hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
骨組織選択的なアンドロゲン／エストロゲン受容体作働薬の解析

骨代謝は性ホルモンにより制御され、女性では閉経により女性ホルモン(エストロゲン)が欠乏すると閉経後骨粗鬆症、男性では加齢により男性ホルモンが低下すると老人性骨粗鬆症を発症する。高齢化社会の進展により、男女両性の骨粗鬆症患者の増加により、性差を越えた安全性の高い薬剤の開発が必須となっている。本研究では、カルボラン化合物が生殖器への作用はなく、骨選択的な治療効果を発揮し、新規な骨粗鬆症治療薬の候補化合物となりうることを明らかとした。これまでにカルボラン化合物が、閉経後骨粗鬆症モデルマウスにおいて骨組織選択的な骨量回復作用を示すことを見出した。そこで、本研究課題では、性ホルモン受容体への結合予想を計算科学的に得た、新規のカルボラン化合物であるBA321とBA341を用い、その生理活性評価、骨組織への特異性と有効性評価、生殖器への作用評価を検証し、性差を超えた新規骨粗鬆症治療薬の創生を進めている。平成24年度において、BA321ならびにBA341に対して、男性骨粗鬆症マウスへの有効性に関する予備検討を実施した結果、BA321投与群は大腿骨骨密度の回復が認められた。平成25年度は、BA321が男性と女性の双方に対して効果を示す、性差を超えた新規骨粗鬆症治療薬となり得るかの検証を行った。男性骨粗鬆症モデル動物として、雄性マウスに精巣摘出(ORX)を施した解析において、BA321投与群は貯精嚢重量に影響を及ぼさず、ORXと比べ大腿骨骨量の回復が認められた。また、女性骨粗鬆症モデル動物として、雌性で卵巣摘出(OVX)マウスを用い検討した結果、BA321はOVXにおける大腿骨骨量減少と子宮重量を回復したことから、エストロゲン作用を有する可能性が示唆された。さらに、生殖器への作用を検討したところ、性成熟前の健常雄性マウスにBA321を投与した結果、骨密度が有意に増加すると共に、男性生殖器重量(精巣・貯精嚢)の低下が認められた。本研究により、BA321は副作用である男性生殖器過形成は示さず、骨選択的に改善作用を示し、Selective Androgen receptor modulator (SARM)効果を発揮することが明らかとなった。そこで、本研究課題では、性ホルモン受容体への結合予想を計算科学的に得た、新規のカルボラン化合物であるBA321とBA341を用い、その生理活性評価、骨組織への特異性と有効性評価、生殖器への作用評価を検証し、性差を超えた新規骨粗鬆症治療薬の創生を目指している。平成24年度は、BA321ならびにBA341のアンドロゲン受容体およびエストロゲン受容体への結合解析を行なうと共に、男性骨粗鬆症マウスへの有効性に関する予備検討を実施した。その結果、アンドロゲン受容体への結合活性は、BA321とBA341は強力な結合活性を示し、その強度はジヒドロテストステロンとほぼ同等であった。また、エストロゲン受容体への結合活性は、エストラジオールを100として比較すると、BA321は0.23、BA341は0.045であった。従って、類似構造のカルボラン化合物でも、置換基の相違により結合活性が変化することが明らかとなった。次に、アンドロゲン応答配列を介した転写活性を検討したところ、BA321とBA341はアンタゴニスト活性を示し、ヒドロキシフルタミドの約10倍のアンタゴニスト活性を有することが明らかとなった。さらに、男性骨粗鬆症モデル動物として雄性マウスに精巣摘出(ORX)を施した解析において、BA321投与群はORXと比べ大腿骨骨密度の回復が認められ、新規骨粗鬆症治療薬としての有効性が示唆された。本年度、当初計画である、BA321とBA341のアンドロゲン受容体およびエストロゲン受容体への結合解析ならびに男性骨粗鬆症マウスへの有効性に関する予備検討を実施し、強力なアンドロゲン受容体への結合活性を有すること、エストロゲン受容体への結合活性は、弱いことを明らかにした。

さらに、男性骨粗鬆症マウスへの有効性の解析においては、精嚢腺重量に影響を示さず、大腿骨骨密度の改善効果を示すカルボラン化合物の投与量を検討するための予備検討を行い、BA321がその候補化合物として有効である可能性が得られた。また、この当初計画に加えて、BA321に対して最適投与量での雄性マウスに精巣摘出(ORX)を施した解析も行い、BA321は生殖器への作用は認められず、ORXと比べ大腿骨骨密度を回復させることが明らかとなった。これら成果は平成25年度の本課題を円滑に進め、より前倒しの課題実施を可能とした。これら理由により、当初の計画以上に進展していると判断する。本年度の成果により、新規カルボラン化合物BA321は新規骨粗鬆症治療薬としての有効性が示唆されたため、平成25年度は、主としてBA321が男性と女性の双方に対して効果を示す、性差を超えた新規骨粗鬆症治療薬となり得るかを検討する。具体的には、男性骨粗鬆症モデルマウスと女性骨粗鬆症モデルマウスを用いて、候補化合物を投与し、生殖がんのリスクを回避し、骨作用を示す新規カルボラン化合物を明らかとする。また、BA321が骨選択的にアンドロゲン様作用を示すか、エストロゲン様作用を示すかを明らかにするため、以下の実験系における投与実験を実施する。(1)男性骨粗鬆症モデル動物を用いた解析:男性骨粗鬆症モデル動物として、雄性で精巣摘出(ORX)マウスを作製する。比較対照として擬手術マウスを用いる。術後4週において、大腿骨と精嚢腺を摘出する。大腿骨の解析は、破骨細胞の分化と骨密度解析、CT解析により評価する。男性生殖器への作用として精嚢腺を重量計測し、組織切片の作製により病理学的に観察する。(2)女性骨粗鬆症モデル動物を用いた解析:女性骨粗鬆症モデル動物として、雌性で卵巣摘出(OVX)マウスを作製する。比較対照として擬手術マウスを作製する。術後4週において、大腿骨と子宮を摘出する。大腿骨の解析は上記(1)の場合と同様に行う。女性生殖器への作用として、子宮重量を計測し、病理学的解析を行う。(3)生殖器作用を示さない確証実験:新規カルボラン化合物が生殖器作用を示さないことを性成熟前の幼若マウスへの投与実験で検証する。以上、研究計画あるいは研究を遂行する上での障壁はなく、順調に課題を実施している。該当なし
日常的ストレスと空間識機能

対象と方法疲労が空間識に与える影響を調べるために、健康被験者10名(男性6名、女性4名、19歳から24歳、平均21.4歳)に徹夜負荷を与え、翌朝にクレペリン試験と静止ならびに回転中の身体動揺を重心動揺計で記録した。徹夜中はゲームを行わせ、仮眠の機会を与えなかった。7時間以上の十分な睡眠を取った翌朝に実施した検査結果と比較した。予め実験内容を説明し、同意の得られた被験者を対象とした。結果静止3分間の総軌跡長は睡眠充足日で193.58±18.08cm、睡眠制限日で218.26±19.96cmで両者の間に有意差を認めなかった(p=0.09)。外周面積は睡眠充足日で4.71±0.91cm^2、睡眠制限日で6.60±1.18cm^2で、有意差は見られなかった(p=0.08)。同様に回転中の総軌跡長は睡眠充足日で632.72±69.0cm、睡眠制限日で678.37±106.52cmで有意差を示さなかった(p=0.63)。外周面積は睡眠充足日で24.82±4.71cm^2、睡眠制限日で36.35±10.81cm^2であり、同様に有意差は見られなかった(p=0.23)。クレペリン検査では、睡眠充足日の総正解数は10020、エラー総数は60であった。睡眠制限日の総正解数は10837、エラー総数は51であった。本検査では、後に算を実施した睡眠制限日の結果の方がむしろ良好な結果であった。考察と結論夜勤労働や睡眠制限は疲労の大きな要因であり、しばしばめまい患者の生活背景として見られる。脳疲労がどの程度、身体平衡や知的活動に影響するかを知る目的で、今回睡眠制限負荷実験を実施した。予想に反して、重心移動記録からもクレペリン検査からも、徹夜が機能を悪化させる所見は得られなかった。別の実験で看護士の夜勤明けと通常勤務明けで、自覚的疲労度とストレスマーカー(血漿バソプレッシン、副腎皮質ホルモン、血小板凝集能など)を調べる検査を継続中である。現時点では夜勤明けで疲労度は明らかに増加するものの、ストレスマーカーの増加は見られていない。これらを総合すると、一晩の徹夜はさほどの身体的ストレスにはならず、脳機能をも低下させない、と言える。平成14年度1)疲労の客観的評価当初の研究計画は、一定の負荷を加える前後で,被験者の静止時の揺らぎ,コリオリ刺激時の揺らぎ,酔い感受性を調べることであった.

負荷項目としては,睡眠制限,空腹,肉体疲労,頭脳労働,アルコール摂取である.その後の検討から,疲労やストレスの客観的指標が必要と判断し,これらストレスや疲労の指標となり得る,種所の血中ホルモンや代謝物質を同時に検索することに修正された.現在,実験を実施中であるが,内リンパ水種の成因といわれるバソプレッシンが,疲労の指標としても注目される.2)本実験には,睡眠制限負荷の実験場所,被験者の募集,負荷前後の検査の依頼,倫理委員会の承認など,実験に関わる多数の条件が必要である.許可された予算で治験専門の業者を介しての実験は,ほぼ不可能なことが判明した.これより,現在,自前の施設で,極力小額の予算で実験を実施するための方策を講じ,呼び実験が始まった段階である.対象と方法1)疲労が空間識に及ぼす影響を知るために、健康被験者10名(男性6名、女性4名、平均21.4歳)に徹夜負荷を与え、翌朝にクレペリン試験と静止・回転中の重心動揺記録を実施した。睡眠充足日の結果と比較した。2)夜勤が疲労度とストレスマーカーに及ぼす影響を、健康な看護士17名(男性1名、女性16名)を対象に調べた。結果1)静止3分間の総軌跡長は睡眠充足日193.6±18.1cm、睡眠制限日218.3±20.0cm、外周面積は4.71±0.91cm^2と6.60±1.18cm^2で有意差はなかった。回転中は総軌跡長632.7±69.0cmと678.4±106.5cm、外周面積24.82±4.71cm^2と36.35±10.81cm^2で、同様に有意差は見られなかった。クレペリン検査は、睡眠充足日の総正解数10020、エラー総数60、睡眠制限日の総正解数10837、エラー総数51で有意差を示さなかった。2)夜勤明けと休日明けの午前中のストレスマーカー(ADH、コルチゾール、フィブリノーゲン)を比較した。疲労度は夜勤明けで明らかに増大したが、ストレスマーカーで有意の上昇を示したものはなかった。夜勤のストレスは個体差や勤務年数などの影響が大きいために、一定傾向が出なかった、と解釈された。考察と結論夜勤労働や睡眠制限は疲労の大きな要因であり、めまい患者の生活背景として見られる。今回は、徹夜と夜勤が身体動揺やストレスマーカーに与える影響を調べた。しかし予想に反して、クレペリン検査、身体動揺、ストレスマーカーいずれにおいても、有意の変化は得られなかった。現時点では、睡眠制限や夜勤は疲労度を増大させるものの、今回の負荷程度では脳機能の低下やストレスの増大をもたらすとは言えない、と結論された。
培養細胞系におけるIL-1によるHSP誘導の分子生物学的研究

近年、HSP(熱ショック蛋白)は熱以外にも種々のストレスによって誘導され、ストレス蛋白質として認識され、バクテリアからヒトに至るすべての種の細胞において、蛋白質の正常な生合成・細胞内輸送を助ける分子シャペロンとして、幅広く機能している事が明らかにされつつにある。一方、マクロファージ系細胞からLPS等の刺激により分泌されるIL-1(インターロイキン-1)は、プロスタグランディンを介して発熱を引き起こすと同時に、種々の免疫反応の発端となる。しかし、IL-1とHSPとの相互作用は明らかでない。そこで、本研究においては、IL-1によっていHSPが誘導されるのではないかとの仮説を検証する事を目的とした。IL-1産生能を有するとともに熱ショックによってHSPを誘導するマウスのマクロファージ系セルラインであるRAW246.7細胞およびヒト単球様組織球性リンパ腫由来のU937細胞をRPMI1640培地(10%FBS)にて37°C、5%CO_2にて培養し実験に用いた。39°C、2時間の温熱処理により^3Hサイミジンの取り込みで見た細胞増殖能は抑制されたが、IL-1添加では影響を受けなかった。IL-1添加によるHSPの誘導をHSPcDNAプロープを用いたノザン・ブロッティングにてRNAレベルにて確認した(RAW246.7細胞)。本研究の成果は免疫応答の端緒と成るIL-1と細胞内の蛋白の生合成・輸送に機能し、種々のストレスにより障害を受けた蛋白を修復し細胞をストレスから守るHSPとの直接の関係を明らかにする物であり、細胞に対する種々のストレスから、如何にして、免疫系とHSPとが関連して応答し、細胞機能を、生体を維持しているかを解明する端緒と成ることが期待される。
動物の食餌タンパク質の量や質の変換時における摂食量抑制因子の解明

本研究は分離大豆タンパク質(SPI)10%食からアルブミン(A)50%食への変換時に見られる厳しい摂食抑制の原因を解明することを目的とした。この原因が変換前のタンパク質の質に問題があるのか,あるいは変換後のタンパク質の量に問題があるのか,この二点に着目し実験動物の群別は次の5群とした。SPI10%→A50%食,SPI10%→A40%食,SPI10%→A30%食およびSPI10%+Met→A50%食と別に対照として全期間SPI10%食。各群ラットは10%食で10日間飼育しその後それぞれの含量のA食に変換し1,2,3,5,7,14日間飼育した。期間中毎日摂食量と体重を計測した。飼育終了後のラットは殺して採血し,脳,肝臓を摘出し以下の各項目について定量分析を行った。・脳,肝臓,血清中の遊離アミノ酸濃度の測定・肝臓中のスレオニン・セリン脱水素酵素(SDH)の活性の測定これら試料分析の結果と摂食量との関連を検討して,SPI10%→A50%食における厳しい摂食抑制の原因解明を行い、次の知見を得た。1.SPIにMetを補足することにより変換後の摂食量減少はかなり改善された。また変換後のA含量を30%にすることによっても摂食量の減少は抑えられた。2.SPI10%+Met→A50%食群の動物の脳中HiS濃度が他の群に比して低値を示した。一般に栄養状態劣悪時にHiSは脳に集中するとされるが,この成績は脳中HiS濃度が摂食量抑制の因子たることを示唆するものである。3.タンパク摂取量を抑制するとされる脳中セロトニン濃度の指標となる脳中のTrpと中性アミノ酸の比もSPI10%+Met→A50%食群が他の群より低値となり摂食状態と対応した。4.肝SDH酵素活性は,変換後何れの群でも上昇したが,中でもSPI10%+Met→A50%食群とSPI10%→A30%食群で変換後初期に順調な上昇を示し,摂食量の改善と対応した。
一細胞三次元質量分析イメージングのための試料前処理法の開発

すでに確立しているガスクラスターイオン銃と飛行時間型二次イオン質量分析を組み合わせた一細胞内の3次元質量分析イメージング(Masaki et al 2015)のための試料前処理法を開発する。先行研究で明らかとなった、細胞内の微細構造が従来の新鮮凍結法では保持されないことを解決するために、最適な細胞の固定法(e.g. Nagata et al 2014)を検証する。さらに硫酸アンモニウムの添加(Sugiyama et al 2015)などのイオン化向上法を組み合わせ、細胞内小器官の三次元イオン像の取得を試みる。
特発性心筋症成因の分子的探索-心筋カルシウムチャンネル群の動的変化と分化の解析-

特発性心筋症発症の成因と心筋細胞膜のCa透過・輸送を担う分子群(電位依存性Caチャネル, Ca依存性Ca放出チャネル, Caポンプ等)の動的変化との関連を明らかにする目的で,これら分子群個々を認識するモノクローン抗体の作成を進め,本年度は以下のような成果を得た.1)抗原としてはブタ心筋の膜面分を用いた.それは,膜面分では目的とする分子群が比較的無傷の状態を保存する確率が高く,個々の分子の密度が低いという不利さを補って余りあるものと考えた.ミクロソーム面分をCa-ローデング後,ショ糖密度勾配遠心にかけ,上記3種の分子それぞれを主として含む分面が行えた.2)これらの膜面分それぞれを,常法通りBALB/Cマウスに免疫, PE6による細胞融合,限界希釈法によるクローニングといった操作により,モノクローン抗体を作成した.得られたモノクローンハイブリドーマの内訳は, Caポンプを強く認識するもの一種と中程度に反応するもの5種,電位依存性Caチャネルと免疫反応するもの4種,及びCa依存性Ca放出チャネルと免疫反応するもの3種である.これらのモノクローン抗体が,心筋症モデル動物ハムスターと免疫交又性を示すかといった免疫反応性のより詳細な解析を行うと共に,より多くのモノクローンハイブリドーマの作成を行うことが次年度の課題となる.特発性心筋症発症の成因と心筋細胞膜のCa透過・輸送を担う分子群(電位依存性Caチャネル, Ca依存性Ca放出チャネル, Caポンプ等)の動的変化との関連を明らかにする目的で,これら分子群個々を認識するモノクローン抗体の作成を進め,本年度は以下のような成果を得た.1)抗原としてはブタ心筋の膜面分を用いた.それは,膜面分では目的とする分子群が比較的無傷の状態を保存する確率が高く,個々の分子の密度が低いという不利さを補って余りあるものと考えた.ミクロソーム面分をCa-ローデング後,ショ糖密度勾配遠心にかけ,上記3種の分子それぞれを主として含む分面が行えた.2)これらの膜面分それぞれを,常法通りBALB/Cマウスに免疫, PE6による細胞融合,限界希釈法によるクローニングといった操作により,モノクローン抗体を作成した.得られたモノクローンハイブリドーマの内訳は, Caポンプを強く認識するもの一種と中程度に反応するもの5種,電位依存性Caチャネルと免疫反応するもの4種,及びCa依存性Ca放出チャネルと免疫反応するもの3種である.これらのモノクローン抗体が,心筋症モデル動物ハムスターと免疫交又性を示すかといった免疫反応性のより詳細な解析を行うと共に,より多くのモノクローンハイブリドーマの作成を行うことが次年度の課題となる.
日常臨床検査における異常反応の検出と対策

生化学検査自動分析装置における各種検査試薬の反応過程を精査した結果、第1試薬と検体の混合時に濁りが認められる症例を検出した。混濁事例が最も多かった試薬はビリルビン測定試薬であり、混濁が認められた20症例の検体の性状を蛋白質電気泳動法で確認した結果、16症例でモノクローナル蛋白の存在が認められた。これら16症例中9症例については、本現象の発見によりはじめてモノクローナル血症が判明した。また検体の希釈直線性(ビリルビン値)が成立しない検体が4症例認められ、希釈再検により正確なビリルビン濃度の報告につながった。したがって反応異常の検出機能は、異常蛋白の発見および正確な検査の報告に効果的であった。日常検査法におけるHbA1c検査(NH)の波形の解析から、これまで40症例の異常ヘモグロビン症例が検出された。これらの症例について、血清中グリコアルブミン値(GA)、血漿中ブドウ糖濃度(Gl)、アフィニティー法によるHbA1c予測値(AfH)、免疫学的方法によるHbA1c値(AbH)、酵素法によるHbA1c値(EH)を測定した。また日常検査1180症例におけるNH、GA、Glの関係を調査した。異常ヘモグロビン症例ではGAによる糖代謝管理が推奨されているが、異常ヘモグロビン症例におけるGAと各マーカーの相関係数は、NH、Gl、AfH、AbH、EH、の順に、0.34、0.43、0.40、0.19、0.01であり、Gl、AfHで比較的高い相関性を示した。一般検体におけるGAに対するNH、Glの相関係数はそれぞれ0.75、0.52であった。一方異常ヘモグロビン症例のAfHに対するAbh、EHとの関係ではそれぞれ0.90、0.96と高い相関係数を示した。以上より、異常ヘモグロビン症例では他の糖代謝マーカーでの管理が必要だが、AfH、AbH、EHの活用が有用と考えられた。研究は進行したが、論文化が遅れているため。これまでのデータを再吟味し、学会発表および論文発表を行う。生化学検査自動分析装置による新規異常反応検出法のパラメータを設定する目的で、10日間・7184症例における各種検査結果(46項目)・139,097テストの反応過程を分析した。分析方法は、従来の第1試薬試料混合後の主・副波長、第2試薬添加後の副波長、測光ポイントの各吸光度の分散に加え、今回新たに第1試薬添加後の1.7分後と5分後の主波長の吸光度差を算出し、その分散値の10倍を異常検出のための閾値とした。その結果、異常検出されたのは、従来法で82件、新設定法で57件の系139件であった。これらについて、反応タイムコースを詳細に観察した結果、異常蛋白による混濁は16件であり、うち5症例は新法で初めて検出された。異常が認められた検査項目は、アルブミン、CRP、総ビリルビン、抱合型ビリルビン、LDLコレステロール、HDLコレステロールであった。以上より、新検出法は濁りの異常反応の検出に有効と考えられた。次に、HbA1c測定における、異常ヘモグロビン(Hb)症例の効率的検出の為に、HbA1c値と、グルコース値(Glu)およびグリコアルブミン値(GA)との相関性を調査した。1180症例におけるHbA1cと、GluおよびGAとの相関係数は、それぞれ0.75, 0.56であり、Sy・xはそれぞれ0.10, 1.24であった。95%信頼区間である回帰直線±2×Sy・x以内を許容域とした時の許容域を外れた症例はGluで63症例(5.3%)、GAで71例(6.0%)であった。これらの症例には、異常Hbの他に、肝機能障害、甲状腺疾患、貧血等が含まれた。一方これまでに千葉大学病院で検出した異常Hb 26症例では、それぞれ12例(46.2%)および10例(38.5%)が許容域から外れた。したがって、異常Hb症例の半数近くは、今回の方法で検出できる可能性が示唆された。生化学検査自動分析装置による異常反応検出については、約14万テストの多量データを新たな解析手法で解析した結果、これまでの方法で検出できなかった異常反応が検出された。本検出法の閾値を詳細に吟味することで、さらに高効率に異常反応を検出できる可能性がある。異常ヘモグロビン症例の効率的な検出法については、異常ヘモグロビンの半数近くはグルコース値やグリコアルブミン値との相関性の解離から検出できることが確認された。生化学検査自動分析装置による各種異常反応検出法を用いて、38日間22303検体・40項目の反応過程を分析した。まず従来の検出法として、第1試薬試料混合後の主・副波長、第2試薬添加後の副波長、測光ポイントの各吸光度の分散を求めて閾値を設定し、これから逸脱した場合を異常と判定した。次に新規検出法として、第1試薬添加後の主波長および副波長、および第2試薬添加後の副波長について、混合1.7分後と5分後の吸光度差を算出して閾値を設定し、それ以上の変動があった場合を異常と判定した。

これら異常と判定した事例の反応タイムコースを詳細に観察した結果、濁りの発生等による異常反応が認められた事例は69件であり、うち40件は新しい方法で初めて検出された。異常が認められた検査項目は、AST, ALT, CK, CRP, Fe, γGT, Glu, HDL-C, LD,LDL-C, T-Bil, T-CHO, TG, TPの14項目であった。以上より、新しい検出法は濁り等に伴う異常反応の検出に有効と考えられた。次に、HbA1c測定における、異常ヘモグロビン(Hb)症例の効率的検出の為に、1180症において、HbA1c値と、グルコース値(Glu)およびグリコアルブミン値(GA)との相関性を調査した。95%信頼区間である回帰直線±2×Sy・x以内を許容域としたときにGluとの比較で63症例(5.3%)、GAとの比較で71例(6.0%)が許容下限を下回った。これらの検体を調査したが、明瞭な異常ヘモグロビン症例は検出されなかった。またこれまで検出した異常Hb症例26症例の各測定値を同グラフにプロットした結果、それぞれ12例(46.2%)および10例(38.5%)が許容域から外れたことから、異常Hb症例の半数近くは今回の方法で検出できる可能性が示唆された。生化学検査自動分析装置による異常反応波形を示した現象の解明が充分に進んでいないため。また、HBA1cでの相関性の乖離による異常ヘモグロビンの検出率が低かったため、更に別の方法を模索する必要があると考えられたため。生化学検査自動分析装置における各種検査試薬の反応過程を精査した結果、第1試薬と検体の混合時に濁りが認められる症例を検出した。混濁事例が最も多かった試薬はビリルビン測定試薬であり、混濁が認められた20症例の検体の性状を蛋白質電気泳動法で確認した結果、16症例でモノクローナル蛋白の存在が認められた。これら16症例中9症例については、本現象の発見によりはじめてモノクローナル血症が判明した。また検体の希釈直線性(ビリルビン値)が成立しない検体が4症例認められ、希釈再検により正確なビリルビン濃度の報告につながった。したがって反応異常の検出機能は、異常蛋白の発見および正確な検査の報告に効果的であった。日常検査法におけるHbA1c検査(NH)の波形の解析から、これまで40症例の異常ヘモグロビン症例が検出された。これらの症例について、血清中グリコアルブミン値(GA)、血漿中ブドウ糖濃度(Gl)、アフィニティー法によるHbA1c予測値(AfH)、免疫学的方法によるHbA1c値(AbH)、酵素法によるHbA1c値(EH)を測定した。また日常検査1180症例におけるNH、GA、Glの関係を調査した。異常ヘモグロビン症例ではGAによる糖代謝管理が推奨されているが、異常ヘモグロビン症例におけるGAと各マーカーの相関係数は、NH、Gl、AfH、AbH、EH、の順に、0.34、0.43、0.40、0.19、0.01であり、Gl、AfHで比較的高い相関性を示した。一般検体におけるGAに対するNH、Glの相関係数はそれぞれ0.75、0.52であった。一方異常ヘモグロビン症例のAfHに対するAbh、EHとの関係ではそれぞれ0.90、0.96と高い相関係数を示した。以上より、異常ヘモグロビン症例では他の糖代謝マーカーでの管理が必要だが、AfH、AbH、EHの活用が有用と考えられた。研究は進行したが、論文化が遅れているため。生化学検査自動分析装置による異常反応検出については、新規検出方法の閾値の吟味を行った上で、さらに多数症例における検出効果の検証を実施する。また異常反応が確認された症例については、異常反応による検査結果への影響の有無を調査すると共に、これらの検体の異常蛋白の存在を確認する。
結腸を支配する副交感神経系の迷走神経と骨盤神経叢枝の形態学的研究

ヒト結腸に分布する内臓神経線維は今でも不明瞭である。ヒトとラットの結腸に分布する上下腹神経叢の「走行パターン」に違いがなかった。ラットの上下腹神経叢を標識して、末梢分布が結腸のかなり広範囲に分布していることを示唆された。これらの内臓神経線維のニューロンは仙髄で観察されなく、腰交感神経節にしか観察されなかったことから、ラットのこの神経叢線維の性質が「交感神経線維」だけだと思われる。結腸に分布する骨盤由来の「副交感神経線維」は「下下腹神経叢」の成分だと推測される。中腸に分布する副交感神経線維成分をトランスジェニックマウスFlk1初期胚用い、切片標本をVIP染色法で染色し観察する方法を確立した。ヒト消化管に分布する内臓神経線維(特に骨盤神経叢の成分)の観察は古くから報告があるが、一般的にその「観察」は医学部学生実習の遺体を利用し実施された。しかし、腹部内臓を取り出された遺体の後腹壁に沿って走行する「内臓神経」線維の観察は極めて難しい状態になることは現実である。臨床手術に役立つマクロ分野の「結腸に分布する副交感神経線維」に関する論述が今になっても不明瞭のままである。本研究はまず、マクロ解剖の手法を利用し、ヒトの「後腹壁を走行する」内臓神経線維を詳細に観察し、実験動物のラットのその神経線維と比較して、さらに動物実験で「結腸に分布する副交感神経線維」の由来、分布領域、外来性内臓神経と腸内神経線維との関係を順・逆行性神経線維標識法、免役染色法及び発生学的手法で明確にする。肉眼解剖の手法でヒト(2体)とラット(5匹)の上下腹神経叢(下行結腸に分布する神経束)の「末梢神経の走行パターン」を詳細に観察した結果、両者の間に明確な違いが認められなかった。この結果をふまえ、ラット(10匹)を麻酔下で、上下腹神経叢を剖出しDiIで標識して、末梢部の分布とニューロンの局在を調べた。末梢部の分布について、上下腹神経叢が結腸のかなり広範囲に分布しているのではないかという示唆が得られたが、ニューロンの局在については、脊髄のS2、3、4の分節に観察されなく、交感神経幹の腰交感神経節にしか観察されなかったことから、ラットの上下腹神経叢の神経枝の種類が主に「交感神経線維」ではないかと思われる。ゆえに、結腸に分布する骨盤由来の「副交感神経線維」がもし存在するとすれば、「下下腹神経叢」の成分だと推測される。今までの観察により、上下腹神経叢においてヒトとラットの間に大きい違いはないことをわかった。一方、結腸に分布する骨盤由来の「副交感神経線維」がもし存在するとすれば、「下下腹神経叢」の成分だと推測される。この結果を踏まえて中腸に分布する副交感神経線維成分を同定する必要があると考え、同じく齧歯類のトランスジェニックマウス初期胚を用い、切片標本をVIP副交感神経線維染色し、二重標識で中腸初期発生段階において血管及び血管に沿って走行する副交感神経線維成分を観察する方法を確立した。いままで、ラットを麻酔し手術で内臓神経を標識されてきた。らっと内臓神経とりわけ下下腹神経叢の繊維が非常に細くて、その神経線維の標識がとても精細で時間がかかった。現在、手術により内臓神経標識のことを一段落になって、これからトランスジェニックマウスの実験にはいるので、一回数匹のマウス胎児を入手できるようになったことが一要因であることが考えられる背景:ヒト消化管に分布する内臓神経線維(特に骨盤神経叢の成分)の観察は古くから報告があるが、しかし、「内臓神経」線維の観察は極めて難しい状態になることは現実である。本研究はまず、ヒトの「後腹壁を走行する」内臓神経線維を詳細に観察し実験動物のラットのその神経線維と比較、さらに動物実験で「結腸に分布する副交感神経線維」の由来、分布領域、外来性神経と腸内神経線維との関係を順・逆行性神経標識法、免役染色法及び発生学手法で明確にする。結果:1ヒトとラットの上下腹神経叢の「末梢神経の走行パターン」を詳細に観察したが、両者の間に明確な違いが認められなかった。この結果をふまえ、ラットを麻酔下で、上下腹神経叢を剖出しDiIで標識して、末梢部の分布とニューロンの局在を調べた。2末梢部の分布について、上下腹神経叢が結腸のかなり広範囲に分布しているのではないかという示唆が得られたが、3ニューロンの局在については、脊髄のS2からS4の分節に観察されなく、交感神経幹の腰交感神経節にしか観察されなかったことから、4ラットの上下腹神経叢の神経枝の種類が主に「交感神経線維」ではないかと思われる。

ゆえに、5結腸に分布する骨盤由来の「副交感神経線維」がもし存在するとすれば、「下下腹神経叢」の成分だと推測される。これらの結果をベースにして、中腸に分布する副交感神経線維成分を同定する必要があると考え、同じく齧歯類のトランスジェニックマウスFlk1初期胚を用い、切片標本をVIP副交感神経線維染色し、二重標識で中腸初期発生段階において血管及び血管に沿って走行する副交感神経線維成分を観察する方法を確立した。現段階、得られた結果は確実に「下下腹神経叢」の成分であることを証明できる追加実験を実施している。ヒト結腸に分布する内臓神経線維は今でも不明瞭である。ヒトとラットの結腸に分布する上下腹神経叢の「走行パターン」に違いがなかった。ラットの上下腹神経叢を標識して、末梢分布が結腸のかなり広範囲に分布していることを示唆された。これらの内臓神経線維のニューロンは仙髄で観察されなく、腰交感神経節にしか観察されなかったことから、ラットのこの神経叢線維の性質が「交感神経線維」だけだと思われる。結腸に分布する骨盤由来の「副交感神経線維」は「下下腹神経叢」の成分だと推測される。中腸に分布する副交感神経線維成分をトランスジェニックマウスFlk1初期胚用い、切片標本をVIP染色法で染色し観察する方法を確立した。ラット(10匹)を使用し、麻酔下で「腹部正中切開」し、直腸末端部に到達して、「直腸」の末端から「結腸」に進入する副交感神経線維(下下腹神経叢の線維)を剖出してDiIで標識しその末梢分布とニューロンの局在を調べる。同時にラット(5匹)の上・下下腹神経叢両方を標識し、両者の違いを見いだす。さらにトランスジェニックマウスの初期胚を用い切片及びホールマント標本をVIP法で染色し、中・後腸動脈と一緒に分布する副交感神経線維の分布を解明する。トランスジェニックマウスFlk1の初期胚(E12.5E18.5)を用いて、切片(水平断面と前頭断面)にして、VIP副交感神経特異染色法で染色する。同時に、骨盤血管神経が観察しやすいホールマントトランスジェニックマウス標本もVIP法で染色する。この二重染色法により、実験動物マウス(ラット)の中・後腸に分布する副交感神経線維成分の実像を明確にする。臨床解剖学次年度使用額が生じた理由は、実験動物の使用個体数が予定よりやや遅れているので、それに薬品の購入もその分残されていった。動物事件センターの勧告で、実験動物ラットの使用数はできるだけ少な目にして、それに薬品の使用量も減らされたので、次年度の発生学実験に使うことにした。今年度に実験動物を追加し、薬品の購入も増えると考えている。実験動物購入、薬品の購入、学会の旅費等の支出の予定トランスジェニックマウスを購入すると抗体及び標識薬品の購入(必要に応じて標識実験の追加等)に使用する予定。
細胞間コミュニケーションを利用した口腔組織構築法の開発

我々は、細胞間結合因子(Gja1分子)が、エナメル質形成に重要なアメロブラスチンの発現制御に関わる新規分子であり、アメロブラスチンの転写を活性化する機序を明らかにした。本研究結果は、細胞間結合が一般的な細胞内シグナル伝達を厳密に制御していることを明らかにした報告であり、歯の発生研究のみならず、他の臓器形成における細胞間結合の役割に関する重要な知見といえる。我々は、これまでエナメル基質の発現誘導に関して、細胞外マトリックスや細胞増殖因子以外の第3の因子として細胞間結合分子が重要であり、特にGja1分子がエナメル質形成に重要なアメロブラスチンの発現制御に関わる新規分子である事を明らかにした。またGja1分子は、TGF-β1刺激によるアメロブラスチンの発現誘導について、Smad経路のシグナルには全く影響を及ぼさず、逆にMAPKinaseファミリーの1つであるERK1/2のリン酸化を制御していることを明らかにした。しかしながら、ERK1/2のリン酸化がどのようにアメロブラスチン発現に関わっているか詳細は明らかではなかった。そこで、さらに詳細なGja1分子の機能解析を目的として研究を行った。ERK1/2によってリン酸化されるアメロブラスチンの転写制御因子の1つであるRunx2の活性化制御に関して解析した結果、次のことがわかった。TGF-β1刺激によってリン酸化されたERK1/2とSmad2/3は核内に移行し、Runx2のセリンをリン酸化し、アメロブラスチンの転写を活性化する。しかしながら、ギャップジャンクションの抑制剤存在下では、リン酸化されたSmad2/3は核移行できるが、ERK1/2の核移行が阻害され、核内のRunx2のセリンのリン酸化が抑制され、Smad2/3と結合することができず、アメロブラスチンの発現誘導が抑制されてしまうことが示唆された。我々は、これまでエナメル基質の発現誘導に関して、細胞外マトリックスや細胞増殖因子以外の第3の因子として細胞間結合因子が重要であり、特にGja1分子がエナメル質形成に重要なアメロブラスチンの発現制御に関わる新規分子であることを明らかにした。さらに、TGF-β1刺激によってリン酸化されたERK1/2とSmad2/3が核内に移行し、Runx2のセリンをリン酸化し、アメロブラスチンの転写を活性化する機序を明らかにした。また、Gja1分子は隣接する細胞と細胞間結合を形成し、Ca^<2+>やIP3などの低分子の輸送に関わる。そこでこれら低分子によるERK1/2のリン酸化制御機構とアメロブラスチン発現誘導に関して、細胞内カルシウム阻害剤や促進剤、さらには小胞体膜に存在するIP3受容体の阻害剤を用いて、これら分子のエナメル芽細胞分化に及ぼす影響の検討を行った。その結果、細胞内カルシウム量はTGF-β1誘導性のERK1/2のリン酸化に重要であり、小胞体膜にあるIP3受容体に細胞間結合を通過してくるIP3が結合することで、小胞体からCa^<2+>が放出され、細胞内Ca^<2+>濃度が上昇する。これによって、ERK1/2のリン酸化が誘導され、逆に小胞体からのCa^<2+>放出が抑制されると、ERK1/2のリン酸化が抑制されることがわかった。また、小胞体膜にもGja1分子が存在し、小胞体からのCa^<2+>の放出にも関与していることが示唆された。本研究結果は、細胞間結合が一般的な細胞内シグナル伝達(ERKシグナリング)を厳密に制御していることを明らかにした報告であり、歯の発生研究のみならず、他の臓器形成における細胞間結合の役割に関する重要な知見といえる。
教育現場における地震被災危険度の評価と防災マニュアルの作成

教育現場における地震防災体制に,もし遅れがあるとすれば重大な問題であり,早急に対策を講ずる必要がある.この研究は全国の小中学校から1500余校を選び,現状分析を行い,それをもとにいかなる対策を実行するかの一助となる指導書(防災力向上マニュアル)を作成することを主テーマとしている.具体的には,地震防災対策強化地域やサイスミシティの差異などを考慮して北海道,東京,神奈川,静岡,愛知,山口,熊本の7地域の学校を選定し,アンケート調査を実施した.また北海道,東京,静岡,愛知および岐阜においては何校かの実態調査も行った.アンケート調査項目を10程度に整理し,地域差などの比較分析を行い,さらにこれを参考に各学校が自校の現状を知るための自己診断法を開発した.点数化された自己診断をもとに,各学校がどんな対策を優先的に推進すればよいかという防災マニュアルを作成中であるが,この中には地域差や,対策の中ではその必要性をも解説している.例えば教師用のヘルメットを用意するように指導しているが,用意した方がよいという漠然とした認識ではなく,地震後,時としては危険場所へ教師が突入しなければならないことを述べている.地震防災力向上のためには,校舎の配置や耐震性などかなり大がかりな問題として行政面の協力なくては実施できない対応と,避難訓練や内部環境整備など学校の努力で行い得る対応がある.ここでは主として後者を対象として作業を進めたが,それのみで問題が解決されるわけではない.防災教育一つをとっても,学校独自にカリキュラムを変更できなかったり,教材(例えば視聴覚教材)に適当なものが見出せない現実がある.これらの問題については,今後早急に関係機関に働きかけなければならないと考えている.教育現場における地震防災体制に,もし遅れがあるとすれば重大な問題であり,早急に対策を講ずる必要がある.この研究は全国の小中学校から1500余校を選び,現状分析を行い,それをもとにいかなる対策を実行するかの一助となる指導書(防災力向上マニュアル)を作成することを主テーマとしている.具体的には,地震防災対策強化地域やサイスミシティの差異などを考慮して北海道,東京,神奈川,静岡,愛知,山口,熊本の7地域の学校を選定し,アンケート調査を実施した.また北海道,東京,静岡,愛知および岐阜においては何校かの実態調査も行った.アンケート調査項目を10程度に整理し,地域差などの比較分析を行い,さらにこれを参考に各学校が自校の現状を知るための自己診断法を開発した.点数化された自己診断をもとに,各学校がどんな対策を優先的に推進すればよいかという防災マニュアルを作成中であるが,この中には地域差や,対策の中ではその必要性をも解説している.例えば教師用のヘルメットを用意するように指導しているが,用意した方がよいという漠然とした認識ではなく,地震後,時としては危険場所へ教師が突入しなければならないことを述べている.地震防災力向上のためには,校舎の配置や耐震性などかなり大がかりな問題として行政面の協力なくては実施できない対応と,避難訓練や内部環境整備など学校の努力で行い得る対応がある.ここでは主として後者を対象として作業を進めたが,それのみで問題が解決されるわけではない.防災教育一つをとっても,学校独自にカリキュラムを変更できなかったり,教材(例えば視聴覚教材)に適当なものが見出せない現実がある.これらの問題については,今後早急に関係機関に働きかけなければならないと考えている.
ウィルムス腫瘍発生の分子機構の解明

本研究では小児の腎腫瘍であるウイルムス腫瘍(腎芽腫)の発生機序解明を目的とし,本腫瘍の原因遺伝子の候補とされているWT1遺伝子並びにその他の領域の異常を解析した。病理組織学的にウイルムス腫瘍と診断された腫瘍24例についてWT1遺伝子ゲノムのシークエンス解析を行った。その結果,7例でWT1遺伝子に塩基配列レベルの変異を同定した。また,第11染色体短腕のLOH解析を行った結果,11p13-11p15領域のLOHを示す症例が約40%存在し,WT1遺伝子異常と共存する腫瘍としない腫瘍が存在することが明らかとなった。WT1遺伝子異常のない腫瘍においても,全体の20%で第11染色体短腕にLOHを認めた。合計すると全体の約半数で,何らかの第11染色短腕の異常が存在することが明らかとなった。また,第1染色体短腕では30例中3例で,第16染色体長腕では30例中2例でLOHを示す領域が存在することが明らかとなった。第1染色体短腕,第16染色体長腕の異常は,共存することがなく,また,WT1変異との共存も認められなかった。両染色体内にはWT1非変異例におけるウイルムス腫瘍の原因遺伝子の候補が含まれていると考えられた。また,第1染色体短腕のLOHを有する腫瘍では組織学的に浸潤が強い傾向がうかがわれたが,解析数を増やす必要があると考えられた。一方,第1,第16染色体異常と腫瘍内の構成成分(上皮,間葉,後腎芽組織)の間には明らかな相関は認めなかった。本研究では、ウイルムス腫瘍(腎芽腫)の発生機序解明と病態診断法の開発を目的とし、本腫瘍の原因遺伝子の候補とされているWT1遺伝子と11p15領域の異常を解析した。病理組織診断がウイルムス腫瘍と確定された散発性腫瘍、40例について解析を行った。腫瘍組織(凍結)よりゲノムDNAを抽出し、WT1遺伝子ゲノムのPCR産物のダイレクトシークエンス法によって、解析した40例中30%においてWT1遺伝子のコード領域内の塩基配列レベルでの変異を同定した。変異は、点突然変異(ナンセンス変異、ミスセンス変異)、欠失、挿入など、様々であった。また、1例のイントロン変異例も存在した。WT1遺伝子、近傍の11p13領域、11p15領域のLossofheterozygosity (LOH)を解析した。その結果、WT1遺伝子変異例の大部分では、WT1遺伝子内あるいは近傍の11p13領域にLOHが同定され、その結果、正常のWT1遺伝子産物は全く発現していないと考えられた。さらに興味深いことに、上記LOH例の多くはWT2領域とされる11p15領域にも及んでいた。これらの結果から、従来15%程度とされていたウイルムス腫瘍におけるWT1変異の割合が、より詳細な解析を行うと、少なくとも本邦では30%程度であると考えられた。また、WT1変異を有する腫瘍は、組織型としては間葉系成分が優位な症例が多いこと、また、両側例や後腎芽組織遺残を伴う例に多いことが判明した。
新規原子層物質における層間相互作用と電子輸送現象

この研究では原子層物質間の層間相互作用を第一原理計算を専門とする分担者と協力しながら有効質量近似により取り扱い、単層、複数層の電子状態と電気伝導特性、ヘテロ接合における面間、面内の電気伝導など、原子層の電気伝導理論の構築を目的としている。そのうち、今年度は連携研究者(産業技術総合研究所機能材料コンピュテーショナルデザイン研究センター森下徹也主任研究員)と協力しIII-V族半導体物質の2次元構造を、密度汎関数理論に基づく第一原理分子動力学シミュレーションに研究した。2層GaN原子層の層状構造の安定構造を探索した結果、有限温度において準安定状態を含む複数の安定構造が得られた。これまでの先行研究で調べられた平面2層ハニカム構造は予想に反して最安定構造ではなく、バックリングを伴うGaN特有の構造が、最安定構造となることが初めて明らかになった。歪を加えることでバンドギャップが間接遷移から直接遷移型に変化することを示した。ナノデバイス材料としての応用が期待される。また研究分担者は、時間依存密度汎関数理論による第一原理計算を各種2次元材料に適用し、2次元材料の分極応答によるレーザー電場増強の効果を見出した。海外研究者と協力して、新しい化合物による2次元材料の設計を行った。金属2次元表面のレーザー誘起ダイナミクスの計算手法を検討した。さらに、カイラル対称性のある2次元において、コーナに局在した状態の形状依存性を解明した。コーナーを形成する2つの辺が結晶方位となす角によって、コーナ状態が出現する条件を明らかにした。このとき2次元系の普通のトポロジカル指数は自明であり、高次トポロジカル絶縁体の一例となっているが、結晶の対称性を要請していない点が新しい。端が閉じた2層グラフェンあるいは扁平したカーボンナノチューブについては、層間相互作用が重要となるアカイラルな構造の場合について詳しく調べた。その結果、半導体から金属へまた半導体へ変化する電子状態は、対応する2層グラフェンのエネルギー分散関係を離散化したものとして概ね理解された。時間依存密度汎関数理論による第一原理計算を各種2次元材料に適用し、グラフェン、六方晶窒化ホウ素、窒化炭素の2次元材料におけるレーザー電場増強を示した。2次元原子層材料の光吸収と共鳴する周波数の光電場特性に着目し、電場の増幅とテラヘルツ変調効果を示した。2層GaN原子層の構造と電子状態を第一原理分子動力学計算により調べた。その結果、バックリングを伴う構造とバンド端付近の大きな状態密度を示した。また、シリセンについては、フッ化カルシウム層状物質内で実験的に形成が確認された2層シリセンの構造安定性を、第一原理分子動力学計算により検証した。カリウム原子に置換することで構造転移が起きることを理論的に予測し、それにより更にバンドギャップの制御も可能であることを明らかにした。カイラル対称性のある2次元およびそれを層状に積層したモデルの電子状態を計算し、コーナまたはヒンジに局在した「トポロジカル・コーナー状態」を示した。形状依存性を調べ、2つの境界と結晶方位のなす角度を変えて、「トポロジカル・コーナー状態」が出現する条件を明らかにした。一般の凸多角形において、出現する「トポロジカル・コーナー状態」の数とその条件を解明した。このモデルは、対称性を何も想定しないところに特徴があり、結晶トポロジカル絶縁体のコーナー、ヒンジ状態とは異なる。一方情報理論に基づき、原子層表面のARPES観測データ解析において、モデル選択の手法を開発した。テストデータを用いて、ディラックコーンの有無を高精度で判別できることを例示した。III-V族半導体物質については、水素終端したGaN原子層について構造と電子状態を明らかにする。さらに、GaN以外のIII-V族半導体物質についても構造の解明を進め研究成果をまとめて発表する。情報理論に基づくARPES観測データ解析においては、実際の実験データに適用し、開発した解析方法の適用において抽出された課題に取り組む。研究分担者は昨年度末からの解析と検討を完成させて国際会議において発表する。そのうち、今年度は端が閉じた2層グラフェンあるいは扁平したカーボンナノチューブに着目し、その電子状態の層間相互作用依存性を明らかにした。2層グラフェンを有効質量理論で取り扱い、2層の重なり方に依存する有効的な層間相互作用を導出した。閉じた端を有効的な境界条件により接続した1層グラフェンとして取り扱った。また、時間依存密度汎関数法による第一原理計算では2次元原子層材料に光電場を照射したときの応答特性を調べた。特定の周波数の光電場に対してその電場の増幅とテラヘルツ変調効果があることをシミュレーションから見出し、テラヘルツ光源デバイスの一部に2次元原子層材料を用いることを提案した。連携研究者(産業技術総合研究所機能材料コンピュテーショナルデザイン研究センター森下徹也主任研究員)はナノワイヤやナノシートなどの低次元シリコン物質とその形成プロセスに注目し第一原理及び古典分子動力学シミュレーションをナノスケールの様々な形態のシリコン構造体に対して実施し、ナノスケールシリコンの構造変化やそれに付随する電子物性変化を明らかにしている。特に、CaSiF結晶内で形成される2層シリセンの構造安定性を、シリセン表面のダングリングボンドに注目して第一原理計算により検証した。

具体的にはCaSiF層内のスリット空間内に形成された2層シリセン構造がフッ素化合物の濃度にどのような影響を受けるか調べた。端が閉じた2層グラフェンあるいは扁平したカーボンナノチューブについては、層間相互作用が重要となるアカイラルな構造の場合について詳しく調べた。すなわち、アームチェア型、ジグザグ型ナノチューブが扁平したとき、層間相互作用は2層のずれによって大きく変化する。それに従い2層グラフェンの電子状態は大きく変化する。これらの状態の上下層の波動関数は導出した境界条件によく整合し、閉じた境界の影響をほとんど受けないことを明らかにした。その結果、半導体から金属へまた半導体へ変化する電子状態は、対応する2層グラフェンのエネルギー分散関係を離散化したものとして概ね理解された。2次元原子層材料の光応答特性については、2次元原子層材料の光吸収と共鳴する周波数の光電場特性に着目し、電場の増幅とテラヘルツ変調効果があることをシミュレーションから見出した。さらに実験的実用性を考え固定された周波数(波長に換算して800nm)を持つ光電場にたいしても増強効果がみられるか検証し、2次元原子層材料では元の電場の60%以上の増幅効果があることを見出し、2次元原子層材料を筒状にしたナノチューブ構造では2倍以上の増幅効果があることを見出した。シリセンについては、第一原理分子動力学計算から、フッ素の量が少ないとハニカム格子の層から成る2層シリセンが安定に存在する一方、フッ素含有量が増加すると、4角形と5角形を保持する波型の2層シリセン構造が形成されることを示した。これは、シリセン層の表面に存在するダングリングボンドの影響による。即ち、フッ素含有量が少ない状況では、Caからの電子によりダングリングボンドが占有され、2層シリセン構造が安定になる。一方フッ素含有量が増加すると、ダングリングボンドは電子数が足りない状態になり構造が不安定になる。それにより、2層シリセンはダングリングボンドの数が少ない構造へ転移する。この研究では原子層物質間の層間相互作用を第一原理計算を専門とする分担者と協力しながら有効質量近似により取り扱い、単層、複数層の電子状態と電気伝導特性、ヘテロ接合における面間、面内の電気伝導など、原子層の電気伝導理論の構築を目的としている。そのうち、今年度は2次元SSHモデルを層状に積層した系において電子状態の解明を行った。このモデルのバルクの性質はトポロジカルに自明である。その様な場合でも、表面とヒンジ状態の対応関係についてトポロジカルに関する数学の研究が報告されている。されに、ARPESによる表面状態観測データ解析の高度化、自動化のため情報理論に基づく手法開発を行った。また、時間依存密度汎関数理論による第一原理計算を各種2次元材料に適用し、2次元材料の分極応答によるレーザー電場増強の効果を見出した。