hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
中枢神経細胞におけるK+チャネル密度と性質を調節する分子機構に関する研究

本研究では、脱分極で活性化されるA型K+チャネルの密度と性質が発達過程における調節機構を調べるために、パッチクランプ法と単一細胞RT-PCR法を用いて、発達過程における電流とチャネルのアルファサブユニットの発現を、線条体コリン作動性介在ニューロンを用いて定量的に調べた。本研究代表者らのこれまでの研究によって、この細胞は強いA型電流を持っていることと、K+チャネルのアルファサブユニットをコードするKv4.2を発現していることが明らかになっている。本研究では、出生から生後57日齢の動物におけるA型電流と、Kv4.2mRNAの発現量を定量的に調べた。その結果、Kv4.2mRNAは生後発達において、指数関数的に増加し、約3週齢で一定のレベルに達することが分かった。一方、A型電流は生後発達においてその振幅は増加したが、電位依存性や時間依存性に顕著な変化が見られなかった。Kv4.2mRNAに比べて、A型電流の増加が緩やかであった。転写と翻訳の機構の上に、mRNAとチャネル蛋白の分解の機構も考慮に入れれば、高い相関係数でKv4.2mRNAとA型電流の発達を記述することができた。これは発達過程における対応したチャネルmRNAと電流の関係を定量的に記述した初めての例である。本研究の結果から、今後のチャネル密度制御に関する研究は転写と翻訳及びチャネル蛋白とチャネルmRNAのターンオーバーのレートを決定することと、それらのレートはどのような分子機構で決定されているのかを明らかにすることが重要であることが示された。本研究課題及び本研究課題に関連した課題で得られた成果の一部を論文(研究発表)にまとめた。神経細胞電位依存性K+チャネルの密度と性質の調節にαサブユニットとβサブユニットがどのように関与するのかを明らかにするため、本研究代表者がこれまでに用いてきた線条体コリン作動性介在細胞をモデルに、発達過程において、パッチクランプ法を用いて、K+チャネル電流の密度とキネティックスを調べると同時に、記録後パッチ電極で細胞を採取し、各サブユニットのmRNAの発現レベルを定量化し、mRNAの発現量とチャネルの密度や性質との関係から、αサブユニットとβサブユニットの役割を明らかにする方法を用いた。線条体コリン作動性細胞はA電流と遅延整流性電流を持つが、平成13年度では、遅延整流性電流を中心に研究を行った。動物はラットを用いた。本研究代表者らのこれまでの研究によって、成熟ラットの線条体コリン作動性細胞は遅延整流性電流の候補遺伝子のKv1とKv2、さらにβサブユニットのKvβ1とKvβ2を発現することが分かっているが、Kv3遺伝子も候補として考えられる。そこで、今回Kv3.1とKv3.2について調べたが、発現が認められなかった。また、遺伝子と電流との関係を層明らかにするため、抗体を用いた免疫染色を行った。その結果、線条体の大型細胞(コリン細胞と推定される)はKv1.1とKv1.2陽性であることがわかった。電気生理学的な手法を用いて、遅延整流性電流を分離し、その生後発達を調べたところ、生後0日から生後35日にかけて、電流の振幅が単調に増加することがわかった。いっぽう、検出確率法を用いてKv1.2の発現量を調べたところ、電流と平行に生後発達において単調に増加することがわかった。同様にKvβ1とKvβ2の発現量も生後発達において単調に増加することがわかった。これらのことから、線条体コリン作動性細胞において、遅延整流性K+電流の密度の調節にαサブユニットのmRNA量の調節が主要な働きをすることが示唆された。

本研究では、脱分極で活性化されるA型K+チャネルの密度と性質が発達過程における調節機構を調べるために、パッチクランプ法と単一細胞RT-PCR法を用いて、発達過程における電流とチャネルのアルファサブユニットの発現を、線条体コリン作動性介在ニューロンを用いて定量的に調べた。本研究代表者らのこれまでの研究によって、この細胞は強いA型電流を持っていることと、K+チャネルのアルファサブユニットをコードするKv4.2を発現していることが明らかになっている。本研究では、出生から生後57日齢の動物におけるA型電流と、Kv4.2mRNAの発現量を定量的に調べた。その結果、Kv4.2mRNAは生後発達において、指数関数的に増加し、約3週齢で一定のレベルに達することが分かった。一方、A型電流は生後発達においてその振幅は増加したが、電位依存性や時間依存性に顕著な変化が見られなかった。Kv4.2mRNAに比べて、A型電流の増加が緩やかであった。転写と翻訳の機構の上に、mRNAとチャネル蛋白の分解の機構も考慮に入れれば、高い相関係数でKv4.2mRNAとA型電流の発達を記述することができた。これは発達過程における対応したチャネルmRNAと電流の関係を定量的に記述した初めての例である。本研究の結果から、今後のチャネル密度制御に関する研究は転写と翻訳及びチャネル蛋白とチャネルmRNAのターンオーバーのレートを決定することと、それらのレートはどのような分子機構で決定されているのかを明らかにすることが重要であることが示された。本研究課題及び本研究課題に関連した課題で得られた成果の一部を論文(研究発表)にまとめた。
キネシンによる神経極性の認識機構

細胞内輸送において重要な役割を担う分子、キネシンのモーター領域は軸索を認識することが知られているが、これに関わる分子機構は明らかにされていなかった。本研究により神経細胞内の微小管を構成するチューブリンのカルボキシル末端におけるチロシン化/脱チロシン化のアミノ酸修飾が、キネシンの輸送方向を制御することを明らかにした。また、チロシン化を担う酵素、TTLを神経細胞でノックダウンすることにより、微小管修飾を介したキネシンの方向性の制御が神経極性の維持に必要であることが明らかになった。以上の結果より、細胞内の物質輸送制御ならびに神経細胞の形態制御における新しい分子機構が解明された。キネシンのモーター領域は軸索を認識することが知られているが、これに関わる分子内領域は明らかにされていなかった。様々な変異を導入することで、軸索認識に関わる領域の同定に成功した。野性型と両極局在型変異体キネシンに結合する因子を直接比較することで輸送極性を決定する因子の同定を行った。その結果、認識性の違いがチューブリンそのものに対する結合性が上昇することが明らかになった。神経細胞内の微小管を構成するチューブリンはカルボキシル末端のチロシン化/脱チロシン化、アセチル化、ポリグルタミン酸付加など軸索と樹上突起で異なった翻訳後修飾を受けているため、チューブリンの翻訳後修飾に対する認識性の違いについてまず解析を行う。チロシン化/脱チロシン化はカルボキシル末端を認識するペプチダーゼで処理することにより、アセチル化は脱アセチル化酵素阻害剤で処理した細胞から微小管を調整することにより、またポリグルタミン酸付加については当研究室のポリグルタミン酸付加酵素の欠損マウスを用いることによりそれぞれ解析を行った。その結果、変異型キネシンはチロシン化に対する認識が低下していることが明らかになった(the 38thannual meeting of the Society for Neuroscience)。これによりチロシン化は軸索において低いため、これにより軸索を認識する機構が説明できる。この結果について学会発表を行った。この他、ポリグルタミン酸付加酵素欠損マウスの解析第31回日本神経科学大会、ポストシナプスでの輸送解析を行った(PLOS one)。前年度の研究結果により、神経細胞内の微小管を構成するチューブリンカルボキシル末端のチロシン化/脱チロシン化が微小管モーターであるキネシンの輸送方向を制御することを明らかにした。本年度の研究で、微小管たのチロシン化を担う酵素、TTLを神経細胞でノックダウンすることにより、キネシンを介した輸送極性の制御が、神経極性の維持に必要である事が明らかになり、神経細胞の形態制御機構について新しい知見を得ることができた。これらの成果を論文として公表した(Konishi et al., Nat Neurosci,日本神経化学会、日本神経化学会、ASCB/LSCB/CDB meeting)。さらなる研究展開のため、神経細胞内で局所的に修飾を制御する実験系を立ち上げるため、マイクロチップを用いた神経細胞の培養系を立ち上げ、培養に成功している。また、チロシン化以外のチューブリン修飾であるポリグルタミン酸化について、脳内の機能を解析するため、修飾酵素、TTLL1, TTLL7のノックアウトマウス脳を解析した結果、実際に修飾が顕著に低下している事を見いだした。また、TTLL1はアルファチュブリンを、TTLL7はベータチューブリンをそれぞれ特異的に修飾する事を発見した。これらの成果について、日本分子生物学会、日本細胞生物学会で発表を行った。
掘削による泥炭地盤の膨張について

研究計画に従って、研究成果の概要を述べる。(1)、膨張度の定義圧密沈下の場合は、通常、沈下量から定義される。膨張度の定義は、本研究では、膨張量または間隙水圧の低減の終了を膨張度100%とし、考慮している時間の膨張量または間隙水圧のそれぞれの比から膨張量を求めた。そこで、最終膨張量を双曲線により近似し、これを膨張度100%とした。間隙水圧の低減の測定値からの定義は論理的には可能と思われるが、測定技術上の問題点を克服しなければならないの点が派生したので、今回は、膨張量により定義することとした。(2)、泥炭土層中の膨張量の経時変化の分布の確認圧密沈下量の経時変化の分布の様子と膨張量の分布の様子は同様であることがわかった。しかし、膨張量の総和は、圧密沈下量の十分一の量である。膨張の期間は弾性的に短い変化であることが分かった。この点については、今後の検討事項である。(3)、間隙水圧低下の経時変化の分布の確認間隙水圧の低下の様子を掴むことは、本研究で行った方法で可能であることが判明した。しかし、間隙水圧の低下のために発生する負圧により、測定のパイプ中の脱気水中の残留気体と今回使用したサンプル中の泥炭土の含有気体の発生により、間隙空気圧のため、実験テクニックの向上が必要であることが判明した。(4)、膨張モデルの構築膨張モデルは、瞬時膨張を表す一個のスプリングと遅延膨張を表す二個のフォークトモデルを直列に繋いた膨張モデルを構築することができた。本年度は、実験装置の一部手直しなどの予定外の仕事が忙殺されたこと。また、試料としての泥炭土を掘削入手するための、サンプリングの可能な土地改良事業の場所を探すことに手間取ったたり、サンプリングの時期が冬の農閑期に限られるため、多少計画が遅れ勝ちである。しかし、現在実験装置の一部改良作業は完了した。改良の必要な実験上の問題点は次のようである。(1)、既に実施した実験では間隙水圧の測定が十分で成功したとは言いがたいので、その改良を計った。間隙水圧の測定に際し、圧力計の受感部の位置と間隙水圧の測定の位置が十分把握できないなどの、混乱が見られたことなによる。(2)、層別変位計での沈下および膨張量の測定を水準測量に頼っていたが、測定精度の向上のためポテンションメーターなどを利用した変位測定の方法に改良の必要があることが分かった。(3)、圧密沈下量および膨張量の算定には、浸透力圧密の試験データが必要で有る。そのため、動水勾配型の圧密試験法の研究が必要である。このような問題点の解決が必要で有るが、予備的におこなった土層実験では、最終沈下量および最終膨張量の予測では、m^v法およびm^<vs>法が適合する。しかし、圧密速度および膨張速度の解析には圧密係数C^vおよびC^<vs>が適切に測定されなければならない。泥炭土地盤の圧密度の定義は、今回の研究では、排水量の経時変化より求めた。それは、間隙水圧の変化を捕らえることにより圧密度を定義することは、原理的には可能であるが間隙水圧計の接続パイプの中の脱気水から遊離したガス、および泥炭土から発生したガスが多く、常に測定用のパイプ内の水から脱気していなければ正確な間隙水圧が測定できないことが分かった。泥炭土からはガスの発生があること当初から予測された。

今年度の研究に使用した泥炭土は新潟県亀田郷産である。模型地盤の研究に対し、間隙水圧の測定に障害となる程度までガスが発生することは、稀な現象であると思われるが今回の新潟県亀田郷産の有機質土には、この現象が発生したものと思われる。現在の地盤工学においては、土が土粒子と水の二層系の材料として取り扱うことが多いが、ガスを取り入れた三層系の力学的取り扱いは困難な問題である。そして、掘削による除荷重による膨張量時間曲線は双曲線近似が出来ることが分かった。双曲線近似法による時間の無限大の膨張量を膨張度100%とし、膨張時間の関数として、膨張量を予測することが可能であることを示した。それは、レオロジーモデルで表すことも出来ることを示した。すなわち、初期弾性膨張量を表すスプリングと遅延弾性膨張量表す二個のフォークトモデルを直列に繋いだ変形モデルで表すことができる。このような二個のフォークトモデルのうち、先行圧密荷重の前後で膨張の割合が異なる。それは、泥炭土を構成する植物繊維の細胞などからできるミクロポアーや植物の茎や葉などからできるマクロポアーの吸水膨張量の比が異なると思われる。このようにレオロジーモデルを使用して、泥炭土の圧縮・膨張は定性的に、容易に説明することは可能であるが、物性的に明らかにされないので究極的には想像の域を越えることが困難である。
装飾と「他者」－両大戦間フランスを中心とした装飾の位相と「他者」表象

本研究により、(1)植民地主義を背景とした19世紀半ば以降のフランスを中心とした文様や装飾芸術をめぐる批評的、学問的、および手引書など実践的な主な言説における「他者」の概念配置と美学形成との関わりを明らかにし、通常20世紀美術で論じられる「プリミティヴィズム」の構造を明確にした。さらにジェンダー的、民族的「他者」観と結びついた20世紀のモダニズムの言説における装飾否定の構造を示した。(2)両大戦間を中心とした漆に代表される「他者」性を帯びた素材や技法、さらに意匠や図像の流行を、具体的な作例から検証し、アール・デコの特質やモダニズムとの関わりにおいてその意味を明らかにした。本研究のテーマに基づき、本年度はまず、1,国内において収集可能な資料を通じて、オーウェン・ジョーンズ、アロイス・リーグルを中心に、ヨーロッパにおいて近代的美術史学の形成期における芸術と装飾の概念の位相と、西欧における植民地主義を背景とする非西欧の情報や物の流入に伴う「他者」への関心との関わりを検討した。その結果従来のいわゆる「プリミティヴィズム」研究において見逃されてきた、19世紀後半における産業/装飾芸術振興運動や学問としての装飾史の形成と、「他者」の問題との関わりの深さと重要性が明らかになった。2,フランスの19世紀後半から1930年代に至る装飾芸術と他者表象の関連をめぐる実例調査とその背景となる状況を理解するための資料収集を目的に、2009年8月22日から9月2目まで、パリの国立図書館、装飾美術館及び同付属図書館等における資料収集、作品調査を実施し、さらに3月にも補足調査を行った。この調査においては1921年、1931年のマルセイユ、パリにおける植民地博覧会を中心に、博覧会の公式報告書や当時の定期刊行物、さらに装飾美術館収蔵の収集家ジャック・ドゥーセの旧所蔵品を調査することで、当時の装飾芸術における非西欧の技法、素材、造形の積極的な取り入れや他者表象の実態を明らかにした。3,2009年9月3日から7日までのベネチア・ビエンナーレの視察や国内での現代美術の調査により、ポストコロニアリズムの文脈において非西欧出身の現代美術家がグローバル・マーケットに登場する現状において、装飾や文様といった要素や問題がいわゆるポストモダニズムにおける装飾偏重に留まらない重要な問題として前景化していることを確認した。以上の研究の一部を雑誌に発表し、現在入校中の論文で研究全体の序論となる部分を執筆した。本年度の調査を通じ、本研究の意義が改めて確認されるとともにさらに調査を深める必要が実感された。1)研究計画に基づき、2010年8月25日9月3日、及び12月26日2011年1月8日の期間、ニューヨーク、及びパリとその周辺で資料・作品調査を行った。ニューヨークでは主にニューヨーク近代美術館でアンリ・マティスを中心に現代美術を含めた作品調査を行い、メトロポリタン美術館では、同館が多数所蔵しながらこれまでまとめて展示されることの少なかった1920年代を中心としたアール・デコ期のフランスにおける装飾芸術の作品調査を行う機会に恵まれた。パリにおいてはフランス国立図書館、及び装飾美術館、ブーローニュ=ビランクールの30年代美術館における所蔵品及び資料室の調査に加え、ナンテールの現代国際資料図書館(BDIC:Bibliotheque de Documentation Internationale Contemporaine)の所蔵する1931年のパリ植民地博覧会に関する特別資料の調査を行った。さらにベルギーのトゥルネイ美術館で、ジャン=ピエール・ド・リークによる学術的な研究をもとに開催された、192040年における西欧の植民地主義と絵画・写真をはじめとするイメージとの関係をテーマとした展覧会を見学し、作品調査と資料に関する重要な示唆を得た。2)以上の調査、資料収集に基づき、西欧における植民地主義を背景とする非西欧の情報や物の流入に伴う「他者」への関心と、近代美術史学の形成期における芸術と装飾をめぐる概念の位相との関わり、及び19世紀末から現代へ至るフランスを中心とした美術や装飾芸術における「他者」表象や、非西欧のオブジェや装飾、技法の受容や応用の実例、装飾と「他者」をめぐるまなざしや言説の構造を検討し、本研究全体の方向性を示す論文を発表した。本論文は装飾と「他者」の関わりをめぐる問題が、これまでの美術史のあり方や語りの構造を根本的に問い直す重要な問題である事を明らかにした。本研究のテーマに基づき、本年度は昨年度に引き続きフランス、およびイタリアを中心とした資料および作品調査を実施した。1)2011年8月7日から14日まで、パリにおいて20世紀初頭から両大戦間における他者表象をめぐる画像、文献調査、およびケース・スタディとしての画家アンリ・マティスの北アフリカ旅行時の資料調査を実行した。

具体的にはパリのケ・ブランリー美術館資料室において他者表象の画像資料の閲覧、旧マティス家においてマティス家所蔵の北アフリカ滞在時の資料閲覧(主に書簡)を行い、さらにフランス国立美術館において文献調査を行った。加えて8月15日から21日にかけては、ポストコロニアリズムを踏まえた現代美術における他者表象を調査するため、ヴェニスで開催されていたビエンナーレをはじめとする展覧会において、とりわけグローバル・マーケットに登場した非西欧出身の現代美術家による作品を調査した。2)夏のパリ調査によって、特に1931年の植民地博覧会関連資料のうち重要な部分がエクス=アン=プロヴァンスの国立海外古文書館に所蔵されていることが判明したため、12月18日から22日にかけてエクス=アンニプロヴァンスの国立海外古文書館での調査を実施し、植民地博覧会の実施のための実務的な資料を中心に閲覧した。その結果、1931年万博をめぐる主催者側の見解や、とりわけ植民地博物館の建築・展示をめぐる実務の詳細が明らかになった。また12月23日から1月4日にかけては、パリに残されている1931年の植民地博覧会の遺構や同時代の他者表象の作品調査を行った。3)両大戦間にフランスで活躍した日本人グラフィック・デザイナー里見宗次が日本政府の注文を受けて制作したポスターをテーマに検討を行い、この時代の西欧における他者表象のあり方が、グローバルな社会的政治的背景のもとに日本においても展開されていたことを検証した論文を執竺した.(1)本年度は論文「装飾の「プリミティヴィズム」ー十九世紀後半における産業/装飾芸術運動と「他者」概念の配置」(25年度中に入稿。26年4月出版済み)を執筆し、19世紀後半から20世紀初頭のフランスを中心とし、関係するイギリスの状況も含めて、当時の装飾芸術をめぐるド・ラボルドやソルディ等主要な著作の言説における西欧の「他者」、すなわち非西欧諸国の位置づけを具体的に検証した。モダン・アートを先取りする形で展開された装飾芸術の美学の形成において、こうした非西欧諸国と重ね合わされた特質の果たした役割を明らかにすると同時に、美術に先立ち、装飾芸術をめぐる言説を通して「プリミティヴィズム」と言える状況が展開されていたことを初めて明らかにした。またその中で、「プリミティヴィズム」の従来の概念をより深く掘り下げて考察し、ゴンブリッチやコネリー、ディディ=ユベルマンの見解を元にその概念構造を示すことで、20世紀の表層的な歴史事象の特質で語られてきた「プリミティヴィズム」の概念を「他者」概念をめぐるより本質的な問題として新たに捉え直した。(2)これまでのジャン・デュナン研究を論文「アール・デコ期における漆装飾ージャン・デュナン」にまとめ、さらにデュナンに先立って漆装飾に携わった装飾家アイリーン・グレイの調査をアイルランド、イギリス、フランスで実施し、成果を「モダニズムを差異化するーアイリーン・グレイについて」と題して口頭で発表した。そこでは東洋に由来する「他者性」を帯びた素材として流行した漆装飾が両大戦間のフランスの装飾芸術に果たした意味を明らかにしただけではなく、漆装飾からスティールやガラスなどより産業的素材による調度や建築に移行したグレイの制作活動を通して、アール・デコ装飾とモダニズムの拮抗する関係と、「他者性」の関わりを明らかにし、(1)と合わせて装飾と「他者」の多様な位相を示した。本研究のテーマに基づき、本年度はまず、1、両大戦間
磁気分離法を利用した微小粒子中金属の化合形態の解明

(1)微小粒子中に含まれる金属元素の磁気分離を行うために、2段階磁気分離法を検討し、0.4T、1.2Tのネオジム磁石で分離する手法を開発した。(2)中国の最新の微小粒子組成を把握するため、夏と冬に日中同時観測を実施し、PM1、PM2.5試料を得た。(3)得られた試料に対し、磁気分離を試みたが、加須、北京とも、磁性フラクション(MF)は質量に対し12%であった。MFの個別粒子の元素分析をSEM-EDXにより行ったが、少量のFeとCuのみが検出され、酸化物の情報が得られた。一方、石炭燃焼灰はMFが70%程度であった。As/Vに着目すると夏季でも越境大気汚染の影響が示された。2013年8月、2014年1月に中国北京市、上海市、更には韓国済州島で実施した。国内では加須市、新宿区においてPM2.5およびPM1の並行採取を2週間ずつ実施した。富士山頂でも試料採取を行ったが、夏季のみとした。試料採取は全ての地点で同期し、採取装置はマルチノズルカスケードインパクターサンプラーを用いた。夏季のPM2.5濃度(単位はug/m3)は加須16、新宿15、富士山頂9、上海13、北京85、冬季のPM2.5濃度は加須13、新宿14、上海39、北京146であり、北京は夏・冬ともに突出した高濃度であった。また上海も冬季には日本の約2倍以上の濃度となった。これらはいずれも期間平均濃度であり、北京市の最高濃度は夏季174、冬季382であった。石炭燃焼の影響を示す、As/V比では、上海で0.2程度であったものが北京市では3.8であり、更に昨年度実施した冬季では7.2と高い値を示した。磁気分離については、中国国内で採取した石炭燃焼の焼却灰を入手できた。磁気分離を行うと、環境試料よりも高い比率で磁性フラクションが存在することが分かった。これまでの検討で、磁性フラクションの比率が上海>富士山頂>加須という事例があったが、焼却灰試料については、更に高い比率で存在しており、この傾向を強く支持する結果を得た。また、ランタノイド元素の一つであるネオジムは、磁性フラクションの比率が特に高く、今後注目する必要がある元素と考えられる。本取組は、新聞やテレビから多数の取材を受け、多くのメディアで紹介された。特に本年1月23日のNHKニュースウォッチ9では日本国内に広く伝えられた。本取組については、まだ課題もあり、更なる検証が必要であるが、成果をまとめ、整理した後で、公表していきたい。性状が異なり、かつ越境大気汚染現象の解明に利用可能なPM1(いくつかの地点ではPM2.5も実施)の試料採取を夏季と冬季にそれぞれ2週間ずつ全地点同期して行った。採取地点は日本国内は埼玉県加須市、東京都新宿区、富士山頂(夏季のみ)とし、中国は上海市、北京市とした。試料採取はマルチノズルカスケードインパクター(MCI)サンプラーとし分級部のPM2.5分級板をPM1用に換えて、PM1の採取を行った。夏季の国内ではPM2.5およびPM1濃度は10μg/3前後と低濃度で推移していた。北京では大雨の影響で十分な試料が得られなかったが、質量濃度5080μg/m3の試料が得られた。冬季も国内では1020μg/m3程度の濃度で推移していたが、北京ではメディアでも多数報道された深刻な大気汚染が発生し、PM2.5濃度は100370μg/m3の高濃度試料が得られた。北京のPM1/PM2.5は全ての期間で0.95以上で推移した。社会的な緊急性を考慮し、冬季の北京の試料について先行して成分分析を行った。その結果、特にPM2.5濃度の高かった1月11日14日はNO3-/SO2-比が低く、また定量した57元素のうちAs/V比が高値であったことなどから、石炭燃焼による影響を強く受けていたことが分かった。この期間は週末であったこと、気象的な要因を考慮すると、家庭用暖房等で使用される石炭の燃焼による影響が大きかったと考えられた。なお、当初計画で予定した超伝導磁石を用いた二段階磁気分離は、使用を想定していた超電導磁石のトラブルにより実施することができなかった。2014年8月と2015年1月に中国(北京、上海)、韓国(済州島)および日本(加須、新宿、富士山頂)でPM2.5の同時採取を行った。

2015年1月の採取は、これまで行ってきたPTFEフィルターのみを用いたPM2.5とPM1の並行採取を、PTFEフィルターと石英フィルターを用いたPM2.5の並行採取に変更した。金属元素の化合形態に関する情報を得るため、大気中微小粒子の磁気分離を試みた結果、従来型のネオジム磁石(表面磁束密度0.4T)では、質量的には非磁性フラクションが非常に多く、十分な試料の量が得られなかったため、超伝導磁石による強磁場によって非磁性フラクションを二段階で分離する計画であったが、想定していた超伝導磁石が機器トラブル使用できなくなったため、表面磁束密度1.0Tの高磁場型のネオジム磁石を代用した。石炭燃焼媒に対する磁気分離では、原煤では大部分が非磁性フラクションであったのに対し、燃焼媒では磁性成分が70%以上を締めており、酸化体により磁化率が上昇した可能性が考えられた。また、本課題実施中に生じたPM2.5の社会問題化を受けて、越境汚染現象について、既存の金属元素を指標とした検討も行った。As/V比を指標として、後方流跡線解析を用いて、大陸由来の気塊が飛来した際に、大陸由来では無かった場合と比べて、AS/Vが上昇していた。一般に夏季は南風が卓越することで、越境汚染の影響はほとんど無いと考えられているが、2013年8月の夏季は、越境汚染の影響を受けた期間が少なからず存在することが分かった。更に、希土類元素を新たな指標とした解析を行い、中国から気塊が飛来する際に、これらの元素の濃度上昇が見られることが明らかとなった。大気環境科学中国に加え、韓国済州島でも試料採取をすることとなった。得られた試料は、順次、金属元素成分の分析を進めている。一方、黄砂飛来期の試料採取は、日中関係が依然悪化したままであるため、協力予定機関から合意が得られなかった。また、超電導磁石については、修繕に多くの費用と労力がかかることから、保有機関との調整が難航している。夏季および冬季に得た国内試料が低濃度で推移していたことに加え、当初使用を予定していた超伝導磁石がトラブルによって使用できなかったため。H26年度が最終年度であるが、現在実施している中国、韓国の計3地点のほか、いくつか地点を増やす予定である。これにより更に範囲を広げた見方ができると考えている。日中韓で試料の同時採取を行うのが、本研究の大きなポイントである。これらは今後もメディアに注目されると思われる。論文化とともに、その中で、本研究の成果についても紹介していきたい。二段階での磁気分離については、超伝導磁石の故障に伴う修繕等が難航している。善後策として超伝導磁石に拘らずに代替案を検討している。中国においては、今年の冬季も深刻な大気汚染が発生すると考えられるため、例えば地点を増やすなどの対応を検討中である。更に、越境大気汚染を評価するのに適している韓国済州島においても同期して試料採取を行う。磁気分離法については、他に使用可能な超伝導磁石を探し、磁気分離の検討を進める。日中関係の悪化に伴う往来頻度の減少によるものである。中国研究者の往来のほか、観測地点の追加を検討している。この現地調査および調査実施、更には当該地点での観測機材の購入費用として支出する予定である。日中関係の悪化に伴い、昨年度は中国研究者の招聘ができなかったため、本年に招聘する。また韓国済州島への機器設置、サンプリング打合せ等を行う。
グラインディングセンタ用ホ-ニングユニットの開発

今年度は,グラインディングセンタ用ホ-ニングユニットの設計と試作、およびこのユニットに適した超砥粒砥石を別途開発した。精密穴加工の自動化と無人化をねらったユニットの開発ということで,次の点に留意しながら設計製作を計画した.1)ドリリング,ボーリングそして仕上げ加工のホ-ニング加工を工程集約し、1台の工作機械でできるようにする.2)ホ-ニングユニットはBT40テ-パの主軸に対して,ATC可能であること.すなわちユニットの大きさと重量に制限を設けた.3)砥石拡張収縮動力源は外部に持たないこと.すなわち、切削液の圧力を利用して砥石を定圧切り込みで行う。4)さまざまな大きさの穴加工ができるように、ユニットの先端部分を交換することで、加工穴径が変えられるようにする。5)ユニットの実用化を考慮し、コストはできるだけ抑える。また、使用する砥石については、次のことがらを基本に製作した。1)自動化や無人化のためには、工具寿命はできるだけ長くなくてはならない。そこで、砥粒には超砥粒のCBNないしダイヤモンドを採用した。2)1台の工作機械で穴加工を行うためには、切削液は共通にしなければならない。すなわち、切削加工用の液、研削加工用の液、ホ-ニング用の液は共通とした。ただし、一般にホ-ニング加工液は不水溶性(鉱油)が使用されているが、安全(引火、揮発、廃液処理)面から、将来は、水溶性に切り替わると予想される。水溶性の液を使用した場合には、目詰まりなどが起こりやすくなって切れ味が大幅に低下する。そこで、水溶性切削液に適合する砥石を新たに開発した。
WTO司法機関における非貿易価値の扱い―国際法の断片化現象への対応として

経済産業省のWTOパネル・上級委員会報告書研究会に参加し、一部の報告書についてはコメンテイターとして意見を述べた。WTO司法機関である紛争解決小委員会および上級委員会が発した、非貿易的価値とWTO法の調整に関わるものとして貿易の技術的障害に関する協定(TBT協定)および衛生植物検疫措置協定(SPS協定)にかかわるいくつかの報告書を分析した。教科書「国際経済法第2版」(有斐閣、2012年)および「国際法第3版」(浅田正彦編、東信堂、2016年)の分担執筆部分について改訂作業を行った。大阪市立大学と大阪税関との包括連携協定に基づく共同研究として「グローバル・サプライ・チェーン下におけるFTA特恵原産地規則の課題」の報告書を作成した。非貿易的価値(環境保護、人および動物の健康、食品の安全、安全保障など)に関わるWTO司法機関の報告書が多数発表されており、かつ各報告書が大部であるためそれらの読解と分析に時間を要している。WTO司法機関の報告書を引き続き分析し、非貿易的価値に対するWTO司法機関の対応を批判的に評価する作業を行いたい。非貿易的価値に基づく貿易制限措置のWTO法適合性問題を扱う最新のWTO判例として、「米国ーマグロ及びマグロ産品の輸入、マーケティング及び販売に関する措置メキシコによる21.5条の援用」事件のパネル報告書(WT/DS381/RW)について判例研究を公表した。さらに、同事件の上級委員会報告(WT/DS381/AB/RW)については、経済産業省WTOパネル・上級委員会報告書研究会で研究報告を行った。この事件は、米国のドルフィンセーフ・ラベルのTBT協定(貿易の技術的障害に関する協定)適合性問題を扱い、いわゆる「貿易と環境」の問題に関連して「調整(calibration)」概念を導入するなど重要な意義を有する。その他、ヨーロッパ国際法学会2016年大会に参加し、本研究テーマに関して同様の問題関心を持つ欧州の研究者と意見交換を行ったが、本研究テーマに関する世界の研究動向について最新の情報を入手する有益な機会となった。非貿易的価値に基づく貿易制限措置のWTO法適合性問題を扱うWTO判例として分析すべき重要な判例が数本存在するが、個々のケースのパネル及び上級委員会報告書のページ数が多く、読解に予想以上に時間がかかっているため。その他,貿易と環境に関する事例を含めて,WTO紛争解決機関のいくつかの紛争事例の分析を行い,日本国際経済法学会年報の「2016年貿易・投資紛争事例の概況ーWTO紛争事例」として発表した。また,本研究課題に密接に関連する文献として,福永有夏著「国際経済協定の遵守確保と紛争処理ーWTO紛争処理制度及び投資仲裁制度の意義と限界」の書評を国際法外交雑誌に発表した。本研究課題にとってWTOの紛争事例の分析は不可欠であるが,1件あたりのWTOパネルまたは上級委員会の報告書の分量が多く,多くの時間を費やしているため。関連するWTO判例の読解と分析を急ぎ、また本研究テーマに類似したテーマに関する文献やその他の資料から学説動向を把握し、最終的な論文の全体的構想を練ることとしたい。国際的な学会や研究会に積極的に参加し、同様の問題関心を有する研究者と意見や情報の交換を行い、問題意識を高めることにより、研究遂行のインセンティブを持続させたい。とくに貿易と環境に関連するWTO紛争事例の分析を加速させ,さらに関連する評釈や論文を検討する。今年度中に論文の全体的構成を決め,執筆にとりかかる。為替レートの変動により、洋書の価格が予想よりわずかに値下がりしたため。物品費のうち洋書の購入価格に変動があり,わずかの余りが生じたため。本研究の最終年度のため、必要な資料を購入する必要がある。物品費として洋書を購入する際に使用する。
脂肪細胞の分化における可溶性GTP結合蛋白質の役割の解析

3量体G蛋白質(αβγ)は一般に細胞膜に存在し、短期の細胞外シグナルの伝達に関与することが知られている。これまで下垂体細胞でホルモン刺激によってG蛋白質のαサブニットが細胞質に移行することを見い出した。しかしこの可溶性αサブニットの生理的な役割は皆目分かっていない。一方、マウス由来前脂肪細胞ST・13にも可溶性αサブユニットが存在した。ST-13が脂肪細胞へ分化する過程において,種々のG蛋白質の動態を特異的抗体を用いたイムノブロット法、二次元電気泳動法、各種トキシンによる化学修飾法で解析して、G蛋白質の分化への役割を検討した。ST-13をdexamethasone/methylisobutylxanthine処理により脂肪細胞に分化させると細胞膜中のGsとGi2のαサブユニットに変化はなかったが、Goのαサブユニットは分化に従って増加した。また、ST-13の細胞質中にGoのαサブユニットが見い出され、それも増加した。この細胞質のGoのαサブユニットは百日咳毒素でADP-リボシル化されたが、GoのαサブユニットのN末の抗体では認識されず、細胞質中のGoのαサブユニットはN末が修飾を受けていることが示唆さた。ST-13は抗糖尿病薬ciglitazoneの誘導体のADDによっても脂肪細胞に分化するが、この場合もGoのαサブユニットの増加をみた。一方、ST-13細胞はretinoic acidによって分化が抑制されるが、この場合はGoのαサブユニット量の増加が低下した。GoのαサブユニットにはGoAαとGoGαの2種の分子量が存在する。そこでST-13の脂肪細胞への分化に伴って増加するBoのαサブユニットの同定を、それぞれの特異的抗体と等電点電気泳動法で解析した。分化によって、GoBαが著しく増加することを見い出した。神経系の細胞の分化ではGoAαが特異的に増加するとされているが、末梢系の脂肪細胞の分化ではGoBαが増加し、GoAαとGoβαが別々の機能を有することが示唆された。3量体GTP結合蛋白質(αβγ、G蛋白質)は一般に細胞膜に存在し、これまで短期の細胞外シグナルの伝達に関与することが知られてきた。しかし、G蛋白質が細胞増殖や分化の長期の情報伝達機構にも深く関与していることは明らかであり、G蛋白質の細胞内局在性と関係があるものと予想される。種々の細胞で細胞質性のαサブユニットを検索した結果、マウス由来前脂肪細胞ST-13の細胞膜と細胞質にGoのαサブユニットが存在することを見い出した。ST-13はdexamethazone/methyisobutylxanthineやペルオキシソーム増殖作用を有するciglitazoneのアナログAD4743によって、線維芽細胞から脂肪細胞に分化した。分化するに伴って細胞膜と細胞質中のGoαサブユニットが特異的に増加した。現在、GoαサブユニットはC末から1/3のアミノ酸配列が異なるGoAαとGoBαの2種の分子が存在することが知られている。そこでST-13の脂肪細胞への分化に伴って増加するGoαサブユニットを、GoAαとGoBαに対する特異的抗体と等電点電気泳動で解析した。ST-

13にはGoAαとGoBαの2種の分子種が存在したが、分化によってGoBαが著しく増加することを見い出した。このことは神経系細胞の分化ではGoAαの特異的な増加が報告されていることと異なり、末梢系の脂肪細胞の分化にはGoBαが増加し、GoAαとGoBαが別々の機能を有することが示唆された。本年度はマウス乳腺由来前脂肪細胞ST-13とマウス胎児由来前脂肪細胞3T3-L1の脂肪細胞への分化におけるG蛋白質の役割を解析した。ST-13と3T3-L1は共にペルオキシソーム増殖作用を有する抗糖尿病薬チアゾリジン誘導体(ADD)によって著しく脂肪細胞へ分化誘導された。脂肪細胞の分化転写因子のPPARγおよびC/EBPαや、脂肪細胞の分化マーカーの脂肪酸結合蛋白質aP2,セリンプロテアーゼadipisinのmRNAの発現について、両細胞をADD処理して10日目の細胞と対照の未処理の細胞でNorthern blotting法で比較した。ADDを処理して脂肪細胞に分化したST-13細胞では、adipisinは10倍、aP2は19倍のmRNAの発現が上昇した。PPARγとC/EBPαのmRNAは前脂肪細胞の状態で弱く発現しており、ADD処理してもほとんど変化がなかった。3T3-L1細胞においても、ST-13細胞と同様にadipisinとaP2のmRNAの発現が分化することにより著しい上昇を示した。しかしPPARγとC/EBPαのmRNAはST-13と異なり、分化に伴って2から3倍の上昇を示した。ST-13は脂肪細胞に分化するとGoαが増加するが、3T3-L1の脂肪細胞への分化はGiαが関与することが知られている。以上の結果、ST-13細胞と3T3-L1細胞では脂肪細胞への分化機構に違いがあることが示唆された。
神経線維腫症1型ならびに2型の発症に関与する因子の分子生物学的解析

Von Recklinghausen`s neurofibromatosis 1(NF1)は、神経線維腫ならびに色素斑を主徴とする常染色体優性遺伝の疾患である。私どもは、本邦のNF1患者においてNF1の変異解析を行い、今回新たに、9例に8種のスプライス変異を検出した。これらのスプライス変異は、単純なエクソンスキップが2例に2種、1塩基置換により新たにスプライス部位が生ずるcrypticsplice siteactivationが4例に3種、エクソン内のナンセンス変異によりエクソンがスキップする変異が1例に1種、数種類のmRNAを生じるmultiple splicingが2例に2種、認め、NF1変異の多様性をうかがわせた。現在のところNF1変異は計31例に30種検出しているが、変異の種類ならびにその場所は様々であり、臨床像との相関はみられなかった。またNF1患者に発生した悪性腫瘍、特に悪性神経鞘腫のへテロ接合性について検討を行ったところ、3例にヘテロ接合性の消失を認めた。他の癌関連遺伝子についてはp53、rasについて検討したが変異は見られなかった。NF2患者については一卵性双生児例のナンセンス変異を検出した。従来NF2との異同が論議されていた神経鞘腫症患者6例についてNF2変異を検討したが、NF2遺伝子には変異が見られず、本症はNF2とは異なる疾患であることが明らかとなった。NF2については現在NF2のcDNAクローニングし、発現ベクターを用い発現実験を行っている。NF2産物はメルリンと呼ばれ、細胞骨格のシグナルに重要な働きを示すことがしられている。これを白血病細胞株にトランスフェクションし、細胞接着を起こすことによりメルリンの動態を検討する予定である。神経線維腫症1型(NF1)の変異解析は、101例を対象に、PCR-SSCPに加えRT-PCRも採用した。その結果、活性部位に新たに7種の変異を同定し、内1例では、悪性神経鞘腫においてヘテロ接合性の消失を見出し、NF1が腫瘍抑制遺伝子のはたらきをもつことを臨床例から明らかにした。又、更にRT-PCRにより、5例のexon skipを見出し、内、1例は、エクソン37のナンセンス変異により、exon skipをます、非常に稀な変異であることが判明した。また、他の2例では、splice siteの1塩基置換により、1つ、または、2つのexon skipを認め、2種の変異RNAを生じることが明らかにされた。神経線維腫症2型(NF2)では、cDNAを用いたRT-PCR-SSCP解析を行い、一卵性双生児のNF2症例にナンセンス変異(R57X)を検出し、これが本報で明らかにされたNF2変異の第1例目であった。又、NF2と臨床像の類似する多発性神経鞘腫症の患者2例について変異を検討したが変異はなく両者は異なる疾患である可能性が示唆された。
新規微小管機能制御物質の探索・開発と制御の分子認識機構の解明

本研究では、過去数年に亘るこの領域での研究実績を基盤として、新規微小管機能制御物質を微生物資源より探索し、作用機作を分子レベルで解析するとともに、天然物をリ-ドとした分子設計による新規活性物質の創製、および、これで得た知見を基盤として薬剤-チューブリン間の分子認識機構を解析することを目指し、以下の成果を得た。ウスチロキシン類の単離と作用機構の解明:稲こうじよりウスチロキシンA-Dを単離し構造決定した。微小管蛋白重合阻害活性はIC_<50>値として、A(0.6μM),B(2.8μM),C(4.4μM),D(6.6μM)であり、チューブリン上の結合部位はリゾキシン/メイタンシン部位にあることを明らかにした。また、このタイプの抗生物質中で最小構造のウスチロキシンDが最小活性構造の解明に最適であるため、収量の多いAからの変換供給を試み、酢酸中PtO_2還元により約50%の収率で得た。アザコンブレタスタチンの創製と活性:コルヒチン部位天然リガンド中最小で最強活性のコンブレタスタチンをリ-ドとしてアザ類縁体を合成し、抗チューブリン活性と細胞毒性を示す新規化合物を創製した。キュラシンAの構造決定を活性類縁体開発のための合成研究:全く新規なタイプの有糸分裂阻害剤として海洋らん藻から単離されたキュラシンAについて、その立体構造確定と作用機構解明および生理活性類縁体の開発を目指して合成法を企画し、3ヵ所の不斉を含む部分構造の可能な立体異性体を全て合成した。これらから天然物の立体配置を推定し全合成への指針とするとともに、これらの活性の検定を行う。我々は、過去数年に亘るこの領域での研究実績を基盤として、新規微小管機能制御物質を微生物資源より探索し、作用機作を分子レベルで解析するとともに、天然物を"lead"とした分子設計による新規活性化合物の創製、さらに、この結果より得た知見を基にして、薬剤-チューブリン間の分子認識機構の解析をしてきた。本研究では、稲こうじより単離し、強いチューブリン重合阻害活性を持つウスチロキシンAのチューブリン上の結合部位が、リゾキシン/メイタンシン部位に一致することを明らかにした。さらに、稲こうじより類縁体の検索を行って、ウスチロキシンB-Dを単離・構造決定し、これらが、同様に強いチューブリン重合阻害活性を示すことも確認した。リゾキシン/メイタンシン部位に結合するフォモプシンとウスチロキシンは共通の13員環状構造を持ち、この部分構造がチューブリンとの相互分子認識で重要と考えられるため、この部分構造を構築し必要構造要素を明らかにすべく合成法を開発中である。一方、コルヒチン部位に結合するコンブレタスタチンA_4をリードとするアザ類縁体を設計・合成したが、その中でトリメトキシベンジルアニリン系化合物に高い抗チューブリン活性および細胞毒性が認められた。現在、これら化合物の抗腫瘍活性を検討すると共に、コルヒチン部位の解明および微量チューブリンの精製に資するべく、チューブリンに活性なN-置換ベンジルアニリン誘導体の置換基として光アフィニテイー標識用官能基およびアフィニティークロマト用官能基の導入を試みている。我々は過去数年に亘るこの領域での研究実績を基盤として、新規微小管機能制御物質を微生物資源より探索し、作用機能を分子レベルで解析するとともに、天然物をリ-ドとした分子設計による新規活性物質の創製、さらに、この結果より得た知見を基盤として薬剤-チューブリン間の分子認識機構を解析してきた本年度は、リゾキシン/メイタンシン部位リガンド'ウスチロキシン'についての分子認識機構の解析を目指し、化学変換、化学合成研究を計画した。まず、フォモプシンAを含むこれら13員環

ペプチド抗生物質中で最小のウスチロキシンDは、最小活性構造の解明を目的とする対象として最適な化合物であるので、これの供給のため、最も収量の多いAからの変換を試み、酢酸中PtO_2触媒存在下の還元により約50%の収率で得た。この還元反応ではベンジル位水酸基の脱離や芳香環の飽和した成績体も得られており、これらの反応を利用した構造/活性相関も検討中である。また、13員環ペプチド構造の各種ヴァリエーションを可能にするため、全合成法開発に着手し、最も単純なアミドエーテル13員環の構築に成功した。一方、強い細胞毒性を示す化合物として海洋らん藻から単離されたキュラシンA(J.Org.Chem.,59,1243(1994))は、4ヵ所の不斉を持つ比較的単純な構造の、全く新規なタイプの有糸分裂阻害剤である。そこで、未決定な立体構造の確定と作用機構解明および生理活性類縁体の開発を目指して全合成を企画し、3ヵ所の不斉を含む部分構造の立体異性体を4種(2ヵ所の相対配置は決定されている)を合成した。NMRおよび旋光度から天然物の立体配置を限定し全合成への指針とするとともに、これらの活性の検定を行っている。
量子ビーム複合照射による多次元機能材料の創製：構造と機能のナノ制御

量子ビーム複合照射によって誘起される各種化学反応とその分布を制御し、高分子材料の形状と物理的・化学的特性の3次元パターニングを実現して、多次元的な機能を付与することに成功した。特に薬剤を用いずに生体適合性材料を機能化・微細加工する技術を開発し、生体軟組織に相当する硬さ(1100 kPa)とマイクロ形状を同時に制御して細胞形態を変化させるゼラチンハイドロゲル足場や、量子ビーム照射の一工程でポリジメチルシロキサン表面に長期安定な親水性の凹部を作り出して細胞を1つ1つ捕捉するデバイス等の開発へ発展させた。微細加工技術は様々な研究・開発のキーテクノロジーとなっており、今後ますます多様化するニーズに対応するためには、加工の微細化だけでは実現不可能な価値を付与する必要がある。本研究の目的は、複合的な量子ビーム(高度に制御された各種放射線)照射による微細加工技術と改質技術を組み合わせ、材料の形状と物理的・化学的特性をナノスケールで制御した多次元的機能材料を創製することである。初年度にあたる平成26年度は、バイオ・製薬・再生医療等の研究分野において応用が期待されるゼラチンを中心に研究を行った。ゼラチンのゾル-ゲル転移温度は体内環境や培養環境温度(37°C)に近く、通常は細胞毒性の高いホルムアルデヒド等を用いて架橋させることで耐熱性を向上させている。本研究ではゼラチンの放射線架橋を試み、照射による分解・架橋とそれに伴う機械的特性の変化をゲル浸透クロマトグラフィー、ゲル分率、粘弾性測定装置等で評価した。その結果、ゼラチンは放射線分解型であるが、水を含んだ物理ゲルの状態で量子ビーム照射を行うことにより、架橋剤を用いずに化学架橋ゼラチンハイドロゲルを作製することに成功した。体内や培養環境を想定した37°C水中でゲル分率とゾルの分子量の経時変化を分析した結果、得られたハイドロゲルは7日間安定であった。さらに、物理ゲルの濃度や照射線量を変えることでハイドロゲルの硬さを制御し、軟組織培養に適した10-100 kPaの硬さを持った足場材料を作成することに成功した。また、表面の微細加工技術の開発にも現在取り組んでいる。足場の硬さと形状は幹細胞の分化誘導などに大きな影響を及ぼすことが分かっており、生体適合性の高い機能性足場材料としての応用が期待される。研究中断期間:平成27年1月25日平成28年3月31日研究中断事由:産前産後休暇及び育児休業の取得平成27年度は産前産後休暇及び育児休業の取得により進捗がなかった。本研究の目的は、複合的な量子ビーム(高度に制御された各種放射線)照射による微細加工技術と化学的・物理的性質の改質技術を組み合わせ、多次元的に機能を発現させた材料を創製することである。研究2年目(平成27年度は産前産後および育児休業のため研究を中断)にあたる平成28年度は、バイオ・製薬・再生医療等の研究分野において応用が期待されるコラーゲンやゼラチンを、改質すると同時にナノ・マイクロ加工する技術を開発した。コラーゲンやゼラチンといったたんぱく質は放射線を照射すると分解されるが、適量の水分を含んだ状態で照射することにより、化学架橋を優先させてハイドロゲルを作製することに成功した。本技術には、アルデヒド等、通常使われている有毒な架橋剤は用いていない。なお、得られたハイドロゲルからはアルデヒドや有機酸など細胞毒性を有する成分は検出されず、生分解性を保持していることも確認した。ゲルの硬さは、照射条件や試料作製条件によって、各種細胞に好適な硬さや細胞の形態変化を誘発する硬さなどに、細かく制御することができた。さらに、開発した新技術「量子ビームナノインプリント」により、ハイドロゲルのような非常に柔らかい材料も微細加工できるようになった。足場(細胞や組織培養の際の土台)の硬さと形状は、細胞の形態・増殖・幹細胞の分化誘導などに大きな影響を及ぼすことが分かっており、本研究で得られた材料は、生体適合性の高い機能性足場材料として今後の応用が期待される。複合的な量子ビーム照射による微細加工技術と改質技術を組み合わせて多次元的機能材料を創製するという研究目標に向けて順調に進展しており、たんぱく質を使った機能性材料の開発など、具体的な成果が出てきている。また、本研究に関する成果は学術論文(1件)および学会発表(4件、うち招待講演1件)で成果を報告し、うち3件の学会において最優秀発表賞等を受賞した。他分野の研究者とも積極的に交流を図り、開発した機能性材料に関する細胞応答性等の評価もすでに開始しており、成果は近く論文等で報告できる予定である。なお、平成27年度に産前産後および育児休業のため研究を中断した分、研究期間を延長していただいた。本研究の目的は、複合的な量子ビーム(高精度に制御した各種放射線)照射による高分子材料の微細加工技術と化学的・物理的性質の改質技術を組み合わせ、多次元的に機能を発現させた材料を創製することである。最終年度にあたる平成29年度は、バイオデバイスの代表的な母材であるポリジメチルシロキサン(PDMS)を、化学薬品を一切用いずに、電子線を用いて改質すると同時に微細加工する新技術を開発した。PDMSは透明で自家蛍光がほとんどない(蛍光観察を邪魔しない)安価な生体適合性高分子材料である。

唯一の欠点である疎水性を改善するために、通常プラズマ照射による親水化処理が行われるが、その効果が処理後に急速に失われることが問題となっていた。本研究では電子線がPDMSに付与するエネルギー分布の3次元制御と照射雰囲気の調整によって、PDMS表面に厚さ数十μmの親水性の改質層を形成し、長期安定に親水性を保持させる技術を開発した。さらにこの改質でPDMSがSiOxリッチに変化して、照射部のみ体積が減少することを利用し、現像等の化学処理を一切せず、電子線照射の1工程だけで「親水化された凹部」を作製することに成功した。疎水性のPDMS基材に「親水化された凹部」が形成されるため、水をかけるだけで凹部に水滴がトラップされ、ドロップレットアレイを形成することができる。さらに1細胞培養・解析技術への応用を目指して直径と深さが数10μmの凹部を作製し、細胞を播種するだけで細胞を1つ1つトラップすることにも成功した(特許出願済、論文投稿中)。本研究では、量子ビーム複合照射によって様々な高分子材料を多次元的に機能化することに成功した。開発した手法は化学薬剤を一切用いないことから、特に生体材料の機能化・微細加工技術として、今後の医療・バイオ応用が期待される。量子ビーム複合照射によって誘起される各種化学反応とその分布を制御し、高分子材料の形状と物理的・化学的特性の3次元パターニングを実現して、多次元的な機能を付与することに成功した。特に薬剤を用いずに生体適合性材料を機能化・微細加工する技術を開発し、生体軟組織に相当する硬さ(1100 kPa)とマイクロ形状を同時に制御して細胞形態を変化させるゼラチンハイドロゲル足場や、量子ビーム照射の一工程でポリジメチルシロキサン表面に長期安定な親水性の凹部を作り出して細胞を1つ1つ捕捉するデバイス等の開発へ発展させた。複合的な量子ビーム照射による微細加工技術と改質技術を組み合わせて多次元的機能材料を創製するという研究目標に対し、1例目としてゼラチンを使った生体適合性の高い機能性材料の開発に成功した。この成果は学術論文(1件)および学会発表(3件)で成果を報告し、第15回放射線プロセスシンポジウムにおけるポスター発表では最優秀ポスター賞を受賞した。機能性足場材料への応用を目指して細胞応答性等の評価を開始しており、近く論文等で成果を報告できる予定である。他の材料についても、走査型プローブ顕微鏡等を用いた形状と物性の評価をもとに照射効果のマッピングを行うなど研究を進めており、機能性デバイス開発に向けた基礎的な知見を蓄積している。平成28年度より研究を再開し、これまでの研究で量子ビーム(高度に制御された各種放射線)照射によって創製した新規材料の応用と評価を行う。特に化学架橋ゼラチンハイドロゲルは、細胞毒性のある架橋剤を用いずに作製でき、体内や培養環境温度(37°C)でも安定に使用できるという優れた特徴を持っている。そのため、バイオ・製薬・再生医療等の研究分野への応用を目指し、軟組織培養に適した10-100 kPaの硬さのハイドロゲルを作製する。また、量子ビームを使って表面にマイクロ・ナノ形状を加工し、細胞接着性等の培養条件を制御できる機能性足場材料へ応用する。作製した足場材料を使った細胞培養試験を行うと同時に、化学的状態は顕微ラマン分光や走査型マイクロエリアX線光電子分光、形状や物性は走査型プローブ顕微鏡(SPM)を用いて分析し、材料全体として現れる物性と局所的な物性を比較することで、局所機能化の特性を解析・評価する。