hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
少数の遅い微視的自由度を残した高分子系自己無撞着場理論の構築と動的挙動の解明

高分子材料は、我々の生活に不可欠な材料の1つである.より洗練された高分子製品を造るには、高分子流体の流動を予測制御して成形する必要がある.しかし、その流動予測は一般に容易ではない.なぜなら、高分子の微視的な状態が巨視的な流動と関係し合っているからである.そこで、本研究は本質的に重要な少数の高分子の微視的な情報を残したまま,巨視的な流動を計算によって求める新しい方法論の研究を行い,その動的過程を調べた.また、高分子溶融体紡糸プロセスに対するマルチスケールシミュレーション法の開発をおこない、紡糸過程の流動と紡糸線状の任意の位置の高分子の微視的状態を結び付けることに成功した.ブロック共重合体の溶融体はある温度領域においてメソスケールの自己組織構造を示すことが知られている.この構造の予測には自己無撞着場理論が広く使われ,多くの成果を上げてきた.しかし,このメソスケール構造を有する系に外部から流動を印加した場合の応答については,この理論がほとんど役に立たない.そこで本申請研究では,(i)「従来の自己無撞着場理論のように全てのミクロな自由度を濃度場に縮約するのではない新しい理論的枠組みを構築すること」,そして(ii)「この方法論の妥当性の検証のためにAB型およびABA型のブロック共重合体を例として取り上げ,ブロック共重合体の動的粘弾性特性を数値計算により予測すること」を目的として研究を行っている.本年度は「少数のミクロな遅い自由度」と「各成分の濃度場」が動的変数として取り扱われる「拡張された自己無撞着理論の構築」を行った.遅い自由度としてブロック共重合体の結合点を選び,その結合点と相構造の時間発展が連携しあう理論的な枠組みを構築した.申請書では,まずABA-型トリブロック共重合体の溶融体を例として取り挙げ,具体的な計算を進める予定であったが,まずはABジブロック共重合体のラメラ構造において,自由エネルギーが結合点位置の関数としてどのように変化するか,また主要な寄与は何に由来するかを調べた.この点に着目したのは,この知見が次のStepとして行う結合点のダイナミクスに有益な情報を得ることができるからである.結果として,結合点の位置の違いによる系の自由エネルギーの差は高分子鎖の配位エントロピーが支配的であることがわかった.エンタルピーの寄与はエントロピーの寄与に比べて小さいため,平衡状態での結合点の位置は高分子鎖の配位が最も大きくなるような周期構造をとるように配置されることがわかった.27年度前半の研究は,理論的枠組みの構築であり,これについては,ほぼ予定通り進めることができた.一方,後半に予定していたABA型トリブロック共重合体への適用の研究の前に,まずはAB型ジブロック重合体を調べることで知見を積んでからABA型の研究へ進めていこうと考えた.その結果,AB型ジブロック重合体の結合点の位置の関数として自由エネルギーを求めることができたが,計算の収束性の問題から,この数値計算に予想外に時間がかかったため,計画で予定していたABA型トリブロック共重合体への適用へ進めることができなかった.このため,本研究の進捗状況について,やや遅れていると判断した.本研究は,高分子流体のレオロジーや流動予測を行うために,ミクロな自由度を残したまま,マクロな流動を計算によって求める方法論の研究である.特に,高分子ブロック共重合体の流動予測に対しては、異なる高分子が結びつけらている結節点を自由度として残した新しい自己無動着場理論の構築とそれによる流動予測の研究を行っている.本年度は,前年度に構築を行ったブロック共重合体の結節点を自由度として残した拡張自己無撞着理論に基づいた数値計算により,相構造変化のダイナミクスを調べた.具体的には,通常の動的平均場理論の方法と同様に,ある時刻tの体積分率場を再現する自己無動着場を,その時刻での結節点の位置を固定したまま求める.それから化学ポテンシャル場と自由エネルギーを計算し,さらに結節点が微小だけ変位した時の自由エネルギーの変化を自己無動着場から近似値的に求め,それにより微小時間後の結節点の位置を求めるという方法を用いている.結果として,相構造の形成ともに結節点は自由エネルギーの最安定な方向へ向かうことが再現出来た.しかし,Spectrum法を導入し高速化を図ったが予想よりもかなり多くの計算時間が必要であり,現在も計算を進めているが研究期間の最後までに当初計画していたレオロジーの予測までは行うことは完了出来なかった.ミクロな自由度を残したまま,マクロな流動のレオロジーを予測するという観点から,マルチスケールシミュレーションによる高分子溶融体の流動予測の研究も進めた.この場合も計算量が莫大であるという問題があったが,並列計算を用いてこの問題を解決し,高分子溶融体の紡糸プロセスでの流動予測をミクロな情報を保持しながら、マクロな流動予測を行うことに成功した.この方法は紡糸線上の任意の位置での分子の配向と絡み合いの状態を得ることができるため,工業的な紡糸プロセスへの大きな貢献が期待できる.高分子材料は、我々の生活に不可欠な材料の1つである.より洗練された高分子製品を造るには、高分子流体の流動を予測制御して成形する必要がある.しかし、その流動予測は一般に容易ではない.なぜなら、高分子の微視的な状態が巨視的な流動と関係し合っているからである.そこで、本研究は本質的に重要な少数の高分子の微視的な情報を残したまま,巨視的な流動を計算によって求める新しい方法論の研究を行い,その動的過程を調べた.

また、高分子溶融体紡糸プロセスに対するマルチスケールシミュレーション法の開発をおこない、紡糸過程の流動と紡糸線状の任意の位置の高分子の微視的状態を結び付けることに成功した.計画では,前年度に開発したプログラムを用いて並列で大規模な数値計算を行い,2次元系に剪断断流動を印加した場合について動的粘弾性特性解析を行い,その結果を元に3次元系の動的粘弾性特性の解析を進め,この粘弾性特性の物理的起源を解明するとしていたが,27年度の進捗で少し遅れが生じたため,3次元系への適用を行うより,2次元系でまずは詳細に調べることで,ブロック共重合体の粘弾性特性の物理的起源を解明することを考える.27年度の進捗の遅れは,計算の収束に時間がかかったのが主な原因であるので,その点を改善するために以下の方策を考える.(1)計算スキームを,より洗練された方法に置き換える.現在,高分子の配位の統計的重率を計算するところで解いている拡散型の方程式の解法として,陰的解法を用いて計算の安定化と高速化を行っているが,それに加えSpectrum法をさらに適用することで計算のさらなる安定化と高速化を行う.(2)収束計算に関わる部分は,非圧縮性の条件をラグランジェの未定乗数法で解いていたところであり,その部分に多くの計算時間が必要である.そのため非圧縮の条件をポテンシャルを用いた方法で代替し,計算の効率化を図る.以上方法で,計算の効率化を行い,当初計画の遅れを取り戻し,剪断断流動下でのブロック共重合体の粘弾性特性の物理的起源を解明する.また,同様に高分子ブロックの結合点の配置が重要となる平衡系の問題にもチャレンジする計画である.ソフトマター物理学本研究では,まずは研究室既存の計算機でプログラム開発を進めた,そのプログラムとデータを保存するためのデータサーバーを購入した。一方,当初計画した最新の計算用コンピュータについては,プログラム開発にある程度見通しが立ったところで,広範囲な計算を進めるために,研究の進捗に合わせて計算用のコンピュータを購入予定であったが,大規模計算を行える段階までプログラム開発が進まず,当該年度での計算機の購入をみおくったため,当初の計画との差が生じた。計画からの遅れが生じたのは,計算において満たすべき条件を達成するまでの計算時間が長くなる問題による。この進捗の遅れを取り戻すべく,計画でも述べたように,「高効率な計算手法の導入」および「拘束条件の緩和」を取り入れて研究を進める。それにより,広範囲のパラメータ空間での計算へ進めることができるようにする。そのために必要となる計算機を購入する予定である。さらに,その成果をより積極的に学会等で発表するための費用が必要になるので,その経費として支出の予定である。
肝細胞癌悪性度バイオマーカー候補Ｅ－ＦＡＢＰの発現、機能解析

肝細胞癌切除検体に対し免疫組織化学染色を施行、FABP5高発現をしている肝癌細胞株に対しRNAi法を用い増殖能、浸潤能の差を検討した。予後、再発の検討では5年でOSがFABP5-群で89.9%、FABP5+群で59.5%と2群間で有意差を認め(p<0.0001)、肝癌細胞株においては、RNAi群がcontrol群と比較して増殖能、浸潤能の低下を認めた(p<0.05)。肝細胞癌におけるFABP5の発現は予後、再発、腫瘍の悪性度に非常に強い相関性を示しており、肝細胞癌の新たなバイオマーカー、新しい治療のターゲット分子として強く期待される。【背景】FABP5はこれまで膵癌、乳癌、前立腺癌などで予後マーカーのみならず腫瘍の増殖、浸潤に関与しているとされているが肝細胞癌における報告は未だにない。【目的】肝細胞癌におけるFABP5の発現と臨床病理学的所見,予後,再発との関係を検討し新規バイオマーカー、ならびに治療のターゲット分子となりうるか検討した。【対象と方法】対象は1997年から2006年までの当科で施行した肝細胞癌初回肝切除例243例において抗FABP5抗体を用いて免疫組織化学染色を施行した。腫瘍細胞に対する染色強度の定義は、score0:陽性染色なし、score1:細胞質にわずかに染色を認めるもの、score2:細胞質に中等度染色を認めるもの、score3:細胞質に高度染色をみとめるものとし、score0およびscore1群、score2およびscore3群の2群に分類し、病理学診断、予後および再発の比較を検討した。【結語】肝細胞癌におけるFABP5の発現は予後、再発、腫瘍の悪性度に非常に強い相関性を示した。【はじめに】肝細胞癌術後の肝内転移を含む再発は原発巣の悪性度に依存するものであり従来の悪性度マーカーとしてはAFP, AFPL3, PIVKAIIなどが報告されているが十分ではない。FABP5はこれまで膵癌、乳癌、前立腺癌などで腫瘍の増殖、浸潤に関与していると報告されているが肝細胞癌における報告は未だにない。【目的】肝細胞癌組織および肝癌細胞株を用いてFABP5の発現と肝細胞癌における臨床的意義ならびに悪性度の評価を解明することを目的とした。腫瘍細胞に対する染色強度の定義は、FABP5-:陽性染色なし/細胞質にわずかに染色を認めるもの、FABP5+:細胞質にびまん性に染色を認めるものとし、上記2群で予後、再発、病理学診断の比較を検討した。肝癌細胞株においては、FABP5高発現株に対しRNAi法を用いて増殖能、浸潤能の差を検討した。【結果】FABP5-群は111例(45.7%)、FABP5+群は132例(54.3%)であった。予後、再発の検討では5年生存率がFABP5-群で89.9%、FABP5+群で59.5% (p<0.0001)、5年無再発生存率がFABP5-群で47.2%、FABP5+群で23.7% (p<0.0001)といずれも2群間で有意差を認め、臨床病理学的因子との相関関係ではFABP5の発現とAFP, AFP-L3%, PIVKA-II,腫瘍径,肉眼的/顕微鏡的脈管侵襲,分化度と相関関係を認めた(p<0.05)。肝癌細胞株においては、RNAi群がコントロール群と比較して増殖能、浸潤能いずれにおいても有意な低下を認めた(p<0.05)。【考察】肝細胞癌におけるFABP5の発現は予後、再発、腫瘍の悪性度に非常に強い相関性を示した。分子生物学手解析により悪性度と深く関係していることが明らかとなり肝細胞癌の新たなバイオマーカー、新しい治療のターゲット分子として強く期待される。組織バンクに登録されている組織検体、血清の2002年4月から2009年3月までの肝細胞癌初回肝切除例308例について臨床病理学的因子、再発時期、再発形式、予後の整理を行った。年齢の中央値は63歳で、男女比は約5:1でした。HBV陽性であった患者の割合は98名で40.3%、HCV陽性であった患者の割合は100名で41.2%であった。

全生存は1年生存率94.6%、3年で82.5%、5年で70.5%で無病生存率は1年で72.5%、3年で41.6%、5年で34.6%であった。全生存における背景因子を検討したところ、単変量解析ではAFP, AFP L3分画, PIVKA-II,腫瘍径、門脈浸潤の有無、肝内転移の有無、背景肝、腫瘍個数などが有意差を認めた。さらにそれらの因子を多変量解析したところ、AFP, AFP L3分画、腫瘍径、門脈浸潤の有無、肝内転移の有無、背景肝に有意差を認めた。一方で、無病生存にかかわる因子としては、単変量解析ではAFP, PIVKA-II,門脈浸潤の有無、肝内転移の有無、腫瘍個数に有意差を認めた。さらに多変量解析で検討したところ、門脈浸潤の有無と腫瘍個数に有意差を認めた。これらの情報とリンクさせ本シリーズの未染のプレパラートおよび凍結検体を用い、抗E-FABP抗体を用いた免疫組織化学染色、western blotを行い組織での発現を観察し、臨床病理学的因子との関連性を検討する予定である。免疫組織化学染色ではABC法を用い、脱パラフィン後、0.3%過酸化水素水で内因性ペルオキシダーゼの活性を阻止し、洗浄一次抗体反応、洗浄ビオチン化二次抗体反応を行う計画である。ポジティブコントロールとして膵癌組織で細胞に染まる報告があるため常に膵癌組織検体を同時に染めることとした。臨床検体を用いたE-FABPの発現解析は予定通り終了した。現在機能解析のため肝細胞癌株を用いたE-FABPの発現状態を調べた。また、SiRNAや強制発現系株を用い増殖能、浸潤能、運動能を調べる予定であるが、E-FABP強発現株の作成に時間がかかっている状態である。SiRNAは順調に進んでおりデータもそろってきているため新しい肝細胞癌の悪性度バイオマーカーになり得ることが強く期待される。本年度はE-FABPのウェスタンブロットまで終了している予定であったが、臨床も平行して行っていたことから遅れている。SiRNAで得られたデータの確認のためにE-FABP強発現株を使用する。強発現株作成できたらすぐに増殖、浸潤、運動能などを調べE-FABPの肝細胞癌悪性度における役割を明らかにする。予備実験で血清にもE-FABPがあることがわかっているので血清マーカーになるかも同時に調査したい。大学院生が専属で本研究に関わるようになったことから、時間の制約がなくなり研究が進むと思われる。凍結標本などの有無も確認済みなので問題ない該当なし免疫組織科学染色やwestern blotiingの実施が計画より遅れているため未使用額が生じている。平成24年度において予定通り、数種類の抗E-FABP抗体を購入予定である。組織の免疫組織化学染色を外注でなく自前の実験室で施行可能なように設備投資にも研究費を充てる予定である。
身体障害者の運動機能支援用感覚フィードバックセンサの開発

歩行機能障害者(下肢の筋力が低下したり、失われたもの、およびその制御が困難なもの)には、下肢を外部からの力によって動かす義足・装具が利用されるが、この場合、体重心の移動あるいは体幹の傾斜角を障害者に知らせることは有用であるばかりでなく、動力歩行の歩容安定制御にも必要である。本研究では被検者に装着したセンサで体幹の傾斜、体重心移動情報を得る平衡感覚代行センサを開発し、得られた情報を音の高低に加工してバイオフィードバックする装置を試作した。センサには傾斜角センサ、ポテンショメータ、フットスイッチセンサを使用し、予備実験によりセンサに必要な諸元を決定した。また得られる情報はマイクロコンピュータにより実時間オンライン処理が可能であることを確認するとともに、ハードウエア回路により演算を行う歩行状態表示装置を試作した。つぎに傾斜角センサを2軸組み合わせて、ポテンショメータを使用しない姿勢センサを骨盤の傾斜測定に応用した。結果は臨床所見とよく一致し、これまで骨盤の動きについて、患者への指導が困難であったものが、データのグラフ化により容易になった。これまで片麻痺患者数名について実験を行った。さらにこれらの情報を患者が歩行中に利用し、歩行に反映できるように、前額面または矢状面での傾斜角を可聴者の高低としてフィードバックする装置を開発し、まず健常者による模擬実験でその効果を確認した。今後、本バイオフィードバック装置の障害者による臨床評価を重ねる予定である。歩行機能障害者(下肢の切断、筋力低下またはその制御が困難な者)には、下肢を外部からの動力により動かす他に、体重心の移動を障害者自身に知らせることは、動力歩行における歩容の安定制御に必要である。また、平衡感覚が衰えている障害者にあっては、その代行として必要であり、特に、リハビリテーションに有効である。本研究では従来、歩行系外部から測定していた物理量を障害者に装着したセンサにより得、体幹の傾き、体重心の移動等を実時間で求め、必要に応じて、これを障害者にフィードバックする平衡感覚代行センサをめざすものである。本年度は補装具に取り付け可能なセンサとして、まず体幹の傾きを求める姿勢センサと足底の接地を検出するセンサの開発を中心に行った。姿勢センサには半導体のピエゾ効果を利用した固体振動ジャイロを用いる角速度センサを応用し、2次元空間内での体重心移動を測定することを目標とした。矢状面、前額面内での傾き角は角速度を時間積分して得られるが、鉛直軸に対する傾き角を求めるための実用的な初期化が必要である。そこで重心加速度を検知するセンサの併用により角速度センサから得られる傾き角を補正することで、十分な精度を得ることができた。本姿勢センサを用い、健常者の平地歩行時の体幹の傾き角を測定し、姿勢センサとして機能することを確認した。足底の接地センサにはケーブル状の感圧導電性ゴムを用いて耐久性を改善した。体重心の移動をオフラインで求めるための基本的アルゴリズムの検証を行ない、上記姿勢センサと装具に取り付けた関節角検出ポテンショメータにより、体重心の移動を計算することが可能となった。また、これとは別に、体重心の移動を簡易的に求めるためのハードウエア演算装置を製作し、その結果を発光ダイオードで表示するシステムを試作した。
古代日本語における表記体と表記環境にみる＜萬葉仮名＞と＜仮名＞との相関

上代日本語表記における、「表記体の形成」および「表記環境の構成」の精査を通して、平仮名、片仮名への道筋を明らかにする。特定の語の表記に収束する形で使用される仮名と、そこから相対的に解放されているとみられる仮名を精査し、ひらがな、カタカナとの関係をみる。「表記環境の構成」論では、その仮名がおおむね仮名ばかりで占められる環境にあるのか、もしくは漢字(訓字)に親和する形として存在しているのかという違いを考証していくものである。前者であれば平仮名、後者であれば片仮名的特徴をもつと言える。これらの検証を通して従来説ではふれられなかった上代の仮名から次世代の仮名への連続と不連続とを明らかにする。
写真法による分光発光プロ-ブの検出

たんぱく質、またはDNA鎖を化学発光物質で標識し、化学発光を写真法で観測することにより、極微量のたんぱく質またはDNAを検出することを研究した。その結果10^<-14>moleのオ-ダ-の標識物質を検出することができた。またこの手段をDNA検出に応用した。3.Luminolー鉄錯体触媒ーH_2O_2系化学発光。この系では、鉄錯体触媒にtettraphenylporphine-Fe(TPP-Fe)を用い、これを標識物質とすることができる。例えば、λphage DNAをTPP-Feで標識し、これと相補的なDNA鎖0.01μlをニトロセルロズメンブランフィルタ-上で写真法で検出した。本研究の最終目的はDNAを化学発光活性な物質で標識し、標識DNAの発する化学発光を写真法で検出するものである。本研究で選んだ化学発光系は1)oーフェナントロリンー過酸化水素ー銅(フェナントロリンでラべル)、2)ルミノールー過酸化水素ー鉄キレート(鉄キレートでラベル)、3)Nーメチルアクリジニウムエステルー過酸化水素(アクリジニウムでラベル)である。まず、それぞれの発光条件をフォトンカウント法でしらべ、最適条件において、ラベル物質の最低検出限界をしらべた。その結果は、1)フェナントロリンは9.0×10^<-8>M2)鉄ポルフィンキレートは9.6×10^<-11>M3)アクリジニウムエステルは3.4×10^<-10>Mまで検出可能であった。つぎに、1)、2)及び3)につき写真法を適用し上記ラベル物質の最低検出限界をしらべた。超高感度インスタントフィルム(POLAROID 612、ISO 20000)をもちい、アガロースゲルプレートまたはメンブランフィルター上の50μlの混合溶液の発光を測定した。その結果は、2)の系が最も好結果を与え、2×10^<-13>M鉄ポルフィン溶液10μlを明瞭なスポットとして写真フィルム上に認めることができた。フォトンカウント法の結果からは3)も同程度の検出感度を示すべきであるが、4.8×10┣D1-8Mアクリジニウムエステル溶液20μlまでしか検出できなかった。以上の予備実験から、2)の系が写真法に有望であることがわかったので、DNAへのラベル化と化学発光標識DNAの写真法での検出を試みた。すなわち、テトラキス(4ーカルボキシフェニル)ポルフィン鉄キレートとエチレンジアミンの反応によって得られたアミノTCPP溶液(2.5×10^<-4>M)8μlと、熱処理して一本鎖にしたλファージDNA(HindIIIで切断)10μgをグルタールアルデヒドで縮合させ、TCPP標識DNAを調製した。このようにして得られたDNAプローブを用い、ドットハイブリダイゼーションにより0.05μgのλファージDNAを写真法で検出することができた。3.Luminol-鉄錯体触媒ーH_2O_2系化学発光。例えば、λphage DNAをTPP-Feで標識し、これと相補的なDNA鎖0.01μ1をニトロセルロズメンブランフィルタ-上で写真法で検出した。
コンクリート含有塩化物の分極特性を利用した非侵襲測定法に関する研究

コンクリートに含まれる塩分濃度の非侵襲演掟法について、含有塩分濃度の異なる9種類の円柱形(直径50mm、高さ95mm)法での結果では、50Hz100kHzにおいて、インピーダンスの等価並列容量は塩分濃度が高くなる程大きく、等価並列抵抗は分濃度が高くなるほど小さくなった。これらの結果は、自動平衡型のLCRメータを用いて、円柱形にくり抜かれた供試体コンクリートの検査が現場ですぐできるということを意味する。次に反射減衰量による測定法では、300kHz6GHzの周波数において、供試体を円筒管に入れて反射減衰量の周波数特性をネットワークアナライザで測定した。その結果、18002000MHzにおいて塩分濃度が高くなるほど減衰量が大きく、ほぼ直線的に変化した。使用できる周波数は供試体の大きさに依存するため、供試体の大きさを決定すれば利用できるということを意味する。TDR法(時間領域反射法)における結果では、濃度が高くなるほど、立ち上がり時間は遅く、半値点電圧も小さくなった。TDR法の場合、終端が開放・短絡、いずれにおいても利用できるという特徴を持つ。これらの結果は、電気学会、応用磁気学会、建築学会の全国大会で発表した。また、時間領域測定法については、電子情報通信学会の論文誌、EMCEuropeやPIERSの国際会議で発表した。この研究で行った自動平衡ブリッジ法、反射減衰量法、TDR法(時間領域反射法)の測定法によって、非破壊で、短時間でしかも精度の良いコンクリート含有塩化物濃度が判別でき、コンクリート打設後の強度劣化に大きく関連する、コンクリート内部の塩分濃度、空隙率および腐食鉄筋の状況を非破壊で定量的に検査することができる。土木、建築構造物や原子力施設で有用で画期的な非破壊検が可能であり、補修、建替えの効率的・経済的な社会資本の維持管理が可能になった。本研究では、鉄筋腐食の要因となるコンクリート中の含有塩分濃度、中性化度合を評価することが可能な非侵襲寿命診断技術を確立する。本研究においては、円柱状コンクリート試験体を用いた基礎実験を行った。コンクリートの含有分の濃度や量に対応して比誘電率が変化するのか否かを明らかにするため、塩化物濃度に依存してインピーダンス、並列等価回路とみなした場合の抵抗成分と容量成分、およびTDRによる反射波形がどのように変化するかを実験により確認した。円柱形試験体は直径5cm、長さ9cmの円柱形で、塩化の量は1m^3当り0,0kg、0.1kg、0.2kg、0.3kg、0.45kg、0.6kg、0.9kg、1.2kg、2.4kg、3.6kg、の10種類を3本ずつ製作した。測定用電極にはステンレスワイヤーおよび銅箔を用い、インピーダンス、抗成分、容量成分、およびTDRによる反射波形が塩化物濃度によってどのように変化するかを測定した。まずLCRメータを用い、周波数は100Hzから5MHzとして測定を行った結果、各試験体とも周波数とともにインピーダンスは小さくなった。また塩分濃度が多くなるに従い、容量成分は小さくなったが、抵抗成分はほぼ一定値であった。次に、TDRによる反射波形の測定は、立ち上がり時間約40ps、電圧200mVのステップ波を用いた。その結果、塩分濃度が多くなるに従い、ステップ応答波形の立ち上がり時間が240psから260psまで変化し、半値点における電圧値は、0.3Vから0.27Vまで変化した。これらの結果から、非侵襲・非破壊で、コンクリートの含有成分を分析できることを確認した。

コンクリートに含まれる塩分濃度の非侵襲測定法について、含有塩分濃度の異なる9種類の円柱形(直径50mm、高さ9mm)のコンクリートを供試体として検討した。まず、ワイヤーループ電極、銅テープ電極、銅スプレー電極、炭素ペースト電極のいずれにおいても、自動平衡ブリッジ法での結果では、50Hz100kHzにおいて、インピーダンスの等価並列容量は塩分濃度が高くなる程大きく、等価並列抵抗は塩分濃度が高くなるほど小さくなった。これらの結果は、自動平衡型のLCRメータを用いて、円柱形にくり抜かれた供試体コンクリートの検査が現場ですぐできるということを意味する。次に反射減衰量による測定法では、300kHz6GHzの周波数において、供試体を円筒管に入れて反射減衰量の周波数特性をネットワークアナライザで測定した。その結果、18002000MHzにおいて塩分濃度が高くなるほど減衰量が大きく、ほぼ直線的に変化した。使用できる周波数は供試体の大きさに依存するため、供試体の大きさを決定すれば利用できるということを意味する。TDR法(時間領域反射法)における結果では、濃度が高くなるほど、立ち上がり時間は遅く、半値点電圧も小さくなった。TDR法の場合、終端が開放・短絡、いずれにおいても利用できるという特徴を持つ。これらの結果は、電気学会、応用磁気学会、建築学会の全国大会で発表した。また、時間領域測定法については、電子情報通信学会の論文誌、EMCEuropeやPIERSの国際会議で発表した。これらの測定法によって、非破壊で、短時間でしかも精度の良いコンクリート含有塩化物濃度が判別できるため、補修、建替えの効率的・経済的な社会資本の維持管理が可能になった。
ハイブリッド型葉緑体を持つ植物の創出とその機能解析

本研究では、葉緑体タンパク質輸送機構を利用してシアノバクテリアの重炭酸イオン輸送体を葉緑体内包膜に導入し、CO2濃縮機構を持つ「ハイブリッド型葉緑体」を創出することを目的とした。その結果、シアノバクテリアが持つ重炭酸イオン輸送体BicA及びSbtAのキメラタンパク質(BicAI, BicAII, SbtAII,及びSbtAIII)を発現する植物の作出に成功した。さらに、これらのキメラ重炭酸イオン輸送体は、いずれも葉緑体内包膜に局在することが明らかになった。また、これらの形質転換植物から単離した葉緑体を用いて、重炭酸イオン輸送活性の測定条件も検討した。H27年度は、シアノバクテリアの重炭酸イオン輸送体SbtAのキメラ型タンパク質を発現するシロイヌナズナを作出した。まず、SbtAと葉緑体内包膜タンパク質Cor413im1を融合したキメラ遺伝子を作製し、これをシロイヌナズナに導入した。キメラ遺伝子に付加したprotein Aタグを用いて目的タンパク質を発現している株を選抜した。4種類のキメラ遺伝子を作製したが、そのうちの二つのコンストラクトでタンパク質の発現が確認できた。それらの植物の種子を増殖し、植物体から葉緑体を単離し、キメラタンパク質の葉緑体内局在を調査した。その結果、いずれのキメラタンパク質も葉緑体内包膜に局在することが明らかになった。また、以前に作出した別の重炭酸イオン輸送体BicAを発現するシロイヌナズナについて、今年度はBicA本体が葉緑体内包膜に埋め込まれているか調査した。具体的には、BicA発現株から葉緑体内包膜の反転膜小胞を調製した。これをTEVプロテアーゼで処理することでBicAとCor413im1切断し、その後アルカリ溶液で膜画分を抽出した。その結果、アルカリ抽出後でもBicA部位は膜画分に局在したことから、導入したBicAは確かに葉緑体内包膜に埋め込まれていることが明らかになった。以上の結果と以前に得られた成果をとりまとめ、論文として報告した。SbtAキメラタンパク質をシロイヌナズナで発現させてその細胞内局在を調査し、論文発表できたため。多くの植物が行う「C3型光合成」では、Rubiscoのオキシゲネーション反応により、いったん固定した二酸化炭素を放出してしまうことが知られている。この現象は「光呼吸」として知られており、光合成効率を著しく低下させていると考えられている。本研究の目的は、重炭酸イオン輸送体を葉緑体内包膜に導入することで葉緑体内に二酸化炭素を濃縮し、光呼吸を抑えて光合成能を向上させることである。H28年度は、シアノバクテリアの重炭酸イオン輸送体BicA及びSbtAを発現するシロイヌナズナの生理学的解析を行った。形質転換体を様々な非生物ストレス条件下で生育させてその成長を調べたところ、一部の重炭酸イオン輸送体発現株においてコントロール株よりも良い成長が観察された。また、現在発現させているキメラ型重炭酸イオン輸送体には、葉緑体内包膜輸送シグナルが付加されているが、これが重炭酸イオン輸送活性に悪影響を与えている可能性が否定できない。そこで、本年度は、輸送体以外の部分を除去するためのプロテアーゼを植物に導入するコンストラクトを作製した。具体的にはプロテアーゼ遺伝子に葉緑体移行シグナルを付加し、プロテアーゼを葉緑体ストロマに導入するためのキメラ遺伝子を作製した。さらに、プロテアーゼ切断部位を含むキメラ重炭酸イオン輸送体遺伝子を作製した。最終的に、同一ベクター上にキメラ型重炭酸イオン輸送体遺伝子とプロテアーゼ遺伝子を持つコンストラクトを完成させることができ、これをシロイヌナズナに形質転換した。キメラ型重炭酸イオン輸送体を発現する形質転換体の成長がコントロールよりも良い可能性が示唆されており、研究が大きく進展する可能性があるため。H29年度は、野生型の重炭酸イオン輸送体BicA及びSbtAを発現するシロイヌナズナのスクリーニングと解析を行った。H28年度にキメラ重炭酸イオン輸送体とTEVプロテアーゼを形質転換したシロイヌナズナをスクリーニングし、形質転換株をライン化した。その結果、導入したTEVプロテアーゼによりキメラ重炭酸イオン輸送体が確かに切断され、野生型の重炭酸イオンが生じていることが判明した。さらに、発現量の高い植物から葉緑体を単離して、TEVプロテアーゼで切りだされたBicA及びSbtAの葉緑体内局在を調べたところ、輸送シグナル切断後もBicA及びSbtAは葉緑体内包膜に局在していることが明らかになった。一部のコンストラクトでは切断後の重炭酸イオン輸送体が検出できなかったことから、現在、その原因を調査中である。また、形質転換体から単離した葉緑体の重炭酸イオン輸送活性を測定するため、シリコンオイル法を用いて測定条件の検討を行った。その結果、粘度の異なるシリコンオイルを混合して葉緑体を回収可能な条件を見出した。今後は、本研究成果をさらに発展させるために、単離葉緑体の重炭酸イオン輸送活性の測定を行う予定である。

本研究では、葉緑体タンパク質輸送機構を利用してシアノバクテリアの重炭酸イオン輸送体を葉緑体内包膜に導入し、CO2濃縮機構を持つ「ハイブリッド型葉緑体」を創出することを目的とした。その結果、シアノバクテリアが持つ重炭酸イオン輸送体BicA及びSbtAのキメラタンパク質(BicAI, BicAII, SbtAII,及びSbtAIII)を発現する植物の作出に成功した。さらに、これらのキメラ重炭酸イオン輸送体は、いずれも葉緑体内包膜に局在することが明らかになった。また、これらの形質転換植物から単離した葉緑体を用いて、重炭酸イオン輸送活性の測定条件も検討した。H27年度の研究の進展は順調であったので、次年度以降も引き続き当初計画に従って研究を進める予定である。次年度も当初計画に従って研究を進める。特に、実際の形質転換体の光合成速度にどのような影響が出ているか調査する予定である。植物分子細胞生物学共同研究先への出張費として予定した予算について、先方の共同利用研究に採択され先方負担になったため。年度末の旅費の一部を校費で支払ったため差額が生じた。繰越金は消耗品費に使用する予定である。
一酸化窒素合成酵素発現ニューロンによる大脳皮質視覚野のシナプス可塑性制御機構

本研究では大脳皮質視覚野のシナプス可塑性の制御に重要な役割を果たすと考えられる神経型一酸化窒素合成酵素(nNOS)発現神経細胞の性質について調べた。研究の結果、サブスタンスPが、nNOS細胞を活性化させ、また、nNOS細胞内のカルシウム濃度上昇を誘発することが明らかになった。以上の成果は、nNOS細胞のシナプス可塑性制御における役割を検討する基礎となる。本研究の目標は、大脳皮質視覚野においてシナプス可塑性の起きやすさや変化の方向が制御される機構を埋解することである。本計画では、そのような調節に重要と考えられている一酸化窒素(NO)による信号伝達に焦点をあて、神経型NO合成酵素(nNOS)発現ニューロンの性質とその役割について研究している。平成22年度の研究では、まずはnNOSニューロンの基本的な電気生理学的、薬理学的性質を明らかにするべく、マウス大脳皮質視覚野のスライス標本上のnNOSニューロンからホールセルパッチクランプ記録を行った。実験には、GABA作動性ニューロン特異的にGFPを発現する遺伝子改変マウス(GAD67GFPマウス)を用いた。先行の免疫組織化学的研究によれば、大脳皮質にはnNOSを強く発現するニューロンが散在し、これらに特異的にP物質(substance P,SP)の受容体(NK1受容体)が発現していることが報告されていた。本研究ではこのことを初めて電気生理学的に確認することに成功した。すなわち、ホールセル記録で、SP投与に対して脱分極または脱分極性電流応答を示したニューロンのほとんどが、記録後の抗nNOS抗体による染色でnNOS陽性であることが確認され、一方でSPに対して反応を示さなかったニューロンはnNOS陰性であった。SPに対する応答は、NK1受容体の拮抗薬RP67580によって抑制された。SPで誘発される電流は反転電位から非選択的陽イオン電流であると考えられた。また、nNOSニューロン(SPに反応したニューロン)は、脱分極通電に対しては持続的な高頻度発火や一過性のバースト発火は示さず、低頻度で且つ徐々に発火頻度を減少させる(spike frequency adaptation)発火パターンを示した。以上の成果は、次の段階としてnNOSニューロンのシナプフ可塑性制御における役割を検討する基礎となるのである。本研究の目標は、大脳皮質視覚野においてシナプス可塑性の起きやすさや変化の方向が制御される機構を理解することである。本計画では、そのような調節に重要と考えられている一酸化窒素(NO)による信号伝達に焦点をあて、神経型NO合成酵素(nNOS)発現ニューロンの性質とその役割について、マウス大脳皮質視覚野の急性スライス標本を用いて研究している。前年度の研究で、マウス大脳皮質視覚野のnNOSニューロンについて、基本的な発火特性や、先行の免疫組織化学的研究によって示されていたP物質(substance P,SP)の受容体(NK1受容体)の発現を電気生理学的に確認し、SP投与に対しては陽イオンチャネルが活性化され脱分極性の応答を示し、活動電位が生成されることを明らかにした。平成23年度には、上の結果をさらに進めて、nNOSニューロンにおいてSPによって活性化されるイオンチャネルについて薬理学的に検討し、その電流はTRPCチャネルの阻害剤である2-APBによって抑制されるという結果を得た。また、SP刺激によってnNOSニューロンにおける細胞内Ca^<2+>濃度に変化が見られるかどうかをCa^<2+>感受性蛍光色素を用いたカルシウムイメージングによって検討した。その結果、SPによってnNOSニューロンにおいて細胞内Ca^<2+>濃度上昇が引き起こされることが明らかになった。この細胞内Ca^<2+>濃度上昇については、nNOSニューロンの発火状態にかかわらずNO放出を引き起こす可能性があるという意味で、重要な知見を得られたと考えている。以上の成果は、nNOSニューロンのシナプス可塑性制御における役割を検討する基礎となる重要な成果であると考えている。
可視光応答型光触媒の活性種の電子構造とダイナミクスに関する研究

メカノケミカル法によって調整した窒素ドープZnOは抗菌性があることが明らかになったことから、この系について光誘起電荷分離によって生成する常磁性サイトの検討を行った。まず、種々の試料処理条件下で観測される常磁性種についての帰属を行った。市販品ZnO粉末には弱い信号(g=1.960)が観測され、電子の捕捉サイトであるshallow donorに帰属された。尿素を加えないでメカノケミカル処理を行うと2種類の信号が新たに出現し、O_2^-とZnが抜けた欠陥(V_<zn>)に帰属される。この試料をさらに焼成処理(400°C,1h)することにより、O_2^-信号は消失し、V_<zn>とshallow donorが残る。これに対し、尿素を加えてメカノケミカル処理後、さらに焼成処理を加えた試料では、ブロードな信号が出現し、超微細分裂から窒素由来のサイトであり、2つの等価な窒素が存在することが明らかとなった。この信号はN_2^-と帰属され、極低温(20K以下)では大きな変化を示し、極低温において結晶格子内でN_2^-の運動が凍結されたことによると考えられる。尿素を加えてメカノケミカル処理して調整したN-ZnOは黄色を呈し、600nm付近まで吸収を示す。この試料の可視光誘起EPRスペクトルは、N-TiO_2とは全く異なることが明らかとなった。N-TiO_2ではNO_2^<2->が可視光照射によって出現したが、ZnOではN_2^-が減衰し、shallow donorが増大する。shallow donorは、光電荷分離によって生成した電子の捕捉サイトとして働き、再結合速度を遅くする役割を果たしていると考えられる。窒素ドープ酸化チタンについても触媒調整法と光誘起常磁性種の比較を行い、アンモニア気流中で高温処理した酸化チタン系でも、NO_2^<2->が可視光照射によって出現することを明らかにした。EPR線形は調整法に依存し、結晶系の歪を反映していることを明らかにした。メカノケミカル法により、二酸化チタン微結晶に窒素をドープし、可視光応答型光触媒を調整した。可視光誘起電荷分離によって生成するホールのESRスペクトルを観測し、その帰属および電子構造を決定した。また、表面吸着種の効果も検討した。室温および低温での可視光(波長420nm以上)照射により、窒素中心ラジカルセンターに由来するESR信号が出現し、そのコンピュータシミュレーション解析から、スピン密度の54%は窒素原子上に存在することが明らかとなった。超微細結合定数およびg値から、このラジカルセンターはNO_2^<2->のπ電子型構造であることを明らかにした。このラジカルセンターの分子運動は束縛されており、温度変化によるスペクトル変化は小さい。表面吸着種として、ホール消去剤としてアルコールを添加した場合の効果を検討したが、消去の効果は小さいことから、このラジカルセンターの反応性は小さいことを示している。しかし、アセトアルデヒド存在下での可視光照射により、このラジカルセンターは徐徐に減少することから比較的表面近傍に存在することが示唆された。また、この安定性は表面吸着種により影響を受ける。大気の存在下では光応答は完全に可逆的であるが、真空下では新たな信号が出現し、N-0結合が切断されることが明らかとなった。生成した新たなラジカルセンターの分子運動も束縛されていることを確認した。可視光誘起ラジカルセンターの減衰は、大きくは2つの時定数で記述され、複数のサイトが存在することが明らかである。

窒素ドープ酸化チタンについても触媒調整法と光誘起常磁性種の比較を行い、アンモニア気流中で高温処理した酸化チタン系でも、NO_2^<2->が可視光照射によって出現することを明らかにした。EPR線形は調整法に依存し、結晶系の歪を反映していることを明らかにした。
分子量子ダイナミクスの基礎理論と応用

本研究は、分子科学において未開拓領域である準メゾスコピック系分子の量子ダイナミクスの基礎理論を発展させ、それに基づく新しい量子状態・物性の探索を行うことである。研究は順調に展開され、以下の成果があった。1)一般的なポテンシャルについて実行可能な多次元半古典量子化の理論を完成させ、報告した。これは量子カオス史上の画期的な成果である。この理論をさらに進化させ、(a)多次元カオス系に適用可能なマスロフ指数(量子位相)の計算方法の開発、および(b)クーロンポテンシャルのような、スケール不変性を持つポテンシャルに対するRenormalized Semiclassical Quantization Methodを開発した。2)時間分解光電子分光法による、分子内電子遷移過程における量子波束の分岐の直接観測の理論の展開を展開し、ab initioベースの実計算により、波束分岐が実験においてどのような形状のスペクトルとして観測されるかを示した。これは、化学動力学の基礎として重要なだけではなく、波束工学、量子観測、量子情報等の基礎としても重要な成果である。3)プロトン移動によって引き起こされる互変異性と超共役のカップリングによる化学的長距離相互作用が存在すること明らかに詩、実例を示しながらそのダイナミクスの内容を明らかにした。これは、電子状態の変化を経由する「決定論的ダイナミクス」であって、分子機械等や分子内エネルギー・伝達の応用研究にも寄与するものである。4)分子の電子動力学の基礎理論とアルゴリズムを構築し、論文として報告した。特に、強いレーザー場中に置かれた分子の、電子波束と原子核の運動が結合して運動する分子の動力学研究に重要な進展がなされた。この研究は、原子核の運動と結合して運動する分子内・分子間の電子輸送の重要な基礎となるものである。これらの成果に基づいて、応用も含めた更に体系的な研究が展開されている。研究は順調に展開されており、本年度は以下の成果があった。この理論をさらに進化させ、(a)多次元カオス系に適用可能なマスロフ指数(量子位相)の計算方法の開発。(b)クーロンポテンシャルのような、スケール不変性を持つポテンシャルに対する、Renormalized Semiclassical Quantization Methodの提案(c)クラスターへの応用と解析、等を進めている。2)時間分解光電子分光法による、分子内電子遷移過程における量子波束の分岐野直接観測の理論の展開。化学動力学の基礎として重要なだけではなく、波束工学、量子観測、量子情報等の基礎としても重要な成果である。3)大きい分子における量子力学トンネル現象の解析を可能にするための方法論を提案した。この線に沿う実際の応用を進めている。4)分子の電子動力学の研究を開始し、優れた成果を得た。化学反応等において、原子核と電子の運動を電子波束を用いて記述し、従来のMeyer-Miller理論等では考慮できなかった電子の量子揺らぎの効果を明らかにした。次年度は、電子波束野研究を大掛かりに展開する。5)クラスターの構造転移のダイナミクスにおいて、併進・回転の自由度を分離した時に現れる内部空間の歪み(非ユークリッド性)の効果を、数学的に曖昧さのない形で定式化した。この効果の定性的・定量的な効果を明らかにし、化学動力学の概念に一定の変更が必要であることを提唱した。

本研究は、分子科学において未開拓領域である準メゾスコピック系分子の量子ダイナミクスの基礎理論を発展させ、それに基づく新しい量子状態・物性の探索を行うことである。研究は順調に展開されており、本年度は以下の成果があった。1)分子の電子動力学の基礎理論とアルゴリズムを構築し論文として報告した。これにより、電子波束と原子核の運動が結合して運動する分子の動力学研究に重要な進展がなされた。さらにこの理論を、強レーザー場中の分子のダイナミクスに拡張した。2)大きな分子系における量子効果を記述するために、量子・古典混合法(電子状態も含む)を発展させた。3)一般的なポテンシャルについて実行可能な多次元半古典量子化の理論を完成させ、報告した。この理論をさらに進化させ、(a)クーロンポテンシャルのような、スケール不変性を持つポテンシャルに対する、Renormalized Semiclassical Quantization Methodを提案し、非断熱効果の検討を進めた。(b)半古典論に量子論的な対称性(置換対称性等)を考慮する簡便な手法を開発し報告した。この理論は、簡単ではあるが、実用上きわめて重要である。4)高エネルギーの原子クラスターが形を変えながら、その表面から原子や分子を蒸発させるプロセスの、新しい統計力学理論を開発した。特に、強いレーザー場中に置かれた分子の、電子波束と原子核の運動が結合して運動する分子の動力学研究に重要な進展がなされた。この研究は、原子核の運動と結合して運動する分子内の電子輸送の重要な基礎となるものである。2)プロトン移動に関して以下の成果があった。(a)プロトン移動によって引き起こされる互変異性と超共役のカップリングによる化学的長距離相互作用の一般論を、実例を示しながら、構築した。(b)プロトン移動の過程における電子輸送の機構の解明を行った。3)分子科学の理論的概念的基礎であるボルン・オッペンハイマー近似の適用限界の数理的解析を行い、一般に信じられているより、適用限界が広いことを明らかにした。4)カオスの量子化の機構の解明を進めた。5)水素結合を経由したエネルギー移動における量子効果を記述し、そのスペクトル異常を解明するため、量子・古典混合法(電子状態も含む)を発展させた。数値的な計算による、三上らによる興味深い実験の説明が可能となった。
外来遺伝子の細胞内導入とその動態の解析技術の開発

遺伝子治療は遺伝病の根元的治療法になるだけでなく、癌やエイズ治療にも有効であると期待されている。それゆえ、遺伝子治療のための基盤研究の推進は緊急の課題となっている。特に重要な課題は、安全性が高くて、効率のよい外来遺伝子の細胞内導入法の確立である。そこで、本研究では正電荷コレステロールを素材とした正電荷リポソームによる外来遺伝子の細胞内導入技術の開発を行った。それと同時に、細胞内に導入した外来遺伝子の動態を解析する技術を開発し、遺伝子治療の基盤技術の確立を企てた。具体的には、末端に三級アミンを持ったスペ-サの長さの異なった8種類の正電荷コレステロール誘導体を合成し、それを素材とした正電荷リポソームを作製し、プラスミド遺伝子(CATとLuc遺伝子)の培養細胞への導入を行った。遺伝子導入の効率はCAT活性及びルシフェラーゼ活性で測定した。その結果、導入効率の著しく高い誘導体を開発に成功するとともに、正電荷リポソームのゼータ電位と遺伝子導入の効率との間には密接な相関関係があることを明らかにした。また、末端に水酸基を持った新規正電荷コレステロール誘導体の開発に成功するとともに、in vivoでの遺伝子導入に大変威力を発揮することを明らかにした。さらに、共焦点レーザ顕微鏡と原子間力顕微鏡を用いて導入遺伝子の細胞内動態を解明するとともに、外来遺伝子がエンドサイトーシスで細胞内に取り込まれることを明らかにした。またその際、キャリアーのリポソームとDNAの複合体は400nm1.4μmのサイズのときに最も遺伝子導入の効率がよいことも証明した。また、細胞内に導入された外来遺伝子はリポソーム内でキャリアーのリソゾームから解離し、核内へ選択的に移行することを示した。これらの実験結果は、遺伝子治療の今後の研究に対して有用なベクターの開発に重要な情報を提供すると考えられた。外来遺伝子の細胞内導入技術の開発と導入遺伝子の細胞内動態の解析技術の開発を行った。まず、十種類の正電荷コレステロール誘導体を合成し、これらコレステロール誘導体を用いた正電荷リポソームによる遺伝子導入を行った。遺伝子導入にはプラスミド(_pSV2CAT)、および、_<c-myc>アンチセンスDNAを用いて行った。その結果、遺伝子導入に適した正電荷コレステロールの構造が明らかになった。次に、正電荷リポソームの正電荷の度合と遺伝子導入効率との相関を追求するため、正電荷リポソームのゼータ電位の測定を行った。その結果、リポソームのゼータ電位と遺伝子発現量との間には明瞭な相関関係が見いだされた。ゼータ電位の高い正電荷リポソームほどCAT遺伝子の導入効率と発現量が高い結果が得られた。さらに、導入遺伝子の細胞内動態や正電荷リポソームの細胞内局在化を調べるために、蛍光標識したアンチセンス_<c-myc>DNAと蛍光標識リン脂質(rhodamine-PE)を用いて、共焦点レーザ顕微鏡により導入遺伝子の細胞内動態の解析を行った。その結果、細胞内に導入された正電荷リポソーム・DNAの複合体は細胞内のエンドソームに局在しており、正電荷リポソーム・DNAの複合体はエンドサイトーシスで細胞内に導入されることが示唆された。また、導入された_<c-myc>アンチセンスDNAは正電荷リポソームから解離し核内に特異的に集積することが画像解析法により明らかになった。すなわち、外来遺伝子の細胞内への導入と発現には、(1)エンドサイトーシスによる細胞膜の通過と、(2)細胞内での正電荷リポソームからのDNAの解離が重要な要因であることが明らかになった。

これらの研究成果は遺伝子導入の今後の研究の進展に重要な情報を提供するものと考えられた。遺伝子治療は遺伝病の根元的治療法になるだけでなく、癌やエイズの治療にも有効であると期待されている。しかし、遺伝子治療の臨床応用での成功例はあるものの、その基盤となる基礎研究は著しく立ち遅れており、多くの解決しなければならない問題をかかえている。その一つは安全性が高くて、効率のよい外来遺伝子の細胞内導入法の確立である。そこで、本研究では正電荷コレステロールを素材とした正電荷リポソームによる外来遺伝子の細胞内導入技術の開発を行うとともに、細胞内に導入した外来遺伝子の動態を解析する技術を開発し、遺伝子治療の基盤技術の確立を企てた。具体的には、末端に三級アミンを持ったスペ-サの長さの異なった8種類の正電荷コレステロール誘導体を合成し、それを素材とした正電荷リポソームを作製し、プラスミド遺伝子(CAT遺伝子)の培養細胞への導入を行った。遺伝子導入の効率はクロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ活性(CAT活性)により測定した。その結果、遺伝子導入効率の著しく高い誘導体を開発するとともに、正電荷リポソームのゼータ電位と遺伝子導入の効率との間には密接な相関関係があることを見いだした。そこで次に、共焦点レーザ顕微鏡を用いて細胞内に導入した外来遺伝子の細胞内動態を解明することを企てた。実験には、共焦点レーザ顕微鏡を用いて蛍光標識したアンチセンスDNAの細胞内ならびに核内の動態を追究した。そして、外来遺伝子はエンドサイトーシスデで細胞内に導入されることを明らかにした。また、細胞内に導入した外来遺伝子はエンドソーム内でキャリアーのリポソームから解離し,核内へ選択的に移行することを示した。これらの実験結果は、遺伝子治療の今後の研究に対してたいへん有益な情報を提供するものと考えられた。遺伝子治療は遺伝病の根元的治療法になるだけでなく、癌やエイズ治療にも有効であると期待されている。それゆえ、遺伝子治療のための基盤研究の推進は緊急の課題となっている。特に重要な課題は、安全性が高くて、効率のよい外来遺伝子の細胞内導入法の確立である。そこで、本研究では正電荷コレステロールを素材とした正電荷リポソームによる外来遺伝子の細胞内導入技術の開発を行った。それと同時に、細胞内に導入した外来遺伝子の動態を解析する技術を開発し、遺伝子治療の基盤技術の確立を企てた。具体的には、末端に三級アミンを持ったスペ-サの長さの異なった8種類の正電荷コレステロール誘導体を合成し、それを素材とした正電荷リポソームを作製し、プラスミド遺伝子(CATとLuc遺伝子)の培養細胞への導入を行った。遺伝子導入の効率はCAT活性及びルシフェラーゼ活性で測定した。その結果、導入効率の著しく高い誘導体を開発に成功するとともに、正電荷リポソームのゼータ電位と遺伝子導入の効率との間には密接な相関関係があることを明らかにした。また、末端に水酸基を持った新規正電荷コレステロール誘導体の開発に成功するとともに、in vivoでの遺伝子導入に大変威力を発揮することを明らかにした。さらに、共焦点レーザ顕微鏡と原子間力顕微鏡を用いて導入