hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
染色体工学的手法を用いた機能性に優れた新規ネギ系統の開発

本年度は以下の四つの事項について実験および検討を行った。1.催涙因子の生合成に関与する酵素遺伝子の発現解析八種類のAlliumcepa染色体をそれぞれ有するネギ添加系統と両親系統の葉しょう基部由来1st strand cDNAを調整し、それを鋳型に用いた催涙因子合成酵素遺伝子(lfs)のRT-PCRを行った。その結果、第5染色体を添加したネギ系統だけから、シャロットの特異的なlfs増幅産物が得られた。この結果から、第5染色体上のlfsはmRNAへの転写レベルで正常に発現していることがわかった。2.酵素遺伝子のマッピング辛味および催涙因子の生合成に関与する三つの酵素遺伝子について、A.cepa連鎖地図へのマッピングを試みた。分析の結果、その両因子の前駆物質生成の過程で硫酸塩を硫化物に還元するAPS sulfurylaseとSulphite reductase遺伝子がともに第3染色体の連鎖群に、また、A.cepa催涙因子合成酵素(LFS)遺伝子が第5染色体の連鎖群にそれぞれ挿入された.3.辛味因子および催涙因子の分解物のガスクロマトグラフィ分析夏期(2005年8月)にネギおよび添加系統葉身から粗抽出したCSO分解産物をヘキサンに吸着させて炎光光度検出器つきガスクロマトグラフィ分析を行った。1-Propenyl-CSO由来の2つのピークと2-Propenyl-CSO由来の3つのピークが分離され、そのピークエリアは各系統に含まれるCSO含量にともなって変化していた。特に、第5染色体が添加されたネギは他と異なるピーク特性を有しているようだった。4.研究総括本研究により、A.cepaの辛味と催涙因子の生合成および代謝に関わる遺伝子の染色体上での詳しい所在が明らかになった。これらの遺伝子は正常に機能している可能性が非常に高く、マッピングされた遺伝子は将来的にはタマネギ成分育種の際のDNAマーカーとして用いることができるだろう。また、A.cepa染色体を添加したネギ系統シリーズの中には、特定の含硫化合物を多量に含む系統が得られ、染色体工学手法による葉ネギ内容成分の改良に成功した。本年度は以下の二つの事項について実験を行った。1.辛味因子および催涙因子の前駆物質の定性・定量分析辛味(チオスルフィネート)および催涙因子(チオプロパナール-S-オキシド)はそれぞれ共通の前駆物質であるR-cysteinesulfoxide(CSO)から合成される。この前駆物質の官能基(R)は様々に変化して種類の異なるネギ属野菜にそれぞれ独特の風味(臭み)を与えている。例えば、Methyl-L-CSO(MeCSO)はニラやラッキョウ臭の、1-Propenyl-L-CSO(PeCSO)はタマネギ臭の、2-Propenyle-L-CSO(AlCSO)はニンニク臭のそれぞれ原因物質となる。そこで、本年度はこれらの物質の抽出方法とHPLCによる定性・定量方法をまず確立した。次に、夏期(2005年8月)と冬期(同年11月)に各植物材料の葉身部ならびに葉鞘部からそれぞれCSOの粗抽出を行なった。さらに、対照植物のネギにおいて抽出物をHPLC分析に供試したところ、以下のことがわかった。1)AlCSOはほとんど生産されていない。2)葉身部ではPeCSO含有率が高い、葉鞘部ではMeCSO含有率の方が高い。3)全CSO含量は夏期の葉鞘部でもっとも高くなる。シャロット(分球性タマネギ)由来単一異種染色体をそれぞれ添加したネギ系統シリーズ(添加系統シリーズ)では、MeCSOとPeCSOの比率がネギと著しく異なるものは見あたらなかった、また、ある特定の添加型における夏期の全CSO含量はネギより明らかに高くなっていた。2.関連酵素遺伝子が座乗する染色体の決定まず、タマネギの含硫黄化合物代謝経路で働くアリイナーゼおよび催涙因子合成酵素に関する既知塩基配列情報をもとにプライマーセットをそれぞれ設計した。次に、それを用いてシャロットのゲノミックDNAを鋳型としてPCRを行ない、その産物を電気泳動したところ、ともに明瞭な単一バンドが得られた。また、ネギでも同一プライマーセットを用いてPCRを行なったが、バンドは得られなかった。そこで、添加系統シリーズを用いて同様な解析を行なったところ、ある特定の添加型でのみバンドが得られ、この二つの酵素遺伝子の座乗染色体を決定することができた。分析の結果、その両因子の前駆物質生成の過程で硫酸塩を硫化物に還元するAPS sulfurylaseとSulphite reductase遺伝子がともに第3染色体の連鎖群に、また、A.cepa催涙因子合成酵素(LFS)遺伝子が第5染色体の連鎖群にそれぞれ挿入された.

3.辛味因子および催涙因子の分解物のガスクロマトグラフィ分析夏期(2005年8月)にネギおよび添加系統葉身から粗抽出したCSO分解産物をヘキサンに吸着させて炎光光度検出器つきガスクロマトグラフィ分析を行った。1-Propenyl-CSO由来の2つのピークと2-Propenyl-CSO由来の3つのピークが分離され、そのピークエリアは各系統に含まれるCSO含量にともなって変化していた。特に、第5染色体が添加されたネギは他と異なるピーク特性を有しているようだった。4.研究総括本研究により、A.cepaの辛味と催涙因子の生合成および代謝に関わる遺伝子の染色体上での詳しい所在が明らかになった。これらの遺伝子は正常に機能している可能性が非常に高く、マッピングされた遺伝子は将来的にはタマネギ成分育種の際のDNAマーカーとして用いることができるだろう。また、A.cepa染色体を添加したネギ系統シリーズの中には、特定の含硫化合物を多量に含む系統が得られ、染色体工学手法による葉ネギ内容成分の改良に成功した。
ナノスケール磁気機能解明のための高速走査軟X線磁気顕微鏡の開発

永久磁石材料やスピントロニクス材料をはじめとする機能磁性材料を対象にナノスケールの磁気解析手法を確立することは極めて重要な課題となっている。そこで本研究課題では元素選択的かつ局所的に磁気状態を調べることが可能な軟X線走査型顕微鏡を開発した。フレネルゾーンプレート集光システムによって約100 nmの集光ビームが得られ、高い空間分解能で吸収イメージング測定および磁気円二色性イメージング測定が可能となった。画像取得の高速化に取りくみ、測定時間の低減を図った。また、外場環境試験を経て、高い空間分解能で永久磁石材料破断面の磁区観察に成功した。本研究で作製する走査型軟X線顕微鏡は、強磁場下で4001500eVの軟X線をフレネルゾーンプレートによってビーム径100nm以下に集光し、試料ステージを走査させながら全電子収量法による磁気イメージング観察を行うものである。一般に走査型顕微鏡には画像取得時間が長くなる問題点があり、集光径100 nmの軟X線ビームにより30μm角の走査を行う場合、従来のステップスキャン法では1画像あたり50分を要する。そこで、本研究では高速ピエゾスキャニングとリアルタイム双三次補間解析を利用したイメージング法の開発により、画像取得時間を従来の10分の1以下に短縮することを目的とする。これにより、高効率の放射光実験を可能とする。特に、放射光を光源とする場合、光エネルギーも変化量となるため多元スキャンに有効な要素技術となり得る。初年度はその開発ベースとなる実験装置を作製し、ピエゾステージ走査による基本的な測定プログラムの開発を行った。また、細線試料によるエッジスキャンによるゾーンプレートの集光評価とソフトウェア駆動評価を目的とした放射光実験を実施し、問題点と課題の抽出を行った。次年度には、装置および計測システムの改良を行い、目標の一つである空間分解能を達成するための光学調整を行う。走査型軟X線顕微鏡および計測システムを完成させ焼結永久磁石の磁区観察へと研究を進めていく。さらに、超伝導マグネットの導入によって強磁場下実験を実施できるよう整備を推進する。本課題の目標であるビーム径100 nm以下の軟X線を用いた高速磁気イメージング観察の実現に向けて、以下の試験および評価を実施し、走査型軟X線磁気顕微鏡を開発した。空間分解能評価では走査型電子顕微鏡用グリッド試料および薄膜パターン試料を用い、ナイフエッジ法による空間分解能評価を行った。その結果、垂直方向98±2 nmの水平方向93±1 nmのビームサイズが得られ、目標とする空間分解能は達成できた。試料ドリフト評価では周囲の環境に由来する振動によって約250 nmの不規則な試料ドリフトを確認した。そこで集光光学系と試料の配置を再検討した。集光光学系を真空チャンバーに、試料をマニピュレータ先端にそれぞれ保持する方式を見直し、共にマニピュレータに保持する機構に変更することで、試料ドリフト量を検出感度以下の数nmに抑制できた。高精度走査が必要となる局所領域のイメージングには直流電圧方式のピエゾステージを用い、本年度の課題となっているデータ1ポイントあたりの停留時間の短縮化を試みた。試料ドリフト対策、真空度向上による試料劣化対策およびノイズ対策等によってH25年度に実施した試験測定時(200 ms/point)と比較して1/10まで短縮化が進んだ。1 ms/point以下に向けて継続して開発を進めている。不等間隔データに対する補間処理のソフトウェアは作成済みであり、エネルギー変化、磁場変化あるいは温度変化といった三次元測定のニーズに応じて実装する予定である。別途整備された8テスラ超伝導マグネットによる強磁場中でのピエゾ走査試験を経て、焼結永久磁石の元素別磁区観察を行った。熱消磁状態の迷路状磁区構造から磁場印加によって単磁区構造に移行する過程の観察に成功した。量子ビーム科学本研究で達成目標とする高速走査軟X線磁気顕微鏡の開発には、1プローブとなる放射光軟X線、2実験装置、および、3計測システム、の整備が必須である。1の放射光軟X線については、ゾーンプレート集光に適したブランチラインがSPring-8のBL25SUに完成し、まもなく本格的な実験が可能となる見込みである。2の実験装置については、精密位置調整機構付き石定盤架台上の超高真空チャンバ内に、本研究で必要なゾーンプレートとピエゾアクチュエーターを導入後、ビームラインの光軸上に設置し、真空立ち上げや駆動試験等を実施した。3の計測システムについては、ハードウェアの開発を完了し、まず、従来方式でのラスタースキャンプログラムを開発した。また、13の整備と並行し、ゾーンプレートによる集光試験とソフトウェア試験を目的とした簡易装置による開発実験を実施した。

この実験では、軟X線磁気顕微鏡の重要な性能である空間分解能を評価する過程で、ピエゾステージの駆動評価とスキャニングプログラムの改良を進めることができた。以上の通り、高速走査軟X線磁気顕微鏡の開発が着実に進んでいる。H26年度は、BL25SUの軟X線磁気顕微鏡にピエゾステージを組み込み、電子顕微鏡用評価試料など用いて、ゾーンプレートの設計値である100nmの空間分解能を目指した光学調整を行う。H25年度に行った集光試験の結果より、実験装置及び試料の振動が分解能に大きく影響を及ぼすことが判明したため、今後、徹底した制振対策による改良を行う。また、本研究開発で必要な走査速度評価(ノイズレベル評価)は、ビームラインの光学調整が完了した後に速やかに実施する。その後、計測プログラムに高速走査法を実装し、偏光切替と同期した短時間測定手法を確立する。試料の清浄表面を得るための試料破断機構を作製した後、焼結永久磁石の元素別磁区観察に応用する。さらに、別途整備する超伝導マグネットを実験ステーションに設置し、強磁場環境の整備に着手する。これによって、強磁場下での局所磁性研究を推進する。実験で必要な標準試料について仕様を再検討した結果、より高精度のパターン試料が必要であることが判明した。そのため、価格および製作期間を考慮して次年度の購入に変更した。また、データ解析用計算機は研究の進捗状況から次年度に集中して使用されることが予想されたため同様に購入時期を変更した。スキャニング動作評価と分解能評価にはこれまで細線試料を用いてきたが、さらにエッジプロファイルが良い試料が必要となったためグリッド試料とパターン試料を準備する。また、放射光の偏光切り替えのタイミングとピエゾ駆動の同期性を確認するためにオシロスコープの整備を予定している。さらに、得られた多量のデータを解析するための計算機が必要となる。次年度に計画している放射光実験では真空装置に組み込むための真空部品類と消耗品実費負担費を計上する。また、成果の発表のため、学会参加費および旅費が必要である。
糖尿病由来の炎症や合併症の発症を予防する食品因子の探索と作用機序の解明

解糖系の中間体であるメチルグリオキザール(MG)はタンパク質と容易に反応し、その生成物はAdvanced glycation end products(AGEs)として糖尿病合併症のマーカーと考えられている。このマーカーを指標として、食品成分中より合併症発症やがん発症を防御する因子を探索する簡便な評価系の確立を目指した。また、これまでに構築した評価系をも利用し、種々の食用植物由来活性成分の探索と作用機序の解明を試みた。得られた結果より、茶粗抽出物由来の成分や抗酸化物質が、生体における過剰な酸化ストレス状態を緩和する効果を発揮し、炎症性疾患の防御に寄与するものと期待された。糖尿病合併症発症に関与するマーカーを指標として、食品成分中より本合併症発症およびがん発症を防御する因子を探索する簡便な評価系の確立を目指した。マーカーとして、これまで糖尿病合併症への関与を見出したメチルグリオキザール(MG)によるタンパク質の翻訳後修飾の程度を指標とした。MGによる特定のタンパク質(熱ショックタンパク質、Hsp27)修飾は、消化管細胞のラット由来腸上皮細胞と胃粘膜細胞双方においてがん化した場合に限り検出された。がん化していない細胞種では、修飾が認められなかった。一方これまでの研究より、眼レンズなど糖化を受けやすい組織では、合併症の進行に伴いその修飾率は増加する。蛍光プローブ試薬を用いて細胞内活性酸素量の測定を行った結果、過酸化水素処理によって24時間以内に消化管細胞内の活性酸素量は増加した。この増加は、細胞へのMG修飾Hsp27の導入によって抑制された。また、正常胃粘膜細胞においては過酸化水素処理によってアポトーシスが誘導されたが、がん化胃粘膜細胞においてはアポトーシスが誘導されなかった。これらの細胞のうちがん化細胞でのみHsp27はMGによる修飾を受けていることから、アポトーシス誘導の阻害にMG修飾Hsp27が深く関与していることが示唆された。さらに、ラット由来腸上皮細胞へMG修飾Hsp27を導入するとその細胞はアポトーシスへの耐性を示した。以上の結果から、細胞死制御へのMG修飾Hsp27の酸化ストレス応答を介した関与が強く示唆された。我々はこれまでに、各種がん細胞株において種々のストレスに応答して発現誘導される熱ショックタンパク質Hsp27がMG翻訳後修飾を受けることを見出した。がん細胞におけるMG濃度の上昇について、ATP合成にかかわりMGの代謝で生じるD-乳酸の濃度を測定した結果、その濃度が正常細胞に比べて2倍上昇していた。アポトーシス誘導にかかわるカスパーゼの活性化について、過酸化水素処理による細胞内カスパーゼ-3及びカスパーゼ-9の活性化に対するHsp27の抑制効果がMG修飾によって更に増強された。一方リン酸化によりHsp27のそれらの活性化に対する抑制効果が取り消されたが、リン酸化Hsp27のMG修飾によってその機能が復活或いは増強された。チトクロムc処理によるカスパーゼ活性化においてもリン酸化Hsp27のその抑制機能がMG修飾によって増強された。細胞内の活性酸素量はHsp27のMG修飾によって減少した。以上の結果とこれまでに得られた翻訳後修飾によるHsp27シャペロン機能調節の結果から、細胞死制御にHsp27のリン酸化修飾とMG修飾が密接にかかわると予想された。また、これまでに構築した評価系を利用して種々の食用植物由来活性成分の探索と作用機序の解明を試みた。ただし、培養細胞系における各種検討結果に基づき、全ての実験において炎症に対する予防効果を見極めるために過酸化水素処理よりも前段階での食品成分の投与処理を行った。1)消化管由来培養細胞株(ラット由来腸上皮細胞と胃粘膜細胞)において、がん化した場合に限り様々なストレスに応答して誘導される熱ショックタンパク質27(Hsp27)の特異的なMG修飾が検出された。2)大腸がん患者(述べ6名)の病巣部位におけるHsp27のMGによる特異的な修飾及び正常部位における非修飾が免疫沈降法によって確証された。3)正常胃粘膜細胞株においては過酸化水素処理によりアポトーシスが誘導されたが、がん化胃粘膜細胞株においては誘導されなかった。蛍光プローブを用いて細胞内活性酸素量測定を行った結果、過酸化水素処理後24時間以内にその量は増加し、アポトーシスが誘導された。正常細胞株へMG修飾

Hsp27を導入すると、細胞は過酸化水素処理によるアポトーシスへ耐性を示した。その他結果も含め、細胞死制御へのMG修飾Hsp27の酸化ストレス応答とカスパーゼ活性化抑制を介した関与が強く示唆された。4)アポトーシス誘導や活性酸素量、翻訳後修飾等の詳細な解析で得られた結果より、種々の茶粗抽出物由来の成分や抗酸化物質が生体における過剰な酸化ストレス状態を緩和する効果を発揮し、炎症性疾患の防御に寄与するものと期待された。24年度が最終年度であるため、記入しない。
タンパク質の誕生と折りたたみの1分子解析

大腸菌のシャペロニンGroELは2つの樽型リングが底同士を向かい合わせにした構造をしており、ATP依存的に補因子のGroESと結合解離を繰り返すことで変性タンパク質の折れたたみを介助する。GroELは2つのリングを交互に利用しながら反応サイクルを進行させており、GroELの両側のリングにGroESが2個同時に結合した状態(football型複合体)は存在しないと考えられていた。しかし、我々が蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)を指標としてGroEL-GroES間の結合量を測定したところ、変性タンパク質が十分量存在し定常的に反応が進行する条件下において、football型複合体が形成されることを昨年度、明らかにした。今年度、我々は変性タンパク質非存在下においてGroEL-GroES間相互作用をFRETにより測定した。その結果、ATP存在下(反応サイクル時)におけるFRETシグナルは、GroELとGroESが1:1で結合した複合体(bullet型複合体)を形成する条件であるADP、フッ化ベリリウム(BeFx)共存時に近い値を示した。すなわち、変性タンパク質が存在しないとfootball型複合体の形成率が著しく低下することが分かった。次に、我々は変性タンパク質の濃度を変化させてGroEL-GroES間のFRET効率の変化を調べた。その結果、変性タンパク質の種類によらず、変性タンパク質濃度依存的にFRET効率が増加することが確認された。さらに、このFRET効率の変化は変性タンパク質によるGroELのATPase活性の活性化と良好な相関関係を示すことが分かった。以上の結果から、定常状態の反応サイクルにおいては、変性タンパク質がGroELに相互作用することによりfootball型複合体の形成を促進されることが示唆された。1.リボソームによるタンパク質合成の1分子イメージングリボソームの翻訳過程を1分子イメージングするための実験系を確立した。具体的には、リボソームの30Sサブユニットの一部にRNAループを遺伝子工学的に継ぎ足した変異体を用い、それに相補的なオリゴRNAを介することによってリボソームをガラス基板に固定した。次に、GFPをコードするmRNAにリボソームのトンネル部分の長さに相当するリンカーをつけ、さらに合成したタンパク質を解離させない強力なアレスト配列であるsecM配列を含んだmRNAを加えてタンパク質を合成させた。その結果、リボソーム上で1分子のGFPが合成される様子を1分子メージングすることに成功した。2.シャペロニンによるタンパク質折りたたみの多分子解析従来は、シャペロニンの反応サイクル中にはGroEL_<14>-GroES_7複合体(bullet型複合体)しか存在しないと考えられていた。この通説が正しいか検証するため、我々はGroEL_<14>-(GroES_7)_ 2複合体(football型複合体)が存在するかどうかを多分子計測系により解析した。このために、GroEL(E315C)変異体にドナーを、GroES(98C)変異体にアクセプターを結合させ、蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)を蛍光分光光度計により測定した。その結果、シャペロニンの反応サイクル中に約50%のfootball型複合体が存在することを明らかにした。
胆石中の炭酸カルシウムの化学的結晶学的、特性とその生成条件

1.赤外線吸収スペクトル,x線回折による結晶形の解明...(1)炭酸カルシウム胆石32例についてみると,カルサイト(方解石)が20例62.5%,アラゴナイト(あられ石)が29例,90.6%,バテライト(不安定形)が9例28.1%であった。自然界ではカルサイトが安定形であり,絶然優位であることと対照的であった。又、極めて稀なバテライトを含む上記3種の同質多像形を同時に含有しているものも3例あった。(2)黒色石についてみると,肝硬変合併の4例では全例カルサイトであり,非合併群では12例中9例,75%がアラゴナイトであり,バテライトは含まれていなかった。(3)膵石4例中の炭酸カルシウムは,カルサイトが3例で主成分を占めていた。このように胆石(炭酸カルシウム胆石,黒色石),膵石中の炭酸カルシウムの結晶形はかなりちがっており、生成条験のちがいが示唆された。2.示差熱分析による結晶形転移温度の測定...温泉石灰華(アラゴナイト)の転移温度は約400°Cで,鉱物アラゴナイトのそれより低いがタニシ殻等生物界由来のものは更に低く,炭酸カルシウム胆石のそれでは明らかなピ-クが見されなかった。3.微量金属成分,有機成分...炭酸カルシウム胆石(32例)についてみると,平均Na0.66%,K0.07%であり,Mgは0.09%でアラゴナイト群では低い傾向にあった。有機物は平均17.5%含まれていた。4.沈降炭酸カルシウムをむん濁液とし,それに炭酸ガスを通じて溶解させ,撹拌して炭酸ガスを駆遂させながら炭酸カルシウムを沈澱させる合成実験を行った。Ca^<2+>が120ppmの溶液から生成する炭酸カルシウムの結晶形はアラゴナイトのみであった。5.アラゴナイト形生成に影響を及ぼす因子の検討...Mg,Sr,Baの各イオンの混入,生成速度,温度,PH,炭酸ガスの存在などが考えられるが,現段階では上記有機物の混入が最有力因子と考えられる。1.赤外線吸収スペクトル,X線回析による結晶形の解明...(1)炭酸カルシウム胆石32例についてみると,カルサイト(方解石)が20例62.5%,アラゴナイト(あられ石)が29例,90.6%,バテライト(不安定形)が9例28.1%であった。自然界では,安定形のカルサイトが断然優位なのに比し,特異的であった。しかも,自然界にはほとんどみられないバテライトを含むこれら3種の同質多像形を同時に含有している極めて稀なものも3例あった。(2)黒色石16例についてみると,肝硬変合併群の4例では全例カルサイトであり,非合併群では12例中9例,75%がアラゴナイトであり,バテライトは同群中に含まれていなかった。(3)膵石4例中の炭酸カルシウムは,カルトサイトが3例の主成分を占めていた。このように,胆石(炭酸カルシウム胆石,黒色石),膵石中の炭酸カルシウムの結晶形はかなりちがっており,生成条件のちがいが示唆された。

2.示差熱分析による結晶形転移温度の測定...温泉石灰華(アラゴナイト)の転移温度は約400°Cで,鉱物アラゴナイトのそれより低いが,タニシ殻等生物界由来のものは更に低く,炭酸カルシウム胆石のそれでは明らかなピ-クが見出されなかった。3.微量金属成分,有機成分...炭酸カルシウム胆石(17例)についてみると,有機物は平均17.5%含まれており,アラゴナイ形群にマグネシウム分が低い傾向にあった。膵石群でも同様にアラゴナイト群においてマグネシウムが低かった。4.アラゴナイト結晶生成に影響を及ぼす因子の検討...マグネシウム,ストロンチウム,バリウムの各イオンの混入,生成速度,温度,PH,炭酸ガスの存在などが考えられるが,現段階では上記有機物の混入が有優力因子と考えられた。1.微量金属成分・有機成分の分析...無機成分は原子吸光光度計にて分析した。(1)炭酸カルシウム胆石33例について検討したものでは,化学成分の中で最も多いものはカルシウムであり平均31.2%,炭酸カルシウムに換算すると胆石重量の77.8%であった。他の平均はNa0.66%,K0.07%,Mgは0.09%であった。アラゴナイト形(あられ石)が100%を占める8例ではMgは平均0.025%であり,低い傾向にあった。一方,カルサイト(方解石)分が多い症例では,Mgが平均より多かった。(2)膵石例はカルサイト形が多いが,その中でアラゴナイト成分が多く含まれている例では,胆石同様にMgが極端に少なかった。(3)炭酸カルシウム胆石例には有機物が平均17.5%含まれていた。2.炭酸カルシウムの合成実験...市販の泌降性炭酸カルシウムをけん濁液とし,それに炭酸ガスを通じて溶解させ,この濾液を37°C下で進続攪拌し,炭酸ガスを駆遂させながら,炭酸カルシウムを泌澱させた。開始時の母液のCa^<2+>濃度が100ー140ppmのときはアラゴナイト(あられ石)のみが析出した。しかしCa^<2+>濃度が増加するに伴いアラゴナイトは急激に減少し,240ppm以上では015%となった。これに対してカルサイトとバテライトは増加し,Ca^<2+>が200240ppm以上では両者が結晶形組成の4050%を含めた。牛胆汁末の添加は,泌澱を抑制した。200mg1lすなわち正常胆汁の1/500濃度の時にはじめて泌澱が生じてきたが,カルサイト形(方解石)のみであった。又,Mg^<2+>の添加で,アラゴナイトのみが泌澱した。3.アラゴナイト形生成に影響を及ぼす因子...Mg^<2+>イオン,胆汁成分,有機成分の存在などが考えられた。
細管内表面粗さ測定システムに関する研究

様々な生産現場において細管内などの狭い部分の表面粗さを測定したいという要求がある。しかし、現在、径が数mm以下の細管内の表面粗さを測定する際には、小さなスタイラスを用い細管の端部の数mmの領域を測定するのが限界である。細管の奥の方の表面粗さを測定する場合には、管を割り破壊検査をするしかない。著者らは先端加工ファイバと円筒状反射鏡を用いた新しい表面あらさ検出用のセンサを提案する。開発したセンサの測定範囲は8ミクロン、精度は19nmであった。また、開発したセンサを用いて細管内を測定するためのキャリッジ部分を製作した。近年加工技術の進歩によりアスペクト比の高い深穴や深溝の加工が行われているが、その内部の粗さ等の形状の測定は困難である。そこで、細管内の粗さを測定することを目的として、従来の粗さ計の差動トランスに代わる先端加工ファイバと円柱状反射鏡を使用した新しいセンサを開発した。接触式のスタイラスのチップ部の上に円柱状反射鏡を取り付け、これに先端加工ファイバからのレーザ光を照射し、チップ部の上下変位を検出できるようにした。現在のところ測定範囲は5ミクロン、ノイズを基に考えると分解能は13ナノメートルである。また、このスタイラスをキャリッジに取り付け、円柱内部の粗さを測定しようと試みた。キャリッジは円柱の軸方向の移動と軸周りの回転の自由度を残すように4点拘束とした。キャリッジの寸法はφ1、全長が30mmとし、材質にPLAを用い、3Dプリンタで製作した。製作したキャリッジ下部にSUS304φ0.3mmのステンレス球を取り付けた。長さ5mm、高さ0.5mm、幅0.5mmのスタイラスに光ファイバーを約1mmに切り取ったものを接着し,それをスパッタリング法でクロム(Cr)を光ファイバーに製膜した。このスタイラスをキャリッジに取り付け、これをφ2.5の細管の中に入れて軸方向に動くことを確認した。しかし、現在のキャリッジの製作方法では微小、かつ高精度の形状を製作することが困難でスタイラスの取り付けが難しい、剛性が低いという問題があることが明らかになった。そこで、著者らは先端加工ファイバと円筒状反射鏡を用いた新しい表面あらさ検出用のセンサを提案しその有効性を示した。本年は、開発したセンサを用いて細管内を測定するためのキャリッジ部分を試作した。キャリッジは細管内の表面粗さを測定するために適切に自由度を拘束する必要がある。細管の軸方向をX軸とする。キャリッジが細管内でX軸方向の移動とX軸まわりの回転だけができるように自由度を拘束すると考えると、4自由度を拘束する必要がある。したがって、キャリッジと細管内部との接触点の数は4つとなる。そこでキャリッジを機械加工し、キャリッジ下部の前後2か所に小球を取り付ける、さらに、上部の左右2か所にバネ状のものを取り付けた。近年,加工技術の進歩によりアスペクト比の高い深穴や深溝の加工が行われているが,その内部の粗さ等の形状の測定は困難である.そこで,細管内の粗さを測定することを目的として,従来の粗さ計の差動トランスに換わる先端加工光ファイバと円柱状反射鏡を使用した新しいセンサを開発し,その基本的な性能を調べた.新しいセンサでは、管内の表面粗さを検出する為に,接触式のカンチレバーがキャリッジに取り付けられている.カンチレバーには反射鏡が取り付けられており,管内の表面粗さに応じて上下する.これに先端加工ファイバを通ってきた光を照射し,その反射光を同じファイバで拾い,管外の光センサに持っていく.反射鏡を平面でなく円柱状とすることによって,反射鏡の上下の信号すなわち表面粗さを光量の変化として光センサで捉えることができる.新しいセンサの性能を調べる為に装置を試作した。カンチレバーの根元にあるV溝をキャリッジのナイフエッジに乗せた.カンチレバーの先端付近に反射鏡を取り付けた.反射鏡としては,直径が125μmの光ファイバの側面に,Crを蒸着させたものを用いた.キャリッジの上部にけがき線を引き,先端加工ファイバを固定した.これにより,カンチレバーの上下運動を光量変化として捉えることができる.試作した装置を用い、ノイズ、変位と出力の関係等を調べた。その結果,1秒以内の短い周期でみた時,約0.005V程度のノイズが乗っていることがわかった.

測定範囲は4.5μm,ノイズをもとに考えると分解能は約13nmといえることがわかった。申請書の「研究計画・方法」では平成24年度以降の部分で、「2)細管内の粗さの測定の試作を行う」「3)スキッド等を試作する」「4)スタイラス退避機構等を試作する」と計画している。2年目の現在、「スキッドの試作」の中の「細管内粗さ測定に適した形にする」という部分を行っており、所期の目的の70%程度を達成し、おおむね順調といえる。交付申請書の「目的」では、「本研究ではφ0.5、軸方向長さ1000mmの細管内の任意位置の表面粗さを非破壊で測定可能なシステムを開発することを目的として行う。本システムはスタイラスを用いた触針式でスタイラスの高さ方向変位をファイバを用いて読み取る新しい検出方式を用いる。」と記載している。また、「研究計画・方法」では、「1年目は、基本的な部分を固めるため、スタイラスの変位を先端レンズファイバで検出する部分の試作、評価を行う。検出部を試作し、スタイラスの高さ方向変位と出力の校正、適切な反射鏡の検討などを中心に行う。」と記載している。1年目を終えた時点で、研究計画・方法に記載したとおりの手順で順当に進んでおり、所期の目的の50%程度を達成したと考えている。現在行っているキャリッジの製作方法では微小、かつ高精度の形状を製作することが困難でスタイラスの取り付けが難しい、剛性が低いという問題があることが明らかになったため、これを微細機械加工(外注)で行う予定である。形状は、当初の予定通り4点拘束の2自由度のキャリッジであり、細管の軸方向の移動と軸周りの回転ができるようにする。これに反射鏡付きのスタイラスと先端加工ファイバを取り付け細管内の粗さ測定を行う。また、細管を切断し、既存の粗さ計で細管内の粗さを測定し試作機と比較検討する。さらに、スタイラスを細管内の適当な測定位置に持っていく際には、スタイラスが被測定面に接触せずに移動することが望ましいため、スタイラスの退避機構を試作する。次年度は、実際の管内の粗さを測定するシステムを試作し、細管内粗さの測定を行う。また、生産現場での測定を想定し、スキッド等を試作、スタイラス退避機構等の試作、検討等を行う。具体的には、スタイラスをキャリッジに取り付ける。キャリッジはスキッドとして機能する。スタイラスのチップ上に円筒状の反射鏡を置く。キャリッジを通した先端レンズファイバからこの円筒状反射鏡に光を照射するようにする。スタイラスを軸方向に走査し、細管内の表面粗さを測定する。また、測定した細管を軸方向に分割し、これを市販の表面粗さ測定器で測定し、提案する細管内表面粗さ測定器と比較検討する。また、基本構想では、スキッドを円筒形キャピラリの軸方向に異なる2か所につけ、また上部にバネ状の脚をつけスキッドを円筒内部に押しつける形をしているが、これと異なる組み合わせのスキッドも試作し、キャピラリ周りを細管内表面粗さ測定に適した形にする。さらに、表面粗さの測定前に、スタイラスを細管内の適当な測定位置に持っていく際には、スタイラスが被測定面に接触せずに移動することが望ましい。そのためにスタイラスの退避機構を試作する。キャリッジの機械加工を外注する予定である。また、先端加工ファイバ、スタイラスを含む、光学部品、電子部品が主な消耗品である。他に、研究協力者との打ち合わせ旅費、円筒形反射鏡の蒸着のための研究補助に科研費を使う予定である。
肩腱板断裂に対する新しい再生医療手術の開発：自家大腿筋膜による肩関節包再建術

肩上方関節包再建術(腱板断裂によって失われた肩関節上方関節包を再建する手術法)は、修復不能な腱板断裂に対して高率に機能回復が期待できる新しい手術方法であり、近年良好な治療成績が国内外で報告されている。本研究においてその生体力学的研究を行うことで、手術成績の向上が期待できると考える。平成30年度においては新鮮凍結屍体肩を用いて本実験を行った。昨年度の予備的研究の結果から推察された通りに、腱板断裂モデルを作成することにより、肩峰下接触圧は増加し(肩峰下インピンジメントをシミュレート)、肩甲上腕関節の上方動揺性(骨頭の上方化をシミュレート)も増加した。このため今回作成した腱板断裂モデルは臨床に近い状態(腱板断裂により上腕骨頭が上方化し、肩峰下に衝突する)と考える。さらには肩上方関節包再建術を行うことで肩峰下接触圧と肩甲上腕関節の上方動揺性は減少し、ほぼ正常化した(上腕骨頭の位置が下方に下がることで正常腱板に見られる上腕骨と肩甲骨の位置関係に戻し、それにより上腕骨頭が肩峰にも衝突しなくなった)。このため我々の仮説を証明することができたと考える。腱の変性が強い腱板断裂に対する腱板修復術の治療成績を安定させることは容易ではないと考えられているが、本研究において腱板修復術に上方関節包再建術を追加することにより、腱板修復術を単独で行う場合よりも肩関節上方安定性が改善するという結果が得られれば、腱板修復術の治療成績を向上させる可能性が高く、大変意義深いと考える。当初の予定通りに実験を進めている。当初の研究計画に沿って実験を進める予定である。平成29年度においては、予備的研究を行った。予備的研究においては、すでに確立された実験方法を今回の実験目的に合うように修正した。この実験方法を用いて平成30年と31年に本実験を終了させたいと考える。予備的研究においては、腱板断裂モデルを作成することにより、肩峰下接触圧は増加し(肩峰下インピンジメントをシミュレート)、肩甲上腕関節の上方動揺性(骨頭の上方化をシミュレート)も増加した。このため今回作成した腱板断裂モデルは臨床に近い状態と考える。さらには肩上方関節包再建術を行うことで肩峰下接触圧と肩甲上腕関節の上方動揺性は減少し、ほぼ正常化した。このため本実験において我々の仮説を証明することができると期待する。本年度と来年度に本実験が続くため、その費用として使用する予定である。83,590円は次年度の物品費に使用予定である。
近代日本社会における「戦争体験の語られ方」とその社会的影響に関する研究

本研究では、戦前戦後の地域社会などで、「戦争体験」がどう語られたか、「戦争の記憶」が次代の人々の意識をどのように規定したかを分析した。具体的な手法は、各地域の戦死者遺族会の会誌、戦友会史・部隊史などから関連する記述を収集し、その変化を探るというものである。その結果、日中・太平洋戦争のように、戦争の目的が不明瞭な戦争では会誌などの記述も不明瞭となり、戦争の意義づけが戦死者に最も身近な人々ほど困難であったという、一種の逆説の存在を見いだすことができた。本年度は、研究初年度として、「近代日本における戦争体験の語られ方」を示す具体的な史料収集という基礎的な作業に努めた。具体的には、先行研究のサーベイを行いながら、戦争体験記や各市区町村で作成された慰問文・戦争記念誌・戦死者追悼録などの史料を購入・複写などの手段により入手した。さらに後者については、アルバイトを雇用して必要な箇所を入力させ、データベースを作成した。この作業を通じて、戦前の地域社会など兵士たちの苦難や死を何とか意味づけしようとしつつも現実にはその論理を見いだすことが出来なかった、もしくは見出そうとする意志を実は持たなかったという事実の一端を浮かび上がらせることが可能となった。本作業は、平成22年8月に刊行した一般向けの著書『故郷はなぜ兵士を殺したか』執筆の最終段階においてその内容を深化させるうえで有益であり、したがって本研究の成果を平易なかたちで社会に還元することが出来たと考えられる。一方、反省点としては、所属機関における情報・史料の収集にとどまり、当初計画していた全国各地の史料所蔵機関における調査を十分に行えなかったことが挙げられる。次年度以降は計画の遅れを取り戻すべく、各地への史料調査を行って必要な情報の収集と分析に努めたい。本年度は、「戦争体験」に関する戦中戦後の史料を幅広く収集し、分析を加えた。具体的には戦前の各地域で作成された戦死者追悼録、前線将兵に送られた慰問誌、戦後になって同じく地域で作られた戦死者追悼録などである。これらを年次別に分類、重要箇所をコンピュータ入力することで、地域において語られていた戦争正当化の論理がいかなるものであったのかを問うた結果、特にそのような存在しないのではないかという仮説をたてるに至った。これは、地域社会という視点に立った戦争受容の背景を探るうえで重要な問題と考える。よって、今後はなぜそれが存在しないのかについての理由の解明が次なる課題となろう。次年度、すなわち研究最終年度の平成24年度に必要な分析作業を行いたい。また、今年度は戦前の日本軍兵士が軍隊経験を己の人生の中にいかに位置づけようとしていたのかという問題について、軍隊で記した日記をもとにアプローチを試みた。大正期、朝鮮の京城師範学校出身一年現役兵が一年間の軍隊生活の中で記した日記集『凝視の一年』という特異な史料を入手、彼らにとって軍隊が一種の「人生道場」、つまり自己の人生にとってプラスの価値をもっていたことを明らかにした(活字化して山口輝臣編『日記に見る近代日本3大正』に「凝視の一年(吉尾勲編)」と題し掲載済み)。戦前日本社会におけるそのような価値観の存在自体は従来から指摘されていたことではある。ただ、のちの戦時期朝鮮において小学校教師となり、皇民化政策や戦時動員政策を末端で担った彼らがそのような軍隊観を少なくとも「発話」できたことは、前記の政策遂行の社会的背景を考えるさい、興味深い論点と考える。本年度は、研究の最終年度として、各種の図書館・資料館・博物館などを調査のうえ戦友会史、遺族会史を収集、それらの中から個人の戦争体験に関する文章を抽出し、体系化する作業を行った。また、戦時中の日本軍が発行した各種の教範や戦訓報告類を収集・分析し、当事者、個人の体験を大局的な戦争史のなかにいかに位置づけ、総合的に理解できるのかについて考察を加えた。さらに、戦時中のアメリカ軍が発行していた各種の兵士マニュアルなどを分析し、日本人以外の視点を導入することによる「日本人の戦争」体験の客観化に関する作業を行った。以上の文献より抽出した必要な箇所は整理・複写のうえ、謝金を活用してコンピューター入力を行い、研究の効率化・迅速化をはかった。本研究による研究成果の一部は『米軍が恐れた「卑怯な日本軍」帝国陸軍戦法マニュアル』(文藝春秋、2012年)として公表した。同書において、戦後語られた「戦争体験」を日米両軍の資料などと比較分析することによってその客観性を深め、かつ戦争の実像をより掘り下げて描けたことは、本研究の重要な成果であると考えられる。資料の収集と分析作業は年度末に至るまで継続し、日中・太平洋戦争に関わる個人的体験と大局的状況の関係性、戦後語られた「戦争体験」の客観化の問題についてさらに思索を深めた。研究は今年度で終了となるが、得られた知見については今後も随時活字化し、公表して批判を仰ぐことにしたい。

年度当初予定していた範囲の史料の収集・分析はおおむね完了できたため。ただし、もう少し調査の範囲を広げてより多くの史料を収集することもあるいは可能であったかとも思われるので、上記の自己評価とした。24年度が最終年度であるため、記入しない。研究第1・第2年度に収集した史料の分析を進展させる。これまでは、主に地域社会の発行した各種記念誌などに注目してきたが、より個人的な史料である日記や軍事郵便などからもその「戦争体験」を抽出することが可能であるかとも思われる。よって、この<集団と個人>という分析視覚をあわせて導入することによる研究内容のいっそうの精緻化をめざしたい。
超伝導擬スピンのコヒーレント量子制御の基礎理論

本年度は、s波超伝導体NbNの超伝導擬スピン共鳴における不純物効果の解析、および超伝導転移温度以上で光励起したときの超伝導ゆらぎの効果の解析を行った。s波超伝導体においてテラヘルツ光を照射すると、テラヘルツ光の周波数を2倍したものが超伝導ギャップと一致するときに超伝導擬スピンがスピン共鳴を起こす。それに伴って巨大な三次高調波が発生し、共鳴的に増幅することが我々の以前の研究でわかっていた。三次高調波の共鳴には、ヒッグスモード由来の寄与と準粒子の個別励起による寄与の2種類が混在している。どちらの寄与が実際の実験で優勢かが問題となっていた。これまでは不純物のないクリーンな系を仮定して理論解析が行われていた。しかし、実験で用いられている超伝導体は一般に不純物を含んでおり、低エネルギー領域では不純物散乱が支配的であることがわかっている。そこで、自己無撞着ボルン近似を用いてNbN超伝導体における三次高調波共鳴の解析を行った。その結果、不純物散乱幅が超伝導ギャップを超えると、常磁性チャンネルが反磁性チャンネルよりも優勢になり、ヒッグスモードの寄与が支配的になることがわかった。これは、クリーンな系とは全く異なる振る舞いをすることを意味し、実験結果とも整合する。また、超伝導転移温度以上の常伝導状態で光励起したときに超伝導が誘起されるという最近の実験に動機づけられ、超伝導ゆらぎが光励起によりどのように振る舞うかを調べた。解析方法として、時間依存ギンツブルグ・ランダウ方程式を用いた。その結果、光励起した後の緩和過程は二つの異なる緩和時間によって支配されることがわかった。各々の緩和時間で区切られた時間領域において特徴的は冪的または対数的な振る舞いが現れることもわかった。この結果は、光励起によって超伝導臨界領域が臨界点から離れたところにも拡張されたと解釈できる。s波超伝導体における擬スピン共鳴の最初の実験に対して不純物散乱の効果が重要であることがわかり、実験との整合性も含めて擬スピン共鳴の基礎を確立することができた。特に、三次高調波の共鳴的な増幅にヒッグスモードが支配的な寄与を与えることがこれまで以上に明らかになり、ヒッグスモードが実際の実験で観測されていることが疑いのない事実となった。これにより、超伝導体におけるヒッグスモードの物理がさらに広がっていくことが期待できる。s波超伝導体のNbNだけでなく、銅酸化物超伝導体や複数の超伝導ギャップをもつMgB2など、様々な超伝導体に対してヒッグスモードの探索が進んでいる。さらに、臨界温度以上の常伝導状態においても、超伝導ゆらぎを光励起によって制御することで新たな非平衡ダイナミクスを誘起する可能性が明らかになり、実験観測を含めて今後の発展が期待できる。s波超伝導体NbNにおける電子格子相互作用を第一原理計算から評価する解析も進めている。超伝導擬スピン共鳴における電子格子相互作用の役割は、まだわからない部分が大きい。特に、軌道間の有効引力相互作用が軌道内と比較してどの程度の大きさかによって、三次高調波共鳴の偏光角度依存性が変わってくる。解析に際して、フォノンの第一原理計算の専門家と協力して、フォノンのバンド計算や電子格子相互作用の第一原理的評価を行なっている。超伝導擬スピンに対するベリー位相の効果は、本年度はまだ解析を進めている段階である。今後の進め方としては、s波超伝導体NbNの擬スピンダイナミクスに電子格子相互作用がどのように寄与しているかを調べる。そのために、本年度に引き続きフォノンのバンド計算や電子格子相互作用の第一原理からの評価を進める。得られた結果をもとにNbNの有効低エネルギー模型を構築し、ケルディッシュ形式に基づいて三次高調波共鳴の振る舞いを理論解析する。不純物散乱の効果も自己無撞着ボルン近似を用いて取り込む。三次高調波の寄与を常磁性チャンネルと反磁性チャンネルに分類し、ヒッグスモードと準粒子励起の寄与を区別して実験結果と比較する。また、NbN超伝導体以外にも、多軌道超伝導体であるMgB2についても超伝導擬スピンの解析を進める。多層系超伝導体において層間でジョセフソン結合している状態で、超伝導擬スピンの歳差運動をいかにして同期させることができるかを平均場近似をもとに解析する。超伝導擬スピンにおけるベリー位相の効果も引き続き研究を進める。電子がペアで実空間をホッピングするモデルである引力型ペンソン・コルブモデルを光で駆動した時の非平衡ダイナミクスを解析する。光によってクーパー対に働くベリー位相を誘起することで、超伝導擬スピンの間にジャロシンスキー・守谷型の相互作用を発生させることができないかを追究する。本年度は、超伝導擬スピンのダイナミクス、特に多軌道系(本質的にジョセフソン結合した多層系と等価)の超伝導相に光を照射したときの量子ダイナミクスの平均場解析、および超伝導擬スピンとフォノンの相互作用を平均場近似を超えて扱えるように非平衡動的平均場理論の拡張を行った。多軌道系は一軌道系と異なり、それぞれの軌道ごとに擬スピンおよび秩序パラメーターが存在し、異なる軌道間でも擬スピンがジョセフソン結合型の相互作用をする点が特徴である。そのため集団励起モードとして振幅モード(ヒッグスモード)、位相モード(南部ゴールドストーンモード)以外に、軌道間で超伝導ギャップの位相が逆向きに振動するレゲットモードと呼ばれる集団励起モードが存在する。

BCS近似に基づいて多軌道系の超伝導擬スピンのモデルを構築し、光照射によって擬スピンがどのように動的に制御できるか調べた。その結果、非線形光学効果を介してレゲットモードを光によって共鳴的に励起できることがわかった。特に三次高調波発生にレゲットモードの寄与が共鳴ピークとして現れる。これらの結果はジョセフソン結合した多層系の超伝導体における擬スピンダイナミクスに応用することができる。並行して、平均場近似を超えて超伝導体の非線形光学応答を扱うために非平衡動的平均場理論を拡張した新たな解析手法を開発した。通常、非線形光学応答係数を計算するためにはベーテ・サルペーター方程式を解く必要があったり、解析接続を行う必要があるという困難がある。それを回避するために「微分された動的平均場理論」という枠組みを提案した。これを強く電子格子相互作用する系に応用し、ヒッグスモードと光の間の非線形相互作用が格子振動を媒介とした遅延相互作用によって大きく増幅されることを示した。当初予定していた、多層系の超伝導体における擬スピンダイナミクスの解析は、2層系に限定すれば2軌道超伝導体の平均場モデルに帰着するので、解析は完了している。異なる軌道間で擬スピン同士がジョセフソン結合しているときに、レゲットモードを光によって共鳴的に励起することができることを示した。このことは光の非線形効果を使って超伝導擬スピンのxy成分を動的に制御する可能性を広げるものである。2層系の超伝導体の解析は、銅酸化物超伝導体を念頭に3層以上の多層系へ拡張していく足がかりとなる。超伝導擬スピンに対するベリー位相の効果は、本年度はまだ解析を進めている途中である。超伝導体の量子ダイナミクスを解析する平均場近似を超えた手法の開発も、非平衡動的平均場理論をもとに非線形光学応答関数を計算する枠組み(「微分された動的平均場理論」)を構築した。これによってこれまで平均場近似では捉えることができなかった、電子格子相互作用に伴う遅延効果やそれによるヒッグスモードと光の非線形相互作用などの強相関効果を取り込むことができるようになった。当初の予定では実空間で非一様な超伝導擬スピンの構造をもつ系に適用する予定であったが、実験グループとの共同研究で窒化ニオブ超伝導体にテラヘルツ光を当てたときのヒッグスモードと光の相互作用を解析する必要が生じたために、電子格子相互作用が強い系に対する手法開発を進めた。本年度は、s波超伝導体NbNにおいて超伝導擬スピン共鳴が誘起する三次高調波の偏光角度依存性の解析とヒッグスモード・電荷密度ゆらぎの寄与の比較、およびd波超伝導体に対する超伝導擬スピンのダイナミクスの解析を行った。s波超伝導体において強い強度のテラヘルツ光を照射すると、ある条件下で超伝導擬スピンがスピン共鳴を起こし巨大な三次高調波が発生するという現象が我々の以前の研究で報告されていた。その起源としてヒッグスモードおよび電荷密度ゆらぎが考えられていた。その両者を区別するために誘起された三次高調波の偏光角度依存性の解析を行った。その結果、NbN超伝導体に対して、ヒッグスモード由来だとすると三次高調波に偏光角度依存性がなく、電荷密度ゆらぎ由来だとすると三次高調波に明確な角度依存性がなくてはならないことがわかった。
骨代謝調節性のキサントフィルを活用した歯と骨の相互的な機能強化

本課題の目的は、骨と歯を同時に守るキサントフィルの機能解明を行い、新しい概念の機能性食品開発への橋渡し研究を行うことである。骨粗鬆症と歯周病に関わる共通のメカニズムを解明し、キサントフィルの骨保護作用を活用した“骨と歯の健康維持"に有効な機能性食品の開発基盤を確立する。平成30年度は骨粗鬆症発症における歯周病の発症機序の解析を行った。野生型マウスに卵巣摘出を施し、性ホルモン欠乏の骨粗鬆症発症において歯周病モデルマウスを構築し、両疾患の発症メカニズム解析を進めた。骨粗鬆症の評価では大腿骨、歯周病では歯槽骨を用い、3次元CTによる骨密度測定、骨形態計測を実施した。測定した骨パラメーターの解析を進めた。骨粗鬆症マウスでは四肢を形成する長管骨、脊椎骨の骨吸収が亢進した、さらに、新た発見として、骨粗鬆症マウスでは膜性緻密骨である歯槽骨骨量が低下することが明らかとなった。これら新発見より、性ホルモン欠乏に起因する骨吸収は、長管骨の海綿骨を主とした破壊に加えて、緻密骨である歯槽骨の骨吸収にも関与し、すでに骨破壊が進展している歯槽骨に歯周疾患で誘発された炎症性骨吸収が加わることを意味しており、相互が骨破壊のリスクとなることが明らかとなった。さらに、キサントフィルを用いた骨代謝調節作用のメカニズムをIn vitro細胞系を用い、骨吸収と骨形成に着目して解析した。破骨細胞の形成系では、骨芽細胞における破骨細胞形成因子(RANKL)や、それを制御する転写因子であるNfatc1の発現は抑制された。また、骨芽細胞による骨形成を解析したところ、骨形成因子についてはOSX、オステオカルシン、コラーゲンの産生変動が上昇した。これら検討により、キサントフィル類は骨吸収を抑制すると共に骨形成を促進して、骨量を増大させることが明らかとなった。H30年度の解析では、骨粗鬆症における歯周疾患の発症機構の研究を進め、炎症と歯周病の関係や歯周病と骨粗鬆症の相互リスクを検討した。マウスを用いた骨粗鬆症における歯周病モデル系を確立した。これらモデルの解析の結果、骨粗鬆症マウスでは四肢を形成する長管骨や脊椎骨の骨吸収が亢進し、さらに、膜性緻密骨である歯槽骨骨量が低下することを明らかとした。これら新発見により、性ホルモン欠乏に起因する骨吸収は、海綿骨を主とする長管骨と緻密骨である歯槽骨で同様に起こり、すでに骨破壊が進展している歯槽骨に炎症性骨吸収が加わることにより増悪することが明らかとなった。これら発見は解析当初では不明であったが、H30年度の解析実施により、歯周病が骨粗鬆症におけるリスク因子であることが具体的に証明された一例となった。さらに、これらを改善する因子として、キサントフィルを用いた骨代謝調節作用のメカニズムを行った結果、キサントフィル類は骨吸収を抑制すると共に骨形成を促進して、骨量を増大させることが明らかとなった。これらは、骨芽細胞における破骨細胞形成因子(RANKL)や、それを制御する転写因子であるNfatc1の発現を抑制させ、骨芽細胞による骨形成ではOSX、オステオカルシン、コラーゲンの産生が上昇した。In vitro解析におけるキサントフィルの骨吸収抑制効果及び骨形成促進効果の発見はH31年度のキサントフィルによる骨粗鬆症と歯周病の改善効果検証に確実な展開が可能となった。さらに、骨粗鬆症モデルマウスを用いた検討では、長管骨と歯槽骨の骨吸収が同様の調節機構により破壊が促進することから、キサントフィルによる効果検証が必須である。これらの成果は次年度のH31年度の本課題を円滑に進める基盤として必須であり、今年度の研究進展は前倒しの課題実施を可能とする。これら理由により、当初の計画以上に進展していると判断する。H31年度は、キサントフィルによる骨粗鬆症と歯周病の改善効果検証を試みる。骨粗鬆症/歯周病併発モデルマウスに、キサントフィルを摂取させ、骨粗鬆症と歯周病の併発へのキサントフィルの有効性を立証する。評価は歯槽骨、大腿骨を用い、マイクロCT3次元解析、骨形態計測を実施する。以上より、雌雄両性におけるキサントフィルの歯と骨へ与える影響を詳細に解析する。In vitro実験では、作用メカニズムの解析として、抗酸化関連遺伝子の解析を行う。これら実験の実施により、両疾患を併発する中高年齢者における、歯周病と骨粗鬆症の共通点と関連を分子レベルで解明し、食品由来天然因子であるキサントフィルの効能を立証して、両疾患の予防・改善法の開発につなげる。さらに、これらキサントフィルの骨保護作用を活用して、“歯と骨の健康維持"に有用な機能性食品の開発へとつなげる。最終的には研究課題を実施する、歯科医師、医師、薬剤師の連携により、近未来にヒト介入試験を実施して機能性表示食品として開発する方針でその基盤データを確立し、キサントフィルを活用した歯と骨の健康を守る機能性食品のプロトタイプの開発試験につなげる。