hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
2,15位同時修飾seco-ステロイド骨格を有す核内受容体モジュレーターの開発

高齢化社会がうたわれて久しい今日,1,100万人以上と推定される骨粗鬆症患者から起こる骨折から「寝たきり」の生活に入り,高齢者の生活の質(QOL)の低下と医療費の大幅な上昇を招く連鎖は,今後深刻に受け止められるべき社会問題である.わが国では一貫して高齢化の進行が予想され,高齢者のための骨形成と骨吸収のバランスのとれたより良い骨粗鬆症薬を開発することが急務である.汎用されるビスホスホネート製剤では,破骨細胞の機能低下のみに作用し骨形成が伴わないので,本質的な骨折の危機の回避は達成されない.我々は,昨年度から継続で高カルシウム血症を起こしにくい活性型19-ノルビタミンD_3の2位にヒドロキシプロピル基を導入した誘導体を合成し,前立腺細胞に対する細胞増殖抑制効果を調べ,ED_<50>値は6.1±2.1×10^<-11>Mという極めて高活性化合物を見出した.ちなみに天然の活性型ビタミンD_3では,同一条件下ED_<50>値は6.1±2.5×10^<-8>Mであり、3桁もの違いが確認された.また、前立腺がんの細胞浸潤抑制効果も天然の活性型ビタミンD_3を10倍上回る活性が認められた.本年度は,19-ノルビタミンD_3を特に14位のエピ化を加味した新規誘導体を含め15種類合成し,前立腺細胞への効果のみならず,骨形成活性を調べることに重点を置き,骨肉腫由来のHOS細胞を用いて骨芽細胞に対する直接作用を調べた.その中で,天然ホルモンの活性型ビタミンD_3(ED_<50>値0.040nM)を上回るED_<50>値(0.019nM)を示す誘導体が見出された.この化合物を含む有力な新規化合物3種を選択し,ラットOVXモデル(卵巣摘出手術後)投与を行い,椎骨の骨密度を測定したところ,1日1回週5回の0.1μg/kg投与で骨密度が18%程度増加することを確認した.しかもこのとき血中カルシウム濃度の上昇はほとんど見られず(0.4%以内)次世代の骨粗巻症薬として注目すべき骨格を提供するに至った.今後はCYP27A1,CYP27B1,CYP24A1などによる本化合物の代謝経路についても調べる.高齢化社会がうたわれて久しい今日,1,100万人以上と推定される骨粗鬆症患者から起こる骨折から「寝たきり」の生活に入り,高齢者の生活の質(QOL)の低下と医療費の大幅な上昇を招く連鎖は,今後深刻に受け止められるべき社会問題である.わが国では一貫して高齢化の進行が予想され,高齢者のための骨形成と骨吸収のバランスのとれたより良い骨粗鬆症薬を開発することが急務である.汎用されるビスホスホネート製剤では,破骨細胞の機能低下のみに作用し骨形成が伴わないので,本質的な骨折の危機の回避は達成されない.我々は,昨年度から継続で高カルシウム血症を起こしにくい活性型19-ノルビタミンD_3の2位にヒドロキシプロピル基を導入した誘導体を合成し,前立腺細胞に対する細胞増殖抑制効果を調べ,ED_<50>値は6.1±2.1×10^<-11>Mという極めて高活性化合物を見出した.ちなみに天然の活性型ビタミンD_3では,同一条件下ED_<50>値は6.1±2.5×10^<-8>Mであり、3桁もの違いが確認された.また、前立腺がんの細胞浸潤抑制効果も天然の活性型ビタミンD_3を10倍上回る活性が認められた.本年度は,19-ノルビタミンD_3を特に14位のエピ化を加味した新規誘導体を含め15種類合成し,前立腺細胞への効果のみならず,骨形成活性を調べることに重点を置き,骨肉腫由来のHOS細胞を用いて骨芽細胞に対する直接作用を調べた.その中で,天然ホルモンの活性型ビタミンD_3(ED_<50>値0.040nM)を上回るED_<50>値(0.019nM)を示す誘導体が見出された.この化合物を含む有力な新規化合物3種を選択し,ラットOVXモデル(卵巣摘出手術後)投与を行い,椎骨の骨密度を測定したところ,1日1回週5回の0.1μg/kg投与で骨密度が18%程度増加することを確認した.しかもこのとき血中カルシウム濃度の上昇はほとんど見られず(0.4%以内)次世代の骨粗巻症薬として注目すべき骨格を提供するに至った.今後はCYP27A1,CYP27B1,CYP24A1などによる本化合物の代謝経路についても調べる.近年、核内受容体に対する合成リガンドでは、モジュレーターと呼ばれるものが見出されている。核内受容体の一員であるビタミンD受容体(VDR)は、他の核内受容体と同様の分子メカニズムによりシグナル伝達を行っており、論理的にはVDRのモジュレーターが得られる可能性が高く、骨に対する作用(骨粗鬆症薬)と細胞分化誘導能(制がん剤)が分離可能と考えた。そこでVDRを構成するヘリックス群に対し立体障害、あるいは静電的相互作用を発揮し得る官能基を活性型ビタミンD_3分子の適切な位置に組み込むことによりVDRのhelix 12の位置変化を誘導し、目的の作用分離型モジュレーターを創製することを目的とした。

高カルシウム血漿を起こしにくい活性型19-ノルビタミンD_3の2位にヒドロキシプロピル基を導入した誘導体を合成し、前立腺細胞に対する細胞増殖抑制効果を調べたところ、ED_<50>値は6.1±2.1x10^<-11>Mという極めて低い値を示した。ちなみに天然の活性型ビタミンD_3では、同一条件下ED_<50>値は6.1±2.5x10^<-8>Mであり、3桁もの違いが確認された。また、前立腺がんの細胞浸潤抑制効果も天然の活性型ビタミンD_3を上回る活性が認められた。そこで次に、一連の19-ノルビタミンD_3誘導体を合成し、高活性の根拠を探るべく、複数のコアクチベーターとの相互作用をハイスループット法で迅速に評価するシステムを新たに確立した。すなわち、合成したリガンドがVDRのモジュレーターとして機能するかどうかについて、コアクチベーターに対する結合親和性を指標としてハイスループット法で評価する系を検討した。もしモジュレーターであれば、helix 12を通常とは異なる位置に配置すると考えられ、VDR-合成リガンド複合体は複数あるコアクチベーターとの結合親和性に変化が認められ、これを蛍光ラベルしたコアクチベーターを利用して、96穴プレートで視覚化して捉えることに成功した。高齢化社会がうたわれて久しい今日,1,100万人以上と推定される骨粗鬆症患者から起こる骨折から「寝たきり」の生活に入り,高齢者の生活の質(QOL)の低下と医療費の大幅な上昇を招く連鎖は,今後深刻に受け止められるべき社会問題である.わが国では一貫して高齢化の進行が予想され,高齢者のための骨形成と骨吸収のバランスのとれたより良い骨粗鬆症薬を開発することが急務である.汎用されるビスホスホネート製剤では,破骨細胞の機能低下のみに作用し骨形成が伴わないので,本質的な骨折の危機の回避は達成されない.我々は,昨年度から継続で高カルシウム血症を起こしにくい活性型19-ノルビタミンD_3の2位にヒドロキシプロピル基を導入した誘導体を合成し,前立腺細胞に対する細胞増殖抑制効果を調べ,ED_<50>値は6.1±2.1x10^<-11>Mという極めて高活性化合物を見出した.ちなみに天然の活性型ビタミンD_3では,同一条件下ED_<50>値は6.1±2.5x10^<-8>Mであり、3桁もの違いが確認された.また、前立腺がんの細胞浸潤抑制効果も天然の活性型ビタミンD_3を10倍上回る活性が認められた.本年度は,19-ノルビタミンD_3を特に14位のエピ化を加味した新規誘導体を含め15種類合成し,前立腺細胞への効果のみならず,骨形成活性を調べることに重点を置き,骨肉腫由来のHOS細胞を用いて骨芽細胞に対する直接作用を調べた.その中で,天然ホルモンの活性型ビタミンD 3(ED_<50>値0.040nM)を上回るED5_<50>値(0.019nM)を示す誘導体が見出された.この化合物を含む有力な新規化合物3種を選択し,ラットOVXモデル(卵巣摘出手術後)投与を行い,椎骨の骨密度を測定したところ,1日1回週5回の0.1μg/kg投与で骨密度が18%程度増加することを確認した.しかもこのとき血中カルシウム濃度の上昇はほとんど見られず(0.4%以内)次世代の骨粗鬆症薬として注目すべき骨格を提供するに至った.今後はCYP27A1,CYP27B1,CYP24A1などによる本化合物の代謝経路についても調べる.
クラウジウスのエントロピー概念の成立過程

光の伝播論、熱理論、気体論、電気理論についてR.Clamsins (1822-88)の論文(1847-71)を過去3年間にわたって分析してきた。その手法は、歴史的分析に加えて、コンピュータによる方程式の入力と印刷による分析である。成果を要約すると:1.クラウジウスのエントロピー┣do/T┫は、関数的考察により、可逆過程についてdVに対応する実全微分として導入された。2.クラウジウスが物理量について、関数の関係式を求めようとする立場は熱理論を含むすべての分野でみられる。3.不可逆過程についてのエントロピーの不等号性は1854年に補償されない変換として認識され、彼の熱現象の認識と密接に関係している。すなわち「熱は高温から低温に流れる」ということ。4.クラウジウスの不可逆過程への理解は、力学的知識「仕事が道すでに依存する場合は、最初と最後の状態だけでは決まらない」に支えられている。5.クラジウスは不可逆過程の創設者であるにもかかわらず、当時の19Cの"可逆的物理学観"(力学的世界條)の影響からのがれられなかった。これは1866年にはすでに彼が可逆過程のみに問題を限定していることからも指摘される。6.クラウジウスは熱理論の第1論文(1850)で微小カルノー・サイクルを用いて(第1次の項を消去し、第2次の微小量のみ巧みに生かすような計算法を用いている。7.上の数学的手法の起源は彼自身の1849年の光の播伝論の中ですでに表わされている。(さらに追求して行くと)8.この手法はJ.フーリエにある2/26/89光の伝播論、熱理論、気体論、電気理論についてR.Clamsins (1822-88)の論文(1847-71)を過去3年間にわたって分析してきた。(さらに追求して行くと)8.この手法はJ.フーリエにある2/26/891.R.Clansinsの熱力学と気体分子運動論に用いられている重要な数式を初期のものを、ほとんどコンピュターに入力して、印刷した。熱力学の式の分析から;力学的な仕事という概念が予想以上に重要な役割を演じており仕事→熱→エントロピーという流れがある。さらにエントロピーの初期の形Q/Tという「比」(ratio)の形をもつ物理量が、この他にもいろいろと現われていることに気がついた。2.Clansinsの数式に適した検索システムを作るためにPasenl言語によるプログラムを展開させつつある。3.Clansins自身の完全な文献目録を作るために、調査中であり、分つているものについては、コンピュターに入力し、印刷した。4.Fownirの解析的熱理論(1822)の影響が、Clansinsの用いた解析的手法;「すなわち二つの物理量、例えば熱量dQとd′Q、の間の差をとることによって、1次の微分項を消去する手法で2次の微分項のみが残る」に大きな影響をもっていることをつきとめた。分献の解読によって、またM.S.(マニュスクリプト)の分析の助けにもよる。この成果について、3月28日の日本物理学会、物理学史分科会(於:名古屋工業大学F会場)で報告する予定である。明年(62年度)には13を続けて、さらに4についても、研究を完成させて、論文を(現在、書きつつあるもの)完了して、出版できる方向へと計画中である。1.前年の熱・気体運動論に引きつづいてR.Clansims(1822-88)の用いた電気学の分野での数式をコンピューターに入力,分析を行なった.これらの分野すべてにおいてCiansivsが物理の関係式を関数の関係式と理解していることの重要性を発見した.最初の可逆過程のエントロピーが【bouded integral】=0として提出されたことに着目して,【bounded integral】=0を満す物理量Xとの関係をさらに追求する必要を感じた.

3.Clansinsの数式,文献等に適した検索システムを作ることを目的としてPaseal Basic言語および多種のソフトウエアの適用をいろいろと研究,調査,開発した.4.Clansins自身の出版した論文,本を含む文献目録をより敢然なものにするべく調査を引きつづいて行なった.*この件については1988年3月31日の日本物理学会,物理学史分科会(於郡山,日大・工)で報告する予定である.また明(63年度)にはこれからの成果を報告書にまとめて印刷する準備を進めている. (3/10/'88)最終年度であるので、今までに収集、入力、印刷してきたクラウジウスの熱理論についての第1論文(1850)に始まる方程式を熱理論、気体論、電気理論について分析した。これらの分析によって以下のことが明らかになった。1.R.Clansing(182288)は物理量について数学的関数関係を求めようとする傾向が強い。2.この背景としては彼の論文集の"数学的導入部"等がある。3.彼の熱理論の背後には"力学的仕事"についての認識がある。すなわち仕事には道すじによらないものと、道すじによるものとが存在する。4.クラウジウスのエントロピーdsは、最初は可逆過程の完全微分量とこてduに対応するものとして提出された。5.クラウジウスは不可逆過程の存在を補償されない変換の存在として最初に認識(1854)し、のちに不等式S(ds)/T≦0で示した。6.1865年に、不可逆過程のエントロピーの増加がN=S-S_0-S(ds)/Tで示された。しかしこれ以上の展開はなかった。7.彼はやがて1866年には、可逆過程のみの理論に問題を限定している。8.同上の傾向は、当時の一般的な可逆的な物理学観と密接な関係があろう。9.とはいえ、クラウジウスが不可逆過程の理論を創造したのである。10.何故それが可能であったかといえば、クラウジウスが熱の現象論"熱は高温から低温に(のみ)流れる"への理解と、"道すじによる仕事の存在"へ認識をもっていたからであると結論できる。(2/25189)
光機能性タイプI量子構造におけるアハラノフボーム効果

光デバイス応用に優れたタイプI量子ドットにおける、電子・正孔波動関数のコヒーレントな位相差により生じる干渉現象であるアハラノフボーム(AB)効果について研究する。AB効果の光検出は、これまでコアシェル型タイプII量子ドットに限られてきた。そこで、タイプIのGaAs量子ドットを液滴エピタキシーにより複合させた量子リング試料を用いて、リング方向における波動関数の1次元性を利用したAB効果の発現に関する知見を得ることを目的とした。磁場中顕微発光分光により、単一量子リング試料からの発光スペクトルとその磁場依存性の測定を行い、磁場によるゼーマンシフトを考慮した検討を行った。本研究の最終的な目的は、高輝度発光ダイオードや温度に依存しないレーザ発振などの高性能光デバイスへの応用に大変優れたタイプIバンド構造を持つ化合物半導体量子ドットにおける、電子・正孔波動関数のコヒーレントな位相差により生じる干渉現象であるアハラノフボーム(AB)効果に関する学理の解明である。特に、タイプI量子ドットを液滴エピタキシーにより複合させたGaAs系の量子リング試料を用いて、リング周方向における電子・正孔波動関数の1次元性に基づくAB効果の発現に関する研究を行っていく。また、このような量子リング構造では、Ga液滴の凝集による成長過程を反映して、リング周方向には電子・正孔に対するポテンシャル揺らぎが生じているので、光学的AB効果に対する局在ポテンシャルの影響についても研究が可能になる。本年度は、III-V族化合物半導体分子線エピタキシー装置を用いたGa液滴エピタキシー法によりGaAs系量子リング試料を作製し、量子リング集合体試料はもとより単一リング構造からの発光スペクトルとその磁場依存性の観測を行ってきた。まず、量子リング試料の作製条件に関して詳しい検討を行った。さらに、AB効果の観測に適した最大磁場5 Tまでの磁場依存性の測定が可能な顕微発光分光装置により、量子リング集合体さらには単一量子リング試料の低温での発光スペクトルの測定を行った。そして、得られた発光スペクトルエネルギーの磁場依存性について、磁場強度に依存する反磁性シフトとゼーマン分裂を取り入れた定量的な解析を行った。研究実績の概要欄で述べたように、本年度は当初の研究計画に従い、III-V族化合物半導体作製用の分子線エピタキシー装置を用いたGa液滴エピタキシー法によりGaAs系量子リング試料の作製を行い、その単一リング構造からの発光スペクトルおよびその磁場依存性の観測を行うことが出来た。基板温度やAs供給量などいくつかの結晶成長条件の検討を行い、結果的に発光スペクトル幅が十分に狭い、単一量子リングからの発光スペクトルを観測することができた。単一量子リングの発光スペクトルの観測には、量子リングの形成面密度を十分に下げることが重要であった。そして、高磁場印加が可能な顕微発光分光装置により、量子リング集合体はもとより単一量子リング試料からの発光スペクトルの磁場依存性について測定を行った。得られた発光スペクトルエネルギーの磁場依存性データについては、磁場強度に依存する反磁性シフトとゼーマン分裂を取り入れた定量的な解析を行うことができた。一方、現状の問題点としては、顕微分光により1マイクロメートル領域の非常に限られた観測視野での光学測定を行っているが、装置の機械的振動や外部から印加する最大5 Tの磁場の影響を受けて、測定中に試料が移動しその発光スペクトルの測定強度が変動することが明らかになった。磁場印加による試料の変位については、測定に使用している試料の固定と測定位置の調整に使用している機械的微小変位ステージを構成するFe系の金属部品が原因であることが判明した。そこで現在、非磁性金属を多く使用した機械部品を用いているより大型で安定した、新しい試料測定用ステージの取り付けとその使用を準備している。本研究の最終的な目標は、優れた光学特性を示すタイプIバンド構造を持つ化合物半導体量子ドットにおける、電子・正孔波動関数のコヒーレントな位相差により生じる干渉現象であるアハラノフボーム(AB)効果に関する学理の解明である。本年度は、昨年度に引き続き、III-V族化合物半導体分子線エピタキシーを用いたGa液滴エピタキシー法により、タイプI構造を持ちながら電子と正孔が比較的長い距離に渡って干渉可能なGaAs系量子リング試料の作製を行った。そして、最大磁場5 Tの印加が可能な磁場中顕微発光分光による発光スペクトルの磁場依存性の測定を行った。特に本年度は、単一量子リングからのシャープな発光スペクトルの観測が可能になり、その発光エネルギーの詳細な磁場依存性を測定した。得られた励起子エネルギーの磁場依存性は、通常の磁場による単調なゼーマンシフトに加え、AB効果の発現を示唆する磁場による特徴的な変化を示している。しかしながら、ゼーマン効果によるシフト量が0.7 meV程度以上であるのに対し、この付加的な変化量は高々0.2 meV程度であった。そのためAB効果の検証には、引き続き他の試料での測定や理論計算との定量的な比較などの詳細な検討が必要である。さらに本年度は、この量子リング試料とは別に、タイプIIバンド構造を持つCdSe/ZnS系量子ドットの高密度集合体からなる試料において、磁場に依存した発光スペクトルエネルギーの振動的な変化を観測した。このような高密度ドット集合体におけるドット間に拡がった電子・正孔波動関数のAB効果についてはこれまであまり議論はされておらず、基礎的な観点から興味が持たれる。そのため、このような量子ドット集合体に対して適用可能な理論モデルを考案するなどして、引き続きAB効果としての妥当性を含めた検討を行っていく予定である。

AB効果の光検出は、これまでコアシェル型タイプII量子ドットに限られてきた。そこで、タイプIのGaAs量子ドットを液滴エピタキシーにより複合させた量子リング試料を用いて、リング方向における波動関数の1次元性を利用したAB効果の発現に関する知見を得ることを目的とした。磁場中顕微発光分光により、単一量子リング試料からの発光スペクトルとその磁場依存性の測定を行い、磁場によるゼーマンシフトを考慮した検討を行った。上記、現在までの進捗状況欄において述べたように、1マイクロメートル領域の非常に微小な領域において、磁場中での顕微発光分光による量子リング試料からの発光スペクトルの観測を行っている。さらに、十分にエネルギー幅が狭くAB効果の検出に適した、単一量子リング構造からの発光スペクトルを得ることにも成功している。しかしながら、顕微分光装置の振動や特に磁場依存性測定時に印加する最大5 Tの磁場の影響により、試料位置の調整のための試料ステージなどに微小な変位が生じるため、結果的に測定試料位置や発光スペクトルの強度が変動する問題点が明らかになった。現在、この問題の対策として、非磁性の機械部品を用いた大型で安定した試料測定用ステージ部品を準備に注力している。量子リング試料の作製とその光学的品質については、基本的には研究計画通りに進んできており、今後も継続して試料の作製を行っていく。そして、作製した試料について、順次、磁場中顕微発光分光の測定を行い、本研究の目的である単一量子リング試料からの発光スペクトルの磁場に依存したエネルギーの振動現象(AB効果)の検出を試みていく。また、量子リング試料に特徴的な電子・正孔に対する局在ポテンシャルの影響を研究するため、現在この磁場中顕微分光装置に、時間相関単一光子検出法による時間分解発光計測機能を追加しているところである。時間分解能や微弱な発光に対する検出感度などの性能面を確認しつつ、量子リング試料に対する測定を試みていく。光機能量子ドット物品費として光学部品などの消耗品の購入を行ってきたが、ごく少額の金額(91円)について残余が生じてしまった。物品費として消耗品の購入に充当していく。。
匂い受容体のリガンドデザインと分子認識機構の研究

多様な匂い物質は約500種の匂い受容体で感知される。OR7D4と名づけられた匂い受容体はアンドロスタジエノンと呼ばれるステロイド誘導体を感知する。アンドロスタジエノンが結合した受容体の立体構造モデルから、このステロイドを結合する受容体の残基を予測し、その結合に関与するステロイドの特にΔ16の部分構造を修飾した誘導体をデザインした。また、これらの誘導体をデヒドロエピアンドロステロンから合成した。匂い分子としてアンドロステノンおよびアンドロスタジエノンを選び、そのヒト匂い受容体OR7D4のフルアゴニストおよびパーシャルアゴニスト結合構造モデルをウシロドプシンの光活性化中間体構造モデルから構築した。さらに、アンドロステノンおよびアンドロスタジエノンとの複合体構造モデルをそれぞれ構築して、ふたつのステロイド化合物がフルアゴニストであると予測できる複合体構造モデルを得た。さらに、SNPs研究から明らかとなっているOR7D4の変異部位が及ぼすリガンド認識様式への変化についてリガンドー受容体複合体構造から検討したところ、直接リガンドと相互作用するリガンド結合部位にはないことが明らかとなった。また、その結合様式からリガンドのD環上の二重結合が受容体の特定の芳香環残基とCH-π相互作用により結合することが強く示唆されたことから、OR7D4の受容体アゴニストとなる関連化合物をデザインし、それらの誘導体を網羅的かつ効率よく合成する経路をパラジウム試薬を用いた方法について検討して、その経路を開発した。また、AB環上の二重結合がもたらす平面的構造が、受容体のリガンド結合部位で形成される芳香環ポケットに良く適合することも示唆されることから、このような構造に関連した構造からアンタゴニストをデザインすることを試み候補化合物のデザインを行った。リガンドと受容体の双方が知られているマウスの一連の受容体についてフルアゴニストおよびパーシャルアゴニスト結合構造モデルを構築し、リガンドとの複合体構造モデルを順次構築している。これによって匂い物質と受容体の重要な認識様式について一般性のある様式についての示唆を得た。ウシロドプシンの光活性化中間体構造モデルから構築した匂い分子としてのアンドロステノンおよびアンドロスタジエノンの受容体OR7D4のフルアゴニスト結合構造モデルとの複合体構造モデルをそれぞれ構築し、その結合様式を前年度と同様に検討した。得られた複合体モデルから予測されるリガンドのD環上の二重結合と受容体の芳香環残基とCH-π相互作用に影響すると考えられたステロイド17位にmethyl基およびethyl基を有する誘導体をデザインした。それらの誘導体をepiandrostenoneを出発原料としてパラジウム試薬を用いた方法を用いて効率よく合成した。また、ステロイドD環を環拡大した誘導体についてもデザインし、ジアゾメタン誘導体を用いる方法により、同様にepiandrostenoneから合成した。ここに合成した化合物について、preliminaryに10名のパネラーをつくって匂いについて検討した。その結果、アンドロスタジエノンについてはほとんどのパネラーが甘い良い匂いと判断したが、中には芳しくない匂いと判断したことから、すでに知られているSNPに対応するパネルが得られたものと考えている。興味深いことに、アルキル基を付加した誘導体はアルキル基の大きさが増加するにつれその芳しい匂いが減弱することがわかった。また、この傾向はすべてのパネラーで同様な結果であったことから、アルキル基が付加した誘導体はOR7D4以外の匂い受容体に結合する可能性が示唆された。これらの結果は、匂い受容体の多様性と関連するものと考えられることから、さらにいくつかの誘導体をデザインした。昨年度までに構築したアンドロステノンおよびアンドロスタジエノンの受容体OR7D4のフルアゴニスト結合構造モデルと同様にウシロドプシンの光活性化中間体構造モデルからパーシャルアゴニスト結合構造モデルを構築し、上記化合物との複合体構造モデルを構築し、その結合様式を前年度と同様に検討した。得られた複合体モデルからD環部5員環の環拡大誘導体が複合体としてより良い結合性を示したことから、昨年度までに検討していた合成法をさらに精査し、シリルジアゾメタンを用いる方法により、epiandrostenoneから合成した。昨年までに合成した17-methylおよび17-ethyl体の合成法について、より良い収率で合成する条件を検討した。これによりそれぞれのサンプルを数100mgで合成した。環拡大した誘導体はすべての被験者において同様の匂いと判断されるけっかとなり、結合の強さと匂いの関係をさらに検討する必要があることが示された。一方、複合体モデルよりD環上の二重結合と受容体の芳香環残基とのCH-π相互作用が示されたことから、これらの化合物の結晶化を芳香族性溶媒中で結晶化することにより、この芳香族溶媒を含む結晶が得られ、CH-π相互作用が見られるのではないかと期待して結晶化を試みた。これらの化合物はアルコールなどの溶媒からは結晶化できるが、これに芳香族性溶媒を加えた条件では結晶化できていない。これは合成したステロイド誘導体がこれらの溶媒に非常に溶けやすいということが原因しているものと考えている。
英文学から見た新渡戸稲造―注釈付きテーマ別選集に向けて

国際社会で活躍した新渡戸稲造の業績を明らかにするためには、英文学の知識とともに英語に堪能でなくてはならない。従来の新渡戸研究では、この部分がやや不足していたと思われるので、これを補足することに全力を傾けた。例えば、英文著書『武士道』も、日本では主に邦訳で読まれてきたために、その真価が十分に理解されていない。本研究課題では、シェイクスピアをはじめとする英文学からの多くの引用を指摘し、新たな注釈を付け加えた。また国際連盟での活躍も、ジュネーブから遠く離れた日本では関心はあまり高くなかったし、新渡戸の活躍を物語る資料も日本国内には少ない。これに対して、連盟での新渡戸の活躍は、たとえば、ロンドンに本拠地を置くクエーカーのアーカイブの中に多く見ることができる。本研究課題では、クエーカーの週刊機関誌『ザ・フレンド』のバックナンバーを精読することによって、連盟時代の新渡戸の足跡を明らかにした。新渡戸は、連盟の任を終えて帰国した頃から、愛国心と国際主義は同じものでなくてはならないという趣旨のことを繰り返し述べている。しかしこれは、世界恐慌を経て国益と国益が衝突しあい始めたこの時期には、なかなか受け入れられない理想論だった。そのような折、新渡戸は、1932年10月、アメリカ西海岸の日系人の人権を擁護して日系人から尊敬されていたウィリアム・カーという人物に出会った。彼は日本贔屓というわけではなく、アメリカ建国の精神を愛し、その愛国心から、マイノリティの人権を擁護していた。これこそ新渡戸が考える真の愛国心であり、二人は肝胆相照らす仲になった。最終年度の研究では、ウィリアム・カーの記録文書を国立国会図書館所蔵のマイクロフィルムによって精査し、従来の新渡戸研究で知られていなかったこの人物について、多くの事実を発見することができた。(1)新渡戸稲造最晩年の講演『連盟の過ちは何故か』の冒頭で新渡戸がその名を挙げた「パサディナのカー氏」とは誰のことかについて調査を行った。反日感情が高まっていたアメリカに1年間の講演旅行に出かけた新渡戸が帰国すると、日本の国際連盟からの脱退という事態が待っていた。その数日後に開催された汎太平洋倶楽部の午餐会で行った講演であるが、その冒頭に名前が挙げられたカー氏は、その約10年後、太平洋戦争勃発時に、強制収容された日系アメリカ人を支援し、日系2世の人たちから大恩人として敬愛されたウィリアム・カーという人だった可能性が高い。UCLA所蔵のウィリアム・カー記録文書の複写マイクロフィルムが国立国会図書館憲政資料室に所蔵されているので、これを調査し、調査は現在も進行中である。新渡戸稲造伝記の新事実として公表したい。(2)英文学から見た場合、新渡戸の英文著書『武士道』はシェイクスピア引用の宝庫である。(当時の書き物がそうだったように)出典を明示せずに引用したり、文脈にあわせて表現を変えるなどしている。これをまず原文から洗い出し、次いで、これを、毎年のように出版される『武士道』の邦訳に照合してみると、シェイクスピアからの引用であることに気づいていないために生じた誤訳や「出典未詳」が目につく。これを整理してまとめ、公表したい。(3)ロンドン時代の新渡戸稲造の足跡を調査した。新渡戸が国際連盟の事務局次長としてジュネーブで活躍し「ジュネーブの星」と呼ばれたことはよく知られているが、連盟の事務局がジュネーブに移される前の約1年半、事務局はロンドンに仮設置されていて、新渡戸の活躍の舞台となった。彼の英文学の知識が最大限に発揮されたのもこの時期であるが、従来の伝記研究で、盲点になっていた。この調査を継続し、深めた。当初に掲げた研究計画は、(1)新渡戸と英文学の関連を個々の作家ごとに検証、(2)新渡戸著作のテーマ別選集作成、(3)クエーカー図書館アーカイブの調査、(4)新渡戸の日本語著作の英訳、の4つであるが、このうち(1)と(4)についてはほぼ順調に進展している。(2)については、新渡戸全集全23巻(教文館)から重要なものを抜き出して、新渡戸の業績をほぼ1冊で理解できるような啓蒙的な選集を計画しているが、最も重要なものの一つに入る最晩年の講演について、新たな発見があり、国立国会図書館所蔵全8巻のマイクロフィルムの検証が必要になった。その第1巻を完了したところであり、調査を継続する必要がある。また(3)については、新渡戸が国際連盟の事務局次長に就任することが決まった時から、世界平和を究極目標に掲げるクエーカーの様々な定期刊行物に新渡戸の名前が挙がりはじめ、この図書館で調査するたびに新たな発見がある。(1)新渡戸稲造が晩年にカリフォルニア・パサディナ市で親交をもったウィリアム・カーについての調査を継続した。カーはその10年後、太平洋戦争勃発時、アメリカ西海岸の日系移民が強制収容された際に、日系人の人権を守る運動に奔走した。その活動の記録は、国立国会図書館憲政資料室にマイクロフィルムで保存されている(実物はカリフォルニア大学ロサンゼルス校所蔵)。資料調査は完了していないが、明らかになった事実を、新渡戸最晩年の英語による講演『連盟は如何にして誤ったか』の注釈として、公益財団法人「新渡戸基金」の機関誌に発表した。

(2)新渡戸の英文著書『武士道』に見られる英文学への言及を洗い出し、従来の邦訳『武士道』の不備を補う研究ノートを作成し、現在所属する四国大学附属言語文化研究所の紀要に発表した。(3)国際連盟の事務所は1919年1920年の約一年半、ロンドンに仮設置されていた。最初はピカディリー・ストリートのサンダーランド・ハウス、次いでアメリカの不参加で規模縮小のため、ロワー・リージェント・ストリートのトラファルガー・ハウスに設置された。新渡戸自身は、高級住宅地であるホランド・パーク66番地に居を構えた。クエーカー教徒として新渡戸はクエーカーの集まりにも参加していた。現在ユーストンにあるクエーカーの本部は、当時はビショップス・ゲイトのデボンシャー・ハウスにあった。1920年8月には初めてのクエーカーの世界大会がここで開かれ、新渡戸も招待されて講演を行った。新渡戸夫人の弟ジョジェフ・エルキントンもこの世界大会に参加するためにフィラデルフィアからやってきたが、旅行中のけががもとで、大会が開かれる前にロンドンで客死し、バッキンガムシャー・ジョーダンズにあるクエーカーの墓地に埋葬された。従来の伝記研究の盲点であったこの時期の新渡戸の足跡が徐々に明らかになってきており、なお調査継続中である。当初に設定した課題は、(1)新渡戸と英文学の関連、(2)新渡戸著作のテーマ別選集の作成、(3)クエーカー図書館のアーカイブの調査、(4)新渡戸の日本語著作の英訳であるが、(1)については英文『武士道』中従来出典未詳とされてきた多くの引用を特定することができた。また最晩年の講演『連盟は如何にして誤ったか』についても同様である。(2)については、注釈が完了したものからリストアップして完成に近づけている。(3)については、次々に発掘される資料の整理に追われており、なお整理・分析が必要である。(4)については、新渡戸が連盟の任務を終えて帰国してから日本各地で講演したり、執筆したりした著作の中に、英訳して世界に紹介するにふさわしいものが多くある。とりわけ『東西相触れて』『偉人群像』『編集余録』などの著書は国際主義者のエッセイ集として名著と言うにふさわしい。いくつかのエッセイの英訳を完了した。(1)国立国会図書館憲政資料室のウィリアム・カー記録文書(マイクロフィルム)の調査を継続した。太平洋戦争が勃発して、アメリカ西海岸の日系人が収容所送りになった時、カーは、いち早く「アメリカの道(=アメリカの民主主義の意)を守る友の会」を立ち上げて、日系人の人権を擁護する運動を展開した。彼は特に日本人贔屓だったわけではない。マイノリティに対する人種差別は、アメリカ独立宣言に明記された人権憲章に反するものだという信念に基づいて行動したのである。これを遡ること10年、1932年10月に新渡戸は、『英文毎日』の「余禄」で、「これぞ真の愛国者だと思える人物に出会った」ことを記している。その頃、アメリカ西海岸では、満州事変などを契機に反日感情が高まっていたが、この人物は日系人を擁護し、日系人の間で敬愛されていた。新渡戸がそのことの礼を言うと、「自分は日本のためでなく、アメリカのためにこれをしている、アメリカの正義と民主主義を自国民に教えるためにしているのだ」と答え、新渡戸は「まさにこれこそ真の愛国者だ」と感動する。
組換え蛋白RAD51と、これと会合する新規蛋白の機能解析

RAD51蛋白はS期特異的な核内点状体を形成し、DNA組換えばかりでなく、複製との関与が示唆されている。我々はGFPtagをRAD51蛋白に付加することによって、生きた細胞のままRAD51蛋白を観察することが可能なことを報告している。この方法を用いてRAD51機能ドメインの異常蛋白のいくつかで、細胞内での発現様式を検討した。その中で特に注目すべきは、ATP結合ドメイン置換蛋白で核内網状構造体を形成したことである。このことから、ATP非存在下でRAD51は自己重合することが示唆された。2、RAD51結合分子RAB22遺伝子欠損マウスの作製。RAB22遺伝子欠損マウスは正常に生まれ、免疫系の異常は認められなかった。すなわち、Tリンパ球の細胞表面マーカーであるCD4、CD8、Bリンパ球の細胞表面マーカーであるIgM、B220も正常であった。放射線感受性、発がんの可能性に関しては現在検討中である。3、新規RAD51結合分子XB7の単離。我々は以前、Yeast Two-hybrid法にて、V(D)J組換え酵素で、DNA二重鎖切断修復関連蛋白であるXRCC4と結合する新規分子XB7を単離した。このXB7分子と他の核蛋白との結合を検討したところ、RAD51とも強く結合することが判明した。このことはDNA二重鎖切断修復の二つの修復経路すなわち、相同組換え修復と非相同的断端結合の最終段階では同様な酵素群を使用している可能性を示唆している。本申請者はGFPtagをRAD51蛋白に付加することよって、生きた細胞のままRAD51蛋白を観察することが可能なことを報告している。このことから、RAD51機能の活性化にはATPが必須で、これがないとRAD51は不活性化し、自己重合した貯蓄型として核内に蓄積することが示唆された。2、RAD51結合蛋白の機能解析。RAD51結合蛋白RAB22は新規の分子で、RAD51と局在が一致する核内点状体を形成する。mRNAの発現パターンもRAD51と完全に一致し、同様の機能を有するものと考えられる。RAB22分子の機能をさらに詳細に解析するために、この遺伝子を欠損したマウスES細胞株を作製した。この細胞株では、予想された放射線・アルキル化剤感受性は認められなかった。さらに個体レベルでの解析をするために、遺伝子ターゲテイングマウスを作製した。現在、詳細な解析を進めているが、今までのところ免疫系などの異常は認められていない。(1) RAD51結合分子RAB22遺伝子欠損マウスの作製RAB22遺伝子のエクソン2、3、4を含むゲノム断片をネオマイシン耐性遺伝子に置換したRAB22遺伝子欠損マウスを作製した。マウスは正常に生まれ、免疫系の異常は認められなかった。すなわち、Tリンパ球の細胞表面マーカーであるCD4,CD8、Bリンパ球の細胞表面マーカーであるIgM,B220も正常であった。(2)新規RAD51結合分子XB7の単離。そして、XB7のXRCC4結合部のみを過剰発現することにより、V(D)J組換え頻度の低下を認めている。

このXB7分子と他の核蛋白との結合を検討したところ、Ku80,c-Myc,RAG1などとは会合は認められなかったが、RAD51とは強く結合することが判明した。さらに我々は、XRCC4と結合する別の分子UCH-X4も単離しているが、この分子はBRCA1/BRCA2を介してRAD51と巨大な複合体を形成する可能性を示唆する結果を得ている。このことはDNA二重鎖切断修復の二つの修復経路すなわち、相同組換え修復と非相同的断端結合の最終段階では同様な酵素群を使用している可能性を示唆している。
「冷える海洋-暖まる大陸」パターンの力学的メカニズムの解明

:「冷える海洋-暖まる大陸」パターン、いわゆるCOWLパターンの空間構造の特徴やその力学的メカニズムの解明に取り組んだ。再解析データを用いた解析でCOWLは対流圏循環場ではアリューシャン・アイスランド低気圧シーソーに続いて2番目に卓越するモードとして抽出され、長期的なユーラシア及び北米大陸上の昇温傾向に伴って近年の両低気圧の強化傾向を伴っていることが確認された。一方近年の北半球雪氷圏の急変に伴ってCOWLの変動特性にも影響が現れていることが分かった。「冷える海洋-暖まる大陸」いわゆるCOWLパターンの冬季北半球循環場変動における重要性、及び形成と維持過程の力学的メカニズムの解明に取り組んだ。約100年に及び地上観測データを用いた解析によると、COWLは数十年規模で強弱の変調がみられること、また時期や季節よってその空間構造も変化、寒候季でも1月に際立って強い振幅を持っていることが分かってきた。高層データのある最近約50年の解析によると、対流圏から下部成層圏に有意なシグナルが見られ、その長期変調はテレコネクション的な変動とストームトラックからのフィードバック強制の変動の主に2つの側面を強く持っていることが分かってきた。主要変動との関連ではアリューシャン・アイスランド低気圧シーソーの卓越する時期にCOWLのシグナルも強まる傾向がみられることが分かってきた。COWLの日本など極東の天候へのインパクトはあまり強くないことなども分かってきた。今年度は主に観測データによる解析に集中したが、次年度以降は数値的研究を中心に進める。COWLパターンがどのような外部強制によって形成されるか、またCOWL変調(季節内変動、年々変動)の要因などの「動的」特性について、低中解像度モデルを用いた長期ラン実験の解析(大気モデル、結合モデル)、中高解像度モデルを用いた感度実験の準備を現在進めている。研究代表者の本田は12月にCOWLの提唱者である米国ワシントン大学のWallace教授を訪問し、COWLに関するさまざまな議論を通じ、本研究を進めるに当たって多くの有益なアドバイスを頂いた。3月には本研究に関わる研究者全員が集まって「COWL研究会」を開催、それぞれの進捗状況を紹介、内外のCOWL研究の情勢を整理し、また今後の進め方に当たって役割分担などを明瞭にした。「冷える海洋-暖まる大陸」パターン、いわゆるCOWLパターンの変調の力学的メカニズムについて、最近約50年の再解析データによる解析ではCOWLは対流圏循環場ではアリューシャン・アイスランド低気圧シーソーに続いて2番目に卓越するモードして抽出され、長期的なユーラシア及び北米大陸上の昇温傾向に伴って近年のアリューシャン低気圧とアイスランド低気圧の強化傾向が見られることが確認された。季節依存性をみると1月に最も強い振幅を持ち、北半球各地の天候に大きな影響を及ぼす可能性が示唆された。これらの解析結果は国際英文誌(Journal of Meteorological Society of Japan)に出版されたCOWLの予測可能性については、秋から初冬の雪氷圏の振る舞い(北極域海氷、積雪)が、ひとつの先行現象として注目されることが新たに分かってきた。また熱帯域、特にインド洋付近からの強制によってCOWL的シグナルを強める可能性を指摘する研究もあり、大気大循環モデルによる感度実験、結合モデルによる解析の準備を進めている。当初予定していたCOWL提唱者である米国ワシントン大学のWallace博士への訪問は日程が合わず実現しなかったが、研究代表者の本田はカナダ及びノルウェーで開催された国際シンポジウムなどにこれらの成果を発表、各国の大気海洋研究の専門家と多くの有意義な議論を行うことができた。「冷える海洋-暖まる大陸」パターン、いわゆるCOWLパターンの変調の力学的メカニズムについて、数値実験の長期ランの結果、再解析データを用いてその空間構造の特徴や力学的特性、気温の長期傾向との関連を継続して調べた。COWLはユーラシア及び北米大陸上の昇温傾向に伴って近年のアリューシャン低気圧とアイスランド低気圧の強化傾向を反映している点を昨年度の成果として報告したが、冬季北半球の高緯度域の昇温がこの10年ほど落ち着いていることもあり、新たな事実として、最近は必ずしも温暖化の指標とはなっていないことが分かってきた。代表者及び分担者の3名は、COWL提唱者であるワシントン大Wallace氏を9月に訪問し多くの有意義な議論を交わしたが、その際にも近年の傾向は特に注目すべき点とされた。近年の北半球高緯度域の昇温の鈍化には雪氷圏変動が主要な役割を果たしていることが最近指摘されてきている。中でも我々は近年の夏季を中心とした北極海の海氷激減に着目し、観測データを用いた統計解析、大気大循環モデルを用いた感度実験から、夏秋の北極海の海氷域減少は続く冬季ユーラシアの広範囲に渡って気温低下(上昇ではない)をもたらすことを明らかにした。この結果は国際英文誌(Geophysic al Research Letters)に投稿し平成21年3月に受理されたところである。単調な昇温傾向では説明かつかなくなってきている北半球

高緯度域の気温の変化傾向は、これまで得られていたCOWLの形成過程、メカニズムの概念、予測可能性について、今後新たな視点でCOWL研究を進めていく必要があることを示している。しかしながらCOWLが陰ながらも北半球大気循環場の主要パターンのひとつであることは世界のコミュニティーでも大筋で認識されており、3年間の本研究を通じて更に解明すべき問題を提唱することができた。
高活性HIV膜融合阻害剤開発に向けた基礎的研究

これまでの我々の研究から、HIV-1gp41の部分ペプチドであるC34ペプチドの誘導体(CC34REG)の二量体が単量体と比較して著しく高い抗HIV-1活性を示すことが明らかになっている。この二量体の作用機序としては、1)二量体の片方のヘリックスがNHRと相互作用する(この場合、C34ペプチド同士の相互作用によりα-へリックス性が増大する)、2)C34ペプチドの両方のヘリックスがNHRと相互作用する、の二つが考えられる。そこで今年度は、その作用機構解明のため、CC34REG単量体および二量体をNHRの部分ペプチドN36と混合する系における1)CDスペクトル解析、2)熱変性試験を行った。その結果、CC34REG二量体はNHRの部分ペプチドと2本のペプチド鎖で(二価で)相互作用していることが示唆された。さらに、このCHR部分ペプチドで成功した「二量体化戦略」を低分子膜融合阻害剤に適用可能かをBogerらが2012年に報告している、NHRの疎水性相互作用領域との相互作用部位を模倣した低分子HIV-1膜融合阻害剤を材料に検討した。その結果、リンカーを適切な長さに設計したBogerの二量体が単量体と比較して著しく高い抗HIV-1活性を示すことが明らかになった。特に予定外のこともなく、当初の予定の実験を遂行できた。二量体化したCHRの部分ペプチドや低分子融合阻害剤がこれまで使用開発されてきたT20やC34に対する薬剤耐性株に対して交叉耐性を示すか否かを検討する。交叉耐性を示さないか、その程度が低いときは二量体化した膜融合阻害剤に対して耐性ウイルスの誘導とその解析を遂行する。また、細胞間膜融合の検出系を自分のラボでも遂行できるようにセットアップを行う。年度末納品にかかる支払いが平成31年4月1日以降になったため。当該支出分については次年度の実支出額に計上予定であるが、平成30年度分についてはほぼ使用済みである。
熱レンズ顕微鏡による単一分子分析法の研究

微分干渉熱レンズ顕微鏡(DIC-TLM)と拡張ナノクロマトグラフィーを用いて数100nmサイズの流路内にaL体積の非蛍光性試料の高性能分離と高感度検出を集積化した。近年、単一細胞分析に代表される超微小量試料の分析法が強く求められている。当研究室では、これまでに拡張ナノ(10-1000nmサイズ)の流路を用いて、従来のクロマトグラフィーの原理的限界を突破する拡張ナノクロマトグラフィーを開発した。しかし、拡張ナノ空間では検出が蛍光に限られるため、分子の大多数を占める非蛍光性分子は分析の対象とならなかった。これに対して当研究室では、非蛍光性分子のバックグラウンドフリー検出を実現するDIC-TLMを開発し、非蛍光の単一分子検出や拡張ナノ空間内での濃度定量を世界で初めて実現した。そこで、DIC-TLMを拡張ナノクロマトグラフィーの検出器として利用し非蛍光性試料の高性能分離と高感度検出を集積化することを目的とした。実験として、石英基板上に幅2.3μm、深さ250nmの流路を電子線リソグラフィーとプラズマエッチングを用いて作成し、これをカラム(固定相)とした。次に、非極性溶媒を移動相として流路内に導入し、圧力操作によって非蛍光性試料をインジェクションして分離・検出した。DIC-TLMの積算時間、移動相の組成、および流速等を最適化した結果、ピークは良好に分離され、ピーク面積から定量が可能であることも確認した。また、インジェクションされた試料の体積と分子数を計算したところ10fL、10^7個であった。以上の結果より、超微小量の非蛍光性試料の高性能分離と高感度検出に初めて成功した。本研究は、将来的に単一細胞・単一分子分析デバイスとして発展させることにより、遺伝子の発現メカニズムの解明やがん細胞・iPS細胞の分析を通じて学術と産業の両分野に貢献するものと期待される。当初の研究計画では、微分干渉熱レンズ顕微鏡を用いて拡張ナノ空間内の非蛍光性試料の検出を実現し、免疫分析法に応用して拡張ナノ分析デバイスを創成することを目的とした。免疫分析法をクロマトグラフィーに変更したものの、主な目的であった拡張ナノ空間への応用と拡張ナノ分析デバイスの創成には成功しており、おおむね順調であったと評価できる。今後、DIC-TLMを拡張ナノ空間における汎用的な検出テバイスとして利用していく。特に、光の波長以下のサイズの空間を測定できることを利用した新しい分析法の創成を推進していく。また、拡張ナノ空間では熱拡散により期待されていたよりも23桁感度が低下するという問題を発見したことから、新しい微細加工法や材料の探索、および装置の設計理論の構築を通じて、更に感度を向上させていく。微分干渉熱レンズ顕微鏡(DIC-TLM)を用いて、数100nmスケールのナノチャネル内の非蛍光性分子の定量を実現した。近年、マイクロ・ナノ空間を利用した化学プロセスや単一細胞分析が発展している。微小空間では、単一分子レベルの高感度な分析が求められ、大多数の分子は蛍光を持たないために非蛍光性分子の分析も求められる。そこで当研究室では、光吸収と熱緩和に基づいた熱レンズ顕微鏡(TLM)を開発し、非蛍光性分子の高感度検出を実現してきたが、TLMは1μm以下の空間では測定ができなかった。そこで、新しく開発したより高感度なDIC-TLMをナノチャネルの計測に応用した。まず、ナノチャネルを石英基板上に電子線リソグラフィーとプラズマエッチングを用いて作製した。次に、空気圧による圧力駆動法を用いてナノチャネル内に色素溶液を導入し、DIC-TLMでその濃度を定量した。その結果、幅21μm、深さ500nmのナノチャネルにおいて、0.25fL中の390分子に相当する濃度を検出することに成功した。更に、幅790nm、深さ500nmのナノチャネルでも濃度定量に成功した。また、サイズの小さいチャネル中ではDIC-TLMの感度が著しく低下することを発見し、この原因が温度上昇に伴う石英の屈折率変化であることが示唆された。本研究は、ナノチャネル中で初めて非蛍光性分子の測定を可能にしたことから、近年急速に発展しつつあるナノ流体化学の分野に強力な分析ツールを提供することができる。特に、本年度以降に実施するナノ空間を用いたELISA法の検出器として応用していく。また、紫外光を用いることで、蛍光標識を用いることなくタンパク質の単一分子計測を実現するものと期待される。微分干渉熱レンズ顕微鏡(DIC-TLM)を拡張ナノクロマトグラフィーに応用し、拡張ナノ流路内に非蛍光性分子の分離・検出システムを集積化することに初めて成功した。近年、分析場の微小化が進んでおり、マイクロ・ナノメートルサイズの流路を利用した高速化学プロセスや高感度分析デバイスが盛んに研究されている。当研究室ではこれまでに、10-1000nmの空間(拡張ナノ空間)に着目し、ナノ流路内の表面相互作用を用いて高速分離を実現する拡張ナノクロマトグラフィーを開発してきた。このような微小空間では、体積が小さいことから単一分子レベルの高感度な分析が求められる。また、大多数の分子は蛍光を持たないので、非蛍光性分子の分析が重要である。そのため当研究室では、熱レンズ顕微鏡(TLM)を開発し、非蛍光性分子の高感度検出を実現してきたが、TLMは原理的に数μm以下の空間では測定ができなかった。

そこで、新原理に基づいてDIC-TLMを開発することにより、ナノ流路内の吸光度検出を実現して、拡張ナノクロマトグラフィーに利用可能であることを確かめた。実験として、まず石英基板上に電子線リソグラフィーとプラズマエッチングを用いて数100nmサイズの流を加工し、熱融着によってクロマトグラフィー用のチップを作製した。次に、圧力コントローラを用いてチップ内に非蛍光性の色素試料および移動相を送液し、クロマトグラムを得た。これより検出限界を算出したところ、10mM(検出体積0.25fL中の1600分子)という値が得られ、検出器として高感度であることが分かった。このように、数100nmの光路長で吸光度を高感度に検出できる分析装置はDIC-TLMの他に存在しない。また、他にも拡張ナノ空間を利用した免疫分析法と組み合わせれば、将来的にガンの診断や研究に応用可能な単一細胞分析デバイスに発展すると期待される。微分干渉熱レンズ顕微鏡(DIC-TLM)と拡張ナノクロマトグラフィーを用いて数100nmサイズの流路内にaL体積の非蛍光性試料の高性能分離と高感度検出を集積化した。近年、単一細胞分析に代表される超微小量試料の分析法が強く求められている。当研究室では、これまでに拡張ナノ(10-1000nmサイズ)の流路を用いて、従来のクロマトグラフィーの原理的限界を突破する拡張ナノクロマトグラフィーを開発した。しかし、拡張ナノ空間では検出が蛍光に限られるため、分子の大多数を占める非蛍光性分子は分析の対象とならなかった。これに対して当研究室では、非蛍光性分子のバックグラウンドフリー検出を実現するDIC-TLMを開発し、非蛍光の単一分子検出や拡張ナノ空間内での濃度定量を世界で初めて実現した。そこで、DIC-TLMを拡張ナノクロマトグラフィーの検出器として利用し非蛍光性試料の高性能分離と高感度検出を集積化することを目的とした。実験として、石英基板上に幅2.3μm、深さ250nmの流路を電子線リソグラフィーとプラズマエッチングを用いて作成し、これをカラム(固定相)とした。次に、非極性溶媒を移動相として流路内に導入し、圧力操作によって非蛍光性試料をインジェクションして分離・検出した。DIC-TLMの積算時間、移動相の組成、および流速等を最適化した結果、ピークは良好に分離され、ピーク面積から定量が可能であることも確認した。また、インジェクションされた試料の体積と分子数を計算したところ10fL、10^7個であった。以上の結果より、超微小量の非蛍光性試料の高性能分離と高感度検出に初めて成功した。本研究は、将来的に単一細胞・単一分子分析デバイスとして発展させることにより、遺伝子の発現メカニズムの解明やがん細胞・iPS細胞の分析を通じて学術と産業の両分野に貢献するものと期待される。当初の研究計画では、微分干渉熱レンズ顕微鏡を用いて拡張ナノ空間内の非蛍光性試料の検出を実現し、免疫分析法に応用して拡張ナノ分析デバイスを創成することを目的とした。免疫分析法をクロマトグラフィーに変更したものの、主な目的であった拡張ナノ空間への応用と拡張ナノ分析デバイスの創成には成功しており、おおむね順調であったと評価できる。今後、DIC-TLMを拡張ナノ空間における汎用的な検出テバイスとして利用していく。特に、光の波長以下のサイズの空間を測定できることを利用した新しい分析法の創成を推進していく。