hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
経鼻免疫応答の多様性と増幅機構に関する研究-粘膜ワクチンの実用化に向けて-

1)インフルエンザ菌外膜蛋白P6に対する免疫応答枯草菌のよる組み換えインフルエンザ菌外膜蛋白P6とナノスフィアを重合させて新たな粘膜ワクチンを作成してその免疫応答を検討した。その結果、血清中のIgMならびにIgG抗体活性は上昇したが、外分泌液中のIgA応答は誘導されず、このワクチンの生体防御効果は低いと考えられた。2)ホスホリルコリン(Phosphorylcholine : PC)に対する免疫応答PCはグラム陽性菌、陰性菌のすべての細菌が保有し、とくに細菌の上皮への接着や浸潤に関与することが知られている。そこで、P6に変わりうるワクチンとして注目し、マウスを用いてPCに対する免疫応答を検討した。その結果、PCは高い免疫原性を有し、これまでの粘膜ワクチンに必須とされていたコレラトキシンなどの粘膜アジュバントを用いずとも、PC経鼻免疫で粘膜免疫応答を誘導しうることが実証された。さらに、PC経鼻免疫で得られた唾液そして血清中IgAならびにIgG抗体のインフルエンザ菌と肺炎球菌に対する交差反応を観察したところ、両細菌とも複数の菌株に対して抗原抗体反応が認められ、PCが極めてスペクトルの広いワクチンになりうることが示唆された。3)PCによるI型アレルギーの抑制粘膜ワクチンの臨床応用において常に問題となるのが、IgA系の粘膜免疫と同時に誘導されるIgE応答である。そこで、I型アレルギーモデルマウスに、そのアレルギー誘導の際、同時にPCを経鼻あるいは腹腔内投与したところ、PC投与群ではIgE値の上昇が有意に抑制された。さらに、ヘルパーT細胞からのIL-4産生も抑制されていた。以上の結果から、PCは細菌抗原に対する防御効果と同時にI型アレルギーの発症も阻止しうる優れたワクチンになりうると推測された。1)インフルエンザ菌外膜蛋白P6に対する粘膜免疫応答枯草菌による組み換えインフルエンザ菌外膜蛋白P6の作成はとくに問題なく遂行できている。このP6をナノスフィアと重合させインフルエンザ菌ワクチンとしてマウスに経鼻および腹腔内投与したところ、血清中のP6特異的1gMならびにIgG抗体活性は両者で有意に上昇した。さらにIgGサブクラスはIgG1のみならずIgG2a抗体活性も上昇しており、Th2およびTh1型の免疫応答が誘導されていることが示唆された。しかし、唾液や鼻腔洗浄液中に抗原特異的IgA抗体活性の上昇が認められず、組み換えP6の抗原性の弱さおよびナノスフィアのアジュバント効果の低さが問題点と考えられた。そこで、粘膜免疫応答誘導における抗原性が確認されている破傷風トキソイドをナノスフィアと重合させ、先の実験と同様にマウスを免疫し、その免疫応答を観察した。その結果、唾液中に抗原特異的IgA応答が認められ、血清中のIgG応答はコレラトキシンをアジュバントとして用いたマウスと同レベルまで上昇し、ナノスフィのアジュバント効果が立証された。したがって、ナノスフィアと重合させる蛋白抗原の性質によってその抗原性が変化することが示唆された。2)PCに対する粘膜免疫応答とそのワクチンとしての可能性P6に対する粘膜免疫応答が不良であったことから、これに代わるワクチンの検討が必要となった。最近、インフルエンザ菌および肺炎球菌の菌体構成成分であるPCが抗原性を持ち、防御抗体を誘導しうることが報告された。そこで、このPCをコレラトキシンとともにマウスに経鼻投与したところ、抗原特異的IgA応答が認められた。したがって、今後はこのPCに対する免疫応答について研究を進める予定である。1)ホスホリルコリン(Phosphorylcholine : PC)に対する粘膜免疫応答昨年度の研究成果で、インフルエンザ菌外膜蛋白P6に代わるワクチンとしてPCの有用性が示唆された。

そこで、A群:PC単独、B群:PC+コレラトキシン(CT)、C群:KLH結合型PC、D群:KLH結合型PC+CT、の4群でマウスにおける経鼻免疫応答を観察したところ、C群とD群で他の群と比較して有意に優れたIgA応答およびIgG応答が認められた。したがって、PCは蛋白成分を有しないかつ分子量の小さいハプテンであるが、キャリアー蛋白を結合させることによってPC特異的粘膜免疫応答ならびに全身免疫応答を誘導しうる抗原になりうることが実証された。また、アジュバントとしてCTを用いずともこうした高い免疫応答が得られたことから、極めて毒性の強いCTの必要性がないこと、すなわち、PCが臨床応用への実用性を備えていることが示唆された。2)PC免疫応答による感染予防効果PCの経鼻免疫によって得られた唾液ならびに血清を用いて、インフルエンザ菌ならびに肺炎球菌に対する抗体活性を観察した。その結果、肺炎球菌に対しては異なる10種の株のいずれにも唾液中IgA、血清中IgG抗体がともにPC特異的抗体活性を有していた。一方、インフルエンザ菌は高い抗体活性を示す株と活性が低い株に分類された。PCの菌体表層への出現がある遺伝子によって決定されていることが最近明らかにされており、PCは肺炎球菌とインフルエンザ菌に共通した抗原であるものの、その表出の程度によって、ワクチンの効果が変化すると推測される。1)ホスホリルコリン(Phosphorylcholine : PC)に対する免疫応答昨年度までの研究で、KLH結合型PCが高い免疫原性を有することを実証したが、キャリアー蛋白であるKLHのその免疫応答への関与を否定できない。そこで、KLH結合型PCに加えてBSA結合型PCでマウスを免疫し、粘膜免疫ならびに全身免疫応答を比較した。その結果、BSA結合型PCでもKLH結合型PCと同様の免疫応答が誘導され、PCのワクチンとしての有用性が示唆された。2)PC免疫によるI型アレルギーの抑制粘膜ワクチンの臨床応用において常に問題となるのが、IgA系の粘膜免疫と同時に誘導されるIgE応答である。そこで、マウスに卵白アルブミン(OVA)とアルミニュームゲルを腹腔内投与してI型アレルギーを誘導し、これを対照群として、OVA投与時に同時にPCを経鼻あるいは腹腔内投与した群とそれぞれIgEの産生を比較検討した。その結果、PCの腹腔内同時投与群はOVA単独投与群と比較してIgE値が有意に低値を示し、PC経鼻投与群でも有意差はないもののIgE値が低下した。さらに、ヘルパーT細胞からのIL-4産生は、PC腹腔内投与群が対照群と比較して有意に低下していた。以上の結果から、PCは細菌抗原に対する防御効果と同時にI型アレルギーの発症も阻止しうる優れたワクチンになりうると推測された。3)ヒトにおけるPCの免疫原性PCのワクチンとしての実用性を検討するため、急性感染症患者血清中の抗PC抗体価を測定した結果、急性炎症時に抗体価の上昇を認めた。また、滲出性中耳炎患者の鼻咽腔液中の抗PC抗体活性は健常者より低い傾向にあり、PCのヒトにおける免疫原性ならびに抗PC抗体の生体防御効果が確認された。
石灰質堆積物地盤を対象とした地盤モデルの構築

本年度の研究実績の概要を下記に示す.1)粒子破砕を伴う土の強度・変形挙動を表現できる構成モデルの構築.2)土の構造および粒子破砕の効来を考慮した構成モデルの構築.3)2)の構成モデルに基づいた石灰質堆積物地盤のモデル化.4)下負荷面モデルの材料パラメータの決定手法.研究実績の具体的内容を以下に示す.1)弾塑性構成式における体積ひずみは,ln p-ln v (p:平均主応力,v:体積)平面に膨潤(弾性)線および正規圧密(弾塑性)線を仮定して,それぞれ弾性成分および塑性成分が表現される.本研究では,下負荷面モデルに基づきln p-ln v (p:平均主応力,v:体積)平面に,膨潤線および正規圧密線に加え破砕が顕著となる応力点pより正規圧密線より大きな勾配を有する破砕線を導入し,粒子破砕に伴う塑性体積ひずみを考慮した.この破砕線の勾配の大きさは粒子の破砕のしやすさに依存し粒子破砕がしやすいほど大きな勾配となる.石灰質砂の排水三軸圧縮試験結果との照合の結果,粒子破砕に伴う体積変化(圧縮)を適切に表現でき応力増加に伴う過度の圧縮性を表現できた.2,3)前年度の研究成果である土の構造の効果を考慮したモデルに本年度構築した粒子破砕を考慮したモデルを組込み有限要素解析に拡張し,石灰質堆積物地盤の基礎的モデルを構築し得た.現在のモデル化した石灰質堆積物地盤の挙動を検討中である.4)これまで,下負荷面モデルは種々の地盤材料の変形挙動の予測に適用され数多くの報告がなされているが,下負荷面モデルの材料パラメータの決定方法に関する研究はほとんどなされていない,本研究ではこれまで適用された材料パラメータを収集整理するとともに,土の種類および初期間隙比に対応させた材料パラメータ表,さらには材料パラメータの簡易決定に資するグラフを呈示した.これらの研究成果は,弾塑性モデルの地盤構造物の力学設計への広範な活用に資すると期待される.本年度は土の骨格構造の影響を考慮できる弾塑性モデルを下記の実験事実を考慮して構築した.実験事実1)土が大きなせん断変形を受けると,平均有効応力と密度の間に一対一の対応関係(定常状態)が存在する.その有効応力は密度が大きいほど大きい.2)同じ密度でも構造が高位に発達している土ほど,大きな有効応力を発揮する.3)高位に構造が発達している土が,非排水条件下でせん断変形を受けると,構造は喪失し有効応力は定常状態における有効応力まで低下する.弾塑性モデル以上の実験事実から主応力空間に2種のポテンシャル面を仮定する.まず,実験事実1)から密度のみに依存するポテンシャル面(定常状態面)および,実験事実2)から定常状態面の外側に土の骨格構造の効果によるポテンシャル面(構造面)を仮定する.さらに,常に現応力点を通る負荷面を仮定する.負荷面および構造面は次のように挙動すると仮定する.実験事実2)より,負荷面は構造面内部に存在し塑性変形に伴い構造面に漸近する.実験事実3)より,構造面は塑性変形に伴い定常状態面に漸近する.構築したモデルを緩い,中密および密な状態の砂の非排水せん断を対象に検証した.得られた主な知見は次の通りである.1)初期状態の定常状態面に対する構造面の大きさの比(構造比)を調整することで土の構造効果を適切に表現できる.また,緩い状態の土ほど構造比が大きく,密な状態の土ほど構造比は小さい.2)定常状態面の大きさを調整することで密度の違いによる負荷挙動の特性を表現できる.なお,現在,粒子破砕を考慮できるモデルを構築中である.本年度の研究実績の概要を下記に示す.1)粒子破砕を伴う土の強度・変形挙動を表現できる構成モデルの構築.2)土の構造および粒子破砕の効来を考慮した構成モデルの構築.3)2)の構成モデルに基づいた石灰質堆積物地盤のモデル化.4)下負荷面モデルの材料パラメータの決定手法.研究実績の具体的内容を以下に示す.1)弾塑性構成式における体積ひずみは,ln p-ln v (p:平均主応力,v:体積)平面に膨潤(弾性)線および正規圧密(弾塑性)線を仮定して,それぞれ弾性成分および塑性成分が表現される.本研究では,下負荷面モデルに基づきln p-ln v (p:平均主応力,v:体積)平面に,膨潤線および正規圧密線に加え破砕が顕著となる応力点pより正規圧密線より大きな勾配を有する破砕線を導入し,粒子破砕に伴う塑性体積ひずみを考慮した.この破砕線の勾配の大きさは粒子の破砕のしやすさに依存し粒子破砕がしやすいほど大きな勾配となる.石灰質砂の排水三軸圧縮試験結果との照合の結果,粒子破砕に伴う体積変化(圧縮)を適切に表現でき応力増加に伴う過度の圧縮性を表現できた.2,3)前年度の研究成果である土の構造の効果を考慮したモデルに本年度構築した粒子破砕を考慮したモデルを組込み有限要素解析に拡張し,石灰質堆積物地盤の基礎的モデルを構築し得た.現在のモデル化した石灰質堆積物地盤の挙動を検討中である.

4)これまで,下負荷面モデルは種々の地盤材料の変形挙動の予測に適用され数多くの報告がなされているが,下負荷面モデルの材料パラメータの決定方法に関する研究はほとんどなされていない,本研究ではこれまで適用された材料パラメータを収集整理するとともに,土の種類および初期間隙比に対応させた材料パラメータ表,さらには材料パラメータの簡易決定に資するグラフを呈示した.これらの研究成果は,弾塑性モデルの地盤構造物の力学設計への広範な活用に資すると期待される.
アルドステロンの腎障害におけるプロスタシンの関与とその阻害薬の腎保護作用の研究

近年、心臓や腎臓などの臓器障害にアルドステロン(体内の塩を保持し、カリウムを排泄するホルモン)の関与が証明されたが、その詳細な機序は不明である。我々は食塩により高血圧を発症するラットに蛋白分解酵素(セリンプロテアーゼ)を阻害する薬であるメシル酸カモスタットを投与することにより、高血圧の改善と腎障害が改善することを報告した。そこで、セリンプロテアーゼが高血圧や臓器障害に関与すると考え、アルドステロンと食塩を投与したラットにメシル酸カモスタットを投与した。その結果、高血圧が改善し、腎組織障害も改善することを証明した。さらに、このラットで誘導されるセリンプロテアーゼを同定し、このセリンプロテアーゼが腎障害に強く関与していると考えられた。これらの成績からセリンプロテアーゼ阻害薬がアルドステロンによる腎障害を改善する新たな治療戦略となる可能性が示唆された。I.アルドステロン(Aldo)持続投与ラットにおける腎障害、特に炎症・線維化の検討ならびに降圧薬とセリンプロテアーゼ阻害薬(SERPIN)による腎障害軽減作用・腎保護作用の検討SDラットに浸透圧ポンプを用いてアルドステロン持続皮下注(0.75μg/hr)し、1%NaCl食塩水を飲水させ、4週間経過観察した。4週後、血圧は有意に上昇し、尿蛋白も有意に増加、血清Crも上昇した。realtime PCRの検討により腎臓において線維化マーカーであるType I、TypeIII collagenは有意に増加し、ポドサイト障害のマーカーであるnephrinは有意に低下、B7-1は増加、単球走化活性因子であるMCP-1も有意に増加した。Prostasinの発現増加は認めなかったが、ENaCα、β、γsubunitは増加した。また、腎組織標本において糸球体硬化、間質の線維化所見も認めた。同モデルラットにおいてエプレレノン、ヒドララジンを投与したところ血圧の有意な低下、尿蛋白の減少、血清Crの低下を認め、腎線維化マーカーも有意に減少し、nephrinは増加、MCP-1も有意に低下し、腎組織標本においても有意な組織像の改善を認めた。いずれのデータもヒドララジン群よりエプレレノン群の方が有意な改善を認めた。SERPINであるメシル酸ナファモスタット(FUT)を2mg/kg/hr持続静脈投与した群では降圧効果、組織障害改善効果に有意さを認めなかったため再実験を施行中である。別のSERPINの投与も検討中である。1.prostasinがPARを活性化するかどうかを検討するため、リコンビナントヒトprostasin(100μg/ml)をPAR-1およびPAR-2が発現しているヒト副腎皮質由来のH295Rに添加し、PARの活性化を検討したが、活性化は認めなかった。現在、再実験を施行中である。I.アルドステロン(Aldo)持続投与ラットにおける腎障害、特に炎症・線維化の検討ならびに降圧薬とセリンプロテアーゼ阻害薬(SERPIN)による腎障害軽減作用・腎保護作用の検討浸透圧ポンプを用いてアルドステロン持続皮下注(0.75μg/hr)したSDラットにおいて、8%NaCl食に0.1%メシル酸カモスタット混餌し、4週間与えたところ血圧の有意な低下、尿蛋白および血清Crの有意な低下を認めた。Real time PCRによる検討では、腎線維化マーカーであるType I、Type III collagenが有意に減少し、ポドサイト障害のマーカーであるnephrinは有意に増加、、単球走化活性因子であるMCP-1は有意に低下した。また、腎組織標本において糸球体硬化、間質の線維化所見の改善も認めた。以上のことからアルドステロン投与ラットにおいて経口セリンプロテアーゼ阻害薬であるメシル酸カモスタットが降圧作用を有し、腎保護的に作用することが証明された。II.プロスタシン持続静注ラットにおける腎障害、特に炎症・線維化の検討ならびにセリンプロテアーゼ阻害薬による腎障害軽減作用・腎保護作用の検討1.浸透圧ポンプを用いて、リコンビナントヒトプロスタシン蛋白を4週間持続静注(10μg/kg/hr)するラットモデルを作製し、血圧、1日尿蛋白、尿中Na、K排泄、BUN、血清Cr、Ccrを評価した。プロスタシン投与ラットで血圧上昇を認めず、尿蛋白、尿中Na、K排泄、BUN、血清Cr、Ccrもコントロールと有意差を認めなかった。2.このモデルラットにおいて腎組織標本および線維化マーカー、ポドサイト障害マーカーに有意な変化を来たさなかった。

リコンビナントプロスタシン蛋白の用量設定の問題が腎組織障害を来たさなかった原因と推測されたが、リコンビナント蛋白の大量投与は蛋白の精製上の問題から困難と考えられた。I.プロスタシン持続静注ラットにおける腎障害、特に炎症・線維化の検討ならびにセリンプロテアーゼ阻害薬による腎障害軽減作用・腎保護作用の検討(再実験)1.浸透圧ポンプを用いて、リコンビナントヒトプロスタシン蛋白を4週間持続静注(10μg/kg/hr)するラットモデルを再度作製し、血圧、1日尿蛋白、尿中Na、K排泄、BUN、血清Cr、Ccrを評価した。プロスタシン投与ラットで血圧上昇を認めず、尿蛋白、尿中Na、K排泄、BUN、血清Cr、Ccrもコントロールと有意差を認めなかった。2.このモデルラットにおいて腎組織標本および線維化マーカー、ポドサイト障害マーカーに有意な変化を来たさなかった。リコンビナントプロスタシン蛋白が低用量のため腎組織障害を来たさなかったと推測されたが、リコンビナント蛋白の大量投与は蛋白の精製上の問題から困難であった。3.リコンビナントプロスタシン蛋白投与で腎障害を来たさなかったため、同モデルでのセリンプロテアーゼ阻害薬投与は中止とし、プロスタシントランスジェニックマウスでの実融は保留としている。Iの実験においてリコンビナントプロスタシン蛋白投与で腎障害を来たさなかったため、protease-deadプロスタシン蛋白投与に関しても保留とした。アルドステロン持続投与ラットにおいてプロスタシン以外のセリンプロテアーゼが腎障害に関与している可能性を考慮し、同モデルラットの腎組織ならびに尿のザイモグラフィーを施行したところ、活性が増加したセリンプロテアーゼを検出した。そこでLC-MS/MSを用いて解析を行い、活性が増加したセリンプロテアーゼの同定に成功し、現在、同定したセリンプロテアーゼによる腎障害発生機序に関してポドサイト等を用いた培養細胞系で検討中である。
HIV転写因子Tatと相互作用する新規ヒストンアセチルトランスフェラーゼの解析

HIVの転写調節反応には、Spl、NF一κBが働くこと、HIV由来のTat因子が関与することが示されている。Tatの標的因子は広く解析されているものの、Tatの幅広い機能を説明するには決定的な因子は見出されていない。本研究では、Tatと結合する因子Tip60をTFIID相互作用因子として単離し、クロマチン構造変換因子の一種であるヒストンアセチル化酵素であることを証明した上で、アクチン関連因子Arp4を含む複合体を構成することを明らかにした。1)HIVプロモーターに結合する新規転写因子の単離と機能解析を通してのクロマチン構造変換反応解析Spl結合部位と考えられるDNA配列への結合因子の単離を試み、Splとは異なるがzincfinger構造を持つ新規因子GBFが単離され、DNA結合活性や転写活性化能の解析を行ってきた。DNA結合性因子SplとGBFおよびヒストンアセチル化酵素p300とTip60の機能的相互作用の解析を行い、ヒストンアセチル化酵素ドメインとDNA結合ドメイン間の新規相互作用活性を見出し、その活性がDNA結合活性に協調的に効果を及ぼして働くという新しい分子機構を提唱し、新局面を切り開いた。2)Tatと結合する新規因子の単離と機能解析および複合体の単離と解析TFIID相互作用因子として単離した因子にTat結合因子と一致するものがあり、この因子がヒストンH2A、H3、H4をアセチル化する新規ヒストンアセチル化酵素であることを明らかにし、ヒストンのアセチル化部位とヒストンアセチル化酵素との関係において新しいモデルを提唱してきた。このTip60の細胞内機能を解析するためにin vivoにおける機能複合体の単離・解析を行った。この機能複合体にはアクチン関連因子Arp4が含まれ、ヒストンアセチル化酵素サブユニットと相互作用活性を担うことを明らかにした。
錯覚を利用したサイバースペース介入システムの試作と評価

本研究課題では、仮想空間(サイバースペース)における、より直感的な操作を可能とするインタフェースデバイスの開発を目的とし、知覚心理学領域で報告された錯覚を応用することで、仮想の物体に身体感覚を誘発させるシステムの試作を行い、その効果について検討を行った。実験システムの構築にあたり、仮想の手と実際の手との空間的整合性を保って呈示するディスプレイシステムを開発した。このディスプレイシステムと、触覚フィードバック機構を備えたデータグローブ、視覚刺激用映像と触覚刺激を同期させて出力するコンピュータによって、実験システムを構築した。構築したシステムを用いて、仮想の手にも身体感覚を誘発させる錯覚が発生するか実験的に検証を行った。次に、錯覚発生に影響する要因について、錯覚を誘発しやすい視・触覚刺激の呈示方法、およびサイバースペースの表現方法について、評価実験により検討を行った。実験の結果、仮想の物体にも同様に錯覚が発生することが確認された、また、刺激呈示方法については、刺激定位がより正確に知覚できる条件でもっとも錯覚が発生しやすいことがわかった。さらに、本システムのインタフェースシステムとしての効果を検証するために、実験で用いたシステムにインタラクションを可能にする機構を付加した。このシステムを用い、インタラクションを付加させた状態の錯覚発生に与える影響について、インタビュー法による主観評価実験を行った。結果として、インタラクションを実現させるために必要な装置を手指に付加させることが、錯覚発生を抑制してしまうという意見が多く聞かれた。インタフェースとして錯覚を利用するためには、その表現方法についての工夫が必要になると示唆された。本研究で得られた知見から、今後の課題として、インタラクションを付加させる際の、システムの構築方法について検討が必要であると考えられた。
Duchenne型筋ジストロフィーのDRP upregulationによる治療法の開発

第6染色体に局在するdystrophin homologueDRPのupregulation機構を解明し、DMD治療の開発への道筋を得ることを目的に、(a)DRP gene構造の全解明、(b)DRP特異抗体の開発、(c)DRP遺伝子発現の調節因子特に発現捉進因子の同定をめざした。このうち(a)は本研究開始時点で他の研究者が発表したため、(b)の特異的抗DRP抗体を開発し、まず免疫組織およびmRNAレベルでDRPの組織特異性を検討した。その結果DRPは非常に広範な細胞に発現されており、しかもその局在は骨格筋とは異なり細胞質全域に分布していた。このことはDRPがほとんどすべての細胞で未解明ながら重要な機能に携わっている可能性を示唆した。さらに(c)のDRP発現調節の特異的因子は検討した限りでは同定できず、ジストロフィンの特異的発現因子としてdibutyryl cAMPが同定されたのみであった(BBRC 210:654-659,1995)。その為非筋細胞でのDRP機能が解明されない限りDMD治療に応用は困難であると考え、発現量の多い末梢神経のSchwann細胞をえらび、DRP/dystrophin isoform=Dp116とdystrophin-associated glycoproteins(DAGs)の構造機能解明へと進めた。その結果、骨格筋とは全く異なる関係が判明してきており、1.DRP,Dp116ともに形質膜直下にのみ存在するのでなく細胞質に広く分布し,DAGsとのみ結合するものでない。2.いわゆるDAGsは120kD αdystroglycan,43kD βdystroglycanのdystroglycan complexが細胞外の神経型lamininと架橋をつくる。3.その結合にはαdystroglycanの糖鎖が重要でシアル酸構造が担っている。4.sarcoglycan complexは存在しない。今後のDAGs結合DRPと非結合DRPの機能解明が必要である。Duchenne型筋ジストロフィー(DMD)はXp21.1に存在する巨大遺伝子の欠失,転座,重複により,その遺伝子産物dystrophin(-400kD)が欠損/機能消失した状態であり,Becker型筋ジストロフィー(BMD)は同遺伝子の同様の異常に基づくabberant dystrophinによる機能不全条態である。DMD遺伝子産物は400kD,116kD,71kD,apodystrophin等複数のisoformが存在し,骨格筋を含む多組織に発現するが,臨床的には骨格筋、心筋および脳の細胞死が主である。現在dystrophin欠損による細胞死(筋ジス発症)の機序は解明されていないが,仮説として形質膜直下に存在するdystrophinが形質膜内糖蛋白複合体を介して細胞外基底膜lamininに結合している為,この系の破壊により筋形質泣く破損を生じ筋細胞死を招くとの考えが提唱されている。これに対し、DMD/BMDの治療法は全く確立しておらず、試みにDMD DNA/RNAの筋内局注,DMD遺伝子発現細胞の筋内局注,正常筋移植等が精力的に行われているが,極めて不十分である。

本研究は第6染色体に遺伝子座位をもつdystrophin関連蛋白utrophin(400kD)がジストロフィー筋をrescueする可能性を考え、utrophin発現機序の解明とutrophin発現促進因子の同定を行い,utrophin upregulationによる治療法の開発の基礎資料を得ようとしている。初年度(H5)はutrophinの多く発現している組織の同定血管内皮細胞,線維芽細胞であった。肺は血管内皮細胞に多いと考えられる。ただし,dystrophinと異なり,形質膜直下のみでなくcytosolに多く局在しており,異種のutrophinが同一細胞に発現している可能性があり生化学的に検討を続けている。平成6年度までに特異的抗DRP抗血清を開発し免疫組織およびmRNAレベルで組織特異性を検討した結果、DRPは血管内皮・神経系を含む非常に広範な細胞に発現しており、しかもその局在は骨格筋とは異なり細胞質全域に分布すること。従ってDRPは非常に広範な細胞で何らかの重要な機能に携わっている可能性が考えられた。またDRP発現調節の特異的因子は検討した限りでは同定できず、specific upregulator for dystrophinとしてdibutyryl cAMPが同定されたのみであった(BBRC210: 654-659, 1995)。その為非筋細胞でのDRP機能が解明されない限りDMD治療に応用は困難であると考え、非筋細胞でDRP及びその結合膜糖蛋白群の機能解明をすすめた。これはその発現量の多さから末梢神経のSchwann細胞をえらび、DRP/dystrophin isoform=Dp116とdystrophin-associated glycoproteins (DAGs)との関係をもとめた。その結果、骨格筋とは全く異なる関係が判明した。即ち、1.DRPとDp116ともに形質膜直下に存在するばかりでなく細胞質にも広く分布し,DAGsとのみ結合するものではない。2.DAGsは120kD αdystroglycan, 43kD βdystroglycanのdystroglycan complexが細胞外の神経型lamininと架橋をつくる。3.dystroglycanは細胞外agrinとも結合する。4.その結合にはαdystroglycanの糖鎖が重要でシアル酸構造が担っており、Caionを必要とする。
ホメオ遺伝子と細胞周期調節遺伝子による細胞分化と増殖の調節

Goosecoid遺伝子はアフリカツメガエルの原口背唇部に発現され、Spemannのオルガナイザーとして働く。そしてこの遺伝子はアフリカツメガエルの胚で背側化効果を持つ。我々はこの遺伝子を赤芽球系細胞に発現させるとアクチビン反応性のへモグロビン産生誘導が阻害されることを見い出した。また、我々はレチノブラストーマ(Rb)とgoosecoid蛋白質に結合している38-40kDaの分子がアクチビン刺激すると減少すること、およびこの分子はPU.1であり、Rbもgoosecoid蛋白質もこの分子のN末に競合的に結合することを発見した。さらに、N末PU.1またはPU.1をgoosecoid遺伝子と同じプロモーターの支配下に発現することで上述の赤芽球のgoosecoidによる分化抑制は解除された。他方、我々は神経堤細胞由来であるラット褐色腫細胞株PC12にgoosecoid遺伝子を発現させると、NGF反応性の神経突起伸長が促進されることを見い出した。このとき、神経突起に強く発現しているニューロフィラメント-LとMAP-1bの発現が増強されていた。また、goosecoid遺伝子は赤芽球のDNA合成期の細胞の割合には影響をほとんど与えないが、PC12細胞にはDNA合成期の細胞を減少させる効果をもった。サイクリンD1はNGF刺激で増加することが報告されているが、goosecoid遺伝子はPC12細胞のサイクリンD1発現に影響をほとんど与えなかった。申請者はUCLAのEddyM.De Robertis、Martin Blum両博士からマウスgoosecoidゲノム遺伝子の供与を受け、この遺伝子の発現に初めて成功した。goosecoid遺伝子をマウスの赤芽球に発現させるとこの細胞は赤血球に分化しなくなる。しかも、この分子GSCはin vitroで転写因子PU.1と結合することを見い出した。PU.1はRBとともに赤血球の終末分化に必須であることがノックアウトマウス作製によって証明されており、しかもin vitroで互いに結合することが知られている。本研究の第一の目的はGSC、PU.1、RBの三者がどのように血球の発生・分化を調節しているかを解明することにある。第二の目的はgoosecoidが神経細胞の分化に際してb-HLHファミリーの別な分子と結合して分化を促進している可能性を検討することである。1.分化能の低下したF5-5・GSC-74-3細胞(goosecoid遺伝子を発現した赤芽球細胞)にPU.1遺伝子を導入すると、赤血球への分化能が回復した。このときPU.1はアクチビン添加時に減少し、ややサイズが小さい分子が出現した。2.すべての血液細胞の発生に必須と考えられているSCL遺伝子産物とGoosecoid蛋白質(GSC)は結合しないが、GSCがPU.1を介してSCLの機能を調節する可能性を検討した。PU.1はSCLと結合しなかった。F5-5・gsc-74-3細胞にSCL遺伝子を導入しても分化能の回復は認められなかった。ただし、抗SCL抗体反応性の分子がF5-5・gsc-74-3細胞で低下していた。3.神経堤細胞由来PC12にNeuroD遺伝子を発現させても効果は認められなかったが、goosecoid遺伝子を発現させるとニューロフィラメント発現を増強させた。4.神経堤細胞由来PC12にgoosecoid遺伝子を発現させるとサイクリンD1は減少しないのに、S期の細胞の割合が減少した。我々はこの遺伝子を赤芽球系細胞に発現させるとアクチビン反応性のヘモグロビン産生誘導が阻害されることを見い出した。

この事実はフローサイトメトリー、蛍光顕微鏡でも確認した。また、goosecoid遺伝子は赤芽球のDNA合成期の細胞の割合には影響をほとんど与えないが、PC12細胞にはDNA合成期の細胞を減少させる効果をもった。サイクリンDlはNGF刺激で増加することが報告されているが、goosecoid遺伝子はPC12細胞のサイクリンD1発現に影響をほとんど与えなかった。この事実はフローサイトメトリー、およびウエスタンブロットで確認した。goosecoid遺伝子はPC12細胞のNGFへの移動を促進させる効果を持った。これはマトリゲルをコートした8ミクロンの穴の開いたメンブレンをPC12細胞がNGFを含まない培地から含む培地へと移動する実験によった。また、HES-1発現によるPC12細胞のNGF反応性の抑制はgoosecoid遺伝子の発現では解除されなかった。
大規模テキストからの語横断的フレーム知識の獲得と意味解析への応用

本研究課題の目的は、大規模テキストからの語横断的フレーム知識の自動獲得、および、自動獲得したフレーム知識に基づく実用的な意味解析システムを実現することである。本年度は、日本語を対象に自動獲得されたフレーム知識である京都大学格フレームを、英語を対象に人手で整備されたフレーム知識であるFrameNetに対応付けることにより、語横断的フレーム知識を構築し、さらに、対応付け知識に基づく日本語意味役割付与システムの構築に取り組んだ。フレームの対応付けに関しては、まず対訳辞書に基づく教師あり手法により日本語と英語間の言語横断単語意味ベクトルを構築し、続いて構築したベクトルを用い、京大格フレームに含まれる用例情報と、FrameNetに含まれる注釈付き文から得られる用例情報の類似度を算出することで、京大格フレームに含まれるフレームをFrameNetのフレームに対応付けた。意味役割付与システムの構築に関しては、日本語テキストを、京大格フレームに基づく述語項構造解析器であるKNPを用いて解析することで、入力されたテキスト中の要素を京大格フレームの格に対応付け、その対応付け結果をFrameNetの意味役割に変換することにより、日本語テキストを対象とした意味役割付与システムを構築した。評価は日本語版FrameNetに含まれる注釈文を用いて行い、日本語の教師データを使わない設定において、39.2%の精度でフレームを同定、28.8%の精度でフレームと意味役割のペアを正しく推定できることを示した。自動構築したフレームの語横断的な関連付け、および、それに基づく意味役割付与システムの構築を行ったものの、現時点ではその対象は限定的であり、よりカバレッジおよび精度の高いモデルの実現のために必要となる、手法の精緻化、および、大規模な実験までは実施できていないため。本年度取り組んだ京大格フレームとFrameNetの対応付けモデルの問題点を明らかにし、よりカバレッジおよび精度の高いモデルの実現のため、手法の精緻化、および、大規模な実験に取り組む予定である。本年度は、第一段階として,フレーム項の意味役割の分析,および,ベクトル表現に基づくフレーム項の意味カテゴリの記述に取り組んだ。まず、語横断的な格の意味役割の分析を1つの目的として、日本語二重目的語文の基本語順の分析を行った。分析結果が示唆する結論として、1)日本語二重目的語文の基本語順は動詞により異なる、2)PassタイプとShowタイプといった動詞のタイプは基本語順とほとんど関係しない、3)対象の動詞に対し省略されにくい格は動詞の近くに出現しやすい、4)基本語順はニ格の意味役割により変化する、5)対象の動詞と高頻度に共起するヲ格名詞・ニ格名詞は動詞の近くに出現しやすい、という5つの結論が得られた。この結果から、項の語順選好が、項の役割推定の手掛りとなる可能性があることが分かった。また、格フレームの用例カバレッジの問題に対処するため、フレームの項が取りうる名詞集合の、ベクトル空間上での意味表現の獲得を目指した実験を行った。具体的には、フレームの特定の項の用例として収集された名詞のベクトルの集合を、ベクトル空間上の多次元ガウス分布で表現することにより、学習ベースのモデルには及ばなかったものの、単純にベクトルの平均値からの距離で選択選好を表現するより、正確に選択選好を表現できることを確認した。二重目的語文の基本語順の分析に関しては、項の語順選好と、意味役割の間に何らかの関係があることを示唆する結果が得られるなど一定の成果が得られたが、フレーム項の意味カテゴリの記述に関しては、試行したモデルでは十分な精度が実現できていないため。本年度は、異なる語彙、異なる言語間のフレームの対応付けを行うために、特定の意味クラスに属する単語埋め込みベクトルが、意味ベクトル空間においてどのように分布しているかの分析、および、その意味クラスに属しているかどうかの識別タスクに取り組んだ。具体的には、特定の意味クラスに属する語のベクトル集合が与えられた場合に、そこに含まれない語がその集合の要素となりうるかを識別するタスクに取り組み、与えられた集合(正例)のみに基づく4つのモデルと、与えられた集合以外の語(負例)も考慮した2つのモデルを比較することで、対象の意味クラスに属するかどうかの識別には対象のクラスに属さない単語の情報が重要であることを明らかにした。続いて、語横断的、言語横断的な語彙知識の構築を行うため、英語を対象に人手で整備されたフレーム知識であるFrameNetと、日本語を対象に自動獲得された語彙知識の対応付けを目指し、データの整備に取り組んだ。具体的には、日本語を対象に自動獲得された語彙知識として京大格フレームを利用し、言語横断的な単語ベクトルを手掛りとして、FrameNetに記載された各フレームを喚起する語の集合と日本語の動詞の類似度、および、FrameNetの情報が付与されたコーパスから得られるフレーム要素を埋める語の集合と、対象の動詞の格フレームの各格スロットの用例の類似度を考慮することで、FrameNetと京大格フレームの対応付けを行うことを目的とし,必要なデータの整備を行った。大規模テキストからの語横断的フレーム知識の自動獲得,および、自動獲得したフレーム知識に基づく実用的な意味解析システムの実現に向けて必要となる分析・準備を進められたため。

本年度は、日本語を対象に自動獲得されたフレーム知識である京都大学格フレームを、英語を対象に人手で整備されたフレーム知識であるFrameNetに対応付けることにより、語横断的フレーム知識を構築し、さらに、対応付け知識に基づく日本語意味役割付与システムの構築に取り組んだ。フレームの対応付けに関しては、まず対訳辞書に基づく教師あり手法により日本語と英語間の言語横断単語意味ベクトルを構築し、続いて構築したベクトルを用い、京大格フレームに含まれる用例情報と、FrameNetに含まれる注釈付き文から得られる用例情報の類似度を算出することで、京大格フレームに含まれるフレームをFrameNetのフレームに対応付けた。意味役割付与システムの構築に関しては、日本語テキストを、京大格フレームに基づく述語項構造解析器であるKNPを用いて解析することで、入力されたテキスト中の要素を京大格フレームの格に対応付け、その対応付け結果をFrameNetの意味役割に変換することにより、日本語テキストを対象とした意味役割付与システムを構築した。評価は日本語版FrameNetに含まれる注釈文を用いて行い、日本語の教師データを使わない設定において、39.2%の精度でフレームを同定、28.8%の精度でフレームと意味役割のペアを正しく推定できることを示した。自動構築したフレームの語横断的な関連付け、および、それに基づく意味役割付与システムの構築を行ったものの、現時点ではその対象は限定的であり、よりカバレッジおよび精度の高いモデルの実現のために必要となる、手法の精緻化、および、大規模な実験までは実施できていないため。今後は,現在のところ十分な精度が得られていない,ベクトル表現に基づくフレーム項の意味カテゴリの記述の精緻化に引き続き取り組む予定である。また,並行してフレーム間の意味関係知識の獲得にも取り組む予定である。引き続き,英語を対象に人手で整備されたフレーム知識であるFrameNetと、日本語を対象に自動獲得された語彙知識の対応付けに取り組み,日本語を対象とした意味役割付与システムの実現に取り組む予定である。本年度取り組んだ京大格フレームとFrameNetの対応付けモデルの問題点を明らかにし、よりカバレッジおよび精度の高いモデルの実現のため、手法の精緻化、および、大規模な実験に取り組む予定である。本年度は小規模な実験が中心であったため,予定していた新たな計算機の導入が必要とならなかったため。事前に想定したよりも国内会議への参加が少なかったため次年度使用額が生じた。本年度は研究成果の報告等に使用する予定である。事前に想定と異なり国際会議に参加しなかったため次年度使用額が生じた。次年度に向けて,特にニューラルネットに基づくモデルを構築するために,GPU性能を重視した計算機を導入する予定である。
臨床に即した喉頭麻痺モデル動物の作成と内喉頭筋の二重神経支配に関する研究

反回神経傷害後、部分的神経支配が存在する甲状披裂筋に対し神経筋弁移植術を行う場合、残存する反回神経と移植した頸神経が各々拮抗し新たな神経再支配の確立が妨げられる可能性がある。反回神経脱神経後部分的再生を認める甲状披裂筋モデル動物を作成し、このモデル動物を用い甲状披裂筋に神経筋弁移植術を行うことで、反回神経と頸神経ワナの二重神経支配がおこるかどうかを検討することを目的とした。結果は反回神経脱神経後部分的再生を認める甲状披裂筋に対しても神経筋弁移植術は有効であることが確認された。前年度に行なった研究結果の妥当性を検証するため、我々が使用した動物モデルが本当に臨床に即した、脱神経後の過誤支配に伴い部分的に神経再支配を認める甲状披裂筋であるのかを検証する必要がある。前年度に使用したシリコンチューブモデルを使用し、処置後5,10、15週後に内視鏡を用いて処置側の声帯が固定していることを確認した。さらにシリコンチューブの遠位端と近位端の切断切片を用いて、神経線維に対する免疫染色を行ないさらに甲状披裂筋の断面積も計測した。さらに筋電図を施行し神経再支配の有無を検証した。神経線維を同定するためneurofilamentに対する抗体を用いた免疫染色により経時的にチューブの遠位端でも神経線維の再生を認めた。また甲状披裂筋の断面積も処置を行なわなかった正常側との比較を行ない処置後経時的に断面積が増大していることを画像解析ソフトを用いて確認した。また筋電図学的に、処置側および無処置側の潜時を計測し経時的に活動電位が明らかに無処置側と比較して増幅していることを確認した。以上の検証により、組織学的および電気生理学的に反回神経の再生および甲状披裂筋の神経再支配および萎縮の抑制を同定した。これにより我々が使用したシリコンチューブモデルは臨床に即した反回神経傷害モデルすなわち部分的に神経再支配が残存するが声帯は固定した状態であることが確認され、前年度このモデルを使用した研究成果の妥当性を確認できた。今後は以上の成果を論文、学会等で発表するためにまとめていく。本研究では、反回神経脱神経後部分的再生を認める甲状披裂筋モデル動物を作成し、このモデル動物を用い甲状披裂筋に神経筋弁移植術を行うことで、反回神経と頸神経ワナの二重神経支配がおこるかどうかを検討することを目的とし、まずモデル作成を行なった。ウィスター系ラットを用い、左反回神経を切断し完全に脱神経させた動物モデルを脱神経群とした。また、左反回神経を一旦切断後、断端間を1mm離した状態でシリコンチューブ内に挿入したモデルをシリコンチューブ群とし、上記処置の5週後に甲状披裂筋に神経筋弁移植術を行ったものを神経筋弁移植群とした。神経筋弁移植群において、反回神経切断部の中枢側を電気刺激すると甲状披裂筋に誘発活動電位を認めた。一方移植した頸神経ワナを電気刺激すると同様に甲状披裂筋に誘発活動電位を認めた。このことから、部分的に反回神経支配の存在する甲状披裂筋においても、もともとの反回神経と移植した頸神経ワナからの二重神経支配の生じたことが明らかとなった。甲状披裂筋の筋全体および単一筋線維の断面積の定量的に検討では、神経筋弁移植群がシリコンチューブ群に比較して、より筋萎縮が抑制されたことが明らかだった。また、中心核を有する筋線維細胞数の割合も神経筋弁移植群がシリコンチューブ群と比較しても有意に多く、神経筋弁移植群の甲状披裂筋では再生過程にある筋線維の割合が有意に多いといえた。また、神経筋接合部(神経終末およびアセチルコリン受容体)の変化においては、神経筋弁移植群の神経終末数とアセチルコリン受容体数は、シリコンチューブ群よりも多かった。組織学的および電気生理学的な検証により、脱神経後、部分的に反回神経支配が存在する甲状披裂筋に対して、神経筋弁移植術を行うことによって、新たな神経支配の確立されることがラット喉頭を用いて確認された。ラットの左反回神経切断後、切断端間を1mm離した状態でシリコンチューブ内に挿入し、神経再生を促すことで脱神経後部分的神経再生を認めるモデル動物を24匹作成した。

このうち12匹には本処置単独、残りの12匹は本処置後5週後に神経筋弁移植術を行いさらに15週後にまず声帯の可動性を確認したうえで喉頭を摘出し、甲状披裂筋の誘発筋電図、甲状披裂筋と神経終末の組織学的な変化を経時的定量的に検討し、反回神経と頸神経ワナによる甲状披裂筋の二重支配の有無を検討した。結果は筋断面積、神経終末数、アセチルコリン受容体数、神経終末数/アセチルコリン受容体数の比率はいずれも神経筋弁移植術を行った群で有意に増大した。電気生理学的にも頸神経わなを刺激することで麻痺側甲状披裂筋誘発筋電図の振幅の有意な延長を認めた。以上により反回神経脱神経後部分的再生を認める甲状披裂筋に対しても神経筋弁移植術は有効であることが確認された。前年度に用いた動物モデルの妥当性を証明することができた。電気生理学的な検討も行っている。当初の予定通りモデルを作成し、その妥当性を証明した。また、仮説に従って、組織学的および電気生理学的な検証を行っている。個体数を増やしてさらに確実に検証を行い前年度の研究成果とともに論文にまとめ学会で発表するモデル数を増やし、定量的解析を行う予定である。個体数を増やし組織学的、電気生理学的に本研究の仮説と動物モデルの妥当性を示す必要がある。動物個体、免疫染色に使用する一連の物品、電気生理学的検査に必要な一連の物品の購入のためまた論文投稿、学会発表のための費用消耗品費として、実験動物(ラット)、飼育料、一般試薬、各種抗体、筋電図用白金線が必要である。またその成果を発表するための旅費も必要である。
低温磁気測定のための高分解能局所磁場3次元マッピングシステムの開発

本研究においては、低温かつ磁場中での局所磁場分布測定システム開発のために、ヘリウムフロー型の低温冷却装置、液体窒素冷却型マグネット、偏向顕微鏡などの装置を整備し、高温超伝導体の様々な単結晶試料の局所磁場分布について測定を行った。測定は主に磁気光学効果の一つであるファラデー効果を持つ磁性薄膜を用いて、2次元磁場分布をコントラストの画像データとして取り込むことにより行った。2次元分布については、試料直上に磁性薄膜をグリースで固定することにより、4Kまでの温度、2500Oeまでの磁場範囲での超伝導体の臨界状態の磁場分布測定に成功した。ここで位置の分解能は光の波長程度である5000Å、磁場分解能は数G程度であった。3次元分布については、試料移動機構を自作し、Z軸ステージにより試料と磁性薄膜の距離を可変にした。磁性薄膜のホルダと試料ホルダのそれぞれの部分に温度計を取り付けそれぞれの温度をモニタしながら測定を行った。しかしながら、この改造により試料部分の冷却と外部(Z軸ステージと直結している)からの熱流入のバランスをとるのが非常に困難であることが分かった。この点を克服するために、試料ホルダの改良などを行ったが、試料の最低到達温度は60K程度、磁性薄膜部分で40K程度までと限られた温度範囲でのみ測定が可能である。この様な測定から、試料内部における電流分布をかなりの精度で決定することが可能になり、特にいくつかの高温超伝導体の単結晶試料では、結晶構造から予想される特徴的な臨界電流密度の異方性の定量評価に初めて成功し、局所磁場の測定の有用性を示すことができた。今年度の成果として、ヘリウムフロー型の低温冷却装置とマグネットの作製および試料ホルダーの設計が完了した。申請している3次元局所磁場マッピング用の試料ホルダーを作製する前に、移動機構を持たない2次元マッピングについてはテストを行い、観察に成功している。イットリウム系と呼ばれる高温超伝導体について、低温で2次元分布の測定を行い、この系で見られる双晶境界上に磁束が侵入する様子が観察された。また、磁場を800Oeかけた状態で温度を8Kから50Kまで変化させたところ、このような磁束の侵入は15K以上ではあまり見られず、低温と高温で双晶境界上での磁束のピン止めの違いを示唆していることが明らかになった。また、同じ試料をマクロな磁化測定を行ったところ、ちょうど15K以下ぐらいからゼロ磁場付近に見られるピークが以上にシフトしていくことがわかり、ミクロな局所磁場測定とマクロな磁化測定がほぼ対応していることがわかった。さらに、非双晶の単結晶を得ることに成功し、低温での局所磁場を観察したところ、Cu-O鎖に平行な方向での臨界電流密度が、垂直方向よりも大きいことが見出された。これは、Cu-O鎖が超伝導性を担っていることを示唆しており、ミクロな局所磁場測定によってはじめて議論が可能になった。本申請のテーマである3次元的な局所磁場マッピングについては、移動型試料ホルダーの作製を残しているが、これが可能になれば上で述べたような現象を解析する際、より定量的なものとなることが期待される。本研究の成果として、ヘリウムフロー型の低温冷却装置、液体窒素冷却型マグネット、偏光顕微鏡からなる局所磁場マッピングシステムを構築した。試料を固定して観察を行う2次元マッピングについては室温から4Kまでの測定が可能となり、磁場範囲についても液体窒素冷却型マグネットを用いることにより2kOeまで可能となった。これにより高温超伝導体単結晶の超伝導状態における磁場の侵入の様子を画像としてとらえることに成功した。

さらに、非双晶の単結晶を得ることに成功し、低温での局所磁場を観察したところ、Cu-O鎖に平行な方向での臨界電流密度が、垂直方向よりも大きいことが見出された。これは、Cu-O鎖が超伝導性を担っていることを示唆しており、ミクロな局所磁場測定によってはじめて議論が可能になった。次に試料を移動させる機構を持つ3次元的な局所磁場マッピングシステムを構築した。現時点では、試料の最低到達温度は60Kであり、磁場分布測定のための磁性膜については最低到達温度が40Kまでとなっている。顕微鏡下の測定を前提に、ヘリウムフロー型のクライオスタット中に移動機構をとりつけたため、外部からの熱流入を抑えるのが困難であり、現時点ではこのような温度範囲に限定されている。このため、超伝導体については高温では臨界電流密度が小さくなってしまうために、2次元分布測定と比較出来るほどの画像が3次元分布では得られず、より到達温度を下げる必要がある。このために冷却装置の改良を現在進めている。
カーボンナノチューブを中枢材料としたナノトライボロジーの研究

カーボンナノチューブを中枢材料とする先進炭素材料はナノマシンやマイクロマシン、次世代高密度磁気記録、バイオナノなどの分野への応用が期待されている。運動や情報を正確に伝達するためにはナノトライボロジー特性を明らかにする必要があるので、カーボンナノチューブやオニオンライクカーボンなどの炭素材料を対象に超高真空および大気中で作動する原子間力顕微鏡を用いて研究を行った。カーボンナノチューブはマイクロニュートンの接触力では凝着ゼロ、1を越える超高摩擦係数、相手材料の曲率半径、硬さに依存せず、すべり速度の影響もなく、摩耗ゼロという極めて特徴的なトライボロジー特性を示すことがわかった。このような特徴を有するトライボロジー材料は現在まで報告が全くなされていない。さらにミリニュートンオーダーの接触力では、10^<-1>の摩擦係数を示したが、これはカーボンナノチューブがシート状のグラファイトに変化することに起因することを明らかにした。ニュー・トンオーダーの接触力では10^<-2>の摩擦係数へと減少し、この傾向は基油に混合することで著しい効果を示した。この場合も摩擦過程中におけるカーボンナノチューブの自己組織化が原因となっていることを高分解能透過電子顕微鏡によって明らかにした。オニオンライクカーボンは超高真空中および基油中で超低摩擦を示し、固体潤滑剤として有望であることが判った。フラーレンC_<60>はナノニュートンの接触料では比較的マイルドな摩擦形態をとるが、ミリニュートン以上の接触力では運動をストップさせるほどの高摩擦を示した。従って本研究により、先進炭素材料の組み合わせで円滑なすべり運動と停止機能とを設計することが可能であることを示すことができた。また、単一のカーボンナノチューブとグラファイトとのナノニュートンの接触荷重領域において、ファンデルワールス力とπ-π*結合の力とを分離して考察できる可能性を示した。カーボンナノチューブ側面のグラフェンシートはグラファイトと同様の表面構造を有しており、良好な潤滑特性を示すと考えられることから、トライボロジーへの応用が注目されている。本研究ではカーボンナノチューブを垂直配向させた薄膜のトライポロジー特性について、まず耐荷重特性を明らかにした。mN荷重下ではカーボンナノチューブは摺動方向に完全に押倒され回復せず、直径が増大した繊維状物質や膜状物質に変化した。しかしながら摩擦係数は低く0.2程度であった。μN荷重下でのマイクロトライボロジー特性はアモントン-クーロンの摩擦特性をほぼ満たしているが、摩擦係数が1を超える高い値であることを見出した。AFMによる摩擦過程を直接SEM内で観察した結果、これだけ高い摩擦係数でありながら、1000回近くの繰返し摩擦に対して、摩耗がゼロであった。このように、カーボンナノチューブは荷重によってトライボロジー特性が大きく異なる。さらに、nN荷重下でのナノトライボロジー特性を研究するためにUHV-AFM/STMを運転中であり、現在Si(7×7)構造やカーポンナノチューブの微細構造を同定して、トライポロジー特性の解析を行っている。またSi基板上に分子線エピタキシー法を用いて成長させたC_<60>薄膜に関して、C_<60>-基板間の相互作用の大きさの墓いがC_<60>薄膜のナノトライボロジー特性に与える影響を解析し、C_<60>と基板との相互作用が小さいとC_<60>が移動するため、エネルギー散逸で摩擦係数が大きくなることを見出した。また300kVの電子線照射で作製したオニオンライクカーボンは0.2程度の摩擦係数を有することが判った。これらの組合せで最適なトライボロジーペアを得ることを考察している。