hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
糖尿病性神経障害発症機構の解明と治療法開発に向けた基礎研究

本研究では、糖尿病性神経障害の分子機構の解明を目的として実施した。特に2型糖尿病と最も相関が高い危険因子の一つとして同定されたCDKAL1に着目し、Cdkal1欠損マウスを用いて研究を行った。全身性および膵β細胞特異的Cdkal1欠損マウスに対して、各種末梢感覚試験を実施した。膵β細胞特異的Cdkal1マウスでは、感覚異常は認められなかったが、全身性Cdkal1欠損マウスでは、すべての感覚試験において感覚鈍麻が認められた。また、全身性Cdkal1欠損マウスでは、末梢真剣線維および脊髄後根神経節の脱落が認められた。さらに、同マウスでは脊髄後根神経節におけるBDNF量が低下していた。1.糖尿病性神経障害の分子機構の解明1012週齢のCDKAL1欠損(KO)マウスおよび(WT)野生型マウスに高脂肪食を12および20週間自由摂食させた。高脂肪食を負荷したKOマウスは、耐糖能が低下していることを糖負荷試験で確認した。これらマウスを用いて、以下の項目について検討した。1KOマウスにおける神経栄養因子分泌量の検討・・・KOマウスとWTマウスの腰髄を摘出し、トータルRNAを精製した。BDNFのmRNA量について、定量PCR法にて検討した。KOマウスとWTマウスでは有意な差は認めなかった。一方、血清中のBDNF量について、ELISA法にて検討した。すると、KOマウスの血清ではBDNF量が低下してた。さらに高脂肪食を負荷したKOマウスでは、さらにBDNF量が低下した。2KOマウスにおける神経細胞変性についての検討・・・もしプロセシングされない神経栄養因子が神経内に蓄積すると、神経細胞死が誘導されることが推察される。そこでKOおよびWTマウスの腰髄を摘出し、薄切片を作製後、TUNEL染色を行った。高脂肪食負荷KOマウスでは、TUNEL陽性細胞が増加した。3KOマウスの感覚神経機能の評価・・・WTとKOマウスの感覚神経機能を比較するため、ホットプレート試験を行った。KOマウスでは、温度感覚の鈍麻が認められた。またアセトンによる冷温覚試験でも、KOマウスでは感覚が鈍麻していた。一方、KOマウスの痛覚はWTと有意差は認められなかった。計画していた研究内容はすべて実施することができた。さらに、仮説どおりCdkal1欠損マウスでは神経感覚が鈍麻していることが示されたため。糖尿病性神経障害(DN)は糖尿病の合併症の中でも最も頻度が高いとされているが、未だ有効な治療法及び予防法は無い。DNは、患者のQOL及び生命予後と深く関わるため、原因解明及び有効な治療法の開発が急務である。Cdkal1は、2型糖尿病危険遺伝子の一つであるが、その分子機能はリジンに対応するtRNAのチオメチル化修飾酵素である。我々は、Cdkal1欠損マウスに高脂肪食を長期間投与すると、下肢の感覚運動神経障害が頻発することを見出した。そこで本研究では、Cdkal1欠損マウスがなぜDNを発症しやすいのか、その分子機構を解明することにより、DNの分子メカニズム解明と同疾患新規マーカーならびに有効な治療法を提示することを目的として実施した。平成28年度は、KOマウスにおける神経栄養因子の後根神経節細胞内への蓄積について免疫電顕で検討した。神経栄養因子の蓄積は認められなかったが、小胞体の膨張と層構造の崩壊が認められ、小胞体ストレスが誘導されていることが明らかになった。次にKOマウスの感覚神経機能の評価を形態学的に検討した。その結果、神経繊維の脱落がKOマウスの末梢感覚神経に認められた。さらに、KOマウス末梢神経の神経栄養因子翻訳時の誤翻訳、小胞体ストレス、神経細胞死の有無について検討した。WTおよびKOマウスから後根神経節を摘出し、初代細胞培養をした。その後、NGF、VEGFA、NT-3を各特異抗体で免疫沈降し、SDS-PAGEゲルに電気泳動することにより、WT神経細胞とKO神経細胞の神経栄養因子の翻訳速度及び翻訳精度について比較検討したところ、KOマウスでは神経栄養因子の翻訳速度が低下していた。当初計画していた研究について、すべて実施することができた。Cdkal1ノックアウトマウスの後根神経節細胞内に神経栄養因子の蓄積は認められなかったが、小胞体ストレス像を確認することができ、当初の仮説どおり、糖尿病性神経傷害に分子機構として、tRNA修飾低下により誤翻訳が生じ、その結果小胞体ストレスを惹起することが示された。1.Cdkal1欠損(KO)マウスにおける神経栄養因子の後根神経節細胞内への蓄積の検討・・・野生型およびKOマウスに高脂肪食を8週間自由摂食させた。同マウスから後根神経節を摘出し、感覚神経細胞内における神経栄養因子のmRNA量およびタンパク質量について検討した。BDNFのmRNA発現量は、野生型マウスとKOマウスで差は認められなかったが、BDNF蛋白質量は、KOマウスでは野生型マウスの45%まで低下していた。また、野生型およびKOマウスの後根神経節における小胞体ストレス関連遺伝子(Bip、Chop、Elf2、Xbp1、Spliced Xbp1)の発現について定量PCR法にて検討したところ、Bip、ChopならびにXBP1スプライスドフォームの発現が、KOマウスで有意に上昇していた。

2.KOマウスの感覚神経機能の評価・・・WTとKOマウスの感覚神経機能を比較するため、KOマウスとWTマウスの足底部および後根神経節をホルマリン固定後、薄切片を作製した。H.E.染色後、各神経繊維のマーカータンパク質に対する抗体を用いて免疫組織化学的検査を行った。その結果、KOマウスでは、α繊維の脱落が有意に野生型マウスと比較して有意に上昇していた。3.KOマウス末梢神経の神経栄養因子翻訳時の誤翻訳の有無について検討・・・WTおよびKOマウスから後根神経節を摘出し、初代細胞培養を行った。細胞培養10日後に35Sメチオニン及び14C-Lysineを培地中に添加し、パルスチェースを行った。BDNFの特異抗体で免疫沈降し、SDS-PAGEゲルに電気泳動することにより、野生型神経細胞とKO神経細胞のBDNFの翻訳速度及び翻訳精度について比較検討した。その結果、KOマウス神経細胞では、BDNFの翻訳量が低下していたことから、翻訳精度の低下が示唆された。本研究では、糖尿病性神経障害の分子機構の解明を目的として実施した。特に2型糖尿病と最も相関が高い危険因子の一つとして同定されたCDKAL1に着目し、Cdkal1欠損マウスを用いて研究を行った。全身性および膵β細胞特異的Cdkal1欠損マウスに対して、各種末梢感覚試験を実施した。膵β細胞特異的Cdkal1マウスでは、感覚異常は認められなかったが、全身性Cdkal1欠損マウスでは、すべての感覚試験において感覚鈍麻が認められた。また、全身性Cdkal1欠損マウスでは、末梢真剣線維および脊髄後根神経節の脱落が認められた。さらに、同マウスでは脊髄後根神経節におけるBDNF量が低下していた。申請書に記載しているとおりの研究計画を遂行する。申請書の計画通りに、Cdkal1欠損マウスを用いて糖尿病性神経傷害の分子機構を解明し、さらに同マウスに対するエペリゾンの効果について検討する。29年度が最終年度であるため、記入しない。生理学29年度が最終年度であるため、記入しない。
中枢神経系機能性疾患発症前治療介入の有効性検証

ヒト中枢神経系機能性疾患と類似したフェノタイプ、あるいは相同する遺伝子背景を有する遺伝子改変モデル動物を用い、機能性疾患の根治的治療法としての発症予防法の開発に関わる基礎研究活動を継続している。既に発症期が明らかな、作出済みの、常染色体優性夜間前頭葉てんかんの責任遺伝子S284L変異遺伝子を導入したトランスジェニックラット(S284L-TG)に、loxP配列を再挿入した新規遺伝子改変モデル動物を作出し、責任遺伝子発現を抑制することで、ADNFLE発症予防が可能か否かを検証する目的で、ダブルトランスジェニックラットを作出し、ファウンダー作出を完了した。このダブルトランスジェニックラットは、常染色体優性夜間前頭葉てんかん患者の主要発作、episodic nocturnal Wandering,nocturnal paroxysmal dystonia,paroxysmal arousalsを獲得し、同時に脳波によるictalおよびinterictal dischargeの獲得をも確認したことから、常染色体優性夜間前頭葉てんかんモデルとしての表現的妥当性を確定した。また、S284Lを有する常染色体優性夜間前頭葉てんかん患者は抗てんかん薬カルバマゼピン耐性であるが、ゾニサミドによって発作は抑制されるが、本ダブルトランスジェニックラットも同様にゾニサミドによって発作抑制が観察され、予測的妥当性も確定された。既に作出を完了した、ヒト非定型欠神てんかんと同等のフェノタイプを獲得する、P型電位依存性カルシウムチャネルノックダウンマウスの予測的妥当性検証では、抗てんかん薬カルバマゼピンは欠神てんかんを増悪させるが、P型電位依存性カルシウムチャネルノックダウンマウスでも同様に、カルバマゼピンによる発症増悪が確認された。ラットChrna4遺伝子のプロモーターと、常染色体優性夜間前頭葉てんかん責任遺伝子S284L変異遺伝子に相同するラットS286L変異Chrna4遺伝子にloxP配列を挿入したコンストラクトを作成し、トランスジェニックラット作出用プラスミドを作成した。このプラスミドを導入した8系統のトランスジェニックラットを作出し、現在ファウンダーの作出に着手している。欠神てんかんは、視床を発作焦点とした全般てんかんに分類されているが、近年、皮質を焦点とした欠神てんかんの存在が報告されている。我々が作出した、P型電位依存性カルシウムチャネル欠損マウスは、皮質を焦点とした欠神てんかん類似発作症状を獲得していたことから、皮質欠神てんかんモデルとしての、臨床的特性を有するか否かを検討した。欠神てんかんは、抗てんかん薬カルバマゼピンの投薬によって、欠神発作の頻度増加及び他の部分てんかん発作が発現する。野生型マウスに臨床用量のカルバマゼピンを投与しても、脳波及び行動学的な著変を認めなかったが、ED25以上でミオクロニー発作・部分発作が発現した。P型電位依存性カルシウムチャネル欠損マウスに臨床用量のカルバマゼピンを投与すると、ミオクロニー発作と部分発作及び二次税全般発作が出現した。即ち、P型電位依存性カルシウムチャネル欠損マウスは、症状としての欠神てんかん発作症状(表現的妥当性)と、臨床的に証明されている薬理学的特性(予測的妥当性)を獲得した、皮質欠神てんかんモデル動物である可能性が示された。
タバコの形態形成に関与する遺伝子の単離と機能解析

1.数種類以上の新たなタバコホメオボックス遺伝子がタバコ茎頂のcDNAライブラリィーから単離された。これらの一部分の配列を決定し一次構造の比較を行ったところ、これらはすべてトウモロコシのKn1タイプのホメオボックス遺伝子であるものの、その細部の構造はそれぞれ異なっており、いくつかのサブファミリィーを構成することがわかった。2.その内の一つ、NTH15と名付けたホメオボックス遺伝子について、その全塩基配列を決定しこれまで報告されているホメオボックス遺伝子の構造と比較したところ、NTH15はKn1遺伝子とホメオドメイン部分においてはかなり類似した構造を持つものの、それ以外の領域においては他の既報のホメオボックス遺伝子と類似した構造を示さないことから、タバコにおける新しいKn1タイプ遺伝子であると考えられた。3.NTH15の機能を検討する目的で、そのcDNAをプローブとして用いてin situハイブリダイゼーション行った。その結果、NTH15の発現は発達した茎の維管束、特にinternalやexternalの師部の細胞に強く発現していることが観察された。この結果はノーザンハイブリダイゼーションの結果ともよく一致している。また、NTH15の発現はそれ以外にも茎頂付近において観察され、茎と葉原基との境界領域において葉原基側に強い発現が観察された。発現は葉原基が発達するにつれて減少し、数プラストクロンを経過した葉原基においてはその発現はほとんど観察できなかった。発達した葉及び根、根成長点では発現は観察されなかった。
越流による侵食過程を考慮した堤体のハイブリッド型安定性評価手法に関する研究

本研究は堤体の不飽和・飽和せん断強度および堤体内の浸透力を考慮して堤体の侵食プロセス下における安定性評価システムを開発することを目的とする.本研究では研究目的を達成するために, 3つのアプローチを実施した.アプローチ(A)は室内模型試験による堤体の越水に伴う侵食破壊実験である.試験では先行降雨・河川水による堤体の湿潤条件によって異なる堤体の侵食破壊過程について示し,堤体の侵食とせん断破壊の代表的プロセスを示した.アプローチ(B)は水理学的手法による堤体の侵食過程の数値解析である.平面標高情報(DEM)に基づいて越水による堤体の侵食破壊過程を再現する手法を開発し,その適用性を事例解析(平成16年新潟・福島豪雨災害の破堤事例)によって示した.アプローチ(C)は地盤工学的手法による堤体の安定性評価手法の開発である.不飽和・飽和浸透解析と地盤の安定解析手法を併用するハイブリッド手法により,せん断強度の変化や浸透力の多次元的な作用を考慮した解析手法を開発した.模型試験の数値解析のほか,平成16年度の新潟・福島豪雨災害における堤体の破堤事例の数値解析により,解析手法の適用性を明らかにした.本研究は堤体の不飽和・飽和せん断強度および堤体内の浸透力を考慮して堤体の侵食プロセス下における安定性評価システムを開発することを目的とする.本研究では研究目的を達成するために, 3つのアプローチを実施した.アプローチ(A)は室内模型試験による堤体の越水に伴う侵食破壊実験である.試験では先行降雨・河川水による堤体の湿潤条件によって異なる堤体の侵食破壊過程について示し,堤体の侵食とせん断破壊の代表的プロセスを示した.アプローチ(B)は水理学的手法による堤体の侵食過程の数値解析である.平面標高情報(DEM)に基づいて越水による堤体の侵食破壊過程を再現する手法を開発し,その適用性を事例解析(平成16年新潟・福島豪雨災害の破堤事例)によって示した.アプローチ(C)は地盤工学的手法による堤体の安定性評価手法の開発である.不飽和・飽和浸透解析と地盤の安定解析手法を併用するハイブリッド手法により,せん断強度の変化や浸透力の多次元的な作用を考慮した解析手法を開発した.模型試験の数値解析のほか,平成16年度の新潟・福島豪雨災害における堤体の破堤事例の数値解析により,解析手法の適用性を明らかにした.本研究は堤体の不飽和・飽和せん断強度および堤体内の浸透力を考慮して堤体の侵食プロセス下における安定性評価を実施する解析システムを開発することを目的とする。解析手法の開発には実際現象の把握が不可欠であることから,室内模型試験を用いて溢水による堤体破壊過程の実験を行い,越流時の堤体や基礎地盤の浸食状況の観察から破壊機構の解明を行う。開発した数値解析手法について室内模型試験による堤体破壊実験結果の数値シミュレーションにより解析手法の妥当性の検証を行う。以下に今年度の研究成果を箇条書きにする。1.堤防模型試験装置の作成と模型地盤の作成法検討:アクリル製の堤防模型浸透破壊試験機を制作した。模型地盤の作成方法は既存の小型土槽を用いて砂質地盤,中間土地盤を対象に相対密度管理方法を検討して,再現性のある地盤作成方法を定めた。2.堤防基礎地盤の浸透破壊試験方法の検討:小型土槽を用いて盛土内への浸透状況を模型試験により確認した。水位上昇時における盛土内への浸透状況を間隙水圧計を用いて確認した。現在,堤防模型試験装置を用いて浸透破壊実験のための基礎実験を実施している。3.不飽和・飽和土の力学特性を考慮した堤体安定解析手法の開発・整備:不飽和・飽和浸透解析による堤体および基礎地盤の圧力水頭の経時変化情報を剛塑性有限要素法へ入力する堤体安定解析手法を開発した。H16年の新潟水害における五十嵐川の破堤箇所において2次元断面を2断面切り出し,水害時の実測データを入力して浸透破壊の数値シミュレーションを実施した。その結果,堤体基礎地盤の地質によって2断面で異なる破壊形態の発生することを示した。地質状況の悪い地点ではボイリング破壊が得られ,このことが現地の落ち掘り形成に関与したことが示された。本研究は堤体の不飽和・飽和せん断強度および堤体内の浸透力を考慮して堤体の侵食プロセスにおける安定性評価の解析システムを開発することを目的とする.解析手法の開発には実際現象の把握が不可欠であることから,室内模型試験を用いて越水による堤体破壊過程の実験を行い,越流時の堤体や基礎地盤の浸食状況の観察から破壊機構の解明を行う.以下に今年度の研究成果を箇条書きにする。1.堤体模型試験では上流側の水位を保持した後に(堤体内の水分が多い)越流を行う試験と,上流側の水を一定速度で上昇して(堤体内の水分が少ない)越流させる2つの試験を実施した.試験では越流による堤体侵食の形態に差異のあることを示した.堤体内の水分が多い場合に越流による僅かな水理条件の変化によって堤体の崩壊が誘導され,堤体のすべり崩壊を伴って崩壊することを示した.一方,堤体内の水分が少ない場合には侵食が卓越して,堤体を水の流下によって切り取るように侵食して崩壊に至ることを明らかにした.今後,堤体基礎地盤を含めた堤体全域の検討が課題に残された.

2.越流による堤体の侵食過程を流体力学に基づいて,越流水の数値解析により評価した.堤体の侵食は流速に関連付けて表現した.解析の適用性をH16の新潟・福島豪雨災害における刈谷田川の堤防の破堤現象の数値シミュレーションに適用して,解析手法の適用性を明らかにした.しかし,現状では堤体内の浸透を考慮していないので,堤体内外の水の流れを取り扱う課題が残された.3. H16の新潟・福島豪雨災害における五十嵐川の堤防破堤現象の数値シミュレーションを堤体・基礎地盤内の飽和・不飽和時の浸透および強度特性を考慮して実施した.従来の解析手法に対して,堤体の不飽和・飽和せん断強度や浸透特性を考慮した合理的な解析が可能なことを明らかにした.上記の成果を取りまとめて学会等に公表の予定である.
イオン応答性電界効果トランジスタによるナノ細胞毒性とナノメディシンの評価

細胞の皮膚と例えられる細胞膜は、厚さ6-10nmの脂質二重膜からなる自己組織化分子膜であり、酸素や水分子などは透過するが、電解質や高分子は透過できない半透膜としての性質を有する。細胞膜の破壊は、細胞内外でのイオン分配の解消や、それにともなう膜電位の脱分極、ATPなどエネルギー分子の細胞外漏出を引き起こし、細胞の持つ生命エネルギーを失わせる。そこで、本研究ではイオン応答性電界効果トランジスタ(ISFET)上に直接播種した細胞の脂質二重膜の状態をリアルタイム非侵襲に測定する方法を新たに開発した。本手法は、化合物の作用によって細胞膜上に形成された水素イオンなどの低分子量電解質が透過できる分子サイズの空孔を計測するという、これまでに無い新しい原理に基づく細胞膜障害性測定法である。従来法である赤血球溶血試験結果との比較を行ったところ、高い相関係数(r=0.88)が得られ、ISFET-細胞によるリアルタイム・非標識な膜障害性の定量化が可能であることが明らかとなった。さらに、本システムではNH4+とH+などサイズの小さい(流体力学半径<0.33 nm)イオンの細胞膜透過を指標にしていることから、溶血試験におけるヘモグロビン(流体力学半径>3.1 nm)の透過が観察できないような微小な空孔形成をも検出することが可能であった。近年の細胞工学では、遺伝子治療など細胞質に機能性分子を送達する需要が増しており、細胞膜透過ペプチドなどを始めとして、安全かつ高効率に細胞膜を透過するキャリア分子の開発が進められている。機能性キャリア分子の細胞膜透過機構を明らかにするためには高感度な細胞膜障害測定法の開発が必須の要件である。本研究の成果は先進治療にむけた細胞膜微小環境での生体分子動態の理解と、ナノ医療に伴う細胞毒性・治療効果の分子科学を構築し、将来的な医療イノベーションに向けた礎を構築するものである。27年度が最終年度であるため、記入しない。細胞膜を模倣したバイオミメティックス界面を構築し、炎症性タンパク質であるCRP(C-reactive protein)との結合反応キネティックスを解析した。PC基を有するポリマー(PMBN)を用いてバイオミメティックス界面を構築した。表面プラズモン共鳴(SPR)センサー用の金基板上に共有結合を介してPMBNを導入することにより、安定したナノ界面が形成でき、繰り返し使用可能なラベルフリー型センサーを提供できた。PC基の表面密度は細胞膜リン脂質の表面密度とほほ等しい値であったことから、リン脂質極性基をレセプターとするCRPとの相互作用を解析する界面としてふさわしいと考えられる。結合に関与するカルシウムイオンや炎症反応に関与するpHを微小環境変化のパラメータとしてCRPとPC表面との相互作用を解析した。微小流路とISFET (Ion-Sensitive Field-Effect Transistor)からなる半導体型pHセンサーのゲート部に細胞を直接播種し、ゲート電極-細胞間のナノ空間における一時的なpH変化を細胞膜の半透膜としてのバリア性の指標とする、新しい細胞膜障害性評価法を開発した。細胞非侵襲的にNH4Cl水溶液を作用させ、NH3選択的な細胞膜透過によって、溶液を交換した瞬間にゲート電極-細胞間のナノ空間で過渡的なpH変化が起こることを確認した。膜障害性を有する様々な化合物を細胞に作用させると、NH3のみならずNH4+とH+も透過するようになり、平衡反応の乱れが小さくなることで一時的なpH変化は減少することが明らかとなった。ピークの減少率をパラメータとして、従来法である赤血球溶血試験結果との比較を行ったところ、高い相関係数(r = 0.91)が得られ、ISFET-細胞によるリアルタイム・非標識に膜障害性を評価できることが明らかとなった。

本研究の成果は先進治療にむけた細胞膜微小環境での生体分子動態の理解と、ナノ医療に伴う細胞毒性・治療効果の分子科学を構築し、将来的な医療イノベーションに向けた礎を構築するものである。本年度の目的は以下に示す項目の通りであり、これらはおおむね達成された。1.細胞膜を模倣したバイオミメティックス界面を構築し、炎症性タンパク質であるCRP(C-reactive protein)との結合反応キネティックスを解析する。CRPは細胞膜を構成するリン脂質の極性基であるホスホリルコリン基(PC)とカルシウムイオンを介して相互作用することが知られていることから、PC基を有するポリマー(PMBN)を用いてバイオミメティックス界面を構築する。表面プラズモン共鳴(SPR)センサー用の金基板上に共有結合を介してPMBNを導入することにより、安定したナノ界面を形成する。2.CRPと高い親和性を有するバイオミメティックス界面を用いて、血清中のCRP濃度の定量センシングをおこない、炎症マーカーの簡易診断デバイスの作製を検討する。3.ナノ材料が細胞膜を透過する際に細胞外に受動拡散的に放出される水素イオンを高感度(ΔpH = 0.01)・高時間分解能(Δt = 10 ms)・リアルタイム・非侵襲的に測定し、細胞膜に形成される一時的なナノポアのキネティックスを定量的に評価する。4.ISFETを組み込んだマイクロ流路デバイスチップを作製し、培養株化細胞を用いて細胞膜透過性高分子やナノ材料を添加した際の細胞膜近傍のpH変化をモニターする。5.本システムで得られた結果と、既存の細胞膜障害性の評価方法である乳酸脱水化酵素(LDH)活性の測定や、カルセインなどの蛍光分子の細胞外漏出を蛍光顕微鏡で測定した結果、あるいは炎症性サイトカイン量、活性酸素種(ROS)活性との比較をおこない、本システムの優位性を評価する。27年度が最終年度であるため、記入しない。1.アポトーシスによって細胞膜上のPC密度が変化する環境を再現する機能性界面を作成し、CRPがアポトーシス細胞に結合する分子メカニズムを明らかにする。PC密度の変化がCRP結合に及ぼす影響はいまだ詳細に解明されておらず、非常に興味深い点である。また、アルキル鎖が二本でかつPC基を有するチオール新規分子(PC2-SH)を合成する予定であり、これらの分子を用いて作製した表面密度の異なるPC界面を作成し、CRPの結合反応キネティックスにおける表面PC密度の影響を詳細に検討する。この際、異なる構成分子で作成された人工リン脂質膜がラフトの様な相分離構造を形成するか否か、AFMなどを用いてナノ界面の同定を注意深くおこなう。つまり、表面PCの高密度化が細胞膜局所的に起こる現象か否かを判断する。2.イオンをトレーサーとしてナノ材料と細胞膜との相互作用を重点的に解析する。また、得られたデータの解釈法・イオン輸送に関する理論モデルを構築し、細胞膜のバリア性の乱れを定量的に記述する。本実験では、低侵襲に細胞膜近傍のpHを一時的に操作するために、生理学分野で頻繁に用いられているアンモニア-塩化アンモニウム平衡反応を利用する。これは、細胞膜がアンモニアのみを透過させアンモニウムイオンをブロックする半透膜の性質を利用し、細胞膜を隔てた一時的なpHの勾配を形成させるというものである。
乳牛の各種蹄疾患と慢性蹄葉炎との関係

屠場から採取した乳牛後肢蹄53例に対し、バリウムを用いて背側中足動脈から動脈造影を行い、同時に蹄真皮の組織学的検査を実施した。その結果、組織学的には潜在性ないし軽度の慢性蹄葉炎と考えられる蹄が67.0%と高率を占めた。造影像では、主に未節骨内固有趾動脈の各部位に異常な峽窄ないし拡張像、あるいは蛇行像が認められ、蹄真皮の循環障害が、その血液供給路にも存在することが確認された。次に、分娩前後の乳牛における第一胃液ならびに末梢血中エンドトキシン(ET)濃度に関してみると、すべての牛で分娩後の濃厚飼料給与量の増加に伴って第一胃液ET値は大幅に上昇し、かつ給与量が多いほど高いET値を示した。しかし、その時の血中ET濃度はepisodicな上昇を示すにとどまり、必ずしも第一胃液ET値とは相関しなかった。一方、山羊に過量のでんぷんを投与した時の第一胃液ならびに血中ET値は、分娩牛におけるET変動とほぼ同様ではあったが、第一胃液ETと血中ET濃度は相関して変動する傾向が認められた。これらの結果から、蹄真皮における循環障害はその上部の動脈にまで影響する比較的慢性経過をたどっていること、ならびにその原因と考えられている第一胃で産生されるETは、それに相関した形で血中に出現する可能性のあることが示唆された。現在、山羊を用いて第一胃ならびに小腸の静脈にカテーテルを留置し、第一胃液ETの血中への移行に関して検索を実施している。今年度は慢性蹄葉炎ないし臨床的症状を伴わない準臨床レベルの蹄葉炎が,蹄葉炎に特徴的な蹄異常を示さない乳牛の蹄にどの程度存在するかを把握するための研修を主として実施した。実験には屠場から採取した乳牛45頭の243蹄を供した。これらに対し,まず外観の異常の有無を検索するとともに,蹄底の蹄真皮を主体に病理組織学的検索を行った。成績は以下の通りである。1)蹄の外観では,多くは過長蹄であり,蹄底潰瘍などの重大疾病を呈した数蹄を除き,軽度の蹄球びらん,白帯異常などが散見された。また,これらを削蹄すると慢性蹄葉炎時に高頻度に出現するといわれている角質の出血斑が多数の蹄に認められた。2)病理学的には,蹄真皮には様々な程度で循環障害ならびに角化異常が認められ,その程度からこれらを5段階(GradeIV)に分類した。GradeIの病変はきわめて軽微であるが,GradeIIIIVでは真皮に高度のうっ血,血栓など循環障害を示唆する所見と著明な角化亢進が認められ,従来報告されている慢性蹄葉炎と良く一致する所見を呈した。3)GradeVに分類された蹄は,蹄底潰瘍等の角質病変の存在するものが多かったが,これらでは病変部からの感染と同時に前記の慢性蹄葉炎を示す所見も高度であったことから,これらの角質病変は慢性蹄葉炎に伴う角質形成異常が大きな要因となっていることが示唆された。4)検索した243蹄中,GradeIIIIVに分類されたものが29%あり,またその前段階にあるいわゆる準臨床レベルの蹄葉炎と考えられるGradeIIIが52.9%と高率を示したことから,我が国の乳牛には高率に慢性ないし準臨床レベルの蹄葉炎が存在すると思われ,これが種々の蹄疾患の重大な発生要因になっているものと推測された。前年度の成績から、牛の蹄底潰瘍等の病変は蹄真皮の血行障害に密接に関連しており、蹄の血行障害を誘発する全身的要因の存在が示唆された。そこで今年度はこのような病変を呈する乳牛8頭(罹患蹄12)を用い、罹患蹄ならびに非罹患蹄の病理組織学的検索を実施した。

その結果、罹患蹄では角葉層の消失と高度の真皮の炎症を呈する前年度に定めた分類基準におけるGradeVが31.3%、GradeIVが20.8%と重度病変を呈するものが多かった。また、これらの牛の非罹患蹄においてもGradeIVとVがいずれも19.4%存在し、慢性蹄葉炎と考えられるGradeIIIも30.6%に認められた。これらの値は、屠場から採取したいわゆる護蹄不良の乳牛群における病変比率に比較し、著しく高いことから、本症の発生には、牛の生体内要因も重要な役割を果たしているものと考えられた。一方、これらの要因の一つとして分娩後の飼養形態の変化に伴い、第一胃で大量に産生されるエンドトキシンが考えられている。そこで分娩後の乳牛10頭に対し、分娩前後の第一胃ならびに血中エンドトキシン量の変化ならびに第一胃のPH、VFA等の変化を検索した。本実験の測定は現在完全には終了していないが、高泌乳牛、すなわち分娩後に高エネルギー飼料をより多く必要とする乳牛においては、血中エンドトキシンがepisodicに上昇を示すように思われた。このことは、分娩後に数回の軽度のエンドトキセミアの発生する可能性を示唆するものであり、きわめて興味深い現象である。しかし、第一胃液エンドトキシン濃度に比較して、血中エンドトキシン濃度はきわめて低く、今後第一胃から血中へのエンドトキシン移行の問題についても検討する必要がある。屠場から採取した乳牛後肢蹄53例に対し、バリウムを用いて背側中足動脈から動脈造影を行い、同時に蹄真皮の組織学的検査を実施した。その結果、組織学的には潜在性ないし軽度の慢性蹄葉炎と考えられる蹄が67.0%と高率を占めた。造影像では、主に末節骨内固有趾動脈の各部位に異常な峡窄ないし拡張像、あるいは蛇行像が認められ、蹄真皮の循環障害が、その血液供給路にも存在することが確認された。次に、分娩前後の乳牛における第一胃液ならびに末梢血中エンドトキシン(ET)濃度に関してみると、すべての牛で分娩後の濃厚飼料給与量の増加に伴って第一胃液ET値は大幅に上昇し、かつ給与量が多いほど高いET値を示した。しかし、その時の血中ET濃度はepisodicな上昇を示すにとどまり、必ずしも第一胃液ET値とは相関しなかった。一方、山羊に過量のでんぷんを投与した時の第一胃液ならびに血中ET値は、分娩牛におけるET変動とほぼ同様ではあったが、第一胃液ETと血中ET濃度は相関して変動する傾向が認められた。これらの結果から、蹄真皮における循環障害はその上部の動脈にまで影響する比較的慢性経過をたどっていること、ならびにその原因と考えられている第一胃で産生されるETは、それに相関した形で血中に出現する可能性のあることが示唆された。現在、山羊を用いて第一胃ならびに小腸の静脈にカテーテルを留置し、第一胃液ETの血中への移行に関して検索を実施している。
金属/ガラス積層膜におけるストレスマイグレーションの高分解能電顕「その場」観察

金属/ガラス積層膜における拡散現象に対して、熱膨張係数の差異による応力の影響を調べるため、試料を作成し電子顕微鏡観察と画像処理プログラムの開発及び解析を行った。(1)試料の作成真空蒸着法により、金属(Au:線膨張率14.2x10^<-6>)とそれに比べて膨張率の小さい材料(Ge:線膨張率5.7x10^<-6>)の積層膜を作成した。(2)構造解析とその場観察200kV高分解能電子顕微鏡による構造解析を行った結果、作成した積層膜は、Auは多結晶、Geは非晶質構造になっていた。また、積層膜加熱過程の電顕像、回折像をその場観察し、CCD撮像システムにより記録した。その結果、Ge単層膜での結晶化温度よりも数百度低い150°Cから非晶質Geの結晶化が開始し、Au原子の拡散を伴ったGe結晶成長の様子が観察された。そのGe結晶成長は複雑な分枝形態を形成することが確認された。Ge結晶化開始の温度、結晶形態とも、Au/Ge膜厚に大きく依存していることが明らかになった。(3)画像処理プログラムの開発と解析撮影された電顕像はビデオキャプチャボードによりコンピュータに読み込んだ後、フレーム毎の画像に変換した。この画像は、ノイズ除去、エッジ強調などの画質改善処理を行い、Ge結晶粒の形状の摘出し、粒径、面積を数値化し、その時間変化について計測した。これから、ジョンソンメールの式に従い係数を算出し、成長メカニズムについての検討を行った。また、Ge結晶の分枝形態のフラクタル次元の算出と、そのAu/Ge膜厚依存性について調べた。(4)今後の課題本研究の目的であった原子レベルの分解能でのその場観察については、本年度末に購入したスロースキャンCCDカメラを使って今後観察を行っていく予定である。また、動画像解析システムの改良を行い、オプティカルフローの検出、フーリエ解析手法の導入、および、自動化の推進を検討中である。また、これらを利用してまだ十分には明らかになっていない応力が及ぼす拡散への影響を調べていく。
マンガを素材とする異文化理解教育の方法開発

本研究は、平成11-13年度に科学研究費補助金を得て行なった「女性・少女漫画を素材とする異文化理解教育の方法開発」に続いて、日本の産み出した偉大な文化所産であるストーリー・マンガの作品を日本文化と日本語の理解を深めるために利用する方法の開発を行ったものである。今回の研究では、(1)日本語と日本人の言語行動についての基礎的分析、(2)表現分野としてのマンガの位置づけ(マンガの受容)の研究、(3)教材化に適した作品の選択という3つの課題に取り組み、基礎研究の成果に基づいて2冊の教材を開発し、それを用いるコースをデザインした。報告書の第一部には、(1)と(2)について研究参加者3名がそれぞれの専門性を活かして研究した成果である論文12本のうち8本と、コースの概要や方法についての研究代表者による講演の要旨を収録した。第2部には、教材『マンガで読む日本社会3:市井のヒーローたち』と『マンガで読む日本社会4:働く女性たち』の内容を収録した。今回の成果は、次のようにまとめられる。第一に、文体的要素、特に、文末のレベルやジェンダー表現の機能や使用の実態について多面的な研究を行った。第二に、学習者と母語話者の解釈のずれを明らかにし、学習者の解釈を研究する必要性があることを立証した。これらは、言語学及び言語教育学に対して独自の貢献をなすものである。第3に、日本社会を活写した作品群を選択し日本語学習者が日本語のニュアンスや日本人の行動についての理解を深めるための教材として結実させた。この教材は、日本語母語話者に対しても自文化についての考察を深める視点を提供することができる。第四に、マンガという表現分野のアジアにおける状況について研究を行い、他の研究者と協力して論文集を出版した。これは、研究方法論の確立の待たれる「マンガ研究」の分野において道標となり、今後の発展を導くと期待される。1:作品と資料の収集:平成14年6月現在も継続中手塚以降の,日本人の常識の一部となっているようなマンガ,現代の職業生活,社会生活を扱ったマンガを中心に,作品を収集した。また,日本マンガの特徴を対比によって明らかにするために,韓国・中国・台湾・香港などのマンガ作品,日本語に翻訳されて出版されている韓国マンガの作品を収集した(松村,因,日下)。2:作品の選定:平成14年10月継続中教材化の対象作品を次の基準で選定中である。(1)日本人の典型的な,またはある時代の,ヒーロー及びその誕生が描かれた作品(『明日のジョー』,『ブラック・ジャック』『アラベスク』など)(2)現代人の職業観や職場を中心とする人間関係が描かれたもの(『怪傑!トド課長』『おたんこナース』『火消し屋小町』『研修医なな子』など)(日下,因,松村)。3:作品の言語的分析:日本語学習者から見て最も理解が困難なのは,認知的意味の解釈ではなく,レベルやレジスター方言やジェンダー表現など文体的特徴によって伝えられる。今回は,特にジェンダー表現の使用に焦点をあてて,日本語において緊張緩和のストラテジーとして頻繁に用いられる。「他人格モード」がジェンダー表現の逸脱によって実現される例をマンガ作品から抽出し,9月と2月の学会で発表するとともに,学会誌に論文として発表した(因)。4:日本人学生と外国人学生の理解に関する調査:日本人と留学生の両方がマンガをどう解釈するか,文化・言語に関する説明を両者がどのように行うかを調査した(因)。

5:教材の作成:過去数年にわたって行ってきた研究と教育の成果を,マンガ研究の基礎についての入門的研究書にまとめた(日下)。1.教材化する作品の選定:平成15年4月9月日本人の典型的な社会関係を背景に、日本人の価値観や文化的前提をうかがい知ることができ、且つ、言語とその使用の方法が常職的な範囲と認められる5作品(『研修医なな子』『おたんこナース』『MAMA』『火消し屋小町』『雲の上のキスケさん』)を選び、さらに、教材とする挿話を選定した(因、日下)。2.作品の言語的分析と文化的分析に基づくタスクの作成:平成15年9月16年1月前年度行ったジェンダー表現研究、さらに、以前におこなったレベル・シフトの研究、及び、発話行為の分析等の言語的分析、ならびに作品の背景となっている社会文化の分析に基づいてタスクを考案し、ワークシートを作成した。さらに、大学の上級日本語コースの中での使用にも適するように語彙・表現についてのチェック・シートを作成し、ワークシートと共に、異文化理解・上級日本語教材「マンガで読む日本社会:働く女性たち」という冊子にまとめた。(因)3.日本滞在経験の乏しい外国人の理解に関する調査:平成15年9月韓国釜山大学において、「日本事情」を受講している学習者を対象に、マンガの理解度と教材としての受容度に関する調査を行った(因)4.研究成果の発表:平成15年9月韓国釜山大学におけるフォーラム「マンガで学ぶ言語と文化」において、「日本のマンガ・アジアのマンガ」(日下)、「マンガに見る日本語談話の特徴」(松村)と題する発表を行った。平成16年2月韓国仁川大学校で行われた「第5回韓日言語文化フォーラム」において、「マンガ読解に見る外国人学習者の発話理解」(因)、「日本語談話における発話・思考の引用」(松村)と題する発表を行った。1.選定した作品の教材化作業:平成16年3月までに、日本人の価値観や社会的関係の認識や文化的前提をよく示し、且つ、日本語の文体の機能についての示唆が得られる作品として、新たに5作品(『Dr.コトー』『山口六平太』『家栽の人』『怪傑トド課長』『ミスター味っ子』)を選んだ。今回は特に、様々な日本型ヒーローを示し、その中に日本人の価値観を探ることを目標とした。5作品の中から教材とすべき挿話を選定し(因、日下)、選定した挿話についてのタスクとクイズを作成して平成16年4月から上級日本語コースで試用した(因)。試用の結果に基づき、タスクを一部修正した。2.台湾での調査実施:平成16年9月台湾国立技術学院において、日下・松村がマンガの言語学的側面と文化的側面について講義を行い、マンガを通じて異文化理解を進める方法のfeasibilityを検証し、因が試作教材を用いて実験授業を行い、教材のfeasibilityを検証した。3.教材のとりまとめ:タスクとクイズを、「働く女性たち」「市井のヒーローたち」というタイトルで、コースで用いやすい形の2冊の教材集にまとめた。4.研究成果の発表:今年は、これまでの成果が多くの論文や発表の形で結実し、『アジアにおける漫画研究』という論文集も梓書院から発刊されることになった。また、日本語教育学会の研究集会でマンガの教材利用についての講演を依頼されるなど、マンガの利用価値及び我々の努力が広く認知され始めたことも大きな成果である。
VCADに基づいた高精度流体計算手法の研究

複雑形状流れ場を対象としたCFDにおいて格子生成にかかるコスト問題が顕著となり、直交格子による流体解析が再び注目される。本研究では、理化学研究所で開発されたVCAD(Volume CAD)システムのKittaCubeボクセルデータを直接流体シミュレーションに利用するため、VCADのKittaCube形状表現において新たに提案した離散解析手法と数値モデルを開発し、構造格子及び非構造格子法を用いて非圧縮粘性流体解析ソフトウェアV-Flow3Dを開発した。また、V-Flow3Dを用いた建築周りの風環境などの流れシミュレーションに適用し、開発したソフトウェアの有用性を示した。本研究の目的は,VCADシステムにおけるKitta CubeおよびOctree構造データを直接用いた,格子作成が不用となる3次元非圧縮性粘性流体の新しいシミュレーション技術を確立し,形状記述性とロバスト性に優れた(VCADシステムに対応した)高精度流体解析ソフトウェアを開発することである.ここで開発する流体シミュレーションソフトウェアは,実際の設計での利用を考慮し,生産性を高める支援環境を提供する.また将来X線CTやMRI等で測定された生命体の形状データに対する流体シミュレーションにも役立つ.平成20年度には,VCADシステムのKitta Cubeデータに基づいた実現可能な3次元流体計算手法を提案し,非定常・非圧縮性・粘性流体の数値シミュレーションソフトウェアV-Flow 3Dの開発を実施した.具体的にはKitta Cubeによる3次元形状表現をカットセルと呼ばれる方法,つまりKitta Cubeにおける多数三角形による境界表現を一枚の平面と立方体との切断面によるものに転換し,VCADシステムに基づいた従来のVOF近似から形状精度を改善した3次元高精度の流体解析手法を提案した.また,提案した解析手法の離散化やソフトウェアの信頼性と精度を検証し,VCADフレームワークに実装することにより,複雑3次元形状のある流れ場への流体シミュレーションを試みた.さらにVCADシステムに基づくマルチスケール流体解析技術を開発し,希薄流れ解析にDirect Simulation Monte Carlo法を導入し,V-DSMC 2Dソフトウェアの開発も成功した.また塵旋風における風・砂・電場のマルチカップリングの研究も着手し,環境保全問題における砂塵運動の粒子帯電の静電気モデリングを検討した.以上の研究成果が学会講演会などに発表し,一部の成果が学術雑誌にも掲載された.本研究の目的は、VCADシステムにおけるKitta CubeおよびOctree構造データを直接用いた、格子作成が不用となる3次元非圧縮性粘性流体の新しいシミュレーション技術を確立し、形状記述性とロバスト性に優れた高精度流体解析ソフトウェアを開発することである。平成21年度にはVCADシステムのKitta Cubeデータ構造に対応した、ロバスト性の良い非構造格子法による新しい3次元流体計算手法を提案し、非定常・非圧縮性・粘性熱流体の数値シミュレーションソフトウェアV-Flow3D Verison 1.0を開発した。具体的にはVCADシステムのボクセルKitta Cubeにおける数値離散化にSIX+Nモデルを提案・導入し、KittaCubeの3次元形状パターンの数え上げに起因する流体支配方程式の数値積分の困難を克服した。SIX+Nモデルとは、有限体積法でKitta Cubeをコントロールボリュームとして積分する際に、完全な六面体(SIX)とカットされた不特定数の切断面(N個)をそれぞれ分け、六面体は従来の方法で積分するが、不特定数(N個)の切断面の積分はまとめて整理し、既知の境界条件として離散化方程式に代入して済む方法である。提案した新しい手法は平成21年12月25日に日本特許に出願した(特願2009-296254)。また、開発したV-Flow3DソフトウェアはSOFTICにソフトウェア登録された。VCADシステムに基づくマルチスケール流体解析技術の開発に関して、引き続き、希薄流れ解析に適用するV-DSMC2Dソフトウェアを開発し、V-Flow3D Version1.0とともにV-DSMC2D Version1.0も2010年3月に理化学研究所のWebページを通して一般公開される予定である。また、開発したソフトウェアを用いて都市ビルの風環境の数値シミュレーション評価に試み、環境保全問題における粒子帯電の静電気モデリングや乱流中の微細粒子運動の数値モデルを検討した。以上の研究成果が7回の学会講演会で発表し、一部の研究成果が学術雑誌に投稿し、6篇の査読つきの論文が掲載された。本研究の目的は、VCADシステムにおけるKitta CubeおよびOctree構造データを直接用いた、格子作成が不用となる3次元非圧縮性粘性流体の新しいシミュレーション技術を確立し、形状記述性とロバスト性に優れた(VCADシステムに対応した)高精度流体解析ソフトウェアを開発することである。平成22年度には都市建築物の風環境および災害インパクトを評価するCFDシミュレーション手法を構築するため、1.都市建築物をシミュレーションするための格子生成技術、2.市街地環境ファクターを考慮した乱流モデル、3.竜巻や旋回強風を生成するための数値境界条件、4.都市建築物の風環境を評価する方法などの要素技術をCFDソフトウェアV-Flow3Dに取り入れるように開発してきた。

本研究では、1.VCADに基づくカットセル直交格子を使うことにより、都市高層ビル周りの強風災害を評価するための高品質な格子が自動的に生成できること。2.これまで考慮できなかった接地境界層の地表面粗度を考慮し、ダイナミックLESによる非定常流れ場の計算を行い、強風災害のインパクトを精度よく評価できること。3.市街地における旋回風による災害やウォーク汚染を評価し、人々の健康を守るのに貢献できることに関して、一定の研究成果が得られた。また、VCADシステムに基づくマルチスケール流体解析技術の開発に関して、平成21年度の研究成果であるV-DSMC2Dの開発を踏まえ、希薄気体予測に適応する3次元ソフトウェアV-DSMC3Dを開発した。開発したV-Flow3D及びV-DSMC3D等のソフトウェアを用いて、都市のビル風環境の数値シミュレーションや、MEMS部品の性能評価に試み、環境保全問題および製品性能評価に適用してみた。V-Flow3D Version1.0ソフトウェアが2010年10月8日に、V-DSMC2D Version1.0-ソフトウェアが2010年2月16日に理化学研究所のWebページを通して一般公開されていた。以上の研究成果が10回の学会講演会で発表し、一部の研究成果が学術雑誌に投稿し、6篇の査読つきの論文が掲載された。
III-V族希薄磁性半導体におけるキャリア誘起磁性とその制御

これまでにIII-V族半導体をベースにした希薄磁性半導体(In,Mn)As、(Ga,Mn)Asの成長が分子線エピタキシの低温成長で可能であって、さらにp形の試料では低温で正孔誘起の強磁性が現れることを確認した。しかし、これらの正孔誘起磁性の起源をはじめとしてIII-V族希薄磁性半導体の磁性とキャリア濃度・Mn濃度との関係、またそれらと結晶成長条件との関連は解明されておらず、またド-ピングや電界効果などによるIII-V族希薄磁性半導体の磁性の制御の可能性も追求されていなかった。本研究は、以上の背景の下に、我々が開発した強磁性III-V族希薄半導体(Ga,Mn)Asを用いて、磁性とキャリア濃度・Mn濃度の関係、量子構造の作製、更にキャリア濃度で磁性を制御する可能性を探求することを目的として行われた。本研究の成果概要は以下の通りである。1.Mn組成を変えた(Ga,Mn)Asの磁気輸送特性・磁気特性を調べ強磁性転移温度と生孔濃度のMn組成依存性を明らかにした。強磁性転移温度はMn濃度0.05以下では組成に比例して増加し、これまでに得られている最高の強磁性転移温度は110Kである。2.(Ga,Mn)As/(Al,Ga)Asの強磁性半導体/非磁性半導体超格子構造・量子構造の作製が可能であり、これらの構造においても強磁性的性質が保たれる。3.常磁性領域での抵抗率の磁場依存性と強磁性転移温度から、(Ga,Mn)Asの強磁性秩序の起源がRKKY相互作用であることを明らかにし、キャリア濃度と強磁性転移温度の関係に対する知見を得た。これらのことは、キャリア濃度を制御することにより、磁性を制御できること、またヘテロ接合及び量子構造を利用した電界効果トランジスタ等のデバイスの可能性が開けたことを示すものである。希薄磁性半導体は、非磁性半導体の構成原子の一部を磁性イオンで置換した混晶半導体であって、磁性イオンのスピンとキャリアとの交換相互作用に基づき、通常の非磁性半導体ではみられない新しい物理現象があらわれる。本研究では、新しいIII-V族ベースの希薄磁性半導体、(In,Mn)Asおよび(Ga,Mn)Asについて、磁性と結晶成長条件・キャリア濃度・Mn濃度との関係を実験的に明らかにし、さらにその磁性をキャリア濃度で制御することを目的としている。本年度の成果は以下の通りである。(1)低温成長分子線エピタキシによりIII-V族化合物半導体でもっとも多く用いられているGaAsをベースにした新しい希薄磁性半導体(Ga,Mn)Asを創成した。最大のMn組成で0.071を得ている。(2)(Ga,Mn)Asの組成と格子定数との関係をX線回折により定めた。それによると組成と格子定数は線形な関係にあり(ベガード則)、組成1に外挿した点は(In,Mn)Asから外挿した点と良く一致する。(3)磁気輸送特性・磁化特性を調べ、(Ga,Mn)Asが強磁性体であることを見出した。これまでに得られているキュリー温度は110Kである。また0.05以下の組成の領域ではキュリー温度と組成が比例する。(5)周期20nmの(Ga,Mn)As/GaAs超格子構造を初めて作製し、それが強磁性を保つことを明らかにした。(6)臨海

散乱とキュリー温度から強磁性の起源がRKKY相互作用であることを明らかにした。(7)キャリアがフリーズアウトする試料、n形にド-ピングした試料では強磁性が見られないことから、強磁性はホールが介在したものであることを明らかにした。これまでにIII-V族半導体をベースにした希薄磁性半導体(In,Mn)As、(Ca,Mn)Asの成長が分子線エピタキシの低温成長で可能であって、さらにp形の試料では低温で正孔誘起の強磁性が現れることを確認した。しかし、これらの正孔誘起磁性の起源をはじめとしてIII-V族希薄磁性半導体の磁性とキャリア濃度・Mn濃度との関係、またそれらと結晶成長条件との関連は解明されておらず、またド-ピングや電界効果などによるIII-V族希薄磁性半導体の磁性の制御の可能性も追及されていなかった。本研究では、以上の背景の下に、我々が開発した強磁性III-V族希薄磁性半導体(Ga,Mn)Asを用いて、磁性とキャリア濃度・Mn濃度の関係、量子構造の作製、更にキャリア濃度で磁性を制御する可能性を探求することを目的として行なわれた。本研究の成果概要は以下の通りである。1.Mn組成を変えた(Ca,Mn)Asの磁気輸送特性・磁化特性を調べ、強磁性転移温度と正孔濃度のMn組成依存性を明らかにした。強磁性転移温度はMn濃度0.05以下で組成に比例して増加し、これまでに得られている最高の強磁性転移温度110Kである。2.(Ca,Mn)As/(AL,Ga)Asの強磁性半導体/非磁性半導体超格子構造・量子構造の作製が可能であり、これらの構造においても強磁性的性質が保たれる。3.常磁性領域での抵抗率の磁場依存性と強磁性転移温度から、(Ga,Mn)Asの強磁性秩序の起源がRKKY相互作用であることを明らかにし、キャリア濃度と強磁性転移温度の関係に対する知見を得た。これらのことは、キャリア濃度を制御することにより、磁性を制御できること、またヘテロ接合及び量子構造を利用した電界トランジスタ等のデバイスの可能性が開けたことを示すものである。
神経細胞壊死巣の修復治癒過程の動的メカニズムと胎児脳形成機序の細胞生物学的研究

我々は本課題によって,成熟正常脳内の病巣修復に対し,第2の胎児脳での修復はアストロサイトの反応がないかごく弱い特異な修復過程を辿ること,第3に成熟脳でも肝機能障害のようにアストロサイト自体が障害され,修復過程が全く異なる3つの過程の存在を明らかにした。即ちまず,アストロサイトの機能マーカー神経成長因子(NGF)の消長を正常成熟脳内の病巣と正常な胎児脳発育に伴なう変動,そして胎児脳病変の経時的変動とを夫々明らかにした。即ち正常成熟脳内ではアストロサイトが分裂する受傷後4日頃から急激に上昇し,10日頃ピークに達し,2週頃正常値に戻る。病巣修復に果たすNGFの重要性が明らかになった。正常脳の発育では,グリアの分化が生ずる生後1週頃から急激に上昇,24週,即ち脳形成期に高値に示し,1ヵ月位から通常値に戻る。これに対し,アストロサイトの分化が生ずる以前に与えられた脳病変ではその後NGFの上昇は殆どみられない。即ち胎児脳病変では反応するアストロサイトが殆どないことと軌を一にした値を辿ることを認めた。第3年度は神経学最大の問題である脳容積増大に伴う頭蓋内圧亢進の視点から修復過程を検討した。その結果,成熟正常脳病変ではまずアストロサイトの腫大による腫脹とその後の細胞外液貯留を伴う脳浮腫で強い容積増大を示す。これに対し,肝機能障害におけるアンモニア増多の場合は,他疾患と逆にまずアストロサイトが急激に腫脹し死滅する。このため全脳に極めて高度な脳腫脹を生ずる特異性が明らかとなった。そして胎児脳における病変は腫脹するアストロサイト自体がなお分化していないことと,変性した神経芽細胞はその周囲に元来存在する細胞外液中のマクロファージによって除去されるため,全く脳容積増大も頭蓋内圧亢進も生じていないことが初めて指摘された。我々はこれまで成熟した正常脳内の病巣は,脳浮腫液の貯留,astrocyteの細胞分裂などによって病巣が巧妙に修復され例外なく著しいreactive astrocytosisが生ずるが,この過程は乏血,外傷,中毒,ウイルス感染症等各種脳疾患に基本的にも共通することを報告してきた。他方,なおastrocyteの出現が無いか,あるいは乏しい胎児脳内においては,死滅細胞の除去後はastrocytosisを殆ど生ずることなく奇形と呼ばれている病態を結果して修復を完了することも報告した。ところが今年度の研究により,肝機能障害に基づく剖検例を検索した結果,astrocyteが原発的に障害され,これに基づき神経細胞に変性,消失が生じていることは実験的なアンモニア投与ラットによっても証明された。そしてastrocyte自身も決して急激に変性,死滅することを認めた。このことから,各種ヒト肝脳疾患の脳病巣では慢性例でもastrocytosisが殆ど生じていないという点はこれまで極めて特異と考えられてきたが,これはアストロサイトの機能不全に基づくものと考えられた。以上から今年度の結論として脳病巣の修復機序は,第1に成熟した正常脳内で正常なastrocyteをもつ脳内における各種脳病変では強いastrocytosisを伴い病巣修復過程を終えていること。第2に成熟した正常脳内でもアストロサイトの機能不全脳浮腫ある肝機能不全などにおける修復過程は極めて特異であること。そして第3にグリア細胞の産生がなお認められないか,未熟な,胎児脳内におけるastrocytosisの殆どない修復機序の3つに分けられること。従って今後はこの3つに大別して修復過程を研究すべき基本的な方針が確立した。