hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
大学生におけるアルコール使用障害のスクリーニングに関する研究

世界全体でアルコール過剰摂取に関連する害が問題視されるようになり、大学生に対する効果的な対策の推進が望まれているが、カットオフ値が明確になったスクリーニングツールは日本に存在していない。本研究では、the Alcohol Use Disorders Identification Test(AUDIT)を用いて、アルコール使用障害等の診断特性とカットオフ値の検証を行った。定期健康診断を受けた大学生等2,000名を対象に自記式質問票とDSM5を用いた診断のための構造化面接を行った。546名の研究協力者が得られ、アルコール使用障害のAUCは0.78、AUDITのカットオフ値は5点が妥当と考えられた。質問紙の開発は順調に進んでいる。各大学の調査実施時期の調整に時間がかかっているが、今年度は予定通りの実施を行えるよう、計画変更を行っているところである。世界全体で過剰なアルコール摂取に関連する害が問題視されるようになり、効果的な対策の推進が望まれている。この中でエビデンスのある対策として「大学生の過剰飲酒者の早期発見・短期介入」が含まれている。大学生におけるアルコールの有害な使用、アルコール使用障害者を同定し、適切な介入が行われることで、一気飲みや外傷、飲酒運転といったアルコール関連問題の発生を低減させることが出来ることが推測される。これにより未曽有の少子高齢化社会を支える貴重な若者の健康、QOLを保つことができ、日本全体の活力低下を少しでも抑えることが出来ると考えられる。2年目となる今年度は、1年目に開発したたAUDIT(the Alcohol Use Disorders Identification Test)の10の質問、AUDITの最初の3つの質問で構成されるAUDIT-Cなどを含む質問紙およびインタビューシートを用いて、大学生に対する2000人規模の横断調査を実施することができた。これらの結果をもとにして、過剰飲酒者の同定、アルコール使用障害者の同定を行い、短期介入につなげるというSBIRT(Screening, Brief Intervention,Referral to Treatment)という枠組みを効果的に実施することが可能となる。研究内容は今後国際学会発表および、英文論文投稿を行う予定であり、研究成果の周知を行うとともに、各大学がアルコール関連問題に対するスクリーニングを行いやすいような情報提供を行っていく予定である。初年度は各大学とのスケジュールが合わなかったが、今年度は開発した質問紙・インタビューガイドを用いて、実際に大学での調査を実施することができた。初年度の遅れは、学会発表の遅れとして多少残っているものの、おおむね順調に進展させることができている。1年目は研究体制の構築とAUDIT(the Alcohol Use Disorders Identification Test)の10の質問、AUDITの最初の3つの質問で構成されるAUDIT-Cなどを含む質問紙の開発、2年目はパイロット調査、3年目は2年目に行われた調査を改善し、直接面談によるDSM-5のアルコール使用障害の診断を含めたおよびインタビューシートを用いて、大学生に対する2,000人規模の横断調査を実施することができた。研究内容はすでに国際学会発表を複数回行っており、現在英文論文投稿中である。さらに研究成果の周知を行うとともに、各大学がアルコール関連問題に対するスクリーニングを行いやすいような情報提供を行っていく予定である。各大学での調査を実施し、データの分析を行う予定である。各大学で収集されたデータを分析し、学会発表、論文投稿を行う予定である。アルコール関連問題、総合診療、地域医療各大学の健康診断等、調査を実施できるタイミングがバラバラであり、調整を試みたが、今年度での実施が困難であった。初年度は各大学の健康診断等、調査を実施できるタイミングがバラバラであり、調整を試みたが、実施が困難であった。今年度は計画的に研究が実施され分析まで行うことができたが、研究発表が次年度以降になってしまった。前年度の残金は調査実施における委託業者への依頼費用であり、調査員の派遣等を委託予定であった。

各大学の健康診断等、調査ができる時期を見定め、計画通りに研究を推進していく事で残金はすべて使用可能であると考えている。研究発表、論文投稿を当初の予定通り行うことで、残金はすべて使用可能である。
超臨界流体によるバイオマス化学変換の試み

当研究室での試作品である超臨界流体分解装置は、最高150MPa、550°Cに耐え得るバッチタイプの装置であり、水の超臨界状態(臨界温度374°C、臨界圧力22.1MPa)を15秒で設定できるものである。この装置を用いて実験を行い、超臨界流体によるバイオマス資源の化学変換による有効利用の方策を検討した。すなわち、超臨界流体分解装置によるバイオマスの高速分解の研究の一環として、超臨界水を用いたスギ木粉の高速加溶媒分解をおこなった。また木粉を構成するセルロース、へミセルロースおよびリグニンの分解機構についても同様に検討し、木粉の大部分が低分子の液化物に化学変換されることを見出した。さらに、液化物の評価から、水可溶部には、セルロース及びヘミセルロース由来の有用物質として、セロビオース、グルコース、キシロース、5-ヒドロキシメチルフルフラール、フルフラール、レボグルコサンなどが見出された。一方、メタノール可溶部には、主としてリグニン由来の分子量500程度の芳香族化合物が効率よく得られることが判明した。これらの有用物質は、液化燃料又は有用ケミカルスとして利用が可能であり、バイオマス資源が総体利用され得る可能性が示唆された。
根管充填に関する研究

1.根管壁面象牙質には無数の象牙細管の開口が観察され、1つの象牙細管の直径は約2.0μmであった。また、ファイリング操作により壁面は凹凸様を示した(約25μm)。AFM観察により、根管壁面を高分解能で3次元的にとらえることができた。2.CanalsおよびTubli-sealの酸化亜鉛ユージノール系シーラーは高い親水性を示した。CRUSおよびSealapexの水酸化カルシウム系シーラーは象牙質と近い値を示した。また、ヨードホルム系のシーラーであるDentalis KEZは疎水性を示した。すなわち、シーラーの構成成分によりhydrophobicityに相違のあることが明らかになった。3.硬化後各シーラー表面にはシーラーの成分であるO,I,Ba,Zn,Si,およびBiの存在を認めた。しかし、シーラーの構成成分として多くの割合で含まれているCaは認められずシーラー構成成分でないCの存在を多く認めた。また、シーラー成分に多くの割合で含まれているCaは表層下50nmの層で認めた。すなわち、各種シーラーの表面と表層下とでは、化学組成は、大きく異なることが明らかになった。本年度は、主としてシーラーの物理学的性状に関して検索した。すなわち、根管壁着性に関連する根管壁面およびシーラーの表面性状として、象牙質およびシーラーの根充後の根管と根充剤との界面の形態観察を原子間顕微鏡(以下、AFMと略しますが)にて観察した。低倍率から高倍率のAFM像では、一つの象牙細管は、約2μmであり、象牙細管間の距離は1132nm、深さは15.44nmであることがわかった。また、3次元像では、一個の象牙細管が火山の噴火口様形状を呈していた。次に、中切歯の根管拡大、形成をハンドリーマーNo90まで行った後、レンツロにてAH26のみ、およびAH26とガッターパーチャーポイントにて加圧根管充填を行った根管試料の象牙質部のAFM像は、研磨痕および象牙細管の走行状態を示す像が認められたが、シーラーのみの試料では、シーラー部の表面の凸凹が大きく、界面のすき間が大きいために結像しなかった。しかし、ポイントを付与した試料では、象牙細管と根充剤の界面での状態は剥離していなかったが、界面部の粗さが幅7μm、深さ1μmの亀裂を示し、象牙質と根充剤が緊密に結合している像は認められなかった。すなわち、加圧根充を行っても、根充剤と根管との間には、いわゆる死腔が存在することがわかった。以上の結果から、この壁着性に関しては、2つの課題が残る。1つは、根充剤として望ましいのは、根管壁面と根充剤が完全に結合している必要があるのかどうか、逆に、多少の死腔があっても許容されるのかどうか。2つ目は、結合しているとすれば、物理的結合か、あるいは化学的結合なのかという問題である。1,根管壁面象牙質には無数の象牙細管の開口が観察され,1つの象牙細管の直径は約2.0mumであった。また,ファイリング操作により壁面は凹凸様を示した(約25mum)。AFM観察により,根管壁面を高分解能で3次元的にとらえることができた。2,CanalsおよびTubli-sealの酸化亜鉛ユージノール系シーラーは高い親水性を示した。CRCSおよびSealapexの水酸化カルシウム系シーラーは象牙質と近い値を示した。また,ヨードホルム系シーラーであるDentalis KEZは疎水性を示した。すなわち,シーラーの構成成分によりhydrophobicityに相違のあることが明らかになった。3,硬化後各シーラー表面にはシーラーの成分である。O,I,Ba,Zn,SiおよびBiの存在を認めた。しかし,シーラーの構成成分として多くの割合で含まれているCaは認められずシーラー構成成分でないCの存在を多く認めた。また,シーラー成分に多くの割合で含まれているCaは表層下50nmの層で認めた。すなわち,各種シーラーの表面と表層下とでは,化学組成は,大きく異なることが明らかになった。
マウス及びヒト蛋白質アルギニン脱イミノ酵素遺伝子の転写制御因子の解明と機能解析

ペプチジルアルギニンデイミナーゼ[Peptidylarginine deiminase](以下PADと略記)は、蛋白質のArg残基を脱イミノ反応によりCit残基に変換する蛋白質修飾酵素である。PADは脊椎動物全般に存在し、4つのアイソフォーム(typeI-IV)がそれぞれ特徴的な基質特異性と組織分布を有して各種の組織で機能していることが我々のこれまでの研究により明らかとなっている。近年、いくつかの自己免疫疾患がPAD遺伝子の異常発現によってもたらされている可能性があることが報告され、PAD遺伝子の発現制御機構の分子論的解明が急務となってきた。そこで、本研究では、PAD遺伝子の発現異常によって持たされる疾患を明らかにするとともに同遺伝子の異常発現の迅速な検知と治療法の開発をめざすことを最終目標として、そのための基盤的研究を行うものである。平成12年度の研究により、我々はマウスPAD遺伝子の全てのアイソフォームの遺伝構造とそれぞれの遺伝子のプロモーター領域の塩基配列を解明し、併せて、ヒトPAD typeIII遺伝子の構造も解明した。ついで、平成13年度の研究においては、.これらの遺伝子のうち、脳神経繊維におい多発性硬化症をもたらすと推測されているPAD typeII遺伝子に焦点を絞り、その詳しい遺伝発現調節領域の解析を行った。その結果、typeII遺伝子は転写開始領域から5'上流1171bpの間に強い発現促進領域があり、-1171-1692の間に発現抑制領域があることを発見した。さらにこの発現促進領域中には各種の転写因子結合モチーフが存在していることがわかった。ペプチジルアルギニンデイミナーゼ[Peptidylarginine deiminase](以下PADと略記)は蛋白質のArg残基を脱イミノ反応によりCit残基に変換する蛋白質修飾酵素であり、その生理機能は大変興味深い。PADには4種類のアイソタイプ(type I,II,III,IV)が存在し、それぞれ組織特異的な発現制御、ホルモナールな発現制御、発生時の経時的発現制御など様々な機構により微妙にその遺伝子発現がコントロールされていることが推測されている。本研究は、各アイソフォームの発現制御機構を分子生物学的手法を用いて明らかにするための研究である。すでに、我々はマウスPADアイソフォーム遺伝子の全ての5′-Flanking領域をクローニングし、それらの塩基配列を決定すると共に、これらの遺伝子が4番染色体のD-E領域にクラスターを形成していることを明らかにしているが、本年度の研究によりマウスPAD各アイソフォーム遺伝子のほぼ全領域の塩基配列の解明に成功した。全PAD遺伝子とも15個のイントロンで分断されており、イントロンの塩基長は各遺伝子間で異なるものの対応するエキソンの塩基長は全てのアイソフォーム間で一致していた。また、興味深いことに皮膚組織にのみに発現するtype IとIIIは直列に連続した遺伝子であり、両遺伝子の発現制御がクロストークされている可能性が高い。現在、各遺伝子のプロモーター領域の段階的欠失遺伝子をルシフェラーゼレポーター遺伝子に導入したプラスミドを作成し、主に上皮系培養細胞を用い、転写活性/促進/抑制領域の解析を行っている。また、本年度は併せてヒトPAD遺伝子、特にその発現制御異常に伴い発症する病気が知られている皮膚型PAD遺伝子(type I、III)に焦点を当て、両遺伝子の5′-Flanking領域をクローニングし、それらの塩基配列を決定した。さらに、type III遺伝子については、その基本転写制御領域を明らかにした。PADは脊椎動物全般に存在し、4つのアイソフォーム(type IIV)がそれぞれ特徴的な基質特異性と組織分布を有して各種の組織で機能していることが我々のこれまでの研究により明らかとなっている。また、最近いくつかの自己免疫疾患がPAD遺伝子の異常発現によってもたらされているのではないかとの報告もある。

本研究は、PAD遺伝子の発現制御機構を分子生物学的手法を用いて解明し、将来PAD遺伝子の発現制御異常の原因を解明すると共に同遺伝子の異常発現の迅速な検知と治療法の開発をめざして立案したものである。昨年度の研究により、我々はマウスPAD遺伝子の全てのアイソフォームの遺伝子構造とそれぞれの遺伝子のプロモーター領域の塩基配列を解明した。本年度はこれらの遺伝子のうち、脳神経繊維において多発性硬化症をもたらすと推測されているPAD type II遺伝子の詳しい遺伝発現調節領域の解析を行った。同遺伝子発現制御機構を解明するためには、同遺伝子を顕著に発現している培養細胞を見つける必要があるが、検討したマウス株化培養細胞の内、F9とC6細胞がPAD type IIを発現していることを見出した。ついで、同遺伝子のプロモータ領域の段階的欠失遺伝子にルシフェラーゼレポーター遺伝子を連結させ、上記の培養細胞とネガテブコントロール細胞としてNIH, B-1, C2C12を用い、それぞれの細胞を形質変換させてそのレポーター活性を測定した。その結果、typeII遺伝子は転写開始領域から5^1上流1171bpの間に強い発現促進領域があり、-1171-1692の間に発現抑制領域があることを発見した。さらにこの発現促進領域中には各種の転写因子結合モチーフが存在していることがわかった。これらの研究成果を昨年度のそれとあわせ早急に論文にまとめる予定である。
慢性膵炎進展におけるFRACTALKINEの関与

慢性膵炎は一般に反復する腹痛から始まり、徐々に膵内外分泌能が低下していく病態を呈し、非可逆性の進行性疾患と考えられており、早期診断及び早期治療が望まれる。最近、新規ケモカインのFractalkine/CX3CL1が、慢性炎症において関与していることが判明した。そこで、最初に、ヒト慢性膵炎におけるFractalkine血中濃度の上昇が早期に認められることを明らかにし、早期慢性膵炎のマーカーとして提唱した。次にラット慢性膵炎モデルを用いて、膵星細胞がFractalkineの膵内産生源であることを明らかにした。In vitroで感染類似刺激による膵星細胞からのFractalkine分泌誘導を明らかにした。さらに、PMAおよびエタノールが相乗的にFractalkine分泌を促進することを明らかにし、これらにPKR,PKCなどのProtein kinaseおよびMMP、ADAMなどのMetalloproteaseが関与することを明らかにした。以上より、慢性膵炎の病態、特に進展早期にFractalkineが関与していることが示唆された。近年、種々の局所臓器における慢性炎症疾患に対するFractalkine/CX3CL1の関与が明らかになっている。PSC培養上清にLPS(0,1,10,100ng/ml)を添加し、経時的にPSCおよび上清を回収後、PSC上のFractalkine mRNAの発現をRT-PCRにて、上清中のs-FRAをELISA法にて測定した(in vitro)。(3)慢性膵炎患者の血清s-FRAをELISA法により測定した。慢性膵炎患者群を重症度分類し、血清s-FRAとの関連を解析した。【成績】(1)DBTC慢性膵炎ラットの膵組織中m-FRAおよび血清中s-FRAは2週群をピークに上昇した。(2)PSC上のFractalkine mRNAは発現しており、その発現は用量依存性に増加した。また、LPS投与後6時間後にピークを示した。さらに、PSC上清中のs-FRAは、LPS投与後48時間後にピークを示した。(3)慢性膵炎患者の血清s-FRAは慢性膵炎軽症群に有意な上昇を認めた。【結語】慢性膵炎の病態、特に進展早期にFractalkineが関与している可能性が示唆された。来年度より、さちに検討を加えていく予定である。慢性膵炎は進行性の慢性疾患であり、持続・反復する膵炎により徐々に膵内外分泌障害をきたす疾患である。さらに慢性膵炎は、長期的には膵癌のリスクファクターの一つでもある。現在のところ慢性膵炎の早期発見に有効な検査法は存在せず、多くが進行した状態で発見されているのが現状である。したがって早期の慢性膵炎像も反映するような生物学的、機能的マーカーが望まれている、近年、新たなケモカインであるfractalkineが炎症早期に関与することが報告されているが、慢性膵炎において検討はなされていない。そこで本研究では慢性膵炎患者の血中soluble fractalkine (S-FRA)値に注目し、早期慢性膵炎の診断マーカーとしての有用性を検討した。慢性膵炎112例、健常者116例の計228例を対象に血中のS-FRA、MCP-1, TGF-βを測定した。さらに、慢性膵炎症例を5段階の重症度に分類し、重症度および重症度分類における各種パラメーター(膵外分泌能、画像上の進行度、飲酒量)とS-FRAの関連を解析した。さらに非アルコール性慢性膵炎症例群を設定し、重症度分類の各種パラメーターとS-FRAの関連を追加解析した。S-FRAは慢性膵炎群において有意な上昇を認め、比較的慢性膵炎の早期と思われる症例で有意な上昇を認めた。また、TGF-β1はより進行した慢性膵炎で上昇を認めた。また、昨年度に報告したが、DBTC慢性膵炎モデルラットを用いた実験でも同様のことが確認され、DBTC投与後14日目の膵線維化が進行し始める時期と一致してS-FRAの上昇を認めた。以上より、S-FRAは早期の慢性膵炎を反映する血清中の診断マーカーとなり得る可能性が示唆された。今後、血清S-FRA測定の有用性さらに詳細に検証する必要があると思われた。

慢性膵炎は進行性の慢性疾患であり、慢性膵炎進展における病態形成機序は不明な点が多く、その治療は断酒・低脂肪食を中心とした生活指導や、合併する疼痛症状の軽減、消化吸収障害、膵性糖尿病の代償療法的な治療が中心であり、慢性膵炎の病態そのものを標的とした有効な治療法がないのが現状である。また、現在のところ慢性膵炎の早期発見に有効な検査法は存在せず、多くが進行した状態で発見されているのが現状である。我々は昨年度までに、CX3Cケモカインである血中フラクタルカイン(FRA)測定が早期診断のマーカーになりうることを実証した。さらに、慢性膵炎モデルラットを用いた実験でも膵線維化が進行し始める時期と一致して血中およひ膵内FRAが早期に上昇する事を証明した。本年度は、慢性膵炎膵線維化にFRAがどのように関与するがを検討した。ラット膵より膵線維化を担う膵星細胞(PSC)を抽出し実験に用い、以下の結果を得た。(1)特異的抗体を用いてPSCを免逸組織染色を行い、PSCにはFRAおよびその受容体が存在する事を証朋した。(2)感染(poly)(I;C)、LPS)および炎症性サイトカイン(TNF-a、IL1-β)刺激でPSCはFRAを容量依存性に分泌し、さらにADAM17activator(PKC substrate)であるPMAを前投することにより、FRA分泌はさらに亢進した。一方、MMP阻害剤であるBatimestat投与でFRAは抑制された。このことより、FRA分泌にはPSCのプロテアーゼが関与する事が判明した。(3)さらに、FRAのPSCに対する作用の検討のためにBrdU incorpotation assayを検討したが、フラクタルカイン刺激でPSCの増殖を認めた。以上より、患者血中FRA産生源として、膵内のレジデント細胞であるPSCが一つの候補となりうることを明らかにした。また、この細胞からの分泌を剌激する要因に感染・炎症剌激がトリガーとなり、一方でPKC経路がその分泌に対しで相乗作用を有することを明らかにし、慢性膵炎の発症に2つの要因(two-hit theory)が関与する可能性を示唆した。以上より慢性膵炎の進展におけるFRAの作用が明らかとなった。
力学的非対称性によるねじれ構造のスケール移行

本研究の目的は、初期力学状態の異方性に起因して微小な要素に特定のねじれ構造が発生することに着目して、そのねじれ構造の大きなスケールへの移行によって、マクロスケールにおける材料の複雑な物性を産み出す機構を解析することである。本研究のもっとも重要な学術的意義は、複雑な非対称構造が形成される過程をナノレベルの力学的要因からマルチスケールに解明する点にある。特に、本成果によって得られるスケール間のねじれ移行に関する知見は、マクロ構造体の非対称微視構造を設計するための基盤として用いることができる。生体内のねじれ構造を有した構造体の形成メカニズムにおいて、力学的要因は大きな役割を果たしていることから、生体材料を含む多方面の複雑構造を有する材料研究への発展が期待できる有用な知見をもたらすと考えられる。最終年度である平成26年度は、前年度までに構築した基礎的知見と理論解析をさらに発展させ、植物や生体内で見られるより複雑かつ現実的な階層的ねじれ構造に関する解析を実施した。微視的なねじれ構造の特性(Chirality)のスケール移行により、より高次のねじれ構造が特殊な形状となることを明らかにした。また、その変形特性は、微視的Chiralityの値によって3つの領域に分けることができ、各領域にて変形特性が異なることを示した。これらはいずれも微視的なねじれ構造が支配しており、すなわち、このねじれ構造を制御することでより高次の構造(マクロスケール)の力学特性を設計することができることを示唆している。以上の成果はApplied PhysicsLettersなどの国際誌に掲載済である。26年度が最終年度であるため、記入しない。とくに、このようなマルチスケール移行の研究対象として、基板表面のひずみ状態の相違による高分子のラメラ結晶のねじれ方向決定を取り上げる。さらに、それによって形成されたねじれ構造が多様な物性に及ぼす影響を明らかにすることを考えている。特に、本成果によって得られるスケール間のねじれ移行に関する知見は、マクロ構造体の非対称微視構造を設計するための基盤として用いることができるのみならず、生体内のねじれ構造を有した構造体(例えば、細胞に対する負荷を支える骨格であるアクチンフィラメントは螺旋形状をしている)の形成メカニズムにおいて、力学的要因は大きな役割を果たしていることから、生体材料を含む多方面の複雑構造を有する材料研究への発展が期待できる有用な知見をもたらすと考えられる。本年度は、モデリングおよびシミュレーションに必要な計算機を購入・整備するとともに、必要なシミュレーションプログラムのチューニングを行った。さらに、内部にねじれ構造を有するワイヤモデルに対して力学的基礎式を導出し、その力学特性を解析した。ワイヤは内部のねじれ構造や表面の影響に依存して特徴的な変形特性を有することが明らかになった。なお、本成果は国際誌EPLに投稿済みである。本年度は、基本問題として、ねじれ微視構造を有するワイヤーのマクロ構造への影響について理論解析を行った。棒状構造体はマクロ構造が単純であるため、ミクロからマクロへのねじれ移行機構やそれによるマクロ構造の特殊な変形機構を理解する好適の対象である。現在は、バックリング等を含む基礎特性について、さらなる解析を進めている。また、応用課題として、紙の湿度変化による丸まりについて解析・実験を行った。紙はねじれ構造を有する繊維が集合しており、湿度による膨張・収縮変形がねじれ移行によって特徴的なマクロ変形特性をもたらすことを明らかにした。現在は、応用課題についても、生体を中心として理論解析を進めている。

微視的なねじれ構造の特性(Chirality)のスケール移行により、より高次のねじれ構造が特殊な形状となることを明らかにした。また、その変形特性は、微視的Chiralityの値によって3つの領域に分けることができ、各領域にて変形特性が異なることを示した。これらはいずれも微視的なねじれ構造が支配しており、すなわち、このねじれ構造を制御することでより高次の構造(マクロスケール)の力学特性を設計することができることを示唆している。以上の成果はApplied PhysicsLettersなどの国際誌に掲載済である。26年度が最終年度であるため、記入しない。本年度予定の、モデリングおよびシミュレーションに必要な計算機を構築、力学シミュレーションプログラムの改造・調整とその有効性・拡張性を検証、ねじりのスケール移行のモデリングの基礎の構築、は全て実施されている。また、研究成果は国際誌EPEに投稿しており、研究は順調に進展していると判断できる。微視ねじれ構造がマクロ構造に移行されるメカニズムについて、基礎的な課題と紙に対する応用課題について一流国際誌に成果が掲載され、順調に研究が進んでいる。次年度における主課題であるねじれ構造モデルに対する解析を行うため、計算プログラムの並列化を行っている。これと、次年度増強予定の計算機により、研究実施は可能であると確信している。引き続きビーム等の基礎的な構造体におけるねじれ移行の特性について解析を進めるとともに、さらに複雑な植物や生体を対象とした研究を継続する予定である。
新規Ｆｅベース強磁性半導体の物性制御とデバイス応用

InAs/(In,Fe)As/InAs三層からなる量子井戸構造の波動関数を電気二重層トランジスタのゲート電圧で操作し、量子井戸全体の磁気特性を電気的に制御可能であることを示した。磁性層内のキャリア濃度を変える従来の方法に比べて、キャリアの波動関数と(In,Fe)As層との重なりを変えることによってキュリー温度を制御するこの方法は、高い制御自由度を持つことを実証し、またサブピコ秒の高速動作および消費電力を大幅に減少できる可能性があり、スピン依存波動関数工学を示した研究成果である(Phys. Rev. Bに出版)。n型(In,Fe)As/p型InAsのエサキダイオード構造におけるトンネル分光法を用いて、In,Fe)As伝導帯のスピン分裂を明瞭に観測した。キュリー温度が45K65Kの(In,Fe)Asの伝導帯には40 50 meVの自発スピン分裂を持つことが分かった。このスピン分裂エネルギーはFe濃度と外部磁場によって制御可能である。今回の(In,Fe)Asで観測した伝導帯の自発スピン分裂はIII-V族強磁性半導体では初めての観測であり、様々なスピンデバイス応用に有望であることを示した。一方、外部磁場の回転より(In,Fe)As層の磁化方向を様々な面内方向に回転させ、それによって(In,Fe)Asの状態密度が変化しdI/dV-V特性が対称性をもって変化する結果も見られた。この現象はトンネル異方性磁気抵抗(TAMR)と呼ばれる現象である。TAMRをすべてのバイアス電圧で調べることによって、(In,Fe)Asのバンド構造の各成分(伝導帯、価電子帯、不純物帯)の異方性が観測され,不純物帯のエネルギー位置が伝導帯の下端あるいは価電子帯の上端に近い結果も分かり、(In,Fe)Asの強磁性起源に重要な役割を持つと考えている。27年度が最終年度であるため、記入しない。1N型強磁性半導体(In,Fe)Asの電気的な磁性制御: (In,Fe)Asの強磁性はキャリア電子と局在スピンの相互作用によって誘起されると考えられる。このため、トランジスタ構造においてキャリア特性を制御することによって磁性を温度一定のまま制御することが原理的に可能である。この機能により、不揮発性論理デバイスに用いるなど、この材料の様々な応用が可能となる。今年度は(In,Fe)Asにおいて電気的手段による磁性制御に成功した。N型強磁性半導体(In,Fe)As超薄膜を含む三層量子井戸構造InAs/(In,Fe)As (6%Fe)/InAsをAlSbバッファーの上に作製した。電界液を用いて(In,Fe)Asの電気一二重層トランジスタを作製し、ゲート電圧によって量子井戸の全体電子濃度と、電子濃度分布を決める波動関数を制御できた。波動関数を制御することによって大きなTcの化(変化率42%)を実現した。さらに、zener平均場理論を用いて実験結果を定量的に説明できた。同理論よれば(In,Fe)Asは大きなs-d交換相互作用エネルギーがあり、電子濃度を十分に上げられればさらに高温で強磁性になる可能性が高いこともわかった。2N型強磁性半導体(In,Fe)As超薄膜の歪、量子サイズ効果および磁性の相互作用の研究: N型強磁性半導体(In,Fe)As超薄膜にAlSb, GaSb, InGaAsバッファー層の上に成長し、(In,Fe)AS結晶に歪をかけることが出来る。さらに(In,Fe)Asの電子に対してバッファー層の伝導帯がポテンシャル障壁になる場合、量子サイズ効果が起きて(In,Fe)Asの電子状熊を量子化する。上記の2つの現象は(In,Fe)Asのエネルギーバンド構造を変化させるため、強磁性にも大きな影響を与える。この研究ではその3つの要素(ひずみ、量子サイズ効果、磁性)の関連を調べた。円二色性測定スペクトルからバンド構造が制御されたことを確認し、キュリー温度もひずみと量子サイズ効果によって変化した。また、磁性の変化はZener平均場理論によって良く説明できることも分かった。1(In,Fe)Asの強磁性はキャリア電子と局在スピンの相互作用によって誘起されると考えられる。これまでInAs/(In,Fe)As/InAs三層構造の量子井戸において電気的手段による波動関数と(In,Fe)As層の重なりを変化させることで、キュリー温度(TC)を大きく低下すること(最大の変化率は-42%)に成功した。本実験ではInAs/(In,Fe)As/InAs量子井戸構造を適切に設計することにより同じ波動関数工学方法で電子濃度を変化させずにTCの増大を実現することに成功した。また、TCの変化を2次元量子井戸の平均場Zener理論によって定量的に説明することができた。この特徴は強磁性半導体のデバイス応用において大変有用である。2新規Feベース強磁性半導体(Al,Fe)Sbの結晶成長および伝導特性と磁気特性の評価をした。InAs, AlSb, GaSbは格子定数が近く、そのヘテロ構造が容易に作製できる。Feを添加しAlSb, GaSbでも強磁性半導体が作れれば、これらの組み合わせで様々なスピンデバイスの作製が期待できる。(Ga,Fe)Sbはp型電極として、(Al,Fe)Sbは強磁性バリアーとして機能できる。

本実験では(Al,Fe)Sbの結晶を低温分子線エピタキシー法よりGaAs(001)基板上に作製した。成長中の反射高速電子線回折(RHEED)像、高分解透過電子顕微鏡(TEM)により10%Feまで添加した(Al,Fe)Sbは閃亜鉛鉱構造を保つことが分かった。また磁気円二色性測定と磁化測定よりFe濃度が10%まで添加した(Al,Fe)Sbは真性強磁性半導体になることが分かった。これは磁性原子を添加したAl-V系で初めての強磁性半導体になる例である。InAs/(In,Fe)As/InAs三層からなる量子井戸構造の波動関数を電気二重層トランジスタのゲート電圧で操作し、量子井戸全体の磁気特性を電気的に制御可能であることを示した。磁性層内のキャリア濃度を変える従来の方法に比べて、キャリアの波動関数と(In,Fe)As層との重なりを変えることによってキュリー温度を制御するこの方法は、高い制御自由度を持つことを実証し、またサブピコ秒の高速動作および消費電力を大幅に減少できる可能性があり、スピン依存波動関数工学を示した研究成果である(Phys. Rev. Bに出版)。n型(In,Fe)As/p型InAsのエサキダイオード構造におけるトンネル分光法を用いて、In,Fe)As伝導帯のスピン分裂を明瞭に観測した。キュリー温度が45K65Kの(In,Fe)Asの伝導帯には40 50 meVの自発スピン分裂を持つことが分かった。このスピン分裂エネルギーはFe濃度と外部磁場によって制御可能である。今回の(In,Fe)Asで観測した伝導帯の自発スピン分裂はIII-V族強磁性半導体では初めての観測であり、様々なスピンデバイス応用に有望であることを示した。一方、外部磁場の回転より(In,Fe)As層の磁化方向を様々な面内方向に回転させ、それによって(In,Fe)Asの状態密度が変化しdI/dV-V特性が対称性をもって変化する結果も見られた。この現象はトンネル異方性磁気抵抗(TAMR)と呼ばれる現象である。TAMRをすべてのバイアス電圧で調べることによって、(In,Fe)Asのバンド構造の各成分(伝導帯、価電子帯、不純物帯)の異方性が観測され,不純物帯のエネルギー位置が伝導帯の下端あるいは価電子帯の上端に近い結果も分かり、(In,Fe)Asの強磁性起源に重要な役割を持つと考えている。当初の研究計画では第1年次にn型強磁性半導体(FMS)(In,Fe)Asの電気的な磁性変調の実現かつスピン江崎ダイオードの作製、第2年次に(Ga,Fe)Sbなど、他のFeベースFMSの開発を目指した。(In,Fe)Asの磁性変調実験では磁性変調を実現しただけでなく、由来方法より超高速、低消費電力の波動関数工学法の実現可能性も示した。この内容は計画以上に発展した。しかし、(In,Fe)Asベースのスピン江崎ダイオード作製の内容は計画より遅れている。また、第2年次には(Ga,Fe)Sbだけでなく、(Al,Fe)Sbまでも作製してFMSであることを証明した。(In,Fe)As,(Ga,Fe)Sb,(Al,Fe)Sbで様々なスピンデバイスの作製は期待できる。全体の状況を計画と比べ順調に進んでると考えていている。27年度が最終年度であるため、記入しない。
若材齢コンクリートのクリープ性状に及ぼす水分移動現象の影響に関する研究

本年度は、コンクリート中の水分移動を把握するために、小型のセラミック湿度センサの適用性を検討した。併せてコンクリートの一軸拘束試験を実施し、変形と水分移動現象の把握およびひび割れ発生と応力との関係を検討した。その結果、以下のような成果が得られた。1.本研究では,空気中の湿度を計測できるセラミックセンサを,コンクリート中に配置し,コンクリート中の相対湿度を計測することを試みた。セラミック湿度センサを埋め込んだ小型供試体を用いて、調湿試験を実施した。400日間、供試体内部湿度を計測し、雰囲気湿度との平衡状態に達した際の校正関数を求めた。試験の結果、コンクリート中でも十分に湿度の計測が可能であることが分かった。また、併せて設定した雰囲気湿度で平衡状態となったコンクリートの含水率を計測した。その結果、温度20°C一定の環境において、含水率と相対湿度の関係を求めることができた。2.セラミックセンサをコンクリート中に配置し,クリープ試験を実施した結果,封緘状態ではクリープは進行するが,内部の湿度変化はみられなかった.一方で,乾燥状態では,内部の湿度変化を捉えることができた.また,無載荷供試体と比較して載荷供試体の方が,湿度の低下量は大きく,乾燥クリープに内部の水分移動が関与することが確認された。3.W/C:57%がコンクリートの一軸拘束試験を実施し、雰囲気の相対湿度を50%として、変形と供試体断面内の湿度分布を検討した。その結果、乾燥開始から4日目でひび割れが生じた。コンクリート供試体内部の相対湿度は,表面から50mm,30mmの部分では100%を保っているのに対して,5mm,10mmの部分は90%程度の湿度を示した。表面近傍の急激な湿度変化に伴い大きな乾燥収縮ひずみが発生し,ひび割れが発生するという結果が得られた。コンクリートのクリープ特性は、温度応力などの初期応力の大きな影響因子であることは周知のとおりである。現在までに、クリープメカニズムについて種々の研究が進められているが、未だに確固たる理論が確立されているとは言い難い。また、予測モデルについても適当な汎用性と精度とを備えたモデルの提案にまで至っていないのが現状である。既往の研究において、クリープの発現性状に内部水分が関係しているとの報告がある。そこで、本研究ではコンクリートのクリープと水分移動との関係を明らかにする基礎的資料を得ることを目的として、一定の温度湿度環境下における圧縮クリープ試験を実施した。+その結果、以下の知見が得られた。1)本研究では,空気中の湿度を計測できるセラミックセンサを,打設時に直接コンクリート中に配置し,コンクリート中の相対湿度を計測した.その結果,雰囲気湿度の変化に伴うコンクリート内部の湿度変化を良好に捉えることが可能であることを示した.2)セラミックセンサをコンクリート中に配置し,クリープ試験を実施した結果,封緘状態ではクリープは進行するが,内部の湿度変化はみられなかった.一方で,乾燥状態では,内部の湿度変化を捉えることができた.また,無載荷供試体と比較して載荷供試体の方が,湿度の低下量は大きく,乾燥クリープに内部の水分移動が関与することが確認された.3)化学ポテンシャルの増加(湿度の低下)の伴い、単位クリープひずみも増加する傾向を示した。これより、クリープ発現と水分移動現象とは密接に関連していると考えられる。クリープと化学ポテンシャルの変化との関係より、コンクリート中の水の化学ポテンシャルをパラメータとしたクリープ予測式構築の可能性が示された。
不均一系オレフィン重合モデル触媒の設計と実験・第一原理計算による重合機構解明

不均一系Ziegler-Natta触媒を用いたオレフィン重合の化学を完全解明すべく、TiCl_3/MgCl_2モデル触媒を主体とする実験科学と密度汎関数計算に基づく計算科学を相乗的に組み合わせた網羅的検討を行った。本研究の結果、鍵成分であるドナー化合物の活性点への作用機構を描写する「共吸着モデル」という、高性能触媒の設計指針を分子レベルで与える新規モデルの提案に成功した。不均一系オレフィン触媒はその工業的重要性から長年に渡り精力的に研究されてきたが、触媒成分の複雑さや著しい不均一性が触媒構造や重合機構に関する分子レベルでの知見の獲得を妨げてきた。本研究の目的は、均一な活性点構造を有するモデル触媒と第一原理計算を相乗的に組み合わせることで、触媒表面や反応機構に対する確度の高い分子レベルイメージを構築することである。本年度は、活性成分であるTi種がMgCl_2表面上に均一に分散されたTiCl_3/MgCl2 Ziegler-Nattaモデル触媒を調製し、Ti種の分散状態と重合性能の関係を明らかにした。さらに、プロピレンの立体選択重合に必須となるドナー(エーテル・エステル等のルイス塩基化合物)の活性点への作用機構を検討し、ドナーが非立体特異的な孤立Ti種をドナーの種類に固有な高立体特異的活性点に最高効率で変換していることを実験的に発見した。この良質な実験結果をインプットとして網羅的な密度汎関数計算を行い、「ドナーがTi種とMgC12(110)表面上でランダムに共吸着した結果、Ti種の電子密度を向上し、且つTi種近傍に高イソ立体特異的反応空間を選択生成する」という"共吸着モデル"の提唱に至った。共吸着モデルによって提唱される活性点は、得られた全実験結果を説明するだけでなく、ドナーによる分子量の向上や位置特異性の向上といった、長年機構が不明であった現象を解明した。本研究により提唱された共吸着モデルは、不均一系Ziegler-Natta触媒において最重要なドナーの役割に対する初めての分子レベルイメージであり、これによって、これまで経験的に行われてきたドナーの開発を第一原理計算の立場から著しく加速することが可能となる。不均一系Ziegler-Nattaオレフィン重合触媒はその工業的重要性から長年に渡り精力的に研究されてきたが、触媒成分の複雑さや著しい不均一性が触媒構造や重合機構に関する分子レベルでの知見の獲得を妨げてきた。平成21年度は、触媒性能を決定付けるドナー(エーテル・エステル等のルイス塩基化合物)の活性点への作用機構を初めて解明し、実験・計算科学の双方において整合性の高い「共吸着モデル」の提案に至った。本年度は、計算科学的な検討をさらに推進し、実際の触媒表面構造を高精度で描写可能な「欠陥表面モデル」を提案しただけでなく、触媒設計における原子サイズ欠陥の重要性を明らかにした。歴史上、不均一系Ziegler-Nattaオレフィン重合触媒における触媒化学は、MgCl2の{110}・{100}平坦表面上に担持された活性Ti種に基づいて議論されてきた。しかしながら、MgCl2平坦表面の存在は実験的に疑問視されており、申請者は欠陥表面の生成機構および触媒性能への影響に関する初めての密度汎関数計算を行った。その結果、ドナーは触媒調製においてMgCl2表面を再構成し、原子サイズの欠陥を多量に含む表面を与えることがわかった。さらに、このような原子サイズ欠陥は、活性Ti種の安定性・オレフィン重合活性を著しく向上することが明らかとなった。本研究で提案された「共吸着モデル」・「欠陥表面モデル」は実験結果(現象)・計算結果(原理)の双方を満足する点で非常に信頼性が高く、触媒の分子レベル設計に有用かつ確かな指針を与えるものである。
異常金属相およびモット転移の理論

d電子系モット絶縁体近傍の金属相、絶縁相、超伝導相について理論的理解が大きく進んだ。本研究の中心課題である、金属絶縁体転移ないしモット転移について、動的臨界指数の大きな新たなユニヴァーサリティが見出され、強相関効果が電子励起の運動量に特異的に依存した繰り込みを生み出すことが重要な場合があることがわかった。スピンないし軌道の揺らぎと運動量空間での縮退との相乗効果によって転移の異常さが理解されたことは大きな成果である。低次元性による特異的な運動量依存性とそれに伴う電荷ダイナミックスのインコヒーレンスなどの解明により、モット転移の量子臨界現象の理解は新たな段階へと入り、金属絶縁体転移や超伝導の制御や最適化の可能性が課題となってきている。本プロジェクトのもう1つの大きな課題はd電子系の複雑さの理解であった。たとえば、マンガン酸化物などのd電子系の強相関効果とスピン、軌道縮重効果、ヤーンテラー効果などの電子格子相互作用をできる限り現実的な形で取り入れながら、金属相、絶縁相、スピン秩序、軌道秩序、格子変形などを計算し、実験結果を再現する研究が第一原理的な手法、強相関模型での研究などを通じて大きく進んだ。銅酸化物高温超伝導体の理論模型についてのさまざまなアプローチからの研究も大きく進展した。t-j模型に基づいたスレーヴボゾン分子場近似、さらにゲージゆらぎのガウス近似、1/N展開理論、スピンゆらぎ理論などの手法や理論模型の数値計算によって多くの新しい概念が提唱され、また実験事実との定量的な比較が行なわれた。超伝導メカニズムについての充分なコンセンサスにはまだ到達していないが、高温超伝導体の絶縁体状態からオーバー・ドープ領域までを統一的に記述できるモデルが議論されるようになってきている。モット絶縁相での、スピンギャップを持った一重項基底状態と反磁性秩序を持った状態との間の競合についても進展が見られた。特にこの2つの状態の間の量子相転移の特徴の研究は、実験研究の進展にも刺激され、バナジウム酸化物や、梯子系などのスピンギャップメカニズムなどの理解が進んだ。また梯子格子系やスピンパイエルス系に非磁性不純物がドープされたときの反強磁性秩序の形成について理解が大きく進展した。梯子格子での超伝導および電荷ダイナミックスの研究も進んでいる。またd波超伝導体での境界、渦糸などでの特徴ある状態や励起についての研究が進展した。本研究プロジェクトでの最も重要な課題はモット転移に機構の解明である。とりわけ重要な2次元を含む低次元系のモット転移に関して顕著な成果が得られた。まず低次元系モット転移の理論的基礎となるスケーリング理論が確立された。さらにハバ-ド模型のようなミクロなモデルに対する数値計算によって、2次元系でのハイパースケーリングの成立が支持され、新しい普遍性クラスのモット転移が見い出された。この結果は、分子場近似や一次元系からの推測が成り立たないことを示し、異常金属相の理解そのものも進展した。

また中間結合領域でのモット転移において反強磁性相関の果たす役割について研究が行なわれ、反強磁性が消失した温度領域でも、電気抵抗が活性化型のふるまいを示す可能性がハートリーフォック理論の立場から検討された。一方、モット転移近傍の電子状態の解明に向けて第一原理的な手法からの知見が期待されている。特にペロヴスカイト型遷移金属酸化物に対してLSDA、GGAおよび(LDA+U)法によるバンド計算が行われ、軌道整列とJahn、Teller効果の関係および軌道整列と磁気秩序の関係の詳しい解析が行なわれた。また高エネルギー分光の理論も進展した。特に将来物性研究の強力な手段となることが期待されるX線発光分光について理論面からの予言が行なわれ、最近のデータが分析された。高温超伝導機構に関連して銅酸化物に的を絞った理論的考察も重要な課題である。この中でt-Jモデルスレーブボゾン分子場近似にもとづく研究が進められ、酵素原子の振動(フォノン)の効果と、スピンギャップ現象との関連が議論された。この観点からも実験事実がペアリングのd_<x2-y2>対称性を支持している点が指摘された。さらに高温超伝導体の非磁性不純物による磁気モーメントの生成及び残留抵抗の値をRVB理論の立場からスピンギャップと関連づけた議論や高温超伝導体におけるSU(2)ゲージ理論が試みられている。また軌道縮重度Nのd-p模型を用い、N→∞の極限で厳密になるような理論(1/N展開理論)を援用した考察も進んでいる。より基礎的な観点から、2次元または擬1次元電子系での摂動計算が行なわれ低エネルギー領域でのフェルミ液体状態から、高エネルギー領域での朝永・ラッティンジャー液体へのクロスオーバーが調べられた。また、長距離相互作用を持つ1次元の超対称t-Jモデルに対して、有限温度の熱力学が厳密に求められた。この結果が分数排除統計に従う自由なスピノンとホロンの描像で厳密に解釈され、スピンと電荷の分離に微視的な基礎付けが与えられた。モット転移およびその近傍の金属相の理論は今年度も大きく進展した。2次元系のモット転移についてはハイパースケーリングの仮定が成立していること、さらに動的臨界指数の大きな新しいユニバーサリティクラスに属する金属絶縁体転移が生じていることが確立した。多くの遷移金属酸化物でのインコヒーレントな電荷ダイナミックスが当領域の実験研究から明らかとなってきており、この知見が上に述べた新しいユニバーサリティクラスと関連していることも、ミクロな数値的研究などを通じて明らかとなった。さらにインコヒーレント部分とコヒーレント部分のデュアリティについて摂動展開による考察が進んだ。また新たなユニバーサリティによるコヒーレンスの抑制がモット絶縁体近傍の金属相で超伝導への不安定性を引き起こすことも数値的に示された。軌道縮重およびヤーンテラーひずみのような格子と結合した糸でのモット転移の研究は第一原理的手法、クラスターに対する強相関効果の取入れ、スペクトロスコピーにおける相関効果の研究など多様な角度から進んだ。またモット絶縁相での、スピンギャップを持った一重項基底状態と反強磁性秩序を持った状態との間の競合について、いくつかの進展が見られた。特にこの2つの状態の間の量子相転移の特徴の研究は、実験研究の進展にも刺激され、バナジウム酸化物のスピンギャップメカニズムなどの理解が進んだ。
骨髄間葉系幹細胞から心筋細胞への分化過程におけるDNA脱メチル化の意義の解明

昨年度我々は、骨髄間葉系幹細胞から確立したcell lineであるCMG(cardiomyogenic)細胞を分化誘導前に1週間を培養し、RNAを採取してDNAチップにより解析を行った。また、一部の細胞では脱メチル化剤である5アザシチジンによる分化誘導を行い分化誘導後3日、7日の時点でRNAを採取しDNAチップによる解析を行った。心臓特異的転写因子であるNkx2.5、MEF2C、GATA4の遺伝子の増加が見られたため、これらの遺伝子を用いて発現ベクターを作成した。これらの発現ベクターを5アザシチジンにより分化誘導をかける前のCMG細胞にトランスフェクションして分化誘導が可能か試みたが、心筋細胞へと分化した細胞は認められなかった。よって骨髄細胞から心筋細胞への分化機序にはより上流の遺伝子の活性化が必要であると考えた。昨年度の結果をうけ、我々は、DNAチップの解析結果より既存の心筋細胞分化に関与する転写因子以外の遺伝子の解析をEST(expression sequence tag)から試みた。ESTの解析結果をインターネットのgenebankのデータベースを参照して比較検討し、特異的なモチーフを持つ転写因子を中心に解析をすすめたが、残念ながら有望な心筋特異的遺伝子は発見できなかった。これらの結果から、骨髄間葉系幹細胞からの心筋細胞への分化誘導には、既知の転写因子を含め、ある特定の遺伝子のみによって心筋細胞へと分化するマスター遺伝子の関与はなく、複数の遺伝子が互いに影響をおよぼしあい、心筋細胞へと分化する系が考えられ、今後のさらなる解析が必要であると考えられた。我々は、これまでマウス骨髄間葉系幹細胞から心筋細胞に分化する細胞株を樹立し、CMG細胞と命名した。このCMG細胞は、DNA脱メチル化剤である5-アザシチジンや他の分化誘導剤を用いることにより心筋細胞や脂肪細胞などへ分化させることが可能である。今回我々は、分化誘導剤をかける前のCMG細胞と分化誘導後のCMG細胞からRNAを採取し、DNAチップを用いてエピジェネティクスの解析を行った。分化誘導前に1週間CMGを培養する。1週間培養後にRNAを採取しDNAチップにより解析を行った。また、一部の細胞では5アザシチジンによる分化誘導を行い分化誘導後3日、7日の時点でRNAを採取しDNAチップによる解析を行った。分化誘導前のCMG細胞では、心臓特異的な転写因子の発現はみられなかった。しかし、分化誘導後3日の時点では、心臓特異的転写因子であるNKx2.5、MEF2C、GATA4、eHAND、dHANDの発現の有意な上昇を認めた。分化誘導後7日の段階では3日の段階と比較して約3倍に転写因子の発現の増加を認めた。この結果より5アザシチジンによる分化誘導の機序に心筋細胞特異的な転写因子の遺伝子の脱メチル化が関わっていることが示唆された。次いでこれらの転写因子のうちNkx2.5、MEF2C、GATA4の遺伝子を用いて発現ベクターを作成した。よって骨髄細胞から心筋細胞への分化機序にはより上流の転写因子の活性化が必要であると考えた。昨年度私は、分化誘導剤をかける前のCMG細胞と分化誘導後のCMG細胞からRNAを採取し、DNAチップを用いてエピジェネティクスの解析を行った。その結果、分化誘導前のCMG細胞では、心臓特異的な転写因子の発現はみられなかった。しかし、分化誘導後3日の時点では、心臓特異的転写因子の発現の有意な上昇を認めた。本年度私は、同様の実験系でDNAチップを用いてNotch, Wntなどこれまで心臓特異的転写因子とされていない他の転写因子の解析を行った。しかし、残念ながら5アザシチジンにより分化誘導をかける前と比較して分化誘導後3日の段階でも7日の段階でも有意な発現量の増加を認めなかった。次に私は、心筋細胞を含む中胚葉系の細胞の発現に大きく関わる心臓特異的転写因子(NKx2.5、MEF2C、GATA4、eHAND、dHAND)の上流に位置するBMPの発現ベクターを作製した。この発現ベクターを用いて分化誘導を試みたが、Nkx2.5らの発現ベクターと同様に心筋細胞の発現は認めなかった。

よって、骨髄細胞から心筋細胞への分化誘導には、未知の転写因子が関与している可能性が示唆された。昨年度我々は、骨髄間葉系幹細胞から確立したcell lineであるCMG(cardiomyogenic)細胞を分化誘導前に1週間を培養し、RNAを採取してDNAチップにより解析を行った。また、一部の細胞では脱メチル化剤である5アザシチジンによる分化誘導を行い分化誘導後3日、7日の時点でRNAを採取しDNAチップによる解析を行った。心臓特異的転写因子であるNkx2.5、MEF2C、GATA4の遺伝子の増加が見られたため、これらの遺伝子を用いて発現ベクターを作成した。これらの発現ベクターを5アザシチジンにより分化誘導をかける前のCMG細胞にトランスフェクションして分化誘導が可能か試みたが、心筋細胞へと分化した細胞は認められなかった。よって骨髄細胞から心筋細胞への分化機序にはより上流の遺伝子の活性化が必要であると考えた。昨年度の結果をうけ、我々は、DNAチップの解析結果より既存の心筋細胞分化に関与する転写因子以外の遺伝子の解析をEST(expression sequence tag)から試みた。ESTの解析結果をインターネットのgenebankのデータベースを参照して比較検討し、特異的なモチーフを持つ転写因子を中心に解析をすすめたが、残念ながら有望な心筋特異的遺伝子は発見できなかった。これらの結果から、骨髄間葉系幹細胞からの心筋細胞への分化誘導には、既知の転写因子を含め、ある特定の遺伝子のみによって心筋細胞へと分化するマスター遺伝子の関与はなく、複数の遺伝子が互いに影響をおよぼしあい、心筋細胞へと分化する系が考えられ、今後のさらなる解析が必要であると考えられた。