と成熟期細胞における網羅的遺伝子発現解析」を計画通りに行い、完了した。本研究成果を元に、これまでに「接合誘導」や「接合型」、「性成熟」に関与している可能性が高い候補遺伝子を複数同定しており、当初の計画以上の成果が得られ、研究が大きく進展した。本研究では「接合型特異的な遺伝子発現制御の解析」も計画しているが、これまでに完了した網羅的遺伝子発現解析によって、接合型特異的な発現を示す遺伝子群(I型特異的、II型特異的)を明らかにした。

以上のように、当初予定していた研究計画を確実に進めながら、本研究によって得られた成果を元にさらに発展的な研究を進めており、本研究は順調に進展していると言える。原生生物繊毛虫の有性生殖開始機構、性決定および性成熟機構の解明を目指して、平成28年度は、前年度までに繊毛虫ブレファリズマを用いて行った「性的未熟期細胞と異なる接合型(I型、II型)の成熟期細胞における網羅的遺伝子発現解析」のデータを元に、さらに発展させた研究を行った。主にブレファリズマの有性生殖開始に必須である交配フェロモン(ガモン2)の生合成に関わる酵素の同定に取り組み、ガモン2の生合成経路の推定を行った。ブレファリズマのII型細胞が合成、分泌する交配フェロモン、ガモン2はトリプトファンから作られるアミノ酸誘導体である。性成熟度や接合型の違いを反映させたブレファリズマのトランスクリプトームデータセットの中から、トリプトファン代謝に関わる酵素を探し出し、それらの候補因子がガモン2生合成に関わっている可能性を検討した。その結果、ブレファリズマがトリプトファン代謝に関与する酵素として知られるIDO(indoleamine 2,3-dioxygenase)を4種類もっていることが明らかとなった。分子系統解析や遺伝子発現解析、酵素活性測定の結果から、ブレファリズマがもつIDOは特徴的な構造や基質親和性をもち、その中のひとつがガモン2の生合成に関与していることが強く示唆された。さらに、これまでの報告と本研究成果を元に、ガモン2の生合成経路を推定した。これらの研究成果は論文としてまとめ、国際誌に投稿中である。交付申請書に記載した研究目的「原生生物繊毛虫の性決定と有性生殖を制御している分子機構の解明」を目指して、平成28年度までに「ブレファリズマにおける子孫株の樹立と性成熟過程の解析」、および「性的未熟期細胞と成熟期細胞における網羅的遺伝子発現解析」を計画通りに行い、「有性生殖誘導」や「接合型」、「性成熟」に関与している可能性が高い候補遺伝子を複数同定した。特に、有性生殖誘導に関しては、交配フェロモンの生合成に関わる酵素を初めて同定するなど、当初の計画以上の大きな成果を得ることができ、研究が大きく進展した。一方、本研究で計画していた目的のひとつである「接合型特異的な遺伝子発現制御の解析」については、これまでに完了した網羅的遺伝子発現解析を元に、接合型特異的な発現を示す遺伝子群を明らかにするなど、着実に進めつつある。平成28年度後半は、研究実施場所の変更(電気・ガス工事を含む研究室の移動、設営等)を行う必要が生じたため、研究環境を保つことができず、研究計画の一部を進めることができなかったが、全体としては「おおむね順調に進展している」といえる。原生生物繊毛虫の有性生殖開始機構、性決定および性成熟機構の解明を目指して、最終年度である平成29年度は、前年度までに得られた研究成果を元にさらに発展させた研究を進めると共に、これまでの成果を国際学術誌、学術会議等で積極的に公表することに努めた。本研究課題で繊毛虫ブレファリズマを用いて構築した、性成熟度や接合型(性)の違う細胞における網羅的遺伝子発現解析のデータを利用して、昨年度までに、ブレファリズマの有性生殖開始に必須である交配フェロモンのうち、トリプトファン誘導体である交配フェロモン(ガモン2)の生合成に関わる酵素のひとつとしてIDO-Iを同定した。IDO(インドールアミン-2,3-ジオキシゲナーゼ)は、広く生物に保存されているトリプトファン代謝に関わる重要な酵素であるが、ブレファリズマのIDO-Iは他のIDOには見られない、ガモン2生合成に特化した基質親和性をもつことが明らかになった。
cDNAカセットを用いた変異体作製法によるリアノジン受容体の機能領域の検索

昨年度の実験で作製した「カセット構造化」したリアノジン受容体(RyR1)cDNAの1番、4番、11番に緑色蛍光蛋白質(GFP)のcDNAを連結して、RyR1のGFP融合蛋白質をコードするcDNA(4種類)を作製し、培養細胞(HEK293、CHO)に強制発現させた。その結果、RyR1のアミノ基(N)末端、カルボキシル基(C)末端(C末端より14アミノ酸削除したものとC末端完全長のもの)、及びD2領域(N末端より1397番目のアミノ酸位)にGFPを融合させた蛋白質が、生きたままの細胞で細胞質に点在するRyR1の分布が可視化・定量化できるようになり、個々の細胞で分布/発現量に顕著な差異があることが判った。更に、RyR1作用薬である4-chioro-3-ethylphenol(4-CEP)によるCa^<2+>放出能の有無を調べたところ、4種類のGFP融合RyR1蛋白質の内、D2領域後半部位にGFPを融合させたRyR1を発現させた細胞だけが4-CEPによるCa^<2+>放出機能を保持していたので、このD2領域後半部位にGFPを融合させたRyR1を発現させる実験方法を用いれば、GFP蛍光による詳細なRyR1の細胞内分布と発現量の解析ができ、同時に細胞内Ca^<2+>シグナルの空間・時間的な変化の関係を調べることも可能であるが判った。逆に、RyR1のC末端、N末端にGFPを融合させた蛋白質を発現させた細胞では4-CEPによるCa^<2+>放出能が損失、もしくは強く抑えられていたので、RyR1の両端(特にC末端)がCa^<2+>放出能に重要な領域であることが判った。(1)ウサギ骨格筋より得られたリアノジン受容体をコードするcDNA(全長約16キロベース)に唯1ケ所でしか切断しない制限酵素部位(Xba・、677SalI、2349Bsu36I、3798BstBI、5355MluI、6822SpeI、8476SplI、9804Avr・、11290NdeI、12675NheI、14427ClaI、Hind・)を、かつアミノ酸変異を生じない様に導入した。この作業によりリアノジン受容体を2種類の制限酵素により短く切り出して(約1.5キロベース)利用できるようになった(カセット構造化)。(2)一部のカセット(BstBI-MluI)をGST融合蛋白質発現ベクターに組み込み、大腸菌にリアノジン受容体部分蛋白質を大量発現させた。この蛋白質をウサギに免疫してリアノジン受容体に対する抗血清を作製した。(3)カセットから全長再構築したリアノジン受容体cDNAを発現ベクターに組み込み、培養細胞(HEK-293)に導入して、リアノジン受容体を強制発現させた。この発現させた培養細胞においてリアノジン受容体の発現を前述した抗血清により確認した。この培養細胞にカルシウム蛍光指示薬(IndoI)を導入して細胞内カルシウムイオン濃度の変化を観察したところ、リアノジン添加により細胞内カルシウムイオン濃度の上昇が観察された。しかし、個々の細胞で反応性が著しく異なっている場合があった。前述の抗血清による細胞染色の程度が個々の細胞により異なっており、反応性の違いは、細胞個々でcDNA導入や発現の効率が異なっていることが原因であると考えられる。現在、変異型リアノジン受容体との比較実験を行う為に、細胞の反応性を統計的に解析する方法、及び個々の細胞の発現量を生細胞で観察できる実験系の開発に着手した。
「東洋」的価値観の許容臨界:「異質」な思想・藝術造形の国際的受容と拒絶

西洋世界によって提供されている世界標準の制度設計・価値観の支配する世界秩序にあって、非西洋側は「東洋」を旗印としていかなる代替価値を提案し、その異質性を容認されるものに鍛え上げようとしたか。その経緯を、思想・芸術の領域を中心に、19世紀後半から百年ほどの時期に限り、多くの研究者をあつめて検討し『東洋意識:夢想と現実とのあいだ』ほかの論文集に集約したほか、内外の多くの学会で成果を発信し、国際学会でも提言を果たした。年次計画に沿い、以下を実施、実現した。(なお「研究班」とあるのは、交付申請書(及び「研究計画調書」の「研究目的、研究計画・方法」欄に記載したものに対応する。3)万国博覧会関係の海外調査等を実施し、その成果をもちより検討する研究会を実施した。(研究班(3)、(4)関係)4)図書資料、関連写真資料の蒐集とデータベース化作業を準備し、その一環として「植民地都市と絵はがき資料」に関する研究会を発足した。(研究班(4)、(5)関係)5)6つの研究班の調査進行に伴い、本研究による成果報告論文集の一部の論文の集積と編集を開始した。(研究班(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6))4)研究代表者は、サンクト・ベテルスブルク、ロシア、ロンドンほかの海外研究集会に招聘され、本研究の主旨に照らし、その研究成果を基調講演ほかで発表した。また、北米アジア研究会(AAS)に討議者として参加を要請され、当該研究の成果の一環を活用しつつ、北米の学会にたいして、報告と情報提供を行う傍ら、情報蒐集に努めた。(研究班(5)、(6)関係)1)研究成果の刊行おなじく研究代表者による編著として『東洋意識夢想と現実のあいだ1887-1953』ミネルヴァ書房2012年を刊行した。これらふたつは、研究計画に記載した分科会による研究成果の一部をなすものであり、研究実施計画にそって研究会を実施のうえ、編集をすすめ、計画を数ヶ月前倒しで刊行を実現した。研究計画との整合性は『東洋意識』の導入部に詳しく説明を付している。両者あわせて750ページにおよぶ成果により、東西における東洋意識の成立と葛藤に鳥瞼と分析を与えた。2)国際学会などでの発表・研究成果の発信研究代表者、研究分担者、研究協力者により、研究実施計画にそって、美術史、美学、哲学、国際文化交流など国内外の多くの学会等において、研究成果を発信した。詳細は以下の一覧表のとおり。3)東西交渉史、東洋学、オリエンタリズムをめぐっては、研究代表者は2012年3月にカナダのトロントで開催された全米アジア学会で、討論者に招聘され、またそれに続きオーストラリアのシドニー大学で開催された「すべては海に:海賊・インド洋と美術史」において基調講演を行った。これらは性質上、以下の「学会発表」にはカウントしないが、異文化の異質性許容と同質性拒絶との臨界に関して、歴史的分析に立脚した将来への展望を与えるものとして、関連部会、主催者より評価された。平成24年度には、研究報告論文集として『東洋意識:夢想と現実のあいだ』(ミネルヴァ書房、本文540頁+添付資料)を刊行した。本論集は具体的には5部構成からなり、1.東洋人の自意識、2.東西価値観の相克、3.西欧の学術としての東洋学、4.東洋美学の桎梏、5.経営事業としての東洋の5部からなる。これは交付申請書に列挙した5点の課題にそれぞれ対応するものである。意義としては、従来、専門とされる対象領域分野ごとの研究史にとどまっていた知見を、東洋人の西欧体験、西欧側の東洋認識、さらに両者の衝突と相克、とりわけ感性的な価値観における対立の克服への努力、さらには植民地政策下での事業とのかかわりという観点にわたり、総合的、国際的、学際的に探求し、近代における東西の相互認識の進展とそこに孕まれる問題を浮き彫りにした。これは、従来の研究が、西欧の学術精度に沿った分野分類に添って東洋を腑分けし、あくまで西洋側の理論や認識装置によって東洋を分析してきた限界を露呈させる意義を含む。と同時に、東アジアに限定しても、日本、韓国、中国とそれぞれ独立して西欧の価値観と対峙してきた経緯に横断的な反省を加え、日本とヴェトナムをも含む近隣諸国および西欧の関係を三角測量の視点によって立体的に解明した点に意義と重要性とを認めうる。交付申請書に記載した「研究の目的」は、本論文集および、研究分担者、研究協力者によって刊行された関連する業績によって、着実に達成された。また「研究実施計画書」との関連に関する詳細は、本研究報告論文の序文に、方法論的な観点からその理由を述べ、また巻末で各々の業績に関してそれらの相互連関を踏まえた要約を記載している。

研究分担者、研究協力者による当該研究課題成果をとりまとめた成果報告書の一部を『東洋意識:夢想と現実とのあいだ』(ミネルヴァ書房、2012年)として、計画第2年度年度末に予定前倒しで編集し、最終年度開始時点で公刊した。また、欧文による成果論集の一部をなす論文集、Artistic Vagabondage and New Utopia Projectsへの需要が当初の見込みを越えたため、一部内容を改訂し科学研究費補助金により増刷した。これらを計画年度最終年のはやい段階で、研究者共同体に対して発信し、学会などの関係者からの反応を入手しはじめている。これらの応答に基づき、最終年度には、当初の計画を超えて、次のステップを準備する段階を迎えており、それに沿って今後の研究を推進できる見通しが得られている。その一部は、以下12.に記載する。24年度が最終年度であるため、記入しない。すでに本研究が目標とする課題にかかわり、一定の成果が出始めており、その一部を研究者共同体にむけて発信できる段階に漕ぎ着けた。これを受け、最終年度には研究分担者を研究代表者勤務先以外の研究者に限定し、より焦点を絞った直接経費配分を行う。とりわけ研究分担者、研究協力者からの要請に応じて、重点的に研究会を実施し、また国外調査、国外学会などへの派遣に対応する方針とする。研究代表者は、6月にフランスの国立美術史研究センター関連の事業、また7月にはカナダ・オンタリオ州におけるプロイニンガー財団主催の国際研究集会、さらには9月には米合衆国シカゴで開催予定の国際比較文学会理事会併設の国際学会、8月末にはフランスのレンヌ大学における国際研究集会において、本研究の成果の一斑を国際的な研究者にむけて発信する予定である。これらの成果はいずれも会期終了後、論文集へと収録の予定である。
レチノイン酸母体投与による大血管異常マウスでの二次心臓領域細胞の遺伝子異常の解析

妊娠マウス(胎生6.5日から9.5日)にレチノイン酸を経時的に細かく時間帯を分けて投与し、胎仔に無脾症候群や多脾症候群などの内臓錯位症候群、内臓全逆位、単心室、単心房、共通房室弁口、左心低形成、総動脈幹症、大動脈-肺動脈窓、両大血管右室起始、完全大血管転位、ファロー四徴症、大動脈離断、大動脈弓異常などの幅広いスペクトラムの複雑先天性心疾患モデルを作製することができた。その中でファロー四徴の原因となる二次心臓領域および心臓流出路の遺伝子発現のプロファイルをDNAマイクロアレイおよびリアルタイムPCRで確認したところ、レチノイン酸投与により、心臓流出路および二次心臓領域で発現が低下および亢進する遺伝子群が明らかとなった。私たちはこれまでに妊娠マウス6.5日にレチノイン酸(RA)を投与すると、胎仔に内臓錯位を伴う単心房、単心室、共通房室弁、大血管転位、両大血管右室起始、肺動脈閉鎖などが発症すること、また妊娠マウス8.5日にRAを投与すると大血管転位や両大血管右室起始などの流出路の異常が発症することを報告してきたとくに妊娠8.5日では胎仔に高率に流出路異常が発症するが、実際に二次心臓領域の細胞の分化、分布、移動がどのように変化するのか、どの過程が障害されると両大血管右室起始や完全大血管転位が発症するのか、また流出路の形態形成に関わる遺伝子がどのように変化するのか、などは明らかではない。そこで我々はこれらの結果を踏まえ、RAの投与時期を3時間毎に様々に変化させて発症する心奇形を詳細に診断するとともに、とくにRA9.5日投与心奇形モデルマウスの臓側中胚葉および流出路組織を実態顕微鏡下に摘出し、DNA microarrayやreal-time PCRにより遺伝子発現を対照群と比較検討した。まずRA投与時期を細やかに変化させると、ヒトで見られるような広いスペクトラムの心奇形を発症させることができた。すなわちRAを妊娠6.5日に投与すると右側相同を伴う単心房、単心室、共通房室弁口が、RA6.75日-7.0日投与では左側相同を伴う共通房室弁口が、RA9.0日-9.5日投与では総動脈幹症、大動脈-肺動脈窓、ファロー四徴症、肺動脈閉鎖兼心室中隔欠損、大動脈離断などの心血管系の異常とともに、胸腺低形成、口蓋裂、兎唇など、ヒトDiGeorge症候群類似の奇形が発症すること、RA10.0日投与では心内奇形は少なく、鎖骨下動脈起始異常などの大動脈弓異常が発症すること、などが明らかになった。次いでRAを9.5日に投与し、10.5日に流出路組織を摘出してDNA microarrayをかけたところ、発現亢進および抑制遺伝子が見られた先天性心疾患は複数の遺伝子異常と環境因子が重なり合って発症する多因子病であると考えられている。我々はビタミンA誘導体であるレチノイン酸(RA)を妊娠マウスへ投与する際に時期を細かく変化させ、ヒト先天性心疾患に近い幅広いスペクトラムの心奇形を発症させることに成功した。これらの動物モデルの解剖診断を詳細に行うとともに、多彩な奇形が発症する心臓流出路において、薬剤と遺伝子の関係を明らかにするために遺伝子プロフィールを検討した。[結果]6.5日投与(n=78)では、内臓錯位やCAVCなど左右軸と流入路障害およびTGA, DORV, PAなどの流出路異常が、6.75日投与(n=12)の一部でHLHSが発症した。8.5日投与(n=40)ではTGAやDORVなど動脈幹中隔の螺旋異常が、9.0日投与(n=21)と9.5日(n=32)投与ではPTA, TOF, AP windowなどの動脈幹中隔異常が各々28%と11%、RSCAなどの大動脈弓異常が55%と69%、胸腺異常が55%と75%発症した。9.5日投与の流出路では362の発現低下(<x0.5)と24の亢進(>x2.0)遺伝子が確認された。またreal-time PCRでは、Tbx1は内臓中胚葉-咽頭弓組織(内胚葉を含む)で高い発現がみられ、この部分ではRA投与群は対照群に比べて発現が低下(0.67倍)した。一方myocardinは主に心臓流出路で高い発現がみられ、この部分ではRA投与群では対照群に比べてわずかに発現が亢進(1.19倍)した。

平成23年度は、二次心臓領域に発現するTbx1-およびIsl1-Creマウスを入手し、Rosa26マウスと交叉して得られた妊娠マウスに、これまでと同様な方法でRAを腹腔内投与し、X-gal染色を施し、RA投与マウスにおける胎仔のTbx1陽性細胞とIsl1陽性細胞の遊走、分布、分化の程度を詳細に検討する。[背景]近年遺伝子操作マウス研究の目覚ましい発展により、先天性心疾患を発症させる責任遺伝子が数多く同定されてきた。しかしながら薬剤やウイルス感染など母体への環境因子も心奇形発症に関わる大きな要因である。今回我々は妊娠マウスへのレチノイン酸(RA)投与の時期を変化させることにより、これまでの報告より更に幅広いスペクトラムの心奇形を発症させることに成功したので報告する。[方法]1)left-right axisおよびprimary heart fieldへの影響を明らかにする目的で、妊娠マウス6.5日、6.75日齢にRA20mg/kgを、2)secondary heart field(SHF)への影響を明らかにする目的で、妊娠マウス8.5日、9.5日齢にRA70mg/Kgを腹腔内投与した。[結果]6.5日齢投与ではrightもしくはleft isomerism,CAVCなどの左右軸や流入路の障害、およびTGA,DORV,PAが発症した。興味深いことに6.75日齢でのRA投与の一部の胎仔ではこれまで報告のない、典型的なHLHS(MA,AA)が発症した。2)8.5日齢での投与では、TGAやDORVなど動脈幹中隔の螺旋形成異常による心奇形が発症した。さらに9.5日齢での投与では、PTA,TOF,APwindowなど、SHFよびcardiac neural crest cell(CNCC)の機能遊走異常に起因する心奇形が発症した。[結語]妊娠マウスへのRAの時期を変えた投与により、臨床でみられる幅広いスペクトラムの複雑心奇形が作成可能であった。RA早期投与によって左側房室弁形成障害に起因するHLHSが発症したこと、またTOFやPTAがTGAやDORVより後のRA投与により発症したことは、各々の疾患の病因と責任遺伝子を明らかにする上で興味深いものと考えられた。
歯科用パノラマX線写真による心血管系疾患の早期スクリーニング支援システムの開発

前年度(16年度)には,パノラマX線写真の指標と心血管障害のリスク因子(総コレステロール,低密度コレステロール,高感度CRP及び酸化LDL)が関係することを解明したが,17年度はこのパノラマの指標を,自動的に抽出する手法の確立を行った.すなわち,パノラマX線写真上の下顎骨下縁皮質骨厚みを,オトガイ孔を手動設定するだけで,自動的に測定するシステムを新たに開発した.この自動システムは,従来の専門医による手動測定に比して,優れた測定能力を有していた.この知見に関する論文は,国際骨粗鬆症財団の機関誌であるOsteoporosis Internationalに受理された.また,パノラマX線写真における総頸動脈の石灰化所見が,脳梗塞や心筋梗塞とどのような関係にあるのかあるいは,血管の石灰化能力を実際に反映しているのか否かについて検討を行った.結果,(1)総頸動脈の石灰化所見は,日本人における脳梗塞や心筋梗塞の発症と関連を有する可能性があること,及び(2)総頸動脈の石灰化所見を有する女性では,骨形成マーカーが有意に高値を示す(日本歯科骨粗鬆症研究会研究奨励賞受賞)ことが判明した.今後は,これらの知見を基にして,総頸動脈の石灰化所見を自動的に抽出するシステムの構築に取りかかる予定である.平成16年度は,システムの構築を行うに際して,統計学的パワーを得るため,当初200名の閉経後女性患者データを収集することを目的とした.結果,148名の患者データを収集することができた.このうち,除外診断により,使用可能なデータは101名であった.本年度は,従来の心血管系疾患のリスク因子であった一般的な生化学的データ及び血管内皮機能測定値に加え,近年注目されている酸化LDL値及び高感度CRP値のデータを92名の患者において得ることができた.パイロット解析では,我々が心血管系疾患の予測に用いる歯科用パノラマX線写真の下顎骨皮質骨形態指標(骨櫨化指標)を有する女性は,有しない女性に比して高い酸化LDL値を有する傾向を示した(110.0±6.8 vs. 124.4±9.6,P=0.231).また,指標を有する女性は,有しない女性に比して高い高感度CRP値を有する傾向があった(0.050±0.031 vs. 0.082±0.047,P=0.609).未だ症例数が少なく,統計学的に有意差を認めてはいないが,パノラマX線写真における下顎骨皮質骨粗鬆化指標を有する女性は,将来心血管系疾患を有するリスクが高いことが示唆された.次年度は,さらに症例数を増やして,酸化LDL値と高感度CRP値を予測する際のパノラマX線写真における下顎骨皮質骨粗鬆化指標の有用性を検討する.平成16年度は,データ収集以外に,従来の心血管系疾患のリスクに関連する生化学的データ及び血管内皮機能測定値を推測するための,ファジー推論を用いた自動診断システムを構築した.これにより,パノラマX線写真の皮質骨形態変化及び厚み指標から,自動的に血管内皮機能を推測するシステムの構築に成功した.前年度(16年度)には,パノラマX線写真の指標と心血管障害のリスク因子(総コレステロール,低密度コレステロール,高感度CRP及び酸化LDL)が関係することを解明したが,17年度はこのパノラマの指標を,自動的に抽出する手法の確立を行った.すなわち,パノラマX線写真上の下顎骨下縁皮質骨厚みを,オトガイ孔を手動設定するだけで,自動的に測定するシステムを新たに開発した.この自動システムは,従来の専門医による手動測定に比して,優れた測定能力を有していた.この知見に関する論文は,国際骨粗鬆症財団の機関誌であるOsteoporosis Internationalに受理された.また,パノラマX線写真における総頸動脈の石灰化所見が,脳梗塞や心筋梗塞とどのような関係にあるのかあるいは,血管の石灰化能力を実際に反映しているのか否かについて検討を行った.結果,(1)総頸動脈の石灰化所見は,日本人における脳梗塞や心筋梗塞の発症と関連を有する可能性があること,及び(2)総頸動脈の石灰化所見を有する女性では,骨形成マーカーが有意に高値を示す(日本歯科骨粗鬆症研究会研究奨励賞受賞)ことが判明した.今後は,これらの知見を基にして,総頸動脈の石灰化所見を自動的に抽出するシステムの構築に取りかかる予定である.
DDS応用の基盤となる多種類の新規ヒトがん細胞選択的透過性ペプチドの開発と応用

約一兆種類ほどの組み合わせの人工アミノ酸配列を含むペプチドライブラリーの中からヒトがん細胞膜を透過して細胞内に高い効率で取り込まれる性質を持つ約10種類(大腸がん、乳がん、肺がん、肝がん、骨肉腫、リンパ腫、白血病など)の発生系統(発生母地)の異なる悪性腫瘍それぞれに対応して目的とする腫瘍細胞に選択的に高い浸透性を発揮する腫瘍ホーミングペプチドを分離・同定し、これら腫瘍ホーミングペプチドによる多様な応用性を包括した新規生体低侵襲性ドラッグデリバリーシステムの基盤の構築に成功した。申請書計画に記載したstepl,step2までを2009年度でほぼ完成した。具体的には、(1):ランダムペプチド・ライブラリーからの"高性能細胞透過能を発揮するCPP(cell-penetrating peptide)"の分離を行った。従来汎用されているTATに比較して、数倍数十倍の優秀な効率で細胞浸透能を発揮するCPPペプチドであることが確認された。(2):(1)で得られたCPP計45種類について、多種類のヒト腫瘍細胞培養パネル(がん細胞株、肉腫細胞株、血球系腫瘍細胞株、※コントロールとして正常細胞(非腫瘍細胞)を加えた計20種類程度含むもの)を用意し、各々について細胞透過アッセイを再度実施して、最終的に、発生母地の異なる各種のヒト悪性腫瘍細胞に対して種類別固有の選択的透過能を発揮するCPPペプチドをpick upすることができた。これらは、コントロールとして正常細胞(非腫瘍細胞)例として用いたヒト健常者末梢血リンパ球やヒト正常皮膚線維芽細胞、腎線維芽細胞では腫瘍細胞に対して認められたよりも低い透過性を示し、悪性腫瘍により効率的な透過能を発揮することを併せて確認した。(蛍光標識ペプチドの顕微鏡による視覚的評価とフローサイトメトリーによる単一細胞蛍光強度の測定評価を並行して実施し解析した。)なお、悪性腫瘍の中から、大腸癌・急性骨髄球性白血病についてはインフォームドコンセントを得て臨床当該科の協力により患者プライマリー腫瘍細胞の提供を受け、細胞株のみならず初代細胞においても各特異的CPPペプチドが細胞株解析で示した結果にほぼ一致する選択的かつ高効率透過能を発揮することを確認した。申請書計画に記載したStep1,Step2までを2009年度でほぼ完成した。2010年度は計画のStep3"細胞選択的透過性PTDの応用技術の開発"について研究を進めた。Step2("細胞選択的透過能を発揮するCPPの分離・獲得")までの研究成果で得られたcell-specific CPP(cell-selective CPP)のナノメディシンへの実際の応用技術を確立するための基礎研究ステップであり、これら新規癌細胞系統別高浸透性ペプチドに癌抑制遺伝子p16INK4aの機能を代償するアミノ酸配列を融合した抗腫瘍ペプチドのin vitro, in vivoにおける腫瘍増殖抑制効果の解析を、既存のTAT配列を融合したペプチドとの比較により評価した。結果、われわれが開発したCPPを応用した抗腫瘍ペプチドは、TAT融合のペプチドに比べて高い抑制効果を得ることが判明した。また、蛍光標識したこれら腫瘍高浸透性ペプチドの生体内イメージングへの基盤的応用法を検討し、担癌マウスモデルにおけるin vivoデリバリー実験を実施した。大腸がん、胃癌、白血病腫瘍組織について良好な腫瘍イメージングプローブとしての性能を検証できた。国内特許を平成22年4月に出願。(続いて平成23年4月に外国PCT出願を終えた。)申請書計画に記載した計画の最終段階としてトランスレーショナルリサーチに重点を置いた解析を実施した。すなわち、開発した「腫瘍ホーミングペプチド」のナノメディシンへの実際の応用技術を確立するための研究ステップであり、これら新規癌細胞系統別高浸透性ペプチドに癌抑制遺伝子p16INK4aの機能を代償するアミノ酸配列を融合した抗腫瘍ペプチドのin vitro,in vivoにおける腫瘍増殖抑制効果を、ヒトがん細胞移植担癌マウスモデルにて解析・評価した。また、蛍光標識したこれら腫瘍高浸透性ペプチドの生体内イメージングへの基盤的応用法を検討し、担癌マウスモデルにおけるin vivoデリバリー実験による基盤ツールとしての有用性を実証した。平成22年4月に出願した国内特許を、続いて平成23年4月に外国PCT出願として行った。また、これら一連の研究開発成果を学術論文にまとめて投稿し、現在査読後校正版の審査中である。
X線画像診断の自動化への試み-嚢胞性疾患を中心とした-

大阪歯科大学歯科放射線科を受診した13,036症例の64%にX線透過性病変がみられ、その中の約40%が歯原性嚢胞や歯原性腫瘍を中心とした嚢胞様疾患であった。嚢胞性疾患の中には発現部位、発現年齢およびX線写真像など大きな特長を有するものも少なくない。嚢胞様疾患(1884症例)のX線写真像を同じ判断基準で評価を行い、X線画像データベースを作成した。このX線画像データベースを利用し、事後確率(発現頻度)の正確な算出を行い、嚢胞性疾患の統計的診断支援の有効性が確認された。次にエナメル上皮腫の組織型の予測判定が可能性か検討した。対象はX線画像データベースの歯原性腫瘍(524症例)の中から抽出されたエナメル上皮腫(369症例)から病理組織像が確定した289症例とした。エナメル上皮腫は発現頻度が高いだけでなく、X線写真像や組織型が変化に富んでおり、そのために従来から治療法の選択にはそれぞれのタイプに応じた術式を用いるべきであるとされている。そこで予後の良否にも影響の大きい組織型の予想をX線画像データベースを用いて行った。一部、X線画像データベース項目に追加変更(病巣の大きさ、形、歯根吸収など)を加えた。結果)1995年の初診6症例に試行した結果、4症例において一番高い事後確率と組織型が一致しており、術式などを選択する場合の参考資料となると考えられた。問題点)疾患の予測や予後の判定にベイズ定理を利用した、統計的決定法は十分に臨床に利用できると考えられた。しかし、稀な疾患では全く予想できなかった場合が生じ、抽出された情報に重み評価やシステムに自己学習機能などの付加が必要性を感じた。また、さらに自動化を進めるにあたり、X線画像の表現を数値化するのでなく、X線画像そのものを直接数値化し、データに客観性を持たせる検討も必要と思われる。本学放射線科を受診した患者の64%にX線透過性病変がみられ、その中の約40%が嚢胞様疾患であった.嚢胞性疾患の中には発現部位、発現年齢およびX線写真像など大きな特長を有するものも少なくない.歯原性腫瘍や歯原性角化嚢胞などの病理組織型とX線写真学像との関連性などについて検討した.しかし、X線写真像の特徴や病理組織型が同一基準で評価がされていない.今回は同じ判断基準で評価し、事後確率(発現頻度)の正確な算出を行うのが目的である.対象は1987.1.から1993.12.の間に本学放射線科を受診し、X線写真学的および臨床病理組織学的に診断が確定した症例とした.歯原性腫瘍の分類は1990年のWHOの分類に従って行った.1.歯原性腫瘍(524症例):エナメル上皮腫..369症例、セメント骨形成線維腫..47症例、粘液腫..36症例、腺様歯原性腫瘍..27症例、歯原性石灰化嚢胞..16症例、良性セメント芽細胞腫..12症例、歯原性石灰化上皮腫..6症例、エナメル上皮線維腫(歯牙腫を含む)・11症例、歯原性石灰化上皮腫..6症例歯原性嚢胞(508症例):顔裂性嚢胞と偽嚢胞は対象より除外した.・歯原性角化嚢胞..294症例(380嚢胞)

原始性嚢胞..175嚢胞、含歯性嚢胞..165嚢胞、残遺嚢胞..13嚢胞、歯根嚢胞..10嚢胞、分類不能..16嚢胞、・非歯原性角化嚢胞......214症例(214嚢胞)これらのX線写真像を中心に画像情報データベースを作成し、診断支援システムにつながる発現頻度の算出をベイズ定理を基に試行する.大阪歯科大学歯科放射線科を受診した患者の64%にX線透過性病変がみられ、その中の約40%が歯原性嚢胞や歯原性腫瘍を中心とした嚢胞様疾患であった.嚢胞性疾患の中には発現部位、発現年齢およびX線写真像など大きな特長を有するものも少なくない.これら嚢胞様疾患のX線写真学像を同じ判断基準で評価を行い、X線画像データベースを作成した.このX線画像データベースを利用し、事後確率(発現頻度)の正確な算出を行い、嚢胞性疾患の統計的診断支援の有効性が確認された.次に嚢胞様疾患のX線画像データベースを利用し、疾患の予後の判定が可能性について検討した.対象はX線画像データベースの歯原性腫瘍(524症例)の中から抽出されたエナメル上皮腫(369症例)から病理組織像が確定した289症例とした.エナメル上皮腫は発現頻度が高いだけでなく、X線写真像や組織型が変化に富んでおり、そのために従来から治療法の選択にはそれぞれのタイプに応じた術式を用いるべきであるとされている.そこで予後の良否にも影響の大きい組織型の予想をX線画像データベースを用いて行った.一部、X線画像データベース項目に追加変更(病巣の大きさ、形、歯根吸収など)を加えた.結果:1995年の初診6症例に試行した結果、4症例において一番高い事後確率と組織型が一致していおり、術式などの条件を選択する場合の参考資料となると考えられた.問題点:発現頻度の少ない部位や年齢では全く予想できなかった場合が生じた.画像評価の基準ための参照画像を提示するにも限界があり、X線画像の表現を数値化するのでなく、X線画像そのものを直接数値化し、データに客観性を持たせる検討が必要と思われた.
フリッケゲル線量計におけるLET依存性制御方法の検討

少量の水分散ナノクレイ(2wt%)のみをゲル化剤とし鉄イオンを加えることで作られるチキソトロピックゲル線量計を開発した。この線量計はナノサイズの高い吸着機能により、ゲルへの放射線照射によって生じる生成物の分布が保存され、三次元的な線量分布を評価できる。特に、重粒子線用のゲル線量計として機能する唯一の三次元線量計である。従来のフリッケゲル線量計に対して、放射線誘起の反応メカニズムは大きく異なっており、クレイゲル中では水和電子による鉄の還元反応が進行することで、LET非依存の感度特性を有することが明らかになった。その他にも、適したラジカル捕捉剤の添加によるLET依存性の変化の結果も得ることできた。ゲル線量計は水を主成分とした生体に近い材料であり、三次元線量分布を評価することができるため、放射線治療における複雑な三次元線量分布の検証手法として期待されている。一方で、これまでのゲル線量計を粒子線に用いた場合、LET (Linear Energy Transfer)が増加すると共に検出感度の低下が生じ、測定値からの直接の線量評価が困難であった。そのため、我々はこれまでの液体化学線量計の知見とナノサイズの粘土が持つ吸着特性による拡散の抑制手法による新規のゲル線量計の開発を進めた。これまでにLETに依存しない感度特性を示すことを持つ興味深い特長を持つ脱気ナノコンポジットフリッケゲル線量計(NC-FG)を報告した。本年度はNC-FGの調整条件を網羅的に変化させた時の特性評価を進め、これまでに明らかになっている水溶液やゲル状態のフリッケ線量計の反応メカニズムからは説明困難な現象が明らかになってきた。具体的にはNC-FGの(a)クレイ濃度依存性、(b) HClO4依存性、(c)鉄濃度依存性を評価し、(a)クレイが鉄の酸化反応に必要不可欠であること。(b)中性でも酸化反応が進み、HClO4が150 mMでは反応しない。(c)鉄の濃度増加に伴い感度が増加する結果を得ることができた。これらの結果はナノクレイを添加しないフリッケゲル線量計の性質と大きくことなっている。これまで、拡散の抑制のために用いていたナノクレイは、鉄のイオンの吸着のみならず、その反応性を変えていることを示唆している。今後はより詳細な反応メカニズムの追究をすすめ、LET依存性の制御法を検討する。ゲル線量計は放射線治療において計画される複雑な線量分布の検証ツールとして期待されている。本研究ではフリッケ水溶液線量計をゲル化剤で固形化したフリッケゲル線量計の改良と基礎特性の評価を進めた。一般的なフリッケゲル線量計は照射する放射線の電離密度が増加すると(重粒子線等を用いると)その検出感度が減少する。一方で、少量のナノサイズの粘土(ナノクレイ)を加え、脱気条件化でフリッケゲル線量計を調製すると、電離密度に依存した感度特性の減少が抑えられる。本年度は、この興味深い特長をゲル線量計の調製条件を網羅的に変化させることでより詳細に追究し、以下の結果を得た。1.有機ゲル化剤(ゼラチンなど)を利用せず、ナノクレイと鉄イオンのみの水分散媒のゲル化を観測し、線量分布情報を保持し、LETに非依存な感度特性を保った。2.水和電子捕捉剤(亜酸化窒素)の添加により、感度の増加を観測した。これらの実験から、放射線照射により生じる水分解生成物の水和電子によるFe(III)の再還元反応が示唆され、さらにこの再還元反応がLET非依存な感度特性を与える主要な要因であることが考えられた。今後は、より詳細な反応メカニズムの理解を進め、LET依存性の制御方法を検討する。脱気ナノコンポジットフリッケゲル線量計が示す特異的な特性をメカニズムが明らかになりつつあり、当初の計画通りに進展している。重粒子線を用いたがん治療において計画される複雑な重粒子線の三次元線量分布の測定が必要とされる。一方で、全ての固体/ゲル状の線量計において、重粒子線のLET増加に伴う感度特性の低下が生じる。これによって、精密な三次元線量分布の評価が困難となっている。近年、申請者は脱気環境下で水分散ナノクレイを加えフリッケゲル線量計を調製することでLET非依存の感度特性を持ち、唯一の重粒子線の三次元線量計となることを発見した。本研究ではこのフリッケナノコンポジットゲル線量計の詳細な反応メカニズム並びにLET依存性の制御方法の検討を進めている。昨年度までに水和電子による鉄の還元反応がチキソトロピックゲル中で特異的に進行していることや、この還元反応がLETに非依存な感度特性を示す主要因であることを報告し、既存の酸性水溶液中の鉄の酸化反応を利用したフリッケ線量計・フリッケゲル線量計の反応スキームと大きく異なることを明らかにした。本年度はさらに化学量論的な議論を進めたところ、フリッケナノコンポジットゲル線量計の感度特性を水の放射線分解G値から大まかに説明可能であること分かった。また、このNC-FGに対していくつかのラジカル捕捉剤を数mMの濃度で添加すると、LET依存性が大きく変化する様子を得ることができ、LET依存性をカスタマイズした線量計開発の可能性が示唆された。これらの研究結果は論文として主要なジャーナルから公表されている。本年度までの研究成果は論文として公表された。重粒子線の三次元線量分布測定は重粒子線を使ったがん治療において重要となる。

一方で、固体/ゲル状のほとんどの線量計の感度特性は重粒子線のLETの値の変化に伴い、変化してしまう。これによって、正確な三次元線量分布の評価が困難になっている。鉄の酸化反応を利用したフリッケゲル線量計も同様にLETに依存した感度特性を持つが、脱気環境下で水分散ナノクレイを加え調製するとLET非依存の感度特性を持ち、唯一の重粒子線三次元線量計となる。この脱気ナノコンポジットフリッケゲル(NC-FG)線量計は中性の鉄イオンの酸化反応に類似した反応性を示す。つまり、水和電子による鉄の還元とOHラジカルによる鉄の酸化反応が互いに相殺されることで、LET非依存な線量に対する応答特性を示す。本研究ではこれまでの知見をベースに感度特性のLET依存性の制御法について検討した。例えば、放射線の生体影響の指標の一つである生物学的効果比(RBE)などはLET増加に従いエンハンスするが、この指標と類似した感度特性を線量計に持たせるには、感度特性のLET依存性の制御が必要となる。通常のNC-FGは2wt%ナノクレイと1mMの硫酸第一鉄から調製した。これに対して、ラジカル捕捉剤(1 mM硝酸ナトリウム、7 mMセレン酸ナトリウム、1 mM硫酸カドミウム、1 mM過塩酸銀)をそれぞれ添加したサンプルを調製した。サンプルへの照射は放医研HIMACにおいて12C6+ 290 MeV/uを用い行った。照射後のゲルサンプルは碑文谷病院にある1.5 T MRIを用いプロトンの緩和測定R1を評価した。結果、物理線量分布を良く再現する通常のNC-FGでのピークエンハンスと比べると少量のラジカル捕捉剤を添加することによって、0.51.8までに相対的な感度特性のLET依存性が変化することが解った。少量の水分散ナノクレイ(2wt%)のみをゲル化剤とし鉄イオンを加えることで作られるチキソトロピックゲル線量計を開発した。この線量計はナノサイズの高い吸着機能により、ゲルへの放射線照射によって生じる生成物の分布が保存され、三次元的な線量分布を評価できる。特に、重粒子線用のゲル線量計として機能する唯一の三次元線量計である。従来のフリッケゲル線量計に対して、放射線誘起の反応メカニズムは大きく異なっており、クレイゲル中では水和電子による鉄の還元反応が進行することで、LET非依存の感度特性を有することが明らかになった。その他にも、適したラジカル捕捉剤の添加によるLET依存性の変化の結果も得ることできた。実験計画通り、より詳細な特性評価を進めることができ、放射線誘起の反応メカニズムに関する情報が得られてきている。28年度から課題申請者の所属変更のため、研究計画の再考を進め、研究データのまとめや論文投稿を進める。フリッケゲル線量計におけるLET依存性の制御は大まかには可能であることを示唆する実験データが得られつつあるものの、その過程で感度の低下並びに実験効率の低下に至り、今後は感度の増加も含めた検討を進める。放射線化学中性条件でも変わらない感度特性を持つことから、直近ではゼラチンを必要とせず、クレイのみのゲルを作製し、その条件では感度が増加することが明らかになってきている。引き続き、組成条件を網羅的に変えた時の特性評価を進め、LET効果の抑制メカニズムの追究ならびに制御方法の検討を行う。