hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
核膜に存在するATP感受性K^+チャネルの分子同定とその機能的役割に関する研究

本研究は心筋細胞の核膜におけるATP感受性K^+(K_<ATP>)チャネルの存在の有無を検討し、その構成分子および機能的役割を明らかにするために行われた。心筋細胞の核膜表面上にglibenclamide-BODIPY-FLでの染色が観察され、glibenclamideの結合分子が存在することが示唆された。しかしながら、核膜から複数のイオンチャネルの活動が観察されたものの、そのチャネル活動の多くはsulfonylurea薬であるglibenclamideやtolbutamideで明らかな抑制作用は見られなかった。また、単一チャネル活動が観察されなかったパッチに対して、K^+チャネル開口薬であるpinacidilを与えても、チャネル活動を惹起することは出来なかった。これらより、心筋細胞の核膜にK_<ATP>チャネルが存在しても、その密度はかなり低いことが示唆された。核包内Ca^<2+>シグナルを測定し、glibenclamideやtolbutamideによる影響を観察してみたが、明らかな変化は認められなかった。核膜にイオンチャネルが存在し、電気的活動を示していることが明らかとなったが、それらをK_<ATP>チャネルと結論づけることは不可能であり、核包内Ca_<2+>シグナル測定実験の結果からも、核膜にK_<ATP>チャネルが存在しても、その役割は大きなものでないことが示唆された。ATP感受性K^+(K_<ATP>)チャネルは内向き整流K^+チャネルファミリーのKir6.xとスルホニル尿素受容体(SUR)が複合体を形成して機能する事が示されており、Kir6.1とKir6.2はそれぞれ血管平滑筋細胞および心筋細胞の細胞膜表面に存在するK_<ATP>チャネルのポア成分として、重要な役割を果たす事を示してきた。最近、細胞膜やミトコンドリア内膜ばかりでなく、核膜にもK_<ATP>チャネルが存在する事が示唆されているが、その構成分子は不明であり、その機能的役割も十分明らかとなっていない。本研究ではマウスより単離した心筋細胞の核を用い、それのK_<ATP>チャネルの構成分子および機能的役割を明らかにしようとした。野生型マウスの心室筋をホモジェネートし、遠心分離で核分画を抽出して核の単離を行い、細胞質類似液に浮遊させた。核膜上にK_<ATP>チャネルが存在する事を光学的に確認するため、核膜をglibenclamide-BODIPY-FLでラベルすると核膜上に染色が認められる事が蛍光顕微鏡を用い確認出来た。しかし、単離した核膜よりパッチクランプ法で単一チャネル電流の記録を試みたがいくつかの種類のイオンチャネル活動が観察されたものの、スルホニル尿素薬やK^+チャネル開口薬に反応するK_<ATP>チャネル活動は観察されなかった。次に、東海大学医学部石田英之博士との共同研究として、単離した心筋細胞核において、Fluo-3/AMを用い共焦点顕微鏡によって核胞内のCa^<2+>シグナルを測定した。しかしながら、スルホニル尿素薬に反応する核胞内Ca^<2+>シグナルの一過性の減少反応は認められなかった。これらより、心筋細胞核膜にはK_<ATP>チャネルは存在するが、その密度は低いものであり、現在の実験状況下ではその機能を検知できないレベルである事が示唆された。今後、異なった組織や抗体を用い核膜K_<ATP>チャネルの解析を続ける予定である。ATP感受性K+(K_ATP)チャネルはKir6.xの4量体からなるポア成分にスルホニル尿素受容体(SUR)が附属蛋白として結合して機能することが明らかとなっている。各種臓器の細胞膜に存在するK_ATPチャネルの構成分子は,ノックアウトマウスを用いた機能的研究によって明らかにされてきた。虚血プレコンディショニングと呼ばれる内因性虚血心筋保護機構の成立には心筋細胞膜のK_ATPチャネルの活性化ばかりでなく,ミトコンドリア内膜に存在するとされるK_ATPチャネルの活性化が重要とされるが,その分子実体は確定していない。

最近,細胞膜やミトコンドリア内膜ばかりでなく,核膜にもK_ATPチャネルが存在することを示唆する報告がなされているので,本研究はその構成分子や機能的役割を明らかにしようとした。市販のKir6.1およびKir6.2に対する抗体を購入し,心筋組織の免疫電顕によってその局在を明らかにしようと試みたが,その非特異的な結合が多く,これらのポア成分の細胞内の局在が明らかとならなかった。また,熊本大学薬学部中山教授らが独自に作成したKir6.1およびKir6.2に対する抗体を入手し,単離心筋細胞に対して染色を試みたが,やはり細胞におけるこれらの蛋白の局在を明らかにすることは出来なかった。心筋細胞の核膜のイオンチャネル活動記録においては単一チャネル電流記録が可能であったが,大部分のものはスルホニル尿素薬に反応しなかったこと,また,核包内のCa^<2+>シグナルを測定し,スルホニル尿素薬の反応を検討した実験において明らかな変化が認められなかったことから,核膜へのglibenclamide-BODIPY-FL結合の陽性所見から明らかになったように,心筋細胞の核膜にK_ATPチャネルが存在することは完全に否定できないが,核包内Ca^<2+>シグナルには大きな影響を与えないことが示唆された。
睡眠・覚醒リズム障害におけるヒト時計遺伝子Clockの解析

[目的]Clock遺伝子は哺乳動物から初めて単離された生体時計遺伝子であり、CLOCK蛋白がBMAL1蛋白と2量体を形成し、period遺伝子などのE-box配列を介してその転写を促進することが、生体時計機構のフィードバックループ形成に必要不可欠であることが判明している。また、その変異によりマウス・ショウジョウバエの概日リズムが変化・消失する事が示されており、ヒトのClock遺伝子の場合も変異があれば、概日リズム障害の一因となっている可能性がある。そこで我々は、睡眠相後退症候群,非24時間睡眠覚醒症候群などを対象にClock遺伝子の変異の有無をスクリーニングした。[方法]77名の概日リズム障害患者(睡眠相後退症候群48名,非24時間睡眠覚醒症候群29名)及び99名の正常被験者より静脈血を採取し、ゲノムDNAを抽出し、変異解析に用いた.解析開始当時、ヒトClock遺伝子のゲノム構造は発表されていなかったので、イントロン部分をエクソン間でのlong-PCR法で増幅し、その産物をsequenceしてcDNA配列と比較することにより決定した。ゲノム構造を元にプライマーを作成し、PCR-SSCP法を用いて、Clock遺伝子の全翻訳領域を含む20個のエクソンを対象に変異を検索した。変異が認められる場合,PCR産物のdirect sequenceにより変異の位置を決定した。この研究は参加各施設の倫理委員会から承認されており、各被験者には研究内容をよく説明し、文書による同意を得ている。[結果及び考察]エクソンから2個、3'-非翻訳領域から1個の多型を検出した。エクソン領域の多型の一つはアミノ酸配列の置換を伴っていた。3'-非翻訳領域の多型はKatzenbergらにより、朝型・夜型の睡眠覚醒パターンと相関があると報告された多型だった(Sleep,1998;569-576)。これらの多型について全被験者での分布を調べた(投稿準備中)。この研究開始当初はヒト時計遺伝子であるClock遺伝子のゲノム構造は公表されていなかったので,初めにゲノム構造の解析を行った.つまり,既に報告されているClock遺伝子のcDNAの核酸配列から,タンパク質をコードしていないexon1を除くexon2-21の配列を基にそれぞれプライマ-を作成し,TaKaRa LA PCR Kitを使ってイントロン部分を含むゲノムDNAを増幅した.PCR(polymerase chain reaction)産物をプラスミドベクターpCRIIにサブクローニングするか,またはPCR産物を用いたdirect sequencingによって,Clock遺伝子の各エクソンの両側のイントロン部分の塩基配列を明らかにした.次にその配列を基に,全エクソンを増幅できるようにPCRプライマ-を設計した.PCR産物の長さは200-300 base pairsになるようにした.睡眠相後退症候群,非24時間睡眠覚醒症候群,周期性傾眠症など合計で40例のリズム障害患者のゲノムDNAを鋳型として,上記のプライマ-を用いてPCRを施行し,SSCP(single-stranded conformation polymorphism)法により塩基配列の変異の有無を探った.その結果患者40例中exon18で19例,exon17で1例,exon21で7例通常と異なる移動度のバンドを検出した.これらの異常なバンドは塩基配列の変異の存在を示唆する所見であり,現在塩基配列を解析し,正常ボランティア中での頻度と比較中である.[目的]Clock遺伝子は哺乳動物から初めて単離された生体時計遺伝子であり、CLOCK蛋白がBMAL1蛋白と2量体を形成し、period遺伝子などのE-box配列を介してその転写を促進することが、生体時計機構のフィードバックループ形成に必要不可欠であることが判明している。
都市域急流河川における床止の最適設計数値システムの開発

多次元特性帯理論では特性波の方向選択に任意性があるが、数値解析の視点から制約を加えて2つのモデルを提案した.1つは、物理性の強い平面波モデルである.川幅変化の流れに適用し、理論予測の臨界流況を良好にシミュレートした.もう1つは、平面波モデルに比べて著しく取扱いが簡単な流線型モデルである.このモデルは、河床変動計算など、少なくとも1方程式以上が新たに加わる場合に実用的である.平面波モデルでは著しく複雑になるためである.これを自由水面に適用して自由水面流の計算法を開発した.まず、一般座標系を使ったALE型偏微分方程式を展開し、結局、移動型局所カーテシアン座標系で表せれることを示した.これにより、特性方程式の誘導が容易になった.また、運動学的条件の陽的使用の欠点を明らかにして、新たに水面方程式を誘導し、これに基づく計算法を開発した.一次元のFDS計算では浅水流に対して、1)流れの計算法、2)河床変動計算法、を提案した.1)については、VKI型に基づいて原始変数型を開発し、また、良好なエントロピー条件対策を示した.2)については、膨張衝撃波が消滅することを発見した.流れのみの計算では、特性波の1つがF=1の限界フルード数で0伝播速度を横切るため跳水や支配断面の問題が生じた.しかし、流砂があるとこの特性波は、Fによらず下流のみに伝播する波動と上流のみに伝播する波動に分割されて、0伝播速度が消滅して支配断面問題が除去された.重要な発見である.ところでこの計算法は、厳密には三次方程式を解かなければならないから扱いがやや厄介である.しかし、遷移点付近を除くと従来の計算法でも充分に適切な解が得られることがわかった.この点も実用上重要な指摘である.多次元特性帯理論では特性波の方向選択に任意性があるが、数値解析の視点から制約を加えて2つのモデルを提案した.1つは、物理性の強い平面波モデルである.川幅変化の流れに適用し、理論予測の臨界流況を良好にシミュレートした.もう1つは、平面波モデルに比べて著しく取扱いが簡単な流線型モデルである.このモデルは、河床変動計算など、少なくとも1方程式以上が新たに加わる場合に実用的である.平面波モデルでは著しく複雑になるためである.これを自由水面に適用して自由水面流の計算法を開発した.まず、一般座標系を使ったALE型偏微分方程式を展開し、結局、移動型局所カーテシアン座標系で表せれることを示した.これにより、特性方程式の誘導が容易になった.また、運動学的条件の陽的使用の欠点を明らかにして、新たに水面方程式を誘導し、これに基づく計算法を開発した.一次元のFDS計算では浅水流に対して、1)流れの計算法、2)河床変動計算法、を提案した.1)については、VKI型に基づいて原始変数型を開発し、また、良好なエントロピー条件対策を示した.2)については、膨張衝撃波が消滅することを発見した.流れのみの計算では、特性波の1つがF=1の限界フルード数で0伝播速度を横切るため跳水や支配断面の問題が生じた.しかし、流砂があるとこの特性波は、Fによらず下流のみに伝播する波動と上流のみに伝播する波動に分割されて、0伝播速度が消滅して支配断面問題が除去された.重要な発見である.ところでこの計算法は、厳密には三次方程式を解かなければならないから扱いがやや厄介である.しかし、遷移点付近を除くと従来の計算法でも充分に適切な解が得られることがわかった.この点も実用上重要な指摘である.1.二次元の双曲系に特性帯理論を使うと偏微分方程式が常微分方程式になり、数値解析には大変都合がよい.しかし、多次元流の数値解法に多次元の特性帯理論を使うのは二次元問題ほど簡単ではない.多次元では一般に常微分方程式にはならないからである.また、特性波の選択には任意性があって、より適切な選択法について多くの議論がなされてきたが、まだ、コンセンサスがない.本研究では選択法について出きる限り簡略な表現を目指した結果、特性波の物理的性質を最大限に活かした合理的な選択法が得られた.この結果を2DHについて細かく吟味し、物理的な性質から本質的に常微分方程式とはできないことを示した.さらに、2VD,3Dにおけるこの特性波構造との類似性を検討し、共通する構造を持つ合理的な組み合わせを得た.この選択が優れた特性を持つことを数値的に実証した.2.多次元問題を次元別に特性帯理論を使う次元分割法は、やや厳密さに欠けるが上記の意味での曖昧さがなく、また、取扱いが簡単なため実際的である.これを二次元浅水流に適用し、更に、河床変動計算へ適用してみた.実測値との比較すると、細部に違いが見られた.しかし、大局的に再現性は良好で、取扱いは簡単でしかも安定であり、実際的な方法であることがわかった.3.1D問題については、流れの計算法、河床変動の計算法は終了した.現在、2層流への適用を図っており、基礎方程式の書き換えが終了した.1.多次元特性帯理論では特性波の方向選択に任意性がある.前年度はこれに対して物理的な視点から制約を加えて平面波モデルを提案した.しかし、河床変動計算への適用を試みると、特性方程式は相当煩雑なものになることがわかった.そこで、最終選択枝のうち流線型モデルを展開してみた.

このモデルは、物理性はやや低下すると思われるが数学的な形式がすっきりしていて平面波モデルに比べて著しく簡略化されるしかし、計算結果は予想以上に良好であった.現在、これをALE型偏微分方程式に適用して自由水面計算法の開発を行っている.この計算では自由水面の評価法が最大の課題となるが、流線型モデルはこれに適しており、良い結果が得られつつある.2.一次元計算では、前年度の流れ計算から河床変動計算に向かい、膨張衝撃波が消滅することを発見した.通常、常流→射流遷移問題は、物理的、数学的な側面を取り込むが、これはあくまでも便法である.本研究はこの問題について、本質的な解消につながる可能性がある重要なものと考える.特性速度=0となる点の消滅がpointと考えられる.現在、この消滅機構を探索中である.この計算法は、厳密には三次方程式を解かなければならないが、遷移点付近を除くと従来の計算法でも充分に適切な解が得られることがわかった点が実用上重要な点である.多次元特性帯理論では特性波の方向選択に任意性がある.9年度はこれに対して物理的な視点から制約を加えて平面波モデルを提案した.10年度は、河床変動解析に対して、平面波モデルに比べて著しく簡略化される流線型モデルを展開した.今年度は、これを自由水面に適用して自由水面流の計算法を開発した.まず一般座標系を使ったALE型偏微分方程式を展開したが、結局、移動型局所カーテシアン座標系で表せれることを見いだし、簡単に特性方程式を誘導することができた.また、運動学的条件の陽的使用の欠点を明らかにして、新たに水面方程式を誘導し、これに基づく計算法を開発した.一次元のFDS計算では、河床変動計算への応用を目指して、膨脹衝撃波が消滅することを発見し、特性速度=0となる点の消滅がpointと考えられた.今年度は、この消滅機構を探索し、以下の結果を得た.特性波の1つは、F=1で0伝播速度を横切る.このため、跳木や支配断面の問題が生ずる.ところが流砂があると、この特性波はFによらず、下流のみに伝播する波動と、上流のみに伝播する波動に分割される.このため0伝播速度が消滅して、支配断面問題が消滅した.この計算法は、厳密には三次方程式を解かなければならないが、遷移点付近を除くと従来の計算法でも充分に適切な解が得られることがわかった点が実用上重要な点である.
関数解析とその応用

本研究の主な目的は、関数解析的手法の各研究分野への応用により多角的な研究を行うことにある。主な研究成果として次のようなものが挙げられる。非線形偏微分方程式の研究は特に関数解析的手法が不可欠な分野であるが、[1]は流体力学と気体分子運動論に現れる諸方程式間の構造的関連に関する研究で、平均自由行程が0に収束するとき、ボルツマン方程式の解が圧縮性オイラ-方程式の解に収束すること、およびマッハ数が0に収束するとき、圧縮性オイラ-方程式の解が非圧縮性オイラ-方程式の解に収束すること、さらに流速/光速が0に収束するときウラゾフ-マックスウェル方程式の解はウラゾフ-ポアッソン方程式の解に収束することを示した。群の表現論の研究においては、[2]ではorthosymplecticなリ-超代数のユニタリ表現を得た。[3]では、その最高ウエイト表現の構造を調べ、リ-群の離散系列表現に類似の興味ある表現を見出した。[4]では、特殊な場合にその超双対の分解を具体的に実行している。[5]では、su(p,q/n)のすべてのユニタリ表現を分類し、Fock空間上にユニタリ表現を具体的に構成した。[6]では半単純リ-群の任意の表現を主系列表現へ埋め込む写像を旗多様体上の軌道構造によって記述し、また古典型単純リ-群の場合に旗多様体上の軌道構造の記号表示を表えた。旗多様体上の群の軌道の構造については国際数学者会議(ICM90)において総合報告[7]を行った。これらの研究はいうまでもなく現在も継続発展中で、他分野との関連も重要な課題であり、今後の成果が期待できる。本年度における主な研究成果として次のようなものが挙げられる。非線形偏微分方程式の研究は特に関数解析的手法が不可欠な分野であるが、[1]は流体力学と気体分子運動論に現れる諸方程式間の構造的関連に関する研究で、平均自由行程が0に収束するとき、ボルツマン方程式の解が圧縮性オイラ-方程式の解に収束すること、およびマッハ数が0に収束するとき、圧縮性オイラ-方程式の解が非圧縮性オイラ-方程式の解に収束すること、さらに流速/光速が0に収束するとき、ウラゾフーマックスウェル方程式の解はウラゾフ-ポアッソン方程式の解に収束すること、を示した。次に群の表現論の研究においては、[2]ではorthosymplecticなリ-超代数のユニタリ表現を得、[3]ではその細部構造を精査することにより、多くのユニタリ表現を得た。さらに[4]では、その最高ウェイト表現の構造を調べ、リ-群の離散系列表現に類似の興味ある表現を見出した。[5]では、特殊な場合にその超双対の分解を具体的に実行している。[6]では、半単純リ-群の任意の表現を主系列表現へ埋め込む写像を旗多様体上の軌道構造によって記述し、また古典型単純リ-群の場合に旗多様体上の軌道構造の記号表示を与えた。旗多様体上の群の軌道の構造については国際数学者会議(ICM90)において総合報告を行った。

非線形偏微分方程式の研究は特に関数解析的手法が不可欠な分野であるが、[1]は流体力学と気体分子運動論に現れる諸方程式間の構造的関連に関する研究で、平均自由行程が0に収束するとき、ボルツマン方程式の解が圧縮性オイラ-方程式の解に収束すること、およびマッハ数が0に収束するとき、圧縮性オイラ-方程式の解が非圧縮性オイラ-方程式の解に収束すること、さらに流速/光速が0に収束するときウラゾフ-マックスウェル方程式の解はウラゾフ-ポアッソン方程式の解に収束することを示した。群の表現論の研究においては、[2]ではorthosymplecticなリ-超代数のユニタリ表現を得た。[3]では、その最高ウェイト表現の構造を調べ、リ-群の離散系列表現に類似の興味ある表現を見出した。[4]では、特殊な場合にその超双対の分解を具体的に実行している。[5]では、su(p,q/n)のすべてのユニタリ表現を分類し、Fock空間上にユニタリ表現を具体的に構成した。[6]では半単純リ-群の任意の表現を主系列表現へ埋め込む写像を旗多様体上の軌道構造によって記述し、また古典型単純リ-群の場合に旗多様体上の軌道構造の記号表示を与えた。旗多様体上の群の軌道の構造については国際数学者会議(ICM90)において総合報告[7]を行った。
X線低感受性腫瘍に対する中性子捕捉療法の基礎研究

1.BSH 5g+BPA 250mg/kgと熱外中性子によるGB/AAのBNCTでは、>80%の例で体積が>50%縮小し、CR例も得られた。腫瘍縮小効果の発現は全例で<1週間であった。再発は殆どGTV最深部から生じ制御には>45Gy-Eqが必要と判明した。そこで、線量の増加と腫瘍,選択性が高めるためBSHとBPA大量700mg/kgを併用するBNCTを実施中である。2.治療後再発頭頸部癌にBNCTによる再治療を試み、全症例で顕著な腫瘍退宿が得られた。特に耳下腺癌全例(5例)でCRまたはそれに近い効果を得た。近接皮膚を含む正常組織には殆ど反応を惹起しなかった。BNCTの腫瘍細胞選択的照射の特性が明瞭に示された。腫瘍硼素濃度の上昇を狙って動注投与の試験を開始した。3.X線照射やBPA-BNCTを受けた腫瘍ではBSHの腫瘍濃度が50%程度高くなることが分った。ラット肝腫瘍モデルでBSH+リピオドールの混液を肝動注すると、塞栓効果で>200ppmの腫瘍硼素濃度と>20の腫瘍:正常肝硼素濃度比が得られた。正常肝線量<50%耐容量、腫瘍線量>30Gy-Eqが可能なので、多発性肝癌患者(1例)にBNCTを実施した。4,肝BNCTで硼素濃度モニター用にγテレスコープを開発し応用した。5.アスコルビン酸は高LET放射線である中性子やBNCRのα粒子によるHPRT遺伝子の突然変異誘発を効果的に抑制することが分った。BNCTの適応を広げる目的で次の計画で研究を進めた。1)熱外中性子照射時の水ファントム中の硼素線量分布の改善法を考案する。2)BPA、BSHに優る新規硼素化合物を開発する。3)BNCT誘発突然変異に及ぼす硼素化合物の種類の影響を研究する。4)BNCTが腫瘍内の休止期細胞(Q細胞)の感受性に及ぼす影響を研究する。これらに対し以下の結果を得た。(1)12cm直径の熱外中性子照射野の中央を6cm直径のLiF円板で遮蔽すると深部方向の中性子分布と中心軸から辺縁に向かっての不均一性が大幅に改善された。臨床に則して考えると、6cm深部の硼素線量を1.71倍に増加させ得た。このアイデアを組み込んだ悪性神経膠腫に対する非開頭BNCTの試験治療をH13年度から開始する予定である。(2)BPAの誘導体BPA-olのBNCT効果はBPA-ol>>硼酸=BPA>BSHの順であった。BPA-olのみが培養細胞、固形腫瘍いずれにおいても温熱処置(42.7°C-60分)によって効果が更に大きく増強された。温熱感受性のリポソームにBPA-olを封入し、投与後に腫瘍に温熱処理を施しBPA-olを放出させると、推定で50-100倍の生物線量が腫瘍に照射されることになる。(3)BSHでは細胞との照射前の接触時間が延びると突然変異の頻度が若干上昇した。一方、BPAでは逆に突然変異頻度が明らかに低下した。今回見つかった現象の理由は不明だが大変興味深く、BPAの持つ作用の多面性を伺わせる。今後、理由を究明していく予定である。(4)放射線を2回に分割して腫瘍に照射した場合、熱中性子単独では時間間隔を変えても全細胞群、Q細胞群ともに変化がなかった。しかし、BPA-BNCTでは時間が経つに連れて、両者の感受性は接近した。BSH-BNCTは両者の中間であった。BPAの腫瘍細胞への分布が不均一な故に生じる現象である。耳下腺癌および副鼻腔骨肉腫の標準治療後の再発を対象に熱外中性子によるBNCT(BSHとBPAの併用)を試みた。腫瘍直径は10cm以上、腫瘍への浸潤による顔面皮膚に潰瘍を伴う。18F-BPA-PETでBPAの集積度を把握し熱外中性子を照射した。再照射の故、皮膚線量5Gy-Eq、腫瘍線量は耳下腺癌で23Gy-Eq、骨肉腫で30Gy-Eqとした。耳下腺癌は約1ヶ月後に2度目のBNCTを施行。腫瘍体積の減少、皮膚表面潰瘍が縮小した。腫瘍体積の減少は現在も続く。耳下腺癌例で脱毛と口腔粘膜の反応を見た。PEG結合Liposomeでは、血中濃度を高濃度に維持でき、サイズが100nmレベルの時、腫瘍選択的な集積が達成できる。我々の腫瘍では血液と腫瘍の硼素濃度は等しかったが、正常組織の濃度との間には40倍以上の差があった。自由状態のBSHと、BSH封入Liposomeの中性子照射による殺細胞効率を比較すると、BSH封入Liposomeの場合は効率が約1/3で、この値は高濃度BSHを封入Liposomeでも低濃度BSHを封入Liposomeでも差がなかった。BNCTの殺細胞効果に対するWortmannin(20μM)の効果を検討した。中性子照射(γ線寄与60%)単独では増感率2.2-2.4、硼素濃度25ppmでは増感効果は完全に消失した。HPRT

遺伝子変異で調べた中性子線やBNCTの突然変異誘発は、Wortmamminの併用で顕著に抑制された。BPAをアルコール化したBPA-olのBNCTにおける殺細胞効率は増殖期(P)細胞>休止期(Q)細胞であった。低温度(40°C)の温熱処理(30分)を併用するとP、Q細胞に対する殺細胞効率の差が縮小した。同様の現象は低酸素細胞に対する特異的なToxinであるTPZを併用した場合にも認められた。さらに低温度の温熱処理とTPZを併用することによってこの殺細胞効率の差は更に縮小した。標準治療後再発の耳下腺癌と放射線治療適応外の高度局所進行歯肉癌の症例に、BSHとBPAの併用による硼素中性子捕捉療法(BNCT)を施行した。腫瘍の劇的な退縮と疼痛の即効的消失を得る一方、近接皮膚を含む正常組織には殆ど放射線による反応を惹起しなかった。BNCTの持つ腫瘍細胞選択的照射の特性が極めて明確に実証された。ラットの肝臓に実験乳癌細胞を開腹下に移植して転移性肝腫瘍モデルを作成し、BSHと油性ヨード造影剤であるリピオドールの混和液を肝動脈からの注入によって投与すると、リピオドールの塞栓効果により200ppm以上の腫瘍部ホウ素濃度と20以上の腫瘍:正常肝ホウ素濃度比が得られた。このデータに基づいて、KURの熱外中性子ビームを使った場合の治療可能深度を検討すると、深さ9cmの腫瘍まで肝細胞に有害事象(放射線肝臓炎)を惹起することなく治癒線量を照射できることが明らかになった。BNCTの適応拡大に向けた貴重な研究成果と考えられる。ホウ素化合物や細胞内ホウ素濃度の違いがBNCTの際、HPRT遺伝子の突然変異に如何に影響するかを調べると、ホウ素化合物種に関係なく細胞内のホウ素濃度が上昇する程、突然変異の頻度が低下することが明らかになった。このデータによって殺細胞効果を上げるため細胞集積性のよいホウ素化合物を求める研究方向が正当化された。BPAのP+Q細胞:Q細胞集積比はp53変異型腫瘍の方が野生型腫瘍よりも小さいことが分った。これはBNCT効果の均一性の観点からはp53 statusの変異頻度の高い悪性腫瘍程、BNCTが有用である事を意味している。BSHとBPAを同時併用し、熱外中性子ビームを用いた試験的BNCTをGBおよびAAの計20例に計26回実施した。80%以上の例で体積が50%以上縮小し、CR例も得られた。効果は照射後48時間から1週間の間に出現した。線量分布と再発中心の解析から、GTV制御には>45Gy-Eqの線量投与が必要と判明した。前年度に著効を示した耳下腺癌の別症例では、BNCT翌日に灘痛が消失する著効が再び得られた。また、頭皮下から頸部に進展した繊維肉腫の症例に対してもBNCTを行った。線量評価には悪性神経膠腫の場合と同様に、F-BPA PETによって求めた腫瘍:正常組織の集積比を使った。一過性脱毛以上の皮膚反応や脳組織の壊死などの有害事象は現れなかった。リピオドール混合BSH溶液肝動注による肝腫瘍BNCTには非侵襲的硼素濃度推定法の開発が必要だが、BSHと挙動類似の高親水性Gd-DTPAの混合液を用いると、MRI上のシグナル強度の変化により濃度推定できることが明らかになった。全肝に散在する病巣にも熱外中性子束の3方向照射によって、正常肝線量を耐容量の50%以下に抑えつつ、腫瘍には悉く>30Gy-Eqを照射できることも明らかになった。X線照射あるいはBPA-BNCTを行うと、腫瘍組織内圧の低下により薬剤浸透性が改善しBSHによる腫瘍硼素濃度が50%程度増加することが分った。臨床試験での効果が期待される。高LET放射線である中性子やBNCRのα粒子によるHPRT
ゾル-ゲル転写システムを活用した機能性有機・無機複合物質群の創製

5年間の研究期間はゾル-ゲル分子転写のための機能性鋳型分子の選定と開発、ゾル-ゲル反応を実行することによる無機-有機複合材料の開発、作製した材料の物性評価、そして得られた物性評価データから材料開発へのフィードバックと、段階的に構成した。具体的には、機能性有機化合物を基体としたゾル-ゲル転写プロセスに適する鋳型子・集合体の開発を目的として、電気化学的・光化学的に興味深いポルフィリンやトリフェニレンなどの芳香族系分子を母核としてアミドやウレアユニットを水素結合部位とした一次元集積構造、ある種のジブロックコポリマーや膜形成化合物が表面・界面で形成する二次元周期構造、金属イオンを取り込むホスト骨格を有するゲル化剤の開発をおこなった。ゲル化剤分子の配列パターンの理解が、ゲル形成時に生成する三次元ネットワーク構造生成に重要な情報を与えるため、各種分光分析やX線を用いて得られる構造情報を手がかりに分子設計を進めた。カーボンナノチューブやフラーレンなどの炭素クラスター類も機能性鋳型分子として取り上げた。その後、上記の有機鋳型に対し、適切なゾル-ゲル反応の条件を探索した。表面選択的に適切な厚みで被覆するため、酸・塩基触媒の選択などの反応条件の選択により慎重に有機物と無機物界面の接合を行い、各次元の有機-無機複合体形成を達成する。これらの確認はTEM、SEM、SPMを用いて行った。DNAなどの生体材料をとりあげ、シリカ中への固定化にも挑戦し生体情報の化石化を実現した。本研究は、機能性有機集合体を有機・無機複合化に適するようにデザインし、ゾルゲル反応を適用することで新しい機能性有機・無機複合材料を開発することが目的である。計画初年度である本年度は、主に低分子ゲル化学を通した機能性有機鋳型の開発を行った。一部については、開発に成功した鋳型に対しゾル-ゲル反応を適用して有機・無機複合材料の構築にまで到達している。1.発達したπ系を有する芳香族化合物を基体とする低分子ゲル化剤の開発アミド基を有するポルフィリンゲル化剤を開発した。アミド基の置換位置により、ゲル繊維中でのポルフィリンの集積様式が一次元状、二次元状と大きくことなることをX線構造解析並びに粉末X線回折、IR、TEM、SEMなどにより明らかにした。さらにこのポルフィリンゲル化剤はC_<60>フラーレン包接能を有することが明らかとなり、ゲル中にC_<60>フラーレンが一次元状に配列した構造を与えた。さらに、多彩な構造を有する糖をポルフィリンに連結させた一連のゲル化剤を開発した。糖の構造多様性に基づき、多様な一次元ポルフィリン集積鋳型の作成を試み、一部はゾル-ゲル転写にも成功した。同様にトリフェニレンを母体とした水素結合性低分子ゲル化剤はゲル中において特殊な分子集積様式を生成することが特異的な光学特性からも明らかになった。また、ペリレンを基体としたゲル化剤が生成する繊維状πスタック集積体内が効率的なエネルギー移動系となることを発見した。来年度以降は、以上の集積体に対しゾル-ゲル反応を適用することで特異な光学・電気化学特性を有する有機・無機複合材料の開発を目指す。2.炭素クラスター類(C_<60>フラーレン・カーボンナノチューブ)を基体とした鋳型の開発炭素クラスター類は材料化学的な観点からも魅力ある素材であるが、その自己凝集性と分子表面の不活性な性質により有機・無機複合材料の作成は困難であった。我々は炭素クラスター類と相互作用し、かつゾル-ゲル反応の中間体であるシラノール類を強く吸着する両親媒性高分子を"のり"として炭素クラスター・高分子複合体を作成しここにゾル-ゲル反応を適用した。生成した構造においてTEM、SEM観察などから炭素クラスター類とシリカが接合している様子が明らかとなった。3.刺激応答性低分子ゲルの開発刺激応答性は材料に物性のスイッチング機能を付与する上で重要な性質である。

我々は鋳型となる有機ゲル化剤に対し、ホスト-ゲスト相互作用や可逆的な化学結合能を付与することで、外部刺激によるゾル-ゲル相転移のスイッチングに成功した。これらの知見を元として、今後は刺激応答性有機・無機複合材料の開発も進める。本研究は、新しい有機・無機複合化概念のもと、ゾル-ゲル反応を利用することで適切なデザインにより、新しい機能性有機・無機複合材料を開発することが目的である。昨年度は主に、複合化を行う種々の機能性有機分子の組織体を開発し、一部についてはゾル-ゲル反応の適用に成功した。本年度は、さらに高度な機能を有する有機集合体の構築とそのゾル-ゲル複合化による材料展開並びに生体分子のゾル-ゲル複合化も達成した。主な成果は以下の通りである。1.発達したπ系に由来する多彩な機能性を有するポルフィリンのJ会合性集積構造に対し、共有結合的に導入したトリアルコキシシリル基のゾル-ゲル反応によりその固定化に成功した。J会合性ポルフィリンは非線形光学材料として有望である、光学的に透明なシロキサンを用いることで安定な有機・無機複合材料を得ることに成功した。2.配位性低分子ゲル化剤を開発し、遷移金属との錯体形成を利用した酸化還元的可逆的ゾル-ゲル相転移並びにサーモクロミズム系を構築した。前年度開発した分子認識に伴うゾル-ゲル相転移系と併せて、今後刺激応答性有機・無機複合材料の開発に供する。3.生体情報を司るDNAはナノ材料としての情報素子や導電性材料の開発において注目されているが、材料展開には高度な安定性が必要であった。我々は、適切な脂質を用い、DNAをカチオン性に変換する技術を開発し、有機溶媒中でゾル-ゲル反応を施すことで、シリカゲルに内包されたDNAの創製に成功した。昨年度までに複合化を行う種々の機能性有機分子の組織体を開発し、一部についてはゾル-ゲル反応の適用に成功した。本年度は、さらに高度な機能を有する有機集合体の構築すべく新しい光学的・電気的特性を付与した有機組織体の開発をすすめた。1.ナノ光ファイバーの作成に向けて、蛍光性色素が一次元状に集積した有機組織体の周囲をゾル-ゲル反応により複合化した有機・無機複合体を作成した。2.8-キノリノール白金(II)錯体を基体とした低分子ゲル化剤を合成した。電子顕微鏡観察により、ゲル組織は幅数十ナノメートル、長さ数マイクロメートルを有する繊維状会合体であることが明らかとなった。ゲル形成に伴う錯体部位の会合に由来し、ゲル自体の色と発光色を劇的に変化させた。さらに、燐光の酸素消光が、溶液中に比べ効率よく抑制されていることが明らかとなった。3.オリゴチオフェンを基体とした低分子ゲルはその一次元的な分子集積によりオリゴチオフェン部位のコンフォメーションが固定され、有効共役長が伸びるために劇的な色調変化をもたらす。酸化還元活性を利用して化学的な酸化還元により可逆的に相転移を支配できることを明らかとした。4.豊富な電気的・光学的特性を有するポルフィリンを分子デザインし、反応性官能基を有する低分子ゲルを作成した。
未発見グザイハイパー核構造の解明

現在、ハイパー核物理分野では、「精密な構造研究から、不定性の大きなハイペロン(Y)ー核子(N)、ハイペロン(Y)ーハイペロン(Y)相互作用を決定する」という大きな研究目的の基に、実験・理論の強力な協力体制の下、ハイパー核物理研究は着実に発展している。報告者の研究目的は、J-PARCでの生成されるグザイハイパー核、ラムダハイパー核の構造研究を行うことである。これまでのハイパー核分野の実験、理論の両面からの研究により、AN相互作用について、スピン軌道力やスピン・スピンカの望ましい力の大きさが分かってきた。しかし、残されている課題として、荷電対称性の破れの相互作用である。この相互作用の研究は、長い間の懸案であり、早急に解決する課題の一つであったので、平成21年度は、この問題に取り組んだ。つまり、A=7ラムダハイパー核である、^7He_A、^7Li_A、^7Be_AをαANNの4体問題の観点から構造研究を行い、束縛状態としてのエネルギー準位を求めた。このエネルギー準位から、荷電対称性の破れに関わる相互作用が、これらのハイパー核から情報を得られることを指摘した。また、平成21年度に、KEK-E3737実験により、新しくヒダイベントと呼ばれる、ダブルラムダハイパー核が発見された。この核は^<11>Be_<AA>なのか^<12>Be_<AA>であるのか実験では決めることができず、早急に理論的観点からの解析が必要であった。そこで、報告者は、ααnAAの5体構造研究を行い、ヒダイベントは、^<11>Be_<AA>の基底状態の発見であることを指摘した。この研究につい、Physical Review Letterに投稿すべく、論文を執筆中である。現在、ハイパー核物理分野では、「精密な構造研究から、不定性の大きなハイペロン(T)一核子(N)、ハイペロン(Y)-ハイペロン(Y)相互作用を決定する」という大きな研究目的の基に、実験・理論の強力な協力体制の下、ハイパー核物理研究は着実に発展している。特に、2008年J-PARCプロジェクト稼動を視野に入れたハイパー核物理学の重要課題は、ΞN相互作用の決定のためのグザイハイパー核の構造研究である。申請者の研究目的は、申請者のこれまでの構造研究の経験を大いに生かし、未発見グザイハイパー核を精密3体・4体問題に基づいて構造研究を行うことによって、未知の部分の多い、ΞN相互作用の研究に貢献することである。そこで、平成20年度は、11^B+Ξハイパー核(12^Be_Ξ)をa十α十t十Ξの4体模型の基づき、また、A=710のグザイハイパー核をα+Ξ+N+X(=n,p,d,t,3^He,α)の4体模型に基づいて、エネルギー準位を予言する。この際に用いるΞN相互作用は、11^BあたりのΞの一体ポテンシャルの深さが14MeVという実験データを再現する2種類のポテンシャルを使用する。これらのグザイハイパー核の中で、理論的に束縛状態が存在する場合は、束縛するメカニズムや、ΞN相互作用のどの部分に対して知見が得られるかについて考察を行った。本研究業績は、Physical Review Cに掲載された。
回転と成層の影響を考慮した地球流体方程式の数学解析

大気や海洋などの大規模なスケールの流体のことを総称して地球流体と呼ぶ。地球流体は回転(地球の自転)と成層(温度や密度成層)の影響をうけており、回転や成層パラメータを含む速度場、温度場、圧力場を連立した方程式で表現されると考えられている(地球流体方程式)。ここで大気の流れを考えてみると地面付近では摩擦などの影響があるため上層とは違う流れ(層)ができると予想され実際に形成されている。その境界層をエクマン境界層とよぶ。研究内容は、回転や成層パラメータに着目して地球流体方程式の時間大域的な解を構成すること、エクマン境界層の安定不安定性解析、球面上領域での地球流体方程式の解析である。平成23年度は、三次元全空間領域や三次元半空間領域において地球流体方程式を考察し、時間大域的な解の存在、定常解(エクマン境界層)の構成とその安定性の研究を行った。平成24年度は、滑らかな境界を持つ一般領域におけるブシネスク型方程式(地球流体方程式を含む)の数学解析と球面(曲面)上での流体の流れの解析を行った。研究成果として、全空間や半空間だけでなく一般的な領域においても、物理的パラメータ(方程式に含まれるパラメータ)がエネルギー不等式を成立させる場合、初期値が滑らかで十分小さければ、地球流体方程式は時間大域的な一意解を持つことが得られた。さらに、パラメータに制限を加えることによりその大域的な解は安定であることも示せた。この研究から、より多くの型の非圧縮性流体方程式のエネルギー解の安定性が得られ、より現象に近い状態での地球流体方程式の数学解析が行えるようになった。曲面上の流れに関しては、粘性やエネルギーに着目して曲面上での流体の流れを支配する方程式の導出を行った。回転や成層を考慮するためにはさらなる研究が必要である。地球流体は回転(地球の自転)と成層(温度や密度成層)の影響をうけており、回転や成層パラメータを含む速度場と温度とのカップリング方程式で表現されると考えられている。研究内容は、回転や成層パラメータに着目して地球流体方程式の時間大域的な解を構成することとエクマン境界層の安定不安定性解析である。これまで流体の粘性率と熱拡散率が一致している場合における地球流体方程式の数学解析を行ってきた。平成23年度はその条件を外すことに成功した。それはより一般的な流体を扱えるようになったということである。粘性率と熱拡散率が一致してない場合において初期値が十分小さければ地球流体方程式は時間大域的な一意解を持つことをしめせた。初期値の大きさを外すためには、さらなる研究が必要である。これまで回転軸の傾きが鉛直方向である場合におけるエクマン境界層の数学解析が行われてきた。それは北極や南極付近での流れの研究である。重力の方向と回転軸の傾きが違う場合における地球流体方程式の定常解(エクマン境界層)の存在を証明することができた。それは北極や南極以外の場所(赤道上は除く)でもエクマン境界層が形成されるということが示せたということである。また、方程式のパラメータがエネルギー不等式を成立させるならばその定常解は安定であることがいえた。パラメータがエネルギー不等式を成立させない場合において弱い意味での解の存在は確認できたが安定か不安定であるかは未解決でありさらなる研究が必要である。

今後の研究の方針として地球流体方程式の解と回転や成層パラメータの関係を調べることである。地球流体方程式は複雑な構造を持つ方程式であるので解の具体的な表示を得ることが困難である。そのため、方程式の構造に着目して実解析や関数解析の手法を用いて研究を遂行していく。地球流体方程式の定常解(エクマン境界層)の安定を示すためにエネルギーに着目して研究を行ってきた。今後は関数クラスなどを変えて別の観点から安定性や不安定性の研究を遂行していく。
種の絶滅確率を尺度とする生態系への環境リスク評価手法の研究

生物種の絶滅をendpointとして、生態系への脅威を生態リスクとして定量的に評価することを目的とした研究である。この評価構造は、三段階のモデルでできると考えている。この研究では当面、第一段階のモデルの構築を目指している。第一段階のモデルとは、化学物質の暴露量とある生物種の平衡存在量(population)との関係を記述するものである。本年は、最も単純化した仮定の下で、農薬登録の際測定される鯉の48時間半数致死濃度(LD_<50>)とpopulationに最も関係の深い再生産力(子孫を増やす能力)との関係を試算した。再生産力の算出のためには、鯉の各成長段階での化学物質の濃度と影響の大きさとの関係を知る必要がある。実測値がないので、それらの数値のすべてをLC_<50>から推定する方法を試み、算出した。また、2歳以上の魚には化学物質の影響はないと仮定した。populationと化学物質との関係にはdensity dependencyを表現する項をモデルに入れることは非常に需要だが、ここではまだ含まれてはない。鯉のLC_<50>値が100μg/lであると、ほぼ1μg/lで再生産力はほぼ当初の57%になるという計算結果が得られた。今後、density dependenceを表現する項目を入れたモデルの開発が必要である。
疾走運動における関節モーメント、筋活動、筋長変化に関する研究

スタートダッシュから中間疾走までの筋活動様式と筋収縮速度を明らかにするため、5名の男子短距離選手に全力のスタートダッシュを行わせ、地面反力と下肢筋電図を測定するとともに、高速度ビデオカメラで走動作を撮影した。筋・腱複合体の長さ変化を算出し、短縮速度と伸張速度の最大値および伸張・短縮サイクル(SSC)における筋活動の切り替え速度を求めた。同時に下肢関節トルクも算出し、以下の結果を得た。(1)腸腰筋は離地直前からスイング期中間時点にかけて、SSCの筋活動によって股関節屈曲トルクを発揮したが、最大伸張速度、最大短縮速度、切り替え速度は著しく低かった。(2)大腿直筋はスイング期前半において股関節屈曲トルクを発揮し、その最大伸張速度、最大短縮速度および切り替え速度は疾走速度の増加とともに高まった。(3)大殿筋はスイング期後半から接地期前半にかけて、股関節伸展トルクを発揮し、その最大短縮速度は疾走速度の増加とともに高まった。(4)外側広筋はスイング期の中間時点から接地まで短縮性筋活動を行い、接地の瞬間から接地期中間時点まで伸張性筋活動を行ったが、接地期後半に短縮筋活動は観察されなかった。(5)大腿二頭筋は、スイング期中間時点から伸張性筋活動を開始し、接地直前から短縮性筋活動に変るSSCの筋活動によって股関節伸展トルクを発揮した。、最大伸張速度、最大短縮速および切り替え速度は疾走速度の増加とともに高まった。(6)腓腹筋とヒラメ筋は接地期にSSCの筋活動によって足関節伸展トルクを発揮した。両筋は走速度の増加とともに最大伸張速度と切り替え速度は高まったが、最大短縮速度はほぼ一定の値を示した。全力疾走中の筋活動を調べるために、下肢関節の筋モーメントと下肢筋の筋電図を測定した。男子短距離選手6名と女子選手2名に、全天候型の走路で全力疾走を行わせ、走路に埋設したフォースプレートによって地面反力を計測した。実験は、スターティングブロックの位置をずらせることによって、1、3、5、7、9、13、19歩目の地面反力を測定し、その際のフォームを側方30mの地点から200コマ/秒の高速度デジタルビデオカメラで撮影した。走行中の右下肢8筋の筋電図(大殿筋、腸腰筋、大腿直筋、外側広筋、大腿二頭筋、腓腹筋、ヒラメ筋、前脛骨筋)を双極の表面電極をもちいてテレメータ法で記録した。1.歩数の増加にともない走速度は増加し、加速度は減少したが、トルクのピーク値とパワーのピーク値はいずれも低下傾向を示さなかった。2.スイング期前半と接地期後半の股関節屈曲トルクは、大腿直筋の活動に、スイング期後半と接地期前半の股関節伸展トルクは、大殿筋と大腿二頭筋の共同的な活動によると考えられた。3.スイング期前半の膝関節伸展トルクの局面では、大腿直筋に放電がみられたが、外側広筋には放電がみられなかった。スイング期後半の膝関節屈曲トルクの局面では、大腿二頭筋に放電が見られた。4.接地期全体にわたり、ヒラメ筋と腓腹筋に放電がみられたが、ヒラメ筋は伸張-短縮サイクルをしていることが明らかであったが、腓腹筋では等尺性収縮を行っていることが示唆された。中間疾走中の筋活動を明らかにするため、男子短距離選手5名に、全天候型走路で全力疾走を行わせ、走路に埋設したフォースプレートによって地面反力を計測するとともに、疾走フォームを側方30mの地点から200コマ/秒の高速度デジタルビデオカメラで撮影した。

走行中の右下肢8筋の筋電図(大殿筋、股関節屈筋、大腿直筋、外側広筋、大腿二頭筋、腓腹筋、ヒラメ筋、前脛骨筋)を双極の表面電極を用いてテレメータ法で記録した。これらのデータを基に、下肢関節の筋モーメントと筋鍵複合体の長さを算出し、以下のことが明らかとなった。1.接地期後半に股関節屈筋は、伸張性筋活動をしながら股関節屈曲トルクを発揮していた。これはキック後に脚が後方に流れることを防ぐために働いたものと考えられる。2.スイング期前半では、大腿直筋が伸張性筋活動によって、股関節屈曲と膝関節伸展のトルクを発揮していた。この局面では股関節屈曲動作による関節間力で膝関節に屈曲動作が生じていたが、この膝関節伸展トルクはその屈曲速度を調整するために拮抗的に働いたものと考えられる。3.スイング期後半では、大腿二頭筋が伸張-短縮の収縮を行っており、股関節伸展と膝関節屈曲に働いた。この局面では、膝関節は伸展動作示し、外側広筋は短縮性収縮を行い、大腿二頭筋と拮抗して着地に備えての膝関節角度の調整を行っているものと考えられる。4.前脛骨筋はスイング期にほぼ等尺性収縮の筋活動を行い、足関節の関節間力によって生じた足底屈トルクを打ち消す働きをしていると考えられる。
ボロンカチオン(ボロニウム、ボレニウム、ボリニウムイオン)による物質変換の化学

キラルオキサザボロリジノン助触媒不斉アルドール反応の溶媒効果の研究、それに続くB-H結合のB-X結合への変換研究をへてボロンカチオン種の存在の推察からこの研究はスタートした。合成化学的にはおもに(R,R)-Stien系B-Br化合物を用いてボロンカチオンの存在とその利用の検討がなされた。仮想的なキラルボロンカチオンの2つの空軌道を不斉場として制御することは非常に困難であることが判明した。また、完全なボロンカチオンはその強力な電子親和力のため求核試薬の攻撃により容易に中性3価のボロン化合物となり、触媒的にカチオンを再生することがはなはだ困難であることも判った。ボロンカチオンを用いる反応系を協奏的反応に限定する必要がある。ボロンカチオンについての理解を深めるための物理有機化学的研究には興味ある進展がみられた。従来ボロンカチオンの基準物質とみなされていたジフェニルボロンパークロレートはB-O共有結合をもつ3価のボロン化合物であることが^<11>B-NMRと計算化学による研究から明かとなった。また、溶液中でボロンカチオン種が生じてもそれは2価状態ではなく溶媒和された4価の状態であることも判った。ボロンカチオン種の真のカチオン種としての同定がレーザー光分解法による検討から達成された。これは世界ではじめての結果である。今後いっそうさまざまなボロンカチオン種の確認および物性の検討に進展していくと期待される。有機合成化学の観点でも、この化学種の反応性の検討は緒についたばかりで今回の研究を基盤にあらたな展開が期待される。B-ブロモ-N,N′-ジトシル-1,2,3-ジアザボロリジンを触媒として、ニトロエタン中で、ジヒドロシンナムアルデヒドとケテンシリルアセタールを用いてアルドール反応を行うと、低収率ながら40%eeで不斉反応が進行した。このボランを重ジクロロメタン中で^<11>B NMRを測定したところ、BBr_4^-の存在に係わるピークが検出された。これは対イオンとしてB^+の存在を示唆する。一連のこのボラン種を用いる化学反応は詳細に検討されている。ボロニウムイオンは中性3価のボランから配位子(通常ハロゲン)を一ツ引きぬくことにより生じる二ツの空軌道を持つ2価の化学種である。しかし、その高い電子要求度から容易に配位性溶媒を受け入れ、実際には3配位もしくは4配位の状態である可能性がある。今回、構造についての疑問が残っている古典的なジフェニルボロニウムパークロレートの構造に係わる研究を行った。非経験的分子軌道計算(GIAO-HF/6-311+G(d,p)//B3LYP/6-31+G(d))により、構造の最適化後,^<11>B化学シフト計算によって、このボロニウムイオンの^<11>B化学シフトが47.02ppmであると計算された。一方、重ニトロメタン中での^<11>B NMRによる実測値は46.02ppmであった。これらの計算値と実測値のきわめて良い一致は、計算により最適化された構造が適切なこのボロニウムイオンの構造に対応すると考えられる。このことから、ジフェニルボロニウムイオンは以前指適されていたような完全に解離したイオン種ではなく、B-O結合はイオン性を含む共有結合とみなすことができる。この化学種を用いる有機化学反応も現在検討中である。古典的ボロンカチオンの原型とされていたジフェニルボロンパークロレートがB-O間でイオン性を持つ共有結合であることが^<11>BNMRと非経験的分子軌道法計算により判明した。この化学種の反応化学が検討され、非常に興味深い挙動が明らかとなった。

この化学種は単なるルイス酸として働くことなく、アルデヒドの自己縮合をきわめてスムースに進行させた。はじめアルデヒドに配位レパークロレート部位によりα-水素引きぬきが起こり、ボロンエノレートが形成され、続いて第2のアルデヒド配位によりアルドール反応が進行した。この触媒機構は酸-塩基複合作用とみなされる。α-水素を持たないアルデヒドとの間では交差アルドール反応が進行する。(1R,2R)-(+)-1,2-Diphenylethylenediamineのジトシレート化物とBB_<r3>から調製されるB-Br錯体はニトロ系溶媒中、それ自身溶媒和したボロンカチオンであることが、詳細な^<11>B-NMRの検討からはじめて明らかにされた。このスペクトルはB-Nの窒素核四重極モーメントによりブロードな吸収として0ppm付近にあらわれる。この化学種は会合した集合体であると推定される。AgClO_4の添加により、ピークの位置はそれほど移動しないが、excess ClO_4^-イオンにより、あらたに19ppm付近にClO_4^-がボロンカチオンに再結合した化学種が生じることも確認した。この化学種による反応も検討された。ステップワイズな反応では低収率であった。これは反応中間体がボロンカチオンによってトラップされるためである。一方、協奏的反応は高収率で進行した。現在、関連化学種による不斉反応の検討を行っている。あわせて、物理有機化学的研究によるボロンカチオン種の研究を継続中である。合成化学的研究としては、主に(R, R)-Stienを用いてBBr_3との反応で得られる環状B-Brボラン化合物からのボロンカチオン種発生の詳細な検討を行った。従来および昨年度までの研究でB-BrからB^+Br^-となっていると考えられていた化学種がかならずしもボロンカチオン種ではなかったという結果を得た。そこで、Ag^+BPh_4^-による確実なボロンカチオン化を行い、その発生に成功した。しかしながら、DanishefskyジエンとアルデヒドとのヘテロDiels-AIder反応に利用したが十分な不斉を観測するにはいたらなかった。また仮定される2つの空軌道の制御が非常に困難で、その親電子性が非常に高くこの種を触媒としてまわすことの困難なことも判った。^<11>BNMRおよび計算化学的研究では、室温でのさまざまなタイプのボロンカチオン種の発生を試みたが完全にフリーのボロンカチオン種の発生は困難であることが判った。Abinitio計算からボロンカチオン(2価)のLUMO軌道のエネルギー準位が非常に高く不安定であることが示唆された。したがって、溶液中では溶媒和された4価の状態でしか存在しないと推論された。新しい研究として物理有機化学的手法でのボロンカチオン種の存在の検討を開始した。ジフェニルボロントリフレートからボロンカチオン種の発生をレーザー光分解法で詳細に調べた。世界ではじめて溶液内でボロンカチオンが発生したとする証拠を得ることができた。