hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
C型肝炎ウイルスによるミトコンドリア障害を回復する薬剤の探索

まずNanoBiTシステムを用いたスクリーニングのために、Bnip3を発現する2種類のスクリーニング用プラスミドを作成した。これらのプラスミドを用いて、Bnip3の二量体形成促進する薬物を探索するため、C型肝炎ウイルス(HCV)のコア蛋白を発現するHepG2細胞を用いてスクリーニングを行なった。検討した化合物として、セレック社から販売されているFDA認可薬剤の化合物ライブラリー(全1566種類)を用いた。スクリーニングの結果、コントロール(化合物添加なし)に比べて活性を2倍以上増加させる化合物が44種同定された。その中で、5倍以上増強させるものが11種あった。5倍以上増強させる化合物のうち10種はHDAC阻害作用を有するものであり、これらは非特異的な活性増加、つまりHDAC阻害による転写活性増強によるものであることがわかった。それ以外の、2倍以上の増加を示した化合物34種について、in vitroにおけるBnip3の二量体形成の増強の有無をウエスタンブロット法にて検討したところ、いくつかの化合物が実際に二量体形成を促進することがわかった。これらの化合物が実際にin vitroにおいてmitophagyを回復するかについては、今後検討を行なっていく。また並行して、将来的にin vivoでの効果を検討するために、HCVコア蛋白を発現するトランスジェニックマウス(HCVコア遺伝子トランスジェニックマウス)を所属施設で繁殖開始した。現在順調にマウスは生育しており、ある程度マウスの数が揃ったところで、in vitroで効果が認められた薬剤を投与し、表現系に与える影響を検討する予定である。今年度は、スクリーニング系の設計と、それを用いたFDA認可化合物ライブラリーのスクリーニングとそれによる候補化合物の選定を予定していたが、順調に実施することができた。可能であれば別のライブラリーのスクリーニングも実施したかったが、時間と費用の点から、次年度へ持ち越すこととした。FDA認可化合物ライブラリーから候補とされた化合物についてin vitroでの効果検討も行うことができ、実際に効果が認められたいくつかの化合物を同定することができた。引き続き、FDA認可化合物ライブラリーから同定された候補化合物についてin vitroでの効果を検証する。また別の化合物ライブラリーである天然化合物ライブラリーのスクリーニングも行い、さらなる候補化合物の同定を行う。これらの化合物ライブラリーにおいて候補として選定され、in vitroで効果が実証された化合物においては、HCVコア遺伝子トランスジェニックマウスに投与を行い、肝脂肪化や肝発がんなどの病態を予防・改善できるかを検討する。
圧力誘起液液相分離現象による蛋白質の結晶化

本研究で得られた成果の概要を以下に示す。1蛋白質水溶液中での結晶成長速度測定と水溶液の熱物性測定蛋白質としてリゾチームを用い、結晶成長速度を測定し、成長速度の圧力依存性を明らかにした。また、成長速度の理論的解析に必要となる水溶液の粘性率の測定を行った。また、加圧下での溶解度測定を行い、過飽和度の評価を行った。得られた過飽和度および粘性率データを用い、成長速度の圧力依存性を解析したところ、成長の律速段階は物質移動過程であることが分かった。2核発生速度の測定過飽和溶液中からのリゾチーム結晶の核発生速度を測定した。加圧により核発生速度は減少することが分かった。そのため、高圧下では少数の大きな結晶を育成することが分かった。核発生速度の圧力依存性より核発生の律速段階も物質移動過程であることが明らかになった。3微結晶の育成法の開発上記2つの研究では、静水圧下での結晶育成を行った。ここでは、加圧した水溶液を急速膨張させることにより、微小な結晶を育成することを目指し、装置の開発を行った。ノズルの形状を変え、さらには超臨界二酸化炭素と水溶液を同時に膨張場に導入することで水溶液中の蛋白質の微結晶を製造することを試みた。この方法の妥当性を明らかにするために、ナフタレン、アセチルサリチル酸などの有機物を用いた実験を重ね、操作条件の最適化を行った。その結果、ノズル径、膨張揚の温度、圧力を調整することで微結晶が得られることが分かった。ノズル内においては急激な温度降下をおこしていることより準安定な液液総分離現象がおきていると推定される。従って、超臨界CO2圧力下での準安定相を種結晶とする結晶育成が可能となった。本研究における研究事項とその成果について以下に記す。1実験装置の作成と相平衡関係の推定飽和濃度の数十倍程度の高濃度の過飽和状態の蛋白質水溶液を一定温度において500MPa程度まで瞬間的に加圧する装置を作成した。この装置は光学窓が付けられており、水溶液の状態を直接観測できる。この装置を用い、リゾチームを溶解した過飽和水溶液を加圧し、液液相分離状態を誘起させる実験を実施した。溶液の濃度、結晶化を促す塩類などの条件を最適化し、液液相分離現象の観測より準安定状態での相平衡関係を推定した。液液相分離の観察にはCCDカメラを用いた直接測定法を用いた。また、光ダイオードを利用した濁度測定も併用した。2蛋白質溶液を長期間にわたって加圧状態にし、徐々に冷却しながら相分離に起因する核発生を促す方法により大きな蛋白質結晶を得る実験を行った。その際、核発生速度の圧力依存性が重要となるため、核発生速度の測定を行った。3 1の実験結果に基づいて、加圧溶液を瞬間的にノズルから噴霧し、ノズル内部における過飽和度の変化より微小な蛋白質結晶を作製する装置を試作した。この装置の健全性を確認するために、芳香族化合物を溶解した溶液からの微結晶の作製を実施し、均一度の高い結晶を得ることを確認した。現在、蛋白質の濃度を変え、ノズル噴霧法による微結晶の作製に成功した。本研究で得られた成果の概要について以下に述べる。1蛋白質水溶液の熱物性測定加圧下における蛋白質水溶液の相平衡、粘性率などの物性測定装置により熱物性の測定を行った。蛋白質にはリゾチームを用いた。その結果、飽和濃度を越えた過飽和状態での溶液の粘性率の測定に成功した。

得られた結果より、粘性率については飽和状態を越えても、未飽和状態からスムースに外挿できることが判明した。また、加圧下で、昇温操作により結晶を融解消滅させる方法を用いて、飽和溶解度を測定した。得られたデータから過飽和度を決定することができた。一方、一定温度下で圧力を変える方法により、飽和溶解度の決定を試みたが、過圧縮現象によるヒステリシスのため、正確な溶解度を得ることが出来ないことも分かった。2核発生速度の測定一定温度、加圧状態下に蛋白質の過飽和溶液を静置させることにより、蛋白質の核発生を促し、生成する核の個数を測定することにより、核発生速度を決定した。その結果、リゾチームの場合には、核発生速度は圧力増加に伴い急激に減少することが分かった。核発生速度の圧力依存性、粘性率依存性の解析より、物質移動が核生成の律速段階であることが分かった。今回測定条件として設定した過飽和度条件では核発生速度は過飽和度にはほとんど依存していないことも分かった。また、高圧下では核発生速度は減少するが、形成した小数の核が成長するため、大気圧下では得られないような大きな結晶を育成出来た。3微小結晶の育成加圧状態の過飽和溶液をノズルから急速膨張させることのできる装置を作成した。この装置を用いれば、液液相分離した溶液を原料に用いて連続的に蛋白質の微結晶の製造が可能となる。装置の健全性を調べるためはじめにアスピリン、ナフタレンなどの低分子量化合物による微結晶の製造を試み、操作条件の最適化を行った。次にリゾチーム水溶液と二酸化炭素の混合溶液を急速膨張させ微小結晶の製造を試みた。リゾチーム濃度を調節すれば、微小結晶を高速に製造できることが分かった。4蛋白質結晶の育成において、圧力を操作条件とすることにより、準安定な過飽和状態の利用が可能になった。結晶サイズを大きくするには静水圧下での操作が有効であり、微結晶の育成には急速膨張法が有効である。
損傷神経温存再生のための戦略的研究

本研究は、神経障害に耐性のある末梢神経の再生・修復現象から、損傷神経の「温存」再生に必要なメカニズムを抽出し、損傷中枢神経の再生をめざすものである。このため、損傷神経核由来cDNAライブラリーなどを用いた神経再生関連の遺伝子探索や機能解析、さらにアデノウイルスなどのベクターを用いて、得られた遺伝子を動物に導入することにより、「温存」再生の可能性を探ってきた。本年度、本研究により得られた成果の一つに、神経損傷に対する神経栄養因子受容体の発現応答特性が、損傷後の神経細胞の生死の運命づけに、より深くかかわっていることが上げられる。幼若な末梢運動神経の損傷モデルでは、神経細胞は軸索損傷後細胞死に至る。従来これは、神経栄養因子の供給が遮断されることが主要な原因とされてきた。しかし本研究は、この細胞死の原因が、幼若な時期の神経栄養因子受容体、神経損傷に対して応答発現する能力を欠損しているからであることを示唆した。実際、幼若な損傷神経細胞にGDNFの受容体の遺伝子をアデノウイルスで発現させるだけで、栄養因子の補給なしでも神経細胞死を防御することができた(投稿中)。また、神経再生の遺伝子応答を制御する転写因子として、ATF-3が検出され、ATF-3による神経細胞死防御が細胞培養系で明らかにされるとともに、ATF-3の下流の新たな神経細胞死防御メカニズムも解明された(投稿準備中)。本研究は、神経障害に耐性のある末梢神経の再生・修復現象から、損傷神経の「温存」再生に必要なメカニズムを抽出し、損傷中枢神経の再生を目的としている。このため、再生関連の遺伝子探索からその機能解析、さらに遺伝子導入にいたるまでの、一連の研究を統合的に推進し、強力にボトムアップさせることをめざしている。平成12年度は、遺伝子スクリーニングから得られた遺伝子のうち、いくつかのものについて機能解析を試みた。得られた遺伝子のうちエンドセリンファミリーについては神経再生過程で、リガンドと受容体がそれぞれ損傷神経とグリアに発現することから、神経-グリア間の情報伝達に関与している可能性を明らかにした。また、神経軸索伸展に関与している可能性があるTC10やCRMPについては、アデノウイルスベクターを構築し機能解析を行った。TC10については実際に再生軸索の伸展作用があることが培養系で明らかになった。CRMPについてはファミリー間での神経損傷後の発現応答の違いを明らかにし、さらに培養系で軸索伸展現象とCRMP2の発現にはきわめて高い相関があることも明らかにした。ATF-3については、神経傷害にきわめて特異的に発現する転写因子であることが明らかになったので、この遺伝子の発現により、いかなる遺伝子発現が引き起こされるのかについて、研究を進める予定である。また、神経細胞死にかかる遺伝子については、神経栄養因子の受容体の神経損傷に対する発現応答性が生後の発達とともに変化することを見いだしており、この変化と損傷神経細胞の生存・死の運命決定が相関していることから、ウイルスベクターを用いて神経栄養因子受容体の発現応答の機能的意義に関して、今後研究を行う予定である。
聴神経腫瘍のゲノム解析による腫瘍発生および増大メカニズムの解明

聴神経腫瘍は、難聴やめまい症状を引き起こし、増大すると小脳や脳幹を圧迫して死に至ることもある。聴神経腫瘍の発生および増大のメカニズムや、聴力障害を引き起こす原因の詳細については未だよく分かっていない。本申請研究では、特に聴神経腫瘍のゲノム情報を次世代シーケンサーを用いて解析し、腫瘍の発生・増大および聴力障害を引き起こす遺伝子変異を探り、さらにその遺伝子の働きを検証していくものである。
管軸と平行な偏波を放射する導波管広壁面上の平面アレーアンテナの研究

本研究の目的は、方形導波管とマイクロストリップアンテナを組み合わせた新しい平面アレーアンテナを開発することである。方形導波管の広壁面上に配列されるスロットアレーアンテナで管軸に平行な偏波を実現しようとすると、グレーティングローブの発生が問題となる。そこで、本研究では方形導波管広壁面上のスロットアレーの上部にマイクロストリップアンテナを配列した平面アレーアンテナを提案した。素子アンテナの解析では放射量の制御が可能であること、設計されたアレーアンテナの実験ではグレーティングローブが抑制された良好な特性を示すことが明らかにされた。以上により、提案された平面アレーアンテナの有効性が実証された。具体的には、方形導波管の広壁面上に配列されるスロットアレーアンテナで管軸に平行な偏波を実現しようとすると、一般にグレーティングローブの発生が問題となる。そこで、本研究では、方形導波管広壁面上のスロットアレーの上部にマイクロストリップアンテナを配列した平面アレーアンテナを提案し、管軸に平行な偏波を放射する導波管広壁面の平面アレーアンテナを実現する。平成27年度の研究計画は、アレーの構成要素となる素子アンテナをモデル化し、電磁界シミュレーションによりその放射特性を明らかにすることである。また、素子アンテナの解析モデルの妥当性を実験により検証することである。検討した素子アンテナは、方形導波管の広壁中央に管軸に対して垂直なスロットが切られ、その上に2素子直列給電アレーのマイクロストリップアンテナが加工された誘電体基板を載せた構造である。この素子アンテナをモデル化し、電磁界シミュレータを用いて放射特性及び反射・透過特性を解析した。その結果、マイクロストリップアンテナとスロットの寸法や間隔を適切に設定すると、素子アンテナは11.2GHzで共振し、素子アンテナとして良好な放射特性を示すことに明らかにされた。また、この素子アンテナを試作し、実験により検証したところ、シミュレーション結果は実験結果とよく一致し、素子アンテナの解析モデルの妥当性が確認された。さらに、電磁界シミュレーションを用いた素子アンテナの検討を進めたところ、マイクロストリップアンテナとスロットの寸法を適宜調整することにより、共振周波数を一定に保ちつつ放射量が変化することが確認された。現在、放射量を制御することができる素子アンテナの素子寸法を明らかにしつつ状況にある。平成27年度の研究計画は、アレーの構成要素となる素子アンテナをモデル化し、電磁界シミュレーションによりその放射特性を明らかにすること及び素子アンテナの解析モデルの妥当性を実験により検証することであった。本年度はこの目標を達成し、さらに次年度の計画である素子アンテナの放射量の制御についても研究を着手し、成果が得られつつある状況である。以上のことから、研究の進捗状況は当初の計画以上に進展していると考えられる。本研究では、方形導波管とマイクロストリップアンテナを組み合わせた新しい平面アレーアンテナを開発することを目的としている。方形導波管の広壁面上に配列されるスロットアレーアンテナで管軸に平行な偏波を放射するアレーアンテナを実現しようとすると、一般にグレーティングローブの発生が問題となる。そこで、本研究では方形導波管広壁面上のスロットアレーの上部にマイクロストリップアンテナを配列することにより、管軸に平行な偏波を放射する導波管広壁面の平面アレーアンテナを実現する。平成28年度の研究計画は、アレーの構成要素となる素子アンテナの共振周波数を一定に保ちつつ放射量の制御を可能とする方法を検討することである。また、素子アンテナを3素子配列した定在波励振アレーアンテナを設計・試作し、提案する新しい平面アレーアンテナの動作を検証することである。検討した素子アンテナは、方形導波管の広壁面の中央に管軸に対して垂直なスロットが開けられ、その上にマイクロストリップ線路で接続された2素子のマイクロストリップアンテナがプリントされた誘電体基板を配置した構造である。電磁界シミュレータを用いて素子アンテナを各部分の寸法を適切に調整することにより、一定の共振周波数11.2GHzを保ちつつ放射量を数%約50%程度の範囲で制御できることを明らかにした。また、放射量を変化させた場合でも放射パターンの形状に変化はなく、指向性利得は約10dBiを示した。この放射量の変化範囲はアレーアンテナを設計するのに十分な特性である。さらに、上述の素子アンテナのデータを用いて、素子アンテナを3素子配列した定在波励振アレーアンテナを設計し、試作した。実験により設計された3素子定在波励振アレーアンテナは所望の特性を示すことを確認した。現在は多数の素子アンテナを配列した場合に有利となる進行波励振アレーの設計に着手している。平成28年度の研究計画は、アレーの構成要素となる素子アンテナの放射量の制御方法を明らかにすること及び素子アンテナを複数配列した定在波励振アレーアンテナを設計し実験により検証することであった。本年度はこれらの目標を達成した上で、さらに次年度の計画である進行波励振アレーアンテナの設計に関する研究を着手し、成果が得られつつある状況である。方形導波管の広壁面上に配列されるスロットアレーアンテナで管軸に平行な偏波を放射するアレーアンテナを実現しようとすると、一般にグレーティングローブの発生することが問題となる。

そこで、本研究では方形導波管広壁面上のスロットアレーの上部にマイクロストリップアンテナを配列することにより、管軸に平行な偏波を放射する導波管広壁面の平面アレーアンテナを実現する。平成29年度の研究計画は昨年度検討された素子アンテナを用いて、進行波励振アレーを設計し、実験による検証を行うことである。設計周波数は11.2GHzとし、配列するスロット数を8素子、素子アンテナ数を16とする一様励振分布の進行波励振アレーを設計した。進行波励振アレーは各素子の放射量が同一でないため、各素子において所望の放射量となるように寸法の異なる素子を配列する必要がある。また、素子間隔を導波管の管内波長と同一とすると、各素子からの反射波が同位相となるため給電点での反射特性が劣化する。そのため、素子間隔を導波管の管内波長から僅かに異なる値とし、主ビーム方向をアンテナ正面方向から僅かに傾けるビームチルト設計を行うことした。設計されたアレーの解析には電磁界解析シミュレータAnsys HFSSを使用し、最終的な寸法の微調整を行った。電磁界シミュレーションにより設計周波数において良好な反射特性、放射パターン、利得が得られることを確認した後、設計された16素子定在波励振アレーを試作し、実験を行った。測定の結果、実測された反射特性、放射パターン、利得はシミュレーション結果と良く一致し、良好な特性が得られることを確認した。以上のことから、提案する平面アレーアンテナの有効性を実証した。本研究の目的は、方形導波管とマイクロストリップアンテナを組み合わせた新しい平面アレーアンテナを開発することである。方形導波管の広壁面上に配列されるスロットアレーアンテナで管軸に平行な偏波を実現しようとすると、グレーティングローブの発生が問題となる。そこで、本研究では方形導波管広壁面上のスロットアレーの上部にマイクロストリップアンテナを配列した平面アレーアンテナを提案した。素子アンテナの解析では放射量の制御が可能であること、設計されたアレーアンテナの実験ではグレーティングローブが抑制された良好な特性を示すことが明らかにされた。以上により、提案された平面アレーアンテナの有効性が実証された。今後の研究方策は、はじめに電磁界解析シミュレータを用いて素子アンテナの放射量(導波管内の入射電力に対する外部空間への放射電力の割合)の制御方法を確立することである。具体的には、素子アンテナの共振周波数を一定に保ちつつ放射量を変化させることのできる素子寸法を明らかにすることである。アレーアンテナを設計するには、素子アンテナの共振周波数を一定に保ちつつ、放射量を制御することが重要な課題である。提案する素子アンテナはマイクロストリップアンテナと導波管スロットアンテナの結合により動作する。これらの2つのアンテナの共振状態を適切に組み合わせることにより、放射量を柔軟に制御可能となることが期待される。また、放射量を異なる場合でも素子アンテナの指向性がほぼ同一となるようにすることにも注意が必要である。
高温超伝導の科学:高温超伝導体の合成プロセスと新物質探索

本研究は、(1)新物質・新組成の探索、(2)人工格子の設計と超伝導特性、(3)合成プロセスと超伝導の特性の研究を行うことを目的としてきた。その成果は以下の通りである。(1)新物質・新組成の探索:高圧合成によりSr_<n-1>Cu_<n+1>O_<2n>(n:奇数)という梯子格子と呼ばれる特異な構造をした一連の新化合物を発見し、理論的にn=3ではスピンギャップをもつ擬一次元量子格子系であると予測されたが、実験的にそれを明らかにした。キャリアをドープすることにより、超伝導になることが期待される。La-214系の頂点酸素をClで完全に置換したSr_2CuO_2Cl_2のSrをNaで置換することによって、超伝導化に成功した。さらにCuO_2面をもう一枚含むCa_2Cu_2O_4Cl_2(La_2CaCu_2O_6構造)にNaをドープし、T_c=49Kの超伝導を得た。p型銅酸化物の頂点酸素の役割について再検討を迫る重要な研究成果である。炭酸基を含む銅酸化物のうち、Tl系銅酸化物のTlをCO_3で置換したTlSr_<4-x>Ba_xCu_2(CO_3)O_y(T_c=70K)が合成され、これが非常に興味ある結晶構造であることを明らかにした。(2)人工格子の設計と超伝導特性:Y-123系の1単位胞層を用いて、超伝導を発現する最小単位を探り、絶縁体に接する界面のY-123の特性を明らかにした。無限層構造ACuO_2(A:アルカリ土類元素)の薄膜を中心として多くの人工格子を設計し、その超伝導を調べ、いくつかの構造が超伝導になることを見出した。(3)合成プロセスと超伝導の特性:キヤリアドープの化学的処理として電気化学的手法とインターカレーションを検討し、いずれも超伝導化に有効であった。La_<1+t>Ba_<2-x>Cu_3O_<7+δ>やLa_<2-x>Sr_xO_4の合成時の雰囲気酸素分圧によってBaサイトのLaやLaサイトのSrの分布が異なり、超伝導に影響することを示した。La_<2-X>Ba_2CuO_4の単結晶育成において、酸素分圧を下げることによりx=0.113まで、固溶限を広げることができた。本研究の目的は、(1)新物質、新組成の探索、(2)人工格子による新物質の設計と超伝導の研究、(3)合成プロセスと超伝導性の研究を行うことである。(1)についてはまず高圧合成による無限層構造をもちACuO_2(A=Sr,Ca)化合物の研究が進展し、110Kをもつ物質は、A_<1-x>CuO_<2-y>と示されるようにAイオン欠陥を導入した化合物で、正孔ドープ型であることが判明し、また高分解TEMによって欠陥構造が明らかにされた。電子ドープ型のSr_<1-x>Lu_xCuO_2はLn=Nd、La、Prの他にSm、Gdでも超伝導になるが、いずれもLnの種類やxに関係なく、T_cは約43Kと一定の値をとるという興味ある結果を得た。一方、エピタキシャル成長による無限層構造化合物(Ca,Sr)CuO_2を合成し、磁気測定や抵抗の測定から90170Kで転移する現象を見出し、これが超伝導を示すものか否か検討している。(2)人工格子による超伝導メカニズムの研究が進展している。1ユニットセルYBCOが超伝導になるには、Yを挟んだ2枚のCuO_2層にそれぞれ隣接したBaO-CuO_x-BaOの電荷貯蔵層が必要であるこを見出した。一方、Y系の247相の合成に成功し、これはYBa_2Cu_3O_6とYBa_2Cu_4O_8の1ユニットセルが交互に積層した超格子であるが、超伝導を示さない。これはCuO_2層の一方に隣接するBaO-Cu-BaOがキャリアドープの能力がないことによるもので、薄膜の結果と一致する。また1ユニットセルの2次元超伝導性はKosterlitz-Thouless転移によるものであることを明らかにした。その他人工格子を作製するためのBi系薄膜の結晶成長が検討され、また薄膜成長におけるRHEED振動の研究が進展した。(3)酸素ドープによって超伝導化する方法が検討され、高圧酸素処理でなくとも、数百mVの電位で電解酸化する方法により、La_2CuO_4のみならず、La_<2-x>Pb_xO_4を超伝導化することに成功した。Bi系超伝導体はヨウ素をインターカレートするとステージ1の化合物ができ、T_cがわずかに低下する場合にはホール量の増大によるとしている。La_<2-x>Ba_xCuO_4の状態図が検討され、900°Cでは相分離が生じ、超伝導を示さないことから、超伝導相は2相分離温度以上の高温安定相がクエンチされたものであり、格子不安定化合物であるとしている。La_<2-x>A

_xCuO_4(A=Sr,Ba,Ca)の単結晶育成について引き続き検討した。本研究の目的は、(1)新物質、新組成の探索、(2)人工格子による新物質の設計と超伝導の検討、(3)合成プロセスと超伝導特性の研究を行うことである。(1)については高圧合成により新化合物Sr_<n+1>Cu_nO_<2n+1+δ>(n=1,2,3,4)を発見し、n=1のT_cは70K、n=2のT_cは100Kであった。これは頂点酸素が部分的に欠けている銅酸化物で、La系と比較するとT_cは高く、頂点酸素の役割について新しい問題を提起している。高圧合成により炭酸基を含むT_c=92Kの(Cu_<0.3>Sr_<0.7>)_3Cu_2O_<4+δ>(CO_3)_<0.95>の超伝導体を得た。(2)人工格子[(BaCuO_2)_3/(CaCuO_2)_1]×nがT_c=80Kの超伝導になることを見出した。無限層構造の人工格子で超伝導になったのはこれが初めてである。lユニットセルYBCOは超伝導を示さないが、その上に積層すると超伝導になる絶縁体として、BaO、SrO、SrTiO_3、CaTiO_3、PbTiO_3などを見出した。超伝導は、lユニットセルYBCOの上に直接2価のアルカリ土類金属やPbが積層したことで発現する。その酸化物とYBCOとの格子のミスマッチが5%以下であることが超伝導になる必要条件であることがわかった。またYBCOのnユニットセルとコスタリッツ・サウレス転移温度T_<KT>の関係を求め、理論通りのT_<KT>の変化を示した。無限層構造薄膜にキャリアドープを試みたが、超伝導化にはまだ成功していない。(3)分解し易い水銀系酸化物超伝導体(1212、1223相)は高圧処理により容易に合成でき、T_c=110Kであった。Bi2212系では過剰酸素から供給されるホールの全てがキャリアとはならず、Biが混合原子価状態になり自動的にホール量の調整を行っている。超伝導が現われない特異な組成として知られているLa_<1.875>Ba_<0.125>CuO_4は、過剰酸素をほとんど取り込まないが、電極酸化すると酸素は4.04となり、超伝導を示すようになる。単結晶La_<2-x>M_<x-n>CuO_4(M=Ba,Sr,Ca)のうち、Srは0.3まで固溶したものが育成できるが、Caは0.1、Baは0.1までしか固溶しない。本研究は、(1)新物質・新組成の探索、(2)人工格子の設計と超伝導特性、(3)合成プロセスと超伝導の特性の研究を行うことを目的としてきた。その成果は以下の通りである。(1)新物質・新組成の探索:高圧合成によりSr_<n-1>Cu_<n+1>O_<2n>(n:奇数)という梯子格子と呼ばれる特異な構造をした一連の新化合物を発見し、理論的にn=3ではスピンギャップをもつ擬一次元量子格子系であると予測されたが、実験的にそれを明らかにした。キャリアをドープすることにより、超伝導になることが期待される。La-214系の頂点酸素をClで完全に置換したSr_2CuO_2Cl_2のSrをNaで置換することによって、超伝導化に成功した。さらにCuO_2面をもう一枚含むCa_2Cu_2O_4Cl_2(La_2CaCu_2O_6構造)にNaをドープし、T_c=49Kの超伝導を得た。p型銅酸化物の頂点酸素の役割について再検討を迫る重要な研究成果である。
サービス付き高齢者向け住宅入居者の栄養状態の実態把握と栄養支援効果の検討

サービス付き高齢者向け住宅は、介護・医療と連携したサービス面を提供する自宅以外の「在宅」施設として注目されている。本研究は、サービス付き高齢者向け住宅の食事サービス内容と入居者の栄養状態の把握と栄養支援システムの検討を目的として、公表データから食事サービス内容に関連する情報を抽出してデータベースを作成し、分析を行った。公表データの分析では明らかとならなかった食事支援実態を把握するために、施設管理者と生活相談担当者へのインタビューを実施し、サービス付き高齢者向け住宅における食事支援の課題を抽出した。高齢者に対する福祉政策は、施設から在宅へと重点が移っている。そのような背景を受け、サービス付き高齢者向け住宅は、平成23年に登録制度が創設され、「介護サービスが受けられる自宅以外の在宅」として、施設数を急速に伸ばした。しかし、制度が創設されて間もないこともあり、入居者の実態報告が少ない状況がある。また近年「入居者の約8割は要介護認定者」との報告もあることから、低栄養リスク者が少なからず存在することが予想されるものの、これまで入居者の栄養状態や食事提供状況の報告はなく、実態把握が急務である。以上をふまえ、本研究は、サービス付き高齢者向け住宅入居者の栄養状態と食事提供状況の実態を把握するとともに栄養支援を実施し、その効果の検討を行い、あり方を提案するものである。平成27年度は、サービス付き高齢者向け住宅情報提供システムによって公表されている関東地方を中心とした1,525施設の情報を収集しデータベース化した。特に、栄養や食事に関連する項目を中心として、設備情報、費用・サービスや管理面についての事項について整理した。さらにそのうちの1県215施設を対象に、当該研究において2年目以降実施予定の全国調査およびヒアリング調査の調査項目の検討を目的として、内容の詳細について量的および質的に分析を行い学会にて発表した。また、海外の先進事例の調査として、スウェーデンのカールスハムン市とナッキャ市の2つのコミューンを視察しヒアリングを行い動向を把握した。サービス付き高齢者向け住宅は、管理栄養士の必置義務はなく、栄養や食事に関する支援ニーズに対して管理栄養士による直接的な支援はほとんど実施されていない状況にある。本研究は実践的研究であり、サービス付き高齢者向け住宅に入居している高齢者の低栄養状態の予防および改善とともに、わが国における在宅サービスの質の向上に寄与することを目的としている。平成27年度は、当初の予定通り「サービス付き高齢者向け住宅情報提供システム」に公表されている施設情報を収集し、データベース化を行った。さらに、2年目以降に実施予定のアンケート調査およびヒアリング調査の調査項目の検討を目的として、1県215施設について量的及び質的に分析を行い、分析結果を学会にて発表した。分析内容は、栄養や食事に関連する項目を中心に、設備情報、費用、サービス提供内容や管理面に関する事項とした。海外の先進事例の調査では、スウェーデンのカールスハムン市とナッキャ市の2つのコミューンを視察し、行政担当者から最新の動向を得た。その他、各市の高齢者施設を視察してヒアリングと情報交換を行い、得られた情報や課題は今後のアンケート調査およびヒアリング調査項目の検討事項とした。近年、サ高住の入居者に関し「入居者の約9割は要介護認定者、認知症自立度II以上高齢者が約4割」であることが報告された。さらに、サ高住の住宅の整備等の在り方に関する検討会は、要介護高齢者が必要なサービスが選択できる状況にあるのかといった提供体制や、サービスの質の確保に関し課題を指摘している。食事の提供については、サ高住の約97%が食事提供や入浴等の生活支援サービスを提供しているとの報告がなされているが、これまで詳細な報告はほとんどみられなかった。そこで、平成28年度は、サ高住の給食経営形態と食事サービス内容を明らかとすることを目的として一般社団法人すまいづくりまちづくりセンター連合会「サービス付き高齢者住宅情報提供システム」(平成27年11月16日現在)の公表データから情報を収集し、1526施設について集計を行った。項目のうち、記述式の質的データ解析は,SPSS Analytics for Surveys (IBM社)を用いて集計した。集計項目は、費用・サービス:サービス付き高齢者向け住宅において提供される高齢者生活支援サービスのうち、食事の提供場所、提供方法、食事の提供サービスの内容と備考である。さらに、平成29年度に実施するインタビュー調査の基礎資料とするために全国でもサ高住数が多いT県を対象として、食事を提供している205施設について詳細な分析を行った。本研究により食事の提供方法が多様であることが明らかとなったが、公表データからは、食事の提供内容を含め支援実態の把握が不十分である。今後は、高齢者が安心して住み続けられるサ高住の食事支援のあり方を検討するために、入居者の栄養状態の把握を含め、引き続き調査研究を行う必要がある。平成28年度は、サ高住の給食経営形態と食事サービス内容を明らかとすることを目的として一般社団法人すまいづくりまちづくりセンター連合会「サービス付き高齢者住宅情報提供システム」の公表データから1526施設の情報を収集し集計を行った。項目のうち、記述式の質的データ解析は,SPSS Analytics for Surveys (IBM社)を用いて集計し、施設によって食支援の状況が多様であることが明らかとなった。これらの結果は、今後のインタビュー調査の基礎資料であるとともに、新たな研究課題の発見にも繋がったことからも概ね順調に進展しているといえる。現在、高齢者に対する福祉政策は、施設から在宅へと重点が移っている。

このような背景を受け、サービス付き高齢者向け住宅(以下、サ高住)は、施設数を急速に伸ばしているが実態報告は少ない。そこで本研究は、サ高住の給食経営形態と食事サービス内容を明らかとすることを目的として実施した。本年度の実績は以下の通りである。本年度は、サ高住の給食経営管理の実態把握と課題抽出を目的として、作成したデータベースの情報分析と、サ高住の施設管理者や生活相談担当者に対してインタビュー調査を実施した。また、施設ではない在宅に暮らす嚥下困難者に対する食事提供についての課題が示されたことから、サ高住と同様に施設ではない在宅の高齢者住宅に暮らす高齢者の口腔機能、食事の物性測定と食生活の課題に関して担当者へヒアリングを行った。データベースの情報分析では、食事の提供方法が、「厨房調理」、「配食サービス」、「隣接する施設の厨房調理」、「セントラルキッチン」、「調理済み食品を提供」と「厨房で湯煎で温める」など多様であった。食事サービスの内容も、食事の提供方法と同様に多様な標記がなされていた。なかでも調理形態に関する内容と糖尿病については、施設で対応するまたは要相談とする記載が多く、個別対応が行われている状況が明らかとなった。しかしながら、これらの対応基準等の詳細は不明であった。インタビュー調査では、施設における食事サービスの内容や給食経営管理の状況、施設内での食・栄養に関する情報共有の実態等について実態把握を行った。調査からは、食事内容や関連のサービスが、入居時の選択要因になりえる可能性や、入居前の食事に関する問い合わせの状況などが明らかとなった。サービス付き高齢者向け住宅は、介護・医療と連携したサービス面を提供する自宅以外の「在宅」施設として注目されている。本研究は、サービス付き高齢者向け住宅の食事サービス内容と入居者の栄養状態の把握と栄養支援システムの検討を目的として、公表データから食事サービス内容に関連する情報を抽出してデータベースを作成し、分析を行った。公表データの分析では明らかとならなかった食事支援実態を把握するために、施設管理者と生活相談担当者へのインタビューを実施し、サービス付き高齢者向け住宅における食事支援の課題を抽出した。現在までに、1施設情報の収集とデータベース化、2公表情報の内容の分析と現状把握、3海外の先進事例の調査を行った。先進事例の調査では、建築、法律や社会福祉等の専門家との意見交換により、サービス付き高齢者向け住宅のサービスの質と「食べること」を支援するためのサービス内容との関連について課題が示された。本研究は実践的研究であり、サービス付き高齢者向け住宅に入居している高齢者の低栄養状態の予防および改善とともに、わが国における在宅サービスの質の向上に寄与することを目的としていることから、示された課題は、今後各専門家に協力を得ながら本研究にて検討を行っていくものとした。
シダ植物に特徴的な高次の染色体基本数の起源に関するFISHと遺伝子解析による研究

本研究では、まずゼンマイ属(Osmunda,x=22)について18SrDNA座の詳しい調査を行った。その結果、遺伝子座はシロヤマゼンマイでは1座のみであったものの、ゼンマイとヤシャゼンマイでは複数の座があることが確認された。また、複数座をもつ種ではシグナルに大小が見られた。このことは上記3種は元から二倍体で遺伝子座の重複は無く、ゼンマイとヤシャゼンマイの共通祖先においてrDNA座の一部の転座が起こった、あるいは上記3種の共通祖先で既に遺伝子座の重複が起こっておりシロヤマゼンマイでのみ1対を除いてサイレンシングは終了し、ゼンマイとヤシャゼンマイではサイレンシングの途上であるなど、様々な解釈が可能である。それゆえ系統的に離れた様々な分類群にFISH法を適応するため、染色体数の調査をおこなった。オシダ属(Dryopteris,x=41)では23分類群調査し、12が二倍体、カナワラビ属(Arachniodes,x=41)では44のうち27が二倍体、ノコギリシダ属(Diplazium,x=41)では、54のうち13が二倍体だった。ノコギリシダ属については、rbcLによる比較から二倍体種は様々な系統群に含まれていて、系統的にはばらばらであることが判明した。ノコギリシダ属2種、カナワラビ属1種、オシダ属1種を用いたrDNA座による調査でも複数の座が確認された。ゼンマイ属の結果と合わせると、検討した種では二倍体レベルで共通して複数の座があり二倍体種は、もともと高次の染色体数を持っていた可能性が示唆された。本年度は、これまでシダ植物に一度も適応されたことのない染色体のFISH法(直接染色体上での遺伝子の位置を可視化する蛍光in situ分子交雑法)を開発することを主に行った。まず、染色体数の少ない(2n=44)ゼンマイ属をターゲットにするため、ゼンマイ(Osmunda japonica)からrDNAプローブを作成した。このrDNAをプローブとして用い、様々な系統群のシダ植物に対してFISH法を試した。FISHを行うためのプレパラート作製には、通常の押し潰し法を用いることができないため、様々な酵素液の予備実験を行った。結局は通常の種子植物で行われるのと同様な4%Cellulaseと1%Pectolyaseの混合液による38度25分インキュベートが最良の結果が得られた。酵素液にマセロザイムを加えても良好の結果が得られた。また、酵素乖離後、固定液展開を行わずに押し潰しをすると染色体の拡がりを微妙に調整できたが、観察時にバックグランドが上がったので、今後改良を加える必要がある。その後のスライドの加温処理、RNase処理、分子雑種形成、シグナル検出は通常の種子植物の方法で可能であった。それらを予備的に数種のシダ植物に適用してみた。ゼンマイの根端では、rDNAのプローブに対し2個のシグナルが認められた。ゼンマイ属の染色体基本数はこれまで何度か議論され、現在の2n=44は、x=11由来の四倍体あるいはやはりx=22の二倍体であるとの2説があった。今回の結果からは、44本の染色体のうち2本にNORがあることになり、x=22であることを支持する結果となった。ゼンマイ属の他の種(オニゼンマイ、ヤマドリゼンマイ、ヤシャゼンマイ、シロヤマゼンマイ)はすでに採集済みで実験用に栽培管理しているので、春以降の染色体観察に適した時期にFISH法を適応する予定である。次に、種内倍数性が見られる種に適用した。

コモチシダ(Woodwardia orientaris var.orientalis)は2n=136で、x=34の四倍体、すなわちハチジョウカグマ(var.formosana)2n=68からの同質倍数体あるいはハチジョウカグマと他の二倍体種との交雑に基づく異質倍数体と考えられていた。FISHの結果、コモチシダの根端細胞では大2個、小2個の計4個のシグナルが観察できた。これはコモチシダが四倍体性でしかも2対の異なったNORを持つ、すなわち異質倍数体であることを示している。コモチシダ属のx=34については、これまで二倍性か四倍性かを染色体対合やアロザイム多型から議論されてきたが、染色体の分子マーカーからもチェックができそうなので、今後2n=68をもつハチジョウカグマ、オオカグマ、ハイコモチシダについてもFISH法による検討を行う。また、基本数が多いヘゴ(Cyathea spinulosa,2n=138で、x=69)やその近縁種も採集済みなので、今後の実験材料とする。来年度はrDNA以外に分子マーカとしてPGIとSODの遺伝子を使う予定である。PGIについては、オシダ属(Dryopteris,x=41)、カナワラビ属(Arachniodes,x=41)の数種から遺伝子を得ているので、これらの属の二倍種に対してFISHを行う予定である。本年度は、ゼンマイ属(2n=44)についてrDNA座の詳しい調査を行った。その結果、遺伝子座はシロヤマゼンマイでは1座のみであったものの、ゼンマイとヤシャゼンマイでは複数の座があることが確認された。また、複数座をもつ種ではシグナルに大小が見られた。このことは上記3種は元から2倍体で遺伝子座の重複は無く、ゼンマイとヤシャゼンマイの共通祖先においてrDNA座の一部の転座が起こった、あるいは上記3種の共通祖先で既に遺伝子座の重複が起こっておりシロヤマゼンマイでのみ1対を除いてサイレンシングは終了し、ゼンマイとヤシャゼンマイではサイレンシングの途上であるなど、様々な解釈が可能である。そのため、rDNA座を切り出してシークエンスしたり、他のゼンマイ属にも同様の研究を広げていく。また、rDNAのみからでは推察が難しいため、他のシングルコピー遺伝子の開発を進めてきた。SODについては、タチクラマゴケ、リュウビンタイ、ゼンマイ、クサソテツ等で、PGIではコバノカナワラビ、オシダ、シノブカグマ等について遺伝子のシークエンスを進めている。これらをプローブとしてFISH法による遺伝子座数の比較等を行う予定である。まとまりのある種数があり様々な倍数性、生殖様式を含む群としてノコギリシダ属(Diplazium)を取り上げた。染色体数や生殖様式についてはほぼ調査が終了したので、倍数加による属内分化についてFISH法を用いて比較検討する予定である。本年度は、これまでのまとめとして様々な分類群での調査をおこなった。ノコギリシダ属(Diplazium)(基本数x=41)では、二倍体間の種間比較を行なった。rbcLによる比較からは、二倍体種は様々な系統群に含まれていて、系統的にはばらばらであることが判明した。rDNA座による調査からは、系統的に異なるノコギリシダとアマミシダでは複数の座があることがわかり、遠縁な種間でも同じ現象が認められた。また種内倍数性を持つ種群の比較も行ない、種内倍数体間では倍数体のレベルに比例してrDNAの座数も増加していた。カナワラビ属(Arachniodes)は、二倍体(2n=82)を主とする分類群である。これらについてアロザイムによる種間分化を比較したところ、二倍体種は近縁であることがわかった。コバノカナワラビでrDNAの比較を行なったところ、これも複数座で反応が見られた。
蛍光干渉縞によるsub-10nmアライメント制御技術の創世

光硬化性蛍光組成物の蛍光発光に着目し、シリコン基板とシリカモールドとの間に光硬化性組成物が配置されたin-liquid状態でのアライメント法の研究を行った。光硬化性組成物がモールドの空隙に充填されると反射光学顕微鏡観察ではモールドと光硬化性組成物の屈折率が近いことによりアライメントが行えないが、蛍光顕微鏡観察ではモールドに特殊な表面加工を施すことなく観察できることを示した。十字マークを基盤としたコースアライメント法、ならびに蛍光干渉縞の発生による精密アライメント法における課題抽出が行えた。光ナノインプリントリソグラフィ法では、数nmまでの解像度を有するパターン形成が可能であることから、次世代ナノデバイスの作製ツールとして、学術界ならびに産業界からの期待が高い。しかし、パターンを積層するための精密位置合わせ技術が現状未熟なため、本格的な三次元デバイス作製の足枷となっている。本研究では、光ナノインプリントリソグラフィ法で、三次元積層デバイスを作製するために必要なアライメント法に着目し、これまでにない光硬化性蛍光組成物を使用する精密位置合わせの原理検証を検討した。樹脂パターン付きシリコン基板を下部基板とし、樹脂パターン付き石英基板を上部基板とした顕微蛍光の検出が可能なアライメント装置の原理機を構築した。光硬化性蛍光組成物を下部基板と上部基板の間に挟み込むことで、光学認識が困難な、線幅500nmサイズのコースアライメントマークを硬化性組成物と接触した状態で確認できることを明らかにした。従来の方法では、モールドと光硬化性組成物の屈折率が近いため確認が困難であり、モールドまたは基板側に屈折率や吸収係数のことなるパターンを配置する必要があったが、本方法は、未修飾のモールドをそのまま使用でき、屈折率マッチングの影響を受けないでアライメントが可能であることが確認された。また、マイクロメートルサイズの周期が異なる2つのパターンを重ね合わせることで、蛍光モアレが発生することを確認した。当初、使用していた光硬化性組成物の粘度が高いため、装置由来の位置連れが発生する現象があることがわかり、アライメント原理検証機のステージ周りの改良が必要であることがわかった。光ナノインプリントリソグラフィ法で、sub-10nmの超微細パターンの形成も可能となりつつある。しかし、精密配置(アライメント)技術が未熟なため、積層3Dデバイスの作製・実証が困難な状況にある。残膜厚の定量化やモールド表面の汚染の可視化が可能な光硬化性蛍光組成物を本研究ではアライメント技術に展開した。本年度は、電子線リソグラフィによりメタルハードマスク上に配置したポジ型電子線レジストの電子線描画を行い、ドライエッチングを組合せて作用させることで、モアレを発生させる異なる周期のライン&スペースパターンを有する石英モールドの作製に成功した。計画当初は、スピン塗布で光硬化性組成物を下部基板と上部モールドに配置する予定であったが、エッジ効果により上部基板と下部基板の間の光硬化性液体が閉じ込められて膜厚の制御性が低いこと、高粘度液体の使用ではモールドの位置合わせに大きな応力が発生することがスピン塗布では起こったことから、位置選択的な光硬化性液体の塗布方法として孔版印刷法を採用して上記問題を解決できた。使用した下部のシリコン基板、上部の石英モールドの表面粗さは十分に小さいが基板の平坦度から生じる誤差が大きく、2面を張り合わせた時の反りから、理論値の3.2nmのアライメント精度の実現が困難であった。基板の平坦度の改善、異物(粒子状ゴミ)混入によるアライメント精度の再現性を確保するための更なる検討が必要であるという課題解決のための問題点を抽出することができた。1)蛍光モアレの観察装置の構築は行えた。但し、使用する光硬化性組成物の粘度を低下させるか、基板を固定する方法の再検討が必要であることがわかった。(2)モアレ発生周期を検討するためのモールドパターンの設計と電子線リソグラフィによる作製を計画通り行えた。反射光学系でのモアレ周期Pmoire(=P1P2/|P1-P2|)を参考にして、異なる周期P1, P2の組み合わせを配置したシリカモールドを設計した。均一パターンの繰り返し長さは、20倍対物レンズの視野の全面で観察できるようにした。シリカ基板にネガ型電子線レジストを塗布し、電子線描画後に現像を行い、ドライエッチングによりシリカモールドを作製できた。作製されたシリカモールドの線幅と周期を計測し、観察されるモアレの周期が一致し、光学モアレと蛍光モアレは同一式を使用できることがわかった。(3)光硬化性蛍光組成物の蛍光モアレ発生周期の実測が行えた。項目(2)で作製したモールドを用いて、シリコン基板並びにシリカ基板に光ナノインプリント法を用いて、硬化樹脂パターンを作製した。上部・下部基板に光硬化性蛍光組成物を挟み込み、発生するモアレを項目1で作製した観察系で検出する。

周期P1とP2が重なった際に観察されるモアレの周期を実測する。周期P1とP2の組み合わせの違い、同周期P1における線幅の減少により発生するモアレの周期やコントラスの変化を調べ、感度良くモアレを検出するできることがわかった。生産工学・加工学(1)コースアライメントマークの設計と精度の実測アライメントの手順は、コースアライメント、ファインアライメントの順に行う。コースアライメントには、シリコン基板側に十字型の樹脂製凹パターンを配置し、モールド側に4つのL字型の樹脂製凹パターンを配置し、光硬化性蛍光組成物を挟んだ際の蛍光強度の解析により行う。(2)アライメント用モールドの設計とファインアライメント精度の測定項目(3)に基づき、XY両軸で周期P1, P2から生じる蛍光モアレが観察できるファインアライメント用モールドを設計し、電子線リソグラフィによりシリカモールドを作製する。分解能1 nmのZ軸自動ステージを購入して装着し、Z軸の位置ずれがアライメント精度に与える影響を明らかにし、理論値3.2nmの精度に対する検証を行う。
培養細胞利用技術を支援する培養器材開発のための高分子表面の複合機能化

本研究では、機能性細胞培養基板の開発を目的として、化学的に不活性なポリスチレン基板表面にカルボキシル基を導入する方法を2種類確立した。それらは、生体適合性高分子であるビニルメチルエーテル-マレイン酸共重合体を固定化する方法、および、鎖長の制御されたポリアクリル酸グラフト層を構築する方法である。それらの表面に固定化されたペプチドは細胞表面によって特異的に認識されることが示され、細胞の接着や増殖が効果的に制御されることが示された。生体内において細胞外マトリックス(ECM)は、細胞接着の足場や細胞骨格の維持として機能するとともに、増殖や分化の制御にも深く関与している。生体外の培養系でも細胞の生存や機能発現を制御し、かつそのようにして培養した細胞を有効に利用できれば、再生医療などの高度な培養細胞利用技術の発展にも貢献できると期待される。本研究は、培養細胞の有効活用技術の開発を目指し、一般的な培養器材に用いられているポリスチレン(PS)表面に、人為的に細胞を操作するとともに低侵襲的に培養器材から培養細胞を剥離・回収することを可能にする機能性インターフェイスを構築することが目的である。本年度は、PS基板表面に、細胞接着因子などの活性因子を固定化するための基板構築について検討した。まず、プラズマ照射によりPS表面にビニルメチルエーテル-マレイン酸共重合体(VEMAC)を固定化したPS基板を構築し、その表面におけるカルボキシル基を介し、ECMタンパクの細胞接着ドメインであるアルギニン-グリシン-アスパラギン酸(RGD)配列を含む合成オリゴペプチドを導入することによる人工的なECMの設計について検討した。その結果、本表面におけるRGDペプチド配列は細胞表面によって特異的に認識され、無血清培養においてもマウス胎児由来NIH3T3細胞の接着および増殖を顕著に増大させることを明らかにした。また、原子移動ラジカル重合法(ATRP)によるPSシャーレ表面に培養細胞の機能性足場となる高分子グラフト鎖の構築についても検討した。その結果、プラズマ照射PS表面にN-bromosuccinimideを反応させることで、PS表面にATRP開始剤となるハロゲン化アルキル基を共有結合で導入し、その表面からATRPによりアクリル酸のグラフト鎖を構築することに成功した。この表面では、前述のVEMACを固定化した表面よりも高密度でペプチドなどの機能性分子固定化が可能であると考えている。本研究は、機能性細胞培養基材開発を目的としたポリスチレン(PS)基板の表面機能化に関するものである。本年度は、化学的に不活性なPS表面に化学修飾可能な官能基を有する高分子グラフト層を構築するための方法として、リビングラジカル重合法の一つである原子移動ラジカル重合法(ATRP)の適応について検討を行った。まず、ATRP開始剤となる臭化アルキル基をPS表面に導入するために、プラズマ表面処理によりPS表面の化学構造変換を行い、その後、N-ブロモコハク酸イミド(NBS)を反応させることによるPS表面の臭素化法を確立した。X線光電子分光法(XPS)を用いた表面分析の結果、本方法によりPS表面が臭素化されていることを明らかにした。PS表面にカルボキシル基を導入する目的で、この表面からアクリル酸ナトリウム(SA)のATRPを試み、触媒となる金属錯体の選択などについて検討を行った結果、N,N,N',N",N"-pentamethyldiethylenetriamineと臭化銅との金属錯体を用いたとき、ATRP時間依存的なポリアクリル酸ナトリウム(PSA)のグラフト鎖長の制御に成功した。たとえば、2時間のATRPでは、PS表面に約15nmol/cm^2の多量のカルボキシル基を導入することが可能であった。PSは、一般的な有機溶媒に可溶であり、水系での本PS基板修飾法の開発は、成型加工が容易で安価なPSを利用する機能性材料の開発に有益を考えられる。本研究では、さらに、PSAグラフト化PSの表面カルボキシル基を介して細胞表面のインテグリン受容体と親和性の高いRGDアミノ酸配列を含むGRGDSペプチドを固定化し、PS基板表面における細胞足場の構築について検討を行った。ペプチド導入PSAグラフト化PS表面における細胞接着性をマウス胎児由来NIH3T3細胞を用いて評価した結果、無血清培養条件下においても良好な細胞接着性が認められ、さらに本基板表面における細胞接着性は、細胞表面によるRGDアミノ酸配列の特異的な認識に起因することを明らかにした。機能性細胞培養器材の開発を目的としたポリスチレン基板(PS)の表面機能化法として、前年度までに、原子移動ラジカル重合法(ATRP)を用い、PS表面に鎖長の制御された高分子グラフト層を構築する方法を確立した。23年度は、本方法を用いて調製したポリアクリル酸ナトリウム(pSA)グラフト化PSのX線光電子分光法(XPS)などによる詳細な表面分析、および、セルアレイ基板の開発の基盤硬究として、pSAグラフト層のカルボキシル基への細胞接着因子の固定化による選択的細胞接着領域の構築について検討した。

XPSでは、PS基板表面がpSAグラフト層で均一に覆われていることが確認され、さらに、PS表面にATRP開始剤を導入するときに利用するプラズマ表面処理の条件によって、ATRP開始剤の導入密度が制御され、その結果、PS表面におけるpSAグラフト鎖密度の制御が可能であることが示唆された。また、pSAグラフト化PS表面は、長期間持続的な超親水性を示し、本表面では、タンパク質の非特異的な吸着が抑制された。これは、pSAグラフト層の高い水和効果に起因するものと考えられる。NIH3T3を用いた細胞培養実験では、培地に含まれる細胞接着成分の吸着が抑制される結果、pSAグラフト化PS表面への細胞接着は完全に抑制された。また、本表面のカルボシキル基に細胞表面と特異的に相互作用するペプチド(GRGDS)を導入したところ、GRGDS導入部位においてのみ特異的な細胞接着が認められ、同一基板上において、細胞接着部位と非接着部位を明確にパターニングすることが可能であった。本結果は、pSAグラフト化PS表面のカルボキシル基に特定のリガンドを導入することにより、その基板表面で固定化リガンドと細胞との特異的な相互作用を評価することが可能であることを示唆しており、ポリスチレンを基板とする細胞機能評価システムの構築へ向けた有益な知見と考えられる。