hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
偏食が情動行動に与える影響：大麻受容体の役割

研修会/国立精神・神経センターにて、表題「大麻によって発現する動物の異常行動」の中で、発表した。また、研修会を通して、舩田正彦先生をはじめとする専門家の方々と意見交換を行った。大麻に含まれるΔ9-tetrahydrocannabinol(THC)は、生体内の大麻受容体を刺激し、不安、驚愕、うつ様行動などの情動を伴う行動に影響を及ぼす。そして、情動は食行動において、食の好みを決定し、摂食行動を実行するために重要な役割を持つ。そのため、大麻受容体とその内因性リガンドは食行動に対し、生理的な役割を果たしていることが予想される。しかし、その詳細は明らかとなっていない。本研究課題は偏食が大麻受容体とその内因性リガンドをはじめとする脳内環境に与える影響を解明し、その仕組みを応用した創薬を目的としている。我々は食習慣(偏食)が食の好みと大麻受容体やその内因性リガンドをはじめとする脳内環境に及ぼす影響を解析した。その結果、高脂肪食を摂食し続けた時、脂肪を好む性質(食の嗜好性)が形成され、この食の嗜好性形成過程に内因性カンナビノイドが関わることを明らかにした。また、高脂肪食を摂食した動物について、内因性カンナビノイドである2-アラキドノイルグリセロール(2-AG)量や脳内環境が高脂肪食摂食期間に伴い変化することが明らかとなった。さらに高脂肪食を与え続けた動物を解析した結果、偏食によって引き起こされた内因性カンナビノイドを含む脳内環境の変化はもとに戻りにくいことが示唆された。以上のことから、偏食によって、大麻受容体を介した経路を含む脂肪嗜好性を形成する過程は複雑で進行的に変化しており、今後、複雑で進行的な脂肪嗜好性形成時の脳内環境を解析することで、摂食調節機構が破たんした摂食障害などを改善・発見するのに役立つことが期待された。大麻受容体のリガンドとして同定された2-アラキドノイルグリセロール(2-AG)は、マウスが脂質を多く含む食(高脂肪食)を摂食し続けたときにみられる嗜好性の制御に関わる。本研究では、偏食が食の好みと大麻受容体の内因性リガンドに与える影響を解析した後、情動に与える影響を検討した。高脂肪食を摂取し続けたマウスに対し、食餌を標準食に切り替えた後、肝臓/体重量や血液の生化学検査値などの身体的変化と脳内2-AG量を測定した。その結果、肝臓/体重量や血液の生化学検査値などの身体的変化は正常値を示し、高脂肪食に対する嗜好性と脳内2-AG量などの脳内環境の変化は維持されていた。高脂肪食を与え続けて、2-AGをはじめとする脳内環境の変化した動物を引き続き解析する。解析結果から、食行動を積極的に行う仕組みが明らかになることが期待される。抗がん剤は重度の食欲不振を起こし、時には投与中止を招き、がん治療の中断原因となる。本年度、作製した抗がん剤誘発性食欲不振の動物モデルを用いて、大麻受容体関連薬物が抗がん剤誘発性の食欲不振を改善することを確認する予定である。高脂肪食を与え続けて、脳内環境の変化した動物について、解析と行動を引き続き解析する。THCは超音波発声に影響を与えることが明らかとなった。超音波発声は動物の情動反応を反映していると考えられていることから、これらの成果を利用して次年度、偏食によって引き起こされたカンナビノイドを含む脳内環境の変化が、情動反応に与える影響について、検討する予定である。応用薬理学
超伝導トンネル接合を用いたマイクロ波、ミリ波雑音源の開発

:超伝導トンネル接合におけるリーク電流の低減に関する理論的、実験的な研究を行い、リーク電流が著しく小さく、ギャップ電圧で急激な電流の立ち上がりを示す、ほぼ理想的な超伝導トンネル接合素子を再現良く製作できる技術を確立できた。こうして得られた超伝導トンネル接合素子を使用した雑音源回路モジュールを開発し、マイクロ波帯雑音源としての動作の実証に成功した。また、この雑音源を用いて、冷却低雑音アンプの雑音温度を測定し、半導体ダイオードを用いた雑音源との比較を行ったところ、超伝導トンネル接合素子からほぼ理論通りの雑音出力が得られることが明らかになった。雑音源素子として利用する、Nbを超伝導電極材料とし、Al酸化膜をトンネルバリアとしたNb/AlOx/Nb構造の超伝導トンネル接合素子(SIS素子と呼ぶ)の製作実験を行った。平成18年度始めに、SIS素子製造設備を野辺山電波観測所から国立天文台三鷹キャンパスのクリーンルームに移設したため、製造設備の再立ち上げと製造条件の回復に予想外に時間がかかってしまった。しかし、年度終了時には、Nbの超伝導ギャップ電圧(約2.8mV)以下の領域でのリーク電流が著しく小さく、ギャップ電圧で急激な電流の立ち上がりを示した後、ギャップ電圧以上でオーミックな直線となる、ほぼ理想的なSIS素子の製作が可能となった。さらに、0-20GHzのマイクロ波帯で動作する雑音源回路モジュールの詳細設計を行った。当該雑音源回路モジュールは、SIS素子が作りこまれた微小基板(チップ)と超伝導伝送線路からなる。当初、これに加えて、DCバイアス回路も組み込む予定であったが、0-20GHzの全帯域で動作するバイアスティー(DC-RF分離回路)の実現が非常に難しいことが判明した。そのため、DCバイアス回路はモジュールに外付けすることとした。また、当該雑音源回路モジュールに回路素子として組み込むSIS素子およびその周辺回路の詳細な電気設計を行い、SIS素子チップの最適な回路パターンを決定した。この結果に基づき、マイクロ波帯雑音源となるSIS素子が組み込まれた回路チップを実現するフォトマスクの設計および製作を行った。現在、このフォトマスクを用いて、0-20GHz帯で動作するマイクロ波雑音源用SIS素子の製作を行っている。雑音源素子として利用することを目的として、Nbを超伝導電極材料とし、Al酸化膜をトンネルバリアとしたNb/AlOx/Nb構造の超伝導トンネル接合素子(SIS素子と呼ぶ)の製作およびその高品質化に関する試作実験を行った。その結果、Nbの超伝導ギャップ電圧(約2.8mV)以下の領域でのリーク電流が著しく小さく(クオリティファクタQ=R_<SG>/R_N>20)、ギャップ電圧で急激な電流の立ち上がりを示した後、ギャップ電圧以上でオーミックな直線となる、ほぼ理想的なSIS素子の製作が再現性良く製作できるようになった。さらに、当該雑音源回路モジュールに回路素子として組み込むSIS素子およびその周辺回路の詳細な電気設計を行い、SIS素子チップの最適な回路パターンを決定した。現在、このフォトマスクを用いて、0-20 GHz帯で動作するマイクロ波雑音源用SIS素子の製作を行っている。また、雑音源となるSIS素子をマウントする回路基板およびそのハウジングを設計し、高周波シミュレーションにより最適化を行った後、その製作を行った。平成18、19年度の研究成果により、SIS高周波雑音源を実現するために必要な基礎技術開発がほぼ完了し、次年度からその実証試験を開始する準備が整った。雑音源素子として利用することを目的として、Nbを超伝導電極材料とし、Al酸化膜をトンネルバリアとしたNb/AlOx/Nb構造の超伝導トンネル接合素子(SIS素子と呼ぶ)の製作およびその高品質化に関する理論的な検討および試作実験を行った。その結果、Nbの超伝導ギャップ電圧(約2.8mV)以下の領域でのリーク電流が著しく小さく(クオリティファクタQ=R_<SG>/R_N>20)、ギャップ電圧で急激な電流の立ち上がりを示す、ほぼ理想的なSIS素子の製作が再現良く製作できるようになった。さらに、こうして得られたSIS素子を雑音源回路モジュールに組み込み、0-20GHz帯で動作するマイクロ波帯雑音源としての動作実証を行った。この雑音源を用いて、冷却低雑音アンプのNFを測定し、測定従来のアバランシェダイオードを用いた雑音源との比較を行ったところ、ほぼ理論通りの雑音出力が得られることが明らかになった。ただし、今回実験したSIS雑音源は大きな周波数依存性を持つことが明らかになった。

詳細な回路解析の結果、大きな周波数依存性を生み出す主な原因が、SIS素子の容量に起因したインピーダンスの不整合にあることが判明しており、SIS素子の容量が無視できる程度の微小面積(約1μm^2)のSIS素子の製作とこれを用いた雑音源の開発を行っている。また、SIS素子の高品質化に関する理論的検討を通して、ギャップ電圧以下でのリーク電流の大きさがNb電極の膜質に依存することを明らかにした。従来、SIS素子のリーク電流は、主に、バリアの欠陥によって発生するものと考えられてきたが、本研究で得られた結果はこの常識を覆すものであり、今後のSIS素子に関する新たな理論的、実験的研究の契機となる成果である。
情動の最適化をもたらす運動と体温・脳ホルモン・免疫能の関連

情動の最適化をもたらす運動として快適自己ペース運動(comfortable self-paced exercise : CSPE)をとりあげ,その効果を青年男女と中高年女性で,感情,体温,脳波,自然免疫能,血中ホルモン濃度,夜間睡眠から検討した。CSPEによってこれらの測定項目に現われた変化と変化量の相互関連を検討した結果,(1)対象者によって快適と感じる運動強度は異なり,体力水準の高い者は低い者に比べて高い運動強度を好んだが,運動実施の情動改善効果は全ての被験者で認められた。快感情得点が運動10分頃から高まり,不安感得点は低下していき,運動実施後リラックス感得点が高まった。(2)CSPEを行う前後に測定した脳波α波パワー値が運動実施直後に高まり,θ波とβ波パワー値は低下する傾向が明らかになった。頭皮上の10部位で測定した脳波から求めた脳波感性スペクトル値の結果からも,ネガテイブな感情値の低下,ポジテイブな感情値の上昇が裏付けられた。(3)CSPE前後に採血して測定した結果,すべての被験者で運動後にカテコールアミン濃度は上昇する傾向にあった。CSPEによって,カテコールアミン濃度と同様に血中NK細胞活性は上昇したが,β-エンドルフィン濃度は運動強度が高い場合に上昇し,低い場合には変化しなかった。(4)被験者個々人について,情動の変化と生理機能の変化,特に体温,血液ホルモン濃度,NK細胞活性の変化間の相互関連を検討した結果,体温の上昇と交感神経活動の亢進(変化量または変化速度)が,情動の快適化(最適化)と関連し,最適化運動量を求める指標になりうる可能性が推測された。(5)夕方遅い時問に実施したCSPEによって夜間睡眠は改善したが,この生理的要因としてCSPEによる体温の上昇,情動の改善が関与すると推察された。情動の最適化をもたらす運動として、快適自己ペース走を青年男性8名に50分間実施させ、この間10分毎に気分(Mood Check List:MCLによる)と主観的運動強度(RPE)をたずね、1分毎に心電図、体温(直腸温と皮膚温)、運動開始前と終了直後の血液カテコールアミンとβエンドルフィン濃度、血液NK細胞活性を測定、その夜の睡眠の質をポリグラフィ法とOSA睡眠調査票で検討した。これらの測定値を、同じ被験者が運動をしない対照日の同一時刻に測定した値と比較することで、快適自己ペース走の効果が明らかになった。19:30-20:20の快適自己ペース走は、トレッドミル上をウオーミングアップとクーリングダウンを含めて自由に速度を調節できること、快適な速度を選んで欲しいことを言葉で伝え、実験前に1回の練習体験をしたあとに実施した。8名の被験者の50分間の平均速度は109.5±4.1(SE)m/min、平均RPEは11.7±0.5であったが、経過中の最低値は7(非常に楽)から最高値15(きつい)、平均%心拍予備量が57.0±3.2%と中等度強度で行われた。快適自己ペース走によ,って、MCLによる快感情得点が上昇し、カテコールアミンとβエンドルフィン濃度が高くなり、血液NK細胞活性が上昇した。直腸温は50分間の運動によって平均1.65±0.13°C上昇した。運動終了30分後にリラックス感得点が上昇した。四肢の皮膚温は数分間低下した後、著明に上昇した。快適自己ペース走を行った夜の睡眠は対照夜に比べて、ポリグラフィ法とOSA睡眠調査票の両者で良いものであった。

このように情動の最適化をもたらす50分間の快適自己ペース走を行うことによって、体温が上昇し、カテコールアミンとβエンドルフィン濃度が上昇し、血液NK細胞活性という自然免疫能が高まることが明らかになった。これらの相互関連のメカニズムについて、今後検討を重ねていく。閉経後の中高年女性8名(55-60歳)を対象に,情動の最適化をもたらす運動として,快適自己ペース(走)歩行と集団でのダンス活動を50分間,異なる日の19時から実施させ,この間の気分,心電図,体温(鼓膜温と平均皮膚温),脳波,血液ホルモン(カテコールアミンとβエンドルフィン)濃度,NK細胞活性,並びに夜間の自覚的睡眠感と翌日夕食前までの気分を測定・評価した。これらの測定値を,同じ被験者が運動をしない対照日の同一時刻に測定した値と比較することで,快適自己ペース歩行とダンス活動の効果が明らかになった。快適自己ペース歩行,ダンス活動50分間の%心拍予備量の平均値は32.8±8.0(SD)と40.9±9.9%であり,10分毎の主観的運動強度(RPE)は9(かなり楽)から17(かなりきつい)の間にあったので,負荷強度は軽度から中等度と考えられる。安静対照日に比べ,両運動中に質問紙MCL-S.1で評価した快感情得点が上昇し,運動後30分間にリラックス感得点が上昇した。心拍数の増加は,快適自己ペース歩行よりダンス活動時が平均10bpm程度大きかった。鼓膜温の上昇が,両運動中観察された。3点法で求めた平均皮膚温は,ダンス直後上昇したのに対し,歩行直後には低下していた。脳波α波帯域パワー%は両運動直後に増加した。血液カテコールアミン濃度は両運動直後に上昇したがβエンドルフィン濃度に変化は認められなかった。NK細胞活性は,50分間の両運動直後に上昇した。このように,快適なペースの歩行や集団で行うダンス活動によって,体温の上昇,免疫系の賦活化,脳波の徐波化,情動の改善,夜間睡眠と翌日の気分の改善傾向が観察された。従来,研究の少ない中高年女性は,更年期の気分障害に悩む世代でもあり,情動の最適化をもたらす50分間の無理のない快適ペースの個人運動,集団運動の効果は,応用的価値が高い。さらに体温-脳ホルモン-免疫系と情動の関連を検討していく。12年と13年度に,それぞれ成年男性と閉経後の中高年女性を対象に,50分間の快適自己ペース運動(comfortable self-paced exercise: CSPE)が,体温を上昇させ,情動の改善,血中NK細胞活性,カテコールアミン濃度を上昇させ,夜間睡眠を改善することを明らかにしてきた。本年度は性周期の影響を強く受ける青年期の女性について,月経周期を黄体期に揃えて,50分間のCSPEの効果を体温,情動,血中NK細胞活性,カテコールアミンと女性ホルモン濃度,心拍数,夜間睡眠から検討した。本研究の趣旨を説明し,文書で承諾を得られた20歳代の健常な女性12名を対象とし,実験に先立ち,1ヶ月以上基礎体温を測定させ,2回目の黄体期を実験日とした。実験は18:30から20:20に行い,練習日の後,50分間(19:00-19:50)CSPEを行う日,同時刻に写真集を見て過ごす対照日で構成した。CSPE日の測定値を,同じ被験者の対照日の値と比較することで,CSPEの効果を明らかにした。50分間のCSPE時の心拍予備率の平均値は59.6%であり,10分毎の主観的運動強度(RPE)平均値は12.0で「やや楽である」から「ややきつい」の間にあったので,CSPE負荷強度は中等度と推測された。
遺伝性筋疾患の治療法の開発を目指した骨格筋再生の分子機構の解明

骨格筋の再生過程でもっとも重要な働きをする細胞は、骨格筋特異的幹細胞である筋衛星細胞である。また骨格筋の再生初期には、多くの炎症性細胞が浸潤する。特に筋再生が始まる時期に同期して、マクロファージの浸潤が認められることからも、マクロファージは単に崩壊筋の処理に働いているだけとは考え難い。事実、マクロファージを減少させたマウスでは、骨格筋の再生が悪いことだけでなく線維の増生を見出した。筋衛星細胞やマクロファージの役割を明確にするためには、それぞれを精製し、それらが発現する遺伝子プロファイルを明らかにする必要がある、そのデータをもとに、筋再生の場に参加する細胞の役割を明らかにすることによって、遺伝性筋疾患の治療に役立てることを目的に研究を進めた。そして以下の事実を突き止めた。1.筋衛星細胞を純粋に単離精製できる新規モノクロナル抗体SM/C-2.6を樹立した。2.SM/C-2.6を用いて精製した筋衛星細胞は、幹細胞としての性質を有することを明らかにした。3.新鮮な精製筋衛星細胞、およびそれを短期間培養して活性化した筋衛星細胞が発現する遺伝子のプロファイリングを行った。4.マクロファージ不在下で筋再生を誘導したところ、筋再生の不良とともに線維の増生を認めた。5.障害筋に浸潤するマクロファージを単離精製し、その発現遺伝子のプロファイリングを行った。6.線維増生に働く因子として、TGFβファミリーに属する分子を同定した。7.筋再生過程で増殖が認められる新規な線維芽細胞様細胞を同定した。これがTGFβファミリーに属する分子の標的細胞であることを明らかにした。8.同定した線維芽細胞様細胞は、筋細胞の構築に必須の細胞外マトリクス分子ラミニンの主たる産生細胞であることを明らかにした。マウス筋衛星細胞特異的モノクロナル抗体、SM/C2.6を樹立し、これを用いてマウス骨格筋から筋衛星細胞を単離精製することに成功した(Exp.Cell Research,2004)。さらに、静止期筋衛星細胞が発現する遺伝子について、遺伝子チップを用いた網羅的解析を進め、多数の遺伝子を同定した(深田ら、論文投稿中)。一方これまでに、再生が始まる時期と同期して、再生筋組織にマクロファージが多量に浸潤すること、さらにマクロファージが欠損した条件下では筋再生はほとんど進行せず、むしろ線維の増生が盛んになることがわかっている(瀬川ら、論文準備中)。そこでマクロファージが産生する何らかの因子が筋再生に働いている可能性があると考え、再生途中にある骨格筋のサイトカインmRNA解析(ノザンブロット法によるアレイ解析)を進めたが、TGFβ以外には特徴的な遺伝子発現の変化は認められなかった。TGFβは、筋再生過程で線維芽細胞に働き、膠原線維の増生を促進していると考えられ、筋衛星細胞に働き、筋衛星細胞の増殖分化に働くサイトカインとは考えられないことがわかった。マクロファージが産生し、筋衛星細胞に働く生理活性分子を同定するためには、再生途中の骨格筋から浸潤しているマクロファージのみを単離精製し、それが発現している遺伝子を同定しなければならない。この目的のために、カルジオトキシンにより再生を誘導したマウス骨格筋から、マグネットビーズ法でマクロファージの精製を試み、90%以上の純度で精製することができた。現在、精製マクロファージの網羅的遺伝子チップ解析を進めており、正常マクロファージもしくは活性化マクロファージと比較して、再生途中の骨格筋のマクロファージに特徴的に認められる遺伝子を調べている。

マウス筋衛星細胞特異的モノクロナル抗体、SM/C-2.6を樹立し、これを用いてマウス骨格筋から筋衛星細胞を単離精製することに成功した(Exp. Cell Research,2004)。さらに、静止期筋衛星細胞が発現する遺伝子について、遺伝子チップを用いた網羅的解析を進め、多数の遺伝子を同定した(深田ら、論文投稿中)。一方これまでに、再生が始まる時期と同期して、再生筋組織にマクロファージが多量に浸潤すること、さらにマクロファージが欠損した条件下では筋再生はほとんど進行せず、むしろ線維の増生が盛んになることがわかっている(瀬川ら、論文準備中)。そこでマクロファージが産生する何らかの因子が線維の増生を制御していると考え、再生途中にある骨格筋に浸潤するマクロファージが発現する遺伝子のうち、線維の増生に関わる遺伝子を遺伝子チップ解析したところ、CTGF、decorin、TNFαなどが上昇していることがわかった。これら遺伝子のうちCTGFは、TGFβシグナルを抑えることで、線維化を抑制していることが知られている。CTGFについてさらに解析を進めたところ、骨格筋の再生過程で一過性に発現上昇すること、さらにCTGF発現が最も上昇する時期にコラーゲン産生が強く誘導されていることがわかった。CTGF産生を組織化学的に検出できたが、産生細胞は確定できていない。すなわちマクロファージ不在下では、CTGFなどの線維化抑制分子が働かないために筋肉内のコラーゲン産生が誘導されることが示唆された。また、マクロファージ不在下で骨格筋再生を誘導すると、脂肪細胞の増生が認められた。これらの現象は、筋ジストロフィー患者の病態をマウスでの実験モデルとして再現できることを示しており、従来使用されてきたmdxマウスでは再現できなかったヒトの病態解析に役立つものである。これまでの研究で、マウス筋衛星細胞特異的モノクロナル抗体SM/C-2.6を樹立し、これを用いてマウス骨格筋から筋衛星細胞を単離精製することに成功している(Exp.Cell Research, 2004)。さらに、静止期筋衛星細胞が発現する遺伝子について、遺伝子チップを用いた網羅的解析を進め、多数の遺伝子を同定した。一方、再生が始まる時期と同期して、再生筋組織にマクロファージが多量に浸潤すること、さらにマクロファージが欠損した条件下では筋再生はほとんど進行せず、むしろ線維の増生が盛んになることを見出している(瀬川ら、論文投稿中)。・そこで線維の増生の原因となる細胞の同定とその役割、またマクロファージが産生する因子と線維増生との関連を明らかにするために、骨格筋再生途中の浸潤マクロファージが発現する遺伝子を調べ、線維の増生に関わる遺伝子を遺伝子チップ解析した。その結果CTGF、TGFβの上昇を明らかにした。・またマクロファージが産生し筋衛星細胞の分化に働く分子としてGDF3を同定した。GDF3はBMP4にantagonisticに働いて、筋管形成を促進していることを突き止めた(兼松ら、論文準備中)。・浸潤する細胞のうち、線維増生に働く細胞の同定を進め、Thy-1陽性の細胞群を単離精製することに成功した。Thy-1陽性細胞は、培養条件下では線維芽細胞の形態を示した。・さらにThy-1陽性細胞がラミニンの一種、メロシン産生の主役であることを明らかにした。(深田ら、論文投稿中)。
ゴンドワナ植物・ナンキョクブナ属をめぐる共生・寄生系の進化史の解析

本研究では、南半球に隔離分布するナンキョクブナ属植物について、それを利用する昆虫類の系統関係を比較した。その結果、1)ナンキョクブナを利用するゾウムシ類は、南米大陸とオセアニアのそれぞれの地域で、またオセアニアではオーストラリアとニュージーランドで独立に利用する群が生じてきたと考えられる。また両群の多様性に関しては、南米では、オセアニアに比べて種の多様性が低かった。2)チョウ目昆虫では、オセアニア地域と南米で近縁なナンキョクブナ属植物では、同属の蛾類が利用しており、大陸間の移動が起こっていると推定された。ナンキョクブナ属植物は、その分布パターンからゴンドワナ大陸に起源した植物群-すなわちゴンドワナ植物と考えられてきた。その理由として、南極大陸を含むゴンドワナ大陸から分離した多くの陸塊から化石が見つかっていることや、種子が大型で耐塩性を持だないため、海を越えての分散が期待できないことが挙げられる。しかし、分子系統学的解析を含むこれまでの研究結果からは、ナンキョクブナ属の現生種は決して遺存的なものではなく、ゴンドワナ大陸が成立していた年代よりも後に生じたことが明らかになっている。また、その種分化パターンに関しても、それぞれの大陸・地域の種群で単系統にならず、大陸・地域間での移動が複数回起こったことが明らかになっている。本研究では、南半球に隔離分布するナンキョクブナ属植物をめぐる複数の共存系を対象に多様な生物が織り成す共存系の進化史解明を目指している。本年度はオセアニア地域での調査・研究を行った。ニュージーランド産とオーストラリア(タスマニア)でのナンキョクブナ属植物の新芽を食べる昆虫相を比較したところ、以下のことが明らかになった。1)甲虫目昆虫は、ニュージーランドでは小型ゾウムシ類が多数を占めるのに対し、オーストラリアではゾウムシ類は少なく、ハムシ類が多いこと、また、ニュージーランドではナンキョクブナの種に対し、ゾウムシの特異性が高い。2)チョウ目昆虫では、ニュージーランドとオーストラリアで近縁なナンキョクブナ属植物では、同属の蛾類が利用している。採取した昆虫のCOI遺伝子の配列決定を行ったので、現在、正確な種同定と塩基配列に基づいた系統樹を作成中である。その理由として、南極大陸を含むゴンドワナ大陸から分離した多くの陸塊から化石が見つかっていることや、種子が大型で耐塩性を持たないため、海を越えての分散が期待できないことが挙げられる。本年度は南米での調査・研究を行った。その結果をニュージーランドとオーストラリアのオセアニア地域でのナンキョクブナ属植物の利用する昆虫相を比較したところ、以下のことが明らかになった。1)ゾウムシ類は、ニュージーランドに比べて多様性が低い。南米では、特に新芽を食べる種類が少なく、多くのゾウムシ類は材を利用する。2)チョウ目昆虫では、ニュージーランドとオーストラリアなどのオセアニア地域との比較で、近縁なナンキョクブナ属植物では、同属の蛾類が利用している。この結果は蛾類のCOI遺伝子のDNAバーコード領域の配列に基づいた系統樹とナンキョクブナ属植物の分子系統樹の比較解析でもサポートされた。本年度はゴンドワナ大陸の一部であったアフリカ大陸の南アフリカおよび、南米大陸に隣接する中央アメリカのメキシコでの調査・研究を行った。この両地域は、現在はナンキョクブナが分布していないが、分布地域と密接な関係のある地域である。

この両地域にて、他地域でナンキョクブナを利用している昆虫類の近縁群の採集を行い、南米、オセアニアの種といっしょに解析を行ったところ、以下のことが明らかになった。1)ナンキョクブナを利用するゾウムシ類は、各地域でそれぞれ独立に利用する群がでてきた。また南米では、ニュージーランドに比べて種の多様性が低い。2)チョウ目昆虫では、ニュージーランドとオーストラリアなどのオセアニア地域との比較で、近縁なナンキョクブナ属植物では、同属の蛾類が利用しており、大陸間の移動が起こっていると推定される。この結果は蛾類のCOI遺伝子の配列に基づいた系統樹とナンキョクブナ属植物の分子系統樹の比較解析でもサポートされた。
^<12>C(n,γ)^<13>C反応による^<13>C励起状態のハロ-構造

中性子エネルギー0.050.2MeVの領域での^<12>C(n,γ)^<13>C反応断面積が、1/v則からの予想値よりも約10倍大きいという現象の解釈として、^<13>C核の2s励起状態が中性子ハロ-構造を持ち、核半径が増大しているため、断面積も大きくなっているという考え方が提案されている。この考えによれば、ハロ-効果は0.55MeVの領域でさらに顕著であるため、その領域での^<12>C(n,γ)^<13>C反応断面積は、ハロ-効果の検証に最適の観測量である。本研究では、断面積測定を目指し、まず^7Li(p,n)^7Be、^<12>C(d,n)^<13>N、^2H(d,n)^3He各反応による中性子源を開発し、それぞれ0.55MeV、1.75MeV、5.3MeVの速中性子パルスビームの発生に成功した。次に上記の中性子ビームを用いた測定で問題となるバックグラウンドをテスト実験により調べ、特にヘヴィメタル(ニッケル-タングステン合金)が検出器に直接侵入する不要な中性子の遮蔽に有効であることを見い出した。さらに、0.55MeVの中性子エネルギーで実際に測定を行い、暫定的な断面積として37±10μbという結果を得た。これは世界初の測定結果である。また、上記の断面積は中性子ハロ-効果を考慮した理論的予想値よりもさらに大きく、ハロ-効果による解釈だけでは不完全である可能性を示唆している。現在1.75MeVでの測定の準備を行っており、ハロ-効果による解釈の妥当性およびハロ-効果の強度について重要な知見が得られることが期待される。
鉛直混合の観測手法・システム開発と広域観測

2018年度は、1) CTD取り付け型高速水温計観測を拡大し、より広域での混合分布を明らかにした(気象庁凌風丸・啓風丸による11航海、ロシア海域航海、白鳳丸インド洋・南大洋・南極航海など)。水温計の時定数補正のためのシアプローブとの比較を新青丸航海で行い、精度向上を図った。2)グライダ搭載の乱流計の解析手法を開発し、黒潮での観測に用いて、伊豆海嶺を乗り越える黒潮での乱流強化の下流への影響範囲や2重拡散による栄養塩輸送を定量化した。SeaExplorer搭載のADCPの解析をAlseamerとの共同で行った。3)乱流計搭載超深海フロートを12/20に青森県開運丸で青森沖に投入し、冬季の深層乱流の時系列観測を行った。また、高速水温計を取り付けた昇降式係留系を、みらい航海で亜寒帯K2定点に設置し、時系列観測を開始した(2019/6月に回収予定)。加えて、ロシア船航海を実施し、カムチャッカ海峡での係留観測、西部ベーリング海・アナデイール湾・亜寒帯海域での乱流・物理観測を実施した。深層でのベーリング海の閉鎖性・北極域へ流入する水塊への乱流の影響・グリーンベルトを支える過程などが明らかにされつつある。津軽海峡での跳水を伴う強乱流発生過程、津軽暖水前線での2重拡散現象、トカラ海峡での海山による乱流の詳細な観測が、東北水研若鷹丸3航海、かごしま丸航海を通じて明らかにされた。新青丸KS-18-4航海においてグライダや乱流フロート・生物化学センサ搭載フロートによる観測が国際共同研究として行われ、春季の再成層化に伴う生物地球化学過程に中規模以下の物理現象が与える影響が明らかにされつつある。18.6年周期潮汐振動の日周潮汐極大から10年目にエルニーニョが起こりやすく、3年目16年目にラニーニャが起こりやすい傾向があることが明らかにされた。本計画研究班は、本計画研究班で培ってきた鉛直混合の観測手法を発展させ、新しい観測システム・手法を導入し、日本の誇る海洋観測網を活かして観測を展開し、鉛直混合を通じて繋がる新しい学術の創出に貢献することを目的にしている。具体的には、1)通常観測に用いられるCTDに高速水温計を取り付け、鉛直混合強度を求める手法を開発し、様々な観測航海を利用しデータを収集する。中深層循環に対する鉛直混合の役割を明らかにし、親潮・黒潮を通じて日本周辺海域へ輸送される栄養塩等の物質輸送量を評価する。2)昇降しながら自在に動いて自動観測する水中グライダに、乱流計と超音波流速計を搭載し、多様な鉛直規模をもつ現象をつなぐ観測ができる集中観測システムを構築し、鉛直混合強化過程を明らかにする。また、3)自動昇降フロートに電磁流速計または鉛直混合センサを取り付けた漂流型フロート・係留系等による長期時系列観測を行い、鉛直混合の時間変動を明らかにする。1)については、エネルギー散逸率10-10から10-8W/kgの範囲で有用な、高速水温計をCTDに取り付ける手法を確立し、多くの観測機会を捉えてデータを収集体制を構築することができた。2)については、グライダ搭載の乱流計の解析を自動化し、特に高速水温計が有用であることを明らかにした。3)については、高速水温計・電磁流速計を搭載したフロート時系列観測データがワシントン大学との共同研究を通じて得られている。本領域独で開発された4000mまで観測できる深海フロート乱流計は、これまで機器の不備などから長期観測ができていなかったが、12月に青森沖に投入したフロートは4月に無事回収された。高速水温計観測については、精度向上と適用範囲の拡大を目指す。高精度・超深海乱流計観測を行い、エネルギー散逸率10-11W/kgの弱い乱流領域での高速水温計観測の妥当性を明らかにして、1000mより深い海のほとんどを占める弱乱流領域での混合の実態を明らかにする。10-8W/kg以上の強乱流域についても補正手法を工夫することによって適用範囲の拡大を図る。個々の水温計でバラつく応答特性を補正する検定手法を開発し、これまでのデータを含めて、精度向上を目指し、公開可能なデータを作成する。グライダについては、4月の新青丸航海において、SeaExplorerを船からコントロールする手法での観測を三陸沖で行う。搭載しているADCPの解析手法をフランスAlseamerと共同で開発し、乱流・流速シア・水温塩分の同時高精度観測の実現を目指す。開発を進めてきたが、機器のトラブルで観測データが取得できていなかった世界で唯一流速シア・高速水温計を両方搭載した深海フロート型乱流計の2018/12/20から2019/4/21までの冬を超える時系列観測(約10日間隔で16キャスト)データを取得する。また、回収点では、高精度超深海乱流計とCTD取り付け高速水温計観測を実施し、基準データとの比較を行う。これらを用いて、深海フロートによる乱流観測の有用性検証を行うとともに、深海乱流の時間変動について明らかにする。また、昇降式ブイに搭載した高速水温計の時系列データ(0-150m, 5日間隔)が2019/6月に回収される。

実測データから亜表層乱流の変動特性や生態系変動との関係を明らかにする。加えて、作業部会活動や他班との連携を通じて、混合の分布と海洋循環、栄養塩輸送を明らかにしてゆく。本年度(2015年度)は、1)高速水温計を通常海洋観測であるCTDに取り付けて、船舶で常時、鉛直混合の観測を可能にする、観測手法を開発した。論文を投稿するとともに、気象庁船に取り付けた観測を試行した。2) CTDの電源を入れるだけで観測が実行できるAFPO7乱流計を開発し、センサの検定を行った。3)乱流計・多層流速計を搭載した水中グライダの観測を黒潮域で行い、手法を検討するとともに、東北水研グライダにセンサを搭載した。4) H28年度以降国際共同研究として実行する東北沖の電磁流速計付きフロート観測を実行する事前研究として、間接手法を用いたアルゴフロートの解析を行い、太平洋中央部での風起源の鉛直混合の季節変化を明らかにした。5) 2014年6月に行った千島海峡部での係留・乱流観測データを解析し、海峡部での海底上数100mでの強乱流の発生過程を示す手がかりを得た。6) 2015年6月にトカラ海峡およびその周辺で初めての乱流および栄養塩観測をA02と連携して行い、通常に比較して100倍以上大きな鉛直混合と硝酸塩鉛直フラックスを観測した。この結果は、トカラ海峡部での鉛直混合が、黒潮の生態系に大きな影響を及ぼしている可能性を示唆していた。7)乱流計に硝酸計を取り付けて硝酸塩フラックスを求める手法を開発し、硝酸塩鉛直フラックスをトカラ海峡部で求めた。1)高速水温計をCTDに取り付け船舶での常時鉛直混合の観測を可能にする、観測手法の開発については、自由降下型乱流計を用いたシアプローブとの比較による論文が改訂の目途がたった。CTDに取り付けての計測についての投稿論文は、より詳しい解析が必要との指摘を受けているが、対応可能であると考えており、研究は計画通りに進行している。2) CTDの電源を入れるだけで観測が実行できるAFPO7乱流計が納品され、水中での作動を確認した。センサの検定は、2016年3月のおしょろ丸航海での自由降下型乱流計観測で浸水したために十分にできなかった。3)乱流計・多層流速計を搭載した水中グライダの観測を予定通り実施した。センサが多数取り付けられているために、各センサにもたらされる電力が不足する現象があったため、機器の改良を行った。また、グライダが所定水深まで沈まない現象が2航海であった。バラステイングを調節方法を確立し、不具合は改善された。4)フロートを用いた時系列観測は、米国との共同研究や次年度の観測計画も進み、想定以上に進行している。さらに、当領域、鶴見精機およびカナダRSI社との共同研究として、4000mまで到達するDeepNinjaフロートに乱流センサを取り付ける話がまとまり、次年度試作することが決まった。成功すれば期待以上の大きい成果が期待できる。5)千島海峡部での係留・乱流観測データの解析は、係留系の観測との連動で順調に成果が挙がっている。6)トカラ海峡において、極めて強い乱流が初めて観測されたことは特筆に値する。今後の栄養塩循環・生態系研究への大きな展開が期待される。本計画研究班で培ってきた鉛直混合の観測手法を発展させ、新しい観測システム・手法を導入し、日本の誇る海洋観測網を活かして観測を展開し、鉛直混合を通じて繋がる新しい学術の創出に貢献する。具体的には、通常観測に用いられるCTDに高速水温計を取り付け、鉛直混合強度を求める手法を開発し、気象庁・水産関係機関等の様々な観測でデータを収集する。
強磁場下における半導体量子細線の電気伝導状態の解明

1.強磁場下の量子細線に定常状態の電流が流れている場合の電子状態を、電子の静電エネルギーを考慮したセルフコンシステントな数値計算を行うことで求め、閉じ込めポテンシャル形状、電子密度分布形状、エネルギーサブバンド構造等の物理量を計算した。定常電流が流れている状態のモデルとしては、(1)電流一定の平衡状態、(2)化学ポテンシャルの勾配一定、(3)細線左右で異なった化学ポテンシャルの3つの場合を考えた。計算の結果、量子細線に電流が流れている場合の電子状態は、電流の流れていない平衡状態の電子状態とは大きく異なることを見いだした。非平衡電流からの遮蔽効果をきちんと考えると、量子ホール効果に関して従来まで唱えられてきた端電流による描像は、現実的には単純な形では実現されえないということがわかった。量子細線に電流が流れる場合の量子ホール効果状態を理解するためには、きちんとしたセルフコンシステントな計算を必要とすることがわかった。このことは、電流が流れている状態をモデルとして取り入れるのではなく、より現実的な形で考慮して計算しなければならないことを意味している。今後は、弾性散乱や非弾性散乱の効果をボルツマン輸送方程式の形で取り入れて、強磁場下の量子細線に非平衡電流が流れている場合の電子状態を計算し、量子ホール効果状態でのホール電場がどのような形で形成されるのかを研究する計画である。2.強磁場下の量子細線の電子状態が、温度の変化に伴いどのように変化するかをセルフコンシステントな数値計算を行うことで求めた。その結果、閉じ込めポテンシャル形状等は温度変化に大きく影響を受けることを見いだした。計算の収束手法を改善することで、極低温での電子状態も求めることが可能となった。その計算結果から、量子細線の電子状態は、従来まで考えられてきたChklovskiiらのモデル結果とは異なることを見いだした。
大電力かつ速い変動負荷における電源系統の安定化

フライホイールエネルギー貯蔵装置による安定化制御を実験的に検証するため7.5kWの特殊巻線型誘導電動機をモデル用サイリスタ変換器に接続し、サイリスタ変換器より発生する無効電力変動および負荷変動に付随した実効電力変動補償のシミュレーション実験を行った。高エネルギー加速器研究機構では比較的遅い繰り返しのパターン制御による電源の検討および比較的速い繰り返しの共振電源の検討を行った。また、近年急成長しているスイッチング電源におけるコモンモードインピーダンスの実測とシミュレーションによる解析によりパラメーターの同定を行った。第5回(1999年)と第6回(2000年)加速器電源シンポジウムにおいて、上記研究の各成果の報告を、その他の国内外の学会・研究会・シンポジウムに参加し発表や情報収集・意見交換を行った。電力安定化における先端的研究を行っている研究者を招いてセミナーを企画した他、大規模実用機としては世界的に希な200MJのフライホイール電源安定化装置を有する沖縄電力中城湾変電所、九州電力の行っている1MWモジュール型超電導エネルギー貯蔵装置における実証試験の視察、交流-直流-交流変換装置である新信濃周波数変換所の視察、若狭湾エネルギー研究センターの陽子線治療施設における電源安定化の実状視察を行った。大型ハドロン計画(高エ研-原研統合計画)ではフライホイールによる安定化が現実的であるとの知見を得ているが、高エネルギー加速器を擁する研究施設では超電導電磁石を用いることも多くヘリウム冷凍機等の設備を保有しているので、基盤設備建設を省力化できる点で超電導エネルギー貯蔵装置による補償も効果的と考えられるとの知見を得た。今後は各種エネルギー貯蔵装置による電源安定化の開発を進めると同時に、海外における実情調査を行う予定であり、新規に科研費基盤研究B海外学術調査を申請している。7.5kWの特殊巻線型誘導電動機をモデル用サイリスタ変換器に接続し、サイリスタ変換器より発生する無効電力変動及び変動負荷に付随した実効電力変動補償のシミュレーション実験を主として岡山大学にて行った。同時に各種の大電力半導体を用いた計算機シミュレーションによるR&Dを行った。高エネルギー加速器研究機構では比較的遅い繰り返しのパターン制御による電源の検討及び比較的速い繰り返しの共振電源の検討を行った。特に、2共振電源の多重ネットワークに関する開発研究に進展があった。日本国内の加速器研究関連施設あるいは大学で行われている、加速器電源に関する研究成果の交流のために、平成11年11月18、19日に高エネルギー加速器研究機構において、「加速器電源シンポジウム」を開催した。また、大規模実用機としては世界的に例の少ない200MJのフライホイール電源安定化装置を有する沖縄電力中城湾変電所を平成12年3月4日に視察し、開発上の諸課題について研究交流を行った。大型ハドロン計画(現在は高エ研-原研統合計画)で設計検討されている次期大型シンクロトロン電磁石電源において同規模のフライホイール装置で安定化が実現できるとの知見を得た。7.5kWの特殊巻線型誘導電動機をモデル用サイリスタ変換器に接続し、サイリスタ変換器より発生する無効電力変動および負荷変動に付随した実効電力変動補償のシミュレーション実験を前年度に引き続き、岡山大学にて行った。本誘導電動機は横置型であり、重力バランスの点から縦置型の検討の必要性が実感され、東京工業大学から新規科研費申請を行い開発研究を行う予定である。高エネルギー加速器研究機構では比較的遅い繰り返しのバターン制御による電源の検討および比較的速い繰り返しの共振電源の検討を行った。また、近年急成長しているスイッチング電源におけるコモンモードインピーダンスの実測を高エネルギー加速器研究機構において行い、シミュレーションによる解析を岡山大学で行った。加速器電源シンポジウムにおいて、上記研究の各成果の報告を行った。また、その他の国内外の学会・研究会・シンポジウムに参加し情報収集・意見交換を行った。

さらに、電力安定化における先端的研究を行っている研究者を招いてセミナーを企画した。特に今年度は九州電力が保有している1MWモジュール型超電導エネルギー貯蔵装置における実証試験の視察、交流-直流-交流変換装置である新信濃周波数変換所の視察、若狭湾エネルギー研究センターの陽子線治療施設における電源安定化の実状視察を行った。大型ハドロン計画(高工研-原研統合計画)ではフライホイールによる安定化が現実的であるとの知見を得ているが、高エネルギー加速器を擁する研究施設では超電導電磁石を用いることも多くヘリウム冷凍機等の設備を保有しているので、基盤設備建設を省力化できる点で超電導エネルギー貯蔵装置による補償も効果的と考えられるとの知見を得た。今後は各種エネルギー貯蔵装置による電源安定化の開発を進めると同時に、海外における実情調査を行う予定であり、新規に科研費基盤研究B海外学術調査を申請している。
血管リモデリング促進による未熟児動脈管開存症の新規治療法開発

動脈管の出生後の閉鎖には、内膜肥厚形成をはじめとする血管リモデリングが必須である。酸素による動脈管収縮の機序は明らかになっているが、内膜肥厚形成への作用は不明である。本研究では、出生後急激に上昇する酸素分圧が内膜肥厚形成を増強させるかどうか検証した。生後の酸素分圧の上昇が、bFGFの分泌を増加させた。ラットの成熟児にbFGF中和抗体の投与により出生後動脈管内膜肥厚の形成が抑制された。また、bFGFをラットに投与すると、動脈管内膜肥厚が促進した。出生後の酸素化によって動脈管平滑筋細胞でbFGFが産生され、これによって動脈管の内膜肥厚形成をうながしていることが示唆された。まず、bFGFが動脈管の内膜肥厚を誘導するかどうかを、ex vivoで検討した。胎生19日のラットを未熟児として使用する。胎生19日のラットから動脈管を摘出し、リコンビナントbFGFを添加した群としない群とに分け、平滑筋培養用の培地で3日間培養する。その後組織を固定し、エラスチカ染色で弾性線維を染色し、bFGFによる内膜肥厚形成の促進の程度を計測した。bFGFを添加した群のほうが内膜肥厚が促進された。同様にbFGFを未熟児ラットに直接腹腔内投与し、動脈管の内膜肥厚形成の程度を検討した。(in vivo)リコンビナントbFGFを未熟児ラットに腹腔内投与し、時系列に沿って内膜肥厚形成の程度を検討した。出生後に呼吸が安定してからリコンビナントbFGFを投与し、組織を固定し、パラフィン切片を作製してエラスチカ染色を行なった。前述の方法で内膜肥厚の程度を定量した。ラットに直接投与でもbFGFは動脈管内膜肥厚を促進していた。これらの実験から、bFGFが未熟児動脈管の内膜肥厚形成を促進するという結果が得られた。臨床では、インドメタシンの動脈管収縮効果は明らかに認められるものの、腎血流の低下などの副作用のためにインドメタシンの使用を中止せざるを得ないことがある。未熟児動脈管開存症に対するbFGFとインドメタシンの併用効果を検討することに加えて、内膜肥厚を誘導するbFGFを併用することで、インドメタシンの投与量を減量できないかを検討した。単独では動脈管の閉鎖効果が十分ではないインドメタシンの量を用いて、リコンビナントbFGFを胎生19日または20日のラット新生児に同時に投与した。インドメタシンとbFGF同時投与群のほうが内膜肥厚が促進されていた。以上よりbFGFが未熟児動脈管の内膜肥厚形成を促進し、インドメタシンと併用でも動脈管閉鎖効果がみられた。本研究では塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF)を用いて内膜肥厚を促進する未熟児動脈管開存症に対する新規治療法の開発を目的である。H23年度においては以下の2つの解析を行った。1.未熟児動脈管組織を用いて器官培養を行い、bFGFの内膜肥厚促進作用を検討した。(ex vivo)bFGFが動脈管の内膜肥厚を誘導するかどうかを、ex vivoで検討する。生体内は複数の要素が混在しており、bFGFが内膜肥厚を誘導したとしても、直接の因果関係として結論できないためにまず行った。胎生21日でラットは出生するため、胎生19日のラットを未熟児として使用した。胎生19日のラットから動脈管を摘出し、リコンビナントbFGFを添加した群としない群とに分け、平滑筋培養用の培地で3日間培養後、エラスチカ染色で弾性線維を染色し解析した。bFGFを投与した群で動脈管内膜肥厚促進作用が確認できた。2.bFGFを未熟児ラットに投与し、動脈管の内膜肥厚形成の程度を検討した。(in vivo)リコンビナントbFGFの量はin vivoで他の報告で使用されている濃度を参考に体重1mg当たり1μgを中心に濃度を4種類かえて投与した。出生後に呼吸が安定してからリコンビナントbFGFを投与し、投与後組織を固定しパラフィン切片を作製してエラスチカ染色を行い解析した。器官培養と同様に、ラット投与モデルでもbFGFによる動脈管内膜肥厚作用が観察された。以上の結果よりbFGFが動脈管内膜肥厚因子であることが強く示唆された。

研究計画書にあったとおり、H23年度の研究目標である「未熟児動脈管組織を用いて器官培養を行い、bFGFの内膜肥厚促進作用」および「bFGFを未熟児ラットに投与し、動脈管の内膜肥厚形成」を示すことができた。初年度の実験からbFGFがラット未熟児動脈管の内膜肥厚形成を促進することが明らかになった。引き続き、bFGF動脈管の閉鎖効果を検討する。臨床では、インドメタシンの血管収縮効果は明らかに認められるものの、腎血流の低下などの副作用のためにインドメタシンの使用を中止せざるを得ないことがある。本研究では、未熟児動脈管開存症に対するbFGFとインドメタシンの併用効果を検討することに加えて、内膜肥厚を誘導するbFGFを併用することで、インドメタシンの投与量を減量できないかを検討する。はじめに、インドメタシンの投与量をヒトの投与量から換算してもとめ、胎生19日または20日のラット新生児に腹腔内投与を行う。投与後15分、30分、1時間、3時間後に組織を固定し、パラフィン切片を作製しエラスチカ染色を行って動脈管の内腔の開存している断面積をImage Jソフトウェアで計測する。これらの実験で、十分に動脈管を閉鎖できるインドメタシンの量を決定し、その10分の1までのインドメタシンの量をbFGFと併用する際に使用する。単独では動脈管の閉鎖効果が十分ではないインドメタシンの量を用いて、リコンビナントbFGFを胎生19日または20日のラット新生児に同時に投与する。投与後時間を追って組織を順次固定し、エラスチカ染色にて内膜肥厚の程度と、開存している部分の断面積を計測し、統計処理を行う。各実験にいては6匹以上のサンプルを検討することを予定している。これらの実験により、bFGFとインドメタシンのラット未熟児動脈管の閉鎖に対する併用効果が認められ、さらにbFGFの併用によりインドメタシンの投与量を減らすことができる、という結果が得られることが期待される。分子生物学、組織病理学用の試薬類(定量的RT-PCR試薬、プライマー作成、抗体、細胞培養培地、染色液等)等に60万円、消耗品(チューブ、チップ、フィルター、培養容器、動物手術用具、糸、針、麻酔薬等)に30万円、動物購入および管理費に20万円、学会参加、旅費に20万円、論文投稿費用に20万円を予定している。
その場観察による胆石の形成と成長抑制に関する結晶成長学的研究

結晶成長学の立場から,過去7年間にわたり,胆石の過半数を占めるコレステロール胆石の形成を研究してきた.摘出された多数のコレステロール系胆石(以下コ石と略称)の外形や割面の観察と簿片試料の偏光顕微鏡観察から,放射状構造を特長とするコ石の中心部が多数の板状晶の不規則な集合からなり,一点から放射状に配列していないことを確かめた.即ち,コレステロール分子が直接放射状の球晶状を形成したのではなく,いったん薄板状の微細単結晶として晶出した後に,凝集によって球晶状になると考えられる.事実,コ石をもつヒト胆汁を偏光顕微鏡や位相差顕微鏡下で観察すると,平行四辺形の簿板晶として一水化コレステロール単結晶が無数に観察される.しかし,それらは数10μmの大きさで,最大のものでも1mm以であるので胆管を通して胆のうから運び去られ,結石にはならないだろうと推定される.しかし,短期間に凝集し, 5mm以上の塊状となれば,胆のうから出てゆけなくなる.この集塊が胆のう内で回転しながら多数の簿板晶を集めると結石化する.しかし,雪ダルマ式に集めたら同心円状の内部組織になる.これが放射状に配列する機構を,顕微鏡で直接関節することに成功した.さらに,結石の形成抑止の立場からは,結晶成長学的に,核形成の待時間,結晶成長様式と成長速度を過飽和度と関連づけて測定をした.このためにはヒト胆汁ではなく,条件一定のモデル胆汁を用した実験が必要である.37°Cでケノデオキシコール酸タウハン抱合体ナトリウム塩,レシチン,コレステロールによる抱和モデル胆汁を作製し, 25°Cに冷却してコレステロール一水化物単結晶を成長させ,世界ではじめて渦巻成長機構が働ていることをモデル胆汁とヒト胆汁の両方で実証した.さらに球晶過初期状態を鏡下で撮影することができた.今後は結晶塊を胆汁中で回転させる実験を行い,球晶化の機構を実証的に明らかにする予定.結晶成長学の立場から,過去7年間にわたり,胆石の過半数を占めるコレステロール胆石の形成を研究してきた.摘出された多数のコレステロール系胆石(以下コ石と略称)の外形や割面の観察と簿片試料の偏光顕微鏡観察から,放射状構造を特長とするコ石の中心部が多数の板状晶の不規則な集合からなり,一点から放射状に配列していないことを確かめた.即ち,コレステロール分子が直接放射状の球晶状を形成したのではなく,いったん薄板状の微細単結晶として晶出した後に,凝集によって球晶状になると考えられる.事実,コ石をもつヒト胆汁を偏光顕微鏡や位相差顕微鏡下で観察すると,平行四辺形の簿板晶として一水化コレステロール単結晶が無数に観察される.しかし,それらは数10μmの大きさで,最大のものでも1mm以であるので胆管を通して胆のうから運び去られ,結石にはならないだろうと推定される.しかし,短期間に凝集し, 5mm以上の塊状となれば,胆のうから出てゆけなくなる.この集塊が胆のう内で回転しながら多数の簿板晶を集めると結石化する.しかし,雪ダルマ式に集めたら同心円状の内部組織になる.これが放射状に配列する機構を,顕微鏡で直接関節することに成功した.さらに,結石の形成抑止の立場からは,結晶成長学的に,核形成の待時間,結晶成長様式と成長速度を過飽和度と関連づけて測定をした.このためにはヒト胆汁ではなく,条件一定のモデル胆汁を用した実験が必要である.37°Cでケノデオキシコール酸タウハン抱合体ナトリウム塩,レシチン,コレステロールによる抱和モデル胆汁を作製し, 25°Cに冷却してコレステロール一水化物単結晶を成長させ,世界ではじめて渦巻成長機構が働ていることをモデル胆汁とヒト胆汁の両方で実証した.さらに球晶過初期状態を鏡下で撮影することができた.今後は結晶塊を胆汁中で回転させる実験を行い,球晶化の機構を実証的に明らかにする予定.これまでの研究の積重ねから、コレステロール胆石の形成に関して、以下の仮説をたてた。(1)胆汁中で核形成後、一水化コレステロールの微細薄板状単結晶が多数成長する。(2)凝集中心によってこれらの単結晶が放射状に捕捉され、(001)面の対応格子ないし双晶方位の結合を中心とした連結が生じる。(3)この凝集体は常時回転し、板状晶の放射状の集合を促す。同時に弱く結合した結晶を外ずし、強く結合した結晶を残す。(4)凝集した結晶間の隙間は(001)面上の二次元核成長ないしは、らせん転位を媒介とした渦巻成長によって厚化し、互の結合が強化され、固い球状晶となる。この仮設を検証する第一歩として、モデル胆汁をつくり、鏡下でその場観察を行った。モデル胆汁の調整がこの研究の一つの鍵である。調整は次のようにして、ヒト胆汁の条件に類似のものとした。(1)pH7.5のリン酸バッファーを作る。(2)T・CDCA(ケノデオキシコール酸タウリン抱合体)ナトリウム塩を100mM、レシチン40mMを加え合せ、これにコレステロールを過剰に加えて37°Cで1週間溶解する。(3)0.45μmのフィルター瀘過で飽和モデル胆汁とする。これを用いて、透過位相差顕微鏡にてその場観察を行った。成長の駆動力は37°Cと成長時の温度(25°Cに設定)の溶解度差である。

スライドグラスに封入した実験では56時間で10μm程度の板状晶となる。成長初期には弯曲したり、コイル状になった薄板晶も出現する。成長するにつれて平板化する。大半の(001)面は分子レベル(【C_0】=34【A!。】)で平坦である。いくつかの(001)面上で典型的な渦巻成長が見出された。この成長模様の時間変化も記録できた。以上の成長上の特長は、これまでヒト胆汁でその場観察した場合と極めて良く類似している。このことは、本モデル胆汁の調整が成功したことを明らかに示している。以上の結果を定性的に検討することで、目的の第1は達成された。