hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
心機能制御における心肥大・心室形態調節の分子基盤と臓器機能連関のフィジオーム解析

本年度は酸素環境に対する応答として、出生前後の劇的な酸素分圧上昇が心筋細胞の分裂・肥大にどのように影響しているかを検討した。心筋細胞の分裂に関する研究は分裂マーカーと呼ばれるKi67、BrdU、PH3などで評価する報告が多いが、実際に細胞の分裂を観察しているものは殆ど無いため、我々は新生児マウスの心臓を酵素処理して細胞を分離し、心筋細胞特異的に発現するα-アクチニンによってサイトフローメータによる細胞集団分離を行って99%純度の初代培養心筋細胞の実験系を確立した。これにより、心筋細胞が分裂する様子をタイムラプスで観察することが出来た。この培養実験系を用いて、胎児マウスの心筋細胞を大気に触れないように分離し、3%酸素下で培養した。その後、そのまま3%酸素で培養を続けた群と、20%酸素環境下での培養へと移行させた群を比較すると、3%酸素培養群の方が細胞数が20%程度多く、酸素分圧の上昇が心筋細胞の分裂を停止させていることが示唆された。また、この2群に関して、PCRアレイによる遺伝子発現解析を行ったところ、細胞周期制御や心筋肥大を司る遺伝子の発現変化が認められ、最も発現が増加していたのはDNAダメージ修復に関係する遺伝子であった。現在は今後ターゲットとする幾つかの遺伝子が個体レベルでも同様に制御を受けているか検討している。個体レベルでの心機能制御機構として、恒常的に心筋細胞を制御し続ける甲状腺ホルモンを取り上げ、Ca輸送体発現量やCaハンドリングの変化を評価し、機能亢進においてはT管の構造が乱れが心機能低下の一因であることが明らかになった。カルシウム輸送体(Na/Ca交換体)を心筋細胞特異的に薬剤誘導によって強発現させるモデルマウスを作成し、その心機能に及ぼす影響を評価出来た。また、大動脈縮窄による圧負荷を行い、心肥大から心不全に至る経過におけるNa/Ca交換体の役割を生理学的・生化学的に評価出来たため。25年度が最終年度であるため、記入しない。心臓の機能発現には、長期的には心筋細胞の収縮・弛緩能以外にも細胞の形態変化が重要であり、最終的には心臓全体の形態こそが機能を決定するため、遺伝子、タンパク、細胞、臓器、個体レベルでの評価が必要である。これまでに進めてきた研究で、マウス心負荷モデル(大動脈縮窄、大動脈弁逆流)に関して、昨年度は心肥大関連分子の検討を行い、細胞レベルではINDO-1、FURA-2などのCa指示薬を用いた筋小胞体Caストアなど心筋細胞のCaハンドリングについて検討して来た。臓器レベルではコンダクタンスカテーテルによる左心室最大弾性率や左心室圧下降曲線の時定数解析による弛緩評価などが可能になった。個体レベルでは超音波フロープローブを購入し、全身血管抵抗の評価も可能になり、循環血漿量の変化に対する応答など心血管系の予備力評価を行っている。これらの評価技術と以前から蓄積して来た冠循環観察技術を組み合わせてマルチスケールな研究体勢が整ったと考えている。研究の趨勢は遺伝子・タンパクレベルでターゲットを決め、各臓器でノックアウト或はトランスジェニックマウスを作成して表現系解析を行うことが一般的であるが、遺伝子・タンパク実験が汎用性のあるキットで遂行可能であるのに対してマクロ実験系は概念の理解、実験技術の習得に時間が掛かるため多くの研究施設で並行して行うには無理がある。このような点を考え、マルチスケール心機能評価を担当して他施設との共同研究も行っている。
高速熱消色型フォトクロミックポリマーにおける光分子スイッチの創製

1ヘキサトリエン型フォトクロミック分子は、紫外光照射によりπ共役系の連結様式が大きく切り替わることで濃く着色する、分子スイッチとして興味深い分子材料である。3つのヘテロ5員芳香環をオルト位で連結したターアリーレン誘導体は高効率で光着色することが示された。今回、ヘキサトリエンの構成ユニットであるチオフェン環を酸化したスルホン誘導体が、その閉環状態において強発光を示すことを見出した。2NMR、X線結晶構造解析、量子化学計算によるコンホメーション解析から、合成した誘導体はチオフェン環上のスルホンの酸素原子と反応点上の置換基であるアルキル鎖が弱い水素結合で相互作用することを見出した。3この相互作用によって開環状態における二つのチオフェン環の立体配座および閉環状態におけるアルキル鎖の分子運動が固定化されていることが示唆された。さらに、NMR、X線結晶構造解析、量子化学計算によるコンホメーション解析から、分子内水素結合によるコンホメーション固定によって励起状態の熱振動失活が抑制されたと推察され、この効果が閉環状態における強発光特性に寄与していることが示唆された。4弱い水素結合による熱振動失活抑制の効果を検討するため、光反応点周辺の置換基を種々変更し発光量子収率に与える効果を検討した。また量子化学計算によって、π共役系の長さと吸収・発光波長の相関、およびドナー・アクセプターの有無と導入位置による吸収・発光波長の相関について検討した。
低次元トポロジー、特に、結び目のエネルギーの研究

修論以後「結び目のエネルギー」について研究している。結び目のエネルギーとは、結び目の空間上に定義された実数値汎関数で、結び目が自己交差しようとすると無限大に発散するようなもので、荷電した結び目の静電エネルギーを、数学的にうまく定義したものである。この結び目のエネルギーを結び目理論、及び低次元トポロジーに応用するのが研究の主目的である。近年では特に次の問題を中心に考えている:各結び目型に、エネルギーの最小を与えるような埋め込み写像は存在するか?結び目の入る全空間かR^3で、素な結び目については、Freedman,He,Wangの結果より、肯定的に解けることが分っている。又、素でない結び目については、Kusner-JSullivanのコンピューターによる数値実験で、否定的な予想が成り立つ。私は以前、別の種類のエネルギーを用いると、先の問題は結び目型如何に依らずに肯定的に解けることを示した。今年は、結び目の入る全空間が3次元球面S^3又は3次元双曲空間H^3の場合について研究している。S^<13>の場合は全ての結び目型について肯定的に、H^3の場合には逆に全ての結び目型について否定的に解決されると予想している。数学的にちゃんと証明出来ていない段階であるので、コンピューターを用いた数値実験を行ない、作業仮説を立てている状態である。現在以下のことが分ってきた。(但し、これも数学的に証明出来た訳ではない、)R^3の結び目に対して定義されたエネルギーをS^3及びH^3の結び目に対して定義する場合、2通り方法がある。(電荷密度一定と、総電荷一定に相当する)それぞれで、エネルギーを減らす方向に結び目を動かしていった場合の挙動が異なるということが予想出来る。
脊椎形状に着目した分類による人体振動特性と人体振動モデル構築にむけての検討

将来的に日本人の成人標準振動特性を把握する事を最終目的に,本研究では日本人を被験者とした振動特性の測定を行い人体振動特性を把握する事,その特性を表現する人体モデルを検討する事を目的とする.まず,着座姿勢を表現可能な姿勢指標値を定義し,被験者の姿勢測定から座位姿勢を良好に表現できる事を示した.次に人体加振実験を行い,振動特性を把握すると共に,定義した指標値を用いて姿勢と振動特性の関係を検討した.特定の指標値と振動特性の一部(頭部の加速度伝達率と座面での駆動点動質量の各1次共振の振動数と振幅)の相関が高いことが分かり,これを基に姿勢指標値より振動特性を表す重回帰モデルを示した.将来的に日本人の成人標準振動特性を把握する事を最終目的に,本研究では大規模な日本人を被験者とした振動特性の測定を行い,人体振動特性を把握することを第一の目的とし,またその結果を元に人体モデルの雛形を構築する事を第二の目的とする.2年目の今年度は,大人数での測定を行う予定であったが,所属研究室の大型実験設備の導入により,主に実験を予定していた後半期はその影響で実験室の計画的な利用ができない状況となってしまった.そのため,すでに測定したデータの解析を進め,また追加で少人数の被験者での詳細な実験を行い以下のことが分かった.詳細実験では,大人数の被験者を対象に行う比較的容易に測定でき被験者に負担の少ない頭部の加速度伝達率と座面での駆動点動質量の測定に加えて,加速度計を椎骨直上の皮膚上に張り付けることでいくつかの脊椎の加速度を測定し,脊椎系の加速度伝達率を同時に測定した.このとき,姿勢を直立とリラックスの2種類に加えその中間姿勢を複数含め細かく変化させて,頭部の伝達率,動質量,更に脊柱系の伝達率が着座姿勢に対応して徐々に変化することを確認した.また,これらの振動特性と初年度の検討によって決定した6つの姿勢の指標値(ISO(ISO/TR 10687)に基づく腰椎湾曲など3指標値と,本研究独自の骨盤傾斜など3指標値)との関係を重回帰分析し,それぞれの1次共振周波数は姿勢指標値である骨盤傾斜,腰椎湾曲,および被験者の個人的特徴を表す体重を用いて精度よく表現可能であることが分かった.更に各部の加速度伝達率と動質量を用いてモード特性同定を行い,人体脊椎系の固有振動数や振動モード形といったモード特性を得た.これより,対象周波数範囲内に座位人体には3つの固有モードが確認され,姿勢変化によって,これらのモード形に変化はないが,その固有振動数が姿勢変化に対応して変化することが確認された.将来的に日本人の成人標準振動特性を把握する事を最終目的に,本研究では日本人を被験者とした振動特性の測定を行い人体振動特性を把握する事,その特性を表現する人体モデルを検討する事を目的とする.まず,着座姿勢を表現可能な姿勢指標値を定義し,被験者の姿勢測定から座位姿勢を良好に表現できる事を示した.次に人体加振実験を行い,振動特性を把握すると共に,定義した指標値を用いて姿勢と振動特性の関係を検討した.特定の指標値と振動特性の一部(頭部の加速度伝達率と座面での駆動点動質量の各1次共振の振動数と振幅)の相関が高いことが分かり,これを基に姿勢指標値より振動特性を表す重回帰モデルを示した.将来的に日本人の成人標準振動特性を把握する事を最終目的に,本研究では百人規模の日本人を被験者とした振動特性の測定を行い,人体振動特性の代表値として何が適当であるかを明らかにすることを第一の目的とし,またその結果を元に人体モデルの雛形を構築する事を第二の目的とする.初年度の今年度は,大人数での測定にむけての下準備として,幾つかの初期検討を数人から数十人程度の被験者で行った.被験者の姿勢を表現する代表点について,MRI計測での脊椎形状と,写真撮影などの外部からの脊椎形状との比較などから検討したが,MRIから得られる脊椎形状と振動特性の間には良い関係性が見出せなかった.これは,MRI測定は臥位(仰向けの姿勢)であり,振動特性測定時の着座状態とは脊椎形状が異なるためであると考えられ,座位での姿勢の特徴点の抽出には向かないと判断し,ISOが最近発行した加振実験時の着座人体の人間工学に基づいた姿勢表記に関するテクニカルレポート(ISO/TR 10687)に基づく指標値を用いて姿勢を表現することとした.腰椎湾曲など3指標値と,本研究独自の骨盤傾斜など3指標値を導入することとし,これより他の研究との比較や,ISOへの意見発信が容易になると考えられる.比較的容易に測定でき被験者に負担の少ない頭部の加速度伝達率と座面での駆動点動質量の測定を行い,グループ分けについて再検討を行った.背筋を伸ばした直立時とリラックス時の2姿勢での振動特性の変化量によってグループ分けすると言う方法は,申請時までに行った予備実験では確認されたが,今回必ずしも明確でないことがわかった.代わりに,頭部の伝達率,および動質量と上記6つの姿勢の指標値との相関の検討から,それぞれの1次共振周波数と腰椎湾曲及び骨盤傾斜との相関が高いことが示された.振動特性と姿勢,特に腰椎部付近の形状との関係が高そうであることが分かった.

将来的に日本人の成人標準振動特性を把握する事を最終目的に,本研究では日本人を被験者とした振動特性の測定を行い,人体振動特性を把握する事,またそれを元に人体モデルの雛形を検討する事を目的とする.まず,座位姿勢を表現するために,近年発行された加振実験時の着座人体の姿勢表記に関するISOテクニカルレポート(ISO/TR 10687)に基づく腰椎湾曲など3指標値と,本研究独自の骨盤傾斜など3指標値を導入した.姿勢違いの加振実験時の被験者の姿勢を測定し,座位姿勢を良好に表現できる事を示した.これらの指標値は,再現性のある実験の実施,他の実験との比較,実環境への標準振動特性の適応において有用である.頭部の加速度伝達率と座面での駆動点動質量の測定を行い,共振周波数,共振振幅比に着目し振動特性を検討した.申請時に予想したグループ分けは,必ずしも明確でない事がわかった.代わりに振動特性と提案した姿勢指標値との相関の検討から,鉛直方向は,1次共振周波数と腰椎湾曲及び骨盤傾斜との相関が高く,更にそれらの指標値と体重で各1次共振の周波数と振幅比を精度良く推定できる重回帰式を得た.最終年度は,新しい加振機を用いたより良い実験環境を構築し実験を行った.新たに水平方向(前後,左右)の振動特性と,振動特性と姿勢指標値との関係を検討した.水平方向は共振振動数と姿勢に顕著な関係性が見られないが,各1次共振振幅比は鉛直方向と同様に腰部付近の形状との関係が高い事がわかった.各方向の振動特性の特徴,姿勢との関係は,日本人の振動特性を国際規格に反映でき,また車の設計時に人体振動特性を考慮したり,労働者への影響を客観評価できる様な基礎データとなる.なお,予定より被験者数が少なく,モデルも一部振動特性を表す重回帰モデルであり,構築した大型加振台を用いた実験環境を利用し,得られた結果を今後も引き続き検討していく.人体振動2年目の今年度は,大人数での測定を行う予定であったが,主に実験を予定していた後半期に所属研究室の大型実験設備の導入があり,その準備や作業等の影響で実験室を計画的に利用できない状況となってしまった.そのため測定の多くが次年度に繰り越しになってしまった.しかし,その分すでに測定したデータや,前述した細かい姿勢変化や脊椎の加速度伝達率測定も同時に行う詳細実験結果から,振動特性と姿勢変化の検討を深めた.これより,前年度に得られた「振動特性として1次共振周波数については骨盤傾斜や腰椎湾曲との相関が高く,本研究申請時に想定していたグループ化を行うと言う考え方より,むしろ相関の高い部位の形状により振動特性が決まるという考え方の方が有用である可能性がある」という知見を一歩進めて,振動特性と姿勢指標値の間の関係を多重回帰分析することで,姿勢指標値である骨盤傾斜と腰椎湾曲に加えて,被験者の個人差を表現するパラメータである体重を導入し,これら3つのパラメータで1次共振周波数が良く表現できることが分かった.また,脊椎系の振動モードを把握し,対象周波数範囲に座位人体は3つのモードを持つことがわかった.これらのモードは姿勢変化によりモード形は変わらないが,固有振動数は変化し,特に1次固有振動数は共振振動数と同様に3つのパラメータで良好に表現できることが分かった.順番は前後するが,次年度に行う残りの実験結果から,これらの特徴を確認する.今年度は25年度以降の大規模実験のための初期検討を行うことが目的であり,概ね予定通り進展していると考えている.本研究申請前の研究結果で確認された被験者のグループ分け方法を用いて,被験者をグループ分けし各グループでの代表値をみることで,全被験者の代表値よりも適切な振動特性の代表値が得られると考えていたが,追実験を行い検討した結果,予定していたグループ分けでは必ずしも明確にグループ分けできない可能性が出てきた.
神経移行と神経幹細胞移植による、新しい損傷脊髄架橋モデルの開発

損傷脊髄を再生させるために軸索再生を目標とした末梢神経移植実験が行われ、最近では損傷時に失われた細胞を補充するために多能性・自己増殖能をもった培養神経幹細胞を移植する実験が行われ、機能回復が報告されている。脊髄損傷モデル作製、移植実験の前段階としてドナー細胞である神経幹細胞のホスト脊髄内での性質の解析を行った。前年度は、幼弱ラット正常脊髄内にラット胎児海馬由来神経幹細胞を移植し、ホスト脊髄内で活発な白質に沿った移動とオリゴデンドロサイトへの分化傾向を報告した。今年度は、神経幹細胞の由来組織の違いを観察するために胎児脊髄から単離、培養した神経幹細胞を移植し、移動様式、分化能を観察した。前年と同様の手法で培養し、組換えアデノウイルスで標識した細胞を生後7日ラット脊髄に注入し、1週後に観察を行った。さらに異なるマーカー遺伝子を海馬および脊髄由来細胞に導入し同時移植し比較した。移植1週後、脊髄由来細胞は、全生着細胞数の64%が背側白質で観察され海馬由来細胞(88%)と比較して灰白質に多く分布していた。また、海馬由来細胞と同様に白質ではオリゴデンドロサイトに分化していたが、灰白質ではアストロサイトに分化していた。同時移植では、背側白質への移動様式は両由来細胞とも同じであったが、海馬由来細胞に生着細胞数の増加を認めた。移植細胞の増殖能を確認すると両者とも総生着細胞数に対して10%以下と低い割合であった。これら基礎実験から正常脊髄内に(1)移植した海馬由来細胞は、脊髄由来細胞よりも背側白質に移動しオリゴデンドロサイトに分化する(2)異なる由来の神経幹細胞を組み合わせて移植すると生着細胞数が増加する。(3)移植後、胎児由来神経幹細胞は増殖しないことが明らかになった。現在、実験継続中であるが、細胞生着の足場となる末梢神経と胎児海馬由来神経幹細胞移植によって錐体路を含む脊髄背側の軸索再生の可能性が示唆される。従来、損傷された中枢神経は再生しないとされてきた、培養神経幹細胞を損傷脊髄に移植することによって神経、軸索の再生が可能であると報告が最近報告されまた、損傷脊髄への末梢神経移填が行われ、切断された軸索の再生が認められたという報告もされている。我々のモデルは、損傷脊髄に両者を組み合わせた方法を用い、よりよい再生を目指すものである。神経幹細胞は、由来組織によってホスト脊髄内での生着、含化様式は異なると考えられ、これについて十分検討されていない。そのため損傷モデル作製、移植実験の則段階としてドナー細胞である神経幹細胞のホスト脊髄内での分化・移動・生着などの特性を解析する必要があり、研究をおこなってきた。今回、正常脊髄内にラット胎児海馬由来神経幹細胞を移植し、移植細胞の生着、分化様式について検討した。神経幹細胞の培養は、過去に報告されているように無血清培地と成長因子(FGF)を用いた。増殖した大部分の細胞は、神経幹細胞のマーカーであるネスチンの発現を認め、この培養法によって神経幹細胞が増殖していることがわかった。増殖し存神経幹細胞に組み換えアデノウイルスを用いてlacZ遺伝子を導入することにより標識し、生後7日ラット脊髄の灰白質に注入した。移植1週後に免疫染色法で観察するとLacZを発現した移植細胞が多数生着していた。

全生着細胞の95%は、背側白質に存在し、頭尾側方向に広範な移動を示していた。また、移植細胞の大部分がオリコデンドロサイトに分化していた。移植細胞の活発な白質に沿った移動とオリゴデンドロサイトへの分化傾向によって胎児海馬由来神経幹細胞は、損傷された軸索再生に有利に働くと考えられた。損傷モデルに歩いても分化したオリコデンドロサイトは移植末梢神経周囲に移動し錐体路を含む下行性伝導路の再建を導く可能性が示唆された。損傷脊髄を再生させるために軸索再生を目標とした末梢神経移植実験が行われ、最近では損傷時に失われた細胞を補充するために多能性・自己増殖能をもった培養神経幹細胞を移植する実験が行われ、機能回復が報告されている。脊髄損傷モデル作製、移植実験の前段階としてドナー細胞である神経幹細胞のホスト脊髄内での性質の解析を行った。前年度は、幼弱ラット正常脊髄内にラット胎児海馬由来神経幹細胞を移植し、ホスト脊髄内で活発な白質に沿った移動とオリゴデンドロサイトへの分化傾向を報告した。今年度は、神経幹細胞の由来組織の違いを観察するために胎児脊髄から単離、培養した神経幹細胞を移植し、移動様式、分化能を観察した。前年と同様の手法で培養し、組換えアデノウイルスで標識した細胞を生後7日ラット脊髄に注入し、1週後に観察を行った。さらに異なるマーカー遺伝子を海馬および脊髄由来細胞に導入し同時移植し比較した。移植1週後、脊髄由来細胞は、全生着細胞数の64%が背側白質で観察され海馬由来細胞(88%)と比較して灰白質に多く分布していた。また、海馬由来細胞と同様に白質ではオリゴデンドロサイトに分化していたが、灰白質ではアストロサイトに分化していた。同時移植では、背側白質への移動様式は両由来細胞とも同じであったが、海馬由来細胞に生着細胞数の増加を認めた。移植細胞の増殖能を確認すると両者とも総生着細胞数に対して10%以下と低い割合であった。これら基礎実験から正常脊髄内に(1)移植した海馬由来細胞は、脊髄由来細胞よりも背側白質に移動しオリゴデンドロサイトに分化する(2)異なる由来の神経幹細胞を組み合わせて移植すると生着細胞数が増加する。(3)移植後、胎児由来神経幹細胞は増殖しないことが明らかになった。現在、実験継続中であるが、細胞生着の足場となる末梢神経と胎児海馬由来神経幹細胞移植によって錐体路を含む脊髄背側の軸索再生の可能性が示唆される。
培養細胞系を用いた経細胞的薬物輸送機構の解明

本研究は培養細胞の薬物動態研究における有用性を確立する目的で行われ、tight junctionが存在する小腸および脳における薬物の経細胞的透過に対して、我々が提唱する新しい輸送機構をそれぞれの実験系に適した培養細胞系を用いて実証し、下記に示す成果を得た。(1)安息香酸およびサリチル酸のヒト結腸由来培養上皮細胞Caco-2におけるpH依存的輸送は、pH分配仮説に従う受動拡散透過よりも、プロトンとの共輸送系を介した二次性能動輸送に基づくものであり、これに関与する輸送系はモノカルボン酸構造を有する化合物にのみ親和性があることが明らかとなった。(2)薬物の担体介在輸送の実証および輸送蛋白の分子機構的解析を行うために、ラット、ウサギおよびヒトの小腸上皮細胞から抽出したmRNAを注入したoocytesを用いた。その結果、oocyte膜上に発現したジペプチド輸送蛋白は、小腸刷子縁膜小胞系で得られたと同様に、種差を問わずβ-ラクタム抗生物質を共通してプロトン勾配を駆動力として輸送することが実証された。(3)「P-糖蛋白質(P-gp)が血液脳関門において排出ポンプとして機能する」という我々が提唱する仮説を、初代培養ウシ脳毛細血管内皮細胞系を用いて実証する実験を行った。ウシ脳皮質切片およびその初代培養細胞いずれにおいても、免疫学的手法により内皮細胞血管側にP-gpが局在することが確認できた。[^3H]ビンクリスチンおよび[^3H]シクロスポリンAの血管側からの細胞内への取り込みは、種々のP-gp機能阻害剤、モノクローナル抗体および代謝阻害剤の処理により増加したことから、これらの薬物はP-gpによってATP依存的に細胞外へ排出されていることが明らかとなった。以上の結果は、内皮細胞に存在するtight junctionによって親水性物質の脳移行が制限されるばかりでなく、P-gpの排出機能によって脂溶性で細胞毒性のある物質の脳移行が制限されるという、血液脳関門の新しい概念を提示するものである。本研究は、薬物の組織細胞膜輸送研究における培養細胞系の有用性を確立することを目的とする。まず、1.従来薬物腸管吸収に適用される「pH分配仮説」に対し、申請者らがすでに小腸刷子縁膜小胞によるモノカルボン酸系薬物輸送研究において提唱した「プロトンとの共輸送あるいは重炭酸イオンとのpH依存的交換輸送による二次性能動輸送」仮説を、ヒト結腸由来上皮細胞培養系(Caco-2)を用いて実証する実験を行った。また、2.脳毛細血管内皮細胞luminal側に存在する「P-糖蛋白質(P-gp)が血液脳関門において排出ポンプとして機能する」という、申請者らの仮説を初代培養ウシ脳毛細血管内皮細胞系を用いて実証する実験を行った。その結果得られた成果は、次の1及び2に示す通りである。1.Caco-2培養細胞において安息香酸の輸送特性が刷子縁膜小胞系で得られた現象と同様であり、その輸送速度は蛋白質修飾剤及びプロテアーゼ処理によって著しく減少した。このことより、安息香酸のpH依存的輸送は、pH分配仮説に従う拡散輸送よりは、プロトンとの共輸送担体を介した能動輸送に基づくものであり、これに関与する輸送系はモノカルボン酸構造を有する化合物にのみ親和性があることが明らかとなった。2.ウシ脳大脳皮質切片及びその初代培養細胞いずれにおいても、組織免疫学的手法により内皮細胞血管側にP-gpが局在することが確認できた。

[^3H]ビンクリスチンの血管側からの細胞内への取り込みは種々のP-gp機能阻害剤やモノクロナール抗体MRK16処理により増加し、[^3H]ビンクリスチンの見かけの取り込みの増加はその細胞外へのefflux過程の阻害に基づくことが明らかとなった。この結果は、物質の中枢移行性が化合物の物理化学的因子によって制限されているばかりでなく、P-gpによる汲み出しに働く担体輸送系によっても制限されるという、血液脳関門の新しい概念を提示するものである。本研究は、薬物の組織細胞膜送研究における培養細胞の有用性を確立することを目的とし、世界に先駆けた発見を含め、下記に示す成果を得た。(1)安息香酸およびサリチル酸のヒト結腸由来培養上皮細胞Caco-2における輸送特性は小腸刷子縁膜小胞系で得られた現象と同様であり、その輸送速度は蛋白質修飾剤およびプロテアーゼ処理によって著しく減少した。このことより、安息香酸およびサリチル酸のpH依存的輸送は、pH分配仮説に従う受動拡散透過よりも、プロトンとの共輸送系を介した二次性能動輸送に基づくものであり、これに関与する輸送系はモノカルボン酸構造を有する化合物にのみ親和性があることが明らかとなった。(2)薬物の担体介在輸送の実証および輸送蛋白の分子機構的解析を行うために、ラット、ウサギおよびヒトの小腸上皮細胞から抽出したたmRNAを注入したoocytesを用いた。その結果、oocyte膜上に発現したジペプチド輸送蛋白は、小腸刷子縁膜小胞系で得られたと同様に、種差を問わずβ-ラクタム抗生物質を共通してプロトン勾配を駆動力として輸送することが実証された。(3)「P-糖蛋白質(P-gp)が血液脳関門において排出ポンプとして機能する」という我々が提唱する仮説を、初代培養ウシ脳毛細血管内皮細胞系を用いて実証する実験を行った。ウシ脳皮質切片およびその初代培養細胞いずれにおいても、免疫学的手法により内皮細胞血管側にP-gpが局在することが確認できた。[3H]ビンクリスチンおよび[3H]シクロスポリンAの血管側からの細胞内への取り込みは、種々のP-gp機能阻害剤、モノクローナル抗体および代謝阻害剤の処理により増加したことから、これらの薬物はP-gpによってATP依存的に細胞外へ排出されていることが明らかとなった。以上の結果は、内皮細胞に存在するtight junctionによって親水性物質の脳移行が制限されるばかりでなく、P-gpの排出機能によって脂溶性で細胞毒性のある物質の脳移行が制限されるという、血液脳関門の新しい概念を提示するものである。
炎症標的化キメラペプチドの局所投与による炎症疾患新規治療方法の基礎検討

炎症性サイトカイン受容体等へ結合する配列と細胞を殺さずに膜へ粘着する配列とのキメラ化ペプチドにより強固に炎症を抑制する新規炎症疾患治療方法の基礎検討を実施した。調査、検討の結果、分子標的をTNFα、TLR4、TGFβ1に絞込み、各種アンタゴニストペプチド及びそのキメラ化ペプチド候補をin vitro評価系で選抜した。TNFαアンタゴニスト配列は膜粘着配列とのキメラ化により拮抗作用増強がみられた。TGFβ1アンタゴニストペプチドの肺局所噴霧により、ブレオマイシン誘発肺線維化ラットモデルの肺組織の線維化因子等を低減させた。我々はチロシンキナーゼ阻害分子標的薬に対して治療抵抗性を示す難治性癌への新規治療法を見出すべく、癌細胞膜を崩壊させて癌細胞を殺傷し、かつ分子量の小さい革新的な分子標的抗癌剤「ハイブリッドペプチド」を設計することに成功した。この手法を炎症免疫系疾患へ応用すべく、炎症性サイトカイン受容体等へ結合する配列と細胞を殺さずに膜へ粘着する配列とのキメラ化ペプチドにより強固に炎症を抑制する新規炎症疾患治療方法の基礎検討を実施している。代表的な炎症性サイトカインのTNFαに対する受容体へ結合する候補ペプチド配列を合成し、組換え受容体との結合親和性をBIACOREで1次スクリーニングし、さらにリガンド-受容体結合に重要な電荷アミノ酸を変えた変異配列を合成し2次スクリーニングを実施して、TNFα受容体結合配列を最適化した。炎症標的化配列とハイブリッドさせるカチオンリッチな細胞膜粘着配列の候補に対して、培養細胞への低い毒性の候補を選抜した。さらにスペーサー配列を挟んで選抜した細胞膜粘着配列をハイブリッドさせた炎症標的化ペプチドを合成して、TNFα感受性細胞L929を用いたTNFα依存的な細胞死をより強く阻害するTNFα標的化ハイブリッドペプチドを選抜した。TNFα標的化ハイブリッドペプチドはクローン病マウスモデルでの局所投与にて薬効、毒性を評価する予定である。また線維化の最も重要な蛋白のTGFβ1、アレルギーで重要なIgE等を標的化阻害するハイブリッドペプチドについても同様な取り組みを開始している。我々はこれまでに薬剤耐性を受けにくい癌細胞膜崩壊性ペプチドを用いEGFR等の癌高発現分子への結合配列とキメラ化させた、革新的な分子標的抗癌剤「ハイブリッドペプチド」を設計することに成功した。この手法を炎症免疫系疾患へ応用すべく、炎症性サイトカイン受容体等へ結合する配列と細胞を殺さずに膜へ粘着する配列とのキメラ化ペプチドにより強固に炎症を抑制する新規炎症疾患治療方法の基礎検討を実施した。1)関節リウマチ等の重要な分子標的TNFαのアンタゴニストペプチドの候補品をin vitro bioassay, BIACORE等で選抜し、カチオンリッチな細胞膜粘着型配列及びスペーサー配列のスクリーニングを行い、in vitro評価系においてキメラ化による拮抗効果増強がみられた。2)重症敗血症等の分子標的としてリポ多糖(LPS)等エンドトキシンの受容体であるTLR4のアンタゴニスト候補品をin vitro評価系で選抜した。このペプチドはTLR4へ結合するよりもLPSへ強く結合して、LPS刺激によるマクロファージのTNFα産生阻害作用を示した。細胞膜粘着型配列とのキメラ化は困難であったが、十分に強い阻害作用を示した。3)肺等の線維化に重要なTGFβ1のアンタゴニストペプチド(AP)候補品を評価した。ヒト赤白血病細胞株TF-1を用いたin vitro評価系において、recombinant TGFβ1刺激による応答をAPは濃度依存的に抑制した。ブレオマイシン誘発肺線維化ラットモデルに対して、肺噴霧スプレーによりAPを1mg/kgで週2回計4回投与したところ、肺組織中の線維化指標のhydroxyproline及び肺胞洗浄液中の炎症因子を低減させた。AP候補品を短く改変してからキメラ化して薬効を増強させる検討を行う予定である。
エーゲ海の島の小都市と聖堂の研究

浅野と益田は、平成18年8月24日から9月10日にかけてギリシアを訪れた。各都市での課題は、キリスト教聖堂を住民がどのように建設・維持してきたかということを、建築やその立地などの現地調査や、住民からの聞き取り調査などで明らかにすることであったが、本研究は企画調査であるので、そのような研究方法が可能であるかどうかを確かめることを主な課題とした。訪れた都市・村落と聖堂は次の通り。・ミストラ(アギア・ソフィア聖堂、アギイ・テオドリ聖堂、パンタナッサ修道院、ペリブレプトス修道院など)・モネンヴァシア(エルコメノス・クリスティ聖堂、アギア・ソフィア聖堂)・ナクソス島(パナギア・ドロシアニ聖堂、プロトスロニ聖堂、アギオス・ゲオルギオス・ディアソリティス聖堂、アギオス・ニコラオス聖堂、アギオス・イオアニス聖堂、パナギア・フィロティッサ聖堂、ローマ・カトリックの大聖堂など多数)ミストラとモネンヴァシアはすでに観光地化されていて、写真撮影は自由であった。ナクソス島では、ギリシア分化省から撮影許可を取得し、写真撮影をおこなった。ナクソス島のフィロティ村では、ここで生まれ、学校教員として働き、退職したマノリス氏から、村の中心であるパナギア・フィロティッサ聖堂についての話をくわしく聞いた。この聖堂は、1976年の村人の寄進により壁画が描かれ、マノリス氏もその制作に立ち会っているので、くわしい体験談を聞くことができた。ナクソス島には13世紀から16世紀までのヴェネツィア支配時代の文化財、16世紀から19世紀までのトルコ支配時代の文化財もあり、西欧美術・建築やイスラム美術・建築を専門とする研究者と調査団を組んで調査をおこなえば、積層・錯綜した島の文化活動を、ギリシア人とは違った目で見直すことができるという見通しが立てられた。以上の成果の一端は、平成19年4月7日の日本ビザンツ学会大会で浅野が発表した。
表皮角化細胞における終末分化の分子機構の解明と皮膚癌に対する新規治療法の開発

Profilaggrinはこの角化において中心的な役割を担う分子であり、profilaggrinが切断される際、EF hand domainを含むN末領域(proFLG-N)は核内に移行することが知られている。このFLG-Nが核内に移行しDNAを分解し細胞死を誘導すること、その機能にproFLG-NのA domainが関与していることを見出した。同時に、mesotrypsinによりprofilaggrinからFLG-Nが切断されること、さらにDNAの分解にはcaspase14によりICADから遊離したCaspase-activated DNase(CAD)も関与していることを明らかにしたProfilaggrinは角化において中心的な役割を担う分子である。Ca2+-binding domainであるEF hand domainを含むprofilaggrinのN末領域は、角化の過程で核内に移行することが報告されている。我々はこれまでprofilaggrinのN末端領域(1-292aa)が細胞死を誘導することを見出した。本研究ではこれまでの研究を発展させ(1)profilaggrin N末領域の核内移行による終末分化の分子機構の解明と(2) profilaggrin N末端領域をもちいた皮膚癌に対する新規治療法の開発を試みた。profilaggrinのN末領域と分化した表皮角化細胞の核内で結合する分子の同定をLC/MS/MS解析で試み、一つの分子を同定した。その分子をsiRNAにより表皮角化細胞内でノックダウンさせたところ、profilaggrinのN末領域により誘導される細胞死が著明に抑制された。現在その分子の皮膚における機能を解析している。さらに表皮角化細胞の細胞死に関与するシグナル伝達系を同定するため、各種阻害薬を用いて、どの経路が主としてprofilaggrinのM\N末領域による細胞死に関与しているか検討した。その結果、この細胞死にはcaspaseの関与は低く、異なる経路を介して細胞死に至ることが示唆された。さらに、profilaggrinのN末領域を約20アミノ酸からなるペプチドに分割し、細胞死を誘導しうるペプチドの検索したところ、非常に強い細胞死の誘導能を持つペプチドを同定した。今後このペプチドががん細胞に対していかに作用するかを検討する予定である。N末端にCa2+-binding domainであるEF hand domainを有しそれに多くの反復配列が続く、いわゆるfused-typeのS100タンパク質であり、角化の過程で切断された反復配列の1単位であるfilaggrinがケラチンを重合する。またその切断の際、EF hand domainを含むN末領域が核内に移行することが報告されている。我々はこれまでprofilaggrinのN末領域に注目し、profilaggrinのN末領域(1-292aa)は細胞死を誘導することが確認され、そのA domain(1-82aa)内に機能部位が存在することを見出した。本研究ではProfilaggrinのN末領域が核内に移行した後、どのような機序で細胞死に至るのかを解明とそれに基づいた皮膚癌に対する新規治療法の開発を目的とする。具体的にはまず核内でprofilaggrinのN末端領域と結合しうる蛋白質を同定し、細胞死にいたるシグナル伝達経路を検索する。さらにCaspaseなど表皮角化細胞の細胞死と関連が示唆されている分子との相互作用についても検討する。さらに、細胞死に関与していることが示唆されているのA domainを約20アミノ酸に区切り合成ペプチドを作製し、正常表皮角化細胞に導入しその作用を検討する。細胞死を誘導するペプチドが同定されれば、それをHacaT細胞株や各種培養癌細胞株に導入し、癌細胞に対する増殖抑制効果や細胞死の誘導効果について検討する。本研究ではProfilaggrinのN末領域(proFLG-N)が核内に移行した後、どのような機序で細胞死に至るのかを解明することを目的とし、1核内でprofilaggrinのN末端領域と結合しうる蛋白質の同定、2細胞死にいたるシグナル伝達経路を検索、3Caspase14など表皮角化細胞の細胞死と関連が示唆されている分子との相互作用について検討した。これまでにproFLG-Nが核内に移行しDNAを分解し細胞死を誘導すること、その機能にproFLG-NのA domainが関与していることを見出した。同時に、mesotrypsinによりprofilaggrinからproFLG-Nが切断されること、さらにDNAの分解にはcaspase14によりinhibitor of caspase-activated DNase (ICAD)から遊離したCaspase-activated DNase(CAD)も関与していることを明らかにした。この細胞死の分子メカニズムを解明するため、caspase経路を始めとするアポトーシス誘導シグナル経路とproFLG-Nとの関連を検討したところ、この細胞死はpan-caspase阻害薬であるZ-VAD-FMKでは抑制されなかった。現在小胞体ストレスを介する経路など他のシグナル経路との関連を解析している。

また分化した表皮角化細胞の核内でproFLG-Nと結合する蛋白質をプロテオミクス解析で検索したところ、その候補蛋白質としてpininが同定され、siRNAによりpininの発現を抑制した細胞ではproFLG-Nによる細胞死の抑制が観察された。またproFLG-Nの細胞死誘導作用を皮膚有棘細胞癌の治療に発展させるため、この領域を19-20アミノ酸からなるペプチドに分解し細胞死に関与するコア領域の同定を試みたところ、最もN末端に存在するペプチド(1-19アミノ酸;1-19proFLG-N)で細胞死が誘導された。皮膚科学これまでの研究で、profilaggrinのN末領域が細胞死を誘導する際に関連しうる分子を同定でき、さらに細胞死に至るシグナル経路もおおむね決定できている。さらに皮膚がんの新規治療法の開発において最も重要なペプチドも同定され、今後さらに詳細な実験へと進める準備がほぼ終了している。したがっておおむね順調に研究が進展していると判断する。profilaggrinと結合する蛋白質の同定に関しては、growth phaseの表皮角化細胞(NHK)とdifferentiated phaseのNHKより得た核蛋白質と細胞質蛋白質をGST融合proFLG-Nリコンビナント蛋白質と共沈降させ、これらの蛋白質をもちいて資生堂リサーチセンター日比野先生の協力のもとLC/MS/MS解析を行った。その結果、profilaggrinのN末領域と結合する可能性をもつ候補蛋白質が得らた。さらにsiRNAによりそれらの発現を抑制しproFLG-Nによる細胞死の影響を検討しさらに候補の蛋白質が絞られてきている。一方、A domainをカバーするペプチドを複数作製し、このうち細胞死を誘導するペプチドを同定した。profilaggrinのN末領域が誘導する細胞死の機序に関してさらに詳細に検討する。さらにこのN末領域と関連する分子は、これまで皮膚における発現や機能の報告がない分子であり、本分子の皮膚における機能も解析する。また、皮膚がんの新規治療法の開発においては、profilaggrin N末ペプチドを培養がん細胞やin vivoモデルに適用し、がん細胞の増殖抑制など治療効果を有するか検討していく。現在profilaggrinのN末領域による細胞死に関与する可能性をもつ蛋白質が複数得られており、この中から細胞死に関与する蛋白質を同定し、その蛋白質の表皮角化細胞の増殖・分化における役割やprofilaggrinとの関連について解明していく。また、profilaggrinペプチドに関する研究ではHaCaT細胞や各種培養癌細胞において細胞死を誘導しうるか検討する。おおむね予算通りに試薬を中心に購入したが、プラスチック製品(細胞培養用ディッシュなど)の残があったため購入時期を検討していたところ3月末に購入が間に合わなかった。そのため、その分が次年度使用額となってしまった。
消化器癌におけるHippo-pathwayを介した癌幹細胞性獲得機構の解明

肝細胞癌株(HLF, SKHEP1)、大腸癌細胞株(SW620)や食道癌細胞株(TE-1)において、腫瘍抑制シグナルHippo pathwayの構成成分YAPとTAZの発現検討を行ったところ、肝細胞癌株においては、TAZ優位で発現していたのに対して大腸癌株や食道癌株においてはYAP優位(YAP>TAZ)で発現していた。この結果は非常に興味深く、消化器癌においても肝細胞癌と大腸癌、食道癌においては腫瘍抑制シグナルHippo pathwayの役割が異なる可能性が示唆された。大腸癌細胞株および食道癌細胞株でYAPのsiRNAを行い、TAZ/YAPの発現変化を検討したが、YAPの発現低下はsiRNAで得られていたがcompensateなTAZの発現上昇は認められなかった。細胞増殖能はYAPのsiRNAにより有意に低下しており、YAPは大腸癌および食道癌における細胞増殖能に深く関与していることを同定した。引き続き、「腫瘍抑制シグナルHippo pathwayの構成成分YAPとTAZの発現プロファイルが消化器癌細胞の増殖能や抗がん剤抵抗性・腫瘍形成能のいった生物学的特性を制御し、癌幹細胞様の性質獲得に関与する」という仮説に基づいて研究を行う。2016年4月の熊本地震による実験施設および多くの試薬が被害を被ったため、予定していた実験の再スケジューリングを要した。当初予定していた、癌幹細胞能に関する検討がまだ終了しておらずやや遅れていると判断する。肝細胞癌株(HLF, SKHEP1)、大腸癌細胞株(SW620)や食道癌細胞株(TE-1)において、腫瘍抑制シグナルHippo pathwayの構成成分YA PとTAZの発現検討を行ったところ、肝細胞癌株においては、TAZ優位で発現していたのに対して大腸癌株や食道癌株においてはYAP優位(YAP>TAZ)で発現していた。実験の再開に伴い高コレステロール治療薬として広く用いられているスタチンがHippo pathwayの構成成分であるTAZの発現を抑制する実験結果を得たが、当初予定していた癌幹細胞能に関する検討がまだ終了しておらずやや遅れていると判断する。引き続き実験計画に基づいて研究を遂行する。また、高コレステロール治療薬として広く用いられているスタチンがHippo pathwayの構成成分であるTAZの発現を抑制する実験結果を得ており、これらの実験結果も踏まえて今後治療薬としての可能性について検討を行いたい。また、高コレステロール治療薬として広く用いられているスタチンがHippo pathwayの構成成分であるTAZの発現を抑制し、癌細胞の進展を抑制する結果が得られており、今後治療薬としての可能性について検討を行いたい。

熊本地震の影響もあり、予定していた実験の再スケジューリングを要し、当初予定していた実験計画まで進むことが出来なかった。(理由)医局内保管の試薬、消耗品を使用することができたため(使用計画)試薬、消耗品の購入費、及び、最新の研究情報を得るため、及び研究成果発表のための学会出張旅費にも充てたいと考える。実験施設も復旧し、実験計画に基づき、進めていく上で、試薬等の消耗品購入費、及び実験データの集約、管理、資料整理等を行ってもらう事務補佐員の雇用経費に充てたいと考える。
身体疾患を有する患者の心理的アセスメントにおける看護学生パフォーマンス評価の開発

本研究目的は,看護学士課程における身体疾患を有する患者の心理的側面を適切に観察することで「使える」レベルを目指した経験学修を行うために,看護基礎教育で育成する学生パフォーマンス評価の開発を行うことである。本研究の具体的な目標は以下のとおりである。1)看護教育におけるパフォーマンス評価の実態と課題を明らかにする,2)パフォーマンス課題・評価の探索および妥当性の検討,3)パイロットスタディによるパフォーマンス課題・評価内容の信頼性の検討,4)モデルケースへの試行による実施可能性の検討,である。本研究の平成30年度の具体的な目標1)に基づき,看護学部学生のどの時期にどのようなパフォーマンス課題が求められ,その課題をどのような学生のパフォーマンスにより評価しているのか,またその課題を文献検討により明確化した。我が国におけるパフォーマンス評価の実際について成書を参考に本研究目的に応じたパフォーマンス課題をどのように作成し,パフォーマンス評価で使用するツールの決定を行った。パフォーマンス評価は「逆向き設計」であるため,まずは評価方法,ツールを探索する必要がある。そのため,身体疾患を有する患者の心理的側面を評価するパフォーマンス評価内容を決定する必要があった。よって,具体的な研究対象の設定,選出方法,研究方法を決定し,評価内容の妥当性を検討する準備をすすめている。また,文献検討で得られた知見を公表する準備を同時に進めている。本研究目的を達成するための準備段階である文献検討によるパフォーマンス評価の実態と課題の明確化は進んでいる。また,文献検討の結果に基づき,パフォーマンス評価内容を決定する準備が進んでいるため,おおむね順調に進んでいるとした。本年度は,2)パフォーマンス課題・評価の探索および妥当性の検討を予定している。現時点で,研究対象者の選定を行っている状況である。今後,研究対象者の承諾とデータ収集を行う予定としている。また,平成30年度に検討した文献から得られた知見の公表準備を並行して行う予定である。平成30年度は,看護教育におけるパフォーマンス評価の実態と課題を明らかにするための文献による探索が主となったため,当初予定していた学会参加旅費などが発生しなかったため,残金が生じた。令和元年度は,パフォーマンス評価内容を検討することおよび平成30年度の文献による知見を公表するための学会参加への旅費,研究対象者への謝金の発生,データ収集に必要な旅費とその他,データ整理のための人件費を計上した。
タンデム触媒系を用いた単行程高度分子変換法の開発と生理活性物質合成への応用

同一の反応空間においてひとつの触媒が反応機構の異なる複数の反応を活性化して反応基質を連続的に化学変換することができれば(タンデム触媒系)、複雑な分子構造を単純な原料から一挙に構築することが可能となる。しかし、複数の分子の混合状態において、同一の触媒で選択的に基質を活性化して異なる反応を秩序よく進行させることは極めて困難である。23年度は、マイクロリアクターを用いた空間集積合成への適用を含め、時空間集積および時間集積とあわせて複雑分子の構築法の開発を検討した。また、その反応を利用していくつかの生理活性天然物なちびに低pH応答型の人工DNA切断分子の創製を目指した。検討の結果、以下にまとめた成果を明らかにした。1.マイクロリアクターを用いた室温での触媒的(2+2)環化付加の実現(空間集積)2.タンデム触媒系を利用した連続的異性化-(2+2)環化付加の開発(時間集積)3.低pHに応答してDNAを選択的に切断するシクロブタン化合物の創製(上記の集積反応を活用)4.タンデム触媒系でのイナミドを基質とする反応の開発:不飽和イナミドおよび多置換キノリンの合成(時空間集積)5.不斉共役付加を基点とするワンポット反応でのキラルβアミノ酸誘導体の合成(時間集積)と、統合失調症治療薬ネモナプリドの短行程不斉合成即ち、Tf2NHの多彩な触媒活性を利用した反応集積化を行い(2+2)環化付加を含む連続反応を開発するとともに、生理活性天然物の母核構造の短行程合成に成功した。また、低pH応答型DNA切断分子を設計し、実際に目的の機能を示すことを明らかにした。シリルエノールエーテルは求電子剤とα位炭素で結合形成反応を起こすと対応するシロキソニウムイオンが生じる。このオキソニウムイオンの寿命や化学反応性を巧妙に制御することができれば、様々な連続反応が進行すると考えた。これまで、生じたオキソニウム炭素上への求核攻撃を鍵とする連続反応について成果を挙げてきたが、今年度はα(α')位の脱プロトン化に伴うシリルエノールエーテルの再生を機軸とする連続(時空間集積および空間集積)反応を行い,新規分子変換法を開発するとともに生体機能性物質の創製を目指した。その結果、以下の成果を挙げた。1.廃棄物を最小限とする触媒的シリルエノールエーテル化2.シリルエノールエーテルの再生を伴う形式的[3+3]環化付加とclovan合成への応用2.連続的Diels-Alder-脱離反応によるメチレンシクロヘキセノンの合成3.多環性シクロブタンからスピロシクロプロパンへの立体特異的転位反応4.ラジカル連続反応を活用したレパジフォルミンの全合成主に、マルチタスク触媒として働くTf_2NHを利用することにより、シリルエノールエーテルの反応の潜在的多様性を拡張することに成功した。特に研究1では、強力なブレンステッド酸として知られるトリフリックイミド(Tf_2NH)とアミンを触媒量用いて、アリルシランとケトンからシリルエノールエーテルを合成することに成功した。マイクロフロー反応に適用することで、極めて効率的かつ省資源的な合成法を確立した。また、上記反応で得られる多置換環状化合物は生理活性天然物のユニットとしての利用が期待できる。
細孔径と分子識別能を調整可能な新しいナノ空間の創製

エネルギーを消費しない効率的な分子分離法の確立が強く求められている。本研究では、イオン液体に代表される不揮発性の液体をナノ空間中に導入し、その種類及び量を変えることで、実効細孔径と特定の分子に対するポテンシャルを調整可能なナノ空間の創製を行った。不揮発性物質としてイオン液体、およびパラフィンを、吸着媒としてメソポーラスシリカを用い、その合成法を確立し、吸着特性評価を行うことで、合成した多孔体の実効細孔径が制御可能で、またいくつかの有機分子に対して特異な吸着特性を示すことを確認した。本研究では、イオン液体に代表される不揮発性の液体をナノ空間中に導入し、その種類及び量を変えることで、実効細孔径と特定の分子に対するポテンシャルを調整可能なナノ空間を創製することを目的としている。本年度は、メソポーラスシリカ-イオン液体混合体の作成と、その吸着特性評価を行った。メソポーラスシリカとしてSBA-15を用い、Emim[EtSO4]をはじめとする複数種のイオン液体を導入した。イオン液体は蒸気圧が極めて低い液体であるが、本研究で開発した方法により、効率よくメソ孔内に導入することに成功した。メソ孔へのイオン液体の導入量を変化させ、系統的に吸着能への影響を検討したところ、イオン液体の導入量の増加に対応して細孔容量が減少し、また一部の試料ではメソ孔径が大きく変化することを確認した。同試料についてX線回折測定を行い、小角部に現れる規則性メソ細孔由来のピークの強度に変化が現れることを見出した。混合体が示したピーク強度の増加は、イオン液体が均一にメソ孔内に分散していることを示している。また、有機分子の吸着能についても検討することができた。細孔内のイオン液体の構造解析については、X線回折測定とともにRMC法の適用を行った。イオン液体は2種のイオンの混合体であり、また嵩高い分子であることから計算は困難であったが、イオン間のポテンシャルを考慮した計算を行うことにより、実験から得た構造情報を再現するの分子間構造の描像に成功した。以上から、当初の目的に沿った、順調な成果を挙げられていると言える。目標のうち、不揮発性分子を導入したメソポーラスシリカの調製法の確立は順調に推移し、導入量を調整することによって細孔容量や細孔径といったナノ空間の幾何学的な特性を制御することが可能となった。また、細孔内の不揮発相の構造決定についても実験を開始することができた。昨年度導入した吸着物性測定装置も順調に立ち上がり、今後の研究進展に大きく寄与すると考えられる。細孔中のイオン液体構造についても、RMC法の適用に成功し、構造記述法をおおむね確立することができた。本年度は、不揮発性物質としてイオン液体を使用した昨年に引き続き、吸着媒をメソポーラスシリカ、調整剤をパラフィンとした混合体の作成と、その吸着特性評価を行った。パラフィンは長鎖炭化水素であり、室温よりわずかに高い調整可能な融点を持ち、疎水的であることから細孔径だけでなく表面改質の効果も期待される。本研究で開発した方法により、パラフィンをメソ孔内に導入することに成功した。メソ孔へのパラフィンの導入量を変化させ、系統的に吸着能への影響を検討したところ、導入量の増加に対応して細孔容量が減少しているだけではなく、細孔径も変化していることが分かった。細孔径への影響はパラフィン導入量に対して平坦ではなく、細孔径があまり変わらずに細孔容量が減少している領域が見られた。同試料についてX線回折測定を行い、イオン液体導入時と同様に小角部に現れる規則性メソ細孔由来のピークの強度に変化が現れることを見出した。水吸着等温線の測定により、水の吸着能についても検討することができた。また赤外吸収法の適用により、細孔内のパラフィンの状態についても知見を得た。また、細孔内の不揮発相の構造決定についても実験を進展させることができた。不揮発性物質としてイオン液体、およびパラフィンを、吸着媒にメソポーラスシリカを用い、昨年度までにほぼ合成法を確立したハイブリット体について、本年度はその吸着特性評価を行った。イオン液体はほぼ蒸気圧を持たず、自身が種々の機能を持つことから、多孔体に新たな物性を持ち込むことが期待できる。パラフィンは長鎖炭化水素であり、調整可能な室温よりわずかに高い融点を持ち、疎水的であることから細孔径だけでなく表面改質の効果も期待される。