hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アルファ線を利用した治療の研究

癌の放射性同位元素内用療法に使用可能なアルファ線放出核種のうち、アスタチン211(半減期7時間)は大型加速器で製造され、わが国の現行の法規制上も公衆への安全が担保され、研究・臨床に供することが出来る。今後の研究の発展には、加速器を用いるアルファ線核種の製造技術の確立、規制緩和による利用推進、研究施設への配布が、有用である。腫瘍特異的な抗体を、ベータ線放出核種であるイットリウム90(半減期3日)標識し、腫瘍移植マウスに投与、その治療効果を検討した。これらの抗体・腫瘍系は、アルファ線核種によるがん治療の基礎検討に応用できる。アルファ線放出核種であるラジウム223(半減期11日)が、骨転移を有する進行した前立腺がんの治療薬として、2013年に米国、欧州で承認され、臨床応用が始まった。本研究では、ラジウム223以外の他のアルファ線核種の有用性とその利用推進策について、外国の実情を調査し、欧米と比較検討した。いくつかのアルファ線放出候補核種のうち、アスタチン211は物理的半減期7時間という適当な半減期を有し、大型加速器で製造できること、77keVと92keVの2本のガンマ線を放出しその体内分布を画像化できること等により、臨床応用が期待される。わが国における法的規制を考えるため、これまでの放射性同位元素内用療法に関する厚労省通知等にならい、アスタチン211治療によって一般人、家族が受ける被ばく線量を求めた。患者の最大投与量をこれまでの外国でのデータから347MBqとし、わが国で年間最大5千人がアスタチンを用いた治療を受け、患者に投与した放射能量の全てが河川に流出すると仮定した場合、一般公衆への内部被ばく線量は、年間1.44マイクロシーベルトと計算される。また患者の体内残留放射線量からの外部被ばく線量は,全て体内に残存し、物理的半減期によってのみ減少するとの仮定でも、1MBq当たり0.094マイクロシーベルトで、患者家族、一般公衆等への影響は、極めて少ない。わが国の現行の法規制上も公衆への安全が担保され、研究・臨床に供することが出来る。原子炉の医学利用が困難なわが国においては、大型加速器を使ったアルファ線核種の大量製造技術の確立、規制緩和による利用推進、研究施設への配布が、今後の研究の発展に欠かせない。放射性同位元素(RI)を用いる病気の治療(RI内用療法)は、RIによる内部被ばくを利用したもので、甲状腺がん、骨転移による疼痛緩和、悪性リンパ腫治療などに応用されている。これまで用いられているRIは、ヨウ素131、ストロンチウム89、イットリウム90、ルテチウム177など、いずれも専らベータ(β)による細胞障線作用に基づく。一方、アルファ線(α)は飛程が短く、高いエネルギーを与えるため、DNAを切断しやすく、細胞障害作用が強い。高LET(線エネルギー付与:単位長さ当たりに局所的に与えられるエネルギー量)を示し、ICRPでは放射線加重係数と、β線の20倍として計算されている。飛程が短いために、α線核種はこれまでのβ線核種に比べ、患者への副作用が少なく、治療効果が高いと期待される。実際、骨転移による疼痛緩和には、現在我が国ではストロンチウム89(半減期50日)が臨床応用されているが、欧米でα線核種であるラジウム223(半減期11日)によるRI内用療法で優れた臨床結果が報告された。いくつかのα線核種のうち、その生物学的性質、化学的性質、物理的半減期からラジウム223とアスタチン211が、臨床的に最も有用だと考えられた。そこで本研究ではα線による治療の基礎検討を行うとともに、欧米からの文献に基づいて臨床応用する場合を想定して我が国の法規制について検討した。治療に要する投与量はの場合、公衆への放射線影響は認められない。アスタチン211は半減期が7時間と短いが、加速器で製造できること、ヨウ素とよく似た化学的性質を有していることから、1褐色細胞腫の診断・治療に応用されるMIBG(Meta-iodo-benzyl guanidine)2放射性ヨウ素標識、イットリウム90標識可能な抗体を選択した。α線治療について、欧米では研究、臨床応用が活発に行われており、わが国でも基礎研究、臨床研究が急がれることが明らかとなった。α線治療の法規制、α線標識する化合物、抗体などの準備が順調に進んでいる。しかし製造されたアクチニウム211の本研究への利用はまだ着手できていない。1)加速器を用いてアスタチン211を製造。アスタチン211による細胞障害作用をみる。

大腸がんと反応する抗体をアスタチン211標識。得られたアスタチン標識抗体の安定性、対応する大腸がん細胞との結合率より、アスタチン標識方法の有効性を検討する。2)同じように悪性リンパ腫と反応する抗体をアスタチン211標識し、得られた標識抗体の細胞結合性から、標識方法を検討する。アスタチン211標識抗体と悪性リンパ腫細胞を混和し、悪性リンパ腫細胞の生存率から、本標識抗体の有用性を調べる3)上記大腸がん抗体、悪性リンパ腫抗体をイットリウム90で標識し、がん細胞との結合率、細胞障害作用などをみた研究結果をさらに検討。これまでのβ線放出イットリウム90標識抗体とα線放出アスタチン211標識抗体とを比較検討し、がん治療における有効性の基礎資料とする。5)α線利用の法的測面についてさらに検討する。1)細胞培養に必要な化学試薬、放射性物質の購入2)欧米の学会におけるα線利用に関する資料の収集、情報交換
XI/XXVII型コラーゲンの軟骨特異的発現調節機構の解明と軟骨再生への応用

軟骨細胞におけるXI型コラーゲン遺伝子の転写調節機構を解析した結果、基本プロモーター領域におけるNF-Yの結合が示唆され、ドミナントネガティブ発現によりプロモーター活性の低下が示された。更なる解析により、GC配列の重要性が示され、Sp1が関与していることが強制発現とKD実験により示された。以上の結果は、軟骨細胞のXI型コラーゲン遺伝子の転写調節がNF-YとSp1で制御されている事を明らかにした。線維性コラーゲン分子は、骨格形成の主役であり、軟骨では、II、XI、XXVII型コラーゲンが発現し、機能的に働いている。一方、未分化間葉系幹細胞が組織特異的シグナルを受けた後、骨、軟骨などに分化し、組織や器官を形成する。加えて、細胞の分化過程において、組織特異的な細胞外マトリックス分子が発現し、これらの分子が細胞の足場として機能するだけでなく細胞分化の道しるべとして細胞に働きかけていることが明らかになりつつある。申請者は、軟骨に特異的に発現しているXI型コラーゲンα1鎖及びXXVII型コラーゲンα1鎖遺伝子に着目し、これら分子の軟骨特異的発現調節機構について検討した結果、これまで報告されていない軟骨特異的活性領域を発見した。本研究では、この活性領域に関与する調節因子を同定し、その作用機序および軟骨分化機構を明らかにすることを目的とする。最近同定したXI型コラーゲンα1鎖に存在する軟骨特異的エンハンサー領域に関与する転写活性化因子の機能について、1:XXVII型コラーゲンの軟骨発現に関与している基本プロモーターの解析2:エンハンサー活性発現に重要な結合配列及び因子を同定及び機能解析3:トランスジェニックマウスを作製し、個体レベルでの発現パターンの解析生体内タンパク質の約3割を占めるコラーゲン分子は、組織形成、機能発現に重要な役割を演じている。その中で線維性コラーゲン分子は骨格形成の主役であり、骨ではI, V, XXIV型、軟骨ではII, XI, XXVII型コラーゲンが主成分として構成されている。申請者は、軟骨に特異的に発現しているXI型コラーゲンα1鎖およびXXVII型コラーゲンα1鎖遺伝子に着目し、軟骨特異的発現調節機構について検討した。これまでにXI型コラーゲンα1鎖の基本プロモーターを解析し、転写因子NF-Yが軟骨細胞において、転写活性を正に制御していることを見出した。この基本プロモーター領域について更なる解析を行ったところ、NY-Fの結合部位以外にもこの遺伝子の転写を調節している事を見出した。そこで、予測される転写調節領域に変異を加えたルシフェラーゼコンストラクトを作製し軟骨細胞における活性を調べた結果、GC配列が転写調節に必要であった。そこでこの領域に関与する転写因子を検討したところ、転写因子Sp1が示唆された。そこで、Sp1発現ベクターおよびノックダウンベクターを用いて機能解析を行った結果、転写因子Sp1が、XI型コラーゲンα1鎖遺伝子の転写活性を正に制御していることを確認すると共に、Chipアッセイによりこの転写因子が、軟骨細胞の基本プロモーター領域に結合していることも証明した。これらの結果から、XI型コラーゲンα1鎖遺伝子の発現は、NF-YだけでなくSp1においても制御されていることが明らかとなった。申請者は、XI型およびXXVII型コラーゲン遺伝子のエンハンサー領域の解析を行い、軟骨特異的調節領域の同定を試みた。その結果、XI型コラーゲン遺伝子に関しては、強いエンハンサー活性領域1箇所と、弱いエンハンサー領域1箇所、そして、強いサイレンサー領域を1箇所見出した。一方、XXVII型コラーゲン遺伝子に関しては、軟骨特異的に機能しているプロモーター領域に関与している転写因子の結合部位を同定しつつあるだけでなく、軟骨特異的エンハンサー領域に必須な結合配列も見出した。27年度が最終年度であるため、記入しない。分子生物学本研究計画では、XI型及びXXVII型コラーゲンに存在する軟骨特異的エンハンサー領域に関与する転写調節機構について、1:XXVII型コラーゲン遺伝子の基本プロモーター領域の解析2:XI型及びXXVII型コラーゲン遺伝子のエンハンサー領域の解析3:XI型及びXXVII型コラーゲン遺伝子発現の個体レベルでの解析を行う。1:初年度において、XXVII型コラーゲン遺伝子の基本プロモーター解析を進めてきた結果、その基本転写領域は、同定できたが、関与する転写因子の同定には至っていない。そこで、本年度も引き続き、プロモーター活性に関与する転写因子の同定を目指す。2:XI型及びXXVII型コラーゲン遺伝子のエンハンサー領域の解析を行った結果、目的となるエンハンサー領域が見い出されつつある。本年度も引き続き、関与する因子の同定を行う。3:更に、個体レベルでの解析を行うために、トランスジェニックマウスの作製を行う。
大動脈解離の発症機序におけるNa+/Ca2+交換体の関与

急性大動脈解離の発症機序を解明するために、急性大動脈解離症例の大動脈壁中膜平滑筋細胞のNa+/Ca2+交換体(NCX1)発現とアポトーシスおよび壁の力学特性を評価した。急性解離症例の大動脈壁は、非解離正常例に比べ壁ひずみ量が高く、この増加に壁弾性線維の減少が関係していた。中膜平滑筋細胞のアポトーシスがこの壁弾性線維の減少に関連している可能性があるが、Na+/Ca2+交換体(NCX1)の発現は関係していなかった。1.NCX1の免疫組織化学染色に関する基礎的検討:大動脈中膜のパラフィン標本でのNCX1発現の可能性を検討する目的で、大動脈解離症例を用いて種々の抗原賦活法について検討した。抗原賦活法はPronase, Microwave処理およびCan Get Signal処理法を用いた。未処理標本では一部の中膜平滑筋細胞がNCX1弱陽性を示したが、間質の非細胞組織も非特異的に染色された。PronaseおよびMicrowave処理では平滑筋細胞のNCX1発現はむしろ低下し、ほとんどの細胞が陰性化した。一方、Can Get Signal処理法では中膜平滑筋細胞がNCX1陽性を示し、背景の間質組織成分の染色性が減弱した。このことから、NCX1のパラフィン標本での抗原賦活法としてはCan Get Signal処理法が最適であることが判明したので、以後の免疫染色ではCan Get Signal処理法を用いることとした。2.大動脈解離中膜におけるNCX1の免疫組織化学的検討:急性大動脈解離(5例)と粥状硬化性大動脈瘤(5例)との間で中膜平滑筋細胞のNCX1発現を免疫組織化学的に比較検討した。急性大動脈解離症例は解離部と非解離部に分けて検索した。20倍視野当りのNCX1陽性細胞の出現率は、急性大動脈解離症例の解離部:22.2±8.31%、非解離部:27.6±4.82%、粥状硬化大動脈瘤症例:24.0±9.56%であり、これらの間に有意差は見られなかった。しかし、嚢状中膜壊死部とその周囲の変性細胞はNCX1陰性であった。以上から、大動脈中膜平滑筋細胞にはNCX1が発現し、嚢状中膜壊死部の変性細胞でその発現が消失することが明らかになった。1.中膜平滑筋細胞におけるNCX1mRNAの発現:急性大動脈解離(8例、平均年齢:66.7±13.5歳)と粥状硬化性大動脈瘤(8例、平均年齢:74.8±8.72歳)との間で中膜平滑筋細胞のNCX1mRNAの発現をPT-PCR法で比較検討した。mRNAの発現量は、ハウスキーピング遺伝子にGAPDHを用いて、ddCt法で算出した。中膜組織のNCX1mRNA発現量は、急性大動脈解離で2.37±2.59、粥状硬化性大動脈瘤で4.69±4.21であり、両者の間に有意の差は見られなかった。2.アポトーシスに関する電顕的観察:手術で摘出された急性大動脈解離例(74歳、男性;77歳、女性)の中膜をグルタール固定し、電顕的に観察した。核と細胞質が濃縮し、核クロマチンの網状構造がなくなったアポトーシスを示唆する中膜平滑筋細胞が少数観察された。3.大動脈解離例の大動脈壁力学特性の評価:手術で摘出された大動脈解離例(52歳、男性)の大動脈壁(AD)と剖検例(糖尿病性腎症、58歳、男性)から得られた非動脈硬化大動脈壁(N)の単軸伸展試験を行い、応力-ひずみ曲線と平均接線係数から壁力学特性を検討した。血管壁の応力-ひずみ曲線は、Nではひずみ0.4付近から曲線が急激に上昇したのに対し、ADではあまり増加しなかった。そこで、血管壁を中膜と内膜+中膜の2層にわけて検討したところ、中膜ではADの平均接線係数はNに比べ若干小さかったのに対し、内膜+中膜ではADの平均接線係数はNの約1/5であった。このことから、ADの内膜組織における伸展性の増加が解離発生の原因の一つである可能性が示唆された。Na+/Ca2+交換体(NCX1)とアポトーシス関連蛋白の免疫組織化学的検討:手術で得られた大動脈組織を10%緩衝ホルマリンに固定し、パラフィン連続切片を作製した。抗NCX1抗体、抗cleaved caspase 3抗体、抗cleaved actin抗体を用いて免疫染色し、光顕および免疫組織化学的に観察した。急性解離(AD)例の大動脈中膜には弾性線維の断裂部が観察され、その部の平滑筋細胞には核と細胞質が濃縮した細胞がみられた。

この部では、免疫組織化学的にcleaved caspase 3またはcleaved actin陽性の細胞が出現していた。しかし、NCX1陽性平滑筋細胞は、弾性線維の断裂部に関連なく大動脈中膜全体に認められた。解離大動脈壁の力学特性の評価と壁構成成分との関連:急性解離(AD)群(スタンフォードA型、8例、71.2±12.0歳)と剖検で得られた非解離正常(NC)群(8例、71.5±11.1歳)の上行大動脈から動脈硬化性病変のない動脈壁を採取した。標本を2片に分け、1片は単軸伸展試験機にかけ、応力ーひずみ関係を調べた。他の1片はパラフィン包埋後、連続切片を作製し、Picro-Sirius染色とMovat染色を施行した。それぞれ、1mm幅の血管壁画像をコンピューターに入力し、デジタル画像ソフトを用いて、壁全面積に対するエラスチン、コラーゲン、プロテオグリカンおよび平滑筋細胞の占める面積の割合を算出した。壁伸展性を応力50KPaのひずみ量で比較すると、AD群のひずみ量はNC群に比べ有意に高かった。エラスチン量はAD群でNC群に比べ有意に低下し、プロテオグリカン量は有意に増加していた。一方、コラーゲン量と平滑筋細胞量については両群間に差が見られなかった。急性大動脈解離例の中膜筋細胞にアポトーシスを確認し、力学的にはより伸展性が高いことを見出したが、中膜におけるNCX1mRNAの発現量に急性大動脈解離と粥状硬化性大動脈瘤の間に有意な差が得られなかった。24年度が最終年度であるため、記入しない。急性大動脈解離例の血管壁の力学的性質が、中膜より内膜においてより高い伸展性が認められたことから、血管壁を内膜と中膜にわけて力学的評価とNCX1mRNA、蛋白質の発現量を解離例と非解離例との間で比較検討する。ことに内膜におけるNCX1の発現量と力学的性状との関係にフォーカスをあて調べる。
マウス脳皮質形成過程の発現プロフィール解析

海馬歯状回は、小脳皮質と共通した性質をもっている。たとえば、小脳皮質の顆粒細胞を歯状回に移植すると歯状回型の顆粒細胞に分化する。両者の形成過程の遺伝子発現の類似性を想定し、発現プロファイルを比較検討した(なお、マウス小脳皮質の詳細な発現プロファイルについては昨年報告している)。約2000個の遺伝子の発現量をアダプター付加競合PCR法で生後2日、4日、12日、3週、6週の6点で測定を行い、クラスター分析を行った。小脳皮質の場合と同様十数個の限られた発現パターンに収斂した。それぞれの遺伝子の機能とパターンとの関係を調べてみると、小脳皮質の場合は、発生の初期に細胞増殖関連の遺伝子の発現が強く、後期に神経細胞の機能に携わる遺伝子の発現が強いという、顕著な傾向が認められた。歯状回の場合は発生の初期にproteasomeとリボゾーム蛋白が高発現する傾向がみられたが、それ以外では小脳皮質のような顕著な機能と発現パターンの連関は認められなかった。従って、この二つの層構造の形成過程は遺伝子発現の上では大きく異なることがわかった。また、上記の研究はすべて組織全体から精製したRNAを用いている。より詳細な発現プロフィール解析を行うため、まず層構造の明確な小脳皮質について、各層をLaser capture microdissectionで別々に採取して発現量を約500個の遺伝子についてアダプター付加競合PCR法で測定した。発生期の小脳は、外顆粒層、分子層、プルキンエ細胞層、内顆粒細胞層からなる。細胞分裂能がある顆粒細胞は外顆粒細胞層に、分化して分裂増殖能もたたないものは内顆粒細胞層に局在する。遺伝子の発現パターンは、だいたい解剖学的な所見と小脳全体の発現データからの推定と一致する。また、小脳全体の発現パターンは同じでも、LCMサンプルでは発現パターンのことなる遺伝子もかなり認められた。
軟骨細胞シート分泌エクソソーム中の軟骨形質マーカーとなるmiRNAの解析

本研究では、ヒト軟骨細胞シートが培養液中に放出するエクソソームに内包されるmiRNAをマイクロアレイにより解析し、軟骨形質発現のマーカーとなるmiRNAを同定することを目的とした。さらに、同定されたmiRNAがターゲットとする遺伝子を特定し、細胞シートの軟骨修復効果への関与の解明を目指した。本年度は、下記の実験を実施した。1.昨年度、マイクロアレイ解析により絞り込んだ、軟骨形質発現マーカー候補となる複数種のmiRNAについて、Target Scanによる標的遺伝子予測ならびに制御する可能性のあるPathwayの解析を行った。この結果、miRNAが標的とする遺伝子が、軟骨基質分解や血管新生などに関与するPathwayに含まれることが明らかとなった。2.昨年度、マイクロアレイ解析により絞り込んだ、軟骨形質発現マーカー候補となる複数種のmiRNAについて、qPCRによるバリデーション試験を実施した。このうち、数種のmiRNAにおいて、マイクロアレイの結果との相関が認められた。以上の結果より、ヒト軟骨細胞シートが培養液中に放出するエクソソームに内包される軟骨形質発現マーカー候補miRNAが、軟骨基質分解や血管新生に関わる遺伝子を抑制することにより、軟骨修復に寄与する可能性が示唆された。今後はmiRNAのターゲット遺伝子に対する機能解析の実験や、エクソソーム内包miRNAの標的細胞への取り込みおよび機能確認の実験を実施し、軟骨分化・再生への関与についての検証を実施したい。関節軟骨損傷に対する軟骨細胞シート移植による関節治療の実施に際し、細胞シートの軟骨形質発現を非侵襲的に検査する方法が望まれている。細胞が培養上清中に放出するエクソソーム(膜小胞体)にはmiRNAが含まれており、細胞シートの培養上清から得られるエクソソームは細胞シートの軟骨形質発現と相関することが予想され、軟骨形質発現のマーカーとして利用できる可能性がある。本研究の目的は、ヒト軟骨細胞シートが培養液中に放出するエクソソームに内包されるmiRNAをマイクロアレイにより解析し、軟骨形質発現のマーカーとなるmiRNAを同定すること、また、同定されたmiRNAがターゲットとする遺伝子を特定し、細胞シートの軟骨修復効果への寄与について解明することである。本年度は、研究計画に従い、下記の実験を実施した。1. 7ドナーの多指症患者由来軟骨細胞から作製した細胞シートおよびその培養上清中エクソソームに内包されるmiRNAを抽出し、培養上清中エクソソームで有意に発現が変動するmiRNAをマイクロアレイ解析により絞り込んだ。2. 6ドナーの多指症患者由来軟骨細胞から、異なる培養条件下にて2種類の細胞シートを作製し、軟骨形質および組織修復能が大きく異なることを確認した。これらの細胞シート培養上清中エクソソームに内包されるmiRNAを抽出し、軟骨修復能の優れた培養条件で有意に発現が変動するmiRNAをマイクロアレイ解析により絞り込んだ。3. 1.および2.の実験結果において共通する変動miRNAの絞り込みを行い、軟骨形質発現マーカー候補となる複数種のmiRNAのスクリーニングを完了した。細胞シートがエクソソーム中に積極的にパッケージングするmiRNAの中で、軟骨修復能の高い細胞シートのみに発現が認められるmiRNAを特定し、本年度計画していた軟骨形質マーカー候補となるmiRNAのスクリーニングを終了することが出来た。現在、リアルタイムPCRを用いた定量試験を実施しているところである。PCRによる定量試験を経て決定した、軟骨形質マーカーとして適したエクソソーム由来miRNAの機能解析を行う。軟骨細胞、もしくは軟骨方向へ分化誘導処理を施した幹細胞等に対し、同定したmiRNAのインヒビターを用いた機能阻害や、発現ベクターを用いた過剰発現誘導等の手法を施すことにより、遺伝子発現量の変化や、既存の硝子軟骨マーカーの遺伝子発現量との相関等を明らかにすることでターゲット遺伝子を同定し、細胞シートの軟骨修復機構との関連について解析する。解析サンプル数が予定数よりも若干減少したこと、解析の外部委託が予定より安価に実施できたこと、学会旅費等が不要となったことにより、次年度使用額が生じた。繰り越した予算は、遺伝子阻害や導入実験のための試薬購入や試験外注、国内および国外学会発表、論文投稿のための費用に充当する。
バイオ直交アプローチによる結合性成長因子の開発

成長因子として、上皮成長因子(EGF)、インスリン様成長因子ー1(IGFー1)、血管内皮細胞成長因子(VEGF)、骨形成タンパク質(BMP)を選び、これにムール貝が分泌する水中接着タンパク質に含まれる3、4ージヒドロキシフェニルアラニン(DOPA)を含むペプチドを導入し、基材への結合性の付与、結合状態での細胞活性化促進能を評価した。まずEGFやIGF-1は分子量が5000程度と低いため、ペプチド合成法での調製を行った。できるだけ短いEGFやIGF-1の活性を担う領域を用意し、そのアミノ末端にリジンとDOPAの交互配列ペプチドを導入した。合成したペプチドは、ポリスチレンのような有機材料にも、チタンのような金属材料にも、特にアルカリ性条件下で強い結合性を示した。このようにEGFやIGF-1が結合した表面は、高い細胞成長促進能を発揮した。次にVEGFやBMPへの導入を行った。これらは分子量が高いため、全長のペプチド合成は困難である。そこで、遺伝子組み換えと酵素法を用いたバイオ直交法を用いた。一つは、チロシナーゼを用いる方法で、チロシンとリジンの交互配列を遺伝子組み換えで新たに導入し、その後、チロシナーゼでのDOPA導入を行った。もう一つはソルターゼを用いる方法で、これは、ライゲーション配列を含んだタンパク質を遺伝子組み換えで、DOPAを含んだペプチドを固相法で合成し、これらをソルターゼでライゲーションするものである。このように調製したDOPA導入タンパク質は、アルカリ性条件下で金属への高い結合能をもち、結合状態で溶解状態より高い細胞活性化促進能を持つことがわかった。この他に、DOPAやドーパミンを用いた鋳型重合を試み、これらに含まれる3、4ージヒドロキシフェニル基の重要性を明らかにした。29年度が最終年度であるため、記入しない。成長因子として、上皮成長因子(EGF)とインスリン様成長因子ー1(IGFー1)を選び、これに3、4ージヒドロキシフェニルアラニン(DOPA)を含むペプチドを導入し、その基材への結合性、結合状態での細胞成長促進活性を評価した。まずEGFは分子量が5000程度と低いため、ペプチド合成法での調製を行った。できるだけ短いEGF領域を用意し、そのアミノ末端にリジンとDOPAの交互配列ペプチドを導入した。このようにEGFが結合した表面は、高い細胞成長促進能を発揮した。次にIGFー1への導入を行った。IGFー1は比較的分子量が高くペプチド合成は困難であったが、チロシン残基が生理活性に寄与していないことが予測されたので、チロシンとリジンの交互配列を遺伝子組み換えで新たに導入するとともに、チロシナーゼでのDOPA導入を行った。まず、アミノ末端にチロシンとリジンの交互配列を導入しても、これをチロシナーゼで処理しても活性に変化がないことを確認した。因みに、チロシナーゼ処理により、生来のIGFー1内のチロシンも全て水酸化されることがマススペクトルで明らかになった。このように調製したDOPA導入IGFー1はアルカリ性条件下でチタンへの高い結合能をもち、結合状態で溶解状態のIGFー1より高い細胞成長促進活性を持つことがわかった。この他に、二つ以上のペプチドの機能(具体的には触媒機能と結合機能)を複合化して新しい機能性ペプチドの創成に成功した。二つの成長因子への3、4ージヒドロキシフェニルアラニンの導入ができ、結合性が確認でき、一方について論文投稿ができた。また、予備的な検討として行ったペプチド機能の複合化については論文発表をすることができた。

この他に、DOPAやドーパミンを用いた鋳型重合を試み、これらに含まれる3、4ージヒドロキシフェニル基の重要性を明らかにした。ペプチド合成だけで調製可能な3、4ージヒドロキシフェニルアラニン導入上皮成長因子について様々な基材への結合性の検討、その上での成長促進活性について検討し、一般的な材料への生理機能活性付与方法としての重要性を明らかにしてゆく。29年度が最終年度であるため、記入しない。
社会保障制度改革とプロフェッショナリズムに関する研究

本年度は、研究を推進するための基本情報の収集に努め、関連書籍の収集、論文の収集、データベースの整備を行った。情報を広く収集したことにより、当初、研究視角をどう定めるかに迷いがあったが、自身の過去の研究の発展形として、専門家の共同体がアイディアを提供して政策形成がなされるケースではなく、専門家の共同体が新しい知見を政策形成過程で提供しなかった場合にどのような結果に至っているかを観察することによって、プロフェッショナリズムと社会保障との関係をより鮮明に観察できるとの構想に至った。より具体化すると、新しい政策を形成する際には政策決定者は積極的に新しい知見、先進的なアイディアを専門家から得ようとするが、政策決定者が政策変更を行おうとしない場合(あるいは現在の政策を継続していればよいと考えている場合)、専門家は新たな専門的知見を政策に流入する機会が得られず、科学的知見と実施されている政策が乖離していくことになる。すなわち、科学的知見の進展に対して政策の不作為が生じる。その顕著な事例として、2018年に問題化し、2019年に救済法が成立した「優生保護法」に基づいた障害者などへの強制不妊手術を挙げることができる。また、同様に歴史を遡れば「らい予防法」による隔離政策が、最高裁判決によって「立法不作為」とされることができる。次年度は、この構想に基づき、研究の方向性を微修正しながら事例研究のためのフィールドワークを実施し、具体的な研究成果につなげていきたいと考えている。初年度は研究環境の整備、基本情報の収集にかなりの労力を割いた。特にデータベースの整備に関しては、事務局担当者が契約に不慣れだったこともあり、予定外の時間がかかった。しかし、内容に関しては多方面からのアプローチを候補として試行錯誤した結果として、今後の研究の推進方策なども明瞭になった。総合的にみると情報が整備され、次年度の研究をスムーズに推進する環境、資源を整えることができ、おおむね順調に進展していると言える。今後の研究の方向性として、政策コミュニティに対して専門家が新しい知見(アイディア)を供給しなかった場合の政策の不作為に焦点をあてて推進する予定である。近年、専門家がアイディアを供給することによって、新しい政策が展開される局面での議論は多様な政策分野で展開されているものの、専門家が新しい知見を提供しなかった場合に政策の不作為が起こる局面に関しての議論が乏しい。この局面の議論を展開することにより、専門知識の対立を基盤とした新しい政治の展開の議論に発展することが可能である。本年度は、研究遂行のための情報基盤の整備に注力したが、その過程で新たな発見もあり、研究の方向性の微調整を実施中である。そのためにさらに情報収集が必要となり、書籍や文献の購入が増えた。

また、所属研究機関で使用できるデータベースが限定的であったこと、新たなデータベースの契約や情報機器の購入について、科研費事務担当者が制度に疎く、数か月にわたって手続きが進まなかったこともあり、支出の調整を行うことができなかったことにより、次年度使用額に違いが生じた。次年度は、実査と論文作成(英文校正が必要)を中心に行うことになるため、物品の購入は少なくなり、初年度支出がなかった旅費が人件費を中心とした支出が中心となる予定である。
食道癌に対するヒト生理活性物質からなる新しい遺伝子組み換え血管新生阻害剤の開発

研究1:新鮮ヒト臍帯動脈切片を培養した実験系を用いて,RNase-FGF fused proteinが臍帯動脈由来の増殖因子により導かれた血管新生を阻害するかを検討した。in vitro血管新生評価法として新鮮ヒト臍帯動脈切片培養法を用いた。新生血管の評価は位相差顕微鏡下に撮影した臍帯動脈断端を含む画像をNIH Imageを用いて解析し,新生血管指数を算出して行った。RNase-FGF fused protein無添加wellにおいて新生血管は臍帯動脈断端から成長した。これは臍帯動脈由来(内因性)の増殖因子または外因性ヘパリン結合性増殖因子以外の増殖因子に依存していると推測された。RNase-FGFfused proteinを0300μg/0.5ml/well添加の条件で臍帯動脈を培養すると新生血管指数はそれぞれ3.200.31となり,濃度依存的に血管新生抑制効果が認められた。一方,同濃度のRNase単独添加群では抑制効果は認められなかった。以上よりこの抑制結果は血管内皮上のFGF受容体を介する効果であると考えられた。また臍帯動脈は培養期間中に形態学的な変化を示さず,この濃度範囲での毒性は認められなかった。研究2:ウサギ角膜法を用いて,FGF(外因性)により誘導された血管新生をRNase-FGF fused proteinが阻害するかを検討した。ウサギ角膜法ではFGF2μgにより安定した新生血管を誘導することが可能となった。RNase-FGF fused protein32.3μg含有メチルセルロースディスク移植角膜において,完全な血管新生抑制効果をみた。しかし角膜炎の併発や,移植検体濃度の不安定などより濃度依存性血管新生抑制効果を認めるには至っていない。研究3:ヒトEGF-RNasefused proteinを用いてラットおよびヒトの血管平滑筋細胞の増殖抑制を試みた。ラットの胸部大動脈、CABG時に採取したヒトの大伏在静脈および内胸動脈由来の血管平滑筋細胞をout growth法により培養し、得られたサンプルを投与して増殖抑制効果を評価した。評価の方法としては、96穴プレートに各穴5000の平滑筋細胞をプレーティングし、24時間後にサンプルを加え72時間培養後標識サイミジンの取り込みを指標とした。ヒトRNase・EGFは対照として用いたEGFレセブター非発現細胞の標識サイミジン取り込みを抑制しなかったが、EGF過剰発現細胞の標識サイミジン取り込みを抑制した。また、ラットの胸部大動脈平滑筋細胞およびヒトの大伏在静脈および内胸動脈由来培養平滑筋細胞の標識サイミジン取り込みを濃度依存性に抑制した。EGFレセブターを分子標的としたヒトRNase・EGFによる新しい抗血管新生治療の可能性が示唆された。

EGFレセブターを分子標的としたヒトRNase・EGFによる新しい抗血管新生治療の可能性が示唆された。ヒトVEGFのかわりにヒトFGF-RNase fused proteinがまず作成できたため、これを用いた同様の実験を施行した。研究1:新鮮ヒト臍帯動脈切片を培養した実験系を用いて,RNase-FGFfused proteinが臍帯動脈由来の増殖因子により導かれた血管新生を阻害するかを検討した。in vitro血管新生評価法として新鮮ヒト臍帯動脈切片培養法を用いた。新生血管の評価は位相差顕微鏡下に撮影した臍帯動脈断端を含む画像をNIH Imageを用いて解析し,新生血管指数を算出して行った。RNase-FGFfused protein無添加wellにおいて新生血管は臍帯動脈断端から成長した。これは臍帯動脈由来(内因性)の増殖因子または外因性へパリン結合性増殖因子以外の増殖因子に依存していると推測された。RNase-FGFfused proteinを0300μg/0.5ml/well添加の条件で臍帯動脈を培養すると新生血管指数はそれぞれ3.200.31となり,濃度依存的に血管新生抑制効果が認められた。一方,同濃度のRNase単独添加群では抑制効果は認められなかった。以上よりこの抑制結果は血管内皮上のFGF受容体を介する効果であると考えられた。また臍帯動脈は培養期間中に形態学的な変化を示さず,この濃度範囲での毒性は認められなかった。研究2:ウサギ角膜法を用いて,FGF(外因性)により誘導された血管新生をRNase-FGFfused proteinが阻害するかを検討した。ウサギ角膜法ではFGF2μgにより安定した新生血管を誘導することが可能となった。RNase-FGFfused protein32.3μg含有メチルセルロースディスク移植角膜において,完全な血管新生抑制効果をみた。しかし角膜炎の併発や,移植検体濃度の不安定などより濃度依存性血管新生抑制効果を認めるには至っていない。【方法】PCR法によりヒトEGFcDmを増幅し、そのN末端部分とあらかじめクローニングされたヒト膵RNase-cDNAのC末端部分を結合させ、発現ベクターに組み込んでプラスミドpRNEGFlを作成した。これを宿主大腸菌BL21DE3株で発現させ、精製して融合タンパクhpRnase-EGFを得た。ラットの胸部大動脈、CABG時に採取したヒトの大伏在静脈および内胸動脈由来の血管平滑筋細胞をout growth法により培養し、得られたサンプルを投与して増殖抑制効果を評価した。評価の方法としては、96穴プレートに各穴5000の平滑筋細胞をプレーティングし、24時間後にサンプルを加え72時間培養後標識サイミジンの取り込みを指標とした。【結果】ヒトRNase・EGFは対照として用いたEGFレセブター非発現細胞の標識サイミジン取り込みを抑制しなかったが、EGF過剰発現細胞の標識サイミジン取り込みを抑制した。
ビタミンA酸の核受容体を介さない作用機構

レチノイレーションによって引き起こされる蛋白質リン酸化酵素A(PKA)の機能変化と分化シグナル伝達機構との関係を、ヒト骨髄球性白血病細胞活(HL60細胞)を用いて検討した。RA処理した細胞の粗抽出液を調製し、イオン交換カラムクロマトグラフィーで分離した各画分に対してPKA活性を測定したところ、RA処理した細胞画分には無処理画分と比較してPKAの種類及びその量に大きな変動は認められなかった。RA処理した細胞の各画分における8-アジド-cAMPでフォトアフィニティラベルされたPKA調節サブユニット量は無処理のものに比べて増加していた。一方、RA処理した細胞の総蛋白質画分におけるリン酸化蛋白質量及びPKA活性はRA処理をしていない細胞に比べて減少しており、8-アジド-cAMPでフォトアフィニティラベルされたPKA調節サブユニット量は顕著に増加していた。その際、特異的な蛋白質のリン酸化がRA処理により抑えられていた。以上の結果から、RA処理によりPKAの触媒サブユニットの量は変化しないが調節サブユニットの量が増加し、触媒サブユニットあたりの調節サブユニット数が増加している可能性、PKAの細胞あたりの比活性が低下し、PKAを介した蛋白質のリン酸化が抑制されている可能性、及びレチノイレーションによってPKAの触媒サブユニットの調節サブユニットからの脱離が阻害され、その結果PKAによる蛋白質のリン酸化が抑制される可能性が示唆された。現在、RAによるリン酸化酵素の細胞内局在性、cAMPのPKA調節サブユニットへの親和性、触媒サブユニットの調節サブユニットからの脱離に対する影響を検討中である。レチノイレーションによって引き起こされる蛋白質リン酸化酵素A(PKA)の機能変化と分化シグナル伝達機構との関係をヒト骨髄球性白血病細胞株(HL60細胞)を用いて検討するため、先ず、PKAのI型とI型(PKAIとPKAII)の調節サブユニット(RI,RII)上のレチノイレーションによるリン酸化酵素活性調節及びcAMP結合親和性変化の解析を行った。無血清培養液中で大量に培養したHL60細胞(2x10^8細胞)を均一破砕、遠心して粗選出液を調製しこれを使用してPKA活性を測定したところ量-反応関係に直線性は認められず酵素活性の定量を行うことは非常に困難であった。そこで、Mono Qカラムクロマトグラフィーを用いてPKAIとPKAIIを分離することを試みた。粗抽出液をカラムに適用しNaClグレジィエントを用いて溶出した各フラクションについてPKA活性を測定した。その結果、両者を分離することができた。さらに、両画分中に存在するPKA活性の量-反応関係に直線性が認められたので酵素活性の定量が可能であることが判明した。以上の結果を踏まえて、RA処理した細胞を調製し、Mono Qカラムクロマトグラフィー後のPKAI(RIを含む)とPKAI(RIを含む)画分を集め、両画分のPKA活性、リン酸化酵素活性を定量的に測定して各々の酵素活性を無処理細胞中の同酵素活性と比較している。また、両処理細胞から得られたPKAI(RIを含む)とPKAII(RIIを含む)画分を用いてcAMP結合親和性を検討する予定である。
ファシズムにおける「崇高」の美学と政治の関係をめぐる批判的考察

本研究は「崇高」の美学と政治の関係についてファシズムを対象に考察する。崇高は一般的な美学的理解において、美の調和を打ち破り、対象の無限性を呈示する経験とされている。しかし他方で、崇高の感情を反省するなら、それは高揚感をもたらし、自己を超越するものとの一体感を得るような経験でもありうる。そのため政治の領域において崇高の感情はしばしば利用され、それを最大限に利用したのがファシズムであった。本研究は崇高という観点からファシズム期および今日のファシズムを表現する視覚表象を分析し、崇高の美学と政治の関係について考える。また、崇高の美学がイデオロギー化していく機制について考察する。
ＭＯＦを出発原料として用いたキャパシタ用多孔質電極の合成

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
上腕動脈スティフネス計測の生理圧範囲外への拡張の試みと動脈硬化超早期診断への応用

過去の血管力学特性計測データより,動脈硬化の初期段階では,生理血圧範囲で血管に硬化が現れなくとも,高圧領域において硬化が現れる可能性に気付いた.そこで上腕動脈を対象として高圧領域の力学特性を計測する方法を確立し,この仮説を検証した.上腕に密閉容器を装着し,容器内圧を変化させて上腕動脈の経壁圧を制御し,これにより非侵襲的に経壁圧ー血管径関係を求め,幅広い圧力範囲の血管のスティフネスを算出した.その結果,生理圧範囲では変化が無いが,高圧領域では血管に硬化が生じている場合のあることが確認された.以上より高圧領域でのスティフネス評価が初期の動脈硬化の診断法として有用である可能性が示された.平成26年度は経壁圧制御システムと血管径計測部の試作と基礎特性評価を行い,主に若年被験者に対する計測によって経壁圧制御条件や撮像条件を検討した.経壁圧制御システムについては,経壁圧を正確に制御するため,既存の空圧制御システムの改良を行った.本システムは血管径計測部の制御PCにより制御し,設定した圧波形を密閉容器に印加する.想定した設計指標値である圧範囲±150 mmHg,リニアな圧変化速度210 mmHg/s,圧波形としてステップ波,三角波を出力可能な仕様とした.また,これらは大気圧を挟んだ陽⇔陰圧を連続的に負荷可能とすることで,低圧領域から高圧領域までを含む生理圧範囲外での血管壁力学特性評価を可能とした.密閉容器は,対象とする上腕動脈周囲を加減圧して経壁圧を制御するため,上腕部を幅150 mmの範囲で密閉できるサイズとした.密閉容器内部には5自由度でリモートコントロールできるアクチュエータを介し,H型に超音波探触子を配置した超音波画像診断用のプローブを備え付けた.上腕と密閉容器間の気密にはラバー製シールを用いた.血管径計測部については,H型超音波プローブを用いたことにより,長軸および両短軸の超音波像を得ることができ,血管径計測精度の向上に寄与すると考えられる.予備実験として上腕に密閉容器を装着し,容器内圧を変化させた際,圧変化により血管の位置が変化するが,H型プローブによって多くの場合,短軸像は撮像可能であった.若年の被験者に対する基礎計測では,負荷圧力の変化速度が比較的遅い±3 mmHg/s程度の場合,血管径の能動的な変化が大きく出やすいことが確認され,血管壁のスティフネスを計測するためには適していないことが確認された.今後は能動的な径変化を低減する圧負荷条件を検討する.過去の血管力学特性計測データより,動脈硬化の初期段階では,生理血圧範囲で血管に硬化が現れなくとも,高圧領域において硬化が現れる可能性に気付いた.そこで,上腕動脈を対象として高圧領域の力学特性を計測する方法を確立し,この仮説を検証した.経壁圧制御システムと血管径計測部および経壁圧制御に用いる密閉容器の試作と基礎特性評価を行い,主に若年被験者に対する計測によって経壁圧制御条件や撮像条件を検討した.経壁圧制御システムは血管径計測部の制御PCにより制御し,設定した圧波形を密閉容器に印加する.想定した負荷圧範囲±150 mmHg,リニアな圧変化速度210 mmHg/s,圧波形としてステップ波,三角波を出力可能な仕様として試作した.密閉容器内部にはリモートコントロールできるアクチュエータを介して超音波プローブを備え付けた.計測においては上腕に密閉容器を装着し,容器内圧を変化させて上腕動脈の経壁圧を制御し,これにより非侵襲的に経壁圧-血管径関係を求め,幅広い圧力範囲の血管のスティフネスを算出した.若年の被験者に対する基礎計測では,負荷圧力の変化速度が比較的遅い3 mmHg/sまでの場合,血管径の能動的な変化が大きく現れ,±7 mmHg/s程度が適していることが確認できた.しかし,血管平滑筋の能動的な収縮,拡張の影響は除去し切れないため,本法は血管壁のスティフネスを計測するためには適していないことが確認された.そこで,能動的な径変化を低減するため,圧負荷波形にステップ波を用いて圧力ひずみ弾性係数Epを計測した.被験者は加齢により動脈に変化が現れ始めると思われる中高年を対象とした.その結果,生理圧範囲では変化が無いが,高圧領域では血管に硬化が生じている場合のあることが確認された.このことから,高圧領域でのスティフネス評価が初期の動脈硬化の診断法として有用である可能性が示された.過去の血管力学特性計測データより,動脈硬化の初期段階では,生理血圧範囲で血管に硬化が現れなくとも,高圧領域において硬化が現れる可能性に気付いた.そこで上腕動脈を対象として高圧領域の力学特性を計測する方法を確立し,この仮説を検証した.上腕に密閉容器を装着し,容器内圧を変化させて上腕動脈の経壁圧を制御し,これにより非侵襲的に経壁圧ー血管径関係を求め,幅広い圧力範囲の血管のスティフネスを算出した.その結果,生理圧範囲では変化が無いが,高圧領域では血管に硬化が生じている場合のあることが確認された.以上より高圧領域でのスティフネス評価が初期の動脈硬化の診断法として有用である可能性が示された.平成26年度の進捗については,おおむね研究計画通りに進展した.計測条件の一つである圧力負荷速度に関しては平成27年度以降も検討を続け,また試作システムに関しても随時改良を施してゆく.

生体医工学平成27年度については,試作したシステムの改良と,圧負荷条件の探索を継続しつつ,主に被験者に対する計測を実施してゆく.平成27年度前半は比較的,協力を得やすい20歳前後の被験者で基礎的なデータ蓄積を行い,後半では中高年以上の年代の被験者のデータ計測を行う予定である.蓄積したデータに対し,加齢と血管スティフネスの関係や,FMD値との相関等について検討を行う.既存装置の改修により,部品等の購入費用を低減できたため.計測に用いる計測システムの試作はおおよそ完了したので,平成27年度は,計測システムの改良にかかる部品,計測システムの評価に必要となる計測機器,計測時に用いる消耗品,データの保存に必要な電子記憶装置等に使用する計画である.
凍結食品中の氷結晶の再結晶化挙動とテクスチャーの劣化に関する研究

食品冷凍技術は食品本来の品質をそのままに近い状態で保存できる優れた保存技術であり、広く用いられている。しかしながら、まだ解決されなければならない問題を抱えている。その一つが、再結晶化と呼ばれる保存中における氷結晶の成長である。再結晶化が起きると、食品の組織破壊が生じ解凍後の食品のテクスチャーが劣化することになる。本研究では、こうした再結晶化によるテクスチャーの劣化の問題に対処するため、まず、再結晶化による氷結晶の成長過程の速度論的把握を行う。あわせて氷結晶の大きさと解凍後のテクスチャーとの相関を調べる。そして、氷結晶の大きさの変化予測に基づき、再結晶化によるテクスチャーの劣化を予測することを目的としている。本年度の実績は以下の通りである。1.食品中の氷結晶構造の観察方法の確立魚肉などのタンパク質を多く含んだ食品中の氷結晶構造を、凍結置換固定法を用いて観察するためのプロトコルを確立することができた。根菜類、穀類については、クライオSEMによる観察を試みたところ、凍結に伴う細胞組織の変化が確認できたが、氷結晶構造のみを区別して観察することは困難であった。この点については、今後改善する余地がある。2.氷結晶の大きさの定量的解析方法の確立顕微鏡観察画像をデジタルデータ化し、そのデータを数値的に解析することにより、氷結晶の平均粒径を算出するための手順を確立できた。この際に、顕微鏡デジタルカメラを導入することにより、顕微鏡観察画像を迅速に処理することが可能となった。3.テクスチャーの評価手法の確立魚肉、根菜等の食品のテクスチャーを、レオメーターを用いて定量的に評価する方法を確立した。測定試料の形状を工夫することにより、再現性のある測定データを得ることができるようになった。以上食品冷凍技術は食品本来の品質をそのままに近い状態で保存できる優れた保存技術であり、広く用いられている。以上
低原子価金属オキソ錯体を鍵活性種とする酸素分子の活性化

一般的に酸化触媒反応は、酸化を受ける基質と同じ量の化学酸化剤を必要とする。化学酸化剤を使用すると望ましくない副生成物を生じることになるので、コストや環境負荷の観点から大きな問題があった。本研究では、安価に入手可能なアルカリ水溶液との接触をトリガーとする新規の空気酸化反応スキームを考案して、その学理構築を試みた。マンガン3価錯体がアルカリ水溶液との反応で還元力の強い化学種を生成して、酸素分子の活性化を進行させることを見出した。平成27年度は、サレンマンガン(III)錯体とアルカリ水溶液との反応で引き起こされる酸化還元反応について詳しく検討を行った。この反応では、単核のマンガン(III)錯体から、2つの酸素原子で架橋された2核マンガン(IV)錯体が生成する。酸素同位体を用いる実験や、酸素分子を完全に排除したアルゴン雰囲気下での実験、添加物を加える実験等を実施して、詳細な反応解析を行った。その結果、この反応では、アルカリ水溶液に含まれる水酸化物イオンを電子源とする酸素分子の活性化が進行していることを明らかにした。以上の研究成果は、無機化学分野の一流国際誌であるInorganic Chemistryに投稿して受理された。平成27年度は、この反応で酸素分子活性化に関与している鍵化学種について、さらに検討を進めた。ー80°Cの低温条件でサレンマンガン(III)錯体と有機溶媒に可溶な水酸化物イオン(Bu4NOH)を反応させたところ、可視領域に特徴的な吸収を示す化学種の生成が観測された。電子スピン共鳴測定により、この反応過程では酸化還元反応は生じておらず、マンガンイオンはマンガン(III)のままであることがわかった。本研究目的から大変注目すべきポイントとして、この化学種のマンガン(III)ーマンガン(IV)の酸化還元電位が、元のマンガン(III)錯体と比較して、1.1 Vもの劇的な低下を示すことが明らかになった。酸素分子を還元できる電位ではないので酸素分子活性化の反応活性種そのものではないが、その前駆体である可能性が高いと考えている。平成27年度の研究において、水酸化物イオンを電子源として酸素分子を活性化することが原理的には可能であることを立証して、国際誌で広く研究コミュニティーに周知することができた。今後、当該研究領域でイニシャティブをとって研究を進めていく上では、非常に大きな第一歩だと考えている。平成27年度に得られた研究成果の中で最も重要なポイントは、酸素分子の活性化に関与する化学種を捉えたことである。この化学種の構造ー活性相関を詳しく調べることで、効果的に触媒構造の最適化を行うことが可能になると期待される。平成28年度は、サレンマンガン(III)錯体と水酸化物イオンとの反応で生成する化学種について詳しく検討した。磁気測定を行ったところ、生成した化学種が低スピンのマンガン(III)錯体であることがわかった。核磁気共鳴測定、共鳴ラマン測定、吸収スペクトル測定を行ったところ、サレン配位子のイミノ基が部分的に還元された特異な電子構造を取っていることが示唆された。注目すべきことに、サレン配位子に電子供与基や電子吸引基を導入することによって、低スピンマンガン(III)の酸化還元電位を変化させ得ることも見出した。これらの研究成果は、フランスのブレストで開催された国際錯体化学会議で口頭発表し、現在論文を執筆しているところである。サレン配位子の置換基を変化させることで、水酸化物イオンとの反応で生成する化学種の酸化還元電位を調整可能であることが分かったものの、それでもなお酸素分子への電子移動を生じさせるには十分ではなかった。マンガン(III)を酸素分子で効率的に酸化して、高原子価金属の酸化活性種を生成するために、光活性化を活用することを考えた。サレン配位子に優れた光活性化機能を組み込むために、亜鉛錯体を合成してそれらの蛍光量子収率を比較検討した。平成28年度は、これまでの研究成果に基づいて、アルカリ水溶液を唯一の反応剤とする空気酸化反応の研究にも着手した。通常の酸化触媒反応に利用されるサレン錯体は、アルカリ水溶液との反応で加水分解を受けやすく、金属イオンを脱離することで失活することがわかった。そこで、より強力に金属イオンを結合することを意図して、新たに5配位型の金属錯体システムを考案した。合成した5配位型の金属錯体を使って、アルカリ水溶液と有機溶媒からなる二相反応系でアルコールなどの触媒的酸化反応を検討した。アルカリ水溶液との反応で生成する化学種に関する研究を平成28年度に完了して、得られた知見に基づく酸化触媒反応の開発に着手した。一般的な酸化剤を用いずに、安価に入手可能なアルカリ水溶液を使って酸化触媒反応を進行させることに挑戦する。これまでの基礎的な研究で、比較的低濃度のアルカリ水溶液との反応でも、酸化還元電位が大きく低下した化学種が生成することがわかった。今後の研究では、この化学種から酸素分子への電子移動を効率的に進行させることを検討する。平成29年度は、アルカリ水溶液との反応で空気酸化反応を行うための、基礎と応用の両面から検討を進めた。基礎的な観点からは、サレンマンガン(III)錯体と水酸化物イオンとの反応で生成する化学種を特定するため、水酸化物イオンと同様に強いシグマドナー性を持つシアン化物イオンとの反応を検討した。

共鳴ラマン測定や核磁気共鳴などの分光測定を徹底的に行なった結果、部分的にサレン配位子のイミノ基が1電子還元されていることを突き止めた。得られた成果は無機化学分野の主要国際雑誌であるInorganic Chemistry誌にて論文発表した。さらに酸素分子活性化の目的に光照射を活用することを念頭において、優れた光化学特性を持つサレン型配位子の基礎的研究も行った。サレン型配位子の光化学特性についても一定の成果をあげて、錯体化学会討論会と酸化反応討論会において口頭発表を行った。本研究では、アルカリ水溶液との反応をトリガーとして、有機溶媒に溶解させた触媒で酸素分子を活性化して基質の酸化反応を進行させることを最終的な目標としている。反応系は有機溶媒と水の二相系になり、二相の接触面積が反応効率に大きく影響する。これまで超音波照射で二相をエマルジョン様にする方法を用いてきたが、超音波照射によって溶存酸素が脱気される可能性も懸念された。そこで酸素ガスのファインバブルを反応溶液に通じて、ファインバブルの界面活性化効果で有機溶媒と水の接触面積を増加させる方法を考案した。有機触媒反応にも利用可能な、構造が単純なファインバブル生成装置を新たに構築した。実際に、酸素ガスファインバブルによって有機溶媒と水がエマルジョン様に混じり合うことを確認した。現在、酸素豊富で酸化反応に有利な条件下で、空気酸化反応の検討を進めている。一般的に酸化触媒反応は、酸化を受ける基質と同じ量の化学酸化剤を必要とする。化学酸化剤を使用すると望ましくない副生成物を生じることになるので、コストや環境負荷の観点から大きな問題があった。本研究では、安価に入手可能なアルカリ水溶液との接触をトリガーとする新規の空気酸化反応スキームを考案して、その学理構築を試みた。マンガン3価錯体がアルカリ水溶液との反応で還元力の強い化学種を生成して、酸素分子の活性化を進行させることを見出した。水酸化物イオンとの反応の結果、マンガン(III)ーマンガン(IV)の酸化還元電位が大きく低下した化学種について詳細な検討を行う。X線結晶構造解析などで化学構造を明らかにするとともに、各種磁気測定を行って電子構造を明らかにする。電子構造に基づいて、酸化還元電位が大きく低下した要因を突き止める。酸素分子活性化に関与していると思われる化学種を直接的に研究対象にすることで、温和な条件で酸素分子を活性化して、酸化反応活性を示す触媒の開発に取り組む。現在もこの方向で研究を進めているが、当初の予想とは異なる実験結果も得られつつある。明確な結論が得られ次第、当初計画した酸素分子活性化機構を大幅に見直すことも視野に入れている。アルカリ水溶液と有機溶媒からなる二相系の触媒反応を効率的に進めるためには、水相と有機相を十分に混合して二相の接触面積を大きく取ることが重要になる。これまで二相系の酸化触媒反応では、界面活性剤を添加して反応効率を向上させる方法が報告されている。しかしながら界面活性剤の添加は、生成物の単離精製の妨げになるなど、ベストの方法では決してない。そこで本研究では、マイクロバブルによる界面活性化作用を期待して、二相反応に酸素ガスのマイクロバブルを導入するこれまでにない新しい方法を考案した。反応系が酸素過多の条件になるので、酸素酸化反応を進行させる観点からも望ましいと思われる。