hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
口腔ケアおよび感染症予防のための運動基準の確立

本研究では一般健常な中高齢者に対する口腔ケアおよび肺炎などの感染症予防のための運動基準を確立するために、その運動強度・頻度・種類(陸上・水中)、そしてストレス応答などを口腔内免疫機能(抗菌性ペプチド群)の変化から検討し、運動免疫学の観点から口腔ケアに有効な運動療法プログラムの開発を目指すため下記テーマに取り組んだ。平成28年度では、研究1として、運動習慣のない一般健常な中高齢者を対象に1年間の運動介入を行い、その運動強度および頻度・運動の種類の違いから口腔ケアに有効な運動基準の検討を行った。その結果、週6、7回の高頻度な運動実践は、その運動強度に関係なく、口腔内免疫機能を低下させ、上気道感染症の罹患回数や症状改善までの日数が遅延することが示された。また週1回の低頻度な運動実践は、口腔内免疫機能を高めることに有効であり、介護予防の観点からも週1回の運動の実践が望まれる。平成29年度では、研究2として一般健常な中高齢者に対する1年間の定期的な運動実践が、ストレス時の口腔内免疫機能の低下を予防できるかどうかを検討した。我々は一過性の身体的および精神的ストレスに伴い、口腔内免疫機能が低下し、ストレス負荷後24時間から48時間はその低下が続くことを報告してきた。そうした免疫低下を予防するために、定期的な運動トレーニングの実践が有効であるかを検討した結果、中等度強度での運動トレーニングの実践、特に週15回の実践においては、一過性のストレス負荷時の口腔内免疫機能の低下を和らげることが示された。平成30年度において、上記の研究から得られたデータを論文にし、学会発表を実施した。本研究の目的は、中高齢者に対する口腔ケアおよび肺炎などの感染症予防のための運動基準を確立することである。口腔免疫機能を高める運動内容をその強度・頻度・種類(陸上・水中)、そしてストレス応答などから検討し、口腔内免疫機能(抗菌性ペプチド群)を高めるとされる運動方法の検討や運動免疫学の観点から口腔ケアに対する有効な運動療法プログラムの開発を目指すことを目的としている。平成28年度は、研究1として運動習慣のない中高齢者100名を対象とし、ウエルネスキーシステム(運動強度・時間・頻度・種類をキーシステムを用いてデータ管理する)を用いた1年間の監視型の運動介入を行い、抗菌性ペプチド群との関連から口腔ケアに有効な運動基準を明らかにするためのデータ収集を行った。具体的に実施した研究内容は以下の通りである。1対象者の選定:運動習慣のない中高齢者100名を対象として選定した。3ウエルネスキーシステムを用いた運動データの解析:対象者が実施する運動強度・時間・頻度・方法(陸上運動・水中運動・有酸素運動・レジスタンス運動)などの運動情報を、スポーツクラブインストラクター監視の下、ウエルネスキーシステム(テクノジム社)を用いて管理し、情報収集を行った。平成28年度は口腔ケアに有効な運動基準の確立に向けて、以下の研究を遂行した。1運動習慣のない中高齢者100名に対して実験主旨を説明し承諾を得た。2運動介入前の測定(唾液採取および唾液処理)を実施した。3監視型運動介入の定期的な確認(運動実施状況の把握)を行った。4ウエルネスキーシステム(運動強度・時間・頻度・種類をキーシステムを用いてデータ管理する)を用いた1年間の監視型の運動介入い、運動データの収集と解析を行った。5運動効果の確認のために、運動介入開始3ヵ月後・6ヵ月後・9ヵ月後・12ヵ月後に唾液採取および唾液処理を行った。上記の実験が予定通り遂行できている。本研究では中高齢者に対する口腔ケアおよび肺炎などの感染症予防のための運動基準を確立するために、その運動強度・頻度・種類(陸上・水中)、そしてストレス応答などを口腔内免疫機能(抗菌性ペプチド群)の変化から検討し、運動免疫学の観点から口腔ケアに有効な運動療法プログラムの開発を目指すため下記テーマに取り組んでいる。平成30年度では、前年度取り組んだ研究1(運動習慣のない中高齢者を対象に1年間の運動介入を行い、その運動強度および頻度・種類の違いから口腔ケアに有効な運動基準を確立する)で得られたデータを解析し、論文執筆を行うとともに、研究2として「中高齢者に対する1年間の定期的な運動実践が、ストレス時の口腔内免疫機能の低下を予防できるかどうかを検討し、ストレス・運動・口腔ケアとの関連を明らかにするために、運動習慣のない中高齢者20名を対象に1年間運動を継続してもらい、介入前・6ヵ月後・介入後(12ヵ月後)に運動ストレス負荷テストを行う。さらに運動ストレス負荷に対する抗菌性ペプチドの反応動態を測定するため各ポイントで唾液採取を行う。測定当日は、AM12:00に実験室に入室させ、口腔内のうがいと歯磨きを実施する。その後、30分間安静状態を保ち、PM12:30より、唾液採取を実施する。唾液採取は、コットン法を用いて行い、脱脂綿を1回/秒のペースで1分間咀嚼した後に回収し、滅菌ろ過および遠心分離した後、上清成分を採取し保存する。次にPM1:00より高強度長時間運動(75%VO2max)を1時間実施し、運動前・運動直後・運動終了1時間後・2時間後・6時間後・24時間後の各ポイントにおいて唾液採取を実施する。またコントロールとして同様のプロトコールを安静状態においても実施する。採取した唾液の上清成分から抗菌性ペプチドとストレスホルモンをELISA法で測定す。平成29年度は、前年度に引き続き、口腔ケアに有効な運動基準の確立に向けて、以下の研究を遂行した。

11年間の運動介入で得られた唾液を用いて分析を行う。具体的には1唾液の上清成分から抗菌性ペプチド群としてHuman-β-defensin-2とCathelicidin濃度の測定、ストレスホルモンとしてcortisol濃度の測定をELISA法で実施した。上記の唾液分析およびデータ処理が予定通り遂行できている。本研究では一般健常な中高齢者に対する口腔ケアおよび肺炎などの感染症予防のための運動基準を確立するために、その運動強度・頻度・種類(陸上・水中)、そしてストレス応答などを口腔内免疫機能(抗菌性ペプチド群)の変化から検討し、運動免疫学の観点から口腔ケアに有効な運動療法プログラムの開発を目指すため下記テーマに取り組んだ。平成28年度では、研究1として、運動習慣のない一般健常な中高齢者を対象に1年間の運動介入を行い、その運動強度および頻度・運動の種類の違いから口腔ケアに有効な運動基準の検討を行った。その結果、週6、7回の高頻度な運動実践は、その運動強度に関係なく、口腔内免疫機能を低下させ、上気道感染症の罹患回数や症状改善までの日数が遅延することが示された。また週1回の低頻度な運動実践は、口腔内免疫機能を高めることに有効であり、介護予防の観点からも週1回の運動の実践が望まれる。平成29年度では、研究2として一般健常な中高齢者に対する1年間の定期的な運動実践が、ストレス時の口腔内免疫機能の低下を予防できるかどうかを検討した。我々は一過性の身体的および精神的ストレスに伴い、口腔内免疫機能が低下し、ストレス負荷後24時間から48時間はその低下が続くことを報告してきた。そうした免疫低下を予防するために、定期的な運動トレーニングの実践が有効であるかを検討した結果、中等度強度での運動トレーニングの実践、特に週15回の実践においては、一過性のストレス負荷時の口腔内免疫機能の低下を和らげることが示された。平成30年度において、上記の研究から得られたデータを論文にし、学会発表を実施した。平成29年度は口腔ケアに有効な運動基準の確立に向けて下記の実験を行う。1平成28年度に行った運動介入後の測定(唾液採取および唾液処理)を継続して行う。2ストレス時の免疫低下を予防するための運動基準の確立に関する実験を開始する。・介入前の運動ストレス負荷テストおよび唾液採取を行う。・運動ストレス負荷に対する反応動態を測定するため各ポイントで唾液採取を行う。採取した各唾液の抗菌活性の測定を行い、唾液の質的評価をするため虫歯菌(Streptococcus mutans)の活性度合いを測定する。本年度は、ストレス時の免疫低下を定期的な運動トレーニングで予防できるか、その運動方法について検討を行う。さらにこれまでの実験で得られたデータを基に、口腔ケアに有効な運動方法を明らかにし、論文執筆を行う。平成28年度は運動データの収集および唾液採取を主として実験を行ったため、唾液成分の分析や唾液と虫歯菌との培養などの実験費用を要する内容に関しては、平成29年度にまとめて行うこととしたため次年度使用額が生じた。平成29年度は唾液分析に必要な物品購入とストレスを測定する機器を購入した。当初予定していたデータ解析用のパソコン及びプリンターは購入できていないので、平成30年度に購入する予定である。
詳細な学習記録に基づくプログラミング学習の認知過程の研究と教育環境のデザイン

本研究はコンピュータープログラミング学習の複雑な認知過程の実態を解明する理論を構成し、それに基づくことで現実的で効果的なプログラミングの学習教育環境をデザインすることを目的としている。そのため、教授学習過程の事例を広範かっ詳細に収集し、プログラミングを学習する認知過程をこれまでになかった詳細さのレベルで問題にした。具体的には、大学のプログラミング教育の演習の現場における学習者の躓きのビデオ記録、随時行う小テストなど、プログラミング学習の実態の記録を系統的に整理して蓄積し分析の対象として利用できるようにした。このような広範に収集された事例の詳細の分析に基づくことで、これまで十分に取り上げられてこなかった、プログラミングの学習の背後にある複雑な認知過程の実態を分析することを可能にした。このような分析の結果、プログラミングの認知過程を多様な表象の重ね合わせとして捉える枠組みを基礎に、プログラミングに直接関連する概念だけでなく、より一般的な認知機構(例えば、推論や習熟の程度など)と連携させた統合理論を構築した。この理論を基礎に、現実のプログラミング初心者が示す複雑で不安定な学習、理解の実態をその背後にある多様な表象が相互作用する認知過程から解明することができた。上記のようなプログラミング学習の認知過程の実態の解明に基づき、どのような学習環境がプログラミング学習に効果的であるかという検討を進めた。学習、理解の部分的な成立というプログラミングの学習の実態に基づいた習熟の過程に配慮した学習教育環境をウェブ上に構築した。特に、学習の躓きに即応できる、必要な情報を学習者が自分から取りにいける学習環境を構築し、教育実践の中で、部分的にではあるが、その有効性を確かめた。コンピュータープログラミング学習の複雑な認知過程の実態を詳細に解明し、効果的な教育環境をデザインすることを目的として、以下のことを行った。大学のプログラミング教育の現場における教授学習過程の事例を広範かつ詳細にビデオ記録として収集し、それを系統的に整理しデータベースとして蓄積し利用できるようにするためにディスク装置などの諸設備を購入し、ビデオデータを格納するための環境を整えた。さらに、Ruby言語を教えるプログラミングの授業をビデオで記録し、それらをディスク装置に格納し、利用する実験を始めた。また、膨大なデータを後で利用可能にするために、ビデオデータにどのようなタグを付けて整理すればよいかその形式を検討し、その形で実際にタグ付けを行い、容易に必要なビデオが取り出せるようになるかどうか試行を始めた。一方、既に収集したプログラミング学習のビデオデータを用いて、躓きの事例を詳しく分析し、プログラミング学習の認知過程の解明を始めた。具体的には、十分な理解がなくてもプログラムができてしまう事例や、反対にある程度分かっていても、プログラムができない事例など、プログラミングの躓きのさまざまな事例を詳しく分析し、プログラミングの技能の背後にある認知過程を捉えるための適切な枠組みを検討してきた。その結果、プログラミングの技能は意味的な知識や統語的な知識だけによって支えられているのではなく、むしろプログラミングの技能の中核に「基本スキーマ」があり、それらが重要な役割を果たしていることが明らかになってきた。このようなプログラミング技能の中核をなす基本スキーマを中心に、より一般的な認知機構(例えば、推論や習熟の程度など)と連携させた統合モデルを構築し、現実のプログラミングの学習で出現する学習者の複雑な反応の背後にある認知過程を表現する認知モデルの構築を進めた。コンピュータープログラミング学習の複雑な認知過程の実態を解明し、それに基づいた効果的な教育環境をデザインすることを目的として、以下のように研究を進めた。本研究では一つの重要なステップとして、実際のプログラミングの授業の中で起こる学習者の誤解や混乱の事例をビデオによって収拾記録、整理しプログラミング学習の認知過程を解明するための基盤を作ることがある。このことに関しては、実際にプログラミング入門のクラスの演習場面を中心に一年間にわたって学習の事例を広範にビデオ記録として収拾した。また、多量のビデオ記録を閲覧しやすくし、必要な部分を容易に取り出し分析可能にするためのシステムを設計、開発し、それを稼動させた。

このシステムはデジタルビデオの元データをMPEG1形式に圧縮変換し、端末上からビデオデータの必要部分を容易に取り出してディスプレイ上で閲覧可能にし、また必要なコメントを付加することでよりよい整理と構造化を可能にするものである。このシステムを実際に使用して、ビデオデータを閲覧し、コメントを付加することで、膨大なデータから研究に必要な部分を容易に取り出すための整理と構造化を始めた。上記の方法で収集、蓄積整理したプログラミング学習のビデオデータの収拾整理と平行して、それらのデータに基づいて、プログラミングの学習の認知過程の詳細な分析を開始した。特にプログラミング学習の過程で誤解や混乱に陥る躓きの典型的な事例を詳しく分析し、認知過程を解明するための理論的な枠組みの構築を進めた。理論的な枠組みの構築の一環として、認知過程を具体的かつ詳細に表現する枠組みとしてコンピューター上のシミュレーションモデルの開発を進めた。これまでのプログラミング学習の認知過程の分析解明の成果として、部分的な表面的な知識で課題を解決してしまい、十分な理解がないままに学習が進行してしまう事例が多いということなど、理解と学習との関係を中心に、プログラミング学習の実態の詳細な認知過程が解明されつつある。コンピュータープログラミング学習の複雑な認知過程の実態を解明し、それに基づいた効果的な教育環境をデザインすることを目的として、以下のように研究を進めた。本研究ではプログラミング学習の認知過程の解明を実際のプログラミングの授業の中でおきる学習の躓きや誤解の事例の分析に基づいて行っている。そのため、これまでに学習時のビデオ記録をディスプレイ上で容易に閲覧し、コメントを付加して、整理していくシステムを開発し、それを用いて多くのビデオデータの中から特に誤解や混乱の起こった事例を抽出し、背後にある認知過程の詳細な分析を行ってきた。そのような分析に基づいて、プログラミング学習の認知過程の詳細を分析し、誤解や躓きがどのようにして起こるかを把握するための認知モデル構築を進めた。そのモデルは、プログラム作成を可能にする認知機構を多様な知識の重ね合わせとして捉えることを基本にして構成されている。特に、プログラミングの語彙や具体的な手続きのような表面的な知識から、プログラムの背後にある必ずしも自明でないプロセスの抽象的モデルのような深層の知識まで、多様な知識の重ね合わせとして認知機構を表現することで、現実のプログラミング学習における躓きや誤解を捉える枠組みを提供している。実際、多くの躓きが、プログラムの作成に必要な知識の部分的な獲得に留まるために起こるが、このような躓きを多様な知識の重ね合わせを獲得するという観点から分析することで、躓きがどのようにして起こるのかというメカニズムを認知リソースの限界も考慮して、詳細に解明し記述できることが示された。
転写調節因子Ｉｄ２による消化管上皮細胞の発生分化制御機構

消化管上皮細胞は内胚葉に由来し、胎生期における領域特異的な運命決定により食道、胃、腸といった領域特異的な上皮細胞へと分化する。しかしそうした領域特異的な細胞分化に関わる分子メカニズムについては不明な点が多い。本研究遂行者は転写調節因子Id2の遺伝子欠損マウス小腸において、胎生期に形成される異所性胃上皮に由来する腫瘍が形成されることを見いだした。解析の結果、Id2は前腸内胚葉因子の抑制制御を介して小腸上皮細胞の運命決定を制御していることが判明した。昨年に引き続き本年度は以下の研究を実施した。(計画1)昨年度に作出したVillin遺伝子プロモーター制御下でIrx3を発現するトランスジェニックマウス(vil-Irx3Tg)の解析を行った。作出された6系統のうち、胎生期の小腸でIrx3の発現が認められる個体を2系統同定し、そのうちの1系統が小腸上皮が形成される以前の胎生13日においてIrx3が小腸で発現することを確認した。vil-Irx3Tgマウスは以前作出したvil-Irx5Tgマウスと同様に小腸腺腫を発症することを見いだした。現在、形成された腫瘍について詳細な組織学的解析を行っている。Irx3とIrx5は細胞分化過程で協調的に機能するという報告がなされたことから、これまでに作出したトランスジェニックマウスを用い、胎生期消化管においてIrx3とIrx5を同時に発現するダブルトランスジェニックマウス(vil-Irx3/5Tg)を作出した。vil-Irx3/5Tgマウスはメンデル比に従い出生することを確認したが、同腹子のvil-Irx3Tgおよびvil-Irx5Tgと比して成長遅滞がみられた。また、胎仔消化管においてIrx3およびIrx5により転写調節を受ける因子を同定する目的で、vil-Irx3/5Tgマウス胎仔小腸についてDNAマイクロアレイによる遺伝子発現解析を行った、現在、同定された複数の因子について、消化管上皮細胞の増殖・分化における機能を検討している。(計画2) Id2によるIrx3とIrx5の転写調節領域の検討を、昨年に引き続き行った。Irx5の胎仔消化管における転写調節領域の同定と平行し、Irx5の転写に必要な最小プロモーター領域を決定する目的でレポーターアッセイを行った結果、転写開始点より上流1.7kbまでの領域が転写に重要であることが明らかになった。本年度は研究計画に基づいて以下の研究を実施した。(計画1)これまでに作出したVillinプロモーター制御下でIrx5を発現するトランスジェニック(Tg)マウス(vil-Irx5)に加え、同プロモーター制御下でIrx3を発現するTgマウス(vil-Irx3)の作出を行った。マウスVillin遺伝子の発現制御領域(12.4kb villin-ΔATG)にマウスIrx3cDNAを連結したプラスミドDNAを構築し、受精卵へのインジェクションに用いた。2回のインジェクションを行い合計732個の移植胚より48匹の出生仔が確認された。そのうち6個体について遺伝子の導入が確認され、現在、それらについてIrx3遺伝子の異所性発現を検討している。本研究実施中、Tgマウスを用いた解析により転写因子Sox2は胎仔小腸上皮細胞における異所性発現により小腸上皮細胞を扁平上皮細胞と胃上皮細胞へ分化させる上で必要十分な機能を有することが報告された。またIrx3およびIrx5は標的因子の発現において協調的に機能するという結果が相次いで報告され、Id2ノックアウトマウスにおけるSox2の発現もIrx3とIrx5が協調的機能している事が予想された。そこでvil-Irx3マウスが確認された後にIrx3とIrx5が同時に小腸において異所性発現するマウスを作出し、Sox2の発現について検討する。(計画2) Id2によるIrx3とIrx5の転写調節領域を同定するにあたり、ゲノムブラウザをはじめとする各種データベースを用いてIrx3-Irx5遺伝子座間(約0.55Mbp)及びその近傍の配列中に生物種種間で保存されている領域を検討したところ、その数はおよそ100カ所に及んだ。現在、候補領域として検出された配列について、初代胎仔胃および小腸上皮培養を用いて組織特異的な発現制御領域の同定を進めている。(計画1)に関して、vil-Irx3トランスジェニックマウスが予想よりも作製効率が低いことが判明したが、改善可能な範囲内と考えられ、おおむね順調に進展していると思われる。研究実施計画に従い、(計画1)については、これまでに引き続きトランスジェニックマウスの作出を進める。

また、研究計画立案当初に予定していた転写因子Sox2異所性発現マウスの作出は、他研究グループによってなされたのでこれを一部変更し、前腸内胚葉領域におけるSox2の発現誘導へのIrx3およびIrx5の関与について解析を行う。(計画2)については、Irx3とIrx5の転写調節領域として予想された複数のゲノムDNA配列について、実際にId2により制御を受けるかどうかを初代胎仔消化管上皮細胞の培養系を用いて検討する。(計画3)については、胎仔小腸におけるId2の発現誘導因子として予想される骨形成因子(BMP)について検討するため、初代胎仔消化管上皮細胞へのBMPシグナルの阻害剤添加と活性化型BMPレセプターの遺伝子導入により、Id2の発現が変化するかを検討する。本年度は設備備品の購入は計画しておらず、消耗品費、旅費および人件費・謝金に使用する。
がん選択的な可視化と光線力学的療法の両機能を有する新規医療分子の創製

activatableプローブは観測対象との反応等により蛍光特性や光増感能を変化させることにより、がんイメージングや光線力学的療法において高いがん選択性を示すことが期待される。昨年度までに、activatableプローブの基盤骨格としてローダミン類の分子内スピロ環化平衡に着目し、化学構造と平衡定数や閉環反応速度の関係をレーザー分光学の手法を用いて精査してきた。検討過程において合成・評価を行ったローダミン誘導体群のうち、HMSiRが中性条件下において同時に全体の約1%程度が蛍光状態で存在し、それぞれの分子は約100ミリ秒間蛍光を発した後に再び閉環体構造に戻るという自発的明滅特性を有していることが明らかとなった。さらに、この自発的明滅特性を示すHMSiRが一分子計測に基づく超解像イメージング法であるSLMに適していることを示してきた。本年度はHMSiRのSLMにおける有用性を検証した。HMSiRは一般的な蛍光色素を用いる場合に必要な高濃度のチオールの添加や高強度のレーザー照射を必要としないため、温和な生理的条件下で生細胞のSLM可能であると考えた。実際に、Vero生細胞中の微小管をHMSiRでラベル化してSLMを行った結果、添加物等を加えること無く細胞内部で蛍光の明滅が観測され、超解像画像の取得に成功した。また、従来法に比べて10分の1以下のレーザー強度での測定が可能であり、細胞への光毒性や蛍光色素の褪色が低減される。実際に、30秒間の測定を10分間隔で7回繰り返し測定し、1時間に渡る微小管のタイムラプスSLMに初めて成功した。また、レーザー強度が弱く一般的な蛍光色素では測定が困難だったスピニングディスク共焦点レーザー顕微鏡の使用も可能とし、ガラス面から離れた細胞深部に位置する核膜孔のSLMに成功した。26年度が最終年度であるため、記入しない。がん選択的な診断に用いる蛍光プローブやがん選択的な光線力学的療法(PDT)に用いる光増感剤は、がん/正常部位コントラストの向上や正常部位への副作用を低減させるために、がん選択的に効果を発現させる、すなわちactivatableであることが望ましい。本研究グループでは、これまで分子内求核基を持つローダミン類がpHに応じて吸収・蛍光を示す開環体と無色・無蛍光の閉環体からなるスピロ環化平衡を示すことを見出し、次亜塩素酸の検出や、βガラクトシダーゼ活性の検出、プロテアーゼ活性を持つがん選択的な蛍光イメージングを可能とする蛍光プローブの開発に成功している。このスピロ環化平衡に基づくactivatableなプローブは高いS/N比が達成できることから本研究への応用が期待できる。そこで、本年度の研究計画にある分子骨格の選定を実施するにあたり、スピロ環化平衡の化学的な知見を深化させることが重要であると考えた。まず初めにローダミンの分子内求核基及び求電子基である蛍光団の構造を変化させたローダミン誘導体群を合成し、分子構造とスピロ環化平衡の平衡定数の関係性を精査した。その結果、ローダミンBを蛍光団とした場合、分子内求核基をヒドロキシメチル基やアミノメチル基等に変化させることで、平衡定数が大きくシフトすることを確認した。また、分子内求核基がヒドロキシメチル基の場合において、蛍光団の種類により平衡定数が大きくシフトすることを確認した。これらの結果は、分子内求核基の求核性と蛍光団の求電子性を組み合わせることにより、目的に適したpHにおいて、がん選択的に発現が亢進されている標的酵素等との反応により極めて高いがん/正常部位比を示すactivatableプローブを開発できることを示唆している。昨年度は、がんイメージンクや光線力学的療法(PDT)を含めた広範な目的での応用が期待されるactivatableプローブの設計法として、ローダミン類の分子内スピロ環化平衡の化学的知見を深化させてきた。具体的には、ローダミン誘導体群を合成し、分光学的手法やレーザーフラッシュフォトリシス法を用いた詳細な検討により、(1)分子内スピロ環化平衡の平衡定数(pKcyc1)及び(2)開環体が閉環体へ変換されるまでの時間(τ)が大きく変化することを見出した。今年度は本知見に基づき、ローダミン類の分子内スピロ環化平衡を超解像蛍光イメージングプローブへ応用した。超解像蛍光イメージング法の一種であるSingle-molecule localizationmicroscopy (SLM)は蛍光色素を順番に光らせ、その位置を精確に決定することによって数10nmの空間分解能の画像を取得する手法である。一般的な蛍光色素を用いる場合、無蛍光状態に変換するために、高濃度のチオール存在下での高強度のレーザー照射が必要である。ローダミン類の分子内スピロ環化平衡を最適化することで添加物やレーザー強度に依らない汎用性の高いSLMプローブが開化できるのではないかと考えた。そのためには、同時に光る分子がごく僅かであること(pKcyc1が6以下)と顕微鏡のカメラのフレーム程度の時間光った後に消えること(τが10-数100ms)が必要である。分子内求核基と蛍光団を変化させたローダミン類の合成・評価の結果、pKcycl=5.8, τ=245msであるHMSiRを見出した。次にHMSiRでラベル化した抗体を、カバーガラスに吸着し、一分子イメージングにより評価した。

その結果、チオール等を添加することなく、従来の1/10程度のレーザー強度においても、分子内スピロ環化平衡に基づくブリンキングを示すことが明らかとなった。さらに、直径約500nmの環状DNA上に重合したRecAフィラメントのSLMに成功した。activatableプローブは観測対象との反応等により蛍光特性や光増感能を変化させることにより、がんイメージングや光線力学的療法において高いがん選択性を示すことが期待される。昨年度までに、activatableプローブの基盤骨格としてローダミン類の分子内スピロ環化平衡に着目し、化学構造と平衡定数や閉環反応速度の関係をレーザー分光学の手法を用いて精査してきた。検討過程において合成・評価を行ったローダミン誘導体群のうち、HMSiRが中性条件下において同時に全体の約1%程度が蛍光状態で存在し、それぞれの分子は約100ミリ秒間蛍光を発した後に再び閉環体構造に戻るという自発的明滅特性を有していることが明らかとなった。さらに、この自発的明滅特性を示すHMSiRが一分子計測に基づく超解像イメージング法であるSLMに適していることを示してきた。本年度はHMSiRのSLMにおける有用性を検証した。HMSiRは一般的な蛍光色素を用いる場合に必要な高濃度のチオールの添加や高強度のレーザー照射を必要としないため、温和な生理的条件下で生細胞のSLM可能であると考えた。実際に、Vero生細胞中の微小管をHMSiRでラベル化してSLMを行った結果、添加物等を加えること無く細胞内部で蛍光の明滅が観測され、超解像画像の取得に成功した。また、従来法に比べて10分の1以下のレーザー強度での測定が可能であり、細胞への光毒性や蛍光色素の褪色が低減される。実際に、30秒間の測定を10分間隔で7回繰り返し測定し、1時間に渡る微小管のタイムラプスSLMに初めて成功した。また、レーザー強度が弱く一般的な蛍光色素では測定が困難だったスピニングディスク共焦点レーザー顕微鏡の使用も可能とし、ガラス面から離れた細胞深部に位置する核膜孔のSLMに成功した。26年度が最終年度であるため、記入しない。がん選択的な可視化及び光線力学的療法のいずれにおいても、がん部位に選択的に効果を発現させることが最も重要である。そのため、がん選択性を達成することができる分子骨格の探索・改良は重要な課題である。本年度の研究では、分子内スピロ環化平衡を示すローダミン誘導体群の合成及び評価により、ローダミン誘導体を種々の目的に対して高いS/N比を示す分子骨格として利用できることを示した。分子内スピロ環化平衡を示すローダミン誘導体をactivatableプローブとしてだけでなく、超解像イメージングプローブの分子骨格として評価した。その結果、従来の蛍光色素には見られないブリンキング特性を示すことが明らかとなり、開発した蛍光プローブを用いて従来必要であった添加物や高強度のレーザー強度に依らず、微小構造の超解像イメージングに成功した。蛍光プローブ及び光増感剤の開発を目指し、スピロ環化平衡を示すローダミンを分子骨格の最適化を目指す。ローミダミン誘導体の構造最適化により、組織透過性の高い650nm以上までの長波長化する。また、細胞透過性、細胞内局在性、細胞内滞留性についての知見を得る。また、
神経変性疾患患者の歯髄由来ｉＰＳ細胞とメタロチオネインを活用した薬物治療薬開発

神経変疾患患者の不要となった智歯の歯髄や血液の血球細胞からiPS細胞の作製を行った。筋萎縮性側索硬化症(ALS)モデル犬に犬歯髄細胞の移植を検討中である。亜鉛の調節タンパク質であるメタロチオネイン(MT)はALSの病態に重要な分子である。今回、MTと同じ亜鉛トランスポーターのZnTファミリーについて検索したところ、ZnT3とZnT6がALS群の脊髄において有意に低下しており、ALSの病態に深く関与していることが判明した。ALS患者のiPS細胞を活用して、ALSにおける亜鉛の病態を明らかにしている。神経変疾患患者の不要となった歯髄からiPS細胞を作製している。疾患によっては初期化抵抗性を示し、iPS細胞ができにくいものもあった。幸い、京都大学iPS細胞研究所の技術支援も受け、血液の血球細胞からもiPS細胞の作製を行っている。当初、歯髄細胞からiPS細胞から各種神経細胞に分化させ、治療薬として活用することを想定したが、採取した歯髄細胞に歯髄幹細胞が存在し、各種神経細胞に分化することが、細胞マーカーによって証明された。マウスの脊髄損傷の治療にヒト歯髄細胞が有効であることが報告されている。幸い我々の施設に筋萎縮性側索硬化症(ALS)モデル犬がおり、脊損モデル犬、ALSモデル犬に犬歯髄細胞の移植を考えた。脊損モデル犬において安全性は確かめられたが、実験方法の問題等からまだ明らかな有効性は確認できていない。メタロチオネイン(MT)のアイソフォーム(I/II, III)について、ALS患者のヒト脊髄とコントロール患者の脊髄における量をドットブロット法によって検査したが、検体数の不足もあって、有意差が出るまでには至っていない。一方、MTと同じ亜鉛トランスポーターのZnTファミリーにおいて、ZnT3とZnT6がALS群の脊髄において有意に低下していた。また、ZnTの脊髄における局在を解析したところ、運動神経を含む神経細胞に選択的に発現していることが明らかとなった。さらに、ALSモデルマウスの脊髄において、ZnT3とZnT6のタンパク質量に変化は認めらす、ALSにおけるZnT3とZnT6の減少は、単に神経脱落によるものではなく、ALSの発症・病態の進行に関与している可能性が示唆された。これらは貴重な所見と考えられ、論文準備中である。MT-III結合タンパク質についても3つが同定され、その特異性の解析が進んでいる。神経変性疾患患者のなかで、筋萎縮性側索硬化症(ALS) 4名、ハンチントン病(HD) 3名(huntingtin遺伝子のCAG配列の増大を確認済み)、ファール病(FD 6名から主に不要となった智歯の歯髄から歯髄細胞(DPC)を分離し、iPS細胞の樹立を行なった。我々はマウスiPS細胞から運動ニューロン細胞への分化誘導を試みているが、誘導はされるが効率が低く、改善を計っている。我々はメタロチオネイン(MT)-IIIcDNAの作用機序を機序を調べる目的で、結合タンパク質を超高感度タンパクネットワーク解析システムを用いて、3種の相互作用タンパク質の同定に成功した。さらに、解析プログラムNAGARAにより、MT-IIIに作用する低分子化合物を設計、合成した。そこで、MT-IIIと相互作用するタンパク質の同定とその機能解析を行い、さらにMT-IIIに作用する化合物を用いて、MT-IIIおよびその結合タンパク質の活性を調節することで、神経変性疾患に対する治療薬の開発を進めている。我々はまた、メタロチオネイン(MT)-IIIcDNAを組み込んだアデノウイルスを用いて頭部外傷モデルマウスの有効性とGAP-43の上昇を報告しているが、このことはMT-IIIが神経再生の過程で作用していることを示唆しており、今後、iPS細胞の分化誘導過程でその作用を検討する。我々はSOD1に変異を持つ犬(コーギー犬)を入手できた。マウスの脊髄損傷モデルでヒト歯髄細胞を移植することで効果を認めている。この自然発症の犬ALSモデルおいて、犬歯髄細胞移植療法で効果が認められれば、ヒト臨床応用への大きな道筋が開かれるALS患者の歯組織からiPS細胞の作製、分化誘導と平行して、犬ALSモデルを用いて再生治療を進めており、まず、ALSに関する新たな創薬を提言してゆく。これらの手法は他の神経変性疾患患者の治療に役立つもの考えられる。幸い、京都大学iPS細胞研究所の技術支援も受け、血液の血球細胞からもiPS細胞の作製も行っている。

幸い我々の施設に筋萎縮性側索硬化症(ALS)モデル犬がおり、脊損モデル犬、ALSモデル犬に犬歯髄細胞の移植を考え、犬歯髄細胞投与の動物実験の申請中である。メタロチオネイン(MT)のアイソフォーム(I/II, III)について、ALS患者のヒト脊髄とコントロール患者の脊髄における量をドットブロット法によって検査したが、検出方法の問題、検体数の不足もあって、有意差が出るまでには至っていない。一方、MTと同じ亜鉛トランスポーターのZnTファミリーについて検索したところ、ZnT3とZnT6がALS群の脊髄において有意に低下していた。また、ZnTの脊髄における局在を解析すると、運動神経を含む神経細胞に選択的に発現していることが明らかとなった。さらに、ALSモデルマウスの脊髄において、ZnT3とZnT6のタンパク質量に変化は認められず、ALSにおけるZnT3とZnT6の減少は、単に神経脱落によるものではなく、ALSの発症・病態の進行に関与している可能性が示唆された。この研究成果は英文誌J. Neurological Res (2015)に発表した。MT-III結合タンパク質についても3つが同定され、その解析も終了し、英文誌に論文投稿を準備中である。薬物治療学疾患により歯髄細胞からiPS細胞の作製には手間取ったが、京都大学iPS細胞研究所の技術支援も受け、血液の血球細胞からもiPS細胞の作製も並行して行っている。またiPS細胞作製し、分化誘導させなくても、自家歯髄細胞を持いて、治療に使えることが判明し、長期間を必要としないで、計画達成のための迂回路が見い出せた。ALS患者のヒト脊髄の収集には苦労しているが、引き続き剖検ヒト脊髄の収集とメタロチオネインの検索を行っている。同種亜鉛結合蛋白、トランスポーターのZnTで、アイソフォームのZnT-3、ZnT-6がALS患者脊髄で有意な低下を認めたことは重要な所見である。亜鉛がALSの病態に深く関与することはこれまでの研究から推測はされてきたが、分子レベルで詳しい実態が明らかになったことはその意義は大きい。今後、我々が見出した脊髄の亜鉛増加との関連に関心が持たれる。とくにZnT-3は脳に局在し、シナプス小胞内への亜鉛輸送に機能している。ZnTの発現低下は、小胞体ストレスを惹起することが報告されており、ALSにおける亜鉛を基軸とした病態解明に大いに寄与する。病初期に関連することが示唆された。MT-III結合タンパク質についてもその特異性の証明に難渋してはいるが、免疫沈降法を工夫しながら解析を進めている。これらが明らかになれば、MTの作用機序の解明に大いに貢献する。以上、当初の予測よりはかなり難渋するも、迂回路も見い出し、またserendipity的な発見も行いながら、ALSをはじめとする神経変性疾患における治療薬開発という当初の最終目標に確実に向かって進んでいる。現在、各神経変性疾患患者のiPS細胞は作製中で、アルツハイマー病(AD)、パーキンソン病(PD)等の神経変性疾患患者のiPS細胞の作製も行っている。ALS、HD、FDに関しては順調にiPS細胞の作製が進んでいる。運動ニューロンへの分化誘導は効率が低い。
咬合支持数の減少に伴う主咀嚼部位の変化

主咀嚼部位は咬合支持数が減少するのに伴い,前方歯である小臼歯群に移行する傾向が認められた.また,咀嚼能力評価については,主咀嚼部位が小臼歯群に位置している場合の方が,大臼歯群の場合よりも低いスコアを示す傾向にあった.主咀嚼部位は咬合支持数が減少するのに伴い,前方歯である小臼歯群に移行する傾向が認められた.また,咀嚼能力評価については,主咀嚼部位が小臼歯群に位置している場合の方が,大臼歯群の場合よりも低いスコアを示す傾向にあった.これまでの研究で、硬い食品咀嚼時に主に機能する部位があること、その部位は最も緊密な咬合関係を示す部位に一致していること、咬合の変化に伴って隣在歯あるいは同一歯牙の他の部位に移動することが明らかになっている。本研究では、他の部位に比べて、おもに咀嚼に使われる部位を主咀嚼部位として特定し咬合支持数ごとに分類をすることで、どの程度の咬合支持の喪失から咀嚼部位が補綴装置上にくるのか、さらに欠損を放置すると咀嚼部位はどの様にさだめられているのかを明らかにするため、咀嚼部位と咬合支持数の変化についての検討を行うことを目的とした。本研究では主咀嚼部位と咬合支持数の関係を明らかにするために被験者の口腔内環境を口腔内チャートからアイヒナーの分類つまり咬合支持の有無を分析し、主咀嚼部位と照らし合わせる。現在、120名の被験者よりデータを収集し、さらにより多くのデータを収集していく予定である。咬合支持数が減少し、主咀嚼部位が変化したときには、顎口腔機能にどのような変化をもたらすのかを調べるために得られたデータ(口腔内チャート、アンケート調査より主咀嚼部位と咬合支持数の関係を分析している。おもに口腔内チャートから得られた主咀嚼部位と咬合支持数の関係の分析は、2007年度12月の日本補綴歯科学会東海支部で報告した。さらに、これからは筋活動などから顎口腔機能と主咀嚼部位と咬合支持数の関係の影響を明らかにしていく予定である。【目的】硬い食品の咀嚼時には,主咀嚼部位、あるいは主機能部位と呼ばれる部位が存在することがわかっている。しかし,咬合支持が減少した場合に,有床義歯を用いて補綴治療を行ったとしても,主機能部位がもとのように第一大臼歯部に存在するのか,あるいは別の部位に移動するのかについては,いまだ不明な部分が多く残されている.そこで本研究では,咬合支持の減少を可撤性有床義歯で補綴処置した場合に,主機能部位がどこに存在するのかについて,さらに主機能部位と咀嚼能力との関係について明らかにすることを目的とした.【方法】被験者はEichner分類A1,およびB1B4, C1C3に属する者の中で欠損部位が可撤性有床義歯により補綴されている者の計102名を選択した.主機能部位の判定は,長さ4mmのストッピング片を用いて1回の噛みしめを行わせた後,歯列上におけるストッピングの位置をもって主機能部位と判定した,得られた結果より, Eichner分類のコードと主機能部位との関連性について分析を行った.また,各被験者に対して主観的評価に基づく咀嚼能力に関するアンケート調査を行い,主機能部位との関連性について分析を行った.このアンケートは,咀嚼することが可能か否かを質問し,得られた回答を点数化したものである.【結果と考察】A1では主機能部位の多くが第一大臼歯部に認められたが, B群, C群と咬合支持数が減少するのに伴い,前方歯である小臼歯群に主機能部位が移行する傾向が認められた.この傾向はC1で特に顕著であった.Eichner分類コードと主機能部位との間には統計的に関連性が認められた(Chisquaretest ; p<0.05).また,咀嚼能力評価については,主機能部位が小臼歯群に位置している場合の方が,大臼歯群の場合よりも低いスコアを示す傾向にあり,両群間に有意差が認められた(Studentt-test ; p<0.01).
アポトーシス誘導キメラ抗体と樹状細胞を用いた癌免疫療法

我々が作製したヒト・マウスキメラ抗erbB-2抗体(CH401)の誘導するアポドーシスのメカニズムを明らかにするために、CH401抗体が各MAPKカスケー卜にどのように影響を与えるかを検討した。MAPKカスケードには代表的なものに、増殖因子によって活性化され、増殖や生存シグナルを伝達するERK経路と、炎症性サイトカインやストレスによって活性化され、アポトーシスを誘導するJNK経路の2つがあるが、それぞれの経路についてCH401投与後の活性の変化について検討している。erbB-2高発現細胞株SV22にCH401キメラ抗体を加え、JNKの活性化を18時間後まで時間経過を追って観察した。経過中JNK蛋白の発現量に変化はなかったが、kinase assayではerbB-2高発現細胞株SV22で、2時間後からJNKの活性化が認められ、18時間後もJNKの活性化が認められた。コントロールの細胞ではJNKの活性化は認められなかった。次にERK経路に与える影響を検討した。活性化ERKを認識するリン酸化特異抗体を用いたWestern blot法でERKのキナーゼ活性を検討したところ、SV22にCH401を加えてもERKの蛋白発現量は変化しなかったが、ERKのキナーゼ活性は抗体添加8時間後から低下した。これらの結果からCH401はアポトーシスに向かうJNK経路を活性化するが、細胞増殖に向かうERKを抑制することが示唆された。また最終的にアポトーシスを誘導するcaspase3を活性化する機構には、ミトコンドリア損傷により放出されたチトクロームCを介して活性化されるcaspase9と、TNF-αやFasに結合するdeath receptorを介して活性化されるcaspase8の2つの経路があるが、CH401はどちらの経路を介してアポトーシスを誘遵するのか検討中である。さらに、抗体と樹状細胞を用いた免疫療法を展望し、我々が作製したヒト・マウスキメラ抗erbB-2抗体(CH401)のアポトーシス誘導のメカニズムを検討した。erbB-2高発現細胞株SV22にCH401キメラ抗体を加え、JNKの活性化を観察したところ、経過中JNK蛋白の発現量に変化はなかったが、kinase assayではerbB-2高発現細胞株SV22で、2時間後からJNKの活性化が認められ、18時間後もJNKの活性化が認められた。次にERK経路に与える影響を検討する目的で、活性化ERKを認識するリン酸化特異抗体を用いたWestern blot法でERKのキナーゼ活性を検討したところ、ERKのキナーゼ活性は抗体添加8時間後から低下した。これらの結果からCH401はアポトーシスに向かうJNK経路を活性化し、細胞増殖に向かうERKを抑制することによりアポトーシスを誘導していることが明らかにされた。
動脈硬化予防に果たす高密度リポタンパク質レセプターの役割と関連する食事因子

血中の高密度リポタンバク質(HDL)と心筋梗塞や動脈硬化の発症との間には、負の相関があることはよく知られている。HDLは末梢組織の余剰のコレステロールを引き抜き、肝臓に逆輸送する機能(reverse cholesterol transport)を担っている。HDLには低密度リポタンパク質(LDL)と同様にHDLに特異的な細胞膜レセプターの存在が示唆されている。しかし、未だに決定的な証拠に乏しいのが現状である。これを解明するためには、コレステロールの最終運搬場所である肝臓細胞膜のHDL-レセプターの同定とその分子解明が必要である。そこで、HDLの主要アポタンパク質であるアポAlをDNP化して、リガンドブロッティングを行う、迅速かつ簡便なHDL-レセプターの検出法を開発し、比較検討した。モデル動物として、HDLが少なくLDLが多い点でヒトと似ているウサギを用いた。0.5%コレステロール添加食で5週間飼育したウサギは、コントロールに比べ血清総コレステロールで約40倍、HDL-コレステロールで約3倍に増加した。また、10%ペクチン添加食で5週間飼育したウサギは、コントロールに比べHDL-コレステロールで約1.2倍に増加した。0.5%コレステロール添加食ウサギ肝臓のHDL-レセプターの発現は、コントロールに比べ2倍以上増加した。これは、末梢組織の余剰のコレステロールを肝臓に逆輸送し、異化させるためのアップレギュレーションが働いたと考えられる。また、10%ペクチン添加食ウサギ肝臓のHDL-レセプターの発現は、0.5%コレステロール添加食ウサギと同様に増加した。これは、食物繊雑であるペクチンがHDL-レセプターの発現を増加させ、動脈硬化を予防することを示唆している。食物繊維摂取で肝臓の胆汁酸中間代謝物に変動を及ぼすのかもしれない。したがって、胆汁酸の中間代謝物(7α-ヒドロキシコレステロール等)がHDL-レセプターの転写調節因子に関与しているのではないかと考えられる。食物繊維を添加するとHDL-レセプターが高進することから、これがどのような機序によるのかを解明し、抗動脈硬化作用との関連について検討していきたい。高密度リポタンパク質(HDL)が、心筋梗塞、動脈硬化を抑制することはよく知られている。その機構について、HDLのreverse-cholesterol transportメカニズムが提唱されているが、その実体は不明のままである。そこで、HDLの主要アポタンパク質であるアポA-IをDNP化して、リガンドブロッティングを行う、迅速かつ簡便なHDL-レセプターの検出法を開発し比較検討した。昨年度までの検討から、0.5%コレステロール添加食でウサギを5週間飼育すると、肝臓のHDL-レセプターの発現は、コントロールに比べ2倍以上増加することがわかった。また、10%ペクチン添加食でウサギを5週間飼育すると、肝臓のHDL-レセプターの発現は0.5%コレステロール添加食のウサギと同様に、コントロールと比べ2倍以上増加した。これは、食物繊維であるペクチンが、HDL-レセプターの発現を増加させ、動脈硬化を予防することを示唆している。そこで、さらにHDL-レセプターを高進する食事因子を解明することにより、動脈硬化を予防できるのではないかと考えた。本年度は、0.5%コレステロール添加食、10%ペクチン添加食、10%ペクチン+0.5%コレステロール添加食、5%コーン油添加食、5%コーン油+0.5%コレステロール添加食、コントロール食の6群でウサギを5週間飼育し、HDL-レセプターの発現を調べた。その結果、0.5%コレステロール添加食、10%ペクチン添加食ウサギの肝臓のHDL-レセプターの発現は、昨年までと同様に増加した。しかし、食物繊維であるペクチンとコレステロールとの併用ではウサギの個体差が大きく、はっきりとしたデータが得られなかった。来年度は、実験方法の再検討を行い、また、ウサギの数を増やして研究を進めたい。

0.5%コレステロール添加食ウサギ肝臓のHDL-レセプターの発現は、コントロールに比べ2倍以上増加した。これは、末梢組織の余剰のコレステロールを肝臓に逆輸送し、異化させるためのアップレギュレーションが働いたと考えられる。また、10%ペクチン添加食ウサギ肝臓のHDL-レセプターの発現は、0.5%コレステロール添加食ウサギと同様に増加した。これは、食物繊雑であるペクチンがHDL-レセプターの発現を増加させ、動脈硬化を予防することを示唆している。食物繊維摂取で肝臓の胆汁酸中間代謝物に変動を及ぼすのかもしれない。したがって、胆汁酸の中間代謝物(7α-ヒドロキシコレステロール等)がHDL-レセプターの転写調節因子に関与しているのではないかと考えられる。食物繊維を添加するとHDL-レセプターが高進することから、これがどのような機序によるのかを解明し、抗動脈硬化作用との関連について検討していきたい。
ナノ構造をもつ導電性高分子/無機磁性体複合体の合成と機能

本研究では、水酸化銅化合物に代表される層状二次元磁性体と、導電性高分子のナノ複合体の合成に挑戦し、その磁気的・電気的な特性を明らかにすることを目的とした。無機磁性体と有機化合物の複合体の例にはこれまで、金属イオンや金属クラスターと、テトラチアフルバレン(TTF)誘導体などの結晶性の低分子化合物が用いられてきた。これらは構造を共結晶として構築する手法であり、原理的に高分子化合物に適用するのは難しい。そこで、水溶性の導電性高分子としてポリチオフェンの誘導体をもちいて、ナノ構造をもつ水酸化銅化合物と導電性高分子複合体の合成と構造評価の方法を確立することを試みた。前年度までに、ポリアクリル酸ナトリウムの層間への置換には成功し、その磁気的特性を明らかにすることに成功したが、電子伝導性を有する有機化合物への置換は困難であることがわかった。そこで、ポリマーよりもより置換が容易であることが期待される新規な水溶性オリゴチオフェンの合成を行った。これらは、チオフェン四量体の末端、または側鎖にカルボキシル基を有する物質であり、置換に成功したポリアクリル酸との構造の類似性から設計した。カルボキシル基の数を24個に変化させ、また置換基の位置を変えて様々な化合物の合成を行った。これらの物質の水酸化銅化合物への導入を試みたが、置換は起こらなかった。これは、オリゴチオフェン構造の剛直性や、物質の水への溶解性の低さが影響しているものと考えられる。一方、これらの合成の中で派生した新規な両親媒性オリゴチオフェンは液晶性を示し、新しい電子材料への展開の可能性を示した。まず、合成に時間のかかる機能性高分子を用いる前に、モデル化合物として入手の容易なポリアクリル酸ナトリウムを用いて高分子の置換を試みた。具体的には、層状水酸化銅化合物とポリマーを水溶液中で混合することで、ポリマー/無機複合体を得た。その結果、X線回折のパターンの変化が見られ、確かに高分子が置換した複合体を得ることができた。この反応は、高分子が関与する反応としては驚くほどスムーズに進行している。この結果は、実際に機能性高分子を置換する際の大きな手がかりとなると考えた。そこで、同じくカルボン酸を有する水溶性のポリチオフェンを合成した。具体的には、エステル基を有するチオフェンモノマーを酸化鉄により酸化重合させ、得られたポリマーをアルカリ条件により加水分解することで、水溶性のポリマーを得た。これを、上記のアクリル酸と同様に層状水酸化銅化合物と混合することにより複合化を試みた。しかし、条件によっては若干の複合化が得られるものの、無機物質の安定性の問題もあり、完全な複合体を得ることはできなかった。これは、ポリマーの剛直性に起因するものと考えられ、今後はこれらの知見を生かしたポリマー設計が求められることがわかった。無機磁性体と有機化合物の複合体の例にはこれまで、金属イオンや金屑クラスターと、テトラチアフルバレン(TTF)誘尊体などの結品性の低分子化合物が用いられてきた。そこで、水溶性の導冠晦高分子としてポリチオフェンの誘導体をもちいて、ナノ構造をもつ水酸化銅化合物と導電性高分子複合体の合成と構造評価の方法を確立することを試みた。前年度までに達成した、ポリアクリル酸ナトリウムを用いて高分子の置換を行った系において、さらにその物性について検討した。X線回折の結果から、ポリマーの挿入後において、層状構造に対応するd値が9.36Åから12.30Åに拡張していることが分かった。TG/DTAの測定の結果、得られたポリマー/水酸化銅の組成はCu_2(OH)_3(CH_2CHCOO)_<0.98>・1.7H_2Oと見積もられた。電子顕微鏡による観察により、ポリマー挿入後においても板状の結晶形状を保っていることが分かった。これらの結果から、ポリアクリル酸が酢酸イオンと置換して層状構造のナノ複合体を形成していることがわかった。さらにどの程度の分子量のポリマーが挿入されているかを明らかにするため、ナノ複合体から抽出したポリアクリル酸をポリアクリル酸メチルに変換し、GPCにより分子量の測定を行った。その結果、混合したポリマーの分子量よりも顕著に低分子量のものが挿入されていることがわかった。これは、分子量が大きすぎるものは挿入が起こりにくいことを示している。最後に、ナノ複合体の磁気特性をSQUIDにより検討した。

その結果、置換前は層内でθ=+16.8Kの強磁性的相互作用が見られたのに対し、ポリマー挿入後はθ=・36.6Kの反強磁性的相互作用へと変化していることが明らかとなった。本研究では、水酸化銅化合物に代表される層状二次元磁性体と、導電性高分子のナノ複合体の合成に挑戦し、その磁気的・電気的な特性を明らかにすることを目的とした。無機磁性体と有機化合物の複合体の例にはこれまで、金属イオンや金属クラスターと、テトラチアフルバレン(TTF)誘導体などの結晶性の低分子化合物が用いられてきた。これらは構造を共結晶として構築する手法であり、原理的に高分子化合物に適用するのは難しい。そこで、水溶性の導電性高分子としてポリチオフェンの誘導体をもちいて、ナノ構造をもつ水酸化銅化合物と導電性高分子複合体の合成と構造評価の方法を確立することを試みた。前年度までに、ポリアクリル酸ナトリウムの層間への置換には成功し、その磁気的特性を明らかにすることに成功したが、電子伝導性を有する有機化合物への置換は困難であることがわかった。そこで、ポリマーよりもより置換が容易であることが期待される新規な水溶性オリゴチオフェンの合成を行った。これらは、チオフェン四量体の末端、または側鎖にカルボキシル基を有する物質であり、置換に成功したポリアクリル酸との構造の類似性から設計した。カルボキシル基の数を24個に変化させ、また置換基の位置を変えて様々な化合物の合成を行った。これらの物質の水酸化銅化合物への導入を試みたが、置換は起こらなかった。これは、オリゴチオフェン構造の剛直性や、物質の水への溶解性の低さが影響しているものと考えられる。一方、これらの合成の中で派生した新規な両親媒性オリゴチオフェンは液晶性を示し、新しい電子材料への展開の可能性を示した。