hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生体内修復機構の統合的解析による尿路結石溶解療法の開発と創薬

以下の研究を行う。[1]オートファジーによる細胞内初期の結晶形成の抑制機構を明らかにし、治療標的となる分子を探索する。[2]結晶貪食作用の強いM2-Mφの生体内での分化誘導方法を確立し、サイトカイン・ケモカイン治療による結晶貪食を介した結石形成予防法を開発する。[3]尿細管上皮細胞・Mφ・脂肪細胞に存在するFABP4の機能解析を行い、その制御による結石形成の抑制方法を確立する。[4]オートファジー・Mφ機能・脂質代謝制御を担う分子機構を解明する。[5]患者由来iPS細胞を用いた化合物ライブラリーによるスクリーニング系を確立し、Mφの結晶貪食機能の活性化による結石予防の薬剤を開発する。以下の研究を行う。
タンパク抗原の構造安定性調節による免疫応答の制御

タンパク質抗原の構造を安定化すると抗原提示細胞内のプロセシング酵素に対する抵抗性が増加し、その結果T細胞を刺激するために必要な抗原ペプチドの産生量が減少する(So,T.et al.,J.Biol.Chem.,1997)。今回、タンパク質抗原の構造安定性が免疫応答に及ぼす影響を調べるために、構造安定性の異なるニワトリリゾチーム(HEL)誘導体をマウスに免疫し、T細胞応答、抗体応答について検討した。構造安定性の異なるリゾチーム(HEL)誘導体で免疫したマウスのHEL特異的T細胞増殖応答、またlFN-γ及びlL-4の産生能より評価したTh1及びTh2誘導能は、HELの安定性の増大に伴い低下した。以上の結果は、in vitroで得られた前回の結果を支持するものであった。安定化したHELでは、そのT細胞刺激能の低下と一致して、抗体の誘導能が低下した。一方、不安定化したHELでは高い血清抗体応答が観察されたが、変性構造を認識する抗体が選択的に誘導された。さらに、不安定化したHELにおいて変性構造に向かった顕著な血清lgE応答が誘導されることがわかった。以上の結果から、1)タンパク質抗原の構造安定性は生体内でのT細胞の誘導量を負に調節する因子として働く、2)タンパク質抗原の不安定化により、変性構造に特異的な抗体応答が誘導される、3)タンパク質のアレルゲン性は不安定化により上昇する、ことが示唆された。タンパク質抗原の構造安定性を制御することで、タンパク質に対する免疫応答を人為的にコントロールできることが期待される。タンパク質抗原の構造を安定化すると、抗原提示細胞内のプロセシング酵素に対する抵抗性が増加し、その結果T細胞を刺激するために必要な抗原ペプチドの産生量が減少する(So,T.et al.,J.Biol.Chem.,1997).ナイーブT細胞がTh1またはTh2の活性化T細胞に分化する際、抗原量がその分化方向を決定づける重要因子の一つであると考えられている。そこで、抗原の構造安定性の違いと生体内における抗原特異的Th1/Th2誘導能との関係について検討した。構造安定性の異なるリゾチーム(HEL)誘導体で免疫したマウスのHEL特異的T細胞増殖能は、HELの安定性の増大とともに低下した。IFN-γ及びIL-4の産生能は、HELの安定性の増大に伴い両者ともに低下したが、IFN-γ/IL-4の比が安定性の増大とともに低下し、バランスがTh2側ヘシフトする傾向か観察された。HEL誘導体で誘導された抗体の特異性を調べた結果、不安定なHELでは、その強いT細胞刺激能にもかかわらず、未変性構造に対する抗体の誘導能が低下し、変性構造を認識する抗体が選択的に誘導された。一方、安定化したHELでは、そのT細胞刺激能の低下と一致して、未変性構造、変性構造両方に対する抗体の誘導能が低下した。IgG2a/IgGl比は押しの安定性の増大とともに低下し、すなわちTh2側ヘシフトする傾向がここでも認められた。以上、タンパク質の安定性は、生成する抗原ペプチドの生成景を負に調節し、Tl11.Th2細胞両者の誘導数を同時に低下させる因子として働くこと、また、安定性の増大がThl/Th2バランスをTh2側ヘシフトするように働くことが示唆された。
衝撃波誘起ルミネッセンスの解明

衝撃波が物質中を走ると何が起きるのか、言い換えると、衝撃波が物質と相互作用すると物質にどんな変化が生じるのかを理解し応用する目的で、衝撃波が引き起こす現象の研究を行った。特に注目したのは発光現象で、衝撃波が粉末蛍光物質を伝搬する際、これまでに報告例のない発光現象が観測されることを発見した。この特殊な現象を解明する実験を実施し、粉末物質は他の一般的な物質とは衝撃波の伝搬挙動が異なることを発見した。更に、特殊な発光(衝撃波誘起ルミネッセンス)は通常発光しない電子励起状態からの発光である可能性が高いこと、衝撃波で生成する欠陥の発光の可能性もあること、新たな発光材料設計に応用できることなどがわかった。粉末物質の衝撃特性は一部のセラミックスや金属を除いて詳しく調べられてはいない。本研究で取り扱う粉末試料の基本的な衝撃物性を押さえておくことは本研究で明らかにしたい発光現象の解明に必要なだけでなく、固体物性基礎データの取得・蓄積という意味でも重要である。本年度は衝撃物性の中でも最も基本的な衝撃圧力と粒子速度の測定を行った。本測定を実施するに当たり、衝撃圧力測定は以前我々が考案したルビー発光を利用したパルス励起時間分解発光分光測定法を用いた。また、粒子速度測定には最近本格運用を始めた速度干渉計(VISAR)を用いた。これら二つの測定はそれぞれ独立に行うが、ターゲット構成において衝撃圧力測定ではルビー窓を使い、粒子速度測定においてはサファイア窓を使うことにより、両測定において全く同じ衝撃圧縮状態の試料に対する衝撃圧力と粒子速度を決定することを可能にするということに着目して考案したものである。その結果、測定結果の信頼性を格段に上げることができた。上記二種類の測定結果から以下のことが明らかになった。粉末物質中を衝撃波が伝搬すると密度が大幅に増加する。これに伴い衝撃波速度も大幅に増加し、その結果、両者の積であらわされる衝撃インピーダンスが一桁近く増加するということを実験的に初めて明らかにした。この結果は粉末物質中の衝撃波の伝搬挙動、特に反射衝撃波の挙動に関する新たな知見を提供することになった。これは粉末試料の衝撃誘起発光現象が発生する状態を正確に特定するための重要な基礎データとなる。粉末物質の衝撃波誘起発光(ルミネッセンス)現象の解明に取り組んだ。用いた試料は粉末蛍光体としてよく知られるCeドープのYAG粉末である。昨年度はまず粉末物質の基本的な衝撃特性を押さえることに重点を置き、高圧縮性粉末物質の特異な衝撃圧縮挙動を明らかにした。今年度はその衝撃波誘起発光現象の解明に取り組んだ。この物質は衝撃波により励起され可視領域に強い発光をしめすが、通常の発光(ルミネッセンス)スペクトルとは大きく異なることを我々は既に発見していた。衝撃波により誘起される新奇発光現象であり、これまでに報告例のない発光現象である。衝撃波と物質との相互作用に関する重要な知見を与えると考えられることから、その発光メカニズム解明のための挑戦に着手した。衝撃波誘起スペクトル、フォトルミネッセンススペクトル、励起スペクトルなどを詳細に調べた結果、Ce:YAG粉末の衝撃波誘起発光には通常の蛍光スペクトル等には表れない高電子励起状態からの発光が強く出ていることを突き止めた。これにより衝撃波誘起発光が通常のフォトルミネッセンスなどの発光とは異なる原因を明らかにし、その発光の起因する電子状態間の遷移も特定し、発光メカニズム解明を大きく進展させることができた。衝撃波誘起発光が特殊な発光を示す原因を明らかにした。これは相当する電子遷移を特定することに成功したからである。これにより発光メカニズム解明に向けた大きな進展を遂げることができた。粉末物質中を衝撃波が伝搬すると特殊な発光が生ずる現象を発見した。衝撃波で誘起される発光現象(衝撃波誘起ルミネッセンス)と考えられ、通常の発光スペクトル(フォトルミネッセンスなど)とは大きく異なる。過去に報告例のない極めて珍しい発光現象であり、衝撃波と物質の相互作用の理解を深める格好の研究材料である。本研究の目的は、特殊な衝撃波誘起ルミネッセンスのメカニズムを解明することである。衝撃波で誘起される粉末物質特有の現象であることから、粉末物質の基本的な衝撃特性を知るべく粉末物質中の衝撃波の伝搬挙動を速度干渉計で詳細に調べた。その結果、低密度粉末セラミックスの場合、弱い衝撃波でも密度が急激に増加するため衝撃インピーダンス(物質の衝撃特性を特徴づける量)も大幅に増加し、衝撃波伝搬挙動が他の物質とは大きく異なることを明らかにした。一般的には衝撃インピーダンスの増加は小さく、特に衝撃温度上昇により強度が低下する金属の場合はほとんど変わらない。セラミックスは高温でも強度が然程低下しないことが増加の一因になっている可能性がある。衝撃インピーダンスの増加は衝撃圧力の増加を意味しており、粉末粒子間の強い相互作用が特殊な発光現象の原因になった可能性がある。Ce:YAG粉末の衝撃波誘起ルミネッセンスを種々の条件で実施し発光特性を調べた結果、衝撃波強度に対して閾値がある、発光波長は変化しない、衝撃強度と共に発光強度も増加する、等の特徴を明らかにした。観測される二つの発光ピークの間隔から短波長の発光(410nm)は、Ce3+の第二電子励起準位(Eg)からの発光である可能性を示した。この発光は通常は観測されず、衝撃波誘起特有の発光である。

今後の課題は、発光の励起メカニズムを明らかにし衝撃波と物質との相互作用の理解を深めること、衝撃波により生成する欠陥等の発光である可能性の有無を明らかにすることである。衝撃波が物質中を走ると何が起きるのか、言い換えると、衝撃波が物質と相互作用すると物質にどんな変化が生じるのかを理解し応用する目的で、衝撃波が引き起こす現象の研究を行った。特に注目したのは発光現象で、衝撃波が粉末蛍光物質を伝搬する際、これまでに報告例のない発光現象が観測されることを発見した。この特殊な現象を解明する実験を実施し、粉末物質は他の一般的な物質とは衝撃波の伝搬挙動が異なることを発見した。更に、特殊な発光(衝撃波誘起ルミネッセンス)は通常発光しない電子励起状態からの発光である可能性が高いこと、衝撃波で生成する欠陥の発光の可能性もあること、新たな発光材料設計に応用できることなどがわかった。粉末物質の衝撃物性で、これまで実験的にはっきり示されていなかった衝撃インピーダンスの変化や衝撃波が反射する様子など、粉末物質内の衝撃波の伝搬挙動を明らかにすることができた。この結果はChemical Physics Lettersに発表した。フォトルミネッセンスなどの通常の発光には現れない電子状態間の遷移が、何故、衝撃波誘起発光に現れるのか。これは励起のメカニズムとも深くかかわる可能性があり、発光メカニズムを完全に理解するには必要な知見である。更には、物質と衝撃波との相互作用をより深く理解するための重要な基礎研究につながるといえる。これまでに明らかにした粉末物質の特異な衝撃特性を考慮しつつ、励起メカニズムの理解に向けて今後の研究を進める。高圧科学次年度は本格的に衝撃波誘起ルミネッセンスの発光特性実験を行う。YAG:Ce粉末蛍光体を中心に、衝撃波で誘起される新奇発光現象のメカニズムの解明のための実験データ取得に専念する。具体的には、種々の衝撃圧縮条件および粉末試料の初期状態などの実験条件の違いが衝撃波誘起ルミネッセンス発現に及ぼす影響を吟味することにより発光メカニズムの解明を試みる。年度後半は前半までに蓄積したデータのまとめ作業に重点をおいたため実験回数が予定より大幅に少なかった。加えて、購入予定だった測定装置を次年度にまわしたことも影響した。本年度は一時期装置の使用ができない期間が生じたことなどがあり、予定していた実験の回数を少なからず下回ったことが主な理由といえる。今年度購入できなかった測定装置を次年度購入予定。次年度は本年度に十分な回数の実施ができなかった実験、特に衝撃波誘起発光実験を本格的に実施する予定であり、そのための消耗品代が多く必要になると考えられる。
魚類コラーゲンの架橋形成機構の解明ー各ＬＨ分子種の水酸化作用部位と発現特性の解明

コイ、マアナゴ、トラフグおよびヒラメの各種組織を用いて、コラーゲンの酸溶解性を測定するとともに、リジルヒドロキシラーゼ(LH)1、LH2およびLH3のcDNAをクローニングした。さらに、各種組織におけるLH11、LH2およびLH3の発現特性等を検討した。その結果、コラーゲンの酢酸溶解率が低い組織において、LH2の発現量が低いことが明らかとなった。従って、LH2のmRNA発現量の違いが各種組織に由来するコラーゲンの酢酸溶解率および架橋程度の変化に関与していることが明らかとなった。魚類のコラーゲンは哺乳類のコラーゲンと比較して、酸に対する溶解性が極めて高く、化学的に不安定である。その原因の1つとして、分子間架橋の量や質が異なることが予想される。哺乳動物において、コラーゲン分子の架橋形成初期段階の反応を触媒すると考えられているリジルヒドロキシラーゼ(LH)には、3種類の分子種が確認されている。魚類のLHに関する知見はほとんどなかったが、本研究室におけるトラフグおよびコイのLH分子種発現解析の結果、LH2発現量の高低が、コラーゲンの不安定性に深く関わっている可能性が示された。魚種により、酸に対するコラーゲンの溶解性は大きく異なることから、平成24年度には、魚種の中ではコラーゲンの酸可溶性が極めて低いアナゴを用いて、LH1のクローニングを行った。平成25年度はさらに、アナゴLH2に加えて、魚類の中ではコラーゲンの酸溶解性の高いヒラメからもLHのクローニングを試みた。また、発現解析における内部標準遺伝子のEF-1αのcDNAクローニングも併せて行った。アナゴcDNAを鋳型にLH2およびEF-1αに対する縮重プライマーから、それぞれ490bpおよび370bpのcDNA断片を得たさらにヒラメcDNAを鋳型にLH1およびEF-1α縮重プライマーから、それぞれ496bpおよび514bpのcDNA断片を得た。近隣結合法による系統樹を作製した結果、それぞれの断片配列が目的の遺伝子群より構成されるクラスター内に納まり、目的の断片が得られたことが明らかとなった。今後、さらに各LH分子種のmRNA発現量を検討するとともに、コラーゲンの酸溶解性を検討する予定である。魚類コラーゲンは、哺乳動物のものと比較して酸に対する溶解性が極めて高く、化学的に不安定である。魚種により、酸に対するコラーゲンの溶解性は大きく異なることから、本研究では、魚種の中ではコラーゲンの酸可溶性が極めて低いアナゴを用いて、LHのクローニングを試みた。アナゴ普通筋から全RNAを抽出し、逆転写反応によりcDNAを得た。このアナゴ由来のcDNAを鋳型として、各LH分子種に対する縮重プライマーを用いたPCR反応により、cDNA断片を増幅し、pDriveベクターを用いてサブクローニングを行った。その後、ダイターミネーター法により、得たcDNAの部分塩基配列を決定し、BLAST検索に供した。得られたcDNA断片の配列は、トラフグおよびゼブラフィッシュLH1に対する相同性が共に66.9%と高かった。一方、トラフグおよびゼブラフィッシュLH2、トラフグおよびゼブラフィッシュLH3に対する相同性は、それぞれ52.8、52.2、56.7および52.2%であった。以上より、アナゴから得られたcDNA断片は、LH1に相当するものであると考えられた。今後、さらにアナゴLH2および3の配列を得ると共に、各LH分子種のmRNA発現量を検討する予定である。魚類コラーゲンの架橋形成機構を明らかにすることおよび化学的不安定性の解明を目標とし、コイ、マアナゴ、トラフグおよびヒラメの組織を用いて各LH分子種(LH1、2および3) mRNA発現量およびコラーゲンの酢酸溶解性を明らかにし、その相互関係の解明を試みた。各魚種におけるLH1および2のmRNA発現解析を行った。定量的リアルタイムPCRの結果、全ての魚種(アナゴ、トラフグおよびコイ)の組織(普通筋および皮)において、LH1およびLH2 mRNAの発現が確認された。アナゴLH1およびLH2のmRNA発現量は、普通筋に対して皮で有意に少なかった。また、トラフグLH1およびLH2のmRNA発現量は、普通筋に対して皮で有意に少なかった。コイLH2の発現量については、普通筋に対して皮において有意に少なかったが、一方でLH1については有意な差が認められなかった。さらに、コラーゲン含有率および酢酸溶解率を求めた。アナゴの普通筋を除く実験に供した全ての魚種の組織について、ASCに対してISCのコラーゲン含有率が低かった。

また、アナゴ、コイおよびヒラメの普通筋由来コラーゲンの酢酸溶解率は、魚種間に顕著な差がみられたが、一方で、皮由来コラーゲンの酢酸溶解率は、魚種間に有意な差が認められなかった。ヒラメは、普通筋に対して皮由来コラーゲンの酢酸溶解率が低かったが、一方で、アナゴおよびコイは、普通筋に対して皮の方が高かった。これらの結果より、コラーゲンの酢酸溶解率が低い組織において、LH2の発現量が低いことが明らかとなった。従って、LH2のmRNA発現量の違いが組織コラーゲンの酢酸溶解率の変化に関与している可能性が示唆された。水圏生産化学リジルオキシターゼ(LH)は複数の分子種よりなるファミリー分子である。昨年度は魚類の中では最も筋肉由来コラーゲンの溶解性が最も低いものの一つであるアナゴからLH分子種のcDNAクローニングを試み、LHファミリー分子の一つであるLH1のcDNAクローニングに成功した。今年度はさらにアナゴよりLH2およびEF-1α(内部標準遺伝子)のcDNAクローニングに成功した。さらに、魚類の中ではコラーゲン酸溶解性の高いヒラメよりLH1およびEF-1αのcDNAクローニングを行った。リジルオキシターゼ(LH)は3つの分子種よりなるファミリー分子である。今年度は、魚類の中では筋肉由来コラーゲンの溶解性が最も低いものの一つであるアナゴからLH分子種のcDNAクローニングを試みた。予定通り、LHファミリー分子の一つであるLH1のcDNAクローニングに成功した。平成25年度までの研究によって、魚類の中で最も筋肉由来コラーゲンの酸溶解性が低いアナゴからLH1およびLH2 cDNAのクローニングに成功した。また、魚類の中でも酸溶解性の高いヒラメよりLH1のcDNAクローニングを行った。また、発現解析における内部標準遺伝子であるEF-1αを得た。今後は、発現解析と並行して、さらに他のファミリー分子のクローニングを試みる。LH2は、コラーゲンのNまたはC末端のテロペプチド領域においてリジン残基の水酸化に関与するのではないかと予想される。一方、LH3に関してはその機能は今回目的とするコラーゲンの酸溶解性に影響する架橋形成反応とは直接関係がないことが予想される。そこで今後は、特にヒラメLH2分子のcDNAクローニングに注力する必要がある。これまでのところ、ヒラメからLH2の分子情報は得られていない。発現量の問題があるのかもしれないことから、魚類の中でも筋肉由来コラーゲンの酸溶解性が比較的高いコイについてもLHファミリー分子のcDNAクローニングを試みる。また、遺伝子クローニングおよび発現解析と並行して、各種魚類コラーゲンの酸溶解性を測定し、架橋形成とコラーゲンの酸溶解性との関連を検討する予定である。平成24年度までの研究によって、魚類の中で筋肉由来コラーゲンの酸溶解性が最も低いアナゴからLH1 cDNAのクローニングに成功した。今後はさらに他のファミリー分子を得る必要がある。
鳥類の顔面形態多様化-インコ類にみるそのプロセスと進化機構の解明-

20年度は鳥類一般における頭部筋骨格形態の多様化機構を探るため、実験発生学的および分子発生学的解析を行い、その成果を論文にまとめた。Tokita&Schneider(in review)は摂食様式の違いから形態が大きく異なる顎筋を持つ2種の鳥類、ウズラ(Coturnix japonica)とアヒル(Anas platyrhynchos)を実験材料に用い、胚期に頭部神経堤細胞を2種間で交換移植することでキメラ胚を作製し、その形態学的・分子発生学的解析から頭部神経堤細胞は動物種特異的な発生プログラムに従い頭部の結合組織に分化し、それは組織間相互作用をとおして頭部中胚葉に由来する顎筋の種特異的な空間パターンまでも制御することを明らかにした。また、他の鳥類系統では見られない篩骨下顎筋および擬咬筋と呼ばれる顎筋をもつオカメインコ(Nymphicus hollandicus)をドナーとして、ホストであるウズラとのキメラ胚も作成した。キメラ胚の外部形態を観察したところ、顔面形態に著しい変化が確認された。今後は、顎筋形態ひいては頭部筋骨格系の大規模な変化をもたらす分子基盤を明らかにするために、オカメインコ-ウズラ異種間キメラ胚の作成をさらに進めるとともに、ドナーとなるオカメインコの細胞を特異的に認識する抗体の作成やin situハイブリダイゼーション法による正常胚およびキメラ胚での遺伝子発現パターンの比較なども行っていく予定である。インコ目における顎顔面形態の多様化プロセスを探るため、本グループの主要な系統を網羅する34種の組織サンプルからDNAを抽出し、ダイレクトシークエンス法により、ミトコンドリア12Sおよび16SrRNA遺伝子の塩基配列を決定した。これらおよびゲンバンクにすでに登録済みの塩基配列データを用い、最尤法およびベイズ法による分子系統解析を行い、インコ類の包括的な系統関係を調べた。得られた分子系統樹にそれぞれの種が持つ頭部形態形質データをマッピングしたところ、インコ類に特異的な構造が複数の系統で独立に進化した可能性が示唆された。インコ目種間での頭部筋・骨格系の発生パターンの比較から得られた結果を総合すると、本グループにおける特殊な頭部筋・骨格構造の平行進化の要因として、発生におけるモジュラリティーやヘテロクロニーが深く関与している可能性が示唆された。以上の研究成果は論文にまとめられ、現在国際誌に投稿中である。ついで、鳥類一般における頭部筋・骨格系形態の多様化機構を探るため、実験および分子発生学的解析を行った。鳥類異種間で頭部神経堤細胞および頭部中胚葉細胞の交換移植を行い、それぞれの細胞群が種特異的な頭部筋・骨格系形態を構築する上でどの程度寄与するものなのか現在調べている。移植実験に用いるインコ類の受精卵の入手は季節的に限定される上、入手できる卵の数にも限りがある。また、インコ胚に由来する一連の細胞を特異的に標識する分子マーカーが完成していないなどの問題も依然として残っている。これらの問題を補うため、すでに実験系が確立されているウズラ(キジ目)-アヒル(カモ目)間の交換移植実験も同時に進めており、鳥類頭部筋・骨格系形態の多様化機構について予備的な情報が得られはじめている。以上の成果については第112回日本解剖学会(2007年3月、大阪国際会議場)で報告した。われわれヒトを含む脊椎動物が地球上で繁栄するにあたり、顎筋をはじめとする摂食装置の形態多様化は必須であったと考えられる。しかし、その多様性創出機構についてはほとんどわかっていない。研究代表者によるこれまでの研究、また両生類や鳥類を用いた先行研究により、神経堤細胞に由来する頭部の結合組織が中胚葉に由来する頭部の筋の形態パターンを制御するという仮説が提唱されていた。顎筋形態の多様化において神経堤細胞が果たす機能を調べるため、摂食様式の違いから形態が大きく異なる顎筋を持つ2種の鳥類、ウズラ(Coturnix coturnix japonica)とアヒル(Anas platyrhynchos)を材料に用い、初期咽頭胚期に2種間で頭部神経堤細胞の交換移植を行った。ウズラをドナー、アヒルをホストにしてキメラ胚を作成し、組織切片の3次元再構築にもとづきその表現型を解析した。結果、キメラ胚の顎筋形状(シェイプ)は3ステージ進んだドナー種コントロール胚のものに類似していた。一方、キメラ胚の顎筋サイズは同ステージにおけるホスト種コントロール胚のそれとほとんど差がなかった。また、キメラ胚では転写因子をコードする遺伝子Tcf4およびScleaxis (Scx)がドナー種での発現プログラムに従い、ホスト種の中胚葉に由来する顎筋に隣接するドナー種の神経堤細胞に由来する結合組織で発現した。本研究により、(1)頭部神経堤細胞は種特異的な発生プログラムに従い頭部の結合組織に分化し、それは組織間相互作用をとおして頭部中胚葉に由来する顎筋の空間パターンまでも調節すること、(2)顎筋のサイズは神経堤細胞以外の細胞系譜によって制御されることがわかった。

Tokita&Schneider(in review)は摂食様式の違いから形態が大きく異なる顎筋を持つ2種の鳥類、ウズラ(Coturnix japonica)とアヒル(Anas platyrhynchos)を実験材料に用い、胚期に頭部神経堤細胞を2種間で交換移植することでキメラ胚を作製し、その形態学的・分子発生学的解析から頭部神経堤細胞は動物種特異的な発生プログラムに従い頭部の結合組織に分化し、それは組織間相互作用をとおして頭部中胚葉に由来する顎筋の種特異的な空間パターンまでも制御することを明らかにした。また、他の鳥類系統では見られない篩骨下顎筋および擬咬筋と呼ばれる顎筋をもつオカメインコ(Nymphicus hollandicus)をドナーとして、ホストであるウズラとのキメラ胚も作成した。キメラ胚の外部形態を観察したところ、顔面形態に著しい変化が確認された。今後は、顎筋形態ひいては頭部筋骨格系の大規模な変化をもたらす分子基盤を明らかにするために、オカメインコ-ウズラ異種間キメラ胚の作成をさらに進めるとともに、ドナーとなるオカメインコの細胞を特異的に認識する抗体の作成やin situハイブリダイゼーション法による正常胚およびキメラ胚での遺伝子発現パターンの比較なども行っていく予定である。
動く細胞の情報プロセスによって、ゆらぎから生起する秩序の情報論的な解明

細胞の確率統計的なシステムで、また細胞のまわりの環境もまた大きくゆらいでいる。それにもかかわらず、細胞は環境の情報を適切に感じ取り、処理をし、応答をする。走化性細胞は外部の誘引物質の濃度が低く緩やかな勾配を効率良く検出することが出来る。この効率の良い走化性情報処理の背後にある機構を理解するために、細胞の勾配検出、細胞の形態変化、運動に関する理論的な研究を、コンセプトモデルを用いて行った。わたしたちの研究から、細胞外の濃度勾配から、レセプターで検出できる勾配情報の最大値は、レセプターとリガンドの反応の確率性に大きく影響を受けることが分かった。もしも細胞が濃度勾配の大きさと方向の両方を検出しているとすると、伸長した形態の細胞は、伸長方向と垂直方向に移動する傾向がある。一方、勾配の方向だけを検出する場合、細胞は伸長の方向に運動する傾向がある。(Baba, et al. 2012)さらに細胞の運動方向の確率密度関数は、これらの2つの場合で定性的に違っていることが分かった。(Hiraiwa et al. 2013)。実験によって計測された細胞性粘菌の運動方向の確率密度関数は、これらの場合のうち、勾配方向のみを検出する場合と一致した。さらに細胞の極性形成が勾配検出の能力を増加させることがわかった。細胞性粘菌などのアメーバ様の運動をする細胞は複雑な形態を変化させて移動する。わたしたちは細胞の形態の統計的な性質を調べた。その結果、細胞性粘菌の複雑な形態は、適切な座標を選ぶことで、比較的少数の自由度で表わされることが分かった。24年度が最終年度であるため、記入しない。(1)細胞運動の統計的・時系列的解析と確率モデルの構築細胞性粘菌の走化性が示す運動の基本的な機構は、細胞の外部に化学勾配がある、なしにかかわらず、それほど大きな差がないと考えられる。化学勾配下では、その機構が何らかの形で方向性を持ち、走化性を実現する。そこで本研究ではまず始めに化学勾配の無い一様環境下における方向性の無い一様な運動を解析することで、運動の基本的な性質を解明し、それをもとにして走化性運動を理解することをめざしている。本年度は空間的に一様な環境下において、細胞性粘菌の自発的な形態変化と運動の解析を行った。そのために細胞運動の画像解析に細胞輪郭を抽出し、さらにその動態を統計的に解析した。また、細胞運動の複雑な動態を粗視化して比較的少数の自由度で記述する方法を考案した。これらの結果から、細胞運動を表わす確率モデルの構築に目処がついた。(2)シグナル反応から細胞・形態まで考慮した細胞の統合モデル構築統計的にもっとも妥当な勾配認識のモデルを用いて、ゆるやかな化学勾配の認識に関する理論的な考察を進めた。細胞の形態に依存して、かならずしも正しい方向に勾配を認識しないことがわかった。また、細胞の形態に依存して、化学勾配の方向を認識するのが得意な場合のあることがわかり、細胞がよく示す形態から細胞が細胞外の化学勾配のどのような性質を推定しているのかに関する考察をすすめることができた。一様な環境下における自発的な運動に関する実験、定量的データ解析、数理モデル化についてほぼ目処がついた。また、細胞外部の化学勾配についても生成の目処がついた。今後は勾配環境下において、細胞運動の顕微画像の取得、また、シグナル分子やアクチンの蛍光観察を進めていく。それにもとづいて、自発的な運動の確率モデルのどの過程が方向性にかかわるのかを解明する。
特殊法人及び金融機関の経営破綻における倒産処理法上の諸問題

特殊法人及び金融機関の経営破綻における倒産処理法上の諸問題につき研究を行い、次のような知見を得た。1デリバティブ取引は、現行破産法61条により当然清算され、その一括清算条項は、破産法上の相殺権の趣旨に照らし有効であること、会社更生等の再建型倒産処理手続においてもデリバティブ取引は当然清算されるべきこと、したがって、金融機関を当事者とするデリバティブ取引につき、「金融機関等が行う特定金融取引の一括清算に関する法律」のような特別の立法措置は本来不要であること。2民事再生法が一般先取特権者を拘束しない手続であり、一般先取特権付の債券発行を行う特殊法人の再建手続として不適格であること、したがって、民事再生法の施行は、その根拠法令に破産能力を認める規定が存在しない限り、特殊法人を清算するかその事業をどのような形で存続させるかは立法者の裁量に委ねられてているとの結論に影響しないこと。3改正会社更生法が導入した代理委員強制の制度と、金融機関の更生特例法が定める預金保険機構、投資家保護基金および契約者保護機構の預金者、投資家、契約者の代理権限とはその趣旨が異なること。等しく高度の公共性を有する国際空港の設置管理事業を目的とするものであっても、特殊法人形態を採る新東京国際空港公団と異なり、関西空港ではその株式会社形態が採用されている(特殊会社)。株式会社には会社更生法が適用され、したがって仮に関西空港会社の財務が極めて悪化したとしても、会社更生手続により新会社の設立、新東京国際空港公団あるいは受け皿として新設される公団への事業譲渡などを更生計画で定めることにより、空港の設置管理事業そのものの維持存続を図ることが可能であることが、かかる公共性の高い事業を営む組織体に株式会社形態を採用することを立法者に可能とした制度的な前提であったと思われるが、特殊法人を含むすべての法人に利用可能な再建型倒産処理手続である民事再生法が平成一二年に施行されたことにより、新東京国際空港公団の破産能力の有無に影響が生ずるかという問題が生じたので、この点に関して若干の検討を行った。公団が一般先取特権を持つ債券の発行により資金調達している場合、財務体質の改善に不可欠な債券の償還条件の変更は民事再生計画ではできないこと、他の公団への事業譲渡は実質公団の解散(清算)をもたらすところ、かような措置が立法措置を待たずして裁判所の許可のみで可能であるとは考え難いことから、特殊法人に破産能力はないとの私見に影響しないとの結論に至った。拙稿「破産法六一条考」は、典型的な相場変動商品であるデリバティブ取引がその一方当事者の破産宣告による清算の効果は破産法六一条から当然に帰結されること、相手方当事者を破産管財人による破産法59条の解除・履行の選択権行使により不当に不安定にすることから保護する同条の趣旨は、会社更生手続にも妥当すること、一括清算条項は破産法104条2・号4号、会社更生法163条2・4号によりその合法性が承認されることを論証し、金融機関を一方当事者とするデリバティブ取引を規律する「金融機関等が行う特定金融取引の一括清算に関する法律」(平成10年法108)は本来不要だったことを論じた。本稿は近い将来の倒産実体法の改正に少なからず寄与したものと自負する。また、拙稿「利害関係人の手続関与のあり方」においては、新会社更生法が導入した代理委員の選定命令と「金融機関等の更生手続の特例に関する法律」(平成8本法95)における預金保険機構等の預金者の代理権との制度趣旨の比較を行い、また、更生手続によらない営業譲渡に関する株主の処遇を民事再生法における再生計画によらない営業譲渡の場合と比較し、両者の相違の合理性を検討したものである。後者は、営業譲渡が主な再建処理策として想定される銀行の経営破綻に際し、金融整理管財人による管理と並行して、裁判所による再建型倒産手続を行うとして、更生手続と再生手続のいずれを選択するかに関わる問題である。また、『民事救済手続法〔第二版〕』の第10章(「特殊法人の破産能力」)において、民事再生法の制定が特殊法人の破産能力論に与える影響につき否定的な立場を示した。
一酸化窒素合成酵素系(NOSs)の生物学的多様性の解明

本研究の目的は、生体における一酸化窒素(NO)合成酵素(NOSs)系の生物学的多様性を検討することである。具体的には、研究期間の3年間に以下の3つの研究を実施した。「研究1.2/3腎摘triple NOSs-/-マウスの急性心筋梗塞におけるテストステロンの作用の解明」、「研究2.脳梗塞におけるNOSsの傷害的役割の解明」「研究3.代謝症候群におけるNOSs非依存性NO産生系の病因的役割の解明」【最終年度の研究成果】研究2において、中大脳動脈閉塞後の脳梗塞サイズは、オスでは、野生型マウスに比してtriple NOSs-/-マウスで小さくなるが、メスでは、野生型マウスに比してtriple NOSs-/-マウスで大きくなることを見出した。さらに、オスのtriple NOSs-/-マウスで脳梗塞サイズが小さくなる機序には酸化ストレス軽減作用およびミトコンドリア機能障害軽減作用が一部に関与していることをRNA sequencingにより明らかにした。【研究期間全体を通じた成果】研究1では、心筋梗塞において、テストステロンは、NOSs存在下では有益な作用を発揮するが、NOSs非存在下では反対の有害な作用を示すことを明らかにした。研究2では、脳梗塞において、テストステロンは、NOSs存在下では有害な作用を発揮するが、NOSs非存在下では逆の有益な作用を示すことを見出した。研究3では、内因性NOSs系だけでなく外因性NO産生系(食事中の硝酸塩/亜硝酸塩)も代謝症候群の成因に役割を果たしていることを明らかにした。平成29年度に研究計画の一部がDiabetologia誌にacceptされた。以下のその概要を述べる。【研究タイトル】食餌中の亜硝酸塩および硝酸塩の不足は代謝症候群、内皮機能不全、および心血管死を惹起する【背景と目的】一酸化窒素(NO)はL-アルギニンからNO合成酵素(NOSs)を介して合成されるのみならず、その代謝産物である亜硝酸塩(NO2-, nitrite)および硝酸塩(NO3-, nitrate)からも合成される。硝酸塩はレタスやほうれん草などの緑葉野菜に多く含有されている。しかし、食事中の硝酸塩/亜硝酸塩(NOx)の不足が病気を引き起こすか否かは知られていない。本研究では、食餌性NOxの長期の不足が代謝症候群を引き起こすという仮説をマウスにおいて検証した。【方法と結果】この目的のために、通常飼料とL-アルギニン、脂質、炭水化物、蛋白質、カロリー含有量が同一の低NOx飼料、およびNOxが未検出の飲用超純水からなる低NOx食を準備した。低NOx食の3ヶ月投与は、マウスに有意な内臓脂肪蓄積、高脂血症、耐糖能異常を引き起こし、低NOx食の18ヶ月投与は、有意な体重増加、高血圧、インスリン抵抗性、内皮機能不全を招き、低NOx食の22ヶ月投与は、急性心筋梗塞死を含めた有意な心血管死を誘発した。これらの異常はすべて硝酸ナトリウムの同時投与により抑制された。低NOx食を投与したマウスでは、内臓脂肪組織におけるアディポネクチンレベルの低下、内皮型NOS発現の低下、および腸内細菌叢の異常が認められた。【結論】本研究では、食餌中の硝酸塩/亜硝酸塩が長期に不足するとマウスに代謝症候群、内皮機能不全、および心血管死が引き起こされることを見出し、外因性NO産生系の病因的役割を初めて明らかにした。この機序には、アディポネクチン低下、eNOS発現低下、並びに腸内細菌叢の異常が関与していることが示唆された。当該研究の一部がDiabetologia誌(インパクトファクター6.2、論文採択率15%以下)にacceptされた。論文の印刷版はDiabetologia誌の6月号に掲載される予定だが、本論文の図が6月号の表紙に採用された。本研究は「医療NEWS」「日本の研究.com」「大学ジャーナル」「m3.com」を含む多くのWEBサイトで紹介され、「医療NEWS」では閲覧数が第1位になった。学会発表では招待講演を行った。以上より、本研究計画は一定程度の成果を上げていると判断されたので、本研究はおおむね順調に進展していると評価した。平成29年度は『研究1. 2/3腎摘triple NOSs-/-マウスの急性心筋梗塞(AMI)の性差におけるアンドロゲンの作用の解明』と『研究2.脳梗塞におけるNOSsの傷害的役割の解明』を実施した。研究1の研究実績の概要は以下の通りである。2/3NX triple NOSs-/-マウスの死因の約90%が心筋梗塞であることから、本研究では死亡率を心筋梗塞発症の大まかな指標とした。2/3NX triple NOSs-/-マウスの死亡率は、メスに比してオスで著明に高かった。精巣摘除術(ORX)は偽手術(sham)と比較してオス2/3NX triple NOSs-/-マウスの死亡率を著明に低下させた。このORXの有益な作用は、テストステロンの慢性投与により有意に抑制された。以上より、2/3NX triple NOSs-/-マウスの死亡率(心筋梗塞発症率)の性差の機序には、テストステロンの増悪作用が関与していることが示唆された。研究2の研究実績の概要は以下の通りである。

中大脳動脈閉塞(MCAO)24時間後の脳梗塞サイズは、オス野生型(WT)マウスに比してオスtriple n/i/eNOSs-/-マウスで著明に小さかった。MCAO24時間後の神経障害スコアおよび死亡率も、オスWTマウスに比してオスtriple n/i/eNOSs-/-マウスで有意に低かった。ORXはtriple n/i/eNOSs-/-マウスの脳梗塞サイズを有意に増大させた。このORXの作用はテストステロンの投与により有意に抑制された。以上より、NOSsは脳梗塞において傷害的役割を果たしていることが示唆された。この機序にはテストステロンが一部に関与していることが考えられた。『研究1. 2/3腎摘triple NOSs-/-マウスの急性心筋梗塞(AMI)の性差におけるアンドロゲンの作用の解明』と『研究2.脳梗塞におけるNOSsの傷害的役割の解明』のどちらもおおむね順調に進捗している。これまでに得られた結果から、テストステロンは、NOSsが正常に発現している状況では、心筋梗塞では有益な作用を、脳梗塞では有害な作用を発揮しているが、NOSsの発現が破綻した状況(加齢など)では、心筋梗塞では有害な作用を、脳梗塞では有益な作用を発揮していることが明らかになってきている。本研究の目的は、生体における一酸化窒素(NO)合成酵素(NOSs)系の生物学的多様性を検討することである。具体的には、研究期間の3年間に以下の3つの研究を実施した。「研究1.2/3腎摘triple NOSs-/-マウスの急性心筋梗塞におけるテストステロンの作用の解明」、「研究2.脳梗塞におけるNOSsの傷害的役割の解明」「研究3.代謝症候群におけるNOSs非依存性NO産生系の病因的役割の解明」【最終年度の研究成果】研究2において、中大脳動脈閉塞後の脳梗塞サイズは、オスでは、野生型マウスに比してtriple NOSs-/-マウスで小さくなるが、メスでは、野生型マウスに比してtriple NOSs-/-マウスで大きくなることを見出した。さらに、オスのtriple NOSs-/-マウスで脳梗塞サイズが小さくなる機序には酸化ストレス軽減作用およびミトコンドリア機能障害軽減作用が一部に関与していることをRNA sequencingにより明らかにした。【研究期間全体を通じた成果】研究1では、心筋梗塞において、テストステロンは、NOSs存在下では有益な作用を発揮するが、NOSs非存在下では反対の有害な作用を示すことを明らかにした。研究2では、脳梗塞において、テストステロンは、NOSs存在下では有害な作用を発揮するが、NOSs非存在下では逆の有益な作用を示すことを見出した。研究3では、内因性NOSs系だけでなく外因性NO産生系(食事中の硝酸塩/亜硝酸塩)も代謝症候群の成因に役割を果たしていることを明らかにした。研究開始時には、以下の3つの研究を実施することにしていたが、研究3は予定よりも早く論文化出来た。今後は残りの2つの研究を進めていく。研究2.脳梗塞におけるNOSsの傷害的役割の解明研究3.代謝症候群におけるNOSs非依存性NO産生系の病因的役割の解明『研究1. 2/3腎摘triple NOSs-/-
機能性を有するマイクロ針創製技術の開発

申請者らは,ミミズの躯体構造の動作である蠕動運動を模倣し,その運動が液体に伝播可能であれば,流動用管に,ポンプ機能を付加することが可能であると考えた.リング型PZT素子に電圧および周波数の異なる波形を印加した場合の流速を求めた結果,周波数の変化により,最大および最小流速は,初期流速に対し3.8%増加および1.4%減少を確認したことから,世界初の管自体を流路とするバルブレスのポンプの流速制御に成功した.申請者らは,ミミズの躯体構造の動作である蠕動運動を模倣し,その運動が液体に伝播可能であれば,流動用管に,ポンプ機能を付加することが可能であると考えた.リング型PZT素子に電圧および周波数の異なる波形を印加した場合の流速を求めた結果,周波数の変化により,最大および最小流速は,初期流速に対し3.8%増加および1.4%減少を確認したことから,世界初の管自体を流路とするバルブレスのポンプの流速制御に成功した.本研究ではバルブレスマクロポンプの創製を目的とし,以下の3つに大別に研究を行った.(1)中空管マイクロポンプの開発を目的とし, PZTの体積変化量および内部応力の観点から最良形状の探索.(2)円筒型PZT素子およびシリコンチューブで構成したシンプルな形状を有するマイクロポンプの流動機能実験,および小型化を目的とし,スパッタリング法を用いたPZTの薄膜創製条件の探索.(3)高精度な血糖測定器の開発を目的とし,2電極法を用いたグルコースセンサによる測定を実現するために,グルコースと酵素の触媒作用によって生じる過酸化水素濃度を電気化学的に測定する方法を示し,また過酸化水素濃度と出力電流の関係,および理論式の構築.その結果,以下の知見を得た.(1)溝の体積の増加に伴い体積変化量が線形的に増加した.また溝を付加する位置により体積変化量の増加量が異なる結果となった,溝の形状は体積変化量,応力,断面二次モーメントの必要なパラメータに応じ選択する必要がある.(2)マイクロポンプにおいて,PZT素子の設置数および印加電圧を増加させることで流動機能性が向上し,PZT素子の設置数8個,印加電圧80Vppの時に,最大で5.96%の流速増加を示した.(3)血液中のグルコースとポンプ内での希釈を考慮した0.110.5[mmol/l]の測定により,過酸化水素濃度と出力電流の関係において線形性を確認した.また,電流の理論式より算出した標準速度定数を用い,電流の理論値を求めることが可能となる.これより,測定値と理論値を比較することで,温度や振動等の外的要因よって生じる測定誤差を制御でき,さらには,より精度の高い測定が可能である.本研究では機能性バルブレスマクロポンプの創製を目的とし,以下の2つに大別に研究を行った.(1)円筒型PZT素子およびシリコンチューブで構成したシンプルな形状を有するマイクロポンプの流動機能実験,および小型化を目的とし,スパッタリング法を用いたPZTの薄膜創製条件の探索.(2)小型測定システムの開発を目指し,2電極法による電流測定法を提案し,過酸化水素を用いて測定システムの検証を行い,電極反応モデルを用いて理論電流値の算出を行った.その結果,以下の知見を得た.●初期流速1.00ml/s,電圧80Vppにおいて,電圧をマイナス側へオフセットすることで,最大5.91%の流速の増加を確認した.また,管内に流れる流体の速度に影響されず進行波により一定流量の流体を液送可能のであると示唆された.さらには動粘度の高い流体を用いた場合においても周波数と電圧の条件を変更することにより流速の制御が可能であると示唆された.●電極にイオン化傾向の異なる物質を用いた結果,濃度05[mmol/l]範囲において過酸化水素濃度の増加に伴い電流値が直線的に増加したことから, 2電極法による測定が可能である.過酸化水素濃度05[mmol/l]の範囲において, α=0.40, k^<o>=8.07×10^<-35>[cm/s]を用いることで,理論式を用いた過酸化水素濃度の算出が可能である.●PZT全面方位およびPZT(111)が成長するPbO添加量および熱処理温度の最適値は51.8mol%, 602°Cおよび52.3mol%, 619°Cであった. Au/Cu管材上に最適条件で成膜されたPZT薄膜は,熱処理を施すことで管材に対して垂直に結晶成長するが,管材の組織変化の影響を受ける.
レーザー逆コンプトン光の天体核物理研究への応用

1.タイムプロジェクションチャンバーの設計・製作:昨年の研究成果を基に高真空が達成でき更に漏れ量の極めて少ない上記チャンバーを新たに設計・製作した。これは重陽子ガスが高価である事と反応後放出される陽子のエネルギーが小さく飛程が短いので低いガス圧でしかも不純物ガスが混入する事なく作動するチャンバーが必要であるとの要請からである。即ち、チャンバーからのガス放出量とチャンバーの真空漏れはいずれも極めて少なくなければならない。これらの点を考慮してチャンバーを設計しメーカーに製作を依頼した。2.タイムプロジェクションチャンバーの性能試験:製作したチャンバーにつきアルファー線源を用いて以下の性能試験を行った。2.1)検出効率;アノードワイヤー電圧(正)1500V、フィールドワイヤー電圧(負)2000V、ガス圧力700トールの条件で検出効率は99.5%以上であった。2.2)ドリフト速度;平均するとマイクロ秒当たり0.55(3)cmであった。電場強度と相関がありドリフト方向の位置により0.05cm程ばらついていたが充分早い。2.3)エネルギー分解能;67keVの信号に対して5.8%の分解能を示し、又波高とエネルギーの線形性は良かった。2.4)時間分解能;32ナノ秒であり、これはz軸方向の位置分解能が0.18mmに対応し十分良い。又チャンバーの持つエネルギー分解能は5.4%、時間分解能は5.5nsecであることがテスト実験の結果あきらかになったがこれらはいずれも期待通りである。3.ガス精製循環装置の製作:上記チャンバーはその正常動作にとって外部あるいは内部から発生する不純物を極端に嫌う。そのためチャンバーに供給するガスを絶えず純化するためガス精製装置を備えた閉ループ系を製作した。これによりチャンバーは長期連続実験に耐えられる目途が立った。4.データ収集系の設計:上記チャンバーに張られた二次電子検出用の信号線からのデータを取り込む収集系プログラム等を整備した。1.ドリフトチャンバーの設計と製作我々が開発した気体感応型ドリフトチャンバーをもとに本研究用のドリフトチャンバーを新たに設計した。これは重陽子ガスが高価である事と反応後放出される陽子のエネルギーが小さく飛程が短いので低いガス圧で作動するチャンバーが必要であるとの要請があるからである。即ち、ガス放出量と真空漏れが極めて少ないチャンバーでなければならない。そのためチャンバー内に封入する材料についてのガス放出量のテスト及びチャンバー内での荷電粒子の軌道計算を行い適切なチャンバーを設計しメーカーに製作を依頼した。又チャンバーの持つエネルギー分解能は5.4%、時間分解能は5.5nsecであることがテスト実験の結果明らかになったがこれらはいずれも期待通りである。2.重陽子光分解反応用気体試料の特性試験重陽子ガスは、ドリフトチャンバーとして動作可能である事、d(γ,p)n反応と識別が困難な他の反応を起こさないこと、放出される陽子の角度分布測定が可能である事及び断面積測定に充分な反応率が得られる事が必要条件である。これらの観点から、メタンガス、水素・ヘリウム混合ガス、水素・メタン混合ガスについて、エネルギー及び時間分解能を含む上記条件を満たすか否かをテストした。その結果メタン及び水素・メタン混合ガスが期待する条件を満たす事が判明した。3.データ収集系の設計ドリフトチャンバーに張られた二次電子検出用の信号線は160本に及ぶのでそのデータ収集系プログラム等を整備した。

1.タイムプロジェクションチャンバーの設計・製作:昨年の研究成果を基に高真空が達成でき更に漏れ量の極めて少ない上記チャンバーを新たに設計・製作した。これは重陽子ガスが高価である事と反応後放出される陽子のエネルギーが小さく飛程が短いので低いガス圧でしかも不純物ガスが混入する事なく作動するチャンバーが必要であるとの要請からである。即ち、チャンバーからのガス放出量とチャンバーの真空漏れはいずれも極めて少なくなければならない。これらの点を考慮してチャンバーを設計しメーカーに製作を依頼した。2.タイムプロジェクションチャンバーの性能試験:製作したチャンバーにつきアルファー線源を用いて以下の性能試験を行った。2.1)検出効率;アノードワイヤー電圧(正)1500V、フィールドワイヤー電圧(負)2000V、ガス圧力700トールの条件で検出効率は99.5%以上であった。2.2)ドリフト速度;平均するとマイクロ秒当たり0.55(3)cmであった。電場強度と相関がありドリフト方向の位置により0.05cm程ばらついていたが充分早い。2.3)エネルギー分解能;67keVの信号に対して5.8%の分解能を示し、又波高とエネルギーの線形性は良かった。2.4)時間分解能;32ナノ秒であり、これはz軸方向の位置分解能が0.18mmに対応し十分良い。又チャンバーの持つエネルギー分解能5.4%、時間分解能は5.5nsecであることがテスト実験の結果あきらかになったがこれらはいずれも期待通りである。3.ガス精製循環装置の製作:上記チャンバーはその正常動作にとって外部あるいは内部から発生する不純物を極端に嫌う。そのためチャンバーに供給するガスを絶えず純化するためガス精製装置を備えた閉ループ系を製作した。これによりチャンバーは長期連続実験に耐えられる目途が立った。4.データ収集系の設計:上記チャンバーに張られた二次電子検出用の信号線からのデータを取り込む収集系プログラム等を整備した。
負のナノグラファイトが形成する特異なπ電子局在状態

電子線照射などによって形成された負のナノグラファイトでは、直径500nm程度までの比較的小さなものの形がほぼ円形であると推測されている。そこで今年度は、円形をした正のナノグラファイト(ナノグラファイトディスク)をモデルとし、フェルミ準位近傍の電子状態、特にzigzag端に由来するエッジ状態の出現に着目して、最近接近似の分子軌道法による検討を行った。モデルとなるナノグラファイトディスクは、ディスクの中心が6員環の中心にあるもの(ring-center)と、ディスクの中心が炭素原子上にあるもの(site-center)との2通りを考え、C-C結合長単位でディスク径を広げて、半径10nm程度の大きさまでの範囲を系統的に調べた。ナノグラファイトディスクでは一般に、端の形状がzigzagとarmchairの混合になる。エッジ状態の出現には「端のzigzag度」とディスク径の2つが関わると予想されるので、端のzigzag度を表す指標をいくつか考え、ディスク径を変化させたときのエッジ状態の変化を最も良く表す指標を探した。エッジ状態の大きさを表す指標としては、1)HOMO-LUMOギャップおよび2)フェルミ準位での状態密度のピーク高を用いた。外周に現われるzigzagサイトの総数を指標に用いると、ディスク径の変化によるエッジ状態の変化を十分に記述できない。これは、同数のzigzagサイトからなる長いzigzag列と短く分断されたzigzag列とが区別されないためである。検討の結果、左右2つの列に分断されたzigzagサイトに対してエッジ状態への寄与を1/2とした指標を用いると、エッジ状態の大きさとの良い相関が得られることがわかった。また、ディスク最外層からの距離を重みとして取り込んだ指標を用いると、エッジ状態の大きさとの相関がさらに改善されることがわかった。負のナノグラファイトの電子構造を調べるための準備として、閉じた正のナノグラファイト系の電子構造を調べた。具体的には、zigzag端とarmchair端の両方によって囲まれた長方形のナノグラファイトをモデルとし、閉じたナノグラファイト系における端の干渉効果を調べた。一次元グラファイトリボンの研究で明らかになったように、zigzag端はフェルミ準位近傍で特異なエッジ状態を示すが、armchair端はそのようなπ電子局在状態を示さない。zigzag端における連続エッジサイト数zとarmchair端における連続エッジサイト(2個1組)数aとをそれぞれ変化させて、系のネットワークトポロジーと電子状態との関係を調べた。その結果、長方形のナノグラファイトでは、z>3、a>5程度の大きさからエッジ状態が現れることが明らかになった。比較的小さな系においてはarmchair端に特徴的な金属/半導体の周期性が残るものの、z>5程度ではHOMO-LUMOギャップの大きさがaに対して指数関数的に減少し、フェルミ準位近傍の電子状態がzigzag端由来のエッジ状態によってほぼ完全に支配されていることが明らかになった。また、実際の系において重要になるであろうダングリングボンドの効果を調べるために、端の水素終端が完全に失われたzigzagリボンの電子状態を局所密度近似に基づく第一原理計算の範囲で詳細に調べた。その結果、フェルミ準位近傍でダングリングボンド状態がエッジ状態と共存するものの、系の平面性は全く失われず、その帰結としてエッジ状態はダングリングボンド状態によってほとんど影響を受けないことが明らかになった。
ヘテロ接合を利用した高強度テラヘルツパルス光源の開発

ガンの診断や文化財の非破壊測定など、テラヘルツ時間領域分光法はさまざまな分野への応用が期待されている。その普及に欠かせないのは、現在の光源である光伝導スイッチに比べ、取り扱いの容易な光源の開発である。本研究は,半導体ヘテロ接合を利用して、このようなシステムに適用可能なテラヘルツパルス光源を開発し、テラヘルツ時間領域分光法の利用の普及に貢献することである。