hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ピリジン環連結反応を鍵とする超分子機能素子の開発

生体系に匹敵する優れた選択性を有する分子認識系や不斉錯体触媒系、さらに多重らせん構造系など高次集積分子系を構成する超分子素子の開発は、新機能分子の創生や生体機能への化学的なアプローチとして大きな意義を持ち、分子科学・物質科学・材料工学などの分野で基礎・応用両面にわたり重要な研究課題である。本年度重点領域研究では、特に、錯体化学や触媒化学の分野で金属配位子として優れた特性を発揮するとともに、生体高分子に見られる高次集積構造を形成する超分子素子として注目を集めている「オリゴピリジン誘導体」の合成と機能化を、立体化学の視点から検討して、以下のような新しい研究成果を挙げた。(1)非対称置換および光学活性ピリジン誘導体の合成:ラセミピリジンエタノール類を効果的に光学分割できる加水分割酵素リパーゼ検索に成功するとともに、リガンド・カップリング反応によって種々の光学活性ピリジン誘導体の合成を実現した。(2)銀イオン選択性をもつ光学活性オリゴピリジン・レセプターの開発:銀イオンのみを選択的に捕捉する三つのピリジン環を含む非環状配位子の開発に成功した。さらにピリジン・ユニットへの立体化学因子の導入によって、銀イオン捕捉能を810倍も向上できることを明らかにした。
生分解性プラスチックによる生体用複合材料の開発と骨構造体としての機能評価

生分解性樹脂の中でもポリ乳酸樹脂(PLA)やポリカプロラクトン樹脂(PCL)は生体用材料として期待されている.本研究ではPLA樹脂の高強度な繊維と射出成形用PLA樹脂により,生体用吸収性複合材料を開発した.繊維と樹脂の界面接着性を改善するために繊維をアルカリ溶液に適当な時間浸漬したところ繊維表面には凹凸が生じた.そしてガラス転移温度の上で繊維と樹脂をプレス成形して複合材料を作成した.その結果,界面で良好な接着性が得られたため,複合材の強度と剛性は複合則で求められる値と一致した.また滅菌処理ではEOガスによる場合に材料の強度低下が小さかった.また生分解により約2ヶ月で強度が大きく低下することがわかった.さらに骨組織再生用の多機能なスカフォールドを織物の複合材料により開発した.PLA繊維の織物にPCL樹脂をバインダーに用いることで高強度と高剛性が得られた.このスカフォールドの空孔率は90%であった.PCLの外膜は微小な空孔を有しており,空孔は生分解により合体して大きくなった.またスカフォールド上でのマウスの骨芽細胞様細胞の接着性と成長性はコラーゲン綿の場合と変わらなかった.このスカフォールドの強度は約6週間で大きく低下した.以上より実用に供することができる生体用複合材料が開発できた.生分解性樹脂の中でもポリ乳酸樹脂(PLA)やポリカプロラクトン樹脂(PCL)は生体用材料として期待されている.本研究ではPLA樹脂の高強度な繊維と射出成形用PLA樹脂により,生体用吸収性複合材料を開発した.繊維と樹脂の界面接着性を改善するために繊維をアルカリ溶液に適当な時間浸漬したところ繊維表面には凹凸が生じた.そしてガラス転移温度の上で繊維と樹脂をプレス成形して複合材料を作成した.その結果,界面で良好な接着性が得られたため,複合材の強度と剛性は複合則で求められる値と一致した.また滅菌処理ではEOガスによる場合に材料の強度低下が小さかった.また生分解により約2ヶ月で強度が大きく低下することがわかった.さらに骨組織再生用の多機能なスカフォールドを織物の複合材料により開発した.PLA繊維の織物にPCL樹脂をバインダーに用いることで高強度と高剛性が得られた.このスカフォールドの空孔率は90%であった.PCLの外膜は微小な空孔を有しており,空孔は生分解により合体して大きくなった.またスカフォールド上でのマウスの骨芽細胞様細胞の接着性と成長性はコラーゲン綿の場合と変わらなかった.このスカフォールドの強度は約6週間で大きく低下した.以上より実用に供することができる生体用複合材料が開発できた.高張力ポリ乳酸繊維の表面処理法を改善して,3molのNaOH水溶液を用いたところ,従来の方法に対して処理時間が1/30に短縮できた.また繊維表面のディンプルが300nm以下に微小化することで,繊維強度も増大したうえに,樹脂との接着性が改善され,作成した複合材の強度は複合則に達した.本材料を37°Cの生理食塩水に浸漬あるいは骨芽細胞様細胞MC3T3-E1を用いた培地といった,in-vitroの環境での生分解を行った.このときの樹脂の物理的な特性の変化を示差熱走査熱量計にて行った.その結果,生理食塩水中に浸漬したものは2週間では無処理材とほとんど変化がないが,2ヶ月後には少し分子量が低下して結晶化度が大きくなった.さらに融解熱量も増しており,アモルファスな部分から,加水分解が始まっているものと思われる.強度も5ヶ月後には1/3以下となった.これに対して骨芽細胞培地に2ヶ月置いた試料は,分子量が5%に低下し,融解熱量も大きな値を示した.また結晶化度も非常に大きくなっており,明らかに大部分が分解して,残りは結晶部分だけになったものと思われる.そして強度は2ヶ月でほぼゼロとなった.以上のことから,体温の生理食塩水中では加水分解によって生分解するが,ほぼ5ヶ月間が必要なこと,また,骨芽細胞がある環境下では生分解が2ヶ月以内に早まることがわかった.この分解時間は体の部位により異なるものの,骨折後の骨生成による治癒時間と大差がなく,本材料は生体材料として使用可能な分解速度を有しているものと思われる.また本材料に前処理滅菌法として紫外線や高温高圧蒸気などを試したところ,EOガスによる処理で強度の低下がみられかった.また残留EOは真空処理で除去できて,その後の細胞の定着にも問題なかった.本年度は高強度PLA繊維とPCL樹脂による複合材料からなる,組織再生用スカフォールドの開発とその生分解過程の検討を行った.スカフォールドにおいて最大の問題点は生きた細胞の均一で高密度な播種と成長に適した環境である.従来のコラーゲンゲルでは注射器による播種が可能だが,剛性に乏しく挿入した欠損部で,運動による荷重を支持できないため使用部位が限られていた.また多孔質のアパタイトは細胞を播種しにくく,材料は剛性が大きいが非生分解性であり,欠損部との界面接合部に応力が集中しやすいといった問題がある.本研究で開発したスカフォールドは剛性に優れており,人体の活動による荷重の支持が可能である.また速やかにスカフォールド内に体液を循環させて組織再生によりよい環境を整えることが出来るなど,多くの機能性を有している.従来では用いる材料と空孔率が決まれば,機械的特性はおのずと定まってしまう.

ところが本スカフォールドでは繊維の織り構造とPCL樹脂の構造によって剛性を500倍以上増大させることが出来る.そしてこの値は繊維径や織ピッチあるいは膜厚を変える事で変化させることが可能であり,人体での適用部位を広げることが可能となる.PLA樹脂のIn-vivoとin-vitroでの生分解速度に大差が無いことから,体温の生理食塩中での生分解を行ったところ以下のような知見が得られた.生分解はPCL樹脂から始まり,それによる剛性の低下が認められた.しかし以後の剛性低下は小さくなった.これは繊維-樹脂界面のPCL樹脂の分解速度が低くなったものと思われる.また示差走査熱量計による熱分析の結果から,PLA繊維とPCL樹脂との界面での融解熱量が増大しており,界面で結晶化度の増大などが生じて界面の接着性が改善されていることが考えられる.ポリ乳酸樹脂の高強度繊維で編物によるポーラスな構造体を作成し,これに延性に優れたポリカプロラクトン樹脂のソルベントをコーティングすることにより,繊維交差部が完全に接着されており,高い剛性と空孔率を合わせ持った複合材料を開発した.これをスカフォールドに用いることで,肉芽など他組織侵入のためのメンブレムを付加できる.スカフォールドへの幹細胞や成長促進剤の播種が容易である.また臨床時に切断や成形が出来る.等の多くの機能を備えることから,「生分解性樹脂複合材料による高機能なスカフォールド」として特許を申請した(特願2004-82682).現在のところin-vitroでマウスの骨芽細胞や人の幹細胞による接着と成長が観察されており,生分解性速度も適当であるなどの有用性が確認されている.この特許を基にして研究の一部は科学技術振興機構(JST)の重点地域研究開発推進事業「科学技術振興機構研究成果活用プラザ京都における平成16年度事業化のための育成研究課題」(研究代表者,京都大学大学院工学研究科教授北條正樹)として採択され平成16年より3ヵ年間,京都大学や先端医療センターと共に実用化に向けた共同研究が行われることとなった.この中ではin-vitroの実験だけでなく,動物実験や医師主導の治験が行われる予定である.
医療用医薬品の需要と供給の計量分析

日本における後発(ジェネリック)医薬品の需要と供給に関し以下の研究結果を得た。(1)先発医薬品と後発医薬品の選択には薬価差益の差が影響するものの、現行の薬価制度下ではその影響は限定的となる。(2)他の市場同様、先発医薬品の売上高が後発医薬品の参入数に影響を与える一方で、日本独自の価格規制や医療制度も参入数に影響を及ぼす。(3)後発医薬品調剤率を更に引き上げるためには、薬局における後発医薬品調剤のインセンティブ体系により一層の工夫が必要である。本研究では、後発医薬品の需要と供給に関し、ミクロデータを用いた実証研究を行う。後発医薬品は、新薬の特許失効後に参入する医薬品で、新薬と同等の薬効であるが低価格なため、世界的な医療費削減の流れを受けその利用促進が世界各国で注目を集めている。一方で、後発品の使用増は新薬開発の誘因を低下させるため、どのような要因が後発品の選択に影響するか(需要サイド)、また、後発品企業の参入及び価格競争がどのように起るか(供給サイド)の理解は重要である。しかしながら、これらについて十分研究・理解されているとは言い難い。本年度は、第一に、平成16-18年に初収載された後発品を対象に、後発品の参入数の決定要因を分析した。分析結果から、先発品の売上高が参入数に最大の影響を与え、価格規制のない米国と同様の結果となった。一方、日本独自の価格規制や医療実態も参入数に影響し、例えば、医薬分業機関及び大病院での処方シェアの高い薬について参入数が少なくなる傾向が観察された。供給サイドの要因としては、有効成分あたりの剤型・容量が多い場合各市場への参入数が増加し、開発過程の範囲の経済が示唆された。これらの結果はJapanese Economic Review誌に掲載予定である。第二に、先発品と後発品がどのような要因から選択されるのか、平成15年-平成17年の健保レセプトデータを用いた分析に着手した。1998年以降に後発品が参入した40品目を取り上げ、医療機関の属性(病床区分、医薬分業の有無、診療科など)、患者の属性(年齢、性別、保険種別)、医薬品の属性(薬価差、薬価差益差、急性疾患・慢性疾患の別など)が選択に及ぼす影響を分析した。今年度はこれらの基礎的分析を進め、学会及びセミナーで発表を行った。来年度以降、英文ジャーナルへの投稿を進めて行く予定である。本研究では、後発医薬品の需要と供給に関する実証研究を行う。本年度は、第一に、先発品と後発品がどのような要因から選択されるのか、平成15年-平成17年の健保レセプトデータを用い分析を行った。1998年以降に後発品が参入した40品目を取り上げ、医療機関の属性(病床区分、医薬分業の有無、診療科など)、患者の属性(年齢、性別、保険種別)、医薬品の属性(薬価差、薬価差益差、急性疾患・慢性疾患の別など)、状態依存性、が選択に及ぼす影響を分析した。分析結果から、先発品と後発品間の患者の自己負担額よりも、薬価差益の相違が選択に影響することが示された。興味深いことに、これらの結果は院内処方のクリニックのみに観察された。また、先発品と後発品の選択には強い状態依存性が存在すること、医師によって後発品の嗜好に大きな偏りがあることなどが分かった。第二に、薬局における後発品調剤の促進に向けて、2008年4月に新たなインセンティブが導入されたが、この施策が調剤薬局における後発品調剤率にどのような影響を及ぼしたか、aggregateなデータを用いて分析を行った。後発品調剤率が30%のハードルを越えるか否かで調剤報酬が異なる、というインセンティブにより、ハードルの前後では調剤率が変化したものの、ハードルを大きく上回る薬局では調剤率に大きな変化が見られなかった。後発品調剤率を更に引き上げるためには、インセンティブ体系に工夫が必要であることが示唆された。

一方で、後発品の使用増は新薬開発の誘因を低下させるため、どのような要因が後発品の選択に影響するか(需要サイド)、また、後発品企業の参入及び価格競争がどのように起るか(供給サイド)の理解は重要である。本年度は、第一に、先発品と後発品がどのような要因から選択されるのか、平成15年-平成17年の健保レセプトデータを用い分析を行った。1998年以降に後発品が参入した40品目を取り上げ、医療機関の属性(病床区分、医薬分業の有無、診療科など)、患者の属性(年齢、性別、保険種別)、医薬品の属性(薬価差、薬価差益差、急性疾患・慢性疾患の別など)、状態依存性、が選択に及ぼす影響を分析した。分析結果から、先発品と後発品間の患者の自己負担額よりも、薬価差益の相違が選択に影響することが示された。興味深いことに、これらの結果は院内処方のクリニックのみに観察された。また、先発品と後発品の選択には強い状態依存性が存在すること、医師によって後発品の嗜好に大きな偏りがあることなどが分かった。第二に、薬局における後発品調剤の促進に向けて、2008年4月に新たなインセンティブが導入されたが、この施策が調剤薬局における後発品調剤率にどのような影響を及ぼしたか、aggregateなデータを用いて分析を行った。後発品調剤率が30%のハードルを越えるか否かで調剤報酬が異なる、というインセンティブにより、ハードルの前後では調剤率が変化したものの、ハードルを大きく上回る薬局では調剤率に大きな変化が見られなかった。後発品調剤率を更に引き上げるためには、インセンティブ体系に工夫が必要であることが示唆された。
遺伝性腎疾患モデルマウスを用いたエリスロポイエチン産生制御機構の解明

遺伝性腎疾患(ICR-derived glomerulonephritis mouse : ICGN mouse)マウスは、数少ない自然発症性の腎疾患モデルで、遺伝的素因の解明や腎疾患発症機構の究明において有用である。本研究では、ICGNマウスが優れた腎性貧血病態モデルであることとその発症機構を生化学的手法および組織細胞化学的手法を駆使して明らかにした。腎病態の進行に伴ってICGNマウスでは、正球性正色素性貧血(腎性貧血)を呈することが確認された。発症末期においては、鉄欠乏もICGNマウスの貧血進行の誘因であった。またICGNマウスでは、赤血球産生を促進するサイトカインであるエリスロポイエチン(erythropoietin ; EPO)が、貧血の程度に見合った血清中濃度を示さず、ヒト組換型EPOの皮下投与により貧血が有意に改善された。腎病態の重篤化に伴って尿中にEPOが漏出し、EPO-mRNAの発現が主たる産生場所である腎臓ばかりでなく、代償的に肝臓でも起こることからICGNマウスにおける腎性貧血は腎臓での不十分なEPO産生に起因すると考えられた。EPOの主要な産生部位は腎であるが、腎における産生細胞は未だ確定されておらず、その産生制御機構は未知の部分が多い。本研究では、高感度in situ hybridization (ISH)法にて、放射性プローブでは同定が煩雑かつ困難であったEPO産生細胞を再現性よく高感度に検出することに成功した。EPO産生細胞は腎皮質中間部尿細管の間質に分布しており、健常対象のICRマウスと腎疾患を発症するICGNマウス間では産生部位に違いは認められなかった。低酸素(7%O_2)によるEPO産生を誘導したところ、ICRマウス・ICGNマウスともに、EPO-mRNA量およびEPO産生細胞数は増加したが、ICGNマウスではタンパク質レベルのEPO増加が抑制されていた。したがって、ICGNマウスの腎性貧血は、腎臓でのEPO産生細胞のタンパク質翻訳調節機構の異常によるものと推測された。ICR系マウスの突然変異体であるICR-derived glomerulonephritis(ICGN)系マウスは、遺伝性腎炎症候群の病態モデルとして、国立感染症研究所にて確立された。貧血は慢性腎疾患において病態早期から現れる合併症(腎性貧血)であるが、発症機構は優れた自然発症性モデル動物が少ないため未だ解明されていない。本研究では、ICGNマウスが腎性貧血の適切なモデルであることと、腎機能障害進行と腎性貧血発症の関連性および誘因について明らかにした。まず、雄性ICGN系マウスを血清中クレアチニン値にて未発症期、発症初期と末期の3群に分類し、また健常対象として11週齢の雄性ICRマウスを用いた。BrdU投与(100mg/kg,ip)2時間後、エーテル麻酔下にて採血を行い、迅速に臓器(腎・肝・脾・骨髄)を摘出し、血清生化学検査と病理組織化学的解析を行った。その結果、ICGNマウスでは発症初期において、Ht値・ヘモグロビン量・赤血球数が有意に減少し、正球性正色素性貧血(腎性貧血)を発症していることが確認された。発症末期では、血清中鉄濃度の低下、脾臓での溶血、そして尿への鉄結合タンパク質の漏出を伴うを伴う小球性貧血を示し、鉄欠乏もICGNマウス貧血の誘因であると推察される。また、赤血球産生を促進するサイトカインであるエリスロポイエチンを調べたところ、ICGNマウスでは貧血の程度に見合った血清中エリスロポイエチン(EPO)濃度を示さなかった。貧血を改善するのにエリスロポイエチン産生が不十分であることも、腎性貧血の有力な誘因の一つであると考えられる。ICR系マウスの突然変異体であるICR-derived glomerulonephritis (ICGN)系マウスは、遺伝性腎炎症候群の病態モデルとして、国立感染症研究所にて確立され、遺伝性腎疾患の病因研究に有用である。慢性腎疾患においては、貧血が病態早期から現れる重篤な合併症(腎性貧血)であるが、発症機序の詳細は適した自然発症性モデル動物が少ないため未解明である。まず、雄性ICGN系マウス(2030週齢)を血清中クレアチニン値にて未発症期、発症初期と末期の3群に分類し、また健常対象として同週齢の雄性ICRマウスを用いた。また、尿に漏出するタンパクをELISA法とWestern blot法にて検出した。発症末期では、血清中鉄濃度の低下、脾臓での溶血、そして尿への鉄結合タンパク質の漏出を伴う小球性貧血を示し、鉄欠乏もICGNマウス貧血の誘因であると推察される。

赤血球産生を促進するサイトカインであるエリスロポイエチン(EPO)の不足がICGNマウスの腎性貧血の原因か否か検討するために、ヒト組換型EPOを5日間反復皮下投与した。その結果、貧血は有意に改善され、末梢血中内因性EPO濃度は低下した。骨髄と腎においてヒト組換型EPO投与による組織学的変化は認められず、ICGNマウスにおける腎性貧血はEPO受容体やその下流のシグナル伝達系に欠陥はなく、EPOの不十分な産生に起因すると考えられる。血清中EPO濃度を調べたところ、ICGNマウスでは貧血の程度に見合ったEPO濃度を示さず、また腎疾患進行に伴って尿中にEPO漏出を認めた。以上の結果より、ICGNマウスの腎性貧血においてはEPO産生が不十分であり、タンパク尿の重篤化も、貧血の進行に関与すると考えられる。遺伝性腎疾患(ICR-derived glomerulonephritis mouse : ICGN mouse)マウスは、数少ない自然発症性の腎疾患モデルで、遺伝的素因の解明や腎疾患発症機構の究明において有用である。本研究では、ICGNマウスが優れた腎性貧血病態モデルであることとその発症機構を生化学的手法および組織細胞化学的手法を駆使して明らかにした。腎病態の進行に伴ってICGNマウスでは、正球性正色素性貧血(腎性貧血)を呈することが確認された。発症末期においては、鉄欠乏もICGNマウスの貧血進行の誘因であった。またICGNマウスでは、赤血球産生を促進するサイトカインであるエリスロポイエチン(erythropoietin ; EPO)が、貧血の程度に見合った血清中濃度を示さず、ヒト組換型EPOの皮下投与により貧血が有意に改善された。腎病態の重篤化に伴って尿中にEPOが漏出し、EPO-mRNAの発現が主たる産生場所である腎臓ばかりでなく、代償的に肝臓でも起こることからICGNマウスにおける腎性貧血は腎臓での不十分なEPO産生に起因すると考えられた。EPOの主要な産生部位は腎であるが、腎における産生細胞は未だ確定されておらず、その産生制御機構は未知の部分が多い。本研究では、高感度in situ hybridization (ISH)法にて、放射性プローブでは同定が煩雑かつ困難であったEPO産生細胞を再現性よく高感度に検出することに成功した。EPO産生細胞は腎皮質中間部尿細管の間質に分布しており、健常対象のICRマウスと腎疾患を発症するICGNマウス間では産生部位に違いは認められなかった。低酸素(7%O_2)によるEPO産生を誘導したところ、ICRマウス・ICGNマウスともに、EPO-mRNA量およびEPO産生細胞数は増加したが、ICGNマウスではタンパク質レベルのEPO増加が抑制されていた。したがって、ICGNマウスの腎性貧血は、腎臓でのEPO産生細胞のタンパク質翻訳調節機構の異常によるものと推測された。
ナノ複合体ベクターによる受容体ターゲッティングを利用した膀胱特異的遺伝子治療法

本研究目的は、膀胱に効率良く薬剤を局所投与する方法の開発である。まず、薬剤の効果をマウスで判定できる新たな排尿評価方法を確立した。受容体に結合するベクター(遺伝子の担体)の開発に取り組んだが、導入効率の上昇は認めなかった。そこで、ゼラチンを直接添付して薬剤を徐放する方法を採用した。下部尿路閉塞時に産生される増殖因子bFGF(塩基性線維芽細胞増殖因子)が、平滑筋の刺激性の増強を介して、過活動膀胱を誘導することを示した。本研究は、膀胱に対する効率のよい薬剤局所投与法を開発することを目的としている。今年度は、膀胱機能を調節する薬剤を投与した場合の効果を判定するために、マウスを用いた実験系の利用を可能とすべく新たな排尿評価系の確立を行った。さらに、実際の投与法として、当初目的としていたナノ複合体ベクターによる遺伝子導入と、ゼラチンによる増殖因子タンパクの徐放を試みた。1.新たな排尿評価系の確立本研究ではマウスモデルで膀胱局所投与を試みる予定であるが、マウスの排尿評価系は確立されておらず、治療効果の判定が難しいという難点があった。そこで、我々は新たに、マウスの排出尿を濾紙で受け、浸透部の面積を測定することで、排尿頻度および一回量を評価するVSOP(voiding stain on paper)法を考案した。結果として、濾紙浸透部の面積は排尿量を正確に反映しており、マウスの排尿機能の評価に有用であった。上記内容は国際学会および論文として発表した。2.膀胱に対する新規局所投与法<ナノベクター複合体>ムスカリン受容体に反応する薬剤オキシブチニンと我々が開発した非ウイルス性遺伝子ベクターのプルランスペルミンを結合させ、ナノベクター複合体を作製した。この複合体を用いて、様々な条件で、膀胱平滑筋細胞にin vitroで遺伝子導入を試みたが、導入効率の上昇は認めなかった。非ウイルスベクターが薬剤のムスカリン反応部位を覆うように結合するため、複合体から受容体ターゲッティング能が失われると考えられた。<ゼラチンによる増殖因子徐放>そこで、方針を転換し、ゼラチンにより徐放化した増殖因子を直接膀胱に投与する方法を試みた。膀胱の収縮力を増強する因子であるbFGFを投与し、膀胱機能強化を試みたところ、bFGFがギャップジャンクションの発現を誘導することが明らかになった。これはbFGFが過活動膀胱の責任因子であるという予期していなかった可能性を示唆している。この成果に基づき、現在論文投稿中である。昨年度は、膀胱に薬剤を局所投与した際の、マウスを用いた排尿評価系を国際学会、論文として発表し、今年度はより自然状態に近いマウスの排尿評価系を確立した。実際の投与法として、当初目的としていたナノ複合体ベクターによる遺伝子導入と、ゼラチンによる増殖因子タンパクの徐放を進めた。昨年度に考案したマウスの排出尿を濾紙で受け、浸透部の面積を測定することで、排尿頻度および一回量を評価するVSOP (voiding stain on paper)法を改良し、24時間自動化システムによって、自由行動のマウスの排尿状態を測定することが可能となった。2.膀胱に対する新規局所投与法<ナノベクター複合体>ムスカリン受容体に反応する薬剤オキシブチニンと我々が開発した非ウイルス性遺伝子ベクターのプルランスペルミンを結合させ、今年度は、薬剤のムスカリン反応部位を変化させないナノベクター複合体を作製した。この複合体を用いて、様々な条件で、膀胱平滑筋細胞、ヒト膀胱尿路上皮細胞にin vitroで遺伝子導入を試みたが、導入効率の上昇は認めなかった。ムスカリン受容体に結合しても、エンドサイトーシスされないことが考えられた。<ゼラチンによる増殖因子徐放>昨年度より、ゼラチンにより徐放化した増殖因子を直接膀胱に投与する方法を進めている。膀胱の収縮力を増強する因子であるbFGFを投与すると、平滑筋のギャップジャンクションの発現を誘導し、過活動膀胱の筋原性の責任因子となることを示した。この成果に基づき、国際学会で発表、論文投稿中である。
セラミックスの超塑性加工

本研究で得られた成果は次の通りである。(1)TZPの超塑性変形温度を低下させるには、少量の粒界ガラス相の添加が有効である。本研究ではリシウム・アルミノシリケ-ト系ガラスを用いることにより、TZPよりも約200°C低い温度で超塑性変形する材料を作ることに成功した。(2)Al_2O_3については、高温変形中に生じる結晶粒成長およびキャビテ-ションが超塑性変形実現のうえでの障害となっていることを明らかにした。Al_2O_3の高温変形中の結晶粒成長の促進はTZPのそれよりもはるかに大きなものであった。Al_2O_3に少量のMgOを添加すると、結晶粒成長およびキャビテ-ションが抑制され、高温で比較的良好な延性が得られた。(3)Al_2O_3ーZ_rO_2の結晶粒径分布はZ_rO_2量によって異なることが示された。Al_2O_3に富む材料では、Al_2O_3結晶粒とZ_rO_2結晶粒の寸法が異なっており、Z_rO_3粒子は粗大なAl_2O_3の粒界に分散していた。一方、Z_rO_2(2.5Y)に富む材料では両者の結晶粒寸法に相違はみられず、整粒組織となった。このような組織の相違は、主相の結晶粒成長速度と関係することが明らかとなった。(4)Al_2O_3ーZ_rO_2の高温変形応力は、Z_rO_2量2ut%で著しく高いピ-ク値をとることが示された。この結果は、高温変形時における結晶粒界すべりの容易さが、結晶粒界の種類によって異なると考えることによって説明しうるものであった。今年度は先ず、ZrO_2-Y_2O_3系のTZPについて緻密で結晶粒の微細な焼結体を得るための粉末組成の選択、焼結条件の選定に関する研究を行った。TZPの緻密化速度および結晶粒成長速度は、Y_2O_3濃度によって顕著に変化することが分かった。結晶粒は、23mol%Y_2O_3付近で最も微細であり、緻密化も容易であった。結晶粒微細化には、焼結温度においてc-ZrO_2とt-ZrO_2の2相混合組織とすることが有効である。Y_2O_3濃度2.5mol%のTZPについては、十分で緻密で、結晶粒の平均寸法がおよそ0.2μmの焼結体を常圧焼結で得ることができた。このようにして得られたTZPを高温で圧縮変形させた。1250°C以上で100%以上の巨大な組成変形を得ることができた。TZPの高温変形挙動の解析により、1250°C以上では超塑性変形が起こっているものと考えられた。また、変形は、大部分が粒界すべりによって生じていることが確かめられた。TZPの超塑性変形をより低い温度で達成することを目的として、TZPに約5wt%のガラス相を添加した試料について高温変形挙動を調べた。用いたガラス相の種類は、アルミノシリケ-ト系、β-スポジユメン系およびリチウム・アルミノシリケ-ト系の3種である。これらのガラス相はいずれも粒界に薄い層として存在していた。3種類のガラスの中では、リチウム・アルミノシリケ-ト系ガラスが、変形温度を低下させるのに最も有効であり、およそ1050°Cでも超塑性変形を示した。高温で圧縮変形させたTZPは、変形前よりも著しい室温強度の向上が見られた。この結果は、今後TZPの超塑性加工法を検討していく上で重要な知見である。

今年度は、Y_2O_3を添加した正方晶ジルコニア多結晶(TZP)とAl_2O_3ーZrO_2について高温変形特性を調べた。得られた結果は次のように要約される。(1)TZPの超塑性変形温度を低下させるには、少量の粒界ガラス相の添加が有効である。リシウム・アルミノシリケ-ト系ガラスを用いることにより、変形可能な温度を約200°C低下させることができた。ガラス添加による高温変形能の改善については、現在特許申請中である。(2)TZPは、変形中に結晶粒成長が促進されることが分った。これは変形誘起結晶粒成長によるものである。結晶粒成長速度とひずみ速度の関係は、多くの超塑性合金にみられるものと類似の挙動を示したが、粒成長速度は、合金よりも約2桁小さかった。これは、TZPの高温変形中に生じる単位粒界すべりあたりの粒界移動量が、合金に比べてずっと小さいためであると考えられた。(3)Al_2O_3ーZrO_2系の高温変形応力は、組成によって変化することが見出された。1400°Cにおける変形応力は、ZrO_2濃度5ut%のところで極大値をとる。これは、Al_2O_3に少量のZrO_2を添加した系の結晶粒径分布が不均一であることに関連しているものと考えられた。今年度得られた成果は以下のように要約される。(1)Al_2O_3および正方晶ジルコニア多結晶(TZP)について、高温変形中の微細結晶粒組織の安定性を調べた。その結果、いずれの材料についても変形中に結晶粒成長が促進されることが分った。しかし、その絶対量はAl_2O_3とTZPでは全く異なっており、Al_2O_3は多くの超塑性金属のそれよりも大きな変形誘起結晶粒成長がみられること、一方TZPのそれは超塑性金属よりも一桁以上小さいことが明らかとなった。(2)Al_2O_3-ZrO_2について、高温での焼結によって得られる結晶粒径分布を解析した。Al_2O_3に富む側ではAl_2O_3粒とZrO_2粒の寸法は異なっており、不均一な結晶粒径分布が得られた。Al_2O_3粒とZrO_2粒の寸法の比は加熱時間によってあまり変化せず、ZrO_2の体積比によって変わることが明らかとなった。この結果は、Al_2O_3の結晶粒成長がZrO_2粒子によってピン止めされていることを示唆するものであった。一方、ZrO_2(2.5Y)に富む側ではZrO_2粒とAl_2O_3粒の寸法の違いは見られなかった。これは、ZrO_2(2.5Y)の結晶粒成長が遅く、Al_2O_3によるピン止め作用が働らいていないためであることが分った。(3)Al_2O_3-ZrO_2の高温変形応力は、ZrO_2量2wt%で著しく高いピ-ク値をとることが示された。この結果は、高温変形時における粒界すべりの容易さが結晶粒界の種数によって異なると考えることによって説明しうるものであった。
分子運動性による吸着タンパク質の変性抑制・配向制御に基づいた細胞生育環境の構築

ポリロタキサン(PRX)を基盤とした分子運動性表面による細胞育成環境に適したバイオマテリアル表面の構築を目指して、PRX表面を作製し分子運動特性が与える吸着タンパク質および幹細胞分化への影響について評価した。分子運動性によって培養細胞の細胞形態制御因子の活性化を制御することが可能となり、分子運動性の低い表面上で間葉系幹細胞は骨芽細胞に分化し、分子運動性の高い表面上で脂肪細胞に分化した。さらに分子運動性の高い表面上において人工多能性幹(iPS)細胞は心筋細胞に分化した。これらの結果より、分子運動性表面は細胞骨格系シグナルによる細胞機能調節を可能とする新たな細胞生育環境としての有用性が示された。分子運動性を広い範囲で制御できるポリマー表面の構築のため、表面固定化が可能なポリロタキサン・ブロック共重合体の合成条件の検討を行った。ポリロタキサンは環状糖分子であるシクロデキストリン(CD)が線状高分子であるポリエチレングリコール(PEG)に貫通されている分子ネックレス構造を有する超分子の一種であり、CDの貫通数を調節することで分子運動性を制御することができる。このようなポリロタキサンを材料表面に安定に固定化するためには表面アンカーリンググループを両末端に導入する必要があり、そのため可逆的付加開裂連鎖移動(RAFT)剤の導入が可能な新規キャッピング材の合成ルートを確立した。さらに分子運動性の制御のため、シクロデキストリンの貫通率が異なる種々のポリロタキサンを、予め合成したRAFT剤入りのキャッピング剤を用いて合成することに成功した。その後、各々のRAFT剤キャッピングのポリロタキサンを利用し、材料表面に安定に固定化可能なアンカーリンググループの導入条件の検討も行った。今年度の研究では汎用性金属材料表面と電気的相互作用で固定化できるポリロタキサンの合成に集中してきた。具体的にはポリロタキサンと2ーアミノエチルメタクリレートを共重合させ、陽電荷をもつポリロタキサンブロック共重合体の合成に成功した。さらに重合条件の検討を行い、陽電荷の導入率が異なる様々な組成のポリロタキサンの合成にも成功している。組織再生に適した細胞の生育環境としてのバイオマテリアル表面を創製する指針を確立することを目的として、本課題では種々のタンパク質吸着存在下でのバイオマテリアル表面の分子運動性(Mf)の影響について解析した。具体的には、Mfを広範囲に制御したポリロタキサン(PRX)・ブロック共重合体表面を作製し、その表面での血清蛋白質吸着やインテグリンを介した細胞接着の結合モチーフを有するフィブロネクチンの吸着状態を酵素固定免疫吸着アッセイ(ELISA)および水晶振動子微量重量-エネルギー散逸量(QM-D)測定から解析した。Mfの異なるPRX・ブロック共重合体表面でのフィブロネクチン吸着量およびインテグリン結合モチーフの表面露出量とMfとの間に明確な相関は見られないものの、QCM-D測定により得られたフィブロネクチン吸着のエネルギー散逸量には変化が見られ、フィブロネクチンの吸着状態がMfによって影響されていた可能性が示唆された。また、PRX表面でのラット大腿骨および脛骨から採取した間葉系幹細胞(MSC)の分化挙動を解析した。フィブロネクチン吸着OMe化PRXブロック共重合体表面で培養したMSCの細胞内Rho結合キナーゼ(ROCK)活性はMf増大に伴って低下傾向が認められ、PRX表面のMf増大が細胞内の骨格タンパク質調節機構であるRhoA-ROCKシグナル伝達系抑制に関与し、結果として細胞膜に結合したアクチン線維の成熟形成を抑制したものと考察した。また接着MSCに対して骨分化あるいは脂肪分化を誘導すると、分化前段階でのMSCのROCK活性抑制に依存して骨分化(RUNX2発現)への誘導が抑制され、逆に脂肪分化(PPARγ発現)への誘導が促進されることがわかった。これより、PRX表面のMfが幹細胞の分化誘導の方向性を規定するパラメーターとなりうるものと結論した。前年度までに環状分子であるα-シクロデキストリン(α-CD)の空洞部に線状高分子鎖であるポリエチレングリコールが貫通した自己包接錯体であるポリロタキサン(PRX)を基盤とした表面を作製し、PRXのホスト分子であるα-CDの包接率およびメチル化率によってPRX表面の水和分子運動性が制御できることを報告した。今年度は、PRX表面と数種類のランダム共重合体被覆表面上におけるフィブリノーゲンの吸着コンフォメ-ションについて和周波発生(SFG)分光法により評価した。メチル化α-CDを有したPRX(OMe-PRX-PMB)表面は、その他のPRX表面やランダム共重合体表面と比較して、水中環境下でメチル化α-CDのメトキシ基とアンカー部位のn-ブチルメタクリレートのメチル基間の疎水性相互作用によってOMe-PRX-PMBの表面構造を再構築することが明らかになった。このOMe-PRX-PMB被覆表面上におけるフィブリノーゲンのオリエンテーションは、他の表面上のフィブリノーゲンとは全く異なることが明らかになり、動的なPRX表面によって吸着したフィブリノーゲンのコンフォメーションを制御し得ることが示された。さらに、PRX表面の水和分子運動性がマウス由来人工多能性幹細胞(iPS細胞)の心筋分化に与える影響についても評価を行った。水和分子運動性の低いPRX表面上で培養したiPS細胞はRac1およびN-カドヘリン遺伝子の発現が減少したが、水和分子運動性の高いPRX表面においてそれらは有意に上昇し、培養日数の経過に伴なって拍動するコロニー数が増加した。すなわちPRX表面の水和分子運動性を調節することによって幹細胞の細胞骨格系シグナルを制御し得ることが示された。

これらの結果より、PRX表面はタンパク質の吸着および細胞骨格・分化を調節する新たなバイオマテリアルとして期待できる。ポリロタキサン(PRX)を基盤とした分子運動性表面による細胞育成環境に適したバイオマテリアル表面の構築を目指して、PRX表面を作製し分子運動特性が与える吸着タンパク質および幹細胞分化への影響について評価した。分子運動性によって培養細胞の細胞形態制御因子の活性化を制御することが可能となり、分子運動性の低い表面上で間葉系幹細胞は骨芽細胞に分化し、分子運動性の高い表面上で脂肪細胞に分化した。さらに分子運動性の高い表面上において人工多能性幹(iPS)細胞は心筋細胞に分化した。これらの結果より、分子運動性表面は細胞骨格系シグナルによる細胞機能調節を可能とする新たな細胞生育環境としての有用性が示された。平成26年度は当初の研究計画を前倒しして細胞の分化誘導における可動性表面の影響について評価をすすめ、ポリロタキサンの分子運動性がタンパク質の吸着状態だけではなく、細胞の分化誘導にも影響することを実証した。可動性表面上におけるタンパク質の吸着状態については数種類のタンパク質に関してしか評価することができなかったものの、おおむね順調に研究は進展していると評価できる。27年度が最終年度であるため、記入しない。バイオマテリアル工学平成25年度に検討したポリロタキサンブロック共重合体の合成、平成26年度に検討したポリロタキサン表面上におけるタンパク質吸着状態と間葉系幹細胞の分化の相関を踏まえ、平成27年度は様々な組成のポリロタキサン表面上におけるタンパク質の吸着状態を調べ、ポリロタキサンの分子構造とタンパク質の吸着状態に関する知見を得る。また、タンパク質についても種々検討を行い、タンパク質の物性と表面間の相関についても検討を行う。以上の包括的かつ網羅的な解析により、組織再生に適した細胞の生育環境としてのバイオマテリアル表面に必要な機能に関する情報を整理し、分子設計にフィードバックする。当初初年度の研究計画として表面アンカーリンググループを有したポリロタキサンブロック共重合体の合成ルート確立を設定しており、現段階でその合成ルートが確保されたことからおおむね順調に進展していると判断した。ポリロタキサン表面上でのタンパク質の吸着挙動を調べるためにはまずポリロタキサン表面にタンパク質の吸着特性を付与する必要がある。本研究では疎水性相互作用を利用しタンパク質の非特異的吸着を誘発させ、分子運動性の異なるポリロタキサン表面でのタンパク質の吸着特性について調べる予定である。まずは合成したポリロタキサンに疎水性官能基であるブチル基及びメチル基を導入し、それぞれの官能基の導入率を調節することでポリロタキサンの分子運動性に加え材料表面の疎水性の制御を行う予定である。具体的にはヨード化メタンと水を利用した表面自由エネルギーの算出とQCM-D測定による表面分子運動性を評価する予定である。
記憶Ｂ細胞の維持・活性化機構の解析

細胞系譜特異的にカルシウムバイオセンサーYC3.60を発現するマウスを樹立した。B細胞特異的にカルシウムバイオセンサーを発現するマウスを作製し、B細胞の動態のみらずカルシウムシグナルも可視化できるマウス個体レベルの生体イメージングシステムを構築した。免疫したマウスや自己免疫疾患モデルマウスでは、カルシウムシグナルが亢進したB細胞の増加が見られ、生理条件下の免疫反応が可視化できることを示した。昨年度、Cre/LoxPのDNA組換えシステムを利用して蛍光タンパク質カルシウムバイオセンサーYC3.60をB細胞に特異的に発現させたマウスについて生体イメージングによりカルシウムシグナリングを検出できることを示したが、記憶B細胞の多くはIgGクラスの抗原受容体を持っていることから、IgG1にクラススイッチするとYC3.60を発現するマウスを作製した。その結果、共焦点レーザー顕微鏡観察によりパイエル板などの抹消リンパ組織では胚中心にYC3.60を発現している細胞が多く存在していることが確認された。また骨髄にもYC3.60陽性の形質細胞を検出した。このマウスについても、脾臓での生体イメージングで、カルシウムシグなリングの検出に成功し、記憶B細胞での細胞内シグナリングを生きたマウス個体で見られることを示した。B細胞についてはさらに解析を進め、生体イメージングによりマウスパイエル板などで細胞の動態と活性化を同時に見ることができるシステムを利用し、カルシウムシグナリングが起こる状況について調べた。B細胞がカルシウムシグナリングを起こす場所を検討したところ、脾臓、パイエル板においてT細胞領域とB細胞領域の境界付近でカルシウムシグナリングを起こしている細胞が多く存在していることが明らかになった。また、自己免疫疾患と免疫記憶の関連を明らかにすべく、自己免疫疾患モデルマウスであるMRL/lprマウスあるいはlpr/lprマウスとの交配を行い、B細胞特異的にYC3.60を発現する自己免疫疾患モデルマウスを作製した。Cre/LoxPシステムを利用して条件的に蛍光タンパク質であるカルシウムセンサーYC3.60を発現するマウスを作製し、CD19遺伝子制御下でDNA組換え酵素Creを発現する遺伝子改変マウスと交配させ、B細胞特異的にYC3.60を発現するマウス(CD19-Cre/YC3.60マウス)について解析を行った。B細胞の分化段階によってYC3.60の発現レベルが異なり、分化段階に応じてある程度の細胞集団を同定できることが明らかとなった。また、生体イメージングによる脾臓や小腸でのカルシウムシグナリングを共焦点レーザー顕微鏡を用いて解析し、生きたままのマウスの脾臓や小腸でのB細胞のカルシウムシグナリングの検出に成功した。IgG1陽性B細胞、T細胞あるいは樹状細胞特異的cameleon発現マウスの作製......それぞれIgG1陽性B細胞特異的Cre発現マウス、樹状細胞特異的(CD11c)Cre発現マウス、T細胞特異的(CD4)Cre発現マウスとfloxed cameleonマウスと交配させ、それぞれの細胞特異的cameleon発現マウスを作製した。IgE陽性B細胞標識マウスの作製......これまでに2次リンパ組織の胚中心でIgGへのクラススイッチが起こることが知られているが、一部は胚中心非依存的であることや、IgE陽性B細胞数が非常に少ないことから、IgEについてはよくわかっていない。そこでIgE産生細胞特異的に動態、および細胞内シグナリングを生理的条件下で解析するためにIgE産生細胞特異的にCreを発現するマウスとYC3.60マウスを交配し、IgE産生細胞特異的にYC3.60を発現するマウスを作出した。細胞系譜特異的カルシウムバイオセンサーYC3.60を発現できるトランスジェニックマウスを用いてB細胞特異的あるいはIgG1陽性B細胞特異的に発現するマウスについて、生体イメージングによる解析を行い、生きているマウス固体を用いた生理的条件下での細胞の動態のみならず、カルシウムシグナルを検出することに成功している。タンパク質抗原を免疫したマウスの脾臓でB細胞濾胞が発達し、2次濾胞を形成する様子を脾臓全体で可視化できることを示した。また免疫後のIgG1陽性B細胞特異的に発現するマウスの脾臓B細胞において、強くかつ繰り返しのカルシウムシグナルが見られた。B細胞の活性化にかかわるT細胞においても同時に可視化できるように別の蛍光タンパク質(tdTomato)遺伝子を用いて細胞系譜特異的にtdTomatoを発現するトランスジェニックマウスを作製し、細胞系譜特異的YC3.60発現マウスと組み合わせ、T細胞とB細胞を区別しつつ、どちらの細胞でもカルシウムシグナルを観察できるシステムを構築した。またB細胞、T細胞の細胞移入実験により活性化されたリンパ球の動態、およびカルシウムシグナルを観察し、免疫2日後には抗原投与によりブラスト化した細胞が骨髄にホーミングしていることが判明した。またIgGのみならず、IgE陽性B細胞についても維持・活性化の機序を解析するために、IgEを過剰に産生するノックインマウスを導入し、B細胞特異的カルシウムバイオセンサーYC3.60発現マウスを作製した。これまでにCre/LoxPシステムを利用して細胞系譜特異的にカルシウムバイオセンサーYellow Cameleon (YC)3.60を発現するマウスを樹立し、マウス個体を用いた生体イメージングを行ってきた。CD19-Creマウスと交配してB細胞特異的にYC3.60を発現するマウスを作製した。B細胞特異的YC3.60

発現マウスを用いて、YC3.60の発現をB細胞の分化段階で調べた。プレB細胞の段階で発現がみられ、成熟B細胞では約90%の細胞で発現がみられた。B細胞の活性化に伴い胚中心B細胞に分化するとYC3.60の輝度の増強がみられた。また形質細胞に分化すると成熟B細胞の輝度と比べ、約10倍のYC3.60の発現がみられた。オボアルブミンをアジュバントとともに免疫したマウスでは、1ー2週間後でもカルシウムシグナルが亢進したB細胞の顕著な増加が見られた。また恒常的に細胞内カルシウム濃度が上昇しているB細胞も見られた。また、マウスB細胞特異的YC3.60発現マウスをSLEの自己免疫疾患モデルマウスとされるMRL/lprマウスに4代戻し交配させたマウスにおいて脾臓を生体イメージングで解析したところ、恒常的に細胞内のカルシウム濃度が上昇している細胞が高頻度で見られ、生理的条件下でB細胞の細胞内シグナルに異常が認められることが明らかになった。この結果、生体イメージングによるカルシウムシグナルのモニターにより自己免疫病態がモニターできることが強く示唆された。細胞系譜特異的にカルシウムバイオセンサーYC3.60を発現するマウスを樹立した。B細胞特異的にカルシウムバイオセンサーを発現するマウスを作製し、B細胞の動態のみらずカルシウムシグナルも可視化できるマウス個体レベルの生体イメージングシステムを構築した。免疫したマウスや自己免疫疾患モデルマウスでは、カルシウムシグナルが亢進したB細胞の増加が見られ、生理条件下の免疫反応が可視化できることを示した。目的のマウスが交配により得られるのに時間がかかったため。免疫これまでに構築してきた実験系を用いた細胞移入実験により一連のB細胞の活性化のプロセルを可視化すると同時に、活性化後の細胞の動態を追跡し、マウス個体を使った生理的条件下でのB細胞の活性化・維持の全容を明らかにする。マウスの交配が予定通り進まなかったため。またIgE標識マウスが得られなかった。なお、理由は不明である。マウスの交配が予定通りに進まず、実験に用いるマウスの作製が遅れたため。なお交配が進まなかった理由については不明です。交配により目的のマウスが得られなかった。なお理由は不明である。カルシウムシグナリング可視化マウスを用いて、生体マウスでの免疫記憶における記憶B細胞の動態・活性化を明らかにする。in vitroの記憶B細胞の構築系においてもカルシウムシグナリングを指標として、分化、維持と細胞内シグナリングの関連を解明する。IgE標識マウスの作製をやり直す。B細胞可視化自己免疫疾患モデルマウスを用いて、病態の進行とB細胞活性化の関連をマウス個体レベルで明らかにする。記憶B細胞の維持について、記憶B細胞の局在についても不明な点が多いので、B細胞特異的YC3.60発現マウスを用いて、、リンパ節や脾臓などのリンパ組織以外にもB細胞の局在の詳細に解析し、まずB細胞局在の全体像を明らかにする。
CAEシミュレーションを基盤とするインシリコ製剤設計技術の確立

服薬の利便性から現在最も汎用される剤形は錠剤である。錠剤は臼杵を用いて粉体を圧縮することにより製造されるため、錠剤内には抜圧後も様々なベクトルを持った応力が残留する。残留応力の強度と分布は、錠剤の硬度や崩壊性等、重要品質特性に大きな影響を及ぼす可能性がある。本研究ではモデル処方として、ラクトース、コーンスターチ及び結晶セルロースの配合比を変化させた合計6種類の粉体を調製し、これらの粉体の圧縮プロセスをDrucker-Prager Cap (DPC)モデルにより定義した。DPCモデルでは、弾塑性や摩擦に関わる13種類のパラメータによって粉体をモデル化することが可能である。残留応力の推定にはCAEシミュレーションの一手法である有限要素法(FEM)を適用し、粉体の充填、加圧及び除圧過程を解析した。その結果、いずれの錠剤においても垂直応力とせん断応力が錠剤内に残留し、その強度と分布はラクトース、コーンスターチ及び結晶セルロースの配合比によって変化することが認められた。また、これらの賦形剤を等量配合した処方において残留応力の分布が最も不均一となった。X軸垂直応力は主に臼壁から中心に向かって発生し、Y軸垂直応力は特に錠剤上部中央付近で上杵方向に向かって発生した。また錠剤の上杵エッジ付近から中央下部にかけて正負逆方向のせん断応力が残留し、この傾向が強い処方では、キャッピング等の打錠障害を起こす可能性が示唆された。残留応力分布による錠剤の硬度と崩壊時間の予測を試みた結果、重回帰分析により両特性とも極めて高精度に予測することができた。これよりFEMシミュレーションは、優れた品質を有する錠剤を設計する上で重要な基盤情報を与えるものと考えられる。従来までの研究により錠剤上下面がフラットな平錠に残留する応力分布のCAEシミュレーションを行い、錠剤の引張強度、崩壊性および溶出性等の重要品質特性の予測を試みた。その結果、残留応力を要因とする回帰分析によって、いずれの特性も定量的な予測が可能であることが示された。しかし現在実用化されている錠剤のほとんどは表面が凸錠に湾曲したR錠である。R錠は患者、生活者にとって服用が容易という利点を有する。そこで当該年度は錠剤の形状と残留応力分布に焦点を当て、R錠における残留応力分布と重要品質特性との関連性について検討した。主薬としてアセトアミノフェンを選択し、標準処方を参考に乳糖、コーンスターチ、結晶セルロースを主要な添加剤とする粉体試料を調製した。錠剤表面の曲率半径を変化させた直径8mmのR錠2種類を設計し、有限要素法(FEM)によるシミュレーションを行った。比較の目的で同じ直径の平錠についても同様の検討を実施した。粉体をDrucker-Prger capモデルによりモデル化し、錠剤内に残留する応力をFEMにより求めた。せん断応力は錠剤上杵面の臼壁近傍に強く残留し、この傾向は曲率が大きく打力が強いほど顕著に表れた。一方、滑沢剤の添加量が増すと応力分布は均一化する傾向を示した。錠剤の形状と打力は、せん断応力と同様にxy-軸垂直応力に対しても強く影響し、曲率が大きく打力が強くなるほど応力の局在化が見られた。アセトアミノフェンの溶出率、錠剤の崩壊時間および引張強度を測定し、これら特性の残留応力による予測性について回帰分析により検討した。その結果いずれの特性も残留応力の代表値により高精度に予測された。以上より種々の製剤化工程は錠剤内残留応力に深く関与するとともに、残留応力分布は錠剤の品質特性を決定するキーファクターとして働く可能性が示された。服薬の容易性から上下面が凸錠に膨らんだR錠が多く実用化されている。R錠における残留応力分布は、曲率半径、打力、滑沢剤添加量に大きく影響を受け、とくに曲率半径が短く打力が強い場合に残留応力の顕著な局在化が見られた。また滑沢剤の添加量が増すと残留応力は均一化する傾向を示した。主薬の溶出率、錠剤の硬度、崩壊時間等の重要品質特性は残留応力分布の関数として高精度に予測されることを見いだしている。服用量の調節を目的として、錠剤には分割線(割線)が施されることがある。従来、割線の形状は経験的に決められ、割線形状と分割の等分性について理論的検討はほとんど行われてこなかった。割線形状と等分性に着目したCAEシミュレーションを行った結果、錠剤に曲げ応力を負荷すると割線の溝部分に強い引張応力の働くことが示され、等分性には割線角度より割線深度が大きく影響することを明らかにしている。現在、シミュレーション結果の実験的検証を行っている。以上より本研究は当初の予定通りおおむね順調に進展している。CAEシミュレーションにより外力負荷に伴って錠剤内に発生する応力を推定し、分割強度、分割均一性及び破壊強度との関係を精査した。ラクトース(LAC)、コーンスターチ(CS)、結晶セルロース(MCC)の3成分の配合比が異なる混合粉末に、低置換度ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルピロリドンを添加し、湿式法により顆粒を製した。これにステアリン酸マグネシウムを加えて混合し、打錠圧4kNにて直径8mmの平形割線錠を製した。錠剤特性として分割強度、分割均一性及び破壊強度を材料試験機により測定した。割線錠の形状は、割線深度を0.5、0.75、1.0及び1.5mmの4段階、割線角度を45、60及び75°の3段階に変化させ、合計12種類の割線錠を製した。