hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
食事由来酸化ステロールの表皮基底細胞増殖亢進作用による乾癬悪化メカニズムの解析

乾癬と肥満・メタボリックシンドロームの関連が報告されている。しかし共通の遺伝子異常は報告されていないことから、共通の背景として生活習慣、特に食事中の特定成分の関与が推定されるが、これまでの報告で物質を特定したものはない。外因性酸化ステロールは、内因性の酵素ではなく、食品保存中の自然酸化や、大気汚染物質のフリーラジカルなどによってコレステロールが酸化を受け精製されるものである。外因性酸化ステロールはいくつかの種類があるが、申請者はこれまでの文献で冠動脈硬化症との関連が示唆されている7-ketochokesterol(7-KC)に着目した。C57BL/6Jマウスに、高脂肪食を基本とし、17-KCを添加する餌、27-KCを添加しない餌を作成した。イミキモド誘発乾癬モデルに、事前に1または2を投与し、乾癬の病態への影響を調べた。ヘマトキシリン・エオジン染色(HE染色)を行い、表皮層の肥厚が増加するか調べた結果、2群において表皮細胞の肥厚の有意な増加が認められなかった。次に、高脂肪高コレステロール胆汁酸添加食を基本とし、37-KCを添加する餌、47-KCを添加しない餌を作成した。イミキモド誘発乾癬モデルに、事前に3または4を投与し、乾癬の病態への影響を調べた。ヘマトキシリン・エオジン染色(HE染色)を行い、表皮層の肥厚が増加するか調べた結果、3群に比べ、4群において表皮層の肥厚の有意な増加が認められた。現在、分子メカニズムについて、解析中である。8-12週齢のC57BL/6Jマウスに、高脂肪食(Western type diet)を基本とした、1高脂肪食、2高脂肪食+7-KC負荷食を3週間食餌させた後、5%イミキモドクリームを右耳介,背部皮膚に4日間塗布し、耳介厚を測定した結果、2群において有意な増加が認められなかった。また、5日後に背部皮膚を採取し、ヘマトキシリン・エオジン染色(HE染色)を行い、表皮細胞の肥厚が組織学的に増加するか調べた結果、2群において表皮層の肥厚の有意な増加が認められなかった。そこで、8-12週齢のC57BL/6Jマウスに、コレステロール吸収を顕著に促進する胆汁酸を加えたPaigen食を基本とした、3胆汁酸含有食(7-KC(-))、4胆汁酸含有7-KC負荷食(7-KC(+))を3週間食餌させた後、5%イミキモドクリームを右耳介,背部皮膚に4日間塗布し、耳介厚を測定した結果、3群に比べ、4群において耳介厚の有意な増加が認められた。さらに、5日後に背部皮膚を採取し、ヘマトキシリン・エオジン染色(HE染色)を行い、表皮細胞の肥厚が組織学的に増加するか調べた結果、3群に比べ、4群において表皮層の肥厚の有意な増加が認められた。これらの結果より、酸化ステロールである7-KCが乾癬を悪化させることに寄与していると示唆された。コレステロール吸収を顕著に促進する胆汁酸を加えたPaigen食を基本とした胆汁酸含有7-KC負荷食を与えた乾癬誘導マウスにおいて、耳介厚、背部皮膚の肥厚の有意な増加がみられ、乾癬が7-KC負荷により悪化することが示唆された。今後、1)表皮内の7-KCの定量:イミキモド誘導乾癬マウスの背部皮膚から脂質抽出、固相抽出法で酸化ステロールを抽出し、ガスクロマトグラム質量分析(GC-MS)を用いて、7-KC負荷食群において表皮内の7-KCの蓄積量、コレステロール:7-KC比を定量する。2)皮膚切片における質量分析イメージングを用いた7-KCの局在解析:イミキモド誘導乾癬マウスの耳介および背部皮膚を採取し、質量分析イメージングを用いて、7-KC負荷食群において表皮基底細胞内に7-KCが局在しているかを解析する。

現在、分子メカニズムについて、解析中である。8-12週齢のC57BL/6Jマウスに、高脂肪食(Western type diet)を基本とした、1高脂肪食、2高脂肪食+7-KC負荷食を3週間食餌させた後、5%イミキモドクリームを右耳介,背部皮膚に4日間塗布し、耳介厚を測定した結果、2群において有意な増加が認められなかった。また、5日後に背部皮膚を採取し、ヘマトキシリン・エオジン染色(HE染色)を行い、表皮細胞の肥厚が組織学的に増加するか調べた結果、2群において表皮層の肥厚の有意な増加が認められなかった。そこで、8-12週齢のC57BL/6Jマウスに、コレステロール吸収を顕著に促進する胆汁酸を加えたPaigen食を基本とした、3胆汁酸含有食(7-KC(-))、4胆汁酸含有7-KC負荷食(7-KC(+))を3週間食餌させた後、5%イミキモドクリームを右耳介,背部皮膚に4日間塗布し、耳介厚を測定した結果、3群に比べ、4群において耳介厚の有意な増加が認められた。さらに、5日後に背部皮膚を採取し、ヘマトキシリン・エオジン染色(HE染色)を行い、表皮細胞の肥厚が組織学的に増加するか調べた結果、3群に比べ、4群において表皮層の肥厚の有意な増加が認められた。これらの結果より、酸化ステロールである7-KCが乾癬を悪化させることに寄与していると示唆された。コレステロール吸収を顕著に促進する胆汁酸を加えたPaigen食を基本とした胆汁酸含有7-KC負荷食を与えた乾癬誘導マウスにおいて、耳介厚、背部皮膚の肥厚の有意な増加がみられ、乾癬が7-KC負荷により悪化することが示唆された。今後、1)表皮内の7-KCの定量:イミキモド誘導乾癬マウスの背部皮膚から脂質抽出、固相抽出法で酸化ステロールを抽出し、ガスクロマトグラム質量分析(GC-MS)を用いて、7-KC負荷食群において表皮内の7-KCの蓄積量、コレステロール:7-KC比を定量する。2)皮膚切片における質量分析イメージングを用いた7-KCの局在解析:イミキモド誘導乾癬マウスの耳介および背部皮膚を採取し、質量分析イメージングを用いて、7-KC負荷食群において表皮基底細胞内に7-KCが局在しているかを解析する。
社会的ストレスに対する香蘇散の有効性-多彩な行動薬理学的手法を用いた基礎研究-

本研究では、社会的ストレスで誘発されるマウスのネガティブ思考に対する香蘇散の改善効果は観察されなかったものの、うつ様行動に対して香蘇散は抑制効果を発揮し、その作用メカニズムに脳内炎症抑制作用が深く関与することを明らかにした。また、うつの再発防止に香蘇散が有効である可能性も示された。これらの成果は、社会的ストレスによるうつの発症や再発における香蘇散の有用性を示唆するものであり、またこの研究を通して脳内炎症がうつの病態に深く関与することが検証され、今後の創薬研究に役立てられることが期待できる。これまでに我々は、環境ストレス並びに心理ストレス誘発うつ様モデルマウスを用いて、漢方方剤「香蘇散」の抗うつ様効果および作用メカニズムの一部を明らかとしてきたが、社会的ストレスによって誘発される抑うつ症状に対して香蘇散が有効であるかどうかについては明らかにしていない。そこで本研究課題では社会的ストレスモデルとして頻用されているchronic socialdefeat stress (CSDS)モデルマウスを用いて、そのモデルマウスが示すうつ様行動に対する香蘇散の効果およびその作用メカニズムについて検討した。以下に得られた成果の概要を示す。(1)CSDSモデルマウスで認められたうつ様行動(忌避行動)は、香蘇散の反復経口投与(1g/kg, 12日間)により抑制された。(2)CSDSモデルマウスで認められた副腎肥大は、香蘇散の反復経口投与により抑制された。しかし、副腎より分泌されるストレスホルモン(コルチコステロン)レベルはストレスや投与の有無に関わらず変化は認められなかった。(3)CSDSモデルマウスの海馬において、脳内の免疫担当細胞であるmicrogliaの増加および活性化が認められた。一方、香蘇散を反復経口投与したモデルマウスではその増加は認められなかった。(4)うつ様行動と副腎肥大、並びにうつ様行動と脳内海馬microglia数の間には、それぞれ統計学的に有意な負の相関が認められた。以上の結果より、香蘇散は社会的ストレスによって誘発される抑うつ様行動に対して改善効果を発揮することが示され、その効果はmicrogliaの活性化によってもたらされる脳内炎症反応の抑制が関与することが推察された。前年度までの成果として我々は、社会的ストレスモデルとして広く利用されているchronic socialdefeat stress (CSDS)モデルマウスを用いて、そのモデルマウスが示す抑うつ様行動に対して漢方方剤「香蘇散」が改善効果を発揮すること、さらにはその作用メカニズムとして脳内炎症反応の抑制が一部関与していることを報告した。そこで本年度では、香蘇散の脳内炎症反応抑制効果についての更なる検討と共に、CSDSで誘導されるネガティブ思考関連行動であるnegative cognitive bias (NCB)行動に対する香蘇散の効果についても併せて検討を行った。以下に得られた成果の概略を示す。1. CSDS負荷マウスから単離したmicrogliaは、非ストレス群と比べてLPS刺激による有意な炎症性サイトカインであるIL-6産生の増加が認められた。一方で、香蘇散投与CSDS負荷マウス由来のmicrogliaでは、LPS刺激によるIL-6産生の増加は認められなかった。2. CSDS負荷マウスの脳内では、炎症性メディエーターであるNLRP3陽性細胞の増加および抗炎症性に作用するCX3CR1陽性細胞の減少が認められ、全体的に炎症が誘導され易い状態になっていることが明らかになった。それに対して香蘇散は、CX3CR1陽性細胞数の増加による抗炎症反応を増強させることが示唆された。3. CSDS負荷マウスで認められたNCB行動は、香蘇散投与によって改善されなかった。以上の結果より、香蘇散はCSDSストレスで誘導されるNCBには作用しないながらも、抗炎症反応を増強することによりCSDS誘発脳内炎症反応亢進を抑制する事が示唆され、これにより香蘇散の抗うつ様効果が発揮されることが推察された。本年度に計画していたNCB行動の検討では、香蘇散にNCB行動を改善する作用は見出すことは出来なかったが、前年度の成果で見出された脳内炎症に対する香蘇散の抑制効果について、本年度ではより詳細なメカニズムが明らかになり、ストレス誘発性の抑うつ様症状に対する香蘇散の有用性がさらに補強された。以上の点から、概ね順調に進展していると判断した。本研究課題のこれまでの成果として我々は、漢方方剤「香蘇散」が社会的敗北ストレス(CSDS)負荷で誘発される脳内の炎症・抗炎症バランス異常を正常化させることにより、抗うつ様効果を発揮することを明らかにしている。しかし、これはCSDS負荷と同時に香蘇散投与を行った時の効果、則ち香蘇散の予防的効果の意味合いが強い。そこで本年度は、同モデルマウスを用いて香蘇散の治療効果についての検討を行った。また、香蘇散の予防的効果がうつの再燃・再発の防止効果にまで及ぶかどうかについての検討も行った。1. CSDS誘発うつ様行動に対する香蘇散の治療効果: CSDS (1日5分間、5日間)負荷によってうつ様行動を示したマウスのみに香蘇散の経口投与を11日間行った。しかし、香蘇散投与による抗うつ様効果は認められなかった。2.うつの再燃・再発に対する香蘇散の防止効果: CSDS (1日5分間、5日間)負荷によってうつ様行動を示したマウスのみに香蘇散又は水を24日間経口投与した後、うつ様行動が消失したマウスを選別した。それらのマウスに再びストレスを単回(5分間)

負荷し、うつ様行動の再燃・再発を評価した。その結果、水投与群では再びうつ様行動が誘導されたのに対して、香蘇散投与群では誘導されなかった。また、既存の抗うつ薬であるミルナシプランではうつ様行動の再燃・再発に対して防止効果は認められなかった。以上の結果から、香蘇散はCSDS負荷により誘発されたうつ様行動に対する治療効果は期待できないものの、うつの再燃・再発に対する防止効果は既存の抗うつ薬より期待できる可能性が示された。本研究では、社会的ストレスで誘発されるマウスのネガティブ思考に対する香蘇散の改善効果は観察されなかったものの、うつ様行動に対して香蘇散は抑制効果を発揮し、その作用メカニズムに脳内炎症抑制作用が深く関与することを明らかにした。また、うつの再発防止に香蘇散が有効である可能性も示された。これらの成果は、社会的ストレスによるうつの発症や再発における香蘇散の有用性を示唆するものであり、またこの研究を通して脳内炎症がうつの病態に深く関与することが検証され、今後の創薬研究に役立てられることが期待できる。本年度の研究計画では、新たに導入した社会性ストレスモデル動物を用いて、漢方薬である香蘇散の有効性を行動レベルで検証することを最大の目的としていた。当初はモデル動物の行動が安定しなかったが、幾度となく実験条件の検討を行い、結果的に系を安定させることが出来た。その後、本モデル動物における香蘇散の有効性を行動薬理学的に示す事が出来、さらに当初は想定していなかった作用メカニズムとして脳内炎症反応に対する抑制効果が一部関与する可能性を示す結果も得られた。以上の点から、概ね順調に進展していると判断した。本年度で得られた結果を踏まえ、次年度でも引き続き香蘇散の抗うつ様効果と脳内炎症抑制効果の関連性をより明確にすることを目指す。また、本年度ではストレス負荷後からの薬物投与により、ストレス誘発抑うつ様行動に対する香蘇散の治療効果についても検討し、香蘇散の有用性をさらに検証する。医歯薬学本年度で得られた結果を踏まえ、次年度は社会的ストレスによって誘発される脳内炎症に及ぼす香蘇散の効果についてさらなる検討を重ね、香蘇散の抗うつ様効果と脳内炎症抑制の関係性をより明確にすることを目指す。また、当初の予定通り次年度からは社会的ストレスによって誘発される認知機能障害に対する香蘇散の効果についての検討もスタートさせ、脳内炎症反応との関連性についても併せて検討を進める。当初の計画では、本年度に行動解析装置を備品として購入する予定だったが、別に獲得した研究助成金によりそれを購入することが出来た。当該年度の後半に、別の研究助成金を獲得することが出来たため、少額ではあるが研究費を節約することが出来た。次年度への繰り越し金は、香蘇散の脳内炎症に及ぼす効果のさらなる解析、香蘇散の治療効果の検討、研究成果の学会発表および論文の投稿料等に使用する予定である。次年度への繰り越し金は、本年度で得られた脳内炎症に及ぼす香蘇散の効果についてのさらなる検討に使用する予定である。
ゲノム情報および遺伝子発現に基づく小児Ph染色体陽性白血病の創薬標的候補探索研究

難治性白血病であるフィラデルフィア染色体陽性急性リンパ性白血病(Ph+ALL)の約80%にIKZF1遺伝子の欠失を認めたとの報告があり、小児Ph+ALL患者を対象に、IKZF1欠失の有無と予後との関係を調べた。再発のない4年生存率は、IKZF1欠失のない患者が89%であったのに対し、IKZF1欠失のある患者は42%だった。IKZF1欠失のある患者の方が有意に再発率が高く、Ph+ALLが難治性であるのは、Ph染色体の形成より、IKZF1欠失に強く関係することが分かった。本研究目的は、小児Ph染色体陽性白血病細胞の特性を多角的に明らかにし、創薬・診断・予後判定等の標的候補探索を行ない、その成果を小児Ph染色体陽性白血病細胞の発症機構解明や新規診断・治療法開発に応用することである。本年度は計画通り、JPLSGで実施中の臨床研究に登録した患者から小児Ph+ALLおよび小児CMLの試料の収集を行った。ゲノム解析として、小児Ph+ALL40例を対象にMLPA法によるIKZF1欠失の解析を行った。年齢は中央値6.5歳(2歳15歳)、男31例、女9例。40例中、IKZF1欠失を認めた症例は31例(78%)であり、IKZF1欠失あり群となし群(9例)に分けて、IKZF1欠失の有無と予後との関連を検証した。その結果、4年生存率は、IKZF1欠失なし群が100%であったのに対し、IKZF1欠失あり群は71%だった(P=0.0989)。また4年無イベント生存率(EFS)はIKZF1欠失なし群が89%であったのに対し、IKZF1欠失あり群は42%と有意(P=0.0345)に低かった。EFSの多変量解析では、IKZF1欠失あり(相対リスク8.89)とプレドニゾロン反応性不良(相対リスク3.58)が独立した予後不良因子となった。さらに、IKZF1欠失あり群をドミナント・ネガティブおよび両アレル欠失による機能消失型(21例)とハプロ不全型(10例)に分けて予後を検討した結果、4年無病生存率(DFS)率はハプロ不全型が75%であったのに対し、機能消失型は39%と有意(P=0.0189)に予後不良であった。4年生存率もハプロ不全型が90%であったのに対し、機能消失型は62%で予後不良の傾向を認めた(P=0.0555)。これらの結果より、Ph+ALLが難治性であるのはPh染色体の形成よりも、予後不良因子であるIKZF1欠失の頻度が高いこと、とくに機能不全型の頻度が高いこと(欠失例のうち68%)が原因と考えられた。本研究の目的は、小児Ph染色体陽性白血病細胞の特性を多角的に明らかにし、創薬・診断・予後判定等の標的候補探索を行ない、その成果を小児Ph染色体陽性白血病細胞の発症機構解明や新規診断・治療法開発に応用することである。さらに、前年度ゲノム解析として明らかにした小児Ph+ALL40例に対するIKZF1欠失の解析の結果、すなわち、4年無イベント生存率(EFS)はIKZF1欠失なし群が89%であったのに対し、IKZF1欠失あり群は42%と有意(P=0.0345)に低く、多変量解析では、IKZF1欠失あり(相対リスク8.89)とプレドニゾロン反応性不良(相対リスク3.58)が独立した予後不良因子であったことを論文にまとめ、投稿準備中である。また、京都大学との共同研究で、小児Ph+ALL患者由来の白血病細胞をNOGマウスに移植して、マウス内で白血病を発症させ、Ph+ALL白血病細胞を増殖させることに成功した。チロシンキナーゼ阻害薬添加前後の白血病細胞内の分子のリン酸化の変化を、フローサイトメトリーにより観察することによって、これらのチロシンキナーゼ阻害薬の阻害活性を評価することが可能であった。今後、Ph+ALL白血病マウスにチロシンキナーゼ阻害薬を投与して、チロシンキナーゼ阻害薬の効果を評価するとともに、フローサイトメトリーによるin vitroの薬剤感受性の結果、臨床上のチロシンキナーゼ阻害薬の効果をそれぞれ比較して、チロシンキナーゼ阻害薬の効果を予測する系の確立をめざす。本研究の目的は、小児フィラデルフィア(Ph)染色体陽性白血病細胞の特性を多角的に明らかにし、創薬・診断・予後判定等の標的候補探索を行ない、その成果を小児Ph染色体陽性白血病細胞の発症機構解明や新規診断・治療法開発に応用することである。ALL-Ph13は現在実施中の臨床研究のため、治療反応や予後との関連は明らかにできなかった。再発のない4年生存率は、IKZF

1欠失のない患者が89%であったのに対し、IKZF1欠失のある患者は42%だった。IKZF1欠失のある患者の方が有意に再発率が高く、Ph+ALLが難治性であるのは、Ph染色体の形成より、IKZF1欠失に強く関係することが分かった。倫理面による実施計画書作成の遅れから、次世代シークエンスによるゲノム解析、エピゲノム解析、トランスクリプトーム解析が遅れている。小児血液・腫瘍本年度中に、既に保管されているJPLSGPh+ALL04臨床試験に登録された小児Ph染色体陽性ALL細胞から抽出したゲノムDNAおよびRNAを用いて、マイクロアレイによるゲノムコピー数の解析および網羅的な遺伝子発現解析、および次世代シークエンサーによる付加的キメラ遺伝子の同定を行う。既に保管されているJPLSGCML08臨床研究に登録された小児CML細胞から抽出したゲノムDNAおよびRNAを用いて、同様の解析を行う。さらに、臨床データを比較することにより予後因子の検討を行う。本年度中に、既に保管されているJPLSGPh+ALL04臨床試験に登録された小児Ph染色体陽性ALL細胞から抽出したゲノムDNAおよびRNAを用いて、マイクロアレイによるゲノムコピー数の解析および網羅的な遺伝子発現解析、および次世代シークエンサーによる付加的キメラ遺伝子の同定を行う。
カルベン金属錯体をコアとする酵素様反応場の創出

NHC金属錯体を備えたオリゴヌクレオチドを合成することを目的に研究を行った。まず天然のプリン塩基であるアデニン、グアニンをモデル系として実験を行ったが、目的の実現が困難であることがわかった。アデニンでは位置選択的なアルキル化が難しく、グアニンでは生成物のハロゲン化物の極性が高く、扱いが困難であることがわかった。また、アデニンやグアニンなど含窒素複素環化合物は様々な箇所で金属錯体を形成する傾向があり、目的のカルベン錯体を合成する際にいろいろな箇所での配位が競合するおそれがある。これらの理由から次に、我々はよりシンプルな含窒素複素環化合物であるイミダゾール、ベンズイミダゾールについて検討した。オリゴヌクレオチド錯体の逆合成解析により、市販の2'-デオキシ-D-リボフラノーズを用いることができる。3、5位が保護されたイミダゾール、ベンズイミダゾールヌクレオシドの合成は、Hoffer's chloro sugarを経由する合成法が適していることがわかった。反対に、NHCの前駆体であるイミダゾリウム塩をアルキル化によって直接合成できる1-メシチルイミダゾールを用いたときは塩化糖が溶液中で分解するため合成できなかった。目的のカルベン錯体を合成するためのイミダゾリウム塩は、核酸塩基の窒素をアルキル化することで合成した。合成したイミダゾリウム塩は酸化銀との反応で様々な銀カルベン錯体を合成するのに適していることがわかった。この銀カルベン錯体はロジウム、イリジウム、ルテニウムのような遷移金属とトランスメタル化することが可能であった。この方法によって、目的の新規ヌクレオシド型NHC金属錯体をカチオン錯体として得ることができた。また、ベンゾイル保護のついたロジウム錯体やイリジウム錯体ではモノカルベン錯体として得られることもわかった。1、ヒスチジン由来カルペン錯体の合成まず、両末端を保護したヒスチジンを出発原料とし、銅触媒を用いてイミダゾール環上の窒素のアリール化反応を行った。次いでこれにヨウ化メチルを作用させてイミダゾリウム塩とした。このイミダゾリウム塩にt-ブトキシカリウムを作用させてRh-カルベン錯体を合成したところ、得られたロジウム錯体は完全にラセミ化していた。そこで、Ag-カルベン錯体を経由する温和な合成方法を試みた。その結果、光学純度をほとんど損なうことなくRh-カルベン錯体を合成することが出来た。さらに、再結晶を行うことにより光学的に純粋なRh-カルベン錯体を得た。次に、得られたカルベン錯体のペプチド鎖への導入について検討した。Pd-カルベン錯体を水酸化ナトリウム水溶液で加水分解した後、別途合成したペプチド鎖とのカップリング反応を行ったところ、Pd-カルベン錯体は分解することなく直接任意のペプチドへと組み込むことが出来た。2、Pd-カルベン錯体を用いた官能基選択的鈴木-宮浦カップリング反応の開発オクタペプチドパラジウム錯体が基質の分子内の反応点から離れた位置にある官能基と相互作用すると仮定し、ヨードベンゼンから6炭素離れた箇所に様々な官能基を持つ基質を用い鈴木-宮浦カップリング反応を行った。ブランク実験としてペプチド鎖を持たないカルベン錯体を用いた結果と比較し、それぞれの官能基がどのような影響を持つかを調べた。興味深いことに官能基としてトシルアミド基を用いた場合に顕著な差が見られた。これはペプチド鎖が基質に対して何らかの相互作用をして、反応性を上げているためと考え、次に反応点とトシルアミド基の間の炭素鎖の長さを変えて検討した。その結果、炭素鎖長による反応性の違いはほとんど見られず、トシルアミド基の位置選択的な認識が出来ていないことがわかった。
冠動脈硬化形成におけるPCSK9の役割の解明

家族性高コレステロール血症症例において、PCSK9は冠動脈硬化と強い相関を有していた(論文・学会発表済み)。また、脳梗塞発症を予測しうる指標であることも確認した(未発表)。これらの知見は、冠動脈硬化症の機序解明につながるものである。また、新規治療開発にも有用であり、更なる心血管疾患予防において有益な研究結果と考えられる。本研究の目的は、PCSK9と冠動脈硬化、ならびに心血管イベント発生との関係を明らかにすることである。この目的達成のために、1.冠動脈疾患を有する症例212例においてPCSK9測定を行い、冠動脈硬化を血管内超音波装置を用いて評価した。PCSK9のサブタイプであるmatured型濃度の上昇は、重度の冠動脈硬化形成に寄与することが確認された(2016年日本循環器学会シンポジウム)2.さらに、冠動脈粥腫の不安定性とPCSK9の関係についても検証するため、PCSK9測定、ならびに光干渉断層計を用いて冠動脈粥腫を評価している。現在、67例の症例を登録した。今後も継続予定である。3.心血管イベントとPCSK9の解析については、吹田研究の参加症例1900例について、保存検体を用いてPCSK9の測定を完了した。今後、統計解析を行う予定である。尚、研究計画書で使用を予定していた新しい冠動脈イメージング装置:近赤外線分光法は、日本国内での使用許可が下りていず、本研究計画では、血管内超音波装置ならびに光干渉断層計を使用している。冠動脈イメージングデータの収集ならびにPCSK9測定を継続して行っている。吹田研究登録症例全例のPCSK9測定を完了している。冠動脈内超音波装置を用いて、冠動脈粥腫容積とPCSK9の関係を解析した。その結果として、PCSK9のサブタイプであるmature型PCSK9が、冠動脈硬化に寄与する独立した因子であることを確認しえた。この内容は、2016年日本循環器学会シンポジウム、動脈硬化学会シンポジウムで発表し、論文として報告した(J Clin Lipidol 2017 in press)。また、吹田研究の血液検体を用いてPCSK9と動脈硬化性心血管イベントの関係を検証している。現時点では、PCSK9による脳梗塞発症リスク予測の有用性を明らかにした。今後、学会や論文等で発表予定である。1.光干渉断層計で観察される粥腫不安定性とPCSK9の関係の解析2. PCSK9と心血管イベント発生の関係の解明28年度が最終年度であるため、記入しない。動脈硬化28年度が最終年度であるため、記入しない。
ヒト腎糸球体毛細血管網全体の立体構造の位相幾何学的解析

1.ヒトの剖検例から腎糸球体を単離し、その内皮細胞を標識すべく種々の抗体(phalloidin、UEA-1、GSL I-B4など)の有効性を検討した。その結果糸球体の内皮細胞は、UEA-1に最も良く標識されることがわかった。2.UEA-1を反応させたヒト腎糸球体をレーザー共焦点顕微鏡で観察し、明瞭な連続断面像を入手した。3.それらの連続像をもとにコンピュータ・ソフトを用いて、ヒト腎糸球体毛細血管の立体構築像を作成することができた。5.深部の像を入手できない原因としては、レーザー共焦点顕微鏡の性能そのものの(深部へレーザー光が到達できないためか、深部からのレーザー反射光を感知できないため)、あるいは直径が200μm余りというヒトの糸球体全体に抗体を浸透できないため、というふたつのことが考えられた。6.その原因追求のため、ヒトよりも直径の小さいマウスの腎糸球体を対象とし検討した。マウスの腎糸球体内皮にも、ヒトと同様にUEA-1が最も良く反応することが分かった。7.そのマウスの腎切片をレーザー共焦点顕微鏡で観察したが、表面から約30μmくらいの深さまでしか、明瞭な像を得ることができなかった。8.そこでUEA-1を確実に糸球体全体に浸透させるため、生きているマウスを用い、腎動脈から直接UEA-1を灌流した後、その腎皮質を採取した。9.その腎皮質をビブラトームで厚さ約100μmに薄切し、蛍光顕微鏡で観察してみたところ、マウスの腎糸球体全体にUEA-1が反応していることが確認できた。10.灌流しない方法よりも明らかに深くまで(約50μm)、レーザー共焦点顕微鏡で明瞭な血管断面像を得ることができた。しかし残念ながら糸球体全体の連続断面像の入手には至らなかった(糸球体直径の約70%)。1.剖検例の中から、動脈硬化のない33歳女性を選び、その腎組織(正常コントロール)を採取した。2.その腎組織片を実体顕微鏡下で観察し、被膜直下と傍髄質部それぞれから20個の腎糸球体を単離した。3.単離した糸球体の内皮組織を標識すべく、phalloidin、UEA-1、GSLI-B4などの抗体の有効性を検討した。その結果、ヒトの糸球体の内皮細胞は、UAE-1に最も良く標識されることがわかった。4.UAE-1を標識した糸球体を、2-photon typeのレーザー共焦点顕微鏡で観察した。ところが、直径200μm余りある糸球体の表面の30μmほどくらいの範囲しか、明瞭な像を得ることができなかった。5.その原因としては、次の2つのことが考えられる。すなわち第一に、抗体は単離した糸球体の外側から反応させているため、抗体が糸球体の中心部まで浸透していないという可能性が考えられる。次にたとえ最新型のレーザー共焦点顕微鏡(2-photon type)といえども、200μm余りの厚みのある構造物の最深部までレーザーが到達できないか、あるいはレーザーの反射光を感知できないという可能性が考えられる。6.その原因を突きとめ研究を継続するためには、ヒトよりも小さな腎糸球体(直径約100μm)をもつマウスを用い、その腎動脈から抗体を灌流する(糸球体全体に抗体を行き渡らせる)必要があることがわかった。7.現在、マウスでの実験の方法や手技について検討中である。1.マウスの腎を採取し、その皮質全層を約3mm角に分割し、ホルマリンに固定した。2.その組織片をビブラトームで薄切し、厚さ約100μmの切片を作成し、UEA-1を反応させた。3.それをレーザー共焦点顕微鏡で観察した結果、UEA-1はマウスの腎糸球体内皮細胞と非常に良く反応することが分かった。ただし、ヒト腎糸球体と同様に、切片表面から約30μmくらい(マウスの小型糸球体のほぼ半径)の深さまでしか、明瞭な像を得ることができなかった。4.そこでUEA-1を確実に糸球体全体に反応させるため、生きているマウスを用い、その大動脈から腎動脈を経由しUEA-1を直接灌流することを試みた(成功率10%)。そして腎皮質を採取した。5.その腎皮質全層をビブラトームで薄切し、厚さ約100μmの切片を作成した。6.その切片を蛍光顕微鏡で観察してみたところ、腎糸球体全体にUEA-1が反応していることが確認できた。7.その切片をレーザー共焦点顕微鏡で観察した。灌流しない方法よりも明らかに深くまで(約50μm)明瞭な血管断面像を得ることができたが、残念ながら糸球体の全体像の入手には至らなかった(約70%)。なお、2-photon typeのレーザー共焦点顕微鏡での観察でも、ほぼ同じくらいの深さまでの像であった。8.現在、マウスでの実験方法や手技の改良、および別のメーカーの一層高性能なレーザー共焦点顕微鏡の使用を検討中である。

2.UEA-1を反応させたヒト腎糸球体をレーザー共焦点顕微鏡で観察し、明瞭な連続断面像を入手した。3.それらの連続像をもとにコンピュータ・ソフトを用いて、ヒト腎糸球体毛細血管の立体構築像を作成することができた。5.深部の像を入手できない原因としては、レーザー共焦点顕微鏡の性能そのものの(深部へレーザー光が到達できないためか、深部からのレーザー反射光を感知できないため)、あるいは直径が200μm余りというヒトの糸球体全体に抗体を浸透できないため、というふたつのことが考えられた。6.その原因追求のため、ヒトよりも直径の小さいマウスの腎糸球体を対象とし検討した。マウスの腎糸球体内皮にも、ヒトと同様にUEA-1が最も良く反応することが分かった。7.そのマウスの腎切片をレーザー共焦点顕微鏡で観察したが、表面から約30μmくらいの深さまでしか、明瞭な像を得ることができなかった。8.そこでUEA-1を確実に糸球体全体に浸透させるため、生きているマウスを用い、腎動脈から直接UEA-1を灌流した後、その腎皮質を採取した。9.その腎皮質をビブラトームで厚さ約100μmに薄切し、蛍光顕微鏡で観察してみたところ、マウスの腎糸球体全体にUEA-1が反応していることが確認できた。10.灌流しない方法よりも明らかに深くまで(約50μm)、レーザー共焦点顕微鏡で明瞭な血管断面像を得ることができた。しかし残念ながら糸球体全体の連続断面像の入手には至らなかった(糸球体直径の約70%)。
アポリポタンパクAーI遺伝子の異常による低HDLコレステロ-ル血症

アポリポタンパクAーI(アポAーI)は、HDL(高密度リポタンパク)の構成や代謝に主要な役割を演じており、その遺伝子は11番染色体長腕に存在する。アポAーI遺伝子の異常により、ヘテロ接合では優性遺伝性の低HDLコレステロ-ル血症、ホモ接合ではHDLコレステロ-ルの欠乏を伴うアポAーI欠損症が起こる可能性がある。本研究は、アポAーI遺伝子異常によるアポAーI欠損症の存在を証明する目的で行った。HDLコレステロ-ルとアポAーIの両方が欠乏した虚血性心疾患の女性患者のアポAーI遺伝子のPCR産物をクロ-ニングして、塩基配列を決定した。いずれのアポAーI遺伝子クロ-ンにおいても、コドン84のナンセンス変異(CGA→TAG,Gln→Stop)が検出された。患者の両親はいとこ婚であり、上記の結果から、患者はアポAーI遺伝子のコドン84ナンセンス変異のホモ接合と考えられた。このことは、対立遺伝子特異的オリゴヌクレオチドプロ-ブを用いたドットブロット法によって確認された。患者の3人の子はこの遺伝子のヘテロ接合であるが、いずれも低HDLコレステロ-ル血症を呈した。本研究の成果は、アポAーI遺伝子異常のホモ接合により、HDLコレステロ-ルとアポAーIの両方が欠如する遺伝子病が存在することを示している。患者は他にリスクファクタ-を持たないことから、彼女の虚血性心疾患はアポAーI遺伝子異常が原因で発生したと解釈される。また、本研究のデ-タは、アポAーI遺伝子異常による優性遺伝性の低HDLコレステロ-ル血症が存在することを示唆している。本研究の症例には皮膚の広範な扁平黄色腫や虚血性心疾患がみられ、これまでに報告された唯一の典型的な、アポAーI遺伝子異常による分子病であると考えられる。
細胞の微細構造と拡散モデル式との相関

本研究は、細胞の微細構造と細胞内、外の拡散係数を明らかにし、多彩な生命現象に伴う核や細胞内小器官の変化を2次元、3次元的に捉えるための基礎を構築し、理論的モデルの構築を目指すことを目的としている。前年度では、培養細胞を用いて拡散強調撮像を行い、得られた信号強度のデータを多項指数関数近似を行うことにより、大小の異なる複数の拡散係数に分離することが可能であることを明らかにした。そこで本年度は細胞内の微細構造毎の拡散係数を測定し、前年度の計算式から求めた拡散係数と比較、検討した。使用した細胞は前年度と同じCV-1cellである。これを市販の細胞分画分離キットを用いて、通法に従い、核、クロマチン、organellamembrane、plasma membraneのそれぞれの成分に分離したPBS溶液を作成した。それぞれの溶液をエッペンドルフチューブ内に満たし、前年度と同様の3TMRI装置にて、b値0-4000s/mm2までの値を用いて拡散強調撮像を行った。得られた信号強度を基に,多項指数関数近似を行い、それぞれの細胞分画成分の拡散係数を求めた。その結果、クロマチン、organellamembrane、plasma membraneの拡散係数は、2項指数関数近似によりPBS成分と区別して計算することが出来た。また、核については4項指数関数による近似が最も精度が高く、拡散係数を4つに分離することが出来た。これらの値を前年度の結果と比較すると、前年度の5項指数関数で求めた細胞の拡散係数とよく一致していた。以上の結果は2019年度の日本歯科放射線学会総会にて報告する。培養細胞を用いた実験系やMRI撮像について特に問題は無く、おおむね当初の計画通りに実験は進行しているため。本年度は前年度行った核、クロマチン、organellamembrane、plasma membraneの拡散係数の計算法の再現性を検討する。また、これまでの結果を基に、より生体に近い実験系での評価を行うために、マウスの脳組織を用いたMRI撮像、および健常人の脳MRI撮像データを解析し、細胞の微細構造と拡散係数との関係を明らかにする。また以上の結果を学会で発表を行うとともに論文にまとめる。本研究は、細胞内・外の水分子の拡散を区別し、多様な生命現象に伴う核や細胞内小器官の変化を2次元、3次元的に捉えるための基礎を構築し、理論的モデルの構築を目指すことを目的としている。本年度は、培養細胞を用いて3TMRI装置を利用して超高b値を用いた拡散強調撮像を行い、細胞内・外拡散値の個別評価を試みた。培養細胞(およそ3000万個)をPBS中で遠心しペレット状にした試料を水中に浸漬し、作成したMRI撮像用容器に固定する。使用したMRI装置はSiemens社製、MAGNETOM Skyra3Tである。一対の4チャンネルコイルを用いて、b値は0から4000s/mm2の範囲で16段階設定し、拡散強調撮像を行った。得られた信号強度を拡散係数とそのフラクションで構成される多項指数関数を用いて近似を試み、細胞内・外の拡散値を推定した。その結果、45次多項指数関数を用いることにより、拡散強調撮像の信号強度の減衰を複数の拡散係数の要素に分けることが可能で有り、細胞内においては、細胞質、核、細胞内小器官、膜成分等を区別して推定できることが示唆された。この結果を日本歯科放射線学会第58回学術大会・第14回定例総会(鹿児島)にて「高磁場・高b値における拡散強調撮像法」という演題で発表した。さらに、細胞の種類を変えて同様に実験を行うと、得られる拡散係数やフラクションが異なることが明らかとなった。現時点で、研究は概ね計画に沿って順調に進行している。更に細胞の微細構造(細胞膜や核、細胞内小器官など)に基づく拡散係数をそれぞれ求めるために、細胞分画抽出キットを用いて個別に分離し拡散強調撮像を行い評価を試みており、次年度に継続する。培養細胞を用いた実験では特に問題点はなく、おおむね当初の計画通りに進んでいるため。

これらの値を前年度の結果と比較すると、前年度の5項指数関数で求めた細胞の拡散係数とよく一致していた。以上の結果は2019年度の日本歯科放射線学会総会にて報告する。培養細胞を用いた実験系やMRI撮像について特に問題は無く、おおむね当初の計画通りに実験は進行しているため。前年度と同様に培養細胞を用いるが、細胞より細胞核、細胞膜、細胞内小器官などの個別の成分を単離し、各々の拡散強調撮像を行い、前年度決定した拡散モデル式と対比しその妥当性について検証する。また、より生体に近い実験系で評価を行うために、マウスの脳組織を用いた実験系で検証するとともに、電子顕微鏡写真と対比を行い、細胞の微細構造と拡散係数の関係について明らかにする。本年度は前年度行った核、クロマチン、organellamembrane、plasma membraneの拡散係数の計算法の再現性を検討する。また、これまでの結果を基に、より生体に近い実験系での評価を行うために、マウスの脳組織を用いたMRI撮像、および健常人の脳MRI撮像データを解析し、細胞の微細構造と拡散係数との関係を明らかにする。また以上の結果を学会で発表を行うとともに論文にまとめる。細胞培養からMRI撮像までの一連の実験が当初予想していたよりもやや時間がかかるため、次年度も引き続き行うため。本年度の使用予定であった研究費の一部を次年度使用する。本年度実施予定であった核、クロマチン、organellamembrane、plasma membraneの拡散係数の再現性の検討を次年度行うことになったため、本年度の使用予定であった研究費の一部を次年度に使用する。
パッチクランプによる黒質線条体ドパミン系におけるニコチン受容体の機能的役割の解明

黒質線条体ドーパミン系におけるニコチン受容体の機能的役割の解明のため、パッチクランプ法を用いて研究を行った。まず、黒質線条体ドーパミン系の内、線条体においては大型ニューロンが伝達物質としてアセチルコリンを含有し、線条体からの出力系ニューロンを興奮させるため、パーキンソン病において重要な役割を担うと考えられている。この大型ニューロンに対するニコチンの作用を明らかにするため、ラット線条体スライス標本を用いたパッチクランプ法による研究を行った。その結果、ニコチンは大型ニューロンの静止膜電位には無影響であったが、miniature postsynaptic potentialの頻度を増加し、それに伴いspikeの頻度も増加させた。このニコチンによる興奮作用はドンペリドン(ドーパミンD2受容体拮抗薬)およびGDEE(非選択的グルタミン酸受容体遮断薬)より抑制された。一方、線条体急性単離細胞を用いたパッチクランプ法において、ニコチンはポストシナプス性の電流を惹起しなかった。以上より、ニコチンは線条体大型ニューロンに対するグルタミン酸性およびドーパミン性の興奮性神経伝達を亢進し、この結果このニューロンを興奮させると考えられる。次に、線条体へのドーパミンニューロンの起始核である黒質緻密部の変性脱落がパーキンソン病を惹起するとされており、この部位のドーパミン神経は錐体外路系において重要な役割を担うと考えられる。そこで、黒質ドーパミンニューロンに対するニコチンの作用を明らかにするため、ラット黒質スライス標本を用いたパッチクランプ法による研究を行った。ニコチンは、このニューロンに対して用量依存性に膜電位を脱分極させ、それに伴い発火頻度を増加した。このニコチンによる脱分極性興奮作用は、通常の灌流液よりCa^<2+>をMg^<2+>で置き換えた低Ca^<2+>灌流液下においても観察された。スライス標本では膜電位固定法によりα4型ニコチン受容体を確認したが、黒質急性単離標本を用いた研究によりα4に加えてα7型ニコチン受容体も観察された。以上より、ニコチンは後シナプス性に黒質ドーパミンニューロンを興奮させて、この結果線条体でのドーパミン遊離を亢進すると考えられる。これらの成果を第73回日本薬理学会年会、第23回日本神経科学会および第30回日本神経精神薬理学会総会で報告した。黒質線条体ドーパミン系の内、線条体においては大型ニューロンが伝達物質としてアセチルコリンを含有し、線条体からの出力系ニューロンを興奮させるため、パーキンソン病において重要な役割を担うと考えられている。本研究では、まず、この大型ニューロンに対するニコチンの作用を明らかにするため、ラット線条体スライス標本を用いたパッチクランプ法による研究を行った。大型ニューロンの静止膜電位は、-61.1±1.1mV(n=40)であった。ニコチン(100μM)は、観察した15個のニューロンすべてminiature postsynaptic potential(mpp)の頻度を増加し、それに伴いspikeの頻度も増加したが、静止膜電位には無影響であった。

ドンペリドン(1μM)(ドーパミンD2受容体拮抗薬)は、検討したニューロン11個中6個において、このニコチンの作用を抑制した。また、GDEE(10μM)(非選択的グルタミン酸受容体遮断薬)は、検討した10個のうち6個についてニコチン作用を抑制したが、残りの4個のそれには影響を与えなかった。以上より、ニコチンは線条体大型ニューロンに対するグルタミン酸性およびドーパミン性の興奮性神経伝達を亢進し、この結果このニューロンを興奮させると考えられる。次に、線条体へのドーパミンニューロンの起始核である黒質緻密部の変性脱落がパーキンソン病を惹起するとされており、この部位のドーパミン神経は錐体外路系において重要な役割を担うと考えられる。そこで、黒質ドーパミンニューロンに対するニコチンの作用を明らかにするため、ラット黒質スライス標本を用いたパッチクランプ法による研究を行った。ニコチンは、このニューロンに対して用量依存性(0.0110μM)に膜電位を脱分極させ、それに伴い発火頻度を増加した。このニコチンによる脱分極性興奮作用は、通常の灌流派よりCa^<2+>をMg^<2+>で置き換えた低Ca^<2+>灌流派下においても観察された。以上より、ニコチンは後シナプス性に黒質ドーパミンニューロンを興奮させて、この結果線条体でのドーパミン遊離を亢進すると考えられる。これらの成果を第22回日本神経科学会および第29回日本神経精神薬理学会総会で報告した。黒質線条体ドーパミン系におけるニコチン受容体の機能的役割の解明のため、パッチクランプ法を用いて研究を行った。まず、黒質線条体ドーパミン系の内、線条体においては大型ニューロンが伝達物質としてアセチルコリンを含有し、線条体からの出力系ニューロンを興奮させるため、パーキンソン病において重要な役割を担うと考えられている。この大型ニューロンに対するニコチンの作用を明らかにするため、ラット線条体スライス標本を用いたパッチクランプ法による研究を行った。その結果、ニコチンは大型ニューロンの静止膜電位には無影響であったが、miniature postsynaptic potentialの頻度を増加し、それに伴いspikeの頻度も増加させた。このニコチンによる興奮作用はドンペリドン(ドーパミンD2受容体拮抗薬)およびGDEE(非選択的グルタミン酸受容体遮断薬)より抑制された。一方、線条体急性単離細胞を用いたパッチクランプ法において、ニコチンはポストシナプス性の電流を惹起しなかった。ニコチンは、このニューロンに対して用量依存性に膜電位を脱分極させ、それに伴い発火頻度を増加した。このニコチンによる脱分極性興奮作用は、通常の灌流液よりCa^<2+>をMg^<2+>で置き換えた低Ca^<2+>灌流液下においても観察された。
高効率Mg2Si熱電モジュール開発に向けた熱電材料の高圧合成

出発原料にMgH2の微粉末を使用し,高圧セルとしては簡便なクランプ式の高圧セルを利用した合成を中心に実施し,その合成物の評価をXRDによる構造評価と,ゼーベック係数及び電気抵抗率測定による電子物性評価をした。構造物性の評価からは,ピストンシリンダ装置の圧力と比較すると1桁以上低い圧力領域での合成であるにも関わらず,ピストンシリンダ装置と遜色ない純度でしかも短時間に合成できることが明らかとなった。またステンレス製の簡易真空パック(エレパック)を使用して高圧セルを密封した状態で合成を実施して,Mgの酸化を抑制すること試みた。出発原料のMgH2粉末は高温領域で水素を放出するので,その水素が酸素と結合することでMgの酸化量を抑制することが出来たものの,微粉末表面に吸着した酸素を完全に除去することは困難で,MgOを含まない試料を合成することは出来なかった。そこで更なる酸化抑制をするために真空電気炉による合成実験を行った結果,MgOの合成量は飛躍的に減少することが明らかとなったので,それらの組み合わせによってクランプセルによるMg2Siの合成法を確立することが出来た。熱伝導率の測定は岡山セラミックセンターによる委託研究として実施したが,合成物の熱伝導率は,これまで報告されている値と比較すると1/2程度の低い熱伝導度の値となった。この結果は熱電性能指数を考慮すると大きなアドバンテージとなる。出発原料のMgH2にその要因があると考えているが,詳しく検証していく必要がある。一方,高温高圧下での熱電性能実験は,岡山大学の惑星物質研究所(IPM)にある6軸超高圧発生装置を利用して開発・測定ができており,AlドープしたMg2Si熱電材料の圧力依存性のゼーベック係数や電気伝導度の測定結果を2つの国際会議でInvitedとして報告し,評価を得た。新しく設計・開発したクランプセルを使用した高圧合成法は,ある程度確立できたと考えており,この手法で試料合成を遂行している。合成物の物性評価としてのXRD実験やゼーベック係数と電気抵抗率などの熱電性能測定は実験は計画通りに遂行されている。また熱伝導度の測定は岡山セラミックセンターの委託研究により実施したが,合成物の熱伝導度の結果を,これまで報告されているものと比較すると50%程度も低い値となったのは,大きなアドバンテージであり,その要因を探索することでより高効率な熱電材料開発を目指したいと考えている。一方,大型プレスを用いた高温高圧下での熱電性能測定実験は,IPMの共同利用研究の限られたマシンタイムでの実験となるため、実施計画通りに進行していない内容もある。特に熱電対等のリード線が加圧中に断線することで実験継続が不可能となるため,実験回数の割には成果の量がやや乏しいと感じられるが,実験結果の内容としては,装置設計においてデュアルヒーターによる温度制御を採用したので,高温領域の各測定温度において±10度以上の範囲で温度差を付けた測定が容易にできるため,非常に高精度な実験結果を得ることが出来るようになった。また研究室での準備合成実験をするため,既存の250トンプレスを利用した高温高圧合成装置の立ち上げも平行して準備しており,新規購入した電源装置やトランスを接続するとともに,それに伴う実験室の電源環境を整備したので,立ち上げ作業も順調に進んでいると考えている。高圧合成手法としては、クランプ式の高圧セルと真空電気炉との組み合わせにより、簡便で未反応物や酸化物の少ないMg2Siの高圧合成実験を実施していく計画である。合成した試料の評価は、XRDによる構造物性評価やゼーベック係数、電気抵抗の測定だけでなく、委託研究による熱伝導率の評価などを併用して熱電性能指数ZTとしての評価が出来るようにしていきたい。またデバイス素子単体としての高温下での耐久実験なども実施して,デバイスとしての可能性を検討したいと考えている。高温高圧下でのパワーファクター測定(ゼーベック係数と電気抵抗率)に関しては、今年度もIPMの共同利用研究に採択されているので,6軸加圧装置を用いて積極的に測定を実施したいと考えている。この実験で生じている課題(熱電対等のリード線が高圧下で断線してしまい,実験が継続できなくなる)が頻発しているので,早急に高圧セルの再構成とそのセルにおけるリード線の補強を検討して、限られたマシンタイムを効果的に活用して実験を遂行していけるようにして,合成物の高圧下におけるパワーファクター測定を研究計画通りに実施してきたいと考えている。また熱伝導度測定はセラミックセンターへの委託測定となるが,高圧下での熱伝導度の可能性についても検討したい。少し遅れ気味ではあるが,研究室における高温高圧合成装置の立ち上げも早急に実施して,効率的な研究が出来る体制づくりを遂行していく計画である。出発原料としてMgH2粉末を使用した高圧合成は非常に順調で、良質な微粉末が入手できたことからこれまでより低い温度での合成が可能であることが分かった。また微粉末であるため、固相反応の温度領域であるにもかかわらず反応速度が速かったので、残留物の少ない試料を合成することができた。高圧合成はこれまでピストンシリンダー装置を使用して高圧合成実験をしてきたが、より簡便な方法を目指すために、ホットプレス装置あるいはクランプ式の高圧セルを利用した合成も試みた。結果として、新たに設計・開発したクランプ式加圧セルと簡易真空パック、電気炉の組み合わせにより簡便に高圧合成することに成功した。実際に合成された試料をXRDにより評価すると、これまでと遜色ない純度でしかも短時間に合成できるようになったので、効率的な高圧合成実験の研究としては順調に遂行出来ている。

しかし、簡易真空パックは合成中も密封状態を保つため、初めに仕込んだ出発原料の粉末試料表面に吸着した酸素が存在する以上、その酸素を合成中に排除するもしくはMgやSi以外と反応させて、酸化物を合成させないための検討が必要である。MgH2粉末が高温領域で水素を放出するため、Mgが反応する際は、水素還元的な合成環境になっているが、酸素がその水素と反応するだけでなくMgとも反応するので、現在は真空電気炉での合成実験を開始している。一方、高温高圧下での熱電性能実験は、岡山大学の惑星物質研究所にある6軸超高圧発生装置を利用して順調に開発・測定ができている。熱伝導度測定は出来ていないが、ゼーベック係数と電気伝導度は高温高圧下で同時測定できるようになり、実際AlドープしたMg2Si熱電材料の圧力依存性の結果を得ることができ、次年度の国際会議でInviteとして報告することになった。これまでの高圧合成法からより簡便な装置での合成を目指した実験は計画通りに遂行されている。特に設計したクランプ式高圧セルが順調に機能したため、簡易真空パックとの組み合わせでもこれまでと遜色ない試料を合成することができた。高温高圧下での熱電性能測定実験では、限られたマシンタイムでの実験であったため十分な実験時間を確保することが難しかったが、事前準備をしっかりすることで研究計画通りの研究結果を得ることができた。今後さらに効率的な研究をするためには、研究室での実験を併用することが重要である。研究室での実験をするためには、既存の250トンプレスに電源装置及びトランスなどを組み込んだ高温高圧合成装置を立ち上げることが重要であり、そのプレスに応じた電源装置やトランスの選定や仕様の詳細を検討した。他の研究室より現在使用しなくなった電源装置を譲り受けることになったことと、それに応じて新規購入する電源装置の仕様を変更した方が効率的であることが明らかとなったので、当初計画していた電源装置の発注が遅れてしまった。その結果として装置の立ち上げに関する研究計画は全体的にやや遅れた状況になってしまっている。出発原料にMgH2の微粉末を使用し,高圧セルとしては簡便なクランプ式の高圧セルを利用した合成を中心に実施し,その合成物の評価をXRDによる構造評価と,ゼーベック係数及び電気抵抗率測定による電子物性評価をした。構造物性の評価からは,ピストンシリンダ装置の圧力と比較すると1桁以上低い圧力領域での合成であるにも関わらず,ピストンシリンダ装置と遜色ない純度でしかも短時間に合成できることが明らかとなった。またステンレス製の簡易真空パック(エレパック)を使用して高圧セルを密封した状態で合成を実施して,Mgの酸化を抑制すること試みた。出発原料のMgH2粉末は高温領域で水素を放出するので,その水素が酸素と結合することでMgの酸化量を抑制することが出来たものの,微粉末表面に吸着した酸素を完全に除去することは困難で,MgOを含まない試料を合成することは出来なかった。そこで更なる酸化抑制をするために真空電気炉による合成実験を行った結果,MgOの合成量は飛躍的に減少することが明らかとなったので,それらの組み合わせによってクランプセルによるMg2Siの合成法を確立することが出来た。