hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
モット絶縁体の単結晶薄膜を制御してモットＦＥＴのプロトタイプを作る

巨大履歴現象のおかげで、素子はパルス時刻依存可塑性(STDP)を示します。さらに負性微分抵抗を利用すると、正負ゲインをゲート電圧で制御できる人工シナプスが作製できます(国際特許出願済)。この素子はゲート電場が小さいところでは履歴現象のない良い特性のFETになるので、全く同じ素子がニューロンにもなります。特筆すべき成果であり、現在特許出願準備中です。本研究で扱う遷移金属酸化物は本質的に欠損を生じやすい物質であるため、その上にゲート絶縁膜を積層してFETを作るのは容易ではありません。我々は、チャネル物質の上に6nmのパリレンをつけることで表面が保護されて、その後のプロセスや電界を印加した際に新たな酸素欠損が生じないことを確認しました。FETとして十分な電界効果を得るために、パリレンの上にさらに20nmのHfO2を積層させるというのが我々のデバイスのキーポイントです。このHfO2は原子層堆積装置(ALD)を用いて作製するのですが、我々はこの装置を持っていないため、物質・材料研究機構(NIMS)が文科省のナノテクノロジー・プラットフォーム(NPF)事業として共同利用に供しているALD装置を利用しています。ところが今年度はこのALD装置が不調で、試料ステージの変更をおこなうなどの措置を施したため作製条件が変わり、予定していたSrTiO3の(110)と(111)面およびNiOの(100)面などをチャネルにしたモットFETの作製には成功しませんでした。今年度に作製条件を詰めて、来年度には物性測定に入れると計画していたので、これは残念な予定変更になりました。しかし、その研究にあてる予定だった時間で、これまでのSrTiO3の(100)面上のFETの電流電圧特性を詳細に検討しなおすことができ、履歴現象の出現と金属非金属転移の関係、負の静電容量の出現理由、ニューロモルフィック素子としての可能性、低温での近藤効果と非線形ホール効果について理解を深めることができました。昨年度終了時点ではそれぞれの現象のつながりが曖昧で、それぞれに都合の良い解釈を与えていましたが、理解が深まったおかげで整合性が取れ、それを用いると、全ての現象を予想通りに再現できるようになりました。これは電子素子としての応用を考えると非常に大きな進歩となりました。本年度はSrTiO3 FETの金属絶縁体転移のメカニズムを探るため、これまでよりも詳細な実験とシミュレーションによる研究を行いました。これによって、FET特性の閾値が、ゲート電圧印加の履歴の関数になることが判明しました。酸素欠損がバルクに追いやられバックゲートのように働くという仮定から導かれる特性とよく一致しています。このSrTiO3の金属非金属転移の履歴現象を用いて、スパイク時刻依存可塑性(STDP)という脳の中にあるシナプスの特性を真似することに成功し、SrTiO3 FETを用いた人工シナプスを開発することに成功しました。このデバイスの特性パラメータを抽出し、それを使って、機械学習のシミュレーションも行いました。60000の手書き数字で学習を行い、10000の手書き数字で認識のテストを行ったところ、70%を超える良い精度で認識に成功しました。
時間分解表面第二高調波発生法による液-液界面化学過程の動的解析

本研究課題を遂行するには,液-液界面における分子の静的状態を事前に把握しておくことが必要である.そのためには単分子層以下の密度で液-液界面に存在する化学種の電子スペクトルによる状態解析が最も重要である.そこで界面における対象性の低下に基づく表面第二高調波発生(SHG)が共鳴条件において飛躍的に増大することに着目し、この現象を利用した新規電子スペクトル測定法を開発した.界面に対して基本波を全反射条件で入射し,界面で発生したSH光の強度を入射基本波波長に対してプロットすることにより共鳴SHGスペクトルとした.又、この共鳴SHGスペクトルによりn-ヘプタン-水界面に吸着した色素分子(ロ-ダミンB)の電子構造および二量体形成を明らかにした.10^<-7>10^<-5>Mのロ-ダミンB水溶液-ヘプタン界面から得られた共鳴SHGスペクトルの形状は極性溶媒中におけるロ-ダミンBの単量体を示す吸収スペクトルと一致している.さらに極大波長が溶液中に比べて赤色シフトしている.また,濃度変化に対して共鳴SHGスペクトルの偏光特性に変化は認められない.これらのことからこの濃度領域においてロ-ダミンB分子は単量体で界面に吸着し,吸着量の増大に伴う分子配向の変化は無いことが明かとなった.又、10^<-4>M以上のロ-ダミンB水溶液-ヘプタン界面で得られた共鳴SHGスペクトルには明らかに二量体に由来するピークが存在し,液-液界面における二量体形成が初めて明らかになった.本研究課題を遂行するには,液-液界面における分子の静的状態を事前に把握しておくことが必要である.そのためには単分子層以下の密度で液-液界面に存在する化学種の電子スペクトルによる状態解析が最も重要である.そこで界面における対象性の低下に基づく表面第二高調波発生(SHG)が共鳴条件において飛躍的に増大することに着目し、この現象を利用した新規電子スペクトル測定法を開発した.界面に対して基本波を全反射条件で入射し,界面で発生したSH光の強度を入射基本波波長に対してプロットすることにより共鳴SHGスペクトルとした.又、この共鳴SHGスペクトルによりn-ヘプタン-水界面に吸着した色素分子(ロ-ダミンB)の電子構造および二量体形成を明らかにした.10^<-7>10^<-5>Mのロ-ダミンB水溶液-ヘプタン界面から得られた共鳴SHGスペクトルの形状は極性溶媒中におけるロ-ダミンBの単量体を示す吸収スペクトルと一致している.さらに極大波長が溶液中に比べて赤色シフトしている.また,濃度変化に対して共鳴SHGスペクトルの偏光特性に変化は認められない.これらのことからこの濃度領域においてロ-ダミンB分子は単量体で界面に吸着し,吸着量の増大に伴う分子配向の変化は無いことが明かとなった.又、10^<-4>M以上のロ-ダミンB水溶液-ヘプタン界面で得られた共鳴SHGスペクトルには明らかに二量体に由来するピークが存在し,液-液界面における二量体形成が初めて明らかになった.
経鼻‐脳実質内薬物送達法による中枢系疾患治療を指向した神経炎症抑制効果の検討

近年、アルツハイマー病などの神経変性疾患の発症に神経炎症が深く関与し、活性化グリア細胞や炎症性物質の集積に起因したアミロイドβなどの老廃物の脳内蓄積が神経疾患を惹起することが強く示唆されており、神経炎症の抑制が神経変性疾患の根治的治療に繋がる可能性が示されている。これまでに、経鼻投与を利用することで脳移行性が低い薬物も鼻腔から脳へ直接送達され、脳実質まで送達できることを示してきた。本研究では、経鼻投与による神経変性疾患の根治的薬物治療法の開発を目指し、抗炎症薬物の脳内送達性を薬物動態解析し、経鼻投与の有用性を実証する。更に、経鼻投与による神経炎症抑制効果及び認知機能改善効果を検証する。
光を用いた強誘電体から半導体への制御

本年度は昨年度報告したラセミ体のヘリセンにアルキルアミド基を導入したRac-1の優れた強誘電性発現のメカニズムを考察する目的から、P体のヘリセンにテトラデシルアミドを導入した(P)-1、ラセミ体とP体のヘリセンにテトラデシルエステル基を導入したRac-2と(P)-2、ラセミ体のヘリセンにプロピルアミド基を導入したRac-3を新規に合成し、これらの構造を比較する事で、強誘電性発現のメカニズムを調査した。4分子の相転移挙動を調べたところ、分子Rac-1, (P)-1, Rac-2, (P)-2の融点は、それぞれ424, 411, 336, 324 Kであり、アミド体の方がエステル体よりも約100 K融点が上昇していた。これは、アルキルアミド基間の分子間水素結合が有効に働き、新たな秩序を発生させた結果と考えられる。更に、POM観察から、Rac-1のみが330420 Kの温度域で中間相を示し、この液晶相が2次元の水素結合ネットワークを介したバイレイヤー構造である事がPXRD測定から明らかになった。次に、P-E測定による強誘電性評価を行った所、Rac-1は強誘電体に特徴的なヒステリシスループを示したのに対し、残りの化合物は強誘電性を示さなかった。また、Rac-1の残留分極値は非常に大きく、アルキルアミド基置換ピレン誘導体で見られた残留分極値よりも約10倍大きな値であった。これは、Rac-1が1水素結合密度が高い、バイレイヤー構造を形成している2二次元水素結合ネットワークを構築しているため、全てのアミド基が協奏的に回転可能である3永久双極子をもつヘリセン部位自身が運動している事が原因であると考えられる。二次元水素結合ネットワークを有する有機強誘電体は、有機強誘電体メモリの創製に関して有利と考えられ、新たな可能性を開拓した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。直鎖のテトラデジルアミド基を導入したピレン誘導体(1)が、液晶性・特異な発光特性・強誘電性を発現する事を見いだしている。これらの物性は、水素結合性の超分子構造に依存すると考えられるが、その詳細な検討は行われていない。そこで、「光を用いた強誘電体から半導体への制御」を念頭に、「光物性・強誘電性と超分子構造」間の相関を明らかする事を目的とし、螺旋構造の形成が期待できる、キラル分岐鎖を有する3,7-ジメチルオクチルアミド基を導入したピレン誘導体(S-2, R-2)を合成し、これらの形成する水素結合性螺旋超分子構造に着目し、溶液中における発光特性とバルク強誘電物性の制御を試みた。分子S-2およびR-2は、濃度・溶媒の種類(メチルシクロヘキサン(MCH), CHCl3, THF)に依存した吸収ー発光スペクトルを示した。次に、基底および励起状態におけるらせん分子会合状態を、円偏光二色性(CD)と円偏光発光(CPL)スペクトル測定により評価したところ、いずれの測定でもらせん会合体の形成に由来するスペクトル活性が見られた。また、MCH中ではg = 10-2オーダーの非常に高いCPL活性が、また、CHCl3中では他の溶媒と逆向きのCPL活性が確認された。よって、濃度や溶媒に依存した吸収ー発光スペクトルの変化は、基底状態と励起状態の水素結合性らせん超分子構造に起因する事が示された。発光特性とCPL活性を、溶媒による超分子構造の制御により実現した初めての研究例である。バルク状態の分子S-2およびR-2は、液晶性と強誘電性を示さなかった。そこで、(1)(S-2)混晶の作製を試み、そのミクロな強誘電物性に関する検討を試みた。混晶は、分子1の割合が30%以上で液晶性を発現し、一方、強誘電性は分子1が97%以上でのみ観測された。よって、分子S-2の僅かな添加が分子1の強誘電性を消失させ、分子1のある閾値以上の会合体を形成が強誘電性の発現に重要である事が判明し、会合数の制御による強誘電性の制御に成功した。「光を用いた強誘電体から半導体への制御」に係わる本研究は、当初の計画以上に進展している。本年度は、ピレン誘導体の光物性に関する研究に主眼を置き、報告者自身のアイデアで分子設計を行った、キラル分岐アルキルアミド置換ピレン誘導体を新規に合成し、これらの発光特性と超分子構造に関する研究を展開した。円偏光発光測定・蛍光寿命測定・CDスペクトク測定・蒸気圧式絶対分子量測定装置などの共同研究を展開し、らせん超分子構造の制御によるエキシマー発光や円偏光発光(CPL)などの制御に成功している。以上の研究から、発光特性と超分子構造の相関を解明し、水素結合型超分子構造に起因する強誘電性を光によって制御できる可能性を見出した。バルク状態における物性評価では、超分子構造の会合数が強誘電性の発現に大きな影響を及ぼす事を見出し、会合数の制御による強誘電性の制御に成功している。超分子の会合数と強誘電性の相関に言及した研究は皆無であり、今後、ミクロとマクロを繋ぐ物性の理解に重要な結果を与えると期待できる。

また、上記の研究は、分子科学討論会・日本化学会春季年会・日本化学会「低次元系光機能材料研究会」第5回サマーセミナーなどの国内学会で5件、ICSM2016・ICCC2016などの国際学会で6件の発表を行った。また、日本化学会「低次元系光機能材料研究会」第5回サマーセミナーにおいて優秀講演賞を受賞している。以上の理由から、研究は大きく進展していると考える。本年度は、アルキルアミド置換ピレン誘導体の特異な発光特性の原因を調査するため、キラル分岐アルキルアミド基を導入した分子S-1, R-1の会合挙動に関する研究を行い、その論文執筆を行った。また、中心のπ電子骨格が与える強誘電性への影響を調べるため、非平面π電子系化合物のヘリセンに、アルキルアミド基を導入した化合物(2)を合成し、強誘電性の評価を行った。昨年度の研究より、S-1, R-1は溶媒・濃度依存した発光特性を示し、これはCD, CPL測定から、超分子の螺旋構造に起因していると分かった。また、S-1, R-1はゲル化能を示し、これはナノファイバーの形成に起因していると考えられる。そこで本年度は、この超分子構造に起因したファイバー構造を確認する目的から、S-1のAFM測定を行なった。S-1は基板依存したファイバー構造の形成を示した。これは、基板の親水性が関わっていると考えられ、CD, CPL測定の溶媒依存性の結果と一致した結果であった。これらの結果を基に、キラル分岐アルキルアミド置換ピレン誘導体の発光特性についての論文を執筆し、The Journal of Physical Chemistry Cに掲載された。また、分子2はDSC測定とPOM観察から、330-420 Kで液晶相を示した。分子2が液晶性を示したため、誘電率の温度ー周波数依存を評価したところ、これまでの強誘電体と同様の挙動を示し、強誘電体の可能が示唆された。そこで次に、P-E測定による強誘電性の評価を行った。分子2は液晶相で、強誘電体に特徴的なヒステリシスループを示し、残留分極の値は温度上昇に伴い増加した。これは、分子間水素結合により短距離的に固定されたアミド基の回転が、温度上昇により容易に誘起されたためと考えられる。以上より、アルキルアミド置換ヘリセン誘導体は、液晶性と強誘電性の両者を示す事が明らかとなった。「光を用いた強誘電体から半導体への制御」に関する研究を着実に推進している。特に、本年度は、昨年度に実施したキラルピレン誘導体の光物性に関する研究内容をまとめ、その成果をアメリカ化学会のThe Journal of Physical Chemistry Cに発表した。論文では、超分子構造を反映した発光特性に着目し、π電子化合物の発光特性に関する知見が得られ、大変興味深い研究成果となった。また、本年度に実施した研究内容に関しても大きな進展が見られた。近年注目を集めている、非平面π電子系化合物は、その特異な分子構造から自発分極を有するが、その分子骨格を用いた強誘電体の報告はこれまでになかった。報告者は、非平面π電子化合物であるヘリセンにアルキルアミド基を導入する事で、新規な非平面π電子系有機強誘電体の開発に始めて成功した。この強誘電体物性は、非常に特異であり、興味深い結果成果である。さらに、上記の研究成果に関して、国内外の学会において積極的に成果発表を行い、日本化学会東北支部大会での優秀ポスター賞、分子科学討論会の優秀講演賞を、さらに国際学会であるISCOM2017においてPoster Awardを受賞した。また、これまでの研究成果を高く評価され、東北大学多元物質科学研究所の籏野奨学基金から多元物質科学研究奨励賞を受賞している。
タクロリムス封入生分解性マイクロスフィアのラット小腸移植における局所免疫抑制効果

1経口用ナノスフィアの調整DL-lactide/glycolide copolymer(PLGA)によるタクロリムス封入生分解性ナノスフィアは、分子量20000のPLGAを使い、平均粒子径204nm、タクロリムス封入率4.024.36%である。2ナノスフィアの血中濃度変化LEW系ラットの雄、体重200gを使用し、ナノスフィア4.8mg/kg(タクロリムス含量)を経口投与して、血中濃度変化を測定した。市販のプログラフ4.8mg/kg(タクロリムス含量)と比較して、AUCの有意な高値と半減期の延長を認めた。3ナノスフィアの組織内濃度分布同様に、LEW系ラットを用い、ナノスフィア4.8mg/kg(タクロリムス含量)と市販のプログラフ4.8mg/kg(タクロリムス含量)の経口投与24時間後の組織内濃度を脳、心、肺、肝、脾、腎、小腸、腸間膜リンパ節において比較した。しかし、両者に有意差を認めなかった。そのため、小腸移植モデルを取り止め、心移植モデルによるナノスフィアの免疫抑制効果を検討した。4ラット心移植モデルによるナノスフィアの免疫抑制効果DA系ラットの雄、体重200gをドナー、LEW系ラットの雄、体重200gをレシピエントとして、レシピエントの頚部に異所性にグラフトを移植した。移植後グラフト生着日数により免疫抑制効果を検討した。ナノスフィア4.8mg/kg(タクロリムス含量)は、心移植後翌日から隔日投与で7回14日間経口投与した。一方、市販のプログラフ4.8mg/kg(タクロリムス含量)は心移植後翌日から連日投与で14日間経口投与した。両者に有意な生着日数の差を認めなかった。5まとめ徐放効果に優れた新しい剤型のPLGAタクロリムス封入生分解性ナノスフィアは、従来の剤型に比べて、投与回数を減らすことが期待できる。1タクロリムス封入生分解性ナノスフィアの調製乳酸-グリコール酸共重合体(分子量20000)600mgとタクロリムス60mgをアセトン12mL、エタノール6mLを用いて溶解し、撹拌速度400rpmで外水相の2%ポリビニールアルコール水溶液によって析出させた。この条件で平均粒子径266.8nm、封入率6.78%のナノスフィアを調製した。さらに、外水相に0.1%キトサンを加え被膜剤として腸管粘膜表面に接着させることで、徐放効果を期待した。調製の結果、平均粒子径403.4nm、封入率6.05%であった。乳酸-グリコール酸共重合体の分子量を5000と小さくするか、撹拌速度を上げると粒子径は小さくなるが、徐放性は低下した。2.タクロリムス血中濃度変化LEWラット、200g雄を用い、経口投与後のタクロリムス血中濃度推移を見ると、半減期が14時間で、数日を目標とした有効な徐放性は得られなかった。このナノスフィアを吸収促進剤のオレイン酸に分散させて経口投与すると、半減期が延長し、投与後24時間でもピーク値と変わらず期待される徐放効果が得られた。キトサンをコーティングした剤型は現在検討中である。コントロールとして、市販のタクロリムス経口剤を投与すると半減期は6時間であった。ラットを用いた経口投与では、1日絶食させても、通常の飼育条件下でも、タクロリムス血中濃度に変化はなかった。

また、ナノスフィアを生食か、オレイン酸に溶解し1日おいた状態でも、タクロリムス血中濃度に変化はなかった。1経口用ナノスフィアの調整DL-lactide/glycolide copolymer(PLGA)によるタクロリムス封入生分解性ナノスフィアは、分子量20000のPLGAを使い、平均粒子径204nm,タクロリムス封入率4.024.36%である。2ナノスフィアの血中濃度変化LEW系ラットの雄、体重200gを使用し、ナノスフィア4.8mg/kg(タクロリムス含量)を経口投与して、血中濃度変化を測定した。市販のプログラフ4.8mg/kg(タクロリムス含量)と比較して、AUCの有意な高値と半減期の延長を認めた。3ナノスフィアの組織内濃度分布同様に、LEW系ラットを用い、ナノスフィア4.8mg/kg(タクロリムス含量)と市販のプログラフ4.8mg/kg(タクロリムス含量)の経口投与24時間後の組織内濃度を脳、心、肺、肝、脾、腎、小腸、腸間膜リンパ節において比較した。しかし、両者に有意差を認めなかった。そのため、小腸移植モデルを取り止め、心移植モデルによるナノスフィアの免疫抑制効果を検討した。4ラット心移植モデルによるナノスフィアの免疫抑制効果DA系ラットの雄、体重200gをドナー、LEW系ラットの雄、体重200gをレシピエントとして、レシピエントの頚部に異所性にグラフトを移植した。移植後グラフト生着日数により免疫抑制効果を検討した。ナノスフィア48mg/kg(タクロリムス含量)は、心移植後翌日から隔日投与で7回14日間経口投与した。一方、市販のプログラフ4.8mg/kg(タクロリムス含量)は心移植後翌日から連日投与で14日間経口投与した。両者に有意な生着日数の差を認めなかった。5まとめ徐放効果に優れた新しい剤型のPLGAタクロリムス封入生分解性ナノスフィアは、従来の剤型に比べて、投与回数を減らすことが期待できる。
物理的摂動を用いる巨視スケールにおよぶ構造異方性の制御と特異物性発現

本プロジェクトでは、生体内の組織化に学び、「物理的摂動の存在下での組織構造の形成」に焦点をあて、分子スケールからナノ・メソスケールを超え、巨視スケールにいたる高度に制御された階層的異方構造がらなるソフトマテリアルを設計するとともに、その異方性に由来する格別な物性・機能の開拓を目指す。具体的には、(1)『高速電場応答強誘電性カラムナー液晶』の開拓とメモリー素子としての初の実験的検証。(2)『イオン性無機ナノシート問の二次元静電反発』によるアクアマテリアルの異方的力学特性、(3)グラフェン高濃度分散系を用いる『構造異方的ソフトナノカーボン』の創製と物性開拓、の3つを遂行する。最終年度であった平成29年度は、主に(2)と(3)を中心に行い、かつ、それらの過程において偶然見いだされた内容について探求した。2,『イオン性無機ナノシート間の二次元静電反発』による異方的アクアマテリアル:これまでの研究から、系の脱塩によりナノシート間の静電反発力は劇的に増大する事をすでに見いだしている。今年度は温度以外の刺激により異方的運動を行うアクチュエータの開発に取り組んだ。3,グラフェン高濃度分散系を用いる『構造異方的ソフトナノカーポン』:これまで当研究室ではイミダソジウム塩のオリゴマー構造を持つ新規イオン肢体を用いた高濃度グラフェン分散系を開発してきた。この新規イオン液体の電気化学測定を行ったところ、破格に高いキャパシタンスを有していることが明らかとなったため、その一般性を精査するため、種々のイオン液体の合成とそのキャパシタジス評価を行い、そのメカニズムにせまった。本研究課題を進めている最中、グラフェン高度分散系の研究の一環として、グラフェンの分散のために設計されたイミダソリヴムのオリゴマーの電気化学測定を行ったところ、これまでのイオン液体と比較して破格のキャパシタンスを有していることが明らかとなった。これは研究開始当初は全く予想していなかったものであり、この発見はエネルギー容量の小ささが問題であった電気二重層キャパシタの問題を解決し、エネルギーという社会的問題にもアプローチできる重要な発見である。前年度までで見いだしていたのは、電極電位が負の香合にキャパシタンスが向上するというものであった。これはオリゴマー化しているイミダソリウムがカチオン性であるため、その反対の極性の電極上に吸着し精緻な電気二重層を形成するためであると考えられた。この考察を元にアニオン性部位がオリゴマー化したイオン液体を合成・検討したところ、電極電位が正の場合にもキャパシタンスが向上するという結果を得ることができた。今後は平成29年度に得られた成果及び課題を元に研究を進め、本特別推進研究のまとめを行う。本特別推進研究の残された課題として、イオン液体オリゴマーの粘度の問題がある。上述のように、当初グラファイトの剥離に用いていたイオン液体オリゴマーが破格のキャパシタンスを発現することを見いだしその一般性を検討してきた。その検討の過程において、イオン液体の粘度がキャパシタンスに大きな影響を与えていることが判明した。そこで、構造の異なるイオン液体オリゴマーを系統的に合成し、キャパシタンスに与える影響に関して一般的な知見を得ることを考えている。その過程において高いキャパシタンスが発現するメカニズムも合わせて検討し、実用的なキャパシタにつなげていきたいと考えている。本プロジェクトでは、生体内の組織化に学び、「物理的摂動の存在下での組織構造の形成」に焦点をあて、分子スケールからナノ・メゾスケールを超え、巨視スケールにいたる高度に制御された階層的異方構造からなるソフトマテリアルを設計するとともに、その異方性に由来する格別な物性・機能の開拓を目指す。具体的には、(1)『高速電場応答強誘電性カラムナー液晶』の開拓とメモリー素子としての初の実験的検証、(2)『イオン性無機ナノシート間の二次元静電反発』によるアクアマテリアルの異方的力学特性、(3)グラフェン高濃度分散系を用いる『構造異方的ソフトナノカーボン』の創製と物性開拓、の3つを遂行する。今年度は主に次の3つの成果について報告した。1,『イオン性無機ナノシート間の二次元静電反発』による異方的アクアマテリアル:酸化チタンナノシートが磁場に対して垂直配向することを利用し、ナノシートの水分散系を磁場中でアクアマテリアルとしたところ、「免震積層ゴム」のように土台からの振動を遮断できる新しい材料を得た。2,グラフェン高濃度分散系を用いる『構造異方的ソフトナノカーボン』:グラフェンなどのπ電子系炭素クラスターが磁場に応答して異方配向することは、古くから理論予測されてきたが、この配向構造は磁場解除により消失するため、基礎・応用ともに研究が困難であった。本研究では、磁場中でゲル化することによりグラフェンが配向した構造異方的ソフトナノカーボンを作り上げることに成功した。3,『磁場配向ナノチューブ間の巨大静電反発』が制御する水の物理科学:アニオン性分子で被覆したカーボンナノチューブを水中に分散させ、磁場中に置くとナノチューブが配向するだけでなく、ナノチューブ間の静電反発が最大化し、互いの運動を牽制し合い、拡散しなくなるという非常に興味深い現象を見いだした。

具体的には、(1)『高速電場応答強誘電性カラムナー液晶』の開拓とメモリー素子としての初の実験的検証、(2)『イオン性無機ナノシート間の二次元静電反発』によるアクアマテリアルの異方的力学特性、(3)グラフェン高濃度分散系を用いる『構造異方的ソフトナノカーボン』の創製と物性開拓、の3つを遂行する。今年度は主に次の3つの成果について報告した。1,『高速電場応答強誘電性カラムナー液晶』の開拓:これまで当研究室で開発してきた強誘電性カラムナー液晶に10-30W%の割合で新たに開発した材料を混ぜ込むことで、電場応答スピードを著しく向上することに成功した(0.001Hzから0.1Hz)。さらに応答スピードに加え、分極の大きさも増大し、液晶材料で最も大きい自発分極の実現に成功した(6uC/cm)。2,『イオン性無機ナノシート間の二次元静電反発』による異方的アクアマテリアル:代表的な感温性高分子であるポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)を用い、磁場配向した酸化チタンナノシートを内包するヒドロゲルを作成(手法は平成25年度に確立)したところ、ゲル内外での水の出入りを必要とせず、大きく、速く、異方的なの変形を繰り返すことが可能なヒドロゲルアクチュエータが得られた。3,グラフェン高濃度分散系を用いる『構造異方的ソフトナノカーボン』:これまで当研究室で開発されてきたグラフェン分散系を用いてグラフェン-MoSの混合剥離系を調整し、Liイオン電池の負極材料へ応用した。その結果、MoSの使用率がこれまで報告されている最高値14%から72%へと大きく工場することを見いだした。本プロジェクトでは、生体内の組織化に学び、「物理的摂動の存在下での組織構造の形成」に焦点をあて、分子スケールからナノ・メゾスケールを超え、巨視スケールにいたる高度に制御された階層的異方構造からなるソフトマテリアルを設計するとともに、その異方性に由来する格別な物性・機能の開拓を目指す。1.『高速電場応答強誘電性カラムナー液晶』の開拓:これまで当研究室で開発してきた強誘電性カラムナー液晶に新たに開発した添加物を10-30%割合で混合することで電場応答速度を向上することに成功してきた。今年度はさらに母体となる液晶自身の分子デザインを工夫することで、電場配向特性・応答特性の向上を実現した。また同時に、スピンコートにより作成した強誘電性液晶薄膜にSPMプローブで電圧を印加することで、分極を書き込めることを実験により確認した。2.『イオン性無機ナノシート間の二次元静電反発』による異方的アクアマテリアル:水中に分散されたイオン性コロイド粒子一般の性質として、系内のイオン濃度を下げる程、コロイド粒子間の静電反発力が指数関数的に増大することが分かっている。
多能性幹細胞のAW551984による心筋分化制御機構の解明

多能性幹細胞から心筋細胞を作製し、心機能不全の治療に用いる試みが盛んに行われている。近年、様々な細胞シグナルが心筋細胞分化に重要な役割を果たすことが明らかになったが、その詳細な分子メカニズムは不明な点が多い。我々は、マウスES細胞の心筋細胞分化の制御因子としてAW551984を既に見出しており、本研究ではAW551984に結合するタンパク質を同定した。さらに、これら結合タンパク質の心筋細胞分化に及ぼす影響を検討し、分化制御に関わるものを抽出した。また、ヒトホモログVWA5Aも同様にヒトiPS細胞における心筋分化に関与することを示した。ES細胞やiPS細胞といった多能性幹細胞から心筋細胞を作製し、心機能不全の治療に用いる試みが現在盛んに行われている。このような多能性幹細胞を利用した製品の再生医療への応用のためには、多能性幹細胞から心筋細胞への分化効率や精製度を極力高くすることが必要と考えられており、世界中で精力的に研究が行われている。近年の研究により、Wnt/β-cateninシグナルやBMPシグナルが心筋細胞分化に重要な役割を果たすことが明らかになったが、心筋細胞分化の詳細な分子メカニズムには不明な点が多い。我々は、マウス胚性がん細胞(EC細胞)とES細胞の心筋細胞分化の制御因子としてAW551984を既に見出している。AW551984は、VITドメインとVWAドメインを有する分子的な機能が未知のタンパク質であり、このタンパク質の細胞内局在についてもまだ明らかになっていない。プルダウンアッセイとLC-MS/MS解析により同定したAW551984VITドメイン結合タンパク質の発現を、これらをエンコードする遺伝子を標的とするsiRNAによりマウスES細胞において抑制し、心筋細胞への分化に及ぼす影響を検討した。ES細胞の心筋細胞への分化は、拍動する胚葉体数と心筋特異的遺伝子発現によって評価した。AW551984結合タンパク質の中で心筋分化の制御に関わるものが見出されたため、現在これらの心筋細胞分化における役割の解明を行っている。ES細胞やiPS細胞といった多能性幹細胞から心筋細胞を作製し、心機能不全の治療に用いる再生医療への試みが現在盛んに行われている。我々は、マウスES細胞の心筋細胞分化の制御因子としてAW551984を既に見出している。AW551984は、VITドメインとVWAドメインを有する分子的な機能が未知のタンパク質である。マウスAW551984のヒトオーソログは、von Willebrand factorA domain containing 5A (VWA5A)であり、ヒト多能性幹細胞から心筋細胞への分化制御における役割は明らかになっていない。そこでVWA5Aの機能解析を行うため、ヒトiPS細胞にVWA5Aを標的とする特異的なshRNAをレンチウイルスにより導入し、VWA5Aの遺伝子発現が安定的に抑制された株を分離した。これらのshRNA発現株において、胚葉体を作成させることにより分化を促し、心筋特異的遺伝子の発現量を測定したところ、VWA5A遺伝子の発現抑制により心筋細胞への分化が抑制されていることが分かった。これらの結果は、マウスES細胞においてAW551984の発現抑制を行った場合の結果と一致しており、AW551984はマウスのみならずヒトの多能性幹細胞においても心筋細胞分化の制御因子であることが示唆された。現在、AW551984結合タンパク質と心筋細胞分化との関連についても、解析を進めているところである。しかしながら、多能性幹細胞の心筋細胞分化を制御している分子機構においては、未だ不明な点も多い。既に昨年度までに、AW551984およびそのヒトホモログVWA5Aの発現をRNAiで抑制することによって、マウスES細胞およびヒトiPS細胞の心筋細胞分化が阻害されることを報告した。今年度は、AW551984とその結合タンパク質の心筋細胞分化の細胞シグナル経路における役割について検討を行った。HEK293細胞を用いたレポーターアッセイにより、多能性幹細胞の心筋細胞分化に重要な役割を果たすことが知られている細胞シグナル経路に、AW551984が関与することが明らかになった。またAW551984をノックダウンしたマウスES細胞で、この細胞シグナル経路を阻害したところ、心筋細胞分化におけるノックダウンの影響が消失した。以前に同定したAW551984と相互作用する心筋細胞分化の制御因子の候補から、この細胞シグナル経路への関与が報告されているものを絞り込んだところ、一つの遺伝子が抽出された。AW551984は相互作用するこの分子の機能を制御することによって、心筋細胞分化に影響を及ぼす可能性が考えられた。さらに詳細なメカニズムに関しては、現在継続して解析を行っている。

また、ヒトホモログVWA5Aも同様にヒトiPS細胞における心筋分化に関与することを示した。AW551984結合タンパク質の分子生物学的・生化学的解析の進展が予想よりも遅れているため。再生医療引き続きAW551984結合タンパク質の機能解析を行う。特に多能性幹細胞から心筋細胞への分化において重要な役割を果たしている細胞シグナル経路のどこにAW551984結合タンパク質が係わっているのかを明らかにしたい。当初の研究計画の通りに研究は進んでいる。AW551984に結合するタンパク質の中からマウスES細胞の心筋細胞分化に関与するものが、ノックダウン実験により明らかになったため、研究計画の大幅な変更なしに今後の研究をスムーズに進められることが予想される。機器の修理に要する金額が、見積り額よりもかなり低かったため、次年度使用額が生じた。AW551984の結合タンパク質の分子生物学・生化学的な解析を中心に行い、心筋細胞分化におけるAW551984の分子的役割を明らかにしていきたい。既に多能性幹細胞の心筋細胞分化において重要な細胞シグナルが報告されているため、まずAW551984結合タンパク質がこれらの細胞シグナルを調節する可能性について検討したい。またAW551984のヒトホモログであるVWA5Aが、ヒト多能性幹細胞の心筋細胞分化においても機能的な役割を持つのかも明らかにしたい。次年度使用額は、当初の研究計画通り物品費として主に細胞培養用試薬の購入に用いる予定である。H25年度に使用する予定の試薬が輸入待ちとなり、納入時期が遅れたため。予定の試薬が納入され次第、これらの試薬を使用した実験をH26年度に合わせて行う予定である。
再生型有機ヒドリド供給能を有する金属錯体を用いた二酸化炭素の多電子還元反応

本研究では、生体内における補酵素NAD(Nicotinamide Adenine Dinucleotide)の再生可能なヒドリド能に着眼し、この機能を配位子内に組み込んだ新奇錯体分子の開発や二酸化炭素多電子光還元反応への展開研究を行った。その結果、以下の研究成果を得た;(1)メチル基による構造特性に起因する二酸化炭素からギ酸への還元反応の加速効果を見いだした。(2)本反応のトリガー物質である塩基の塩基性度によって二酸化炭素還元の反応速度を制御できることがわかった。(3)水性ガスシフト反応を利用した特異な錯体合成手法を見出した。本研究は、二酸化炭素改質による化学・電気エネルギー相互変換システムを念頭に置き、生体内補酵素NADにおけるNAD+/NADH型の再生可能なヒドリド生成能を配位子内に組み込んだ様々な金属錯体を合成し、自然エネルギーによる光や電気エネルギーを化学エネルギー(有機ヒドリド)として貯蔵した錯体分子による二酸化炭素の触媒的多電子還元反応の開発を目的としている。本研究代表者は、これまでに、光・電気エネルギーを有機ヒドリドとして貯蔵したNADH型pbnHH配位子を有する錯体が、二酸化炭素雰囲気下、塩基を添加することによりヒドリドを放出し、二酸化炭素をギ酸イオンへとヒドリド還元することを明らかにし、可視光を利用した光触媒的二酸化炭素還元にも成功している。この特筆すべき研究成果を基盤とし、平成25年度は、更に高効率な二酸化炭素からギ酸イオンへの光還元反応を達成するため、NADHモデル配位子であるpbnHH配位子のピリジン環の3位にメチル基を導入した新奇3Me-pbnHH配位子を合成し、この配位子を有するRu錯体の合成を行い、その結晶構造、各種分光学・光化学的性質や電気化学的特性、二酸化炭素へのヒドリド還元特性の検討を行った。その結果、Ru-pbnHHやRu-3Me-pbnHH錯体におけるピリジン環部位とジヒドロベンゾナフチリジン環部位との二面角は、それぞれ、0.9(4)°, -13.6(3)°であり、pbnHH配位子は、両部位がほぼ同一平面上にあるのに対し、3Me-pbnHH配位子は、ねじれている事が明らかとなった。このような配位子構造の違いは、二酸化炭素の還元特性にも影響を与えることがわかり、二酸化炭素からギ酸イオンへのヒドリド還元反応速度は、Ru-3Me-pbHH錯体の方がRu-pbnHH錯体よりもおよそ二倍速く反応が進行することが判明した。本研究である「再生型有機ヒドリド供給能を有する金属錯体を用いた二酸化炭素の多電子還元反応」は、二酸化炭素改質による化学・電気エネルギー相互変換システムを念頭に置き、自然エネルギーによる光や電気エネルギーを化学エネルギー(有機ヒドリド)として貯蔵した錯体分子による二酸化炭素の触媒的多電子還元反応の開発を目的としている。前年度(平成25年度)においては、光エネルギーを利用した二酸化炭素の触媒的ヒドリド還元反応系の高効率化に関する研究に取り組み、NADHモデル配位子であるpbnHH配位子やpbnHH配位子のピリジン環の3位にメチル基を導入した3Me-pbnHH配位子を有する両Ru錯体の構造学・分光学・光化学・電気化学的特性や二酸化炭素へのヒドリド還元特性の比較・検討を行うことで、メチル基による構造特性に起因する二酸化炭素からギ酸への還元反応の加速効果を見いだしただけではなく、本反応のトリガー物質である塩基の塩基性度によっても二酸化炭素還元の反応速度を制御できることがわかった。本年度(平成26年度)では、平成25年度で得られた知見を基盤としながらも、二酸化炭素からギ酸への変換で満足することなく、さらなる還元物質であるメタノールへの変換を志向し、(1)基質結合部位を有する新規金属錯体の合成とその光・電気還元反応特性の解明および二酸化炭素還元中間物質との反応性の検討、(2)複数のヒドリド源を組み込んだ新規二酸化炭素多電子還元錯体触媒の開発、を行った。(1)に関しては、水性ガスシフト反応を利用したpbnHH配位子および二酸化炭素の二電子還元物質である一酸化炭素が配位したRu錯体の合成・単離に成功し、(2)に関しては、二つの有機ヒドリド生成・供給部位を持つ酸化型(NAD+型)bbnp配位子や還元型(NADH型)bbnpH4配位子を有する両Ru錯体の合成・単離手法を明らかにした。本研究題目「再生型有機ヒドリド供給能を有する金属錯体を用いた二酸化炭素の多電子還元反応」において、二酸化炭素改質による化学・電気エネルギー相互変換システムを念頭に置き、自然エネルギーによる光や電気エネルギーを化学エネルギー(有機ヒドリド)として貯蔵可能な錯体分子を開発し、触媒的二酸化炭素多電子還元反応への適用・応用研究に取り組んだ。平成25年度においては、配位子の置換基効果や添加する塩基の塩基性度の違いによって二酸化炭素からギ酸へのヒドリド還元反応速度を制御できることを明らかにした。平成26年度では、水性ガスシフト反応を利用した新奇配位子還元反応(ヒドリド貯蔵反応)を見出し、さらには、2つの有機ヒドリド生成・供給部位を持つ酸化型配位子または還元型配位子を有する両Ru錯体の合成・単離手法も明らかにすることができた。

本研究の最終年度である平成27年度では、これまでに得られた知見を総括しながらも、二酸化炭素からギ酸への変換で満足することなく、さらなる還元物質であるメタノールへの変換を志向すべく、合成に成功した標的錯体の分光学・光化学・電気化学的特性は勿論のこと、二酸化炭素へのヒドリド還元能や光・電気によるヒドリド再生能の評価を行った。その結果、還元型配位子同士がC-CカップリングしたRu錯体([Ru(3Me-pbnH)2]2+)としていないRu錯体([Ru(pbnHH)2(CO)2]2+)では、配位子の電気化学的酸化過程(ヒドリド放出過程)に大きな差異があることを見出し、さらには、二酸化炭素雰囲気下において塩基を各錯体に作用させると、それぞれの錯体で反応性が大きく異なることが明らかとなった。本研究では、生体内における補酵素NAD(Nicotinamide Adenine Dinucleotide)の再生可能なヒドリド能に着眼し、この機能を配位子内に組み込んだ新奇錯体分子の開発や二酸化炭素多電子光還元反応への展開研究を行った。その結果、以下の研究成果を得た;(1)メチル基による構造特性に起因する二酸化炭素からギ酸への還元反応の加速効果を見いだした。(2)本反応のトリガー物質である塩基の塩基性度によって二酸化炭素還元の反応速度を制御できることがわかった。(3)水性ガスシフト反応を利用した特異な錯体合成手法を見出した。本年度における研究で見いだした一酸化炭素雰囲気下含水中におけるRu-pbn錯体からRu-pbnHH錯体への変換反応は、水性ガスシフト反応(CO+H2O→CO2+H2)における水由来のプロトンから水素への還元反応に代わり、pbnからpbnHH配位子への還元反応が進行し、Ru-pbnHH-CO錯体が得られたものと考察できる。これまでに、水性ガスシフト反応を触媒する分子性金属錯体の報告例は数多くあるが、水素発生する代わりに有機化合物を還元する反応の報告例は殆どなく、本知見は特筆すべき研究成果であると言える。さらには、pbn配位子のピリジン環の3位にメチル基を導入した3Me-pbn配位子を有するRu錯体を用いて同様に反応を行った場合、選択的にC-CカップリングしたRu錯体が生成することを見いだし、そのX線結晶構造解析にも成功している(論文投稿準備中)。以上のことにより、本研究は当初の計画以上に進展していると判断できる。化学金属錯体内に基質を結合させることにより、基質自身の電子密度が低下し、より還元され易くなると考えられるため、基質結合部位を有する金属錯体に関する研究は、今後、二酸化炭素からメタノールへの多電子還元反応の達成へ向けて非常に重要な知見を与えることが予想される。そこで、二酸化炭素や二酸化炭素還元中間物質(一酸化炭素、ギ酸、ホルムアルデヒド)の基質結合部位を有し、かつ、NADHモデル配位子であるpbnHHやbbnpH4配位子におけるヒドリド源となり得るジヒドロベンゾナフチリジン環部位の8位の水素が基質近傍にくるよう設計したRu錯体の合成・単離に取り組む。これら錯体の分光学・光化学・電気化学的特性は勿論のこと、光や電気エネルギーによる還元反応特性や二酸化炭素・一酸化炭素・ギ酸・ホルムアルデヒドとの反応性の検討を行い、ヒドリド能の評価や、光・電気によるヒドリド源の再生能力、さらには、反応中間体の同定など、詳細な反応機構を解明することで、二酸化炭素をメタノールへと多電子還元し得る高活性な錯体触媒の開発を目指す。Ru錯体における3Me-pbnHH
ウニ幼生の左右非対称性確立機構に関する研究

ウニ幼生の左右非対称性確立には、卵割期のイオン流入及び小割球からのシグナルが、それぞれ独立して影響することが明らかとなった。しかしながら、それらの作用の程度については、同じ科に属する種間においても異なる。また、その下流において、右化因子として知られるNodalが、体腔嚢が形成されるまでに、成体原基をはじめとする左右の違いを構成していくことが明らかとなった。本研究では、棘皮動物のウニの幼生が、変態が近づくにつれ、左右対称から左右非対称に成体形質を構築していく現象に注目し、幼生体内において、どのように左右非対称性が確立していくのかについて、主に実験発生学的手法を用いて、以下の(1)(6)の観点から、複数種のウニ類を用いて明らかにしていくことを目的としている。(1)幼生の左右非対称性確立に対する割球の影響を、割球除去実験により解析する、(2)ウニ幼生の左右非対称性の確立に影響をもたらすことで知られている既知の薬剤の山口県沿岸で採集可能なウニに対する影響を網羅的に解析する、(3)上記のウニの種を用いて、左右非対称性確立機構に関与することで知られているnodal遺伝子の単離を行う、(4)nodal遺伝子の時間的・空間的発現パターンに関する種の多様性について解析する、(5)nodal遺伝子の翻訳阻害の影響を調べることにより、nodal遺伝子の機能の多様性について解析する、及び(6)ウニの系統間における左右非対称性確立機構について考察を行う。本年度は、ウニ幼生の左右非対称性の確立における割球の影響を明らかにすることを目的として実験を行った。特に、これまで幼生の左右非対称性確立機構に関して報告のなかった正形類ウニのサンショウウニを用いて、16細胞期に形成される小割球が、幼生の成体原基の形成方向を決定する能力を持つか否かについて、割球除去実験により解析を行った。その結果、16細胞期の小割球除去胚由来の幼生の一部において、本来、幼生の体の左側に形成される成体原基が、右側に形成されるという攪乱がみられた。しかし、この攪乱の程度は、これまで研究代表者が解析を行った種の中で中程度であった(Kitazawa and Amemiya,2007;北沢、未発表)。また、他の割球に対する除去実験では、多くの場合、ほとんどの幼生が、正常に成体原基を形成した。つまり、本種では、成体原基の形成方向の決定は、16細胞期の小割球にあまり依存せず、その方向は、16細胞期には既に決定していることが推測された。この結果を踏まえ、より発生初期の胚に対して割球分離実験を行い、それぞれの割球由来の幼生を飼育した。その結果、半胚由来の幼生においても、前述の実験と同程度の攪乱が確認された。以上の結果より、サンショウウニでは成体原基の形成方向が、他種よりも早期に方向付けられている可能性が考えられる。また、ウニの系統により、小割球の子孫細胞が持つ、幼生の左右極性を決定する能力の程度が異なることが明らかとなった。これまでの研究代表者の研究により、ウニ幼生の左右非対称性の確立に、16細胞期に形成される小割球の子孫細胞が細胞間相互作用を介して影響していることが、数種のウニを用いて明らかにされてきた。その研究において、種により小割球が持つ左右非対称性決定能力の程度に違いがあることが明らかとなり、本年度は、小割球の左右非対称性決定能力が他種に比べて中程度のサンショウウニを用いて、幼生の左右非対称性確立に関与している割球の探求と、既知の左右非対称性攪乱物質の影響について解析を行った。本種では16細胞期以前に幼生の左右非対称性が確立することが昨年度の研究により示唆されたことから、まず、2細胞期の半胚及び4細胞期の1/4胚を作成し、これらの胚由来の幼生の成体原基形成方向を確認した。どちらの実験においても、16細胞期の小割球除去よりも成体原基の形成方向に攪乱がみられ、本来左側に形成される成体原基が右側に形成された個体が増加した。また、2細胞期の半胚を対として飼育した場合、左あるいは右側に成体原基を形成した対も確認された。次に、これまで幾つかのウニの種の幼生の左右非対称性を攪乱することで知られている薬剤のサンショウウニ胚への影響について調べた。H^+/K^+-ATPアーゼの阻害剤であるオメプラゾール及びランソプラゾールで処理を行ったところ、他種と同様に両側に成体原基を形成する個体が増加した。このことから、サンショウウニでは、左右非対称性確立に対する割球の影響は初期卵割期に作用し、これとは独立して、細胞内へのイオン流入も左右非対称性確立に影響をもたらしていると考えられた。

これまでの研究代表者の研究により、ウニ幼生の左右非対称性の確立には、16細胞期に形成される小割球の子孫細胞が細胞間相互作用を介して影響しているが、種により小割球の作用する程度が異なることが、複数のウニの種を用いて明らかにされてきた。特に、サンショウウニは小割球の能力が中程度で、小割球が形成される16細胞期以前の2-4細胞期胚に対する割球除去は、成体原基の形成方向に大きな攪乱をもたらし、また、H^+/K^+-ATPアーゼの阻害実験は、他種と同様に両側に成体原基を形成する個体を増加させたことから、サンショウウニでは、他のウニとは異なり、左右非対称性確立に対する割球の影響は初期卵割期に作用し、これとは独立して、細胞内へのイオン流入も左右非対称性確立に影響をもたらしていると考えられた。そのため、当該年度は、他種のウニ幼生の左右非対称性確立に関与すると知られているNodalに注目し、その阻害剤であるSB431542を用いて、サンショウウニの様々な時期の胚に対して処理を行った。これまで報告のあった地中海産のウニに対する結果と同様に、初期胞胚期以降に一定期間継続処理を行うと、幼生の口は分化しなかった。間充織胞胚期からの処理では、幼生腕の伸長に影響がみられ、片側の腕のみが伸長していた。更に、原腸胚プリズム幼生期から一定期間継続処理を行ったところ、両側に成体原基が形成する個体が増加した。このことから、サンショウウニにおいてもNodalが左右非対称に成体原基を形成する際に機能することが考えられた。次に、nodal遺伝子の単離を試みるため、第一段階としてサンショウウニをはじめ複数種のウニ胚からcDNAを作成した。更に、当該年度は、他のサンショウウニ科のウニであるコシダカウニ、ハリサンショウウニ及びキタサンショウウニを採集することができ、これらのウニの成体原基形成過程を詳細に観察したところ、基本的にサンショウウニと同様の成体原基形成を行うことが明らかとなった。また、これらのウニの16細胞期における小割球の成体原基形成方向への影響を調べるために、16細胞期の小割球除去実験を行い、その後の発生過程を追跡したが、4-6腕幼生期までは発生したものの、成体原基を形成する時期まで至らなかったことから、今後、実験を継続し、サンショウウニ科において小割球の左右非対称性の確立への影響する程度が全体的に低い特徴があるのか明らかにしていく必要がある。ウニ幼生の左右非対称性の確立には、割球に影響を及ぼす小割球子孫細胞のシグナルが必要であり、その作用の程度は種間で異なる。また、卵割期における細胞内へのイオン流入も、左右非対称性の確立に影響する。サンショウウニでは、イオン流入は他種と同様に左右非対称性の確立に影響したが、小割球の形成前に左右非対称性が確立すると考えられ、本種では、他種とは異なる左右非対称性確立機構を持つと推測された。更に、海外のウニ類の幼生で右化因子として知られているNodalをサンショウウニで阻害した場合、他種と同様に両側に成体原基を形成する個体が増加した。つまり、本種でも、左右非対称に成体原基を形成する際に、Nodalが機能すると考えられた。これらから、当該年度は、幼生の右化にNodalが作用する時期を特定し、Nodal遺伝子の単離をはじめとする分子生物学的解析、更に、複数のウニ類を用いて、幼生の左右非対称性確立機構を比較することにより、ウニの左右非対称性確立機構の進化過程について考察することを試みた。同じ科に属するサンショウウニ、キタサンショウウニ及びコシダカウニに対するNodal阻害(SB431542処理)は、いずれも原腸胚期から体腔嚢形成時までの間の5分程度で、幼生の左右性が攪乱された。
In Vivoにおける生体内物質とニトロソ化合物の複合作用

ニトロソ化合物は、生理的条件下において容易に生成する。しかし、その生成量から予測されるほど発癌は起っていない。そこで、この化合物による発癌を修飾している因子の存在を考え、本研究に着手した。本研究により、代謝活性化を必要としないモデル化合物MNNGの最も鋭敏な菌株、TA1535を見い出し、検出濃度の閾値1ug/pを決めた。この研究過程でMNNGは、閾値以下の濃度においてカドミウム、水銀の毒性元素はもちろん非毒性元素カルシウム、マグネシウムが存在するとMNNGの変異原性に対し相乗作用のあることを新知見として得た。次にIn Vivoにおける変異原性を同一個体で継時的に追跡できる系としての未梢血を用いる小核試験を確立した。次に、ヒトへの外挿を目的にモデル化合物についてIn VivoとIn Vitroの中間系としての変異原性試験であるヒトリンパ球を用いたSCE試験を加え総合的に検討した。そして、DMNモデル化合物を用いた研究を実施した。食事由来のアミンと亜硝酸塩、ジメチルアミンと亜硝酸塩、ビタミンC、食塩、DMN(ジメチルニトロソアミン)陽性対照と普通食(対照)を90日間与え体重の変化、化合物摂取量、水摂取量、餌摂取量、については毎週測定した。解剖時には体臓器重量比、血液中フリ-ラジカル濃度、血液中過酸化脂質濃度を測定した。更に30日毎にマウスの末梢血を用いる小核試験によりIn Vivoの変異原性を継時的に追跡した。しかし、級内変動が大きく、解析が困難であった。腸内のような中性または弱アルカリ条件下でニトロソアミンが生成されるためには、腸内菌のニトロソ化反応が必要である。これら腸内菌の役割については、まだほんの一部しかわかっていない。今後、これらの点を明らかにしてゆくと同時に、ニトロソアミンがはたして大腸癌、乳癌などのヒトの癌にどの程度寄与するか、追求することが必要である。(目的)ニトロン化合物は,生理的条件下において容易に生成する.しかし,その生成量から予測されるほど発癌は起っていない.生体内には,このニトロソ化合物による発癌を抑制している因子が存在しているはずである.そこでモデル化合物N-メチルーN ́-ニトローN-ニトロソグアニジン(以下MNNG)の変異原性に対して毒性元素, Cd,Hg,非毒性元素, Ca, MgおよびL-アスコルビン酸の複合作用をIn VivoおよびIn Vitroで検討する.(方法)1)In VivoおよびIn VitroでMNNGの変異原性が, L-アスコルビン酸, Cd, Hg, Ca, Mgの共存でいかに変化するか検討した2)18日令マウスの末梢血を用いる小核試験でIn Vivoの変異原性を継時的に追跡した. (背景データの蓄積)3)SCE試験:背景データ(コントロールデータ)の蓄積をした.(結果)1)代謝活性化を必要としないモデル化合物MNNGの最も鋭敏な菌株, TA1535を見い出し,検出濃度の閾値1μg/pを決めた.