hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
エピジェネティック因子による腸管自然免疫系制御機構の解明

獲得免疫系を持たない昆虫などの生物においても、感染刺激に対する適応反応、すなわち免疫「記憶」機構の存在が示唆されており、発生において「細胞記憶」を担うエピジェネティック制御因子群が、このような自然免疫「記憶」に関与する可能性が考えられる。高等生物種間で保存された自然免疫系とエピジェネティック制御系を併せ持つショウジョウバエモデルを用いて、腸管自然免疫系による感染防御、免疫寛容、恒常性維持機構に関与する高度に保存されたエピジェネティック制御因子に焦点をあて、その作用機序を解明することで、自然免疫系におけるエピジェネティック制御の普遍原理に迫ることを目的とした。腸管幹細胞(ISC)におけるSet2(H3K36メチル化酵素)のノックダウン、およびKdm4A(H3K36脱メチル化酵素)過剰発現により、緑膿菌の経口感染に対する抵抗性が有意に上昇することを既に見出している。また、マイクロアレイ解析の結果、活性酸素種の解毒、細胞分裂活性化、DNA損傷修復,ストレス応答因子群の発現が上昇しており、酸化ストレス応答が生じている可能性が示唆されていた。これらの発現解析結果についてRT-qPCRで確認した。興味深いことに、これらの発現亢進は緑膿菌に依存しておらず、恒常的に酸化ストレス応答が亢進してる可能性が考えられた。酸化ストレス応答は、通常、健常維持に関わる常在菌に対する応答では、寛容制御により低いレベルに抑えられている。これらのことから、ISCにおけるH3K36meの減弱により、一見すると病原菌感染抵抗性が見られるが、実は寛容制御の破綻により慢性炎症に類似した状態にある可能性が考えられた。実際、緑膿菌感染無しで長期間飼育すると、Set2KDあるいはKdm4A過剰発現個体ではコントロールに比べて短命となり、さらに、常在菌を除去する目的で抗生物質を投与したところ、この寿命の差は見出されなかった。
三次元培養系ヒト線維芽細胞を用いた光老化による真皮成分代謝の動的解析

しわ,たるみなどの皮膚の老化による外観の変化は,線維芽細胞の細胞外基質代謝の変化によると考えられる。その内的要因には暦上の加齢があり,外的要因で重要な因子には紫外線があげられる。今回は,若年者(22才,女性)と老年者(76才,男性)の皮膚組織から得られた線維芽細胞をアスコルビン酸二リン酸添加により三次元培養した。若年者の細胞は3代から7代まで,老年者の細胞は3代から6代まで継代して,内的,外的要因の影響を検討した。各代とも三次元構築をとるまで2週間培養し,その後にUVA(320400nm)を1日おきに1週間(4回)照射(1回あたり500mJ/cm^2,1000mJ/cm^2)し,細胞層と培養上清を回収した。細胞層中の細胞数の増加をDNA量を指標として見ると,若年者,老年者の細胞とも培養2週間後では継代が少ないものほど多かった。3週間後には,それぞれの継代でDNA量はほぼ同量になっていたが,若年者の7代と老年者の6代では他の継代数の細胞より約1-2割少なかった。また老年者の継代細胞のDNA量は若年者の細胞より3割少なかった。HPLCによるムコ多糖二糖分析ではDNA量あたりの総ムコ多糖量は若年者の細胞では継代による変化はなかったが,老年者では継代数が多くなると若干減少していた。ムコ多糖の組成は若年者の細胞より老年者でデルマタン硫酸の割合が少なく,また,それぞれの細胞とも継代数が多くなるとその割合が少しずつ減少していく傾向にあった。UVA照射によるムコ多糖量とその組成の変化は今回の実験条件では認められなかった。RT-PCRによるエラスターゼのmRNAの発現では,老年者の細胞3代より6代で減少していた。若年者およびUVA照射では発現の差は認められなかった。ELISA法によるI型コラーゲン合成活性の測定では,若年者及び老年者の線維芽細胞ともUVA照射群は非照射群より合成が低下し,若年者細胞の7代と老年者細胞の6代では他の継代に比較して低下の割合が大きかった。今後さらに継代数を増やし検討を続けて行きたい。
自然撹乱後の下層植生が森林のCO2収支に与える影響の解明

撹乱による森林の構造の変化に伴うCO2収支の変化、特に下層植生が果たす役割を明らかにするため、2004年の台風による大規模撹乱が起きた札幌市の落葉広葉樹林内で、上・下層のフラックス観測および毎木調査を行った。20162018年に行った下層におけるフラックス観測では、森林構造の変化により夜間のフラックス観測では過小評価が示唆されたため、日中のフラックスデータのみを解析対象とした。台風撹乱から数年後に測定した2007年および2008年は全体の総一次生産量GPPに対する林床ササの割合は3040%程度であった。樹木の葉量が最大となる67月においても林床の割合は30%以上あった。撹乱後10年以上経過した2017年夏期は約25%と若干寄与率は低下した。光利用効率LUE(=GPP/光合成有効放射量)は気温の上昇とともに高くなるが、2007,2008年および台風撹乱から10年以上経過した2017年もその関係性に大きな変化はなかった。日中の生態系呼吸量REと気温の関係性も2007年2008年と、2017年では大きな変化は見られず、森林全体に対する寄与率は高いまま維持されていた。森林で大規模な撹乱があった場合でも下層植生が十分にある場合、樹木の葉量減少に伴うGPPの減少を補うポテンシャルがある。利用できる光が十分であれば下層植生のGPPは、森林全体のGPPにも無視できない割合で寄与し、樹木の葉量が回復するとともに下層植生の寄与は減少することが明らかになった。一方、REは分解される有機物の量に依存する。一時的に大量の粗大有機物の供給後も、継続的に粗大有機物が供給されるような今回対象としたような森林では高いREが維持され、結果的に森林のCO2収支は長期間負(放出)となる場合もあることが示された。森林生態系が受ける様々な撹乱が炭素動態に与える影響の解明は、長期にわたる森林の炭素動態の理解と精度の高い予測のために不可欠である。2004年に台風撹乱で大きな被害を受けた札幌市羊ヶ丘の落葉広葉樹林では、撹乱以前から継続して森林上でのCO2フラックス観測が行われている。撹乱後、林相が大きく変化し、下層植生が森林全体のCO2吸収量に大きな役割を果たしていると考えられている。撹乱後、バイオマス量の増加した下層植生の森林全体のフラックスに対する寄与を明らかにするため、高さ7mの高さに超音波風速温度計、CO2/H2Oガスアナライザーおよび通風温湿度計を設置し、森林下層におけるフラックス観測を8月から開始した。パワースペクトルの形状は、これまで森林群落内でフラックスが適用されてきたサイトと同様の形を示していたことから、フラックス解析が適用できると判断し、林床のフラックスを求めた。9月の林床CO2フラックスは、日中、樹冠上の林床フラックスの4割程度になることもあり、林床フラックスが森林全体のCO2フラックスに大きく寄与していることが、フラックス観測からも確認された。また、光合成の環境因子として最も重要な光合成有効放射量の測定精度を高めるため、経年劣化が従来型に比べて非常に小さいことが確認されているドーム入り光量子センサを基準器として、通常観測に用いる光量子センサの比較検証を行った。これらの検証データから器差及び経年変化補正に必要な校正係数を得た。予定通り、光量子センサの校正係数を得ることができた。さらに、森林下層におけるフラックス観測を開始し、スペクトル解析の結果、概ねフラックスデータとして使用できる特性を持つことが確認できたことから、下層におけるCO2フラックスのデータが取得できた。また、予想通り、下層におけるCO2フラックスは、森林全体のCO2吸収量に大きく寄与していることが確認された。以上のことから、当初の今年度の計画は概ね達成された。撹乱後の森林のCO2収支の変化を明らかにするため森林上・下層2高度においてフラックス観測を行い、森林下層のCO2収支への寄与の変化を把握した。台風撹乱直後の2007年及び2008年の1年間の値は下層植生の総一次生産量(GPP)は、5.8および5.4MgCha-1yr-1で、森林キャノピー上層で測定した森林全体の値の5割弱、樹木の光合成によるCO2吸収が多い夏期の68月では4割弱だった。下層の観測データから求めた生態系呼吸量(Re)は、7.9および7.3MgCha-1yr-1で森林全体の値の5割前後、無積雪期間の411月では6割強を占めた。森林全体の光利用効率(=GPP/光合成有効放射量)は、撹乱後低下した。撹乱後の下層の光利用効率は、森林全体と同等か全体の値を上回る時期があった。これらの結果から、撹乱直後のササを中心とする下層植生のCO2収支への寄与率は大きかったことが明らかになった。夏期の光合成有効放射量とGPP、無積雪期の気温とReの関係式から、2015および2016年の下層のGPPとReを推定したところ、下層の寄与率はGPPで約3割、Reは6割弱と台風撹乱直後より低下した。GPPは樹木の成長に伴い下層の光環境が変化したため、Reも樹木の成長に伴って森林全体のReが増加したためと考えられた。

一方、2016年から開始した下層フラックス観測データのGPPおよびReは、ともに下層の寄与率が2007-2008年と比較して大幅に低下していた。測定データのNEEの値が小さく、また、下層植生の変化があまり見られないこと、森林全体のReが撹乱後高いまま維持していることなどから、観測データは過小評価していることが示唆された。毎木調査および同じ試験地内で行われた分解率推定等のデータから、微生物分解によるCO2放出量は高いまま維持されていることが示唆された。フラックス観測及び気象観測、毎木調査は予定通り実行し、下層植生の森林全体のCO2収支への寄与、森林構造の変化を得ることができた。ただし、下層のフラックス観測データから求めたCO2吸収・放出量は、過小評価していることが示唆された。現在、センサ付近で急激に伸張してきた樹木の影響を避けるため、測定高度を上げて観測を継続している。下層植生の森林全体のCO2収支への寄与は、撹乱直後の観測データから推定できたことから、当初の今年度の計画は概ね達成された。撹乱による森林の構造の変化に伴うCO2収支の変化、特に下層植生が果たす役割を明らかにするため、2004年の台風による大規模撹乱が起きた札幌市の落葉広葉樹林内で、上・下層のフラックス観測および毎木調査を行った。20162018年に行った下層におけるフラックス観測では、森林構造の変化により夜間のフラックス観測では過小評価が示唆されたため、日中のフラックスデータのみを解析対象とした。台風撹乱から数年後に測定した2007年および2008年は全体の総一次生産量GPPに対する林床ササの割合は3040%程度であった。樹木の葉量が最大となる67月においても林床の割合は30%以上あった。撹乱後10年以上経過した2017年夏期は約25%と若干寄与率は低下した。光利用効率LUE(=GPP/光合成有効放射量)は気温の上昇とともに高くなるが、2007,2008年および台風撹乱から10年以上経過した2017年もその関係性に大きな変化はなかった。日中の生態系呼吸量REと気温の関係性も2007年2008年と、2017年では大きな変化は見られず、森林全体に対する寄与率は高いまま維持されていた。森林で大規模な撹乱があった場合でも下層植生が十分にある場合、樹木の葉量減少に伴うGPPの減少を補うポテンシャルがある。利用できる光が十分であれば下層植生のGPPは、森林全体のGPPにも無視できない割合で寄与し、樹木の葉量が回復するとともに下層植生の寄与は減少することが明らかになった。一方、REは分解される有機物の量に依存する。一時的に大量の粗大有機物の供給後も、継続的に粗大有機物が供給されるような今回対象としたような森林では高いREが維持され、結果的に森林のCO2収支は長期間負(放出)となる場合もあることが示された。次年度以降も、今年度開始した森林下層におけるフラックス観測を継続する。また、別プロジェクトで行われていた森林キャノピー上におけるフラックス及び気象観測が今年度で終了したことから、これらの観測を引き継ぎ、森林上の観測を継続する。これらの観測データから、下層植生が森林全体のCO2収支に寄与する割合を求める。さらに、撹乱以前の対象森林の光合成パラメータ抽出とともに、森林下層の光合成パラメータの抽出を行う。これらの観測と平行してバイオマス調査を行い、サイトの現存炭素蓄積量を求めるとともに、過去のデータと比較することにより炭素蓄積増加量及び森林構造の変化を把握する。フラックス観測および毎木調査を継続する。森林構造の変化を把握するとともに、フラックスデータを詳細に解析し、測定高度を上げた後のデータから下層のCO2フラックスを求めることが可能か検討する。
肺サーファクタント蛋白質による自然免疫監視機構と呼吸器感染症克服への臨床応用

本研究は、肺サーファクタント蛋白質AおよびD(SP-A、SP-D)とToll様受容体(TLR)のリガンド認識の分子機構とマクロファージによる細菌貪食機構を明らかにし、呼吸器感染症克服への臨床応用のための分子基盤を確立することを目的として遂行された。以下に研究成果を要約する。1.Mycobacterium aviumは肺コレクチンのリガンドであり、SP-DはM.avium由来のリポアラビノマンナンに結合することを証明した。さらに、SP-AとSP-Dは、マクロファージのマンノース受容体の細胞表面発現を増強させることによって、マクロファージによるM.avium貪食を促進することを明らかにした。2.SP-Aが肺胞マクロファージによるStreptococcus pneumoniaeとStaphylococcus aureusの貪食を促進することを証明した。さらに、貪食促進の機構として、SP-Aがカゼインキナーゼ2依存性に肺胞マクロファージ上のスカベンジャー受容体Aの局在を増強させることが示された。3.TLR4とMD-2およびリポ多糖(LPS)との相互作用を解析し、Glu^<24->Leu^<631>から成るTLR4細胞外ドメインにMD-2が直接結合し、TLR4とMD-2との複合体がLPSに結合しうることを証明した。組換え可溶型TLR4細胞外ドメイン蛋白質(sTLR4)を作成し、sTLR4との相互作用によってMD-2のリピドA結合親和性が増すことを示した。sTLR4-MD-2複合体は、TLR4発現細胞へのLPS結合を阻害し、LPS惹起サイトカイン分泌を抑制した。さらに、マウス気管内LPS投与による肺炎症モデルにおいて、sTLR4-MD-2の同時投与は肺炎症を緩和させることが示され、エンドトキシン惹起肺炎症に対する臨床応用の可能性が示された。TLR4のN末端側領域Glu^<24>-Pro^<34>がTLR4とMD-2の相互作用に必須であることが示された。また、CD14のアミノ酸残基57-64領域がTLR2との結合に重要であることが証明された。4.SP-AとSP-DはsTLR4に結合し、その結合はCa^<2+>依存性であったが、糖鎖除去sTLR4にも結合したので、蛋白質間相互作用による結合と考えられた。単クローン抗体を用いたエピトープマッピングにより、SP-Dは糖鎖認識領域を介してsTLR4に結合することが示された。コラゲナーゼ処理SP-A(CRF)は、ネック領域と糖鎖認識領域からなる3量体を呈して、TLR4に対する親和性は18量体を呈する野生型SP-Aに比べて著しく低下していた。SP-Aは、TLR4/MD-2発現HEK293細胞でのsmooth LPS惹起NF-κB活性化を有意に低下させるが、CRFによるNF-κB活性化抑制効果は18量体SP-Aに比較して著明に減弱していた。このことは、SP-AのN末端側とコラーゲン様領域による高次多量体構造の形成がTLRを介する炎症反応の制御に重要であることを示している,本研究は、肺サーファクタント蛋白質AおよびD(SP-A、SP-D)とToll様受容体(TLR)のリガンド認識の分子機構とマクロファージによる細菌貪食機構を明らかにし、呼吸器感染症克服への臨床応用のための分子基盤を確立することを目的として遂行された。

4.SP-AとSP-DはsTLR4に結合し、その結合はCa^<2+>依存性であったが、糖鎖除去sTLR4にも結合したので、蛋白質間相互作用による結合と考えられた。単クローン抗体を用いたエピトープマッピングにより、SP-Dは糖鎖認識領域を介してsTLR4に結合することが示された。コラゲナーゼ処理SP-A(CRF)は、ネック領域と糖鎖認識領域からなる3量体を呈して、TLR4に対する親和性は18量体を呈する野生型SP-Aに比べて著しく低下していた。SP-Aは、TLR4/MD-2発現HEK293細胞でのsmooth LPS惹起NF-κB活性化を有意に低下させるが、CRFによるNF-κB活性化抑制効果は18量体SP-Aに比較して著明に減弱していた。このことは、SP-AのN末端側とコラーゲン様領域による高次多量体構造の形成がTLRを介する炎症反応の制御に重要であることを示している,本研究の目的は、肺サーファクタント蛋白質(肺コレクチン-SP-AとSP-D)とToll様受容体(TLR)のリガンド認識の分子機構、および、肺コレクチンによる炎症制御とマクロファージ貪食機能制御の機構を解明し、呼吸器感染症克服のための臨床応用を目指すことである。以下に本年度の実績を要約する。1.近年、非定型抗酸菌感染症が特に高齢者および免疫不全患者で増加傾向にある。その起炎菌であるMycobacterium avium(M.avium)の肺胞マクロファージによる貪症をSP-AとSP-Dが有意に促進することを見いだした。マンノース結合レクチン(MBL)は菌体貪食促進効果を認めなかった。肺コレクチンはオプソニンとして働くのではなく、マクロファージ細胞膜上のマンノース受容体の発現を増加させることにより、M.avium貪食を促進させることを明らかにした。2.SP-Aがグラム陽性細菌のStreoptococcus pneumoniaeとStepylococcus aureusの肺胞マクロファージ貪食を促進さることを見いだした。SP-Dは貪食促進効果を示さず、SP-A/SP-Dキメラ体による解析から、SP-A C末端側のCys204-Cys218が重要であることが判明した。貪食促進の機構として、SP-Aがカゼインキナーゼ2依存性にスカベンジャー受容体Aの細胞膜上の局在増強を促すことが示された。3.TLR4とMD-2およびリポ多糖(LPS)との相互作用を解析し、Glu24-Lus631から成るTLR4細胞外ドメインがMD-2に直接結合し、TLR4とMD-2の複合体がLPSに結合し得ることを証明した。さらに、可溶型TLR4細胞外ドメイン(sTLR4)の組換え蛋白とMD-2との複合体がLPS惹起炎症反応を抑制することが示され、エンドトキシン惹起炎症に対する新規治療法として応用できる可能性が示唆された。4.MD-2はTLR4にのみ結合し、同じロイシンリッチリピート構造を有するTLR2やCD14には結合しない。TLR4/TLR2キメラ体及びTLR4欠損変異体を作成し、その解析から、TLR4 N末端側のGlu24-Pro34領域がMD-2との結合、および、LPS惹起シグナル伝達に必須であることが判明した。5.CD14はTLR2細胞外ドメインに結合し、TLR2シグナル伝達を増強させることを示し、CD14のアミノ酸残基57-64領域がTLR2との相互作用に必須であることを証明した。
1pr^<cg>などの自己免疫マウスに出現する抗HIV-gp120抗体の役割

我々が発見、樹立したヒト自己免疫病のモデルマウスであるCBA-1pr^<cg>/1pr^<cg>は、常染色体劣性遺伝子1pr^<cg>を有するが、これは第19染色体上の1prと同じ遺伝子座に存在する。1pr^<cg>は1prと異なり、第1染色体上に存在するgld遺伝子との相補性を有するが、この特徴のために、1prあるいは1pr^<cg>とgld両遺伝子座の、自己免疫における相互関係を研究するための貴重な材料として注目を浴びてきた。我々は骨髄移植、リンパ節移植を組合せた実験から、1pr^<cg>あるいは1prはレセプターの異常、gldはそれに対応するリガンドの異常であるとの仮説を立てたが。その後、Fas抗原およびそのリガンドの異常であることが判明したことで、裏付けられた。この材料を用いた研究過程で、HIVの抗原の一つであるgp120に対する抗体の上昇が見られた。gp120はMHC class II抗原と相同性があるので、抗gp120抗体はclass II抗原保有細胞に働いてその機能に影響を与え、さらに、抗イディオタイプ抗体としての抗(抗gp120抗体)抗体が産生されれば、gp120との相同性からCD4^+細胞に働く可能性がある。そして、それらが自己免疫に重要な役割を果たすとも考えられる。抗gp120抗体はウエスタンブロット法では検出できない程の量であったので、高感度のEIA法の開発を試みた。種々のマウスにおいての測定結果からは、自己免疫マウス全般に抗体が産生されていたが、最も抗体価が高かったのはCBA-1pr^<cg>/1pr^<cg>であり、自己免疫病変が最も高度なMRL-1pr^<cg>/1pr^<cg>においては前者の場合ほどではなかった。これは、抗gp120抗体が単に自己抗体の一環として産生されているものではないことを示唆する。また、CBAとMRLマウスでの背景遺伝子の違いをも浮き彫りにさせた。さらに、CBA-1pr^<cg>/1pr^<cg>マウスの脾細胞を用いて、抗gp120モノクロナール抗体産生ハイブド-マを得て、自己免疫における役割を追究することを目的としているが、これは今後の継続すべき課題である。抗gp120抗体測定の対象として種々のマウス系統を扱うことが重要と考えるが、最近我々のグループが作出したMRL-lpr^<cg>マウスについてはcharacterizationが行われていなかったので、実施した。背景遺伝子がCBAからMRLに変わることで、自己抗体、血中免疫複合体などが顕著に増量し、しかも糸球体腎炎や血管炎などを生じたことから、lpr^<cg>遺伝子とMRLマウスの背景遺伝子の相互作用により、顕著な自己免疫病が生ずることを明らかにした。

抗gp120抗体の測定については、その後実験器具や試薬が変わった段階で、非特異反応が入るようになり、測定条件の再検討を余儀なくされたが、主に、1)コーティングするときの抗原濃度、2)非特異吸着をブロックする方法などにつき検討し、しばらくして解決した。その結果、抗gp120抗体が最も高いのはCBA-lpr^<cg>マウスの場合であり、自己免疫がより高度であるMRL-lpr^<cg>マウスではやや低かった。従って、種々のマウス系統における自己免疫の程度と抗gp120抗体とが単純に相関するということはなかった。しかしもちろん、この結果から両者の関係はないと結論されるものではないと考える。モノクローナル抗体については、培養濾液を用いて数十回の抗体測定を行っているが、いまだ取れてはいない。上述のように抗体測定系の再検討に集中していた時期があったことも、その一因かもしれない。我々が用いる1pr^<cg>マウスの特性を知るうえで(1pr^<cg>/1pr^<cg>×gld/gld)F1でのリンパ節腫脹のメカニズムを知ることは重要である。1prあるいは1pr^<cg>に由来するCD3^+4^-8^-細胞は野生型リンパ節にホ-ミングしないが、gldに由来するCD3^+4^-8^-細胞はホ-ミングする点で異なる。今回の検討からは、(1pr^<cg>/1pr^<cg>×gld/gld)F1由来のCD3^+4^-8^-細胞は1prあるいは1pr^<cg>型であり、gld型でないことの結果を得た。さらに、CBA-1pr^<cg>/1pr^<cg>において、HIVの抗原の一つであるgp120に対する抗体の上昇が見られた。gp120はMHC class II抗原と相同性があるので、抗gp120抗体はclass II抗原保有細胞に働いてその機能に影響を与え、さらに、抗イディオタイプ抗体としての抗(抗gp120抗体)抗体が産生されれば、gp120との相同性からCD4^+細胞に働く可能性がある。そして、それらが自己免疫に重要な役割を果たすとも考えられる。抗gp120抗体はウエスタンブロット法では検出できない程の量であったので、高感度のEIA法の開発を試みた。種々のマウスにおいての測定結果からは、自己免疫マウス全般に抗体が産生されていたが、最も抗体価が高かったのはCBA-1pr^<cg>/1pr^<cg>であり、自己免疫病変が最も高度なMRL-1pr^<cg>/1pr^<cg>においては前者の場合ほどではなかった。これは、抗gp120抗体が単に自己抗体の一環として産生されているものではないことを示唆する。また、CBAとMRLマウスでの背景遺伝子の違いをも浮き彫りさせた。さらに、CBA-1pr^<cg>/1pr^<cg>マウスの脾細胞を用いて、抗gp120モノクローナル抗体産生ハイブド-マを得て、自己免疫における役割を追究することを目的としているが、これは今後の継続すべき課題である。
コミュニティ形成による高齢期のライフデザインの発達支援の検討

孤立のリスクが高い高齢者への社会関与を促すプログラムおよび,生きがい追求の意欲の高い高齢者の生涯にわたる生きがい追求を支援するプログラムの開発を目的に研究を行なった。当該年度内では、現在の生きがい追求と同時に、将来のライフデザインの重要性を考慮して、終末期の意思決定に重点を置き、フォーカスグループ・インタビューおよび、個別の訪問面接調査を行なった。終末期のライフデザインに関して、文化・宗教・老人観といった多様な側面の影響が予測された。そのため、我が国の高齢者の意思決定への影響因子を明らかにするために、安楽死が合法化されているスイス、近年に合法化されたカナダ、合法化されていないブータン・日本の4国間で調査法を統一し、比較検討することとした。対象とした高齢者は、フォーカスグループ・インタビューは6人、個別の訪問聞き取り調査は4人であり、約1時間のインタビューと死生観・宗教観の質問紙調査を実施した。その結果は、IAGG2019のシンポジウムで公表予定である。高齢者の終末の過ごし方までを視野に入れ、生きがい追求のプログラムを改善し、地域高齢者8人を対象に計10回のセッションを実施した。プログラムはポジティブ心理学の知見に基づき設計されているが、従来の「強み」を見出すセッションに、「弱みVulnerability」を受容するSelf Conpassionの概念を取り入れた。老いや死の問題に向き合う上での「弱み」に対し、グループ内でのコミュニケーションを促し、自律的な選択と共感的な受容を促すセッションをめざし、プログラムを検討した。プログラムの介入前後に、注意抑制機能およびPsychological well beingの調査項目を実施した。研究計画に記載の項目に追加して、人生終末のライフデザイニングの意思決定に関する半構造面接を実施した。国際比較のための調整等の関係から、一部計画に遅れが出たものの、現在ではほぼ順調に進捗している。進捗状況はほぼ計画どおりであり,今後は高齢者対象の調査および介入プログラムの実施・を継続して進めていく予定である。なおハイリスク群を対象とした検証は、実践者の連携等の体制を整える必要があり、社会参加予備軍に含まれる高齢者からなるグループ介入プログラムの実施による検証を行うことを具体的に検討する。高齢者の意欲と社会との関わりを「身体・心理・社会モデル(bio-psycho-social model)」から包括的にアセスメントするための質問項目作成のため,市民活動参加中の高齢者40名,活動を離脱した5人のグループインタビューを実施した。対象者は65歳から87歳までの自立した高齢者であり,社会参加活動種別,活動参加期間,参加動機,継続意思等の社会参加活動について,半構造的に意見収集を行った。グループインタビューの結果を基に,社会参加意向,継続,離脱に関する調査項目を設定し,調査項目の妥当性・信頼性の検証を行った。結果の分析から,十分な妥当性を得ることができなかったため,再度グループインタビューを計画し,参加者を勧奨した。プログラムの改良に関しては,社会参加意欲の高い高齢者に対して,生きがい創造のプログラムによる介入を行い,「心理・社会的支援(psychological and social treatment)」の具体策の検討を開始した。高齢者に体するグループインタビューの手法と結果の一部は,高齢者の価値の明確化と行動活性化の技法日本老年行動科学会第20回大会(筑波大学東京キャンパス)において報告した。効果を検証してプログラム改良の指標を得た。今回のグループインタビューによる事前調査では質問紙調査によるデータ収集に必要となる項目の妥当性の把握が不十分であり,高齢者を対象とした調査を実施することができなかった。今後は,早急に質問項目を改良し,必要なデータが得られるよう対応していく予定である。グループインタビューより抽出した質問項目の妥当性を示す十分な値が得られず,当初予定していた社会参加に関連する要因の評価に関する調査の一部を行うことができていないことが主な原因である。また,調査に協力を求める地域在住高齢者との協力体制の整備に時間を要したこともも一因と考えられるが,この点については改善しつつあり,今後の進捗状況も大きく改善するものと思われる。

プログラムの介入前後に、注意抑制機能およびPsychological well beingの調査項目を実施した。研究計画に記載の項目に追加して、人生終末のライフデザイニングの意思決定に関する半構造面接を実施した。国際比較のための調整等の関係から、一部計画に遅れが出たものの、現在ではほぼ順調に進捗している。進捗状況はやや遅れてはいるものの,本研究では基礎検討が重要であるため,早急に調査項目を改良し,実施計画書に記載した通りに高齢者対象の調査および介入プログラムの実施・改良を進めていく予定である.なお進捗状況によっては,ハイリスク群を対象とした検証は行わなず,その代わりとして社会参加予備軍に含まれる高齢者からなるグループ介入プログラムの実施による検証を行うことを想定している。進捗状況はほぼ計画どおりであり,今後は高齢者対象の調査および介入プログラムの実施・を継続して進めていく予定である。なおハイリスク群を対象とした検証は、実践者の連携等の体制を整える必要があり、社会参加予備軍に含まれる高齢者からなるグループ介入プログラムの実施による検証を行うことを具体的に検討する。調査実施を次年度に繰り延べたことから,次年度に一部予算を繰り越し調査を実施する。次年度以降の予算執行にあたり、計画を事前にふまえて順次支出することとします。
有機溶媒中での超分子集合体の形成と光誘起型機能制御

有機溶媒中で脂質膜類似の配向性集合体を形成しうる新規な人工脂質を開発するため、各種のL-グルタミン酸誘導体を合成し、有機溶媒中での分散挙動を調査した。また、光重合による機能の固定化を図るため、L-グルタミン酸誘導体中に重合性官能基を導入し、その分散挙動についても調査した。さらにこれらの新しい脂質膜の機能についても調査した。以下に本研究で得られた結果を要約する。1)L-グルタミン酸のアミノ基と2個のカルボキシル基の反応性を利用し、前者にフェニル基やソルビル基のような頭部を、また後者に長鎖アルキル基を有する脂質を合成した。2)頭部および長鎖アルキル基がアミド結合によって導入された脂質においてのみ、そのベンゼン溶液がゲル化されることを見いだした。コンピューターシミュレーションにより、3個のアミド結合によって理想的な分子間水素結合が形成されることを明かにした。3)頭部にソルビル基を導入した脂質はエタノール中で配向性分子集合体を形成し、大きな光学活性を生成することが明かとなった。この光学活性は、ソルビル基間のキラルな相互作用によって発現される。4)この脂質にUV光を照射すると、ソルビル基の速やかな消失が観測された。サイズ排除クロマトグラフィーにより、ソルビル基の消失は主に二分子間での縮合反応であることが判明した。また縮合後も、縮合前の配向性を維持していることを、示差走査熱量分析などによって確認した。5)以上の新規な脂質膜を利用し、アミノ酸誘導体の不斉選択的輸送現象について検討した。その結果、フタロイル誘導体において、有意の不斉選択性が発現することを確認した。光感応基として脂質頭部にジエン基を有し、一分子中に3個のアミド結合を有する二鎖型の脂質を新規に合成した。この化合物を用い、有機溶媒中での高次配向体の形成をジエン基のスタッキング現象や誘起円偏光二色性等を観察することによって追跡し、光照射によるジエン基間の重合、ならびに重合に伴う形態やミクロ環境の固定化あるいは変形について詳細に検討した結果について報告する。1)脂質頭部にジエン基を有する化合物は、ベンゼンやエタノールなどの有機溶媒に加熱溶解させた後、室温まで冷却すると溶液がゲル化した。ゲルは繊維状の会合体が三次元に絡みあっていることが確認された。また、ベンゼンやエタノール溶液のゲルは、示差走査熱量分析の結果、可逆的な相転移挙動を示すことが判明した。2)エタノールゲルの円偏光二色性スペクトルを測定したところ、脂質頭部のジエン基は相転移以下の温度でR-キラルな頭-頭会合をしており、コンピュータシュミレーションから、アミド結合による分子間での水素結合が、超分子集合体の形成に関与していることがわかった。3)有機溶媒中でのゲルの光反応において、その重合速度は溶媒の温度や種類によって異なることがわかった。また、得られた重合物の重合度も溶媒の種類によって異なり、分子の配向状態を制御することで重合反応のコントロールが可能となった。また、重合後において、分子の配向状態は変化するが、形態や相転移挙動は維持されることがわかった。以上のように、分子内に3個のアミド結合を有する二鎖型脂質は、有機溶媒中で超分子集合体を形成し、光照射による重合反応の制御および機能の固定が達成された。ベンゼン中で脂質膜類似の配向性分子集合体を形成する新規な人工脂質を開発し、その機能について調査した。以下に結果を要約する。頭部および長鎖アルキル基がアミド結合によって導入された脂質は、ベンゼン中で配向性分子集合体を形成し、溶液をゲル化させることを確認した。このようなゲル化は、電子顕微鏡観察により、脂質が繊維状の会合体を形成し、これらが溶液中で絡み合うことによって形成されていることが確認された。

一方、エステルで導入された脂質では、このようなゲル化は観察されなかった。コンピュータシミュレーションにより、脂質中の3個のアミド結合が脂質間の水素結合に有効に利用されていることが判明した。フタロイルフェニルアラニンをこのオルガノゲルに溶解させ、希アルカリ溶液への透過挙動を検討したところ、溶出速度において不斉選択性はほとんど認められなかった。そこで結合サイトとして頭部がピリジニウム基からなる脂質を混合し、同様な透過挙動を検討したところ、3.フェタロイルフェニルアランの溶出速度の減少が確認されるとともに、不斉選択性が観察された。選択性の発現機構を解明するために、示差走査熱量分析や円二色性スペクトル測定を実施したところ、結合サイトが集合体中で相分離し、この部分にD-体のフタロイル誘導体が選択的に結合するものと推定された。なお、結合の主な駆動力は、静電相互作用と水素結合あるいはπ-π*相互作用と考えられる。以上のようなオルガノゲルに関する研究は世界的にも例が少なく、とくに本研究のように、キラルオルガノゲルを利用した光学分割の例は初めてであろう。
クラスSカイラル代数とシンプレクティック幾何

研究面での実績は以下の通りである。最近、物理学においてRastelli等によって4D/2D双対性が発見され、大きな注目を浴びている。より具体的には、N=2超対称性を持つ4次元の超共型場理論の不変量として頂点代数が構成され、その指標が4次元理論のSchur Indexに一致することが発見された。さらに驚くべきことに、4次元理論の幾何学的不変量であるHiggs枝が、対応する頂点代数の随伴多様体と一致することが期待されている(Beem-Rastelli予想)。さて、4次元の超共型場理論にはクラスS理論と呼ばれる広いクラスが存在する。クラスS理論に対応する頂点代数を数学的に厳密に構成し、Beem-Rastelli予想をクラスS理論に対して証明することが本研究課題の第一の目的であった。初年度にこれを達成したが、当該年度には結果を論文にまとめ、プレプリントとして提出した(arXiv:1804.01287 [math.RT])。また、Edward Frenkelとの共同研究により、量子幾何学的Langlands対応の証明のプログラムにおいて本質的な役割を果たす、W代数の表現の双対性を確立した(arXiv:1807.01536 [math.QA])。本研究課題の第一の目的であった、「クラスS理論に対応する頂点代数を数学的に厳密に構成し、Beem-Rastelli予想をクラスS理論に対して証明する」ことに成功し、さらに量子幾何学的Langlands対応の証明のプログラムにおいて本質的な役割を果たすW代数の表現の双対性を確立することに成功したため。当該年度では昨年度までに得られたな結果について海外招待講演を11回行い、7本の査読付き論文が出版された。このうち6本が国際共同研究である。また「W-代数の表現論」に関して日本数学会秋季賞を受賞し、受賞講演を行った。さらに2018年の国際数学者会議の招待講演者に選出されるという栄誉を得た。研究面では、クラスSカイラル代数を関手的に構成することに成功し、Rastelli等の予想を肯定的に解くことに成功した。また、随伴多様体を取ることにより、Moore-Tachikawa予想における関手を復元することも証明した。これらの結果により、Beem-Rastelliのヒッグス枝と頂点作用素代数に関する予想を、クラスS理論に対して証明したことになる。これらの結果は現在論文作成中であるが、既にICM2018のプローシーディングにアナウンスがある。これらの結果について、カナダのペリメータ理論物理研究所に招聘された際研究集会"Gauge theory, geometric Langlands and vertexoperator algebras"で講演した。この研究集会ではWittenやGaiotto等の物理学者とGaitsgory等幾何学的ラングランズ対応の専門家と意見を交わし、大いに知見を広めることができた。当初の主目標であったクラスSカイラル代数の構成に関するRastelli等の予想の証明に成功した。既に当初の主目標であったクラスSカイラル代数の構成に関するRastelli等の予想の証明に成功したので、今後は四次元のゲージ理論や幾何学的Langlands対応との関係を中心に研究を進める。招聘予定であった外国人の来日が次年度に先送りされたため。次年度に招聘を行う。
原因遺伝子RUNX1の新しい機能に基づく家族性血小板異常症の発症機構の解明

家族性血小板異常症(FPD)は転写因子RUNX1の変異を原因とし、持続的な血小板減少に加え、高確率で骨髄性悪性腫を発症する予後の悪い遺伝性疾患である。FPDはまれな疾患であることに加え、モデル動物で病態が再現できないという問題があり研究がほとんど進んでいない。我々はFPDの原因遺伝子RUNX1にDNAメチル化を制御する新たな機能があることを報告した。この発見はFPDにおいてDNAメチル化異常が生じていることを強く示唆している。そこで本研究はFPDモデルiPS細胞を用いてDNAメチル化異常を網羅的に明らかにし、FPDの新たな発症機構を解明することを目指す。
結晶形状の工夫によるDOI-PET検出器の高性能化の研究

がんの診断や早期発見などに有力な手段である陽電子断層撮像法(PET)でより正確な画像を得るために必要な3次元放射線位置検出器(depth-of-interaction:DOI検出器)において、検出器に用いる結晶の形状を変えるという新しい着眼点により性能を向上させた。この手法により、世界の他のグループでは2、3分割分の位置分解能であるのを、8分割にまで分解能を向上することができた。また本手法はどの結晶にも応用できるという普遍性をもつ。体内の機能を画像化する陽電子断層撮像法(PET)は、がんの診断や早期発見、アルツハイマー病などの病態の解明の研究や神経受容体の振舞いなどの脳機能研究に有力な手段として用いられている。より正確な画像を得るためにPET装置の高感度・高解像度化が求められるが、従来技術ではそれらの両立が困難であり、PET検出器内で放射線を検出した位置を3次元的に求められる3次元放射線位置検出(depth-of-interaction:DOI)の技術により初めて可能となった。開発されているDOI検出器のほとんどは、検出器のシンチレーション結晶部分を多数の小型結晶の3次元配列で構成し、発光した結晶素子の位置を放射線検出位置としている。その際、受光素子に対し深さ方向(DOI方向)の分割が細かいほど感度と解像度を向上させることができるが、結晶の識別は困難になる。そのため、世界の他のグループでは2分割、もしくは3分割の識別となっている。我々のグループでは、今までに8分割のDOI識別に成功した。しかし、その識別法は2種類のシンチレーション結晶を用いることが必要であり、使用できる結晶の組み合わせに制限があった。本研究では、どのようなシンチレーション結晶にも対応できるよう単一結晶でのDOI方向8層分の識別を試みた。そして、今までの開発で用いた、結晶配列内の反射材挿入個所を工夫しシンチレーション光を制御する方法に、通常四角柱である結晶素子の形状を三角柱とする新しい発想を加えて8層のDOI識別を試みた。直交する2辺が3mmの直角三角形を断面に持ち高さが3mmのLGSO(日立化成工業)結晶素子を用いて8層DOI検出器を試作し、基礎特性の測定や結晶間物質の最適化を行った結果、8層分の結晶識別が可能であることを示すことができた。その成果を、国際学会でプレミアムポスターとして発表した。前年度の基礎研究で、三角柱型結晶素子を用いることにより単一シンチレーション結晶素子で8層分のDOI検出が可能であることを確認した。本年度は、結晶素子の識別の精度が高まるような検出器パラメータの条件の検討と受光素子の検討を行った。検出器パラメータとして、各結晶間の物質を反射材、空気、光学接着剤、半透明フィルムの中から選択することで、シンチレーション光の受光素子への分布の微調整を行った。放射線を検出した結晶素子を受光素子信号の位置演算で特定するため、結晶素子ごとに受光素子信号の分布を変え1対1対応させることで結晶素子ごとに演算結果が異なり識別が可能となる。シンチレーション光の広がりについて、反射材では光の広がりが遮断されることになる。他の3つの物質については、屈折率が結晶に近い光学接着剤の場合最も光が通過しやすく、半透明フィルム、空気の順で通過しにくくなる。これらの検討を踏まえた結果での学会発表を行った。受光素子について、近年小型で軽量な半導体受光素子が急速に普及し、国際学会でもPET検出器などへの応用の研究が多く見られた。浜松ホトニクス社製マルチピクセルフォトンカウンター(MPPC)も半導体受光素子であり、本研究でその検討を行った。MPPCには、前年度用いた受光素子(256チャンネル位置弁別型光電子増倍管)とほぼ同じサンプリング間隔を保つことができるよう受光面が3×3mmのもの、使用するシンチレータであるLGSOの発光量に適するものという条件よりMPPC S10931-050Pを選択した。基礎研究で、温度とバイアス電圧へ依存が高い、受光量に制限があるというMPPCの問題を確認するとともに、それらの制御が可能な系において1/10以下のバイアス電圧で前回用いた受光素子に劣らない性能を持つことを確認した。MPPCは小型で個々に独立しているため、シンチレータへの結合の配置も個数も自由であり、それにより検出器の大きさ、形状も適宜選ぶことが可能となる。
非線形H無限大制御と計算統計学を用いた知的制御システムの再構築に関する研究

1.最適制御またはH無限大(H絢制御の観点から適応制御系を再設計する手法について研究を行った。モデル規範形制御も含む一般的な適応制御問題に関して、2次の評価関数やH、・制御規範の観点から3つのタイプの最適適応制御系を構成する手法を求めた。2.1の研究を進めて、未知のシステムパラメータを外乱と見なして非線形適応H∞制御系を構成する手法を開発した。それによりパラメータの時間変動に対してロバストな非線形適応制御系が、H∞制御規範の観点から実現されることが明らかになった。一般的な設計法とともに、ロボットマニピュレータの軌道追従制御にも適用して、パラメータの誤差にロバストな制御手法として提案した。3.2の手法を拡張して、非線形パラメトリックモデルに対する適応制御系をH∞制御規範の観点から設計することを考えた。3層のニューラルネットワークを非線形パラメトリックモデルの例として取り上げ、非線形関数の近似器としてニューラルネットを用いた時の非線形適応制御に含まれる様々な不確定要因を外乱と見なして、非線形適応H∞制御系を構成する手法を開発した。またこの手法を一拡張してして、非線形パラメトリックモデル(ニューラルネットワークやウェーブレットネットワーク)を用いたシステムの表現と制御を含む一般的な制御系設計の手続きとその性質を論じた。4.ゲインスケジューリング制御の、スケジューリングパラメータの適応的な調整法について研究を行った。LPVシステムに対して、LMIに基づく適応型のゲインスケジューリングH∞制御系を構成する手法を開発した。5.4の手法に対して2や3の成果も適用して、スケジューリングパラメータの変動に対してロバストな制御系や、パラメータ変動を非線形パラメトリックモデルとして表現して制御する方法などを考案した。さらにむだ時間が含まれる場合についても、同様の考え方で安定な制御系が構成できることを明らかにした。6.適応制御系のハイブリッド的な構成法を考えて、ハイブリッド型適応機構を用いたロボットマニピュレータの反復学習制御方式を提案した。適応則についても考察を進めて、固定ゲインの積分型の適応則に加えて収束性能のよい可変ゲイン型のハイブリッド型適応則も考案した。またこの方式を発展させて、適応機構を並列的に複数配置する手法を考案して、適応プロセスを適応的に改善する高度な学習制御方式として提案した。研究内容は大きく分けて、1)適応制御、非線形制御、非線形H無限大(H∞)制御の研究を、ニューラルネットワークやファジィ制御(推論)を含む制御機構に拡張し、ニューラルネットワークやファジィ制御(推論)の構造自体に含まれる様々な不確定要因を非線形制御や非線形H無限大制御の問題設定の形式で表現して、適応制御の理論解析により安定性を達成しつつ、制御システム全体としての性能を厳密に規定できる設計論の構築、2)1)の項目で得られた方法論をもとにしたニューラルネットやファジィ推論を含むモデリング学の体系化(信号処理、画像処理、意志決定過程や時系列解析も含む)、3)計算統計学の観点からの遺伝的アルゴリズムの再構築とその制御・モデリング方法論全般への応用と、モンテカルロフィルタのオンラインアルゴリズムの開発とそのオンライン制御への応用、の3つの部分からなる。今年度は項目1)の内容に関して、これまで進めてきた研究を継続する中で以下のような成果を得た。

1.最適制御またはH∞制御の観点から適応制御系を再設計する手法について研究を進め、未知のシステムパラメータを外乱と見なして非線形適応H∞制御系を構成する手法についても研究した。関連する成果が2編の論文として発表された。2.未知のシステムパラメータを外乱と見なして非線形適応H∞制御系を構成する手法を、非線形パラメトリックモデルの制御に拡張する研究を行った。非線形パラメトリックモデルの例として3層のニューラルネットを考え、ニューラルネットの近似誤差、各層の重み係数を学習する際の算法上の誤差、および学習係数そのものの誤差と時間変動成分を等価的な外乱と見なして、非線形適応H∞制御系を構成する手法を開発した。関連する結果が1編の論文として発表された。3.未知のシステムパラメータを外乱と見なして非線形適応H∽制御系を構成する手法を、ロボットマニピュレータの軌道追従制御に適用する研究を行った。マニピュレータのパラメータの時間変動成分や不確定性に依存しない非線形適応H∽制御系を構成する手法を開発し、小さな制御トルクでよい追従性能が実現されることを調べた。4.シーケンス制御と関係のあるゲインスケジューリング制御の、スケジューリングパラメータの適応的な調整法についても研究を行った。LPVシステム(Linear Parameter Varyingシステム)に対して、LMI(Linear Matrix Inequality)に基づく適応型のゲインスケジューリングH∞制御系を構成する手法を開発した。状態フィードバックと動的補償器による基本的な構成法に加えて、非線形フィードバックを加えた時変要素の影響の抑制、非線形モデルの導入による手法の拡張に関して研究を行い、2編の論文として発表された。さらに関係論文が1編発表予定である。研究内容は大きく分けて、1)適応制御、非線形制御、非線形H無限大(H∞)制御の研究を、ニューラルネットワークやファジイ制御(推論)を含む制御機構に拡張し、ニューラルネットワークやファジイ制御(推論)の構造自体に含まれる様々な不確定要因を非線形制御や非線形H無限大制御の問髄設定の形式で表現して、適応制御の理論解析により安定性を達成しつつ、制御システム全体としての性能を厳密に規定できる設計論の構築、2)1)の項目で得られた方法論をもとにしたニューラルネットやファジイ推論を含むモデリング学の体系化(信号処理、画像処理、意志決定過程や時系列解析も含む)、3)計算統計学の観点からの遺伝的アルゴリズムの再構築とその制御・モデリング方法論全般への応用と、モンテカルロフィルタのオンラインアルゴリズムの開発とそのオンライン制御への応用、の3つの部分からなる。今年度は項目1)の内容に関して、これまで進めてきた研究を継続する中で以下のような成果を得た。1.最適制御またはH∞制御の観点から適応制御系を再設計する手法の研究を進め、未知のシステムパラメータを外乱と見なして非線形適応H∞制御系を構成する手法について研究した。
電磁泳動力を利用する新規な細胞表面分析法と細胞分離法の発明

本研究では磁場と電流を駆動力とする電磁泳動力に注目し、強い電磁泳動力を得るために超伝導磁石(10T)を用いた電磁泳動力を利用する微粒子の吸着力測定法を開発した岩本法の発展として細胞表面の分子認識、凝集等の主要因子のひとつである精-タンパク質(レクチン)相互作用の本法による測定を行った。本法はキャピラリー壁に吸着した微粒子を、電流を次第に増加させたときの電磁泳動力により脱着させ、その脱着電流から脱着に要した力(吸着力)を測定する方法である。試料としては細胞表面にマンノース(Man)含有糖鎖を持つ酵母細胞とMan結合レクチンであるConA、GNL、HHLおよびNPLを用いた。これらのレクチンを内寸100μmx100μmのシリカキャピラリー内壁に固定し、このレクチン修飾表面に対する酵母細胞の吸着力を0-60pNの範囲で測定した。ConA、GNL、HHLおよびNPL修飾表面に対する吸着力を測定した結果、酵母細胞表面Man糖鎖とConA、GNL、HHLおよびNPLとの単一相互作用力はそれぞれ41pN、10pN、8pNおよび11pNと得られた。さらに、酵母細胞に対して一定の電磁泳動力を印加時の時間に対する酵母細胞の脱着数を測定し、これをBellモデルによりフィッティングし、Man-レクチン相互作用の解離速度定数を求めた。得られたConA、GNL、HHLおよびNPLの解離速度定数はそれぞれ4.5×10^<-3>s^<-1>、2.7×10^<-2>s^<-1>、3.5×10^<-2>s^<-1>および2.2×10^<-3>s^<-1>であった。これらの解離速度定数は相互作用力が大きいほど小さくなる傾向が得られた。以上のように本法により細胞表面での分子間の相互作用力が測定され、pNオーダーの相互作用力の違いにより分子認識が可能であることから、細胞表面分析法としての可能性が示された。本研究では磁場と電流を駆動力とする電磁泳動力に注目し、強い電磁泳動力を得るために超伝導磁石(10T)を用いた電磁泳動力を利用する微粒子の吸着力測定法を開発した。本法はAFMと異なり、対象に対して非接触に測定を行えることから生体細胞等への適用が可能であることから、細胞表面の分子認識、凝集等の主要因子のひとつである糖一タンパク質相互作用の本法による測定を行なった。試料としては細胞表面にマンノース(Man)含有糖鎖を持つ酵母細胞とMan結合タンパク質であるコンカナバリンA(Con A)を用いた。二量体Con Aをアミノシランおよびグルタルアルデヒドをリンカーとして内寸100μm×100 μmのシリカキャピラリー内壁に固定し、このCon A修飾表面に対する酵母細胞の吸着力を0-60pNの範囲で測定した。Con Aの表面濃度が2800 molecule μm^<-2>のときは酵母細胞の脱着はほとんどみられず、媒体に10mg ml^<-1>D-Manを添加して脱着を行ったところ酵母細胞の脱着が観測された。表面濃度が600 molecule μm^<-2>のときは60pN以下で脱着が観測でき、吸着力を測定した。この結果より酵母細胞の吸着力は酵母細胞表面のマンノース糖鎖とCon Aとの単一の相互作用力であることを確認し、その相互作用力は30-40pNであった。さらに、酵母細胞に対して10-30pNの電磁泳動力を印加し、時間に対する酵母細胞の脱着数を測定し、それぞれの張力印加時の解離速度定数を求めた。これをBellモデルによりフィッティングし、Man-Con A相互作用の解離速度定数を3.3×10^<-3>s^<-1>、結合解離変位0.34nmと決定した。本法により細胞表面での分子間の相互作用力が測定され、細胞表面分析法としての可能性が示された。

さらに、酵母細胞に対して一定の電磁泳動力を印加時の時間に対する酵母細胞の脱着数を測定し、これをBellモデルによりフィッティングし、Man-レクチン相互作用の解離速度定数を求めた。得られたConA、GNL、HHLおよびNPLの解離速度定数はそれぞれ4.5×10^<-3>s^<-1>、2.7×10^<-2>s^<-1>、3.5×10^<-2>s^<-1>および2.2×10^<-3>s^<-1>であった。これらの解離速度定数は相互作用力が大きいほど小さくなる傾向が得られた。以上のように本法により細胞表面での分子間の相互作用力が測定され、pNオーダーの相互作用力の違いにより分子認識が可能であることから、細胞表面分析法としての可能性が示された。