hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
がん病態関連免疫応答の質的評価のための末梢血記憶B細胞抗体遺伝子レパトローム解析

体液性免疫の主役である抗体に焦点を絞り「抗体の質」を評価する新たな戦略として「抗体遺伝子レパトローム解析法」を確立できた。具体的には、B細胞集団をシングルセルレベルに単離し、RT-PCR法にて、個々の細胞が発現している抗体(抗原受容体: BCR)の可変部領域の遺伝子配列と、重鎖と軽鎖のペアリングを決定する方法である。これらの配列から得られるパラメーターは、1V(D)J遺伝子の使用頻度、2突然変異の位置と頻度、3CDR3領域の長さ、4含まれるアミノ酸の特徴である。今後の解析を進めるために必要な担がんマウスモデルが確立できた。具体的には、マウスリンパ腫細胞株EL4およびE.G7-OVA細胞をマウスの皮下に移植し、腫瘍体積の経時変化を測定した。9日目、21日目に末梢血を採取し、FACSにてB220陽性細胞とCD4陽性細胞の存在比を測定したところ、9日目にB細胞の比率が増加し、21日目には減少していた。CD4陽性細胞は経時的に減少していた。今後は、さらにBCRの重鎖および軽鎖の配列解析を進め、ペアリングも明らかにする。解析の結果より、増加および減少していた特徴的な可変部をIgG定常部と融合し、人工抗体として培養細胞に発現させる再構築系を用いて、これらの抗体が認識する抗原の同定を進める。さらに、腫瘍の増加やがん治療実験による腫瘍の縮小に伴って、これらの抗体の使用頻度が変化するか検証を行う。他のパラメーターについても相関関係があるか解析する。
モチビックゼータの有理性

有限集合に対してその対称積の形式和を取ると有理関数になり、その分母の次数として有限集合の元の個数があらわれることが容易にわかる。有限体上の代数多様体の対称積の元の個数の形式和を取ると有理関数になる、というのが20世紀代数幾何を大きく発展させる原動力となったWeil予想であるが、それに圏論的解釈を与える、という目標のもと、様々な圏において対称積の形式和(これをモチビックゼータと呼ぶ)の有理性を調べた。代数多様体のモチーフでのモチビックゼータの一般化であるモチビックチャウ級数が有理的になったりならなかったりする現象を確認した。また箱玉系の母関数を定義し、有理的になると予想して特別な場合に証明した。黒田茂氏、高橋宣能氏との共同研究が、Journal of AlgebraからThe closed cone of a rational series is rational polyhedralという論文として発表された。これにより、モチビックチャウ級数が全ての代数多様体に対して有理的になるか、という基本問題が解決されたことになる。この成果について、城崎代数学シンポジウムなどで発表した。大学院生の田端亮氏との共同研究で、次元を大きくした時のImmanantの漸近挙動について部分的な成果を得た。すなわち、ほとんどのヤング図形に対して、nI-E(但しnは行列のサイズ、Iは全ての成分が1となる行列、Eは単位行列)がDeterminant - Immanant数直線上での最大値を与えることの強い証拠を得、またその最大値の漸近的挙動がわかってきた。例えばフックのImmanantで、縦横の比がcとなるような極限を取ると、数直線上の2c/(1+c)という値になることを証明した。大学院生の沖吉真実氏との共同研究で、フィボナッチ進法を用いた面白い連分数展開を発見した。2月に第9回鹿児島代数解析幾何セミナーを開き、数学の幅広い分野の研究の最前線について互いに意見交換を行った。また、3月に第1回岡山ー広島代数学シンポジウムにおいて、田端氏、沖吉氏が研究成果を発表した。モチビックゼータの一般化であるモチビックチャウ級数の有理性について、研究を進めた。モチビックチャウ級数は一般には有理的ではない(Elizondo氏との共同研究)、しかしA1-homotopyの関係のもとではトーリック多様体などの場合に有理的になる(Elizondo氏との共同研究)ということまでわかっていたが、一般の代数多様体のモチビックチャウ級数はA1-homotopyの関係のもとでも有理的にならないのではないか、という予想の証明を、黒田茂氏、高橋宣能氏との共同研究で完成させた。その鍵は、多変数有理関数のベキ級数のニュートン錐の閉包が有限生成になることを示す、という汎用的な結果にあり、モチビックチャウ級数のみならず他の多くの応用が見込まれる。一方、モチーフ以外の圏におけるモチビックゼータについて、大学院生の沖吉真実氏との共同研究で、箱玉系の母関数の有理性について調べた。古典的な箱玉系の母関数の有理性は、実質的に高橋と薩摩の箱玉系発見の論文の中で既に行われているが、準周期箱玉系へその結果を拡張した。また、有限グラフのモチビックゼータについて、一般には有理的にならないことを証明した。一方で、「局所有理的」とでも言うべき性質が見いだされ、その証明の完成に向けて研究中である。すなわち、有限グラフXの対称積の形式和は有理的にならないが、他の有限グラフYを固定して、YからXのn次対称積へのグラフ射の個数を係数としてベキ級数を取ると、いつでも有理関数になりそうである。ヒルベルト空間に有限個のベクトルを取ると、その内積によって半正値エルミート行列が定まる。それを圏の対象と見なしてモチビックゼータを取ると、有理的にならないことが見いだされた。考えている対象は明らかに有限次元的なものであり、モチビックゼータの有理性として必ずしも反映されるわけではない、興味深い例である。期間全体の主な成果は、モチビックゼータ、およびその一般化であるモチビックチャウ級数について、有理性・非有理性の判定条件の研究を進めたことである。(1)代数多様体のモチビックチャウ級数について、2012年のElizondo教授との共同研究において、A1-homotopyという自然な関係式を入れれば、トーリック多様体の場合は常にモチビックチャウ級数が有理的になることを示した。一方、最終年度に発表された高橋宣能氏、黒田茂氏との共同研究において、一般の多変数の級数が有理的になるための強力な必要条件を与え、特に射影平面の一般の10点ブローアップにおいて、モチビックチャウ級数が非有理的であることを証明した。

さらに、射影空間の因子のモチビックチャウ級数ではinfinitesimal A1-homotopyという弱い関係式においてもモチビックチャウ級数が有理的になることを証明した。(2)有限次元的な対象2つのテンソル積が再び有限次元的になる、というのが研究代表者による古典的な成果であるが、Tabuada教授からその逆は成り立つか、という質問を受け、共同研究で部分的に解決した。Q-linear additiverigid monoidalcategoryにおいて、Nは0でない有限次元的対象、NとMのテンソル積も有限次元的対象であれば、Mも有限次元的対象である。有限次元の概念は射に対しても定義されるが、fが0でない有限次元的射、fとgのテンソル積が有限次元的だとしても、gが有限次元的とは限らない例が見つかった。(3)箱玉系に対して母関数を定義することができる。有限個の玉を持つ箱玉系、あるいは準周期箱玉系に対しては、その母関数が有理的になることを証明した。なお、これは沖吉真実氏との共同研究である。代数幾何Immanantの挙動について、これまではnが3、4、5程度での研究であったが、本年度、nを無限に大きくした場合の挙動がある程度見えるようになり、これは量子情報との関係で将来有益な視点を提供してくれるものと期待している。また、フィボナッチ進法の連分数については、係数をヤング図形としたモチビック連分数を調べる中で生まれて来たもので、モチビックゼータが多項式にならない対象をモチビック連分数に展開して調べる、という研究課題の第一歩を踏み出せた。モチビックチャウ級数が有理的になるとは限らないことの証明を完成させることは本研究課題の目標の一つであったが、初年度にそれが解決したことは大きな成果である。また、その手法はモチビックゼータ特有のものではなく、一般の多変数有理関数のベキ級数展開が持つ性質についての新発見によるもので、本研究の興味の対象を超えて広い応用を持ちうる結果となった。一方で、モチビックチャウ級数が必ずしも有理的になるとは限らない、というその答は、これで完全解決ということではなく、(1)では何か別の視点から見れば、有理的に見えることはありうるのか?(2)有理的ではないかもしれないが、代数関数や、あるいは興味深い超越関数になっていることはあるのか?(3)どのような多様体であれば有理的になるのか?というようなより深い研究課題が生まれて来たことになる。特に(2)は、モチビックチャウの世界に限らず、代数関数や、興味深い超越関数のニュートン錐の形状について何が言えるか、という多方面に応用を持ちうる問題を提出することになっている。もう一つ興味深いのは有理的でない反例が、永田のHilbert第14問題に対する反例によって与えられている、ということである。永田の反例については現在活発に研究が行われており、そことのつながりによって新しい視点が開けてくる可能性がある。さらに、射影平面のブローアップのモチビックチャウ級数に関して、ブローアップのセンターの配置によって有理性・非有理性が変わってくる、という現象も、本研究によって初めて明らかにされたことである。モチビックゼータは代数多様体のモチーフのみによって定まるが、モチビックチャウ級数はモチーフだけではわからない精密な構造まで見えている、ということで、その深い意味は今後の研究課題である。
デリバリーキャリアを用いた細胞治療効果の増強-血管新生と神経再生を指標として-

申請者らが開発したフラグミン/プロタミン混合粒子(F/P NPs)を脂肪由来間質細胞(ASCs)のデリバリーキャリアとして使用し、重症化下肢虚血及び腹圧性尿失禁における細胞治療効果の増強を図った。重症化下肢虚血では移植後7及び14日目にASCsにF/P NPsを併用することで治療効果が増強されることが明らかとなった。また、腹圧性尿失禁においてはASCs単独及びF/P NPs併用移植において、移植後7及び14日目に尿道括約筋断裂による尿漏出時圧低下に有意な改善効果を示すことが明らかとなった。1.下肢虚血モデルにおける血管新生効果メカニズムの解析マウス重症化下肢虚血モデルを作成した。移植当日、虚血部位の複数箇所に、同系マウスの鼠蹊部脂肪より分離した脂肪由来間質細胞(ASCs)を単独、或いはフラグミン/プロタミン混合粒子(F/P NPs)との凝集体(ASCs/F/P NPs)として注入した。血流回復効果はレーザードップラー血流計にて経時的に測定し、最終的に虚血組織部位の免疫組織学的検査を実施した。その結果、ASCs/F/P NPs凝集体の方がASCs単独よりも下肢血流回復が有意に促進された。また、病理組織学的にもCD31陽性の新生血管が有意に増加した。以上より、ASCsを移植する際にF/P NPsを併用することで重症化下肢虚血性疾患の治療効果が増強されることが明らかとなった。本研究の成果を論文として投稿中である。2.腹圧性尿失禁モデルを用いた治療効果の評価ラット陰部神経切断モデル(PNT)及び膣過伸展モデル(VD)の作成法、尿漏出時圧(LPP)測定法を確立した。PNTでは、対照群と比較して切断直後及び4週後にLPPの低下がみられなかった。その原因として、平滑筋をブロックするHexamethoniumの投与後にLPPの低下を確認した(平滑筋の代償作用)。一方、VDでは、対照群と比較してモデル作成直後、4及び7日後にLPPの低下が認められた。従って、ASCs移植実験にはVDモデルを採用した。モデル作成翌日、自家鼠蹊部脂肪より分離したASCsを外尿道口の周囲5ヶ所に注入した。細胞投与後7日目に、脊髄をTh89レベルで切断した状態でLPPを測定した。その結果、VD群では対照群と比較してLPPの有意な低下がみられた。このことより、VDモデルの妥当性が確認された。また、VD+ASCs群及びVD+ASCs+F/P NPs群では、VD群と比較してLPPの有意な上昇がみられた。以上より、VDモデルを用いたASCsの排尿機能改善効果に対する有用性が示唆された。1.下肢虚血モデルにおける血管新生メカニズムの解析下肢虚血モデルの血流回復過程において、末梢血中の各種サイトカイン及び成長因子の動きを測定した。その結果、移植後1日目では、脂肪由来間質細胞(ASC)単独群及びF/P NPs併用群で偽処理群よりもGM-CSF,b-FGF,PDGF-bb,VEGF及びHGFが上昇した。移植後7日目には、全ての因子が対照群と同程度に減少した。移植後1日目にASC単独群とF/P NPs併用群間で差が見られなかった点については、F/P NPsの吸着能力を超えて各種サイトカイン及び成長因子が急激に上昇したためと考えられた。これらの結果も参考に虚血改善に効果的に関与するサイトカインカクテルの作成を検討している。2.腹圧性尿失禁モデルを用いた治療効果の評価ラットを用いてASCの自家移植実験を実施し、7及び14日後に尿漏出時圧(LPP)の低下が回復するか否かについて検討した。その結果、ASC移植は膣過伸展(VD)無しではLPPに有意な変化を示さないのに対し、VD有りでは有意なLPP上昇(回復)効果を示した。組織学的には、GFP陽性細胞を移植することで移植後7日目に移植細胞の生存が確認され、移植後14日目には移植部位で膠原繊維が増加する像が観察された。以上のことから、ASC移植は尿道括約筋断裂によるLPP低下に有意な治療効果を示すことが明らかとなった。投稿中であった下肢虚血モデルを用いた細胞治療効果の論文の掲載が確定したため。また、腹圧性尿失禁モデルを用いた治療効果の検討において、移植部位でのGFP陽性細胞の観察にも着手しているため。1.下肢虚血モデルにおける血管新生効果メカニズムの解析マウス重症化下肢虚血モデルの虚血部位に、同系マウスの脂肪由来間質細胞(ASCs)を移植した結果、ASCsにフラグミン/プロタミン混合粒子(F/P NPs)を併用することで、重症化下肢虚血性疾患の治療効果が増強されることが明らかとなった。病理組織学的にもCD31陽性の新生血管が有意に増加した。また、下肢虚血モデルの血流回復過程において、末梢血中の各種サイトカイン及び成長因子の動きを測定したところ、偽処理群よりもASCs単独群及びF/P NPs併用群で、移植後7日目までに上昇したGM-CSF, b-FGF, PDGF-bb, VEGF及びHGFが、虚血改善に効果的に関与するサイトカインカクテルに成り得ると考えられた。

本研究の成果を学会発表し、論文として発表した。また、本学では今年度、ASCsを用いた重症虚血肢に対する血管新生療法の臨床試験の第一例目が実施された。F/P NPsを使用した治療プロトコルの申請についても、今後臨床応用を見据えた展開を計画している。2.腹圧性尿失禁モデルを用いた治療効果の評価ラット膣過伸展モデル(VD)を用いて、自家ASCsの移植実験及び尿漏出時圧(LPP)を測定した。その結果、移植7及び14日後にVD群では対照群と比較してLPPの有意な低下がみられた。組織学的には、GFP陽性細胞を移植することで移植後28日目まで移植細胞の生存が確認された。GFP陽性細胞とα-SMA陽性細胞が高率でmargeしていることも確認され、ASCsが平滑筋へ分化する可能性が示唆された。移植部位では膠原線維が増加する像が観察された。また、ASCs移植群は、VD無しではLPPに有意な変化を示さないのに対して、VD有りでは有意なLPP上昇(回復)効果を示した。以上より、ASCs移植は尿道括約筋断裂によるLPP低下に、有意な改善効果を示すことが明らかとなった。本研究の成果を学会発表し、現在論文執筆を継続している。申請者らが開発したフラグミン/プロタミン混合粒子(F/P NPs)を脂肪由来間質細胞(ASCs)のデリバリーキャリアとして使用し、重症化下肢虚血及び腹圧性尿失禁における細胞治療効果の増強を図った。重症化下肢虚血では移植後7及び14日目にASCsにF/P NPsを併用することで治療効果が増強されることが明らかとなった。また、腹圧性尿失禁においてはASCs単独及びF/P NPs併用移植において、移植後7及び14日目に尿道括約筋断裂による尿漏出時圧低下に有意な改善効果を示すことが明らかとなった。下肢虚血モデルにおける血管新生効果のメカニズム解析では、H26年度目標である論文作成を達成し、更に腹圧性尿失禁モデルを用いた治療効果の予備的検討に着手しているため。下肢虚血モデルにおける血管新生効果のメカニズム解析では、各種サイトカイン併用での効果を検討し、サイトカインカクテルの作成を継続して進める。腹圧性尿失禁モデルを用いた治療効果の評価では、GFPラット由来ASCsを利用した移植後の評価を継続する。再生医療下肢虚血モデルにおける血管新生効果のメカニズム解析では、F/P NPsに組み合わせ可能なサイトカインカクテルを作成して評価する。また、腹圧性尿失禁モデルを用いた治療効果の評価では、細胞移植4及び8週後にLPPを測定し、病理組織学的評価を実施する。投稿した論文の掲載料として支出予定していた金額を使用しなかったため。論文投稿が遅れ、投稿料及び掲載料として支出予定していた金額を使用しなかったため。投稿中の論文が掲載確定となったため、次年度に論文掲載料として使用する予定である。次年度に論文投稿料及び掲載料として使用する予定である。
歯周病におけるプロテアーゼ機能と生体反応に関する基礎的研究

歯周病は歯槽骨を含む歯周組織の広範な破壊を特徴としており、宿主細胞ならびに口腔微生物由来のプロテアーゼの関与が指摘されている。本研究では、歯周病の主要な病原性細菌(ジンジバリス菌)の産生する2種類のシステインプロテアーゼRgpおよびKgpの生理的病理的機能、および宿主由来のアスパラギン酸プロテアーゼの新たな生理機能の解明を行った。本研究を通じて以下のことが明らかにされた。(1)RgpおよびKgpは、それぞれの遺伝子欠損変異体や特異的阻害剤を用いた解析から、ジンジバリス菌が歯周ポケット内で発育増殖するために不可欠なヘムやアミノ酸を獲得するために必須の成分であること、(2)RgpおよびKgpは、ジンジバリス菌が歯周ポケット内で発育増殖するための菌自身あるいは他菌との共凝集反応や宿主細胞や宿主蛋白質への接着反応に必須であること、(3)線維芽細胞や好中球、血管内皮細胞などの宿主細胞の傷害過程において中心的な役割を果たしていること、(4)宿主のリソソーム性アスパラギン酸プロテアーゼのカテプシンDの欠損は、失明と痙攣発作を誘発し、神経細胞内にオートファゴソームやオスミン酸親性の顆粒状沈殿物の蓄積を誘導し、神経性セロイド様リポフスチン蓄積症と類似した症状を発現さすこと、(5)カテプシンDの類似酵素カテプシンEは、マクロファージや脳内ミクログリアにおいて、外来抗原のプロセシング・提示機構で必須の役割を担っていること、(6)カテプシンEはインバリアント鎖のプロセシングには関与しないこと、等々である。これらの結果から、歯周病の発症進展において、RgpおよびKgpはジンジバリス菌の病原性因子の本体であることが実証され、新たな創薬ターゲットとなり得ることが示された。また、カテプシンDおよびカテプシンEが生体防御系において重要な機能を担っていることが明らかにされたことにより、これらの酵素の歯周病への関与が示唆され、これらの活性制御を目的とした創薬研究の重要性も示された。歯周病は歯槽骨を含む歯周組織の広範囲な破壊を特徴としており、宿主細胞ならびに口腔細胞由来のプロテアーゼの関与が考えられる。これまでの筆者らの研究から、歯肉縁下プラーク中に存在するグラム陰性嫌気性細菌Porphyromonas gingivalisが産生する2つの主要なシステインプロテアーゼ[Arg-gingipain (RGP)とLys-gingipain(KGP)]と宿主細胞由来のリソソーム性プロテアーゼ(cathepsin B,cathepsin L,cathepsin G,medullasin)の本疾患への関与を示唆してきた。とくに興味深いことには、P.gingivalisが産生するRGPおよびKGPは宿主に対しては強力な破壊因子として働いて病原性を発揮するが、菌体自身には病源性を示すことはなく、むしろ有用であるということである。本年度の研究は、RGPおよびKGPがこうした機能を発現し得る分子メカニズムを知る目的で行われた。そのために、RGP遺伝子(rgpA rgpB)およびKGP遺伝子(kgp)をそれぞれ完全に欠損させた変異株と両酵素遺伝子を同時に欠損させた三重変異株を作製し、それらの性状を野生株と比較しながら詳細に解析した。各変異株の培養上清を用いた実験では、RGPおよびKGP欠損株は野生株のもつヒトタイプIコラーゲンや免疫グロブリンに対する分解能を有意に減少させるが、依然として強い分解能を保持していた。

しかし、両酵素を同時に欠損させた三重変異株では、これらの蛋白分子に対する分解能は完全に消失していた。野生株のもつ好中球に対する強い傷害活性も、RGPおよびKGPの単一酵素欠損株では有意に抑制されるものの依然として傷害活性は残存しているが、三重変異株では完全に消失した。これらの結果は、菌体外へ産生分泌されたRGPおよびKGPが、歯周組織の主要蛋白質の分解や生体防御系の破壊を惹き起こして、歯周病の発症や進行に深く関わっていることと強く示唆されている。各変異株と野生株を各種アミノ酸を含む通常のBHI培地で培養した時、いずれの変異株も野生株と同様の正常な増殖カーブを示した。しかし、ウシ血清アルブミンのみを栄養源とする合成培地で培養した時には、単一酵素欠損株は野生株と同様に増殖するが、三重変異株はほとんど増殖できなかった。これらの結果は、本菌の発育増殖に必須のアミノ酸・ペプチドの獲得はRGPおよびKGPの両酵素によって行われていることを示している。これまでにプロテアーゼの活性制御系の不調による疾患が数多く報告されており、歯科領域で重要視されている歯周病もその一つである。歯周病は歯槽骨を含む歯周組織の広範囲な破壊を特徴としており、宿主細胞ならびに口腔細菌由来のプロテアーゼの関与が考えられる。筆者らは、これまでの研究から、歯肉縁下ブラーク中に存在するグラム陰性嫌気性細菌Porphyromonas gingivalis(以下ジンジバリス菌)が産生する主要なシステイプロテアーゼ[Arg-gingipain(Rgp)とLys-gingipain(Kgp)]と宿主細胞由来のリソソーム性プロテアーゼ(カテプシB,G,メダラシン)の本疾患への関与を示唆してきた。しかし、これまでの研究にもかかわらず、歯周病におけるプロテアーゼ反応の基本的で重要な問題の多くは依然として解決されていない。例えば、RgpやKgpは宿主に対しては強力な病原性因子として破壊作用を発揮するが、菌自身には病原性を示すことはなく、むしろ有用である。ジンジバリス菌はどのようにしてこのような破壊的なプロテアーゼから自身を守っているのであろうか。一方、宿主由来プロテアーゼは本来生体にとって必要な酵素のはずであるが、歯周病の局所ではむしろ有害作用を発揮している。こうした炎症局所における宿主プロテアーゼの活性制御系の破綻はどのように起こっているのであろうが。本年度の研究では、ジンジバリス菌の生育・増殖に必須のエネルギー源・栄養源の獲得はRgpおよびKgpによって担われていること、本菌の生存戦略として保有している血球凝集ならびにヘモグロビン結合などの機構において両酵素は必須であることが、酵素欠損変異体やそれぞれの酵素に対する特異的阻害剤を用いた実験から明らかにされた。歯周病は歯槽骨を含む歯周組織の広範囲な破壊を特徴としており、宿主細胞ならびに口腔細菌由来のプロテアーゼが関与している。これまでに筆者らの研究から、歯肉縁下プラーク中に存在するグラム陰性嫌気性細菌のジンジバリス菌(Porphyromonas gingivalis)が産生する2つのシステインプロテアーゼ[Arg-gingipain(Rgp)とLys-gingipain(Kgp)]が、宿主に対しては種々の生体蛋白質を分解して病原性に寄与する一方、菌体に対しては生存戦略に不可欠な菌体蛋白質のプロセシングや細胞内輸送・局在化に関与していることが明らかにされてきた。本年度の研究では、両酵素の歯周病原性をさらに追究する目的で、宿主歯肉線維芽細胞に対する傷害機構を解析した。
核膜孔複合体構成因子による染色体分配の制御機構と染色体不安定性との関連

分裂期における正確な染色体分配は適切な細胞増殖にとって必須である。申請者は染色体分配に機能する分子を同定してきた(EMBO J. 2011, Cancer Sci. 2013)。近年、核膜孔複合体構成因子は染色体分配に関与することがわかった。本研究は、染色体分配に関連する核膜孔複合体構成因子のスクリーニングを行った。構成因子であるRae1もしくはNup188との結合因子を関連分子として注目した。Flagタグを付加したNup188やRae1を安定発現するヒトHEK293細胞を樹立し、Flag抗体による免疫沈降を行った後、免疫沈降産物に含まれる分子をマススペクトロメトリーで同定し、機能解析した。本研究は、安定した染色体分配に機能することで、染色体不安定性に関与している核膜孔複合体構成因子を同定する。また、ヒト細胞において30数種類存在する核膜孔複合体構成因子間での分子ネットワークがどのように染色体分配に働くのかを明らかにする。平成26年度は、核膜孔複合体構成因子の中でも染色体分配に関与している因子のスクリーニングを行った。関与分子として、染色体分配への関連が報告されているRae1とNup188(申請者が染色体分配への関連を報告)の結合分子について注目した。まず、Flagタグを付加したRae1やNup188タンパク質を安定発現するヒトHEK293細胞を樹立した。Flag-Rae1安定発現細胞株についてはnocodazole処理により分裂期で同調させ、細胞の抽出液を用いてFlag抗体による免疫沈降を行った後、免疫沈降産物に含まれる分子をマススペクトロメトリーで同定した。同定した分子はHeLa細胞よりsiRNAによりノックダウンした後、染色体分配異常が認められるかどうかについて生細胞観察を用いて解析した。Flag-Nup188安定発現細胞株を用いての同様な実験遂行を検討している。これと並行してNup188に着目した染色体分配の分子ネットワークを詳細にするため、Nup188全長をN末端、中央、C末端領域に区分した変異体(Flagタグ付加)の安定株を樹立した。これら変異体にどの因子が結合するのかを明らかにする予定である。平成27年度には正常線維芽細胞における同定した分子のノックダウンもしくは過剰発現を予定している。これらの実施は線維芽細胞への遺伝子導入を必要とするが、申請者はウイルスを用いた遺伝子導入法を確立し、これを円滑に遂行できる段階にある。核膜孔複合体構成因子は間期の細胞において核膜孔複合体を形成し、核ー細胞質間の物質輸送の場となっている。一方、間期から分裂期へと移行する際、核膜孔複合体は核膜の崩壊と共に解体する。複数の核膜孔複合体構成因子(Nup107-160複合体、Rae1、Nup88、Nup188)は分裂期に中心体、動原体、紡錘体微小管に局在し、染色体分配の進行に機能することが報告されている。核膜孔複合体構成因子の構造や発現の異常は、種々のがんと関係することが知られている。本研究では、安定した染色体分配に機能することで、染色体不安定性に関与している核膜孔複合体構成因子を同定していった。また、ヒト細胞において30数種類存在する核膜孔複合体構成因子間での分子ネットワークがどのように染色体分配に働くのかを検討した。平成26年度では、染色体分配に関連する核膜孔複合体構成因子のスクリーニングを行った。申請者が染色体分配への関連を報告したNup188またはRae1との結合分子を関与分子として注目した。Flagタグを付加したNup188やRae1タンパク質を安定発現するヒトHEK293細胞を樹立し、Flag抗体による免疫沈降を行った後、免疫沈降産物に含まれる分子をマススペクトロメトリーで同定した。平成27年度では、同定した分子をHeLa細胞よりsiRNAによりノックダウンした後、認められた染色体分配異常について生細胞観察を用いて解析を進めていった。また、中心体に局在し、染色体分配に関与する分子とNup188との関連を詳細にするためにNup188ノックダウン後のそれら分子における中心体局在を検討した。平成26年度、申請者は東北大学加齢医学研究所から秋田大学大学院医学系研究科へ異動した。これに即した準備および研究のセットアップに時間を費やす必要があった。細胞生理学平成26年度では、Rae1とNup188を中心とした核膜孔複合体構成因子の分子ネットワークについて研究を進めた。平成27年度ではこれら以外の分子についても調べる。申請者は線維芽細胞への効率的な遺伝子導入法を習得した。

繊維芽細胞において核膜孔複合体構成因子をノックダウンまたは過剰発現させたときに生じる染色体分配異常について検討することで、染色体不安定性について重要な因子を網羅していく。平成26年度、申請者は東北大学加齢医学研究所から秋田大学大学院医学系研究科に異動した。準備等のため研究実施期間の短縮を余技なくされたため。正常線維芽細胞における核膜孔複合体構成因子のノックダウンもしくは過剰発現に必要であるプラスミド作成。
遺伝子の時期および部位特異的機能阻害の新手法

ケージドアンチセンスオリゴの合成法の確立:アンチセンスオリゴを用いた時期および部位特異的な機能阻害を行うため、ケージドアンチセンスオリゴの合成をめざして研究を行った。様々なアンチセンスオリゴに共通する核酸塩基部分に光分解性保護基を導入する条件を検討した。その結果,我々のグループで開発した新しい光分解性保護基,Bhcmoc基とBmcmoc基を,デオキシアデノシンおよびシチジンのアミノ基に導入することに成功した。合成した新規ケージドデオキシヌクレオシドの光反応性を,これまでに報告されているケージドヌクレオシドと比較したところ,いずれの化合物も20-30倍高い効率であることが分かった。このことは,導入したケージ1個に付き照射する光の量を1/20から1/30に落とせることを意味する。アンチセンスオリゴは,通常15塩基程度の長さのものを用いるので,その活性を光制御するためには,複数個のケージを導入する必要がある。その場合,BhcmocおよびBmcmoc基で観測された高い光反応性は,大きな利点になる。さらに,ヒドロキシル基の新しい光分解性保護基を開発し,アデノシンのケージド化合物に応用することに成功した。ケージドRNAi法の確立:RNAi法の光制御を実現するために,2つのアプローチを検討した。まず,光解離性のdsRNAクロスリンカーを3種類設計合成した。これを用いて,合成siRNAの活性を光制御するための最適な反応条件を検討している。また,2つ目のアプローチとして,細胞内でshRNAを生成するプラスミドベクターのケージングを検討している。現在までのところ,ルシフェラーゼの発現を指標にして,プラスミドケージングに最適な条件を確立しつつある。
人間の感覚帯域を完遂する高精細広帯域な力覚情報の保存と再現

操作者の動作の保存と再現を可能とするモーションコピーシステムには未だ多くの課題があり,本研究では周波数帯域と正確性に対して解決を図った。力覚情報を漏れなく保存・再現するためには広帯域な力制御系と高速な電流制御が必須となる。また,PWMインバータはスイッチングノイズを生じるため,モータ推力に雑音が混入し力覚の保存・再現の正確性が損なわれる。そこで本研究では,電力効率のみを重視したPWMインバータではなく,ダイオードクランプリニアアンプ(DCLA)を開発し,電流制御および力制御への有用性を理論面および実機実験により検証し,広帯域な電流制御と高精細な力制御が可能であることを確認した。これまで困難とされてきた,聴覚情報および視覚情報に続く触覚・力覚情報を人類の制御下に置くことが本研究の目的である。研究代表者は実世界の力覚情報の保存と再現に焦点を当てて研究を行っており,これまでに実世界の力覚情報の保存・再現を実現可能なモーションコピーシステムを提案していが,課題は未だ数多く残されており,例えば電流雑音の問題が挙げられる。従来の産業用サーボモータの駆動ではPWM(パルス幅変調)を用いることで電流を制御するが,スイッチングノイズにより電流雑音が発生し,結果的にモータの出力推力にも雑音が生じる。この力雑音により高精度な推力の発生が妨げられ,モーションコピーシステムの動作に悪影響を及ぼし,正確な力覚情報の保存と再現を不可能にする。平成25年度においては,G級電力増幅器に似たダイオードクランプ形リニアアンプ(DCLA)を用いることで,上記の問題を解決できることを確認した。DCLAは電界効果トランジスタ(MOSFET)を多段に接続し,MOSFET1個あたりのドレイン-ソース間の電圧を段数分だけ小さくできることから,一般的に電力効率が低いとされるリニアアンプでありながら,PWMインバータと遜色のない高い電力効率を得ることが可能となる。また,リニアアンプであるためスイッチングノイズは存在せず,低雑音で高精度な推力を発生できる。本研究では,外乱オブザーバを用いたセンサレス力制御系にDCLAを適用し,高電力効率で且つ高精度な力制御を達成可能であることを理論面および実機実験により明らかとした。本研究成果は電気学会英文論文誌(産業応用部門),国際会議IEEE International Symposium on Industrial ElectronicsISIE 2013の国際会議論文,また電気学会研究会に結実した。視聴覚情報に比べ触覚情報については十分に研究されていない一方で,人間は五感からの情報に基づいて複雑な作業を実施している。現代技術を駆使して構成されたロボットが,依然として人間の完全なる代替物とはなりえていない原因は,物体との接触を伴う触覚を使う作業を苦手とするところにある。そこで,研究代表者は触覚情報の保存と再現を実現するモーションコピーシステムを提案しており,保存・再現システムで構成され,前者は作業者の位置と力を記憶し,後者は保存データに従って位置のみならず力までも再現する。再現時の位置と力の双方を保存時と完全に合致させる本技術は世界的にも類なきものである。モーションコピーシステムには未だ多くの課題があり,本研究課題では周波数帯域と正確性について解決を図る。人間の触覚の帯域は400Hzであるといわれており,触覚情報を漏れなく保存・再現するためには広帯域な力制御系が必須となり,電流制御の高速化が重要となる。また,正確性については,一般的に用いられているパルス幅変調(PWM)インバータはスイッチングノイズを生じるため,モータ推力に雑音が混入し力覚保存・再現が不明瞭となる。そこで本研究では,現在主流となっている電力効率のみを重視したPWMインバータではなく,まったく新しい設計概念に基づくダイオードクランプリニアアンプ(DCLA)を開発した。DCLAはPWMの三角波キャリア周波数に拘束されないため並列高速演算に最適であり,またスイッチングノイズが一切出力されないので低雑音であるとともに,従来のリニアアンプよりも電力効率が高い。従って,広帯域で且つ高効率・低雑音なモータ駆動が可能となり,繊細な触覚情報の保存と再現が実現できる。本研究では,DCLAの電流制御および力制御への有用性を理論面および実機実験により検証し,広帯域な電流制御と高精細な力制御が可能であることを確認した。モーションコントロール,ハプティクス,パワーエレクトロニクス初年度はダイオードクランプ形リニアアンプを制御系に組み込み,提案する力制御系が高精度・低雑音の推力を発生できることを実機実験により確認できたことから,計画通りの進捗状況といえる。また,電気学会英文論文誌やIEEE(米国電気電子学会)の国際会議論文,電気学会におけるメカトロニクス研究会においてそれぞれ論文掲載や口頭発表により,研究成果を国内のみならず国際的に発信した。

さらに,平成25年度中に力制御およびモーションコピーシステムに関連する研究成果が,5.165という電気電子分野での高いインパクトファクタを誇るIEEE Transactions on Industrial Electronicsへの掲載が決定したことから,当初の予想された達成度を大きく上回った。平成25年度は予定通り提案手法が力制御に対して有効であることが確認できたため,次年度の平成26年度においては予定通りバイラテラル制御をベースとするモーションコピーシステムに適用し,ダイオードクランプ形リニアアンプをモーションコピーシステムと組み合わせた場合の理論解析および実機実験により力雑音が低減され,高精度な力覚の保存と再現が可能であることを確認する予定である。また,今年度得られると予想される研究成果は電気学会の和文および英文論文誌(産業応用部門)とIEEEの国際会議,電気学会のモーションコントロールに関連する研究会への論文投稿・口頭発表を行う。さらに,提案手法についての産業界での応用展開を検討し,モーションコピーシステムの産業界での実用化を推めていきたいと考えている。
健康障害に関連するリスクファクターの地域的・栄養疫学的解析と評価

1.国民栄養調査成績から微量金属摂取量の推計を実施した。国民栄養調査は、その準拠した栄養価表の改訂と、戦後の国民の食生活の大きな変動から、昭和31年頃までは非常に高い摂取水準である。昭和30年代、40年代と昭和49年以後の4つの波を認めた。昭和49年以後の地域ブロック別の微量金属5種Cu、Mg、Mn、Pb、Znの摂取量推計値は、近年減少を示すのはCu、Mg、Mnの摂取量であった。Pb及びZnは横ばい、地域ブロック別では東日本に摂取レベルが高く、西日本に低い傾向がある。Znの摂取量は全国的にやや増加傾向で、地域ブロック別では東北に高く、四国九州に低い。総体的には東日本に摂取量が多い傾向を示す。銅はやや減少の傾向で、東北及び関東I.ブロックで摂取量が多く、近畿I、南九州に低い推移であった。Mnは銅と同様に遂年的に摂取量は減少傾向であり、東北、北陸に高く、近畿I、南九州に低くなっている。Mgは地域ブロック別の変動が最も大きく、摂取量の多いのは、東北、関東IIブロックで少ないのは近畿I及び南九州であり、銅、Mnと似た傾向であった。鉛はブロック間の変動は少なく、年次推移も小巾であった。ブロック別の摂取量の年次推移は、銅、Mg、Mnが比較的似通った経過を示し、亜鉛と鉛がブロック別摂取量推移に似た傾向である。微量金属摂取量の中で、東北を中心に東日本に高く、近畿I、南九州に低い摂取量となる要因の1つは、食品群別にみられる植物性食品摂取量の差が大きく影響している。2.現在のところ、ブロック別の食品群別摂取パターンの差を表現する指標に、微量金属摂取量がなり得ることが分った。この結果から東高西低型の死因構造を示す慢性疾患との相関性の検討と検索を進めている。3.摂取食品のミネラル類の定量とデータの収集に、ワカメの無機成分Fe、Ca、I、P、Mgを取りあげて人工消化液による溶出率を測定した。初期の溶出量が大きく、利用効率も高いことが分った。
脂肪組織機能異常とメタボリックシンドロームの分子メカニズムの解明

肥満は、脂肪細胞の肥大化と脂肪細胞数の増加が起きる現象と考えられる。肥大化した脂肪組織から分泌される炎症性サイトカインが全身の代謝異常を惹起することが示唆されているが、脂肪幹細胞の増殖分化と脂肪組織炎症がどのように関わっているかは、全く知見が得られていない。我々の研究により、脂肪幹細胞が増殖分化する過程で、一部が脂肪組織への炎症細胞の浸潤を促す細胞;APDP(adipocyte progenitor derived pro-inflammatory cells)に分化し、肥満症ではAPDPの数が増加するために脂肪組織炎症が惹起されるという、まったく新しいメカニズムが明らかとなった(投稿中)。高齢化社会に伴って加齢とともに増加する虚血性心臓病や脳梗塞などの動脈硬化性疾患の有病率、死亡率は増加の一途をたどり、これらの疾患の発症予防は急務である。動脈硬化は、耐糖能異常・高血圧・脂質代謝異常などの危険因子が偶然に重なったものではなく、その基盤病態としての肥満症によって引き起こされるものである。内臓脂肪の肥満は、脂肪組織炎症・機能異常を来し、アディポカインと遊離脂肪酸の分泌異常から全身の代謝障害をもたらすことが知られているがその分子メカニズムには未知の部分が多い。肥満、すなわち脂肪組織の増大は、脂肪細胞の肥大化(hypertrophy)と、脂肪細胞数の増加(hyperplasia)の2つがリンクして起きる現象である。肥満症において、脂肪細胞肥大と脂肪細胞の増殖分化がどのように関わり合い、脂肪組織炎症、ひいては機能異常を来しているのかに関しては、まったく知見が得られていない。そこで我々は、新たな研究の糸口として、脂肪細胞の増殖に注目した。脂肪細胞数の増加は脂肪幹細胞が増殖分化することによって新たな脂肪細胞が作られる現象と考えられる。本研究において、我々は、肥満病態では、脂肪幹細胞が脂肪細胞に分化する際に、一部は脂肪細胞に分化するが、過半数は脂肪細胞に分化せず、MCP1の発現レベルの非常に高い細胞;APDP(adipocyte progenitor derived pro-inflammatory cells)へと変化し、新規脂肪細胞周辺に単球を呼び寄せることによって血管新生を促し、脂肪細胞新生を完成させているということを見出した。肥満病態においては、APDP細胞によって過剰に呼び寄せられた単球が炎症性のマクロファージへと変化し組織炎症を惹起していると考えられる。本研究により、脂肪組織の増殖と脂肪組織炎症という全く新しいメカニズムが明らかになったと考えている(投稿中)。肥満症は、心血管病をはじめとする動脈硬化性疾患の重要な基盤病態である。しかしながら、肥満脂肪組織の炎症惹起の分子機構はいまだ未解決の部分が多い。今までの研究により、肥大した脂肪細胞から炎症性サイトカインが多く発現されることが明らかとなっているが、実際の脂肪組織においては、肥大化が起きるよりも早い段階で炎症性の単球の遊走が起きていることが観察された。一方で、肥満時には脂肪細胞の増殖も起きている。我々は、脂肪細胞の増殖のカギとなる脂肪幹細胞が増殖分化する過程で、一部の細胞が炎症性サイトカインを非常に強く発現する細胞へと変異していることを見出した。我々はこの細胞をadipocyte progenitor derived proinflammatory (APDP)細胞と名付けた。高脂肪食負荷をしたマウスの脂肪組織を観察すると、脂肪幹細胞の増殖が活発となり、一部APDP細胞へと変異する。APDP細胞は非常に高いCcl2の発現を有し、炎症性の単球を遊走させてくる。すなわち、APDP細胞は肥満の極めて初期の段階で既に脂肪組織中に存在し、肥満に伴う炎症の引き金となっていると考えられた。さらに興味深いことに、APDP細胞を野生型マウスの脂肪組織にadaptive transferすると、糖代謝異常を来すことが分かった。APDP細胞と脂肪幹細胞、マクロファージをflow cytometoryを使って単離し、RNA sequenceを行って発現を解析すると、炎症性のサイトカインの発現がAPDPでは非常に高くなっていることが明らかとなると同時に、cell adhesion moleculeなどの発現も高く、APDP細胞の生理的な機能を明らかにできる可能性が示唆されている。我々の研究により、脂肪細胞の増殖と脂肪組織炎症という新しい知見が明らかとなった。申請者の今までの研究により、脂肪幹細胞の増殖分化と脂肪組織炎症に関連があることが示唆されていた。しかしながらそのメカニズムは未知であった。本年度は、その炎症惹起メカニズム、特に細胞間ダイナミズムに関しての新しい知見を得られたと考えている。我々の研究により、脂肪幹細胞が高脂肪食負荷することによる増殖刺激によってadipocyte progenitor derived proinflammatory (APDP)細胞という炎症性サイトカインを高発現する細胞へと変化していくことが明らかとなった。APDP細胞は、Ccl2を初めとする炎症性サイトカインを高発現し、肥満症の非常に初期の段階から、炎症性の単球を脂肪組織中に遊走する働きを持っている。

RNAsequenceの結果からは、APDP細胞はマクロファージとも、脂肪幹細胞とも異なる独立した発現プロファイルを有しており、炎症性サイトカインのみならず細胞接着因子や、創傷治癒因子などを高発現する細胞であることが明らかとなった。APDP細胞は、肥満の初期の段階から、その数が増加し、炎症性単球を遊走し、結果として脂肪組織中への免疫細胞やマクロファージの遊走を促していると考えられ、脂肪組織炎症を惹起する細胞間ダイナミズムの初めのregulatorとして機能している可能性が示唆された。さらに、脂肪幹細胞からAPDP細胞への分化を制御しているのは、少なくとも高脂肪食によって生じるFFA(遊離脂肪酸)によってAPDP細胞の数が増加することが示された。我々の今までの検討により、脂肪幹細胞が一部、炎症性サイトカインを高発現するAPDP細胞に変化し、APDP細胞が炎症性単球の遊走を促し、結果として脂肪組織の炎症を惹起することが示された。さらに、DNA修復蛋白であるRad51が脂肪幹細胞の増殖、分化を制御していることが明らかとなった。Rad51ヘテロノックアウトマウスは、脂肪幹細胞の増殖分化が抑制され、結果としてAPDP細胞も数的に減少をし、脂肪組織の炎症が顕著に改善しているという表現型を示していた。この結果は、APDP細胞が脂肪組織の炎症を惹起するということを明確に示すデータであるが、Rad51がどのように脂肪幹細胞の増殖分化を制御しているかということに関してはいまだ知見が得られていない。本年度は、Rad51が脂肪細胞増殖・分化を制御する分子機構を明らかとする。Rad51は、DNA修復のプロセスにおいては、他の蛋白を誘導し協調して機能しており、同様の蛋白複合体が細胞増殖のプロセスにおいても機能を持っている可能性がある。Rad51で免疫沈降およびマススペクトル解析を行うことにより、結合タンパクを同定し、それらの相互作用を解明することによってRad51の細胞増殖における機構を明らかとする。この検討により、脂肪幹細胞から脂肪細胞へと分化するダイナミックな流れの分子機構を明らかにすることができると考えている。APDP細胞は、肥満すると数が増加するものの、非肥満マウスにおいても存在しており、生理的な役割を担った細胞であると考えられる。RNAsequenceの結果からは、細胞接着や遊走に関わる可能性が示唆されており、単球の遊走、低酸素などの要素からAPDP細胞の生理的な機能に迫る。肥満早期において脂肪幹細胞の一部がAPDP細胞へと変化することを見出したが、分化を誘導させる因子としてはFFAが挙げられたが、肥満脂肪組織のダイナミズムを考えると、他の液性因子の関与が十分考えられる。今までの検討により、IL13が脂肪幹細胞の表現型に影響を与えている可能性が示唆された。APDP細胞はCXCR5を特異的に発現している。
磁気プロセッシングによる環境調和型高分子の高次元異方化と機能制御

リン元素含有の有機微結晶あるいはセルロース系微結晶を特殊磁場下で三次元配向させ,これを環境調和型ポリエステルのエピタキシャル成長の核とすることで,高度に制御された異方性をもつ環境調和型ポリマー材料の創製とその構造解析手法の確立を試みた.その結果,微結晶粉末の三次元配向化法(擬単結晶化法)の多核NMR分光法への拡張に成功するとともに,磁場配向化した低分子核剤からのポリ(L-乳酸)(PLLA)の異方化を達成した.また,表面修飾を施したセルロースナノ結晶が,磁場配向によりPLLA異方化フィルムを作製する際の基板となりうる可能性を提示した.本研究では,リン元素含有の有機微結晶を特殊磁場下で三次元配向させ,これを環境調和型ポリエステルのエピタキシャル成長の核とすることで,高度に制御された異方性をもつ環境調和型ポリマー材料の創製と構造解析・機能開拓を試みている.平成25年度には,次の課題(A)および(B)を遂行した.(A)リン含有の低分子微結晶の擬単結晶化と多核NMR分光法による構造解析手法の確立(B)リン系低分子微結晶からのポリ乳酸のエピタキシャル成長と構造解析・機能制御その結果,平成25年度末までにおいて下記の成果が得られた.課題(A):モデル微結晶としてフェニルホスホン酸(PPA,斜方晶)を選択し,従来の手法に基づき,変調回転磁場を用いてPPA微結晶の三次元配向体(擬単結晶)を作製することに成功した.既報の13C化学シフトテンソル解析の手法を参照しつつ,PPA擬単結晶の31P固体CP NMR測定を行い,PPA擬単結晶の31P化学シフトテンソルの決定に成功した.すなわち,“31P擬単結晶NMR法"による含リン系有機微結晶の構造解析手法を確立したと言える.課題(B):ポリL-乳酸(PLLA)の結晶核剤としてフェニルホスホン酸亜鉛塩(PPA-Zn,単斜晶)を選択し,まずは既往の手法に従ってPPA-Znの擬単結晶化を試みた.PPA-Zn微結晶の凝集のため配向度は低いものの,アクリル系ポリマー中にてPPA-Znを三次元的に配向させることに成功した.また,これと並行して,溶融混練機を用いて得られたPPA-Zn/PLLA複合体を8T超伝導磁石内にセットし,まずは静磁場を用いてPLLA溶融下でのPPA-Znの一軸配向化を試みた.その結果,溶融PLLA内にて一軸配向化したPPA-Znの結晶表面から,PLLAをエピタキシャル成長させることに成功した.本研究では,リン元素含有の有機微結晶あるいはセルロース系微結晶を特殊磁場下で三次元配向させ,これを環境調和型ポリエステルのエピタキシャル成長の核とすることで,高度に制御された異方性をもつ環境調和型ポリマー材料の創製と構造解析・機能開拓を試みている.当初の研究計画に基づき,平成26年度には主に次の課題(B)を遂行した.課題(B)リン系低分子微結晶からのポリ乳酸のエピタキシャル成長と構造解析・機能制御その結果,平成26年度末までにおいて下記の成果が得られた.前年度に引き続き,ポリL-乳酸(PLLA)の結晶核剤としてフェニルホスホン酸亜鉛塩(PPA-Zn,単斜晶)を選択し,溶媒キャストと溶融混練の併用によりPPA-Zn/PLLA複合フィルムを作製した.得られたフィルムを強磁場・高温用に設計した試料アタッチメントにセットし,8T超伝導磁石内で等速回転させて,PLLA溶融下での回転磁場の印加によるPPA-Znの一軸配向化を行った.その後,放冷によりPLLAを結晶化させて得られたフィルムについてX線回折測定を行った結果,前年度の静磁場を用いた実験と同じくPLLAの一軸配向化が達成されていることが分かった.このことから,動的磁場下においても一軸磁場配向化したPPA-Znの結晶表面からのPLLAの結晶成長の誘起が可能であることが示された.さらに,前年度に行ったPPA-Znの擬単結晶化の条件を基に周波数変調型の回転磁場を印加して同様の実験を行い,三次元的に配向したPPA-Zn表面からの結晶成長によるPLLAの間接的な三次元配向化を達成した.実験条件の改善等によるPLLA配向度の向上の余地は残されているものの,当初の計画通り,三次元磁場配向化PPA-Znからのエピタキシャル成長を通じた,高度に異方性が制御されたPLLA結晶の作製に成功したと言える.本研究では,リン元素含有の有機微結晶さらにはセルロース系微結晶を特殊磁場下で三次元配向させ,これを環境調和型ポリエステルのエピタキシャル成長の核とすることで,高度に制御された異方性をもつ環境調和型ポリマー材料の創製と構造解析・機能開拓を試みた.当初の研究計画に基づき研究を遂行した結果,平成27年度末までにおいて下記の成果が得られた.ポリL-乳酸(PLLA)の結晶核剤として,新たにクエン酸亜鉛(ZnCit)を選択した.まずZnCit微結晶のみで三次元磁場配向化を試みたところ,これまでのフェニルホスホン酸亜鉛(PPAZn)よりも高配高度での三次元配向化に成功した.

次に,ZnCit/PLLA複合フィルムにPLLA溶融下にて8Tの各種磁場(静磁場,回転磁場,変調回転磁場)を印加した.得られたフィルムについてX線回折測定を行った結果,静磁場および回転磁場を印加した場合には,これまでのPPAZn/PLLA系よりも高配高度でPLLAの一軸配向化が達成されていることが分かった.すなわち,磁場配向化した核剤表面からの結晶成長による,PLLAの配向制御の効果はZnCitの方が高いと言える.さらに,変調回転磁場を用いるとPLLAの間接的な三次元配向化も可能であることが分かった.バイオマス由来の結晶化核剤としてホヤセルロースを選択し,酸加水分解後に表面のシリル化処理を行い,シリル化セルロース/PLLA複合フィルムを作製した.まず8T静磁場下で一軸配向したセルロース表面からのPLLA結晶成長の誘起を試みたが,セルロース,PLLAとも配向しない結果となった.ホヤ由来の結晶はアスペクト比が大きく,8Tの磁場では高粘度の溶融PLLA中にて配向させるのに不十分であったと解釈される.今後,用いるセルロース結晶を再検討するとともに,より強磁場下での配向実験を行う予定である.リン元素含有の有機微結晶あるいはセルロース系微結晶を特殊磁場下で三次元配向させ,これを環境調和型ポリエステルのエピタキシャル成長の核とすることで,高度に制御された異方性をもつ環境調和型ポリマー材料の創製とその構造解析手法の確立を試みた.その結果,微結晶粉末の三次元配向化法(擬単結晶化法)の多核NMR分光法への拡張に成功するとともに,磁場配向化した低分子核剤からのポリ(L-乳酸)(PLLA)の異方化を達成した.また,表面修飾を施したセルロースナノ結晶が,磁場配向によりPLLA異方化フィルムを作製する際の基板となりうる可能性を提示した.本研究課題は,次の3つの小課題にて構成されている.課題(A),リン含有の低分子微結晶の擬単結晶化と多核NMR分光法による構造解析手法の確立;課題(B),リン系低分子微結晶からのポリ乳酸のエピタキシャル成長と構造解析・機能制御;課題(C),オールバイオマスからなる高次元異方性材料の創製と構造設計・物性制御.まず,課題(A)の多核NMR法による擬単結晶の構造解析手法については前年の平成25年度に確立されており,平成26年度内において原著論文として国際学術誌に投稿・出版済である.また,課題(B)においては,PLLA溶融下での周波数変調型の回転磁場の印加によるPPA-Zn核剤の三次元磁場配向化と,その精密に磁場配向化されたPPA-Zn表面からのエピタキシャル成長を達成している.この結果は,本研究の主要課題の一つである,高度に異方性が制御されたPLLA結晶の作製に成功したことを意味している.得られた高次元異方化PLLAの構造解析を通じ,PPA-Zn結晶核剤の磁場配向様式と磁場配向実験後に得られるPLLAの結晶構造の相関についての基礎的知見も集積されつつある.さらに,課題(C)でのオールバイオマスからなる高次元異方性材料の創製に向け,ホヤセルロース由来のセルロースIβナノ結晶を作製するとともに,PLLAへの均一分散法についての情報収集と予備実験も進行中である.以上の状況から,本研究課題は当初の研究実施計画に概ね沿った形で順調に進展していると判断できる.京都大学大学院農学研究科森林科学専攻生物繊維学分野のホームページ内にて,当該研究者の研究成果(原著論文,学会発表等)のリストを公開.農学平成26年度に引き続き,当初の研究実施計画に基づいて研究課題を遂行する.具体的には以下の通りである.課題(B):PPA-Zn核剤の三次元磁場配向化を通じて得られた高次元異方化PLLAについて,先に課題(A)にて確立した31P擬単結晶NMR法およびX線回折法を適用し,PPA-Zn結晶核剤の磁場配向様式とPLLAの結晶構造の相関についての基礎的知見の集積を進める.作製した高次元異方化PLLAについて,偏光顕微鏡,FT-IR,UV/Vis分光光度計,動的粘弾性測定装置等を用いて光学的および力学的特性を解析する.さらに,適宜外部の助力も得つつ,高次元異方化