hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
研究開発型企業のライフサイクルとイノベーションに関する定量的・定性的研究

さらに、一橋大学経済研究所社会科学統計情報研究センターを窓口として、総務省の指定統計「就業構造基本調査」(平成4年、9年、14年)の匿名化されたミクロデータの利用を申請し、平成21年11月にデータを取得して、データの整理と集計の作業を進めた。平成22年度には、これまでに実施した2回の新規開業企業パネルアンケート調査の結果を統合・整理し、回答データを元に定量的な分析を進め、国際会議で報告した。新たな分析の視点は、新規開業企業による研究開発資金の需要と調達の決定要因である。また、平成20年度に実施したアンケート調査のデータに基づく2本の論文が、国際的な一流学術誌に受理された。平成22年11月から12月にかけて第3回新規開業企業アンケート調査を行い、未回答企業には書面による督促(平成23年1月)と電話による督促および存続確認作業(同2月)を実施した。今回の調査の対象は第1回調査に回答した約1500社であり、750社を超える有効回答を得た。平成22年度中に調査回答の集計と整理を行った。平成22年8月に九州(福岡県・熊本県)の産業クラスター計画(経済産業省)参加企業3社(クラスターアンケート調査回答企業)を訪問し、産業クラスター計画との関わりや施策の利用状況等について質問し、平成21年度の北海道企業調査と合わせてアンケート調査結果を補完した。同年12月には神戸市において文部科学省「知的クラスター創成事業」に認定された「神戸医療産業都市」の事務局に対してインタビュー調査を行った。また、平成23年2月にドイツ(ミュンヘンとハイデルベルク)とフランス(ストラスブール)のバイオクラスター3箇所を訪問し、クラスター事務局と参加企業各2社に対してインタビュー調査を実施して、クラスターの運営組織や参加企業への支援措置、プロジェクトの成果、政策への対応等について情報を収集した。平成22年12月に大阪において関西学院大学と共同でアントレプレナーシップとイノベーションに関する国際ワークショップを開催し、海外5か国から若手研究者を招聘して、当プロジェクトの研究成果報告と情報交流を行った。また、平成21年度11月に取得した総務省「就業構造基本調査」の匿名ミクロデータの整理と分析をさらに進めた。平成23年11月以降、新規開業企業の最後の追跡調査となる第4回調査を実施して500社以上から回答を得、これまでの調査回答データと接続・整理して、4年分のパネルデータセットを構築した。また、それに基づき、新規開業企業およびその中の研究開発型企業の特性(創業者の属性、資金調達、雇用、公的支援の利用、研究開発への取り組み、連携と成果、経営成果等)とその経年変化をまとめ、回答企業にフィードバックするとともに、平成24年3月にワークショップで報告し、論文としてまとめた。また、これまでの調査データを用いた研究をさらに進め、研究開発資金の需要と供給および研究開発の成果要因に関する論文を平成23年6月と平成24年2月・3月に国際学会で報告し、海外の査読付きジャーナルに投稿して審査・改訂中である。平成22年2月にドイツとフランスで実施したバイオクラスターの調査との比較のため、平成23年7月に静岡県の医療クラスター「富士山麓ファルマバレー」の中核機関と参加企業において聞き取り調査を実施し、クラスター・マネジメントの比較論文をまとめて平成24年2月に国際学会で報告し、海外の査読付きジャーナルに投稿して審査中である。
高Ｑ値シリコンフォトニック結晶ナノ共振器における誘導ラマン散乱の増強

本課題では、高Q値シリコンナノ共振器における誘導ラマン散乱の増強の基礎学理を、共振器のQ値/波長/電磁界分布/対称性、競合する非線形効果まで考慮して、体系的に調べることを主目的としてきた。多くの非線形現象の中から、誘導ラマン散乱を選択した理由は、間接遷移型半導体であるシリコンにおいて、光増幅やレーザー発振を可能とする実用上魅力的な現象だからである。更に、単結晶シリコンは大きなラマン利得係数を持ち、微細加工技術が成熟している利点から研究遂行可能と考えた。本年度は、ついに、シリコンラマンレーザーの室温連続発振に成功した。発振閾値は、1マイクロワットで、これはインテルのラマンレーザーの2万分の1である。さらに、デバイスサイズは10万分の1程度である。これは、前身の公募研究から継続して行ってきた、「ナノ共振器における誘導ラマン散乱増強メカニズムの基礎学理」を確立できたことが大きい。特に、電磁界分布の対称性、空間分布、ラマンテンソル、結晶方位の4つのパラメーターが関わる複雑な増強メカニズムを正確に理解できたことが本年度の一番の成果である。その他、昨年度までの成果である、1共振器内の2つの共振モードの周波数差をシリコンのラマンシフトである15.6 THzに共鳴させる共振器構造、および周波数差の微調方法を確立したこと、2誘導ラマン散乱を測定するための顕微光学系を構築して、実際にラマン散乱の増強を高感度でスペクトル測定できたこと、3世界最高Q値を持つナノ共振器の作製方法を開発していたこと、4その光物性を根底から理解していたこと、以上4つの成果によりレーザー発振が達成できた。残念ながら、研究人材が不足していたため、予定していたポンププローブ測定は行うことができず、今後の課題として持ち越された。なお、試料作製の一部と理論研究は、京都大学野田進研究室の協力を得て行った。24年度が最終年度であるため、記入しない。申請者は、高Q値・微小体積を併せ持つ2次元フォトニック結晶ナノ共振器のQ値向上において、最もポピュラーな物質であるシリコンを用いて世界最高値を更新しつづけ、同時に、非線形光学効果の増強作用の解明を重視してきた。これは、非線形光学現象が有用かつ多彩である一方、効率が低くデバイス小型化が困難だからである。本課題では、非線形効果の一種である誘導ラマン散乱の増強を、共振器のQ値/波長/電磁界分布/対称性、競合する非線形効果まで考慮して、体系的に調べ局ことを主目的としてきた。誘導ラマン散乱を選択した理由は低ノイズ光増幅を可能とする実用上魅力的な現象であり、特に単結晶シリコンは高いポテンシャルを持つと近年注目を集めている。本年度の主な成果の1つは、ナノ共振器による誘導ラマン散乱の増強効果を発現させるために必須であった共振器内の2つの共振モードの周波数差をSiのラマンシフトである15.6THzに共鳴させる共振器構造および周波数差の微調方法を確立したことである。これはフォトニック構造をサブnm精度で制御する卓越したプロセスを開発することで可能となった。2つ目の成果は、誘導ラマン散乱を測定するための顕微光学系を構築して、実際にラマン散乱の増強および誘導ラマン散乱の兆候を確認したことである。これらの成果は、前身の公募研究から継続して行ってきた研究が実を結んだものであり、学生自身がアメリカの国際会議で発表した。残念ながら、予定していたポンププローブ測定による光利得の直接観測は次年度に回すこととなったが、計画を前倒しして進めた誘導ラマン散乱の増強に関する理論構築に着実な進歩が見られ、実際にその理論の実証にも成功しつつある。そのため当初予定していた主目的の多くを次年度に達成する見通しが立った。なお、本研究の試料作製の一部は、京都大学野田進研究室の協力を得て行った。

その他、昨年度までの成果である、1共振器内の2つの共振モードの周波数差をシリコンのラマンシフトである15.6 THzに共鳴させる共振器構造、および周波数差の微調方法を確立したこと、2誘導ラマン散乱を測定するための顕微光学系を構築して、実際にラマン散乱の増強を高感度でスペクトル測定できたこと、3世界最高Q値を持つナノ共振器の作製方法を開発していたこと、4その光物性を根底から理解していたこと、以上4つの成果によりレーザー発振が達成できた。残念ながら、研究人材が不足していたため、予定していたポンププローブ測定は行うことができず、今後の課題として持ち越された。なお、試料作製の一部と理論研究は、京都大学野田進研究室の協力を得て行った。24年度が最終年度であるため、記入しない。実際に作製した高Qナノ共振器において、世界で初めてラマン散乱光の観測に成功するとともに、ナノ共振器における誘導ラマン散乱増強に向けた試料構造や必要な励起強度などが理論検討を通して明らかとなり、研究課題の主目的を達成する見通しが立ったため。不満な点を挙げるとすれば、論文執筆が遅れている点であるが、これは震災の影響と昨今の学生の就職活動の長期化が主因である。共振器のQ値/波長/電磁界分布/対称性、競合する非線形効果まで考慮した琿論検討と作製・実験を通して、体系的に誘導ラマン散乱増強に最適な共振器構造を見出す。同時に顕微ラマン測定系にパルス励起光路を追加して、ポンププローブの2波長対応に改良して誘導ラマン散乱による光利得の観測を行う。研究遂行上の問題点は今のところ見られない。強いて言えば教育機関として最も重要な責務である人材育成を行いたくても教育を施すべき学生が当研究室にいないことであるが、これは日本の高等教育が抱える病的問題である。この点を補うために、他機関の研究者と相互協力して研究を進める。
特異的電気二重層構造の積極的応用による高性能イオン液体リチウム二次電池の開発

本研究では、イオン液体を利用した高出力かつ高サイクル安定性リチウムイオン電池の実現を、特異的な電気二重層構造の形成によって達成するものである。これまでに得られた負極表面上に形成されると考えている特異的な電気二重層の形成条件下において、正極の充放電特性に及ぼす影響、さらには実際のリチウムイオン電池の特性への効果について検証を行った。電解液にはビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(TFSI)およびビス(フルオロスルホニル)イミド(FSI)をアニオンとするイオン液体中に、リチウム塩を溶解させた系で、リチウム塩濃度を0.43から2.5 mol dm-3まで変化させたLi(NiMnCo)O2 (以下、NMC)に対する電解液の効果を評価するために、NMCを作用極(正極)、リチウムを対極(負極)とした2極式ハーフセルを作製し、その出力特性を評価した。その結果、従来のイオン液体系電解液系では達成し得ない10Cレートでの作動が可能となり、特に2.5 moldm-3では一般的な有機電解液系を上回る出力特性が得られた。続いて、NMCを正極、グラファイトを負極とし、これまでに確認された効果がリチウムイオン電池としての特性に及ぼす効果を評価した。2.0、2.5、3.0 mol dm-3のリチウム塩を含むイオン液体電解液系は10Cレートにおいて、いずれも一般的な有機電解液系に匹敵する出力特性を示し、特に2.5、3.0 mol dm-3系では有機電解液系を上回った。最後に、長期サイクル特性を評価したところ、100サイクルで91.7%の容量維持率を達成し、一般的な有機電解液系を(81.3%)を上回った。以上の成果より、本研究で見出された電解液デザインによって、イオン液体を用いたリチウムイオン電池の特性を大きく向上させることに成功した。これまでに、分極された電極上においては、Li塩を溶解させたFSIベースのイオン液体電解液系と他の系(例えばTFSI系)で明確な違いが現れ、電極上第一層に小さなカチオン(この場合はLi+)が整列することで、擬似的なパッシベーション層を形成していると推測している。また、この特異的電極/電解液界面は圧倒的にコンパクトかつ低抵抗であるため、比較的高粘性のFSI系イオン液体電解液でも、一般的な有機溶媒系電解液と同等あるいは上回る出力特性が可能になると考えている。平成28年度は、FSI系ではない系での電極/電解液界面構造を、交流インピーダンス法によるスタティックな計測によって検証を試みた。具体的には、炭素骨格のベーサル面が露出した高配向性熱分解グラファイト(HOPG)を作用極とし、電解液はEMImBF4にLi塩を所定の濃度となるよう溶解させた系を用いた。この計測によって得られる微分容量から電極上の電気二重層容量を推測した。微分容量の電位依存性の結果より、印加電位が-1.5 V vs. Ag/Ag(I)以上であれば、リチウム塩の濃度に関係なくほぼ同等の微分容量を示したが、この電位以下では、リチウム塩の有無によって大きな容量の差が現れ、さらに高濃度(1.5 mol dm-3)の系が低濃度系よりも大きな容量を示した。これはFSI系で得られた現象とほぼ同じであり、よって、Li+が電極表面で形成する特異的な二重層構造はBF4系でも形成されると思われる。さらに、この現象について、分子動力学法により電極/電解液界面の各イオンの挙動をシミュレーションした結果と照合し、その妥当性を評価することができた。本研究における平成28年度の課題は、特異的電気二重層構造の形成条件の把握として、第1にイオン液体中のリチウム塩濃度の依存性を調査することであった。種々の電気化学的評価によって、イオン液体中での電極/電解液界面構造がリチウム塩の有無、かつ、その濃度依存性が確認できた。このような現象は通常の電解液では確認できないイオン液体特有の現象と位置づけることができ、また、FSI系のみならずBF4系でもその構造が形成されることが明らかとなった。さらに、その界面構造がリチウム塩濃度に強く依存することが明らかとなり、イオン液体を利用した電池の設計指針に大きく寄与するものと考える。その結果、従来のイオン液体系電解液系では達成し得ない10Cレートでの作動が可能となり、特に2.5 mol

dm-3では一般的な有機電解液系を上回る出力特性が得られた。続いて、NMCを正極、グラファイトを負極とし、これまでに確認された効果がリチウムイオン電池としての特性に及ぼす効果を評価した。2.0、2.5、3.0 mol dm-3のリチウム塩を含むイオン液体電解液系は10Cレートにおいて、いずれも一般的な有機電解液系に匹敵する出力特性を示し、特に2.5、3.0 mol dm-3系では有機電解液系を上回った。最後に、長期サイクル特性を評価したところ、100サイクルで91.7%の容量維持率を達成し、一般的な有機電解液系を(81.3%)を上回った。以上の成果より、本研究で見出された電解液デザインによって、イオン液体を用いたリチウムイオン電池の特性を大きく向上させることに成功した。本研究では、イオン液体を利用した高出力かつ高サイクル安定性リチウムイオン電池の実現を、特異的な電気二重層構造の形成によって達成するものである。ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(TFSI)およびビス(フルオロスルホニル)イミド(FSI)をアニオンとするイオン液体中に、同一のアニオンを有するリチウム塩を溶解させた系について、検討を行った。従来では1.5 mol dm-3までの評価を行ったが、さらに高濃度の2.0 mol dm-3のリチウム塩濃度について、その特異的な電気二重層構造を電気化学的な手法を用いて評価した。従来の濃度では、FSI系イオン液体系のみに電極上の微分容量の増加(リチウム塩を含まない系を基準として)現象が見られたが、より高濃度においては、TFSI系イオン液体についてもリチウム塩の存在によって微分容量の増加現象が観測された。つまり、これまでに提唱してきた特異的な電気二重層はFSI系のみで形成されるものではなく、条件次第で他のイオン液体でも形成しうることがわかった。以上の現象を分子動力学法によって検証を試みたが、電気化学的に得られた結果と一致せず、これは実電極と動力学計算上の電極において、その電子分布の考え方に原因があると推測しており、この設定については今後の課題となる。続いて、得られた高濃度塩イオン液体系について、リチウムイオン電池の充放電特性との関係を調査した。リチウム塩濃度を上記の結果で得られた2.0 moldm-3およびそれ以上3.0 moldm-3まで変化させ、その時の黒鉛負極の出力特性を評価したところ、これまでの1.5 mol dm-3以下のリチウム塩濃度とした電池系と比べて、大幅に出力特性が改善された。すなわち、上述の特異的な電気二重層構造が、高濃度塩によって強化され、結果電極/電解液界面構造の安定化に繋がったと考えられる。特異的電気二重層の電気化学的手法と分子動力学計算との相関関係を得る段階で、指標とする微分容量の傾向に違いが生じ、これは実電極では配向性HOPGを利用している点、計算上では分子構造を配慮しない均一な電子分布としていることが原因と考えている。両者の整合性を取るために、追加の検討が必要と判断した。一方で、得られた特異的電気二重層構造の結果を、実用上のリチウムイオン電池系に発展させることができた。総じて、概ねに進展していると考えている。平成29年度は28年度の成果を踏まえて、より実用電池で起こりうる様々な環境を考慮した評価を行う。第1に、特異的な電気二重層構造が電池の高出力時にも形成され得るかを検証する。この速度論的な評価を行う方法として電位走査法などによるダイナミックな計測を行う。
後迷路性聴覚障害の発生機序に関する実験的研究

後迷路性難聴の発症機序を明らかにするためには、正常例の聴覚中枢における複合音の検出機構を明らかにすることが重要である。周波数変調音(FM音)は動物のコミュニュケーションサウンドの重要な構成要素であるが、今回はモルモット下丘ニューロンのFM音に対する応答について検討した。FM音は立上がり、立ち下がり10ms、持続時間100msのトーンバーストのかたちで与え、トーンバーストの中央が各ニューロンの特徴周波数(CF)となるように設定した。また、周波数変調の速度は3種類とし、音圧は域値上20-30dBとした。各ニューロンの純音に対する応答野とFM音に対する応答について検討した。ネンブタール麻酔下のモルモットより記録した94個の下丘ニューロンについて検討した。FM音が応答野の外から始まり外で終わる場合、約半数のニューロンは上向性FM、下向性FMの両者に応答を示した。一方、残りの約半数はどちらか一方のFM音にのみ応答を示すか、どちらにも応答を示さないかであった。FM音が応答野の内側から始まり内側で終わる場合、大多数のニューロンが上向性FM、下向性FMの両者に応答を示したが、一者のみにしか応答を示さないニューロンも記録された。FM音が応答野の内側から始まり外側で終わるかその逆の場合、FM音が応答野の内側から始まる場合のみしか応答を示さないものがあった。このように、下丘ニューロンのFM音に対する応答は純音に対する応答野からは単純には予測できない。応答野の両側もしくは片側に抑制野が存在し、FM音が応答野に入る場合でも、先に抑制野を横切る場合、応答を示さないと考えられた。聴覚中枢における複合音の検出には抑制野が大きく関与していると考えられた。
唾液腺腺様嚢胞癌の肺転移に関する因子の研究

1)肺転移症例の予後調査現在、金沢大学附属病院耳鼻咽喉科にて過去7年間治療をうけた腺様嚢胞癌症例についての予後を再検討したところ、全18症例のうち死亡例5例、担癌生存は4例で非担癌生存は9例であった。肺転移症例は死亡例、担癌生存例の内7例にみられた。肺転移の平均出現期間は治療後2.2年(1年-6年)であった。このうち頸部リンパ節転移がなくて肺転移をおこしたものは7例中、5例であった。これは頭頚部で一般的な扁平上皮癌が頸部転移をおこしてから肺転移をおこすのとは異なっていた。2)腫瘍組織の免疫組織化学的検討過去の症例の、パラフィン包埋標本からCD44、E-セレクチンとE-カドヘリンなど細胞接着因子に重点をおいて検討した。肺転移例では7例中5例にCD44陽性で非転移例では12例中3例にみられ有意に陽性率が高かった。E-カドヘリンでは未分化な細胞での発現低下がみられた。E-セレクチンは染色不良例が多く評価不能であった。3)総括上記の結果から腺様嚢胞癌においては癌細胞相互の接着の低下とその後いくつかのステップを経て、肺転移をおこす機構が存在することがわかった。その候補としてCD44の発現が有力であるこがこの分子のみによって制御されているとは考えにくい。頭頚部扁平上皮癌では頸部リンパ節転移が先行するものが多いので、腺様嚢胞癌では血管浸潤が先におこってそれから体循環にはいり何らかの理由で肺転移がおきるわけだが、その理由づけとしてCD44分子の発現を指摘できたので、今後はこの分子の発現量と転移の頻度について検討する予定である。
韓国南西沿岸域におけるスズキ属2種の同所的共存機構

平成14年度には2年目の本格的現地調査に備えて,以下の飼育実験と生化学分析,現地視察,予備的採集等を実施した.1)スズキ仔稚魚飼育実験:2002年13月にスズキ人工受精卵(千葉県東京湾栽培漁業センター)を用いて,ふ化直後より稚魚期の初期までの飼育を行い,定期的に試料を採取し,発育に伴う核酸量と蛋白質量の変化を個体ごとに調べた.個体の栄養状態や成長の指標となるRNA/DNA比は,ふ化後緩やかに増加し,稚魚期の初期にはほぼ一定の値で安定した.2)韓国南西沿岸域視察:2002年9月中旬に韓国海洋研究院(仁川)と慶尚大学(統営)を訪問し,スズキとタイリクスズキの分布・成熟産卵・稚魚の出現に関する情報を得るとともにサンプルを入手した.また,今後の継続的な試料入手の体制を整えた.得られたスズキ類は核DNAを分析してスズキ・タイリクスズキならびに交雑種の確認を行っている.3)2003年3月中旬に有明海筑後川河口域においてスズキ稚魚を,同下旬に韓国麗水市及び統営市沿岸域においてスズキとタイリクスズキの稚魚を採集し,耳石日周輪によるふ化日(産卵日)の推定,消化管内容物による食性の分析,核酸比による栄養状態の評価などを調べる計画であったが,研究分担者は2月下旬に急遽韓国国立慶尚大学校海洋科学大学助教授への就職が決まり,研究を中止せざるを得なくなった.しかし,研究代表者のスズキ研究チームが計画通り調査を実施し,分担者も現地調査に参加した.4)得られた試料の分析(核DNAによる種の同定,日齢査定,胃内容物組成分析などより,麗水及び統営沿岸域におけるスズキとタイリクスズキ稚魚の空間分布・食性・産卵期の類似性と相違性を解析し,同所的共存機構の解明への基礎データを得つつある.平成14年度には2年目の本格的現地調査に備えて,以下の飼育実験と生化学分析,現地視察,予備的採集等を実施した.1)スズキ仔稚魚飼育実験:2002年13月にスズキ人工受精卵(千葉県東京湾栽培漁業センター)を用いて,ふ化直後より稚魚期の初期までの飼育を行い,定期的に試料を採取し,発育に伴う核酸量と蛋白質量の変化を個体ごとに調べた.個体の栄養状態や成長の指標となるRNA/DNA比は,ふ化後緩やかに増加し,稚魚期の初期にはほぼ一定の値で安定した.2)韓国南西沿岸域視察:2002年9月中旬に韓国海洋研究院(仁川)と慶尚大学(統営)を訪問し,スズキとタイリクスズキの分布・成熟産卵・稚魚の出現に関する情報を得るとともにサンプルを入手した.また,今後の継続的な試料入手の体制を整えた.得られたスズキ類は核DNAを分析してスズキ・タイリクスズキならびに交雑種の確認を行っている.3)2003年3月中旬に有明海筑後川河口域においてスズキ稚魚を,同下旬に韓国麗水市及び統営市沿岸域においてスズキとタイリクスズキの稚魚を採集し,耳石日周輪によるふ化日(産卵日)の推定,消化管内容物による食性の分析,核酸比による栄養状態の評価などを調べる計画であったが,研究分担者は2月下旬に急遽韓国国立慶尚大学校海洋科学大学助教授への就職が決まり,研究を中止せざるを得なくなった.しかし,研究代表者のスズキ研究チームが計画通り調査を実施し,分担者も現地調査に参加した.4)得られた試料の分析(核DNAによる種の同定,日齢査定,胃内容物組成分析などより,麗水及び統営沿岸域におけるスズキとタイリクスズキ稚魚の空間分布・食性・産卵期の類似性と相違性を解析し,同所的共存機構の解明への基礎データを得つつある.
近世社会における「中江藤樹像」の形成

本研究は、江戸時代前期の儒学者中江藤樹(160848)の著作や藤樹に仮託した教訓書などが江戸時代を通して、世間一般にどのような面で受容があったのかを明らかにし、そのような世間の需要と、世間で出回る書籍以外にも様々な藤樹の教えに触れることのできた「藤樹学派」による「藤樹学」との違いを浮き彫りにしてゆく。そしてそれによって、学派内部の〈専門学知〉と、世間一般が求める「教え」との距離について見てゆくことを試みる研究である。
メタプログラミングシステムのための正しいモジュール化の研究

本年は、著書1本、学術論文誌3本の出版、国際会議論文1本の出版の成果を得た。著書「計算モデル論入門」はメタプログラミングシステムの基礎となる計算のための基礎理論を解説した入門書である。論文誌コンピュータソフトウェアVol.23で出版された論文「高階書換え系の停止性のための代数モデル」は、長く未解決だった高階書換えの体系コンビナトリー簡約系の完全な代数モデルを与えた。メタプログラミングシステムのための計算体系としてメタ書換えの完全な代数的な特徴付けを得た。論文誌Higher-Order and Symbolic Computationで出版された論文「Explicit Substitutions and Higher-Order Syntax」はメタプログラミングシステムに有用な構文的要素である明示的代入が、ある関手による始代数によって自然にモデル化できることを示した。また正しいモジュール化の解析のために高階抽象構文のモジュラー性の困難さを解析した。メタプログラムの代数的解析のために、自由Σモノイドという構造を考察した(国際会議APLAS'04において発表。さらにコンピュータソフトウェア誌に採録決定)。これにより単純な言語の場合はメタレベルとオブジェクトレベルの言語の構造が統一的な道具で解析できることが分かった。また特にこれに付随する圏論的代数におけるモナドの概念がメタ構造の表現に本質的であることを見つけた。さらに、メタレベルの計算の概念を持つコンビナトリー書換え系という体系に対して、その計算構造がやはり同様の代数的構造で解釈できることを示した(国際会議RTA'05において発表予定)。一階項書換え系の停止性は、well-foundedな順序を持つ普遍代数によって完全に特徴付けられることが知られているが、高階書換え系の場合にはどのような普遍代数の枠組みで同様の特徴付けが出来るのかは長く不明だった。これに対してΣモノイドの構造が、Klopによる高階書換え系のCombinatory Reduction Systemに対してそのような停止性を完全に特徴付ける普遍代数であることを示せた。この特徴付けから、(1)項の計算に加えて、メタ項の計算を考えることが自然であること.(2)停止性の証明手法が導出できた。計算構造の場合にこの代数的解析は、その計算体系の停止性の判定技法を直ちに与えるというメタプログラムの正当性に繋がるよい応用を持つという結果が得られた。本年は、国際会議論文1本、学術論文誌4本の出版(及び出版決定)のめざましい成果を得た。論文誌コンピュータソフトウェアVol.22で出版された論文は、変数束縛と代入の機構を持つ言語の代数的モデルであるΣモノイドから具体的な「言語」を構成した。これは数学的にはこ代数的な自由生成によってΣモノイドを構成することによる。結果として得られる言語は、自動証明システムやプログラム変換でよく用いられる高階抽象構文と呼ばれるものに類似した言語であるが、いくつかの点で拡張されており、また付随する代入操作を統一的に説明することができた。特にラムダ計算を文脈の「穴」で拡張した体系との興味深い一致を示した。論文誌コンピュータソフトウェアに出版決定された論文は、Klopによって提案された高階書換えの体系コンビナトリー簡約系がΣモノイドによって健全かつ完全にモデル化できることを示したものである。また、論文誌Higher-Order and Symbolic Computationに出版決定された論文「Explicit Substitutions and Higher-Order Syntax」は一階の関数記号と明示的代入からなる言語が、ある関手による始代数によって自然にモデル化できることを示したものである。ここで特徴的なことは、明示的代入をKan拡張を用いて表現することができる点である。また型なしλ計算に明示的代入を加えた場合でも、同様なモデル化ができることを示した。さらにこれらの始代数によるモデル化は、抽象構文を操作するような関数型プログラムにおいて有用な代数データ型を導くことを示した。最後に一階の言語に比べて、高階抽象構文のモジュラー性の困難さを解析した。
微粒子overloadにおけるマクロファージ活性酸素の役割の検討

ディーゼル排気粒子(DEP)の発ガン性はその粒子自体が原因なのか、含有される物質が原因なのかが議論されている。今回は粒子に含まれる物質がその粒子を貪食したマクロファージの活性酸素反応を亢進させ。る場合があるか検討することを目的とした。また、一般的に実験施設で捕集されたDEPを実験に供することが多いが、今回は、国立環境研究所で抽象されたDEPと実際の大気中浮遊粒子状物質(SPM)との比較をするため、当研究所屋上でSPMを採取し用いた。DEP、SPM、カーボン粒子、DEPに含まれる変異原性物質(3-ニトロベンズアントロン)をコーティングしたカーボン粒子、シリカ粒子に対するヒトモノサイト誘導マクロファージから生成されるスーパーオキサイドをルシゲニンを用いた発光反応で測定した。また、その実験系で生成されるOHラジカルを2-デオキシーd-リボース法で測定した。各試料とも今回の実験で投与した粒子濃度による細胞毒性はMTT法では認められなかった。実験の結果、DEPではOHラジカル生成反応が強いが、スーパーオキサイドは検出されなかった。SPMでは高濃度投与より低濃度投与の方がスーパーオキサイドの検出量が多く、OHラジカルも検出された。変異原性物質コーティングカーボン粒子はSPMと類似の反応性だった。カーボン粒子では両者とも反応は認められなかった。シリカ粒子では量反応関係が保たれたスーパーオキサイド反応が認められた。これらの結果はDEPやSPMに対するマクロファージの活性酸素反応は、単に微粒子に対して起きているのではなく、粒子表面の多環芳香化合物などの有機物が関与していることが示唆された。また、SPMのモデル粒子としては実験的に捕集されたDEPより3-ニトロベンズアントロンをコーティングしたカーボン粒子の方が適している可能性が認められた。様々な粉塵に対する粉塵の個数当たりのマクロファージのスーパーオキサイド生成能を比較した。鉱物繊維ではその種類が異なっても繊維サイズと繊維個数当たりのスーパーオキサイド生成能が正相関した。この結果は、鉱物繊維では繊維の物性より繊維形状に依存しマクロファージがスーパーオキサイドを放出することを示唆する。一方、粒子形状に対するマクロファージの反応性の検討では4種類の粒径のシリカ粒子とその試料を800度で加熱したシリカ粒子とを用い、この反応における粒子サイズの役割や加熱(粒子の物性の違いのモデル)の役割を検討した。シリカ粒子は800度で加熱すると生体影響が弱まることが知られている。非加熱・加熱シリカ粒子共、大きな粒子の方が小さな粒子より粒子個数当たりの生成能は高かった。但し、個数当たりの生成能の強さは鉱物繊維は非加熱シリカ粒子より数倍強く、非加熱シリカ粒子は800度加熱シリカ粒子より約2倍強かった。これらの結果は、粒子でも粒子サイズに依存しマクロファージがスーパーオキサイドを放出したが、鉱物繊維の種類の違いによる反応性の違いが認められなかったことに対し、粒子ではその物性の違いにより反応性が異なることを示唆する。その原因として、鉱物繊維の反応量が大きなことから、繊維形状は繊維の物性の違いによる反応性の差を誤差の範囲とするほど大きな影響をしたためと考えられる。また、鉱物繊維が粒子より大きな反応性を示す原因としては、単純に粉塵の表面積に比例してスーパーオキサイドが放出されるのではなく、マクロファージの何らかの特性と思われる(表面積当たりでは鉱物繊維の方がシリカ粒子より極端に反応性が強い)。

今年度は粒子に含まれる物質がその粒子を貪食したマクロファージの活性酸素反応を亢進させる場合があるか検討することを目的とした。また、一般的に実験施設で捕集されたDEPを実験に供することが多いが、今回は、国立環境研究所で捕集されたDEPと実際の大気中浮遊粒子状物質(SPM)との比較をするため、当研究所屋上でSPMを採取し用いた。DEP、SPM、カーボン粒子、DEPに含まれる変異原性物質(3-ニトロベンズアントロン)をコーティングしたカーボン粒子、シリカ粒子に対するヒトモノサイト誘導マクロファージから生成されるスーパーオキサイドをルシゲニンを用いた発光反応で測定した。また、その実験系で生成されるOHラジカルを2-デオキシ-d-リボース法で測定した。各試料とも今回の実験で投与した粒子濃度による細胞毒性はMTT法では認められなかった。実験の結果、DEPではOHラジカル生成反応が強いが、スーパーオキサイドは検出されなかった。SPMでは高濃度投与より低濃度投与の方がスーパーオキサイドの検出量が多く、OHラジカルも検出された。変異原性物質コーティングカーボン粒子はSPMと類似の反応性だった。カーボン粒子では両者とも反応は認められなかった。シリカ粒子では量反応関係が保たれたスーパーオキサイド反応が認められた。これらの結果はDEPやSPMに対するマクロファージの活性酸素反応は、単に微粒子に対して起きているのではなく、粒子表面の多環芳香化合物などの有機物が関与していることが示唆された。また、SPMのモデル粒子としては実験的に捕集されたDEPより3-ニトロベンズアントロンをコーティングしたカーボン粒子の方が適している可能性が認められた。我々は、ディーゼル排気粒子(DEP)やDEP中に含まれる変異原性物質の3-ニトロベンズアントロンをコーティングしたカーボン粒子試料などのナノ粒子において、含有物質やコーティングした変異原性物質がマクロファージの活性酸素反応を亢進することを示した。一方、ナノ粒子は、容易に凝集した状態で浮遊するため、粒子に含有される成分だけでなく、粒子サイズがマクロファージに与える影響も重要と考えた。今年度は、元の試料を凝集させて作成した複数の平均粒径(10ミクロン以下)のDEP試料、カーボン粒子試料、及び、3-ニトロベンズアントロンコーティングカーボン粒子試料を、ヒトモノサイト誘導マクロファージに投与し、粒子サイズがマクロファージの活性酸素反応(スーパーオキサイドをルシゲニンによる発光反応で測定・その実験系で生成されるOHラジカルを2-デオキシ-d-リボース法で測定)への影響を調べた。実験の結果、DEPや3-ニトロベンズアントロンコーティングカーボン粒子では活性酸素の反応性と粒子サイズとの明確な関係は認めらなかった。この関係を明確にするにはさらに大きな粒径の範囲で実験する必要があった。また、凝集したカーボンナノ粒子では活性酸素反応は認められなかった。100ミクロン以上のサイズで凝集したカーボンナノ粒子では実験動物肺に強い炎症性影響を示すが、できる限り分散させた同じナノ粒子ではあまり影響が認められない報告がある。
光の軌道角運動量を用いた固体物性研究

本研究では軌道角運動量を持つ光渦(トポロジカル光波)を用い、新しいタイプの光と物質の相互作用を探求する。新規性を生み出すポイントは光渦が持つ渦状の位相構造である。このため光と物質の相互作用における選択則が変化し、これまでの理論的枠組みの常識ではあり得ない現象の発現が期待される。物質系としては多くの素励起が存在する固体に着目し、テラヘルツ周波数帯の優れた測定技術を用いる。具体的にはトポロジーがその性質を支配する代表例として、量子ホール系とトポロジカルフォトニック結晶を用いる。この研究を推進することで、光科学技術の根幹をなす光と物質の相互作用の枠組みを拡げ、固体物性研究の新しい可能性を提示したい。
微小重力下でのタンパク質結晶成長

宇宙の微小重力下でのタンパク質の結晶成長は、溶液中の沈降や対流が抑止されるため、結晶成長におけるタンパク質分子の輸送が拡散律速に従う、すなわち、主としてタンパク質分子間の相互作用によって結晶成長が進行する。そして、結晶成長(結晶核生成過程と結晶成長過程からなる)の結晶核生成過程が律速段階になるため、地上より結晶成長が大幅に遅れるが、生成した結晶核は溶液中であまり移動することなく、その場で成長するので結晶性の良い、単結晶が得られることが予測される。そこで、宇宙の微小重力環境を利用して蒸気拡散法と静置バッチ法により良質のタンパク質単結晶を調製し、地上で得られる結晶と比較することを目的として本研究を行った。初年度(1992年)はスペースシャトルを利用して2回の宇宙実験(STS-42とSTS-47)を実施し、STS-42では2種類の酵素について実験した結果、リゾチウムの単斜晶を結晶化し、STS-47ではリゾチウムの他に数種のタンパク質の結晶化に成功した。中でも、リゾチウムとω-アミノトランスフェラーゼは結晶学的に良質の単結晶を得ることができた。次年度(1993年)はスペースシャトル1回、宇宙ステーション1回、計2回の実験を実施した。リゾチウムを中心に宇宙ステーションでは4種類のタンパク質について条件を変えて7種類の結晶を調製することに成功した。また、スペースシャトルでは2種類のタンパク質について1種類の結晶を得ることができた。特に、リゾチウムは異なる結晶化条件で3種類の結晶学的に異なる単結晶を調製することに成功し、X線回折実験により地上の結晶と比較してモザイク性が少ないことを示唆する結果を得た。以上4回の宇宙実験を実施し、得られた結晶のX線回折実験による解析結果から次のことが結論として挙げられる。1.微小重力下では結晶成長が緩慢になった。微小重力下では溶質とタンパク質分子の重量差がほとんどなく、溶液中の対流も生じないので結晶核生成及び結晶成長が拡散律速となることに起因する。2.結晶核生成時のタンパク質分子の挙動が地上とは異なった。単結晶の形状が結晶核の特性に依存することを考慮すると、同一の結晶化条件でも宇宙の微小重力下では結晶核表面の電荷分布に強く依存し、地上とは物理的特性の異なる結晶核が成長する確率が高くなる。従って、タンパク質の種類、結晶化の条件に依存して結晶学的特性(外形や結晶格子、結晶性)の異なるタンパク質結晶が晶出し易くなる。3.宇宙の微小重力下ではモザイク性の少ない良質の単結晶が得られる。結晶核生成が主としてタンパク質分子表面の物理的特性に依存するような環境ではタンパク質分子の会合がより正確に進行するので、地上の重力場に比較して結晶核内部の分子配列の程度が良くなることが考えられる。動的X線結晶構造解析(ラウエ法)に適した単結晶が得られることが期待される。4.宇宙の結晶はX線照射に対する損傷を受けやすいが、タンパク質構造上の相違はない。現在、タンパク質分子全体の構造を明らかにする方法はX線回折法と電子顕微鏡による電子線回折法のみで、しかも、原子レベルの精度で構造決定できる方法としてはX線回折法以外にはない。しかし、この方法ではタンパク質分子の動きを捕えることは不可能で、静的な平均構造しかえられないという限界がある。現在、分子全体の動的構造を明らかする試みとして時分割ラウエ法の研究が進行しているが、これはタンパク質分子全体の構造を動的に捕えることを目的にした解析法である。まだ解決しなければならない問題が残っており、タンパク質の動きを連続的に解析することはなお困難である。地上の結晶に比較して宇宙の微小重力場で晶出したタンパク質単結晶はモザイク構造が少ないので、この解析方法には有効であると判断される。時分割ラウエ法は従来のX線回折法の欠点を補う方法として注目されており、宇宙利用と先端科学技術の開発の接点がこの研究にも存在する。宇宙の結晶を地上に持ち帰ると、地上での結晶の劣化は地上の結晶よりも速い。特に、日本の場合、試料を外国から持ち帰るために時間を要するので、結晶成長を停止させ、安定に輸送できる結晶成長装置の開発が急務である。

リゾチウムを中心に宇宙ステーションでは4種類のタンパク質について条件を変えて7種類の結晶を調製することに成功した。また、スペースシャトルでは2種類のタンパク質について1種類の結晶を得ることができた。特に、リゾチウムは異なる結晶化条件で3種類の結晶学的に異なる単結晶を調製することに成功し、X線回折実験により地上の結晶と比較してモザイク性が少ないことを示唆する結果を得た。以上4回の宇宙実験を実施し、得られた結晶のX線回折実験による解析結果から次のことが結論として挙げられる。1.微小重力下では結晶成長が緩慢になった。微小重力下では溶質とタンパク質分子の重量差がほとんどなく、溶液中の対流も生じないので結晶核生成及び結晶成長が拡散律速となることに起因する。2.結晶核生成時のタンパク質分子の挙動が地上とは異なった。単結晶の形状が結晶核の特性に依存することを考慮すると、同一の結晶化条件でも宇宙の微小重力下では結晶核表面の電荷分布に強く依存し、地上とは物理的特性の異なる結晶核が成長する確率が高くなる。従って、タンパク質の種類、結晶化の条件に依存して結晶学的特性(外形や結晶格子、結晶性)の異なるタンパク質結晶が晶出し易くなる。3.宇宙の微小重力下ではモザイク性の少ない良質の単結晶が得られる。結晶核生成が主としてタンパク質分子表面の物理的特性に依存するような環境ではタンパク質分子の会合がより正確に進行するので、地上の重力場に比較して結晶核内部の分子配列の程度が良くなることが考えられる。動的X線結晶構造解析(ラウエ法)に適した単結晶が得られることが期待される。4.宇宙の結晶はX線照射に対する損傷を受けやすいが、タンパク質構造上の相違はない。現在、タンパク質分子全体の構造を明らかにする方法はX線回折法と電子顕微鏡による電子線回折法のみで、しかも、原子レベルの精度で構造決定できる方法としてはX線回折法以外にはない。しかし、この方法ではタンパク質分子の動きを捕えることは不可能で、静的な平均構造しかえられないという限界がある。現在、分子全体の動的構造を明らかする試みとして時分割ラウエ法の研究が進行しているが、これはタンパク質分子全体の構造を動的に捕えることを目的にした解析法である。まだ解決しなければならない問題が残っており、タンパク質の動きを連続的に解析することはなお困難である。地上の結晶に比較して宇宙の微小重力場で晶出したタンパク質単結晶はモザイク構造が少ないので、この解析方法には有効であると判断される。時分割ラウエ法は従来のX線回折法の欠点を補う方法として注目されており、宇宙利用と先端科学技術の開発の接点がこの研究にも存在する。宇宙の結晶を地上に持ち帰ると、地上での結晶の劣化は地上の結晶よりも速い。特に、日本の場合、試料を外国から持ち帰るために時間を要するので、結晶成長を停止させ、安定に輸送できる結晶成長装置の開発が急務である。本研究では宇宙の微小重力を利用してタンパク質の結晶化を実施した。研究代表者は本年1月と9月にスペースシャトルを利用した2度の宇宙実験に直接関与した。特に、6月に共同研究者のデルーカス教授は搭乗科学技術者として自身で宇宙実験を体験した。まず、本年度は1月に行われた宇宙実験(ディスカバリー)の解析から始めた。タンパク質の結晶化は蒸気拡散法に基づくハンギングドロップ法で行った。
高分子界面を利用した多成分ナノ多孔体の創製と分離機能

これまでの高分子メソ多孔体の研究は細孔径や細孔形状の制御が主題であり、細孔骨格の材料設計は検討されていなかった。そこで、多成分の高分子複合系を骨格とするメソ多孔体を作製することを本研究の目的とした。シリカナノ粒子やカーボンブラックを均一に分散した高分子溶液を調製し、独自に開発してきた急速凍結ナノ結晶化法を用いてメソ多孔体を作製した。得られたメソ多孔質ハイブリッド材料は、高分子のナノファイバー状ネットワーク中にナノ粒子が均一に担持された独自のナノ構造を持つ。大きなメソ細孔容量(0.5 cm3/g以上)と大きな比表面積(200 m2/g以上)を兼ね備えたメソ多孔構造が実現できた。本研究の全体構想は、高分子多孔体における組成制御技術を確立することである。その方法として、独自に開発した『急速凍結ナノ結晶化相分離法』を基盤技術として、高分子複合組成系に展開した研究を行なう予定である。初年度は、高分子溶液にナノ粒子を添加した高分子・フィラー複合系に注力し、無機/有機ハイブリッド型高分子メソ多孔体の創製を試みた。まず、加熱撹拌により調製した高濃度の高分子溶液にナノ粒子を直接添加し撹拌により分散することを検討した。撹拌分散法に関しては、高粘度溶液に適した高速撹拌分散装置による強力なせん断力を用いて均質な溶液調製に取り組んだ。続いて、この溶液に対して急速凍結ナノ結晶化相分離法を用い、ナノ多孔体の作製を行なった。得られたナノ多孔体の物性解析として、走査型電子顕微鏡による形態観察および窒素ガス吸着法による比表面積/細孔分布評価を実施した。電子顕微鏡観察では、ナノ粒子を添加しない場合と同様に、太さ10-20nmのナノファイバーが分岐・結合を繰り返し、3次元に広がった連続的なネットワーク構造を形成していることが観察できた。緻密に分岐したネットワーク構造により、ナノファイバーの間に大きさが10ー50nmのメソ細孔が高密度に形成されていた。溶液状態で分散性の良好な高分子・ナノ粒子の組合せでは、添加したナノ粒子は良好に分散し、ナノ粒子がメソ細孔に保持され緻密なナノファイバーのネットワーク構造にしっかりと取り込まれていた。一方、ナノ粒子の種類やサイズによっては分散性が低く、多孔体試料の一部に粒子が凝集した不均一構造になっていた。窒素ガス吸着測定では、200m2/gの大きな比表面積と、0.4-0.6cm3/gの大きなメソ細孔容量が得られた。この結果から、適切な種類のナノ粒子を添加した高分子溶液を使用することで、ナノ粒子と高分子のハイブリッドからなるメソ多孔体を形成できることを明らかにした。今年度はナノ多孔化法のメカニズムに関する理論的考察を中心に行なった。これまで、急速凍結によるガラス化状態から溶媒分子をナノ結晶化させることが重要と推測していたが、結晶化過程の基礎に基づき再考した結果、低温で結晶化させることが最も重要な要点であることが新たに明らかになった。結晶化は、核生成過程と結晶成長過程という2つの連続した異なる過程によって進行する。ナノスケールの結晶を作製するためには、結晶核を高密度に発生させることと結晶成長過程をゆっくりと進行させることの両方が必要である。結晶化理論によれば、いずれの要請も低温で結晶化させることにより実現することができる。一方で、物質状態の時間変化を記述する恒温変態曲線(TTT曲線)によれば、結晶化速度は融点以下でガラス転移温度以上の中間温度で最大化される。そのため、ガラス転移温度近傍の低温で結晶化させるためには、結晶化速度が最大となる中間温度を通り抜ける必要がある。そのために、急速冷却過程が必要になることが分かった。また、ナノ結晶を得るためには、ナノスケールで結晶成長を停止させるためのピン止め機構が必要である。高分子溶液の相図を考えることで、このピン止め機構の動作原理を明らかにすることができた。高分子溶液中で結晶核が成長すると、高分子は溶媒結晶から選択的に排除されるために、結晶核近傍の高分子濃度はわずかに高くなる。さらに結晶核が成長していくと、高分子溶液中から溶媒分子のみが選択的に抽出される結晶が粗大化していくため結晶核周囲の高分子濃度がますます増加する。高分子溶液のガラス転移線に相当する濃度で結晶の周囲に高分子と溶媒分子からなるガラス状態の殻が形成されることで結晶成長がピン止めされることが分かった。今年度は、他に担当している業務を優先的に実施する必要に迫られたため、科研費の課題に関連した実験を実施する十分な時間を確保することが難しかった。そのため、研究課題に関する理論的な考察を優先して進め、多孔化メカニズムをより正しく記述できるようになった。今年度に実施が遅れている実験に関しては、来年度に集中して行なう予定である。本研究の構想は、申請者が開発した『急速凍結ナノ結晶化法』を基盤技術とした展開研究を行なうことである。この手法は、汎用高分子の溶液を急冷して低温で溶媒分子を結晶化させるだけでメソ細孔を試料全体に形成できる。使用する溶媒種や結晶化温度を最適化することで、最大320 m2/gの比表面積、最大1.73 cm3/gの細孔容量、最小9 nmの細孔を実現している。この手法を複合組成の高分子系に応用することで、組成分布を制御したメソ多孔体を作製することが本研究の主題である。

さらに、相溶性や結晶化などの多様な因子を組み合わせた階層的相分離プロセスを開発し、相分離の普遍性と多様性に関する基礎科学を深化させることを目指している。前年度までにナノ粒子を添加した高分子溶液にナノ結晶化法を適用し、有機・無機ハイブリッドのメソ多孔体を作製してきた。高速撹拌分散装置の強力なせん断力で高分子溶液中にナノ粒子を均一に分散させた。メソ多孔体の細孔構造を電子顕微鏡で観察し、細孔径をガス吸着法で定量的に評価した。その結果、ナノファイバー状の高分子ネットワークにナノ粒子が担持されたメソ多孔性ハイブリッドが形成できることを明らかにした。本年度は、高分子メソ多孔体の課題の一つである耐熱性の向上に着目した。汎用高分子のメソ多孔体を100°C以上の高温に加熱するとメソ細孔が消失する。非晶性高分子はガラス転移温度以上の高温で流動性が現れメソ細孔を維持できなくなる。そこで、ガラス転移温度の高いエンジニアリングプラスチックを用いることでメソ細孔の耐熱性を高めることができると考えた。ガラス転移温度が225°Cのポリエーテルスルホンでメソ多孔体を作製し、ガス吸着法でメソ細孔の安定性を評価した。その結果、メソ多孔体は150°Cの高温でも600時間以上メソ細孔を保持することが明らかになり、耐熱性向上の設計指針を示すことができた。これまでの高分子メソ多孔体の研究は細孔径や細孔形状の制御が主題であり、細孔骨格の材料設計は検討されていなかった。そこで、多成分の高分子複合系を骨格とするメソ多孔体を作製することを本研究の目的とした。シリカナノ粒子やカーボンブラックを均一に分散した高分子溶液を調製し、独自に開発してきた急速凍結ナノ結晶化法を用いてメソ多孔体を作製した。得られたメソ多孔質ハイブリッド材料は、高分子のナノファイバー状ネットワーク中にナノ粒子が均一に担持された独自のナノ構造を持つ。大きなメソ細孔容量(0.5 cm3/g以上)と大きな比表面積(200 m2/g以上)を兼ね備えたメソ多孔構造が実現できた。初年度の研究実施計画は、(1)適切な良溶媒と撹拌分散法の選定を進め、フィラーを均一に溶解・分散した高分子複合組成溶液の調製条件を整理すること、(2)この溶液に対して急速凍結ナノ結晶化相分離法を用い、ナノ多孔体の作製を行なうこと、(3)ナノ多孔体の物性解析には走査型電子顕微鏡・窒素ガス吸着法・示差走査熱量計を用い、ナノ細孔の細孔径評価と空間的な組成分布評価を実施することの3点であった。高分子・フィラー混合溶液の調製、混合溶液を用いたナノ多孔体の作製、ナノ多孔体の電子顕微鏡観察および窒素ガス吸着法による比表面積・細孔分布評価を行なった。時間の制約により、示差走査熱量計によるガラス転移温度の評価は未実施である。水浄化用途の吸着材としては、適度な親水性の高分子表面を形成することが望ましい。これまでのメソ多孔体は疎水性高分子を原料として作製していたため、親水性が低いことが課題の一つであった。親水化処理が可能なブロックコポリマーを添加した高分子混合系を用いてメソ多孔化を検討することで、親水性の高いメソ多孔体を作製する。高分子メソ多孔体のもう一つの課題として、耐熱性の向上が挙げられる。ガラス転移温度近傍の高温になると、メソ細孔が消失する傾向が見られる。そこでナノ粒子などの無機フィラーを添加したハイブリッドメソ多孔体を作製することで、耐熱性の向上が可能かどうかの検討を行なう予定である。
人工多能性幹細胞 (iPS細胞) 由来網膜色素上皮細胞の免疫原性解析

サルiPS-RPEを他家移植(MHC一致vs不一致)で網膜下に移植した。RPE他家移植in vivoモデルでは、免疫系の細胞がMHCの型が合わないRPEを認識、逆に合うRPEは認識せずに拒絶が見られずにグラフトは生着していた。In vitroの試験ではヒト末梢血細胞を用いてHLAホモiPS-RPE細胞と共培養し、末梢血単核球の活性化を見た。In vivoの結果と同様にHLAが合うPBMCやT細胞はHLAホモiPS-RPE細胞に対してその反応が弱かった、一方、HLAが合わないRPE細胞は逆に活性化が見られていた。これらの結果はStem Cell Reportsで2報同時に掲載された。本年度は、昨年度に引き続きヒトiPS細胞由来網膜色素上皮細胞(RPE)を分化・誘導した。そのiPS細胞由来RPEのT細胞、B細胞、樹状細胞、単球、NK細胞ら免疫炎症細胞の免疫調節作用を解析した。ヒトiPS細胞由来RPEのこれらの細胞抑制試験、サイトカイン産生能を検討したところいずれの細胞に対しても強い抑制を示した。T細胞に関してはRPEの産生するTGFbを介して抑制を行っていた。また、iPS-RPEのMHC-class I、class II、および副刺激分子の発現変化をflow cytometryで検討したところMHC-class Iの構成的な発現、class IIの無発現、副刺激分子はB7-H1、B7-H3の発現が見られていた。MHC-class IIはIFN-gamma存在下で発現が見られていた。次に我々は、ヒトのiPS-RPE分化誘導方法に類似して、カニクイザルのiPS細胞からRPEを樹立した(MHCホモライン)。RPEのMHC発現はflow cytometry及び遺伝子多型アリル解析で確認した。また、サルiPS-RPEを他家移植(MHC一致vs不一致)で網膜下に移植して、術後1、2、4、8週、3ヶ月、6ヶ月で眼底写真、蛍光眼底撮影(FA)、網膜断層検査(OCT)で拒絶の有無を評価した。その結果、サルiPS細胞から分化誘導したRPEは、RPE特異的マーカーを発現、また、視細胞外節貪食能を示した。このRPEはMHC class Iの構成的な発現、また、IFN-gamma存在下でのMHC class IIの発現が見られた。サルのin vivo他家移植モデルでは、MHC不一致の組み合わせではFAでのリーク、OCTでの黄斑浮腫、網膜剥離、網膜の非薄化など拒絶を示唆する所見が見られた。一方、MHCアリルサル(MHC一致)への移植では炎症の所見はなく網膜はintactであった。これらの結果、サルのRPE他家移植モデルでは、免疫系の細胞がMHCの型が合わないRPEを認識、逆に、合うRPEを認識しない可能性が示唆された。以上より、iPSバンクのHLAホモRPEラインを他家移植で使用できる可能性があると思われた。本年度はヒトiPS細胞由来網膜色素上皮細胞(human iPS-RPE)、マウスiPS細胞由来RPE (mouse iPS-RPE)、およびサルiPS細胞由来RPE (monkey iPS-RPE)を分化・誘導した。我々はhuman iPS-RPEのT細胞などの免疫炎症細胞の免疫調節作用を解析し、報告したが(Sugita S et al, Invest Ophthalmol Vis Sci. 2015)、同様の方法を用いて、mouse iPS-RPEおよびmonkey iPS-RPEの免疫抑制能も解析した。いずれのRPE細胞もT細胞、B細胞らの強い抑制を示した(論文投稿中)。我々は、MHCホモラインのmonkey iPS-RPEを樹立した。カニクイザルiPS-RPEのMHC発現やtypingはflow cytometry及び遺伝子多型アリル解析で確認した。また、そのiPS-RPEを他家移植(MHC一致vs不一致)で網膜下に移植して、術後1、2、4、8週、3ヶ月、6ヶ月で眼底写真、蛍光眼底撮影(FA)、網膜断層検査(OCT)で拒絶の有無を評価した。その結果、MHC不一致の組み合わせではFAでのリーク、OCTでの黄斑浮腫、網膜剥離、網膜の非薄化など拒絶を示唆する所見が見られた。の網膜病理切片を用いて抗原提示細胞やT細胞の浸潤などを免疫染色にて検討したところ、MHCホモのサルiPS-RPE細胞のMHCが合う他家移植では、上記炎症細胞の網膜内浸潤、グラフト内やその周辺の浸潤がみられなかった(炎症の所見はなくグラフトはきれいに生着)。一方、普通のコントロールサルiPS-RPE細胞のMHCが合わない他家移植では、グラフト内やその周辺、また、網膜内に激しい炎症の所見がありグラフトは生着していなかった(論文投稿中)。In vivoのサルを用いた試験では上記したように、MHCが合うMHCヘテロサルのiPS-RPE他家移植では、MHCホモのサルiPS-RPE細胞が拒絶反応を起こさずに生着していた。