hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
粘弾性および嗜好性に優れた新規米粉麺の開発

食物繊維を混合した生地を加熱し、製麺機から出てきたところをミネラル含有水で浸漬することで、コシのある麺を得ることができた。この麺を利用して学校給食現場で応用できるようなメニューを21種類開発した。また、機能性付加した米粉麺作成を目的として、赤米の色素成分の構造解析および抗糖化試験を行ったところ、カテキンのオリゴマーであることおよびポジティブコントロールよりも優れた抗糖化作用を持つことが示唆された。日本で唯一自給可能な穀物である米の消費量が減少し続けている現状から、米の消費および用途拡大を目的として、米の粒食から粉食への応用が活用されている。米粉を使用した米粉麺はさほど市場に出回っておらず、学校給食への導入もパンよりは少ない。米粉麺は小麦粉で作った麺に比べてべたつきやすく、茹でのびしやすい欠点がある。これらの欠点を改善し、腰のある日本人の嗜好に合う米粉麺を開発することを目的として、ある食物繊維及び塩化カルシウムを利用して粘弾性に優れた米粉麺を開発した。この米粉麺を、市販の麺と比較した。せん断試験と伸長試験は、テクスチャーアナライザーにて実施した。せん断試験は、麺を5本並べ、幅1mmのナイフ形の器具で高さ5mmから4.5mmまで押しつけた時の器具の移動距離と荷重(単位N)を測定し、太さが比較的似ているひやむぎと比較した。その結果、破断試験では米粉麺の破断点が5.24±0.78Nであったのに対し、ひやむぎの破断点が3.01±0.03Nであった。また、伸長試験は1本の麺を100mm伸ばしたときに、伸ばす途中でちぎれる麺が米粉麺では10本中3本であったのに対し、ひやむぎは10本中9本であった。そのため、米粉麺はひやむぎと比較して硬くのびが良い麺であることが示唆された。一方、赤米や黒米などの有色米にはポリフェノール成分が含まれていることが報告されている。これらの有色米を利用して米粉麺を作製できれば、さらに麺に付加価値をつけることができるため、有色米を利用した麺の作製を検討することとした。今年度は赤米に焦点を絞り、赤米中に含まれる成分の特定を行った。含水アセトンにて色素成分を抽出し、得られたエキスに対して塩酸ブタノール反応、GPC分析、NMR測定、フロログルシノール分解を行った。その結果、赤米表皮中の主要成分は、カテキンのみからなる8量体のオリゴマーであることが明らかとなった。本研究で用いられた新規米粉麺が受け入れられか検討するために、官能評価を行った。対象者は料理教室の参加者(小学生26名、中学生一般100名)とし、新規米粉麺の硬さや好みについて、ビーフンと比較してどちらがよいか実際に試食し、評価を行った。その結果、麺のかたさの好みについて聞いたところ、ビーフンでは「やや嫌い」「どちらでもない」と回答した者が多かったが、新規米粉麺では「好き」「やや好き」と回答した者が多かった。また、総合評価でも新規米粉麺は「やや好き」「好き」「非常に好き」と回答した者が8割を超えており、多くの人に好まれる麺であることが示唆された。また、新規米粉麺に適する調理法の確立をするために「調理学実習I」の中で焼ビーフンを調理する時に、ビーフンと新規米粉麺を用いて焼きビーフンを作成してもらい、新規米粉麺の調理のしやすさについてどうだったか、ビーフンと比較して7段階で回答してもらった。対象は栄養学科1年生40名のうち、焼ビーフンの調理を担当した学生13名であった。その結果、調理のしやすさについて「まあまあ良い」「良い」と回答した者が53.8%、「普通」が23.1%であった。その理由について尋ねたところ、麺を戻す時間が短いこと、麺が絡まりにくいこと、フライパンに付きにくいことが挙げられた。一方で「あまり良くない」と回答した者が23.1%であり、具と絡みにくい、もちもちしていて炒めにくいと回答があった。基礎研究については、赤米色素成分の構成モノマーとモノマー間の結合位置などをさらに確定するために円偏光二色性スペクトルデータ解析による赤米Procyanidinの4位の絶対配置の決定を行ったところ、4位がα体であるProcyanidin B-3と同様のコットンを示したため、4α→8結合していることが明らかとなった。赤米表皮に含まれる色素成分の構造解明についてさらに確証を得るために、phloroglucinol分解反応を行った赤米エキスをHPLC分取により分画しMS分析およびNMR分析を行った。その結果、得られた画分は分子量414の成分であることが確認され、さらにNMR分析によってそれがCatechin (4α→2) Phloroglucinolであることが示された。よって、昨年度までの結果も踏まえると、赤米中の色素成分はCatechinで構成されたオリゴマーであることが示された。さらに、赤米の芒に含まれる色素成分についてもカラムクロマトグラフィーにより成分を精製しHPLC分析、MS分析、NMR分析を行った結果、芒中の主要色素成分はCyanidin-3-O-glucosideおよびCyanidin-3-O-rutinosideであることが示唆された。

これらの成分を用いて抗糖化作用について分析を行った結果、赤米および芒抽出エキスのIC50は、ポジティブコントロールのアミノグアニジンよりも低かったことから、抗糖化作用があることが示唆された。米粉の製麺性を検討したところ、米粉だけでは生地としてまとまりにくいが、片栗粉や寒天、アルギン酸などの食物繊維を添加して捏ねると、生地としてある程度まとまり、もっちりとした麺を作製できた。添加物の種類により麺の破断応力に違いが見られた。さらに、米粉麺の学校給食向けのメニュー開発を行い、和食・洋食・中華を含めて現在までに21品のメニューを作成した。食物繊維を混合した生地を加熱し、製麺機から出てきたところをミネラル含有水で浸漬することで、コシのある麺を得ることができた。この麺を利用して学校給食現場で応用できるようなメニューを21種類開発した。また、機能性付加した米粉麺作成を目的として、赤米の色素成分の構造解析および抗糖化試験を行ったところ、カテキンのオリゴマーであることおよびポジティブコントロールよりも優れた抗糖化作用を持つことが示唆された。大量調理にむけた調査研究やレシピ開発は順調にデータが取れている。年代別の対象者において新規米粉麺に関する嗜好性調査データが得られたのは非常に有意義である。また、調理性についてはまだ少数でありもっと対象者数を増やす必要性はあるものの、取っ掛かりとなりうるデータが得られた。これらのデータをさらに解析し、大量調理に応用できる米粉麺メニューおよびマニュアルを作成していく。しかしながら、米粉麺の粘弾性をさらに向上させるための基礎研究が思うように進んでいない。現在のところまだワンパターンのみであるため、早急に進めなくてはいけない。また、赤米などの有色米を米粉麺に導入する予定であるが、成分分析の最終段階であるフロログルシノール反応物の分取がうまくいっていない。調理科学現在完成している新規米粉麺以外の方法で、更に粘弾性に優れた米粉麺ができるか早急に検討する。また、赤米のフロログルシノール反応物の分取について、HPLCにより分取したフラクションをTOF-MSで分析したところ該当する成分と同分子量の物質が分取できていた。これを大量に回収し、NMR分析を行い確定する予定である。これらの基礎実験に加えて引き続き応用研究(嗜好性の調査、レシピ開発)も行う。特に給食施設における大量調理に応用することを考え、米粉麺の量と加熱時間、出来上がった麺の硬さを比較し、標準化ができるようなデータを取る必要性がある。米粉麺に添加する添加物が1種類しかうまくいっていないため、次年度は加熱方法や添加方法など幅広く検討する必要がある。有色米を使った麺については、今年度中に麺の作製まで到達はできなかったが、赤米中に含まれるオリゴマーの特定ができたため、オリゴマーの機能性などを検討し、加熱調理特性などを検討するとより研究を深めることができると考えられる。購入した試薬がキャンペーン価格により予定より低価格で購入することができたため。米粉麺に添加する物に食物繊維を挙げているが、それらと合わせて、粘りを持つ食材(長いも等)も米粉麺に混ぜて検討する。なお、学校給食を視野に入れていることから、粘弾性の比較対象を学校給食用ソフト麺と考えていたが、入手困難により、通常の市販麺との比較とする。有色米の成分解析は引き続き行い、より詳細な構造決定を行うとともに、米粉麺にした際の成分の動向を追う。また、最終年度の米粉麺レシピ開発のため、麺の官能評価と機器分析結果との相関を見る。今年度は前年度までより金額が少なくなるので、試薬代として使用する予定である。
界面選択的分光法による固液界面におけるDNAの状態解析

第二高超波発生(SHG)分光法による固液および液液界面における吸着単分子層の電子スペクトル測定に成功し、界面における吸着分子の配向状態、会合状態を明らかにした。この手法をDNA修飾電極に適用し、二本鎖DNAの不斉構造を反映していると考えられるSHGの応答が得られることを確認した。この分光学的実験の中で、色素をインターカレーションさせた二本鎖DNA修飾電極に光を照射し、還元的光電流が観測されることを見いだした。金電極表面をチオール化DNA及び6-ヒドロキシヘキサンチオールで修飾し、メチレンブルー(MB)を緩衝溶液中でインターカレーションさせた。超増感剤としてフェリシアン化カリウム(Fe(III))を加えた溶液中でこの電極に光を照射し、その応答を測定した。光照射直後、ただちにMBの光還元による電流が観測された。この還元電流はFe(III)の存在下で増幅されることから、光還元されたMBはFe(III)により速やかに酸化再生され、光還元反応に再度寄与するものと考えられる。結果的に電極界面近傍におけるFe(III)の濃度が低下するために、光照射の時間経過にともなって還元電流が減少するものと考えられる。一方、遮光直後には酸化電流が観測された。これは電極近傍に生成したFe(II)が電気化学的に酸化される暗反応によるためと解釈できる。これらの結果から、明反応と暗反応の組み合わせによる大きな電流変化として、二本鎖DNAの検出が可能であることが明らかとなった。本年度は界面分光計測に先立ち,チオール化DNAを金基板上に固定化した試料系の構築を第一目標として研究を進めた。まず,チオール化DNAによる金基板の修飾条件を最適化するためには,その修飾量を定量する必要がある。そこでチオール化DNAに代わる水溶性のチオール誘導体,6-メルカプトヘキサノール(MCH)を用いて金基板を修飾し,その還元的脱離にともなう基板重量変化を電気化学水晶振動子マイクロバランス法(EQCM)によって検討した。修飾操作後,基板を電解質水溶液でリンスせずに脱離させたところ,123ng/cm^2の重量変化が観測された。この値は,STM観察から得られた構造に基づく修飾量の理論値101ng/cm^2を上回っており, MCHがS-Au結合による化学吸着に加え,過剰吸着していることを示唆している。一方、修飾操作後,基板を電解質水溶液でリンスした場合,84ng/cm^2の重量変化が観測された。このことから,過剰吸着したMCHはリンス操作で取り除くことが可能な物理吸着であることが判明した。チオール化DNAで修飾した金基板に対して同様の測定を試みたところ,物理吸着によるチオール化DNAの存在によって,理論的に予想される最大修飾量の30%程度しか修飾されていないことがわかった。今後,修飾条件の最適化を図るとともに,第二高調波発生を利用したDNAの状態解析へと研究を展開する。
放射線照射による消化管樹状細胞の活性化と卵白アルブミン特異的アレルギー反応の誘導

マウスの小腸上皮細胞はX線感受性が高いが、小腸樹状細胞(DC)はX線耐性であり10Gyの照射により共刺激分子CD80の発現が増強した。マウス小腸上皮器官培養に10-30GyのX線照射した時、上清中に細胞損傷関連分子であるHMGB1が放出され、このHMGB1を小腸DCにin vitroで加えると共刺激分子CD80とCD86の発現が増加した。以上より、放射線照射により損傷した腸上皮細胞からHMGB1のような細胞損傷関連分子が放出され、小腸のDCが活性化することが示された。放射線照射による小腸DCの活性化は過剰な免疫反応を誘導し、食物アレルギー反応の発症や進行に関与する可能性が示唆された。昨年度、マウスの樹状細胞には放射線照射耐性があること、また、腸管膜リンパ節の細胞にX線を照射して1日培養した時、CD11c陽性樹状細胞における共刺激分子の発現が増加することが分かった。今年度はさらに、マウスから採取した腸管膜リンパ節の細胞に、0rad, 500rad, 1000rad,または3000radのX線を照射し、培養せずに直ちにCD11c陽性樹状細胞におけるCD40, CD80, CD86といった共刺激分子の発現について調べた。その結果、3000rad X線を照射したCD11c陽性樹状細胞において、CD80の発現の著しい増加が観察された。このことより、樹状細胞にX線が照射されると、その直後から樹状細胞の活性化が起こることが示唆された。一方、マウス小腸の上皮細胞は放射線感受性が高くて照射によって死滅しやすいこと、および上皮細胞のみを他の細胞の混入なしで分離・採取することは、技術的に困難であることも昨年明らかになった。そこで今年度、Satoらの報告(Nature, 2009年)に従い、マウスの小腸のクリプトから腸幹細胞を採取し、マトリゲル中において3次元培養し、上皮細胞のみから成るクリプト-絨毛類器官を構築することを試みた。結果として、クリプト-絨毛類器官の培養システムを確立することに成功した。現在、この上皮器官を放射線照射した場合、樹状細胞など様々な免疫細胞にどのような影響を与えるかを検討中である。また、大学の学生などを対象に質問調査を行い、2011年3月の福島第一原子力発電所事故前後のアレルギーの発症や進行について調べた。現在までの結果では、事故前後で発症や進行に特に有意な差は観察されていない。次年度もこの調査は継続して行う。マウスから小腸および腸間膜リンパ節を摘出し、小腸粘膜固有層と腸間膜リンパ節の細胞を各々分離・精製した。これらの細胞に0、100、1000、または10,000radのX線を照射し、1日培養した後の細胞における死細胞をヨウ化プロピジウムで染色にて検出し、生細胞を樹状細胞マーカーであるCD11cと、活性化マーカーである共刺激分子CD40、CD80、CD86に対する蛍光抗体で染色し、フローサイトメトリーによって解析した。その結果、小腸粘膜固有層細胞、腸間膜リンパ節細胞ともに、照射rad数が増えるに従って、総細胞数と生細胞率が減少したが、生細胞におけるCD11c陽性樹状細胞の割合は増加した。つまり、樹状細胞は放射線照射耐性があることが明らかに示された。また、1000radでX線照射した時、腸間膜リンパ節CD11c陽性樹状細胞におけるCD40の発現の増加が観察された。このような共刺激分子の発現増加は、100または10,000rad照射の腸間膜リンパ節樹状細胞や、小腸粘膜固有層樹状細胞ではみられなかった。一方、マウスから、小腸粘膜固有層樹状細胞を採取する過程において、小腸上皮細胞を分離・精製した場合、生細胞率は著しく低く、その後のX線照射の程度にかかわらず、1日培養後にはほぼ全ての上皮細胞が生きていなかった。これは、樹状細胞に比べて、上皮細胞が物理的刺激などにより著しく損傷しやすいことを示している。以上より、マウスの小腸粘膜および腸管膜リンパ節における樹状細胞は、腸管の他の細胞に比べて、物理的刺激や放射線照射に耐性が著しく高いことが示唆された。さらに、腸管膜リンパ節の樹状細胞に適度に弱い放射線を照射した場合、共刺激分子CD40の発現が増加することより、その後のB細胞の抗体産生やT細胞の活性化を導く可能性が考えられる。昨年度、マウスの小腸のクリプトから腸幹細胞を採取し、マトリゲル中において3次元培養し、上皮細胞のみから成るクリプト-絨毛類器官を構築することに成功した。

今年度は、この上皮器官を放射線照射した時の損傷関連分子パターンの一つであるHigh Mobility Group Box 1(HMGB1)の放出と、放出されたHMGB1が樹状細胞のような抗原提示細胞へ与える影響を検討した。3次元培養によって得られたマウスのクリプト-絨毛類器官に、10Gy(1000rad)、30Gy(3000rad)、または100Gy(10000rad)のX線を照射し、その後の培養上清中のHMGB1濃度をELISA法で測定した。そうしたところ照射X線量が30Gyの時に最も著しく、次に10Gyの時に、上清中HMGB1濃度の有意な増加が観察された。しかし、100Gy照射ではHMGB1放出量の増加は認められなかった。一方、HMGB1をマウス腸管膜リンパ節の樹状細胞(DC)にin vitroで加えると、CD11c陽性DCのCD80、CD86といった共刺激分子の発現が増加した。これらの結果より、X線のような放射線を照射した場合、照射に感受性の高い上皮細胞からHMGB1のような細胞損傷関連分子が放出され、その損傷関連分子によってDCが活性化することが示された。食物抗原を取り込んだDCの活性化はTh2反応などのアレルギー反応を惹起することが考えられる。従って消化管粘膜組織における放射線照射は、食物抗原に対する過剰な免疫反応を誘導する可能性が示唆された。また、学生などを対象に質問調査を行い、2011年3月の福島第一原子力発電所事故前後のアレルギーの発症率や重症度について調査したところ、現時点では事故発生前後の有意な差はみられなかったが、今後長期的に追跡していく必要があると考える。免疫学昨年度に引き続き、放射線耐性が高いマウス樹状細胞における放射線照射の影響の詳細について調べたところ、今回、X線照射直後から樹状細胞の活性化が起こることが明らかとなった。アレルギー反応が誘導される過程においては、この樹状細胞が抗原を取り込んだ上で活性化し、T細胞に抗原提示することが推測される。この抗原に関しては、消化管という組織の特性故、まず腸管上皮細胞に取り込まれる。昨年度の報告より、この腸管上皮細胞は放射線感受性が高く、細胞死を起こしやすいことが明らかとなった。それ故、放射線照射によって細胞死を起こした上皮細胞ごと、樹状細胞に取り込まれる可能性が考えられる。そこで前年度マウスより上皮細胞の分離・精製を試みたが、放射線のみならず物理的刺激にも弱く、状態が良い細胞を他の細胞の混入なしで採取することは技術的に困難であることが判明した。そこで今年度、マウスの小腸のクリプトから腸幹細胞を採取し、3次元培養によって上皮細胞のみから成るクリプト-絨毛類器官の構築を試みたところ、培養システムの確立に成功した。このクリプト-絨毛類器官培養システムの確立の意義は多大であり、今後研究にこの培養システムを使用することによって、上皮と樹状細胞などの免疫細胞との関係の研究は大きく発展する可能性がある。現在、この培養システムを使用し、アレルギー発症における上皮細胞と免疫細胞のメカニズムについてさらに研究を続行中である。このクリプト-絨毛類器官培養を本研究に用いることは、当初研究計画には記述していなかったものの、実験の途中経過の結果から必要性が明らかになったものであり、本研究の目的である食物アレルギーにおける放射線の影響の解明に必要な研究過程である。また今年度、質問調査を行い、福島第一原子力発電所事故前後のアレルギーの発症や進行について多くの回答を得ることができた。次年度もこの調査は継続して行う。
非線形発展方程式の解の構造の研究

弾性体方程式、熱弾性体方程式、Schrodmger方程式等を含む,非線形発展方程式の解の局所的な意味での存在,大域的な意味での存在をかなりの一般論を含む形で確立することができた。更に解の漸近挙動の解明,解の特異性の表われる様相を多くの場合に調べることが出来た。手法はいくつかあるが,いわゆるenergy method,microlocal analysis等をたくみに用いた。もう少しく列挙することにする.(1)線形化した方程式の解の存在,解の挙動をいわゆるenergy methodといわれる部分積分に基礎をおく方法で,いくつかのすぐれたmultspliersをみつけて、示すことに成功した。また、あわせてmicrolocalな手法を用いることで,解の正則性の伝播の状態を解明することも出来た。これらは世界的に先駆となる成果をいくつも含んでいる。また,定常的な方程式の固有値の分布状態も,確率的手法を用いることで,より詳しく調べることが出来ることを示し,古典的軌道の解の安定性に関する影響を調べる上で,より詳しく分かることが示せた。これらは勿論初めて試みを多く含んでいる。(2)Picardの遂似近似法のアイディアを必要に応じて拡張し、非線形発展方程式の解の局所的及び大域的な存在を示した。(1)に及べた線形化した方程式の結集が更に応用され、非線形の場合の解の漸近挙動,特異性の様相が解明された。
β-カルボリンを用いたパーキンソニズムモデルの作成による神経細胞死機構の解明

1.パーキンソン氏病(PD)発現に関与すると考えられるβ-carbolinium cationを、22例のPD患者脳脊髄液から測定し、PDを伴わない16例のコントロール患者のそれと比較した。β-carbolinium cationの中で、最もドパミン神経毒性の強い2,9-demethyl-β-carbolinium cation(2,9-Me2BC^+)がPD患者12例から検出されたが、コントロール患者脳脊髄液中には1例のみしか認めることができなかった。2-Monomethyl-β-carbolinium cation(2-MeBC^+)はほぼ全例から検出され、PD群においてはYahr stageとの間に正の強い相関が認められた。ところが、2,9-Me2BC^+とstageとの関連は弱い負の相関が観察された。β-carbolinium cationの前駆体となるβ-carboline濃度においては、両群間での差は認められなかった。上記のことは、β-carboline→2-MeBC^+→2,9-Me2BC^+の活性経路を経たβ-carbolimium cationがPD発症過程に強く関与することを示唆するものと考えられた。2.低濃度における2,9-Me2BC^+のドパミン神経への毒性を、MPP^+のそれと、brain microdialysis法を用いて比較した。両者は、極めて低濃度からドパミン神経終末からドパミンを放出させ、終末に取り込まれてモノアミン水酸化酵素を抑制した。その両者の作用は、低濃度においてはドパミン神経に特異的であったが、高濃度では特異性が失われた。また、芳香族脱炭素酵素阻害剤を用いて、インビボにおけるチロシン水酸化酵素への影響を観察したところ、MPP^+は極めて低濃度から不可逆的にその酵素活性を抑制した。一方、2,9-Me2BC^+は高濃度においてのみ強い酵素抑制作用を示した。このことは、2,9-Me2BC^+がより強くモノアン水酸化酵素に作用するためと考えられた。2,9-Me2BC^+は、低濃度からドパミン神経に取り込まれてドパミンの合成・代謝を阻害することを明らかにした。
学習者の状況および知識構造に対応したシナリオ型防災教育教材の開発

本研究では、学習者の状況および知識構造に対応したシナリオ型防災教育教材を開発した。この教材は、以下の要素から構成されている。まず学習者は、アニメーションを視聴して首都直下地震の想定シナリオを詳細に描き、次に、居住地域の危険度が診断できるWEBアプリを体験する。その後、シナリオ型教材を通して、学習者の状況および知識構造に対応した首都直下地震後の行動をシミュレーションする。最後に、専門家も含めてFacebookグループで首都直下地震における災害想定や防災対策に関する意見の共有と議論を行う。効果検証の結果、首都直下地震における災害想定と防災対策が有意に増加し、防災知識構造の拡大・深化がみられた。平成24年度では、海外のリスク対策を目的としたウェブ教材に関する先行研究調査を行い、防災教育における教材開発をする際に考慮すべき要因と効果的なシナリオ型教材の特徴の抽出を行った。その結果、防災教育においては、非現実的楽観主義の払拭、学習者の状況に合った場面の設定、主体的な判断による失敗体験と成功体験の提供、個人が持つ盲点を相互補完する仕組みが重要であることが明らかになった。また、シナリオ型教材においては、使命、カバーストーリー、役割、シナリオ操作、フィードバック、情報源、学習目標の設定が効果的な教材につながることが明らかになった。また、学習者の多様な状況に対応する教材として、首都圏直下地震が起こった際に起きる災害について可視的に理解できるシミュレーション型のWEB教材のプロトタイプを開発した。平成25年度に開発した首都圏直下地震が起こった際に起きる災害について可視的に理解できるシミュレーション型のFacebookアプリケーションの開発とWEBでの公開を行った。本教材は教育工学会での発表も行っている。さらにこのアプリケーションと導入としてのビデオ教材をFacebookグループ上で一般人24名に使用してもらい、どのような学習効果があるのかの実験も行った。この実験結果については今後論文誌に投稿予定である。また、首都直下地震に関する一般住民の知識構成を明らかにする調査研究を実施した。本調査結果は、学会で発表を行っている。さらに、ゴールベースドシナリオ(GBS)によるシミュレーション型教材のプロトタイプを開発した。本教材は、(1)事前に収集した学習者の状況および既有知識を分類するための質問ユニット、(2)ストーリーの中で行動を選択し、その結果から災害時の適切な対応について学ぶことができる物語ユニット、(3)適切な対応の背景にある科学的/社会的知識について解説する知識教授ユニットの3つから構成されており、プロトタイプを操作しながら動作確認を行える段階まで開発している。平成26年度は、シミュレーション型教材「首都直下地震72時間」を開発した。このアプリでは、異なる属性を持つ「場所」と「地震発生からの経過時間」に沿って、情報を提供するイベント、できる行動とそれに対する反応のイベント、移動を考えさせる重要なイベントの3つが発生するようになっている。また、自分の観点でシナリオを進めることを意識させるため、冒頭で性別と年齢層、発生時にいる場所とその属性、当面の目標先の場所とその属性、目標を決めさせるようにしている。さらに移動速度、季節、発生時間など、シナリオに影響する設定も行えるようにしている。アプリはウェブページ上(https://www.tokyojishin.org/72h/)で無料公開している。その後、「首都直下地震72時間」と、平成25年度に開発した危険度診断アプリ「あなたのまちと首都直下地震」、「東京マグニチュード8.0」を組み合わせ、Facebook上で議論することで防災上の学習効果があったかを測定する実験を行った。実験結果については、今後論文に投稿予定である。また、平成25年度に実験を実施した、「東京マグニチュード8.0」と「あなたのまちと首都直下地震」を体験した後にSNS上で議論させることによる学習効果をまとめた論文を執筆し、地域安全学会と災害情報学会の論文誌に投稿し、採択された。平成26年度の後半では、防災の知識構造に関する質問紙調査の結果を踏まえ、「首都直下地震72時間」の冒頭で4つの質問に回答してもらうことで、火災に関する意識が薄いかどうかを判断し、それによって火災のイベントが出やすくなる機能を追加した。最後に、本科研の成果物である2つの防災アプリを統合したウェブページ(https://www.tokyojishin.org)を開発し、今後も無料のWEBアプリとして自由に学習できるように整備した。26年度が最終年度であるため、記入しない。教育工学26年度が最終年度であるため、記入しない。先行研究調査については、海外のリスク対策に関する国内外の文献を広くレビューできており、予定通りに進んでいるといえる。また、首都圏直下地震が起こった際に起きる災害について可視的に理解できるシミュレーション型のWEB教材についても、開発の仕様と用いる震災関係のデータの準備が完了し、システムのプロトタイプ開発も進んでいるため、概ね順調といえる。開発研究については現段階でプロトタイプが完成している。

また、シナリオ型教材以外を使った予備実験も実施しており、本年度中には開発物の完成、実験、論文化が十分間に合うと考えられるため、概ね順調といえる。首都圏直下地震が起こった際に起きる災害について可視的に理解できるシミュレーション型のWEB教材の開発を進め、WEB上での公開を行う。また、次年度は非現実的楽観主義を払拭するための導入教材の準備を進めると同時に、シナリオ型教材の開発を並行して行う。さらに、本教材を通して実際に色々な世代が首都直下地震に関する学習を行う実験を行い、個人が持つ盲点を相互補完するために必要な知見を収集する。前年度のプロトタイプをもとに、ゴールベースドシナリオ(GBS)によるシミュレーション型教材の開発を行う。開発後は、首都直下地震に関する導入としてのビデオ教材、平成25年度に開発した首都圏直下地震が起こった際に起きる災害について可視的に理解できるシミュレーション型のFacebookアプリケーション、本年度に完成させる開発研究1の教材、ならびにSNS上でお互いの学習内容を交換しあうFacebookグループ、の4つの教材を統合する。その後、一般人を多数募集し、上記の体系的な教材の効果を検証する。また、前年度の日本人の防災に関する知識構造に関する調査研究の結果と、本年度開発したシミュレーション型教材を統合し、学習者の防災知識構造に沿って提示する内容が動的に変化するシミュレーション型教材を開発する。
可逆的に超高反応活性金属種を発生する有機金属錯体の創製と触媒反応開発

分子触媒反応は、次世代の物質製造プロセスにはなくてはならないものと位置づけられている。一方、触媒となる金属錯体のうち、未開拓の領域として、金属核を複数含む有機金属錯体である有機金属クラスターが注目されており、その錯体構造設計と触媒反応設計の指針の確立が急務である。本研究では「原系で金属錯体を安定化する効果が、反応系において基質と反応する際には容易な構造変化を起こして高活性金属種を剥き出しにする」ことのできる「フレキシブルな」配位子の設計と金属錯体の合成をおこなうことを通じて、触媒反応に適した金属活性種を容易に発生する方法を確立し、さらにはその錯体に最適な触媒反応設計による触媒反応の達成することを目的として研究を遂行した。その結果、(1)ヘテロ共役系であるアミジナートを配位子とする高反応活性単核、複核ルテニウム錯体を創製し、その構造と反応性を明らかにした。さらに、触媒的なアリル化合物変換反応、ラジカル環化反応に応用し、優れた活性を実証した。(2)ヘテロ共役系であるスルホンアミドを配位子とするチタン錯体を創製し、その構造と反応性を明らかにするとともに、オレフィン重合触媒としての活性を実証した。(3)共役π系であるアセナフチレンを配位子としたルテニウム3核クラスターを用いてヒドロシランを活性化する反応を詳細に検討し、その特異的な反応性を明らかにするとともに、触媒的なカルボン酸誘導体の還元反応、シランを開始剤とする環状エーテル、シロキサンの重合反応に成功した。(4)反応活性クラスターの基礎反応過程を、共役π系と金属種の相互作用、異核錯体生成反応、の2つの反応に注目して明らかにし、錯体設計指針に新しい知見を与えた。以上の成果は、新規反応活性有機金属錯体の設計、合成、基礎反応過程の解明が、特異的な触媒反応を実際に与えることを実証したものであり、分子触媒化学の発展に貢献する成果である。本研究は、「原系で金属錯体を安定化する効果が、反応系において基質と反応する際には容易な構造変化を起こして高活性金属種を剥き出しにする」ことのできる「フレキシブルな」配位子の設計と金属錯体の合成、さらにはその錯体に最適な触媒反応設計による触媒反応の達成が目的である。とくに、「ヘテロ原子(とくに窒素原子)を含むフレキシブル配位子」をもつ前周期遷移金属であるチタン、ジルコニウム、中間に位置する鉄、ルテニウム、および、後周期に位置するニッケル、パラジウム、銅を含む錯体の合成と、触媒的炭素-炭素結合生成反応を設計し実現することを目標とする。本年度の成果は以下のとおりである。(1)新規な3種類のチタンまたはジルコニウムスルホンアミド錯体を合成し、その構造、溶液挙動を明らかにするとともに、配位重合による触媒的ポリオレフィン合成を達成した。(2)単核、複核の2種類のカチオン性高反応活性ルテニウムアミジナート錯体の合成に成功し、構造、溶液挙動を明らかにするとともに、触媒反応設計の基礎となるその素反応過程を明らかにした。(3)オレフィンメタセシス活性を有する2種類の新規な構造をもつルテニウムアミジナート錯体の開発に成功した。また、その途上で、炭素-金属間のケイ素基の可逆的な転位反応の初めての実証例をみいだした。(4)高反応活性ルテニウムアミジナート

錯体の酸化還元挙動を明らかにし、その展開としての、Ru(II)/Ru(III)、および、Ru(II)/Ru(IV)のREDOX過程を含む2種類の触媒反応(アリル化合物と求核剤とのカップリング、ラジカル環化反応)を明らかにした。成果は、それぞれ国内外の雑誌、ならびに学会に発表した。また、,海外共同研究者である、ウィーン工科大学のKirchner教授に来日してもらい、本研究の研究計画と途中経過に関するReviewingを受けるとともに、研究の遂行に重要な助言を受けた。本研究は、「原系で金属錯体を安定化する効果が、反応系において基質と反応する際には容易な構造変化を起こして高活性金属種を剥き出しにする」ことのできる「フレキシブルな」配位子の設計と金属錯体の合成、さらにはその錯体に最適な触媒反応設計による触媒反応の達成が目的である。とくに、「ヘテロ原子(とくに窒素原子)を含むフレキシブル配位子」をもつ前周期遷移金属であるチタン、ジルコニウム、中間に位置する鉄、ルテニウム、および、後周期に位置するニッケル、パラジウム、銅を含む錯体の合成と、触媒的炭素-炭素結合生成反応を設計し実現することを目標とする。本年度の成果は大別して、2つに分けることができる。1つは前年度の錯体化学上の成果をもとにして、触媒反応へと展開した研究であり、(1)単核、複核の2種類のカチオン性高反応活性ルテニウムアミジナート錯体について、Ru(II)/Ru(III)、および、Ru(II)/Ru(IV)のREDOX過程を含む触媒反応として、生理活性天然物骨格の合成を含むラクタムの合成に成功した。(2)類縁化合物であるアセナフチレンあるいはアズレンを配位子とするルテニウム錯体の触媒反応への応用研究を推進し、環状シロキサンの開環重合、エステル、カルボン酸、アミドの還元を達成した。(3)新規窒素配位子をもつニッケル錯体を開発し、そのオレフィン重合機能を明らかにした。一方、次世代型分子触媒をめざす基礎研究として、(4)アミノホスフィンを配位子とするチタン、ジルコニウム錯体、(5)アミノホスフィンを架橋配位子とするヘテロパイメタリック錯体、(6)重合機能が期待される新規ヘテロパイメタリック錯体、の3つの反応性新規錯体を開発した。また、海外共同研究者である、ウィーン工科大学のKirchner教授とは、国際会議の帰途ウィーン工科大学に立ち寄り、研究の遂行に重要な助言を受けた。遷移金属触媒の開発による新しい有機合成、高分子合成法の開発は、特異な機能をもつ次世代物質開発の鍵である。本研究は、「原系で金属錯体を安定化する効果が、反応系において基質と反応する際には容易な構造変化を起こして高活性金属種を剥き出しにする」ことのできる「フレキシブルな」配位子の設計と金属錯体の合成をおこなうことを通じて、触媒反応に適した金属活性種を容易に発生する方法を確立し、さらにはその錯体に最適な触媒反応設計による触媒反応の達成することを目的としている。最終年度にあたる本年度は3年間の研究のまとめとして、これまで開発してきた(1)カチオン性ルテニウムアミジナート錯体、(2)アミノホスフィン配位子をもつチタン錯体、(3)架橋アミノホスフィン錯体を用いるヘテロバイメタリック錯体、(4)ニッケルー鉄ヘテロバイメタリック錯体、(5)架橋芳香族配位子をもつルテニウムクラスター、の5種類の錯体の構造、反応性などの基礎化学の総括をおこなうとともに、これらを用いた触媒反応の実現を図った。触媒反応としては、とくに、炭素-炭素結合生成反応に注目し、A.(1)を用いた制御されたラジカル環化反応、ラジカル重合、B.(2)、(3)、(4)を用いた配位オレフィンオリゴメリ化と環化
3D・4D超音波画像のサブトラクション法による嚥下動態の経時的・客観的評価の確立

嚥下動態の画像評価方法としては、主に嚥下造影検査(VF)が利用され、嚥下内視鏡検査(VE)や超音波検査(US)も併用されている。USは被曝がなく、3次元・4次元的な動態を捉えることも可能で、簡便性、非侵襲性、リアルタイム性に優れ、口腔期の評価、特に舌運動の評価に有用であるとの報告も散見される。そこで、USを利用した舌運動および舌背上の食塊の動態に特化した画像解析ソフトの開発を試みたが、今回開発したソフトは、食塊を含めた舌運動を元画像よりも明瞭に描出し、さらに任意の方向での観察も可能であり、臨床応用にはさらに検討が必要であるが、口腔準備期・口腔期の嚥下動態の評価に有用である事が示唆された。嚥下動態の画像診断には、主に嚥下造影検査(以下VF検査)が使用されているが、VF検査はX線被曝があり、二次元的画像で診断せざるを得ない。本研究では、被曝もなく三次元・四次元的な動態を捉えることも可能である超音波装置を用いて、定量的嚥下動態解析を試みる事とした。しかし、画質は撮像条件に左右され、現時点では、三次元画像の描出に限界があることが確認された。そこで撮像条件や探触子の形態に工夫が必要であると同時に、嚥下動態検査における3D/4D画像作成に特化したソフトの開発が必要であることが示唆された。そこで本年度はまず、当科に設置済みの3D/4D表示可能な超音波装置と探触子を用いて、適切な撮像条件と描出良好な検査食の検討を行うこととした。超音波装置Voluson730(GE横河メディカル)とプローブ4種(2Dリニア型、3D/4Dリニア型、3D/4Dコンベックス型)を使用し、ファントムを用いた静止画像での評価を行い、次に、成人ボランティア1名を対象に、3D/4D画像を撮影、画質や撮像ボリュームレートとの関係を検討した。上記検討の結果から有用と考えられた探触子および撮像条件で検査食の検討を行った。検査食には既存の食品から液体、ゼリー状、固形物の数種を用いた。嚥下動態検査では、高ボリュームレートが望まれるが、今回の結果からは、3D/4DコンベックスRABA4-8Lを使用し、画質がmidlowであれば、充分な嚥下動態が把握できること、また高画質を得るためには、撮像ボリュームをBアングル50度、Vアングル25度まで下げれば、高ボリュームレート(10Hz以上)が得られることが確認され、撮像ボリュームは小さくなるが、撮像方向を変化させれば、充分把握可能であることが示唆された。検査食では、寒天やムースアップと炭酸水の組み合わせが比較的手軽で粘度の調整も可能であり、有用であると考えられた。画像による嚥下動態の評価方法には、嚥下造影検査(以下VF検査)や嚥下内視鏡検査(以下VE検査)がある。しかし、VF検査はX線被曝があり診断は二次元的画像のみによるという問題がある。また、VE検査は咽頭期の評価が主で、口腔期の評価は不十分であるという問題がある。一方、超音波検査は被曝がなく、近年は三次元・四次元的な動態を捉えることも可能となったことから、簡便性、非侵襲性、リアルタイム性にも優れ、口腔期の評価に有用であると考えられた。しかし、画質は撮像条件や探触子の形態および検査食の性状に影響を受けると考えられ、昨年は超音波断層法の嚥下動態解析への応用に関して適切な検査条件についての検討を行い報告した。今回は、昨年の結果に基づいて撮像された画像を用い、舌運動および舌背上の食塊の動態に特化した画像解析ソフトの試用を試みた。超音波装置にVoluson730(GE横河メディカル)、プローブに3D/4DコンベックスRABA4-8Lを使用、画質モードはmidlow、撮像ボリュームはBアングル50-70度、Vアングル25-50度とし、成人ボランティア1名を対象に寒天やムースアップに炭酸水を混ぜ込んだ検査食を用いて撮像した。この画像をJpegとBMPで保存し、高速3D画像解析ソフトおよび高速4Dビューワーソフト(ラトックシステムエンジニアリング株式会社)を用い、舌および食塊の動態の描出能について検討した。その結果、試用した解析ソフトは、舌背上の食塊を含めた嚥下動態を元画像よりも明瞭に描出し、さらに任意の方向からの観察も可能となり、臨床応用にはさらなる検討が必要ではあるが、経時的な動態評価に加え、術前患者へのインフォームドコンセントや術前・術後治療の動機付けなどへの活用も期待されることが示唆された。嚥下動態の画像評価方法としては、嚥下造影検査(VF)が主に利用されている。その他の検査法としては、嚥下内視鏡検査(VE)や超音波検査(US)が挙げられる。VF検査は、一連の嚥下動態を明瞭に画像化できるがX線被曝を伴い、3次元の動態を2次元的画像で診断せざるを得ない。また、VE検査は鼻腔から挿入した内視鏡により咽頭を直接観察する検査法で、咽頭期の評価が主であり、口腔期の評価は不十分となる。一方、超音波検査は被曝がなく、3次元・4次元的な動態を捉えることも可能で、簡便性、非侵襲性、リアルタイム性にも優れ、口腔期の評価、特に舌運動の評価に有用である。

本年度の研究では、前年度までに適正であることが確認された撮像条件および検査食を用いて撮像したデータを、昨年度までに開発した舌運動および食塊の動態観察に特化した画像解析用ソフトを用いて、描出能の検討をした。その結果、今回開発した解析ソフトは、舌背上の食塊を含めた舌運動を元画像よりも明瞭に描出し、さらに任意の方向からの観察も可能となり、超音波装置を用いた、口腔準備期および口腔期の嚥下動態(舌運動・食塊動態)の評価に有用であることが示唆された。しかし課題として、一つは、元画像を解析用ソフトへデータ変換する際、ソフト上で食塊の位置確認を容易にかつ正確に検出することを可能にするため、食塊の描出能をさらに向上させること、2つ目に、今回は高ボリュームレートが得られる撮像ボリュームでの画像を用いて解析したため、食塊とその周囲の限られた範囲での解析となったが、複雑な舌運動の全貌をリアルタイムに把握するためには、今後、食塊および舌全体を含めた、広範囲の描出を可能とする撮像方法および動態解析についての検討が必要であると思われた。今回開発した解析ソフトは、舌背上の食塊を含めた舌運動を元画像よりも明瞭に描出し、さらに任意の方向からの観察も可能となり、臨床応用にはさらなる検討が必要ではあるが、超音波装置を用いた、口腔準備期および口腔期の嚥下動態(舌運動・食塊動態)の評価に有用であることが示唆された。しかし、元画像を解析用ソフトへデータ変換する際、ソフト上で食塊の位置確認が困難で、解析に再現性が得られない症例を認めた。また、今回は高ボリュームレートが得られる撮像ボリュームでの画像を用いて解析したため、食塊とその周囲の限られ範囲での解析となり、食塊および舌運動の全貌をリアルタイムに把握することは困難であった。以上から、2つの問題点の解決のため、さらにソフトの改良が必要となった。従来、嚥下動態の画像評価法としては、主に嚥下造影検査(VF)が頻用されている。その他の検査法としては、嚥下内視鏡検査(VE)や超音波検査(US)が利用されている。本研究の目的は、被曝がなく、簡便性、非侵襲性、リアルタイム性に優れた超音波装置を用いて、嚥下動態の三次元・四次元画像の定量的解析を確立する事、さらに術前・術後・経過の検査画像をサブトラクションすることにより、経時的動態変化の客観的視覚評価を可能とし、患者へのインフォームドコンセントや動機付けなどに活用することである。近年USを用いた嚥下機能評価に関する研究報告が散見されるが、食塊の動態を含めた舌動態の評価に関する報告は、ほとんど見られない。そこで本研究ではUSによる舌運動および舌背上の食塊の動態に特化した画像解析ソフトの開発を試みる事とした。まず、ソフト開発にあたり、2つの実験を試みた。US画像の画質は、撮像条件や探触子の機能や形態および検査食の性状に影響を受ける。そこで当科設置の装置で、嚥下動態の描出において適切である撮像条件の検討と描出良好な検査食の検討を行った。次に、得られた撮像条件および検査食を使用して撮像された画像において、既存の高速3D画像解析ソフトと高速4Dビューワーソフトを利用して舌運動および舌背上の食塊の動態に特化した画像解析ソフトの検討を行った。その結果、臨床応用にはさらに検討が必要であるが、今回開発した解析ソフトは、口腔準備期から口腔期における食塊の動態を含めた嚥下動態評価に有用であることが示唆された。本年度(延長期間)においては、これまでの研究成果を論文にまとめ、今後の課題となる食塊を含めた、舌運動の全貌をリアルタイムに把握するため、広範囲の描出を可能とする撮像方法および動態解析についての情報収集のために学会に参加した。そこで得られた情報を含め、今後の課題として研究を進めていく方針である。
圧力下熱伝導測定による圧力誘起超伝導体の研究

圧力誘起超伝導体のギャップ構造を調べるため、圧力下における熱伝導率測定をするための装置開発、および熱伝導率の磁場方向依存性の測定を行った。まず、温度計、圧力媒体等を吟味しその評価を行った。その結果、試料の熱伝導率に対し圧力媒体の熱伝導率が無視できないことが判明し、圧力下において熱伝導率測定に必要な条件である断熱状態を得ることが容易ではないことが明らかとなった。しかしながらその一方でゼロ圧ではあるが熱伝導率をプローブとして超伝導ギャップ構造を調べるための実験方法を確立することができた。これまで超伝導ギャップ構造は高温超伝導体でしか明らかにはなっていなかったが、これにより他の異方的超伝導体のギャップ構造の決定が可能となった。具体的には熱伝導率を磁場の方向を変化させたときの熱伝導率の角度依存性より重い電子系超伝導体CeCoIn_5、有機超伝導体κ-(BEDT-TTF)_2Cu(NCS)_2、ホウ素炭化物YNi_2B_2C、重い電子系超伝導体PrOs_4Sb_<12>のギャップ構造を明らかにした。特にYNi_2B_2Cのノード構造は、これまで多くの異方的超伝導体でみられていたラインノードではなく、ポイントノードであることを初めて明らかにすることができた。さらに、最近発見された重い電子系PrOs_4Sb_<12>においては超伝導ギャップにポイントノードが存在するだけでなく、少なくとも2つの異なった対称性をもつ超伝導相が存在することを明らかにすることができた。これは複数の超伝導相をもつ超伝導体としては、UPt_3についで2つ目の例である。磁場の方向を変化させたときの熱伝導率の角度依存性から異方的超伝導体のギャップ構造を明らかにした.特に準2次元的な電子構造をもつ3種類の物質,(1)スピントリプレット超伝導体Sr_2RuO_4,(2)重い電子系超伝導体CeCoIn_5,(3)有機超伝導体к-(ET)_2Cu(SCN)_2の超伝導ギャップの構造を決定できた.その結果,Sr_2RuO_4では超伝導ギャップが零になる部分である「ノード」が伝導面に平行に存在することを突き止め,これまでの結果とあわせることで,もっとも有力な超伝導対称性がd(κ)=Δoz(κx+iκy)(coscκ_z+α)であることが明らかとなった.また,CeCoIn_5およびк-(ET)_2Cu(SCN)_2においては,ノードが伝導面に対し垂直方向に存在することを明らかにし,それぞれの超伝導対称性はd_x2_<-y>2, d_<xy>であることを示すことができた.このようにCeCoIn_5においてその対称性を決定できたことは,異方的超伝導体では高温超伝導体に次いで2番目の例であり,重い電子系超伝導体では初めての例である.また,CeCoIn_5において,低温での超伝導転移が1次転移であることを初めて発見した.このように1次転移が見られる超伝導体はこれまで例はなく,これまで理論的研究しかなかった1次転移に関する理解が進むと考えられる.また,Sr_2RuO_4およびк-(ET)_2Cu(SCN)_2で明らかとなった超伝導対称性は,これまで理論的に議論されているものとは大きく異なり,これらの物質で議論されてきたメカニズムの再考の必要性を強く示唆している.以上,本研究で異方的超伝導体のギャップ構造を明らかにすることで超伝導対称性および発現機構に関して強い制約を与えることができた.圧力誘起超伝導体のギャップ構造を調べるため、圧力下における熱伝導率測定をするための装置開発、および熱伝導率の磁場方向依存性の測定を行った。
生体中で安定な^<11>C含有PETトレーサー合成のための高速C-メチル化反応の開発

1-メチルアルケン部分構造を持つ生物学的に重要な物質は数多く知られている。我々は、これらの化合物への[^<11>C]メチル基の導入によるPET(陽電子放射断層画像撮影法)トレーサー化を目的に、ヨウ化メチルを大過剰のアルケニルトリブチルスタナンにより捕捉するStille型高速カップリング反応(5分以内で終了)を検討した。本反応は、sp^2-sp^3炭素間でのカップリング反応の範疇に入るが、当初sp^2(phenyl)-sp^3炭素間高速カップリングにおける最適条件を適用しても不十分であった。また、既知の触媒量のPdを用いるsp^2(alkenyl)-sp^3炭素間でのStille型カップリングの条件も適用できないことが判明した。その後様々な条件検討を行った結果、DMF中60°Cで進行する反応条件を見出すことに成功した。それらの中で、CH_3I/スタナン/Pd_2(dba)_3/P(o-tolyl)_3/CuX(X=Br or Cl)/K_2CO_3(モル比:1:40:0.5:46:2:5)はエントリーしたほとんど全ての基質に対して良好に働く。また、CH_3I/スタナン/Pd_2(dba)_3/P(o-tolyl)_3/CuX(X=Br, Cl, or I)/CsF(モル比:1:40:0.5:24:2:5)からなる条件は、適用可能な基質の一般性の観点から最良の結果を示し、相当するメチル化体を90%以上の収率で与えた。本反応の有用性は、実際の[^<11>C]メチル基含有化合物を合成することにより実証された。一方、ヘテロ環上にメチル基を有する化合物のPETトレーサー化を目的に、ヨウ化メチルを大過剰のヘテロアリールトリブチルスタナンにより捕捉するStille型高速カップリング反応(5分以内で終了)を検討した。様々な条件検討を行った結果、種々のヘテロアリールトリブチルスタナンを基質にしても本反応が収率よく進行する反応条件を見出すことに成功した(未発表)。今後、本研究により確立された反応条件の活用による、メチル基を有する代謝安定なPETトレーサーの創製が期待される。レチノイド、ビタミンK、スクワレンなどのイソプレノイド類に代表されるように、その構造内に1-メチルアルケン部分構造を持つ生物学的に重要な物質は数多く知られている。そこで我々は、これらの有機化合物への[^<11>C]メチル基の導入を目的に、ヨウ化メチルを大過剰のアルケニルトリブチルスタナンにより捕捉するStille型高速カップリング反応(5分以内で終了)を検討した。本反応は、ヨウ化メチルのフェニルトリブチルスタナンによる捕捉反応と同様に、sp^2-sp^3炭素間でのカップリング反応の範疇に入るが、当初の検討段階においてsp^2(phenyl)-sp^3炭素間高速カップリングにおける最適条件を適用しようとしても不十分であることが分かった。また、既知の触媒量のPdを用いるsp^2(alkenyl)-sp^3炭素間でのStille型カップリング反応の条件も適用できないことが判明した。その後様々な条件検討を行った結果、DMF中60°Cで進行する4種類の反応条件A-Dを見出すことに成功した。

それらの中で、反応条件B、CH_3I/スタナン/Pd_2(dba)_3/P(o-tolyl)_3/CuX(X=Br or Cl)/K_2CO_3(モル比:1:40:0.5:46:2:5)はエントリーしたほとんど全ての基質に対して良好に働く。また、CH_3I/スタナン/Pd_2(dba)_3/P(o-tolyl)_3/CuX(X=Br,Cl, or I)/CsF(モル比:1:40:0.5:24:2:5)からなる条件Dは、適用可能な基質の一般性の観点から最良の結果を示し、相当するメチル化体を90%以上の収率で与えた(ヨウ化メチルの消費に対する収率)。また、P(t-Bu)_2Meを使用した条件Cの場合では特にα,β-不飽和カルボニル基質に対してP(o-tolyl)_3の使用(条件D)よりも劣ることがわかった。なお、これらの反応条件では位置あるいは立体化学の異性化は全く起こらない。本高速メチル化反応の有用性は反応条件D(2ポット法を適用)を用いて、実際の[^<11>C]メチル基含有化合物を合成することにより実証された。今後、本研究により確立された反応条件をもとに、1-[^<11>C]メチルアルケン構造を有する代謝安定な創薬・診断PETトレーサーの創製が期待される。ヘテロ環上にメチル基を有する薬剤などの生物活性物質は数多く知られている。そこで我々は、これらの化合物への[^<11>C]メチル基の導入によるPET(陽電子放射断層画像撮影法)トレーサー化を目的に、ヨウ化メチルを大過剰のヘテロアリールトリブチルスタナンにより捕捉するStille型高速カップリング反応(5分以内で終了)を検討した。本反応は、ヨウ化メチルのフェニルトリブチルスタナンによる捕捉反応と同様に、sp^2-sp^3炭素間でのカップリング反応の範疇に入るが、当初の検討段階においてsp^2(phenyl)-sp^3炭素間高速カップリングにおける最適条件を適用しようとしても不十分であることが分かった。その後様々な条件検討を行った結果、種々のヘテロアリールトリブチルスタナンを基質にしても本反応が収率よく進行する反応条件を見出すことに成功した(未発表)。今後、本研究により確立された反応条件の活用による、メチル基を有するヘテロ芳香族関連の代謝安定な創薬・診断PETトレーサーの創製が期待される。一方、上記反応の応用展開の一例として、GSK-3β(glycogen synthase kinase-3β)阻害能を有するPETトレーサー開発に着手した。GSK-3βは、アルツハイマー病やパーキンソン病などの脳の老化に伴う神経変成疾患の発症に関与が示唆されている酵素であり、これを標的としたPETトレーサーはこれら疾患の診断薬になりうる。本研究では、インドール環上にメチル基を有するGSK-3β阻害剤候補化合物の非放射標識体を合成した。今後、酵素活性の測定およびトリブチルスズ前駆体の合成を行った後、実際のPETトレーサー合成を試みる予定である。