hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
スピントロニクスデバイス・デザインに関する研究連絡調整

光スピントロニクス材料として期待されるワイドバンドギャップ磁性半導体において、磁性不純物の空間分布や格子欠陥が強磁性転移温度に及ぼす影響を第一原理計算に基づいて検証した。磁性不純物間には引力的な相互作用がはたらくため、希薄磁性半導体においては互いに磁気的に結合していない高不純物濃度クラスタが形成され、強磁性転移温度は低くなる。また、窒化ガリウムにドープされた磁性スピン間の強磁性相互作用は窒素空孔が存在すると弱められるので、高い強磁性転移温度を得るためには、窒素空孔の生成を抑制する必要がある。(白井)光子-電子スピン量子メディア変換を量子力学的モデルで記述し、一光子の偏光状態から電子のスピン状態へ量子情報が転写される過程のダイナミクスを解析した。詳細な解析の結果、高い転写確率を得るためには、光子-量子ドット結合強度と量子ドットからのホールのトンネルレートの両方を入射光子のスペクトル幅よりも大きくとり、かつ、マッチング条件を満たす必要があることを明らかにした。(今村)半導体微細加工で作製される微小なくびれ構造や量子ポイントコンタクトを利用した新しいスピン注入のアイディアを提案した。スピン軌道相互作用が存在する場合の量子ポイントコンタクトの輸送特性を数値計算によって調べ、電気伝導度の量子化が見られること、透過した電子は電流に垂直な方向にスピン分極すること、InGaAsヘテロ構造において50%以上のスピン分極が得られることを示した。他に、量子ドットにおける電子格子相互作用による位相緩和の解明、2重量子ドット系でのスピン結合の評価および量子演算のシミュレーションを行った。(江藤)この調整班では、量子力学に基づいた理論解析と大規模数値計算により、半導体と磁性体を融合したナノ構造中の電子スピンのふるまいを解明し、新しい半導体スピントロニクスデバイスを理論的に設計するという研究項目としての目標達成を支援するために、各計画研究の進捗状況に関する情報交換、当該研究分野の研究動向調査、ならびに共同研究の促進を目的としている。各計画研究により得られた研究実績は以下のとおりである。1.光-スピントロニクスデバイス及びナノスピンプローブのデザイン本年度は上記デバイスの実現に不可欠な高スピン偏極強磁性材料ならびに透明強磁性材料を、電子状態の第一原理計算に基づいて系統的に探索し、いくつかの新しいスピン機能材料をデザインすることに成功した。次年度は、これら新材料と半導体とのヘテロナノ構造の第一原理計算に基づいて、高度なスピン機能を発現する新規デバイス構造のデザインを実施する計画である。2.電子-スピントロニクスデバイスのデザインスピントランジスタと量子ドットで構成される半導体人工分子のスピン状態を理論的に調べ、スピントランジスタに印加するゲート電圧で人工分子のスピン状態を制御できることを示した。量子ドット間をトンネルする電子のスピンを、スピントランジスタを用いて180°だけ回転させることにより、反強磁性的なスピン状態を強磁性的なスピン状態に変換することができる。3.電子スピンの電界・磁界操作による量子情報デバイスのデザイン(1)シリコン量子ドット中において、伝導バンドの多谷構造のために高スピン状態が容易に現れる傾向があること、(2)量子ドットを埋め込んだABリングにおいて、高次の干渉効果ならびにファノ共鳴が生じること、(3)電子がスピン反転を伴って流れる系において、超微細相互作用が核スピンのエンタングルメントを誘起し、同時に電子スピンの緩和を著しく増大させること、(4)強磁性金属の点接触において、バンド間散乱が電気伝導を抑制することを明らかにした。この調整班では、半導体と磁性体を融合したナノ構造中のスピンのふるまいを理論的に解明し、新しい半導体スピントロニクスデバイスを設計するという目標の達成を支援するために、各計画研究の進捗状況に関する情報交換、ならびに当該研究分野の研究動向調査を実施した。1.光-スピントロニクスデバイス及びナノスピンプローブのデザイン本年度は上記デバイスの実現に不可欠な高スピン偏極強磁性材料における原子配列不規則性の効果を検証すると共に、半導体とのヘテロ接合界面のスピン偏極率を第一原理計算した。次年度は、これら材料と半導体とのヘテロナノ構造の磁気光学及び磁気伝導特性を第一原理計算し、高度なスピン機能を発現する新規デバイス構造のデザインを実施する計画である。2.電子-スピントロニクスデバイスのデザイン半導体量子ドット中の電子スピンの制御に関する理論研究を行った。量子ドットを量子細線で結合した半導体人工分子において、Rashbaスピン軌道相互作用やAB効果を用いて局在スピン間のRKKY相互作用を制御する方法を提案した。また、強磁性電極と結合した量子ドットにおいて、近藤効果による状態密度のピークを電極の磁化の向きで制御できることを示した。3.電子スピンの電界・磁界操作による量子情報デバイスのデザイン半導体量子ドット中の電子スピンと核スピンとの超微細相互作用に起因する新しい現象を提案した。電子スピンのコヒーレンスの維持に有利なシリコン量子ドットの電子・スピン状態を調べ、その結合系の量子演算への応用可能性を議論した。量子ドットを埋め込んだABリングの電気伝導特性における電子格子相互作用による位相緩和を考察した。希薄磁性半導体の遷移金属スピン間にはたらく磁気相互作用を第一原理計算し、強磁性転移温度を精度よく評価した結果、ワイドギャップ半導体では、磁気相互作用が比較的短距離であるため、室温での強磁性発現は困難であることを明らかにした。

一方、半導体へのスピン偏極電子注入の高効率化を実現するための指針を得るために、バルクにおいて高いスピン偏極率を有するホイスラー合金CO_2CrAlと半導体GaAsとのヘテロ接合界面における電子状態を第一原理計算した結果、(110)界面においては高いスピン偏極率が界面付近においても保持されることを見出した。(白井)局在スピン間にRKKY相互作用がはたらく系に固有なデコヒーレンスが存在することを示し、2次元電子系に配置された量子ドット内の局在スピンのデコヒーレンス時間を評価した。また、量子ドットをスピントランジスタで結合した系において、Rashbaスピン軌道相互作用を用いて半導体人工分子のスピン状態を制御できることを示した。クーロンブロッケード領域でのトンネル磁気抵抗を解析し、Co微粒子の電子スピン緩和時間がバルクの値に比べて著しく長いことを明らかにした。更に、強磁性体/超伝導体/強磁性体二重接合系の磁気抵抗に関する研究を行った。(今村)シリコン量子ドットの電子状態をモデル計算し、伝導帯の多谷構造を反映して離散準位の縮退が残り、高スピン状態が容易に実現できることを明らかにした。また、シリコン量子ドットを複数結合した系における電子スピン間の反強磁性結合の大きさを評価した。一方、量子ドットを埋め込んだAharonov-Bohmリングにおける有限バイアス下での非平衡輸送特性に対する電子格子相互作用の影響を調べた。更に、量子ドット中に複数の準位がある場合の電子スピン状態と輸送現象の研究を行い、リード中の伝導電子とのコヒーレンスに起因する近藤効果と電気伝導特性を調べた。(江藤)光スピントロニクス材料として期待されるワイドバンドギャップ磁性半導体において、磁性不純物の空間分布や格子欠陥が強磁性転移温度に及ぼす影響を第一原理計算に基づいて検証した。磁性不純物間には引力的な相互作用がはたらくため、希薄磁性半導体においては互いに磁気的に結合していない高不純物濃度クラスタが形成され、強磁性転移温度は低くなる。また、窒化ガリウムにドープされた磁性スピン間の強磁性相互作用は窒素空孔が存在すると弱められるので、高い強磁性転移温度を得るためには、窒素空孔の生成を抑制する必要がある。(白井)光子-電子スピン量子メディア変換を量子力学的モデルで記述し、一光子の偏光状態から電子のスピン状態へ量子情報が転写される過程のダイナミクスを解析した。詳細な解析の結果、高い転写確率を得るためには、光子-量子ドット結合強度と量子ドットからのホールのトンネルレートの両方を入射光子のスペクトル幅よりも大きくとり、かつ、マッチング条件を満たす必要があることを明らかにした。(今村)半導体微細加工で作製される微小なくびれ構造や量子ポイントコンタクトを利用した新しいスピン注入のアイディアを提案した。スピン軌道相互作用が存在する場合の量子ポイントコンタクトの輸送特性を数値計算によって調べ、電気伝導度の量子化が見られること、透過した電子は電流に垂直な方向にスピン分極すること、InGaAsヘテロ構造において50%以上のスピン分極が得られることを示した。
ムチランス型リウマチ滑膜細胞に発現する一過性関節破壊因子(ムチランス誘導蛋白)の解析

平成6年から予備実験を開始し、平成9年度から科学研究費補助金の交付を受けてきた本研究であるが、まだ蛋白の精製、および構造決定には至っていない。しかしながら、途中経過までの実験結果を整理し、現在投稿準備中である。従って、我々のグループの研究経過をまとめて報告する。まず、我々は(a)ムチランス部位より採取した滑膜細胞の培養開始一週後、培養上清を採取し濃縮後セファデックスG・15カラムにてゲル濾過し、分子量勾配に従って再び採取したサンプルを準備した。象牙片上に培養した破骨細胞に準備したサンプルを添加し、吸収孔形成への影響を測定したところ、コントロールと比較し有意に骨吸収が亢進した。(b)吸収孔形成の促進作用が認められるサンプルチューブを電気泳動法にかけ、含有する物質の分子量を確認したところ、lkDの破骨細胞活性化機能を有する活性蛋白質を確認した。(c)DE52カラムを用い、電気極性にてさらに含有蛋白を細分化し精製した後、再度破滑細胞培養系に添加し、破骨細胞活性化作用を確認した。以上の結果、我々は、ムチランス部位より採取した滑膜組織中より破骨細胞活性化作用を有し、約1kDの分子量を持つ活性蛋白質の分離に成功し、この因子の作用はIL・1RAや抗GPl30中和抗体等の破骨細胞活性化サイトカインの阻害薬で抑制を受けなかった。これらの事実より、ムチランス型急速骨吸収はこの活性蛋白質の発現による破骨細胞活性化を介して発生する可能性が示唆された。今後、更に標的蛋白の精製作業を進め、アミノ酸配列の決定を急ぐ予定である。申請者のグループはムチランス型リウマチの発生機序について検討を重ねた結果、(1)ムチランス変形の速度は急速に進行する時期と緩徐な時期があり一定の速度で推移するものではない。(2)ムチランス変形を呈する患者であっても全ての関節が一様の変化を示すのではなく、骨硬化像を呈する場合もある。(3)ムチランス変形の発生機序を局所のサイトカイン濃度が高いというだけで説明することは不可能である。以上の3点を考慮し、ムチランス変形は変形が進行しつつある時、その関節局所においてムチランス変形を誘発する因子が産生されている可能性が考えられた。まず、我々は(a)ムチランス部位より採取した滑膜細胞の培養開始一週後、培養上清を採取し濃縮後セファデックスG-15カラムにてゲル濾過し、分子量勾配に従って再び採取したサンプルを準備した。(b)吸収孔形成の促進作用が認められるサンプルチューブを電気泳動法にかけ、含有する物質の分子量を確認したところ、1kDの破骨細胞活性化機能を有する活性蛋白質を確認した。以上の結果、我々は、ムチランス部位より採取した滑膜組織中より破骨細胞活性化作用を有し、約1kDの分子量を持つ活性蛋白質の分離に成功し、この因子の作用はIL-1RAや抗GP130中和抗体等の破骨細胞活性化サイトカインの阻害薬で抑制を受けなかった。
リンパ球チップを用いたウイルス感染症に対する個の免疫医療の基盤技術の開発

近年、トリインフルエンザ、エイズ等の新興・再興感染症や日和見感染症、持続・潜伏感染症が、人類にとっての新たな脅威となってきている。これらの感染症の治療戦略として免疫遺伝子治療が期待されている。我々は、「リンパ球チップ」という革新的な抗原特異的リンパ球単離技術を応用し、感染症患者の血液や組織から、病原菌特異的ヒトTリンパ球/Bリンパ球を効率良く同定し、そのリンパ球からT細胞受容体(TCR)/抗体遺伝子を迅速(1-2週間)に単離し、ウイルス感染症に対する個の免疫医療の道を開くための基盤技術を確立した。本研究は、我々が世界に先駆けて独自に開発した「リンパ球チップ」という革新的な抗原特異的リンパ球単離技術を応用し、感染症患者の血液や組織から、病原菌特異的ヒトTリンパ球/Bリンパ球を効率良く同定し、そのリンパ球からT細胞受容体(TCR)/抗体遺伝子を迅速(1-2週間)に単離し、ウイルス感染症に対する個の免疫医療の道を開くための基盤技術を確立することを目的とする。平成23研究実績は以下のとおりである。【1】リンパ球チップの改良:磁気盤をチップに配置した磁気チップの最適化を検証した。本成果により、今後、より微量のサンプルをチップで解析することが可能になり、患者を含め血液提供者の負担をより軽減でき、抗体医薬開発と抗原特異的T細胞治療のさらなる加速に向けて貢献できることが期待される。【2】ISAAC法の改良:ISAAC法を発展させるために、リンパ球をin vitroにてサイトカイン等で刺激することで、それらの細胞を効率よく抗体分泌細胞へ分化させる系を確立した。本成果により、今後目的の抗体を保有している健常人ないし患者に大きな負担をかけることなく、抗体医薬開発に貢献できることが期待される。【3】ヒト抗体遣伝子解析の迅速化:in vitro蛋白合成系を用いたscFv(抗体が抗原を認識するために必要な最小単位であるVHおよびVL,から構成される可変領域(Fv)をフレキシブルなペプチドリンカーで結合した単鎖可変領域フラグメント)作製による短期間抗原結合性検索システムを開発した。本システムをマイクロアレイシステムー連の行程として自動化し、多数の抗体遺伝子の抗原結合活性を迅速に評価することが可能となった。【1】取得TCRの機能解析法の確立取得したTCRの機能を解析することを目的として、1)増幅したTCR遺伝子を相同組換え法により発現ベクターに組込み、レトロウイルスを用いてTCR欠損のT細胞株(TG40)にTCRα/TCRβ遺伝子を導入し、TCR/CD3分子を膜に発現させた。TG40には、あらかじめ、ヒト/マウスのCD4あるいはCD8遺伝子を導入した。2)次に、TCR導入TG40細胞を、ペプチドを発現させた抗原提示細胞あるいはMHC/ペプチドで刺激し、活性化マーカーCD69の発現をFACSで測定、あるいはIL-2産生能をELISAで測定することで、TCRの機能を解析した。この解析法が可能になったことで、抗原特異的T細胞の検出から、TCR遺伝子の取得・機能検証までを全体として約10日間で行える画期的なシステムが確立された。【2】可溶化TCR作製法の確立TCRは抗体と異なり膜型蛋白であるために、T細胞に発現させる形でしか扱うことができない。それを可溶化型にすることでモノクローナル抗体と同様に病変部位の検出や治療に応用できる可能性がある。そこで、2種類、すなわち、sTCR(V領域とC領域を含む2量体)とscFv-TCR(単鎖可変領域からなる1量体)のTCR遺伝子を構築した。この遺伝子を大腸菌あるいはCHO細胞に発現させ、可溶化TCRを得た。得られたTCRの親和性は抗体に比して100倍以上低いため、TCRをマルチマー化することで数倍の高親和性の可溶化TCRを得ることができた。【1】抗原特異的T細胞の単一細胞の検出法(T-ISAAC)の確立抗原特異的T細胞を検出することを目的として、3種類の検出法、すなわち、1)MHC/ペプチド五量体(MHC/p)をT細胞へ結合させ、セルソータを用いて単一細胞を分離する方法、2)抗原でリンパ球を刺激し、サイトカインの産生を指標にセルソータを用いて単一細胞を分離する方法、3)抗原でリンパ球を刺激し、サイトカイン産生を細胞チップを用いて単一細胞を分離する方法(T-ISAAC法)を確立した。成果として、1)および2)により、50%以上の正確性で、抗原特異的T細胞を取得できる方法を確立した。【2】単一T細胞からの効率的なTCR遺伝子取得法の確立単一T細胞からのTCR遺伝子増幅はRT-PCR法により行われてきたが、RT-PCRを行うためにはTCR 5'側の特異的プライマーを設計する必要がある。

TCR 5'側は約50種類以上の配列があるため最適なプライマーの設計が困難であった。我々は、当教室で開発した単一細胞5'-RACE法(Ozawa T, BioTechniques, 2006)を応用し、TCR遺伝子を増幅する方法を確立した。また、これまでの研究結果から、シングル細胞を従来の方法でRT-PCRを行うと、TCR遺伝子を単離できる確率は1/10以下であった。そこで、この困難を克服するために、T細胞をあらかじめ活性化(IL-2/PHA)しておき、単一細胞5'-RACE法を行うことで、TCRα/TCRβのペアーを80%以上の確率でクローニングできる方法を確立した。現在、他の活性化方法について検討中である。研究計画の4課題のうち、3課題について計画どおり研究が進んだ。また、課題の一つについては、基礎的なデータが蓄積されつつあり、次年度前半には計画が達成されると期待している。25年度が最終年度であるため、記入しない。近年、トリインフルエンザ、エイズなどの新興・再興感染症や天然痘などの細菌兵器が、人類にとっての新たな脅威となってきている。これらの感染症や細菌兵器の治療戦略として免疫遺伝子治療が期待されている。本研究は、我々が独自に開発した「リンパ球チップ」という抗原特異的リンパ球単離技術を応用し、感染症患者の血液や組織から、病原菌特異的ヒトTリンパ球を効率良く同定し、そのリンパ球からT細胞受容体(TCR)を迅速(1-2週間)に単離し、ウイルス感染症に対する個の免疫医療の道を開くための基盤技術を確立することを目的としている。本年度は、以下の2つの課題に取り組んだ。まず、抗原特異的T細胞の単一細胞の検出法(T-ISAAC)の確立を達成するために、抗原特異的T細胞を効率良く検出することを目的として、1)MHC/ペプチド五量体をT細胞へ結合させ、セルソータを用いて単一細胞を分離する方法、2)抗原でリンパ球を刺激し、サイトカインの産生を指標にセルソータを用いて単一細胞を分離する方法を確立した。成果として、50%以上の正確性で、抗原特異的T細胞を取得できる方法を確立した。研究の達成度は100%である。次に、単一T細胞からの効率的なTCR遺伝子取得法を確立するために、従来の単一T細胞からのTCR遺伝子増幅に用いられたRT-PCR法の代替法として、当教室で開発した単一細胞5'-RACE法(Ozawa T, BioTechniques, 2006)を応用し、TCR遺伝子を増幅する方法を確立した。また、シングル細胞からTCR遺伝子を単離できる確率を向上するために、抗原特異的T細胞をあらかじめ活性化しておき、単一細胞5'-RACE法を行うことで、TCR遺伝子を80%以上の確率でクローニングできる方法を開発した。達成度は80%である。抗原特異的T細胞の検出することを目的として、3種類の検出法、すなわち、1)MHC/ペプチド五量体(MHC/p)T細胞へ結合させ、セルソータを用いて単一細胞を分離する方法、2)抗原でリンパ球を刺激し、サイトカインの角生を指標にセルソータを用いて単一細胞を分離する方法、3)抗原でリンパ球を刺激し、サイトカイン産生を細胞チップを用いて単一細胞を分離する方法(T-ISAAC法)を確立する。
W'で探るヒッグスポテンシャルの起源

超対称標準模型においてBinoと呼ばれる粒子が暗黒物質の主たる成分であるシナリオについて考察した。前年度得られた電気双極子能率(EDM)を求める公式を使い、暗黒物質の物理と電子、水銀、中性子のEDMとの間に相関が現れるか調べた。これらを組み合わせることで超対称性模型のCPの破れのパラメータがかなり制限できることを定量的に明らかにした。暗黒物質が擬スカラー粒子を媒介として標準模型粒子と相互作用する模型(THDM+a)における、暗黒物質の直接検出実験との比較に必要な理論計算を完遂した。この模型は現在の直接検出実験の制限を逃れつつ、現在の宇宙に存在する暗黒物質の量を説明できる模型として提案された。しかし、直接検出実験との比較に必要な理論計算には、定性的な見積もりに過ぎない箇所や項の見落としなど、不完全な部分があった。前年度にEDM公式を導出する時に用いた手法などを用い、私は共同研究者と共に世界で初めて完全な理論計算を完成させた。これによって、実験との比較が定量的に曖昧さなく行えるようになった。また結果は、THDM+a模型のworking groupの白書にも採用された。現在の直接検出実験の制限を逃れつつ、現在の宇宙に存在する暗黒物質の量を説明できる暗黒物質模型としては、上記の模型の他に、CP対称性を暗黒物質セクターで破る模型がある。それをくりこみ可能な範囲で最も簡単に実現する模型であるsinglet-doublet modelについて精査した。XENONnT実験やLZ実験、Darwin実験などの直接検出実験が順調に進み、かつ電子のEDM測定があと3桁更新すれば、模型はほぼ確実に検証可能であることを示した。またヒッグスポテンシャルの安定性に対する制限から、新粒子の質量の上限を見積もった。W'がLHC実験により発見されず、またその質量や結合に対する制限が非常に厳しいものとなっているため、W'がヒッグスポテンシャルの起源に関わっているという仮定はかなり苦しいものとなり、当初の研究計画は大きく変更せざるを得なくなった。一方で、重いW'が存在する場合、ヒッグスセクターが拡張される。特にtwo-Higgs doublet modelがCP対称性を尊重した形で出てくることは初年度に示した通りである。そのような模型は、暗黒物質の直接検出実験の制限を逃れる模型に採用されているため、暗黒物質模型に着目して研究を進めた。THDM+a模型において、これまで正しく評価されていなかった暗黒物質と核子の散乱断面積を正しく評価できたことは、実験との比較を考えた時に重要な成果だと思う。また、それがworking groupの白書に結果が採用されたことも大きな成果であると考える。THDM+a模型におけるヒッグスポテンシャルの安定性などについて議論し、暗黒物質模型として好ましいパラメータ領域が残るかどうか、特に将来の暗黒物質直接検出実験で暗黒物質が検出される領域が残るかどうかを明らかにする。また、W'模型の構築の応用として、spin-1の暗黒物質模型を考える。本研究の目的は、ボトムアップ的アプローチから構築可能な様々なW ′模型を系統的に分類し、その現象論的帰結と各種実験結果との比較を通じて、どのようなW ′模型が現実的であるのか絞りこむことである。2016年度は、模型の分類とW 'の崩壊率の整理を目的に取り組んだ。効率的な模型の分類のために、理論へ摂動論的ユニタリティーを要求した。これは理論の計算可能性と内部無矛盾性を要求することに相当する。結果としてW 'の主崩壊モードがフェルミオンかボソンかを判定する事、またその崩壊率から新粒子の相互作用の強さが推定する事は、模型の詳細に立ち入る事なく物質場の表現のみから可能である事を示す事に成功した[Phys.Rev. D95 (2017) 075022]。新粒子としてW'以外のものがない場合には、計算可能性を放棄しない限りW'のWZへの崩壊率は模型によらず必ず2%以下になる事を示せた事は大きな成果と言える。素粒子標準模型を超える物理模型の1つにtwo-Higgs doublet model (THDM)がある。この模型は現象論的制限や解析の都合等から3つの性質、すなわち(i)ソフトに破れたZ2対称性(ii)カストディアル対称(iii)ヒッグスポテンシャルのCP不変性、が仮定される事がしばしばである。しかし、これら仮定の理論的根拠が議論される事はほぼなかった。私はW '模型が低エネルギーでTHDMとして有効的に記述できる事に着目し、これら3つの仮定が、たった1つの仮定から導ける事を示した[JHEP 1608 (2016) 021]。これにより既存の仮定を正当化する理論的根拠を与えることができた。当初の予定した模型の分類が終わり、論文として発表できた。低エネルギー物理への影響という観点からヒッグスの物理への影響を考察するつもりではいたが、THDMにおいて人気のある3つの仮定をW'模型から導出できる事は想定外だった。W'の質量がLHC実験によりかなり強く制限された。余計なフェルミオンを導入するか理論的な無理をしない限り、摂動計算が可能なW'模型では、W'質量の下限は3TeV程度と見積もれた。これはW'がヒッグスポテンシャルの起源に関わっているとするには若干重い。そこで本年度は、W'自体ではなく拡張されたヒッグスセクターを詳しく調べることにした。

これは、くりこみ可能なW'模型を考えるとヒッグス場が複数存在するために、ヒッグス粒子以外の新しいスカラー粒子が少なくとも1つ存在することが背景にある。まず、拡張されたヒッグスセクターとしてベンチマークであるtwo-Higgs doublet model (THDM)を用い、ミューオンの異常磁気能率の実験と理論のずれが説明可能か調べた。THDMは素粒子標準模型に余分にヒッグス場を追加したもので、様々なバリエーションがある。私は、追加されたヒッグス場がミューオンとのみ強く結合する模型を構築した。そして、ミューオンの異常磁気能率の実験と理論のずれが説明可能であることを示した。また、同時に、LHC実験で多量のミューオンが生成されることを示した。このシナリオは100fb-1程度の実験データがたまれば十分に検証できることも示した。素粒子の電気双極子能率は、観測されることが素粒子標準模型を超える物理の存在証明になる重要な物理量である。これを理論的に計算する仕事は過去になされていたが、限定的な模型数個にしか適用できない結果であった。私は、この理論計算を改善し、より多くの模型に適用できる公式を導出した。この公式はスカラー場とフェルミオン場の相互作用がCP対称性を破っている場合に適用できる。従って、スカラー粒子が複数存在する模型の検証に重要な道具となる。申請書の研究計画に記述した、h'の現象論の部分を進めた。特に、W'が非常に重い場合の研究に相当する。ミューオン異常磁気能率に関しては、フェルミ国立加速器研究所が新しい実験を開始しており、2018年中にこれまでの数倍のデータをためる見込みである。これに関する研究ができたのはタイミングとして良かったと思う。超対称標準模型においてBinoと呼ばれる粒子が暗黒物質の主たる成分であるシナリオについて考察した。前年度得られた電気双極子能率(EDM)を求める公式を使い、暗黒物質の物理と電子、水銀、中性子のEDMとの間に相関が現れるか調べた。これらを組み合わせることで超対称性模型のCPの破れのパラメータがかなり制限できることを定量的に明らかにした。暗黒物質が擬スカラー粒子を媒介として標準模型粒子と相互作用する模型(THDM+a)における、暗黒物質の直接検出実験との比較に必要な理論計算を完遂した。この模型は現在の直接検出実験の制限を逃れつつ、現在の宇宙に存在する暗黒物質の量を説明できる模型として提案された。しかし、直接検出実験との比較に必要な理論計算には、定性的な見積もりに過ぎない箇所や項の見落としなど、不完全な部分があった。前年度にEDM公式を導出する時に用いた手法などを用い、私は共同研究者と共に世界で初めて完全な理論計算を完成させた。これによって、実験との比較が定量的に曖昧さなく行えるようになった。また結果は、THDM+a模型のworking groupの白書にも採用された。現在の直接検出実験の制限を逃れつつ、現在の宇宙に存在する暗黒物質の量を説明できる暗黒物質模型としては、上記の模型の他に、CP対称性を暗黒物質セクターで破る模型がある。それをくりこみ可能な範囲で最も簡単に実現する模型であるsinglet-doublet modelについて精査した。
歯科用インプラント材料の発癌性を中心とした安全性評価

歯科用インプラント材料の発癌性を検索するため,本年度は形状記憶Ni-Ti合金および超弾性Ti合金について微生物を用いたAmes試験およびAmes試験を補う発癌性試験として推奨されている哺乳類細胞を用いる不定期DNA合成試験(以下UDS試験)による検討を行った.〔1〕試験材料:形状記憶Ni-Ti合金2種(F518, F18),超弾性Ti合金3種(No, 63, 66, 75)の各試験片をフリーザーミル(本補助金で購入)を用いて粉砕し得られた径約0.1mm粉子300, 200, 100mgを細胞培養用合成地MEN(日水)2mlに浸漬し, 37°C, 1週間インキュベートした後上清をとって試験原液とした.〔2〕Ames試験:Salmonella typhixurium TA98, TA100について試験原液0.1mlを用いプレインキュベーション法を行った.陰性対照には浸漬液として用いたMEM培養を,陽性対照はTA98にはAF-20.1μg/plate, TA100にはSodiumazide 1.5μg/plateを用いた.〔3〕UDS試験:ヒト乳癌由来Hela細胞10^5細胞/mlをラブテークチャンバーに播種し, 1日後にヒドロキシウレア10miM含有培地と交換し,その後24時間に試験液と^3H-チミジン1μCi/チャンバーを投与, 3時間後に通法により固定しオートラジオグラフ,を作成し,標準率,現像銀粒子数/核を計測した.試験液は試験原液750μlに対し, 20%仔牛血清添加MEM培地250μlを加えて作成した.〔4〕結果:Ames試験において形状記憶合金F518はSt, TA100の復帰変異コロニー数を1.5倍に増加させた.形状記憶合金F18および超弾性Ti合金は復帰変異コロニー数を変化させなかった.UDS試験において陰性対照の銀粒子数4.4個/核に対しF518, F18 200mgではそれぞれ20.76.3個/核であり,標準率は76.44%であった.浸漬3週間試験液についての各試験継続中である.形状記憶Ni-Ti合金F518, F18,超弾性Ti合金はAmes試験は陰性であるが, F518はUDS試験では陽性であり,発癌性について今後詳細な検討が必要である.歯科用インプラント材料の発癌性を検索するため、本年度はAmes試験により変異原性について検討した。インプラント材料は難溶性固体であるため検体投与が困難であり、妥当な投与法を検索するため検体の形状に重点をおき試験を行った。試験材料は形状記憶Ti-Ni合金F518及びF18の2種(古川電工製)及び純チタン(和光純薬)を用いた。形状記憶合金については1)直径0.5mm,長さ5mmの円柱状,2)フリーザーミル(本補助金で購入)を用いて約0.1mmに粉砕した粒子、また純チタンは1)325メッシュの微粒子,2)微粉末200mg/ml蒸溜水121°C,20分浸漬液を試料とした。Ames試験はSalmonallatyPhimurium TA100,TA102及び金属に感度がよいとされているE,coli WP2uvrAを用いた。形状記憶合金の円柱状試料は寒天上に直接投与し、また微粒子状試料は100mg/0.2mlDMSOの懸濁液を作成し寒天上に20μlを直径約7mmの塊としてのせた。純チタン微粒子はDMSO中に懸濁液として200.032mg/plateの範囲で5倍希釈、5段階濃度で常法のプレインキュベーション法によりS-9mix添加、不添加で試験を行った。陰性対照としてDMSOを、陽性対照としてS.t.TA100にはSodium azido1.5μg/plate,TA102にはMitomycin C0.5μg/plate,E,coliWP2uvr【A^-】にはAF-20.01μg/plateを用いた。形状記憶合金F518及びF18の円柱状試料はS.t.TA100,E,coliWP2uvr【A^-】の菌株で、試料周辺に突然変異コロニーの増加はなく、また試料に隣接する菌の生存にも影響を与えなかった。微粒子状試料についてもS.t.TA102,E,coliWP2uvr【A^-】の菌株で突然変異コロニーの増加はなかった。純チタン微粒子は0.03220mg/plateでS.t.TA102,E,coliWP2uvr【A^-】の2菌株において突然変異コロニーの有意の増加はみられず、菌の生存も良好であった。純チタン浸漬液もAmes試験陰性であった。セラミックス材料や不定期DNA合成試験については試験中である。歯科用インプラント材料の発癌性を検索するため,本年度は形状記憶Ni-Ti合金および超弾性Ti合金について微生物を用いたAmes試験およびAmes試験を補う発癌性試験として推奨されている哺乳類細胞を用いる不定期DNA合成試験(以下UDS試験)による検討を行った.〔1〕試験材料:形状記憶Ni-Ti合金2種(F518, F18),超弾性Ti合金3種(No, 63, 66, 75)の各試験片をフリーザーミル(本補助金で購入)を用いて粉砕し得られた径約0.1mm

粉子300, 200, 100mgを細胞培養用合成地MEN(日水)2mlに浸漬し, 37°C, 1週間インキュベートした後上清をとって試験原液とした.〔2〕Ames試験:Salmonella typhixurium TA98, TA100について試験原液0.1mlを用いプレインキュベーション法を行った.陰性対照には浸漬液として用いたMEM培養を,陽性対照はTA98にはAF-20.1μg/plate, TA100にはSodiumazide 1.5μg/plateを用いた.〔3〕UDS試験:ヒト乳癌由来Hela細胞10^5細胞/mlをラブテークチャンバーに播種し, 1日後にヒドロキシウレア10miM含有培地と交換し,その後24時間に試験液と^3H-チミジン1μCi/チャンバーを投与, 3時間後に通法により固定しオートラジオグラフ,を作成し,標準率,現像銀粒子数/核を計測した.試験液は試験原液750μlに対し, 20%仔牛血清添加MEM培地250μlを加えて作成した.〔4〕結果:Ames試験において形状記憶合金F518はSt, TA100の復帰変異コロニー数を1.5倍に増加させた.形状記憶合金F18および超弾性Ti合金は復帰変異コロニー数を変化させなかった.UDS試験において陰性対照の銀粒子数4.4個/核に対しF518, F18 200mgではそれぞれ20.76.3個/核であり,標準率は76.44%であった.浸漬3週間試験液についての各試験継続中である.形状記憶Ni-Ti合金F518, F18,超弾性Ti合金はAmes試験は陰性であるが, F518はUDS試験では陽性であり,発癌性について今後詳細な検討が必要である.
イノベーションと労働者の多様性の空間経済学分析

2018年8月より、研究代表者はアメリカ合衆国のUniversity of California, Irvineに滞在し、本プロジェクト及びその関連研究を進めている。本プロジェクトはイノベーションと労働者の多様性に関して、日本のデータを使って検証してきた。結果として、労働者の性別、出身地等の多様性、及び労働者の企業間、大学間の流動性の向上はイノベーションの生産性を高めることがわかった。2018年8月以降は、労働者の多様性に関するデータをアメリカの大学で集めている。アメリカの大学は一般に女性研究者の比率が高く、また、出身国、使われる言語等、あらゆる指標で日本の大学よりも研究者の多様性が高い。また、短期間滞在して研究していく研究者の人数も多く、人材の流動性が常に高い状態にある。日本とは大きく状況が異なるため、単純に2国の大学を比較してもあまり意味がない。そこで、アメリカの大学間で生産性と多様性の関係を比較する研究を行っている。実証研究の前提になるのは理論モデルである。これまで構築してきた理論モデルを実証研究に用いるにあたって、大きな問題が生じてきた。それは、理論モデルが高度に複雑であり、誘導型にすることが出来ないことである。このままでは、誘導型を用いた実証研究に用いることが出来ない。このような場合、構造推定を行う必要がある。しかし、構造推定は、matlabやR等のプログラミングの技術が必要になる。本研究プロジェクトの最終版になって、Rの習得に入っている。Univerisyt of California, IrvineにはRを用いる多くの研究者がおり、彼らの協力もあって、構造推定の目処が立っている。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。人口成長率が異なる地域や国の間で企業誘致活動などの地域経済政策を実行した場合に、資本の移動を通じた政策外部性の様子がどのように異なるか、つまり、いわゆる租税競争の結果がどう異なるかを分析した。その結果、人口が増加している場合には資本に対する課税が過少になり標準的な「底辺への競争」が生じる可能性が高いのに対して、人口が減少する場合には逆に資本課税が過大になり、「頂点への競争」が生じる可能性が高いことを示した。次に、都市や地域経済の規模の分布をいくつかの要因(efficiency wedge, labor wedge, amenity)に分解する、都市会計の手法を複数産業の枠組みに拡張し、どの産業が日本の地域規模を規定しているかを考察した。その結果、製造業における地域間のlabor wedgeの違いがもっとも重要であることがわかった。また、エージェントが評判確立のインセンティブを持つ環境で、革新的なイノベーションを促進するための補助金スキームについて分析を行った。極めて一般的な環境において,漸進的でマイナーな研究成果に対して補助金を与えることで、革新的なイノベーションが促進されることを示した。さらに、以下の2つの研究を行った。一つは空間地理構造が地域労働市場に与える影響について、理論モデルと日本のデータをもとに考察を行った。結果、日本においても、地域間異動費用が地域労働市場の失業率や厚生に対して、大きな影響を及ぼしていることが明らかとなった。2つめは、急速に都市化が進みコロンボ市(スリランカ)において、公共交通機関(モノレール)の整備計画のあり方について、通勤時間や環境への負荷を考慮に入れた理論的な考察およびシュミレーション分析を行った。昨年度10月には大阪大学において国際コンファレンスを開催した。外国人研究者4人を含む11人の研究報告が行われた。研究代表者は労働市場とイノベーションに関する研究報告を行い、研究分担者のうち、2名は外国人研究者に対する討論を行った。当該科学研究費で行った研究をアピールすることに成功し、当初の予定以上の研究成果を挙げることが出来た。また、労働者の能力の多様性、イノベーションに関する理解を共有するため、九州産業大学で行われた空間経済学の研究会に研究代表者、及び研究分担者のうち2名が参加した。研究代表者及び研究分担者は各々独立して、イノベーション、労働市場に関する課題に取り組んできた。そこで、研究会を通じて問題意識を共有することを徹底してきた。研究代表者は3月にベルギーで行われた国際学会に参加し、研究成果を報告した。労働市場とイノベーションに関する研究を報告し、今後の研究に生かすことができるコメントをもらい、さらに将来の研究課題を見出すことが出来た。また、研究代表者及び研究分担者で議論しながら、イノベーション、及び労働者の多様性に関する実態を反映した理論モデルの構築に取り組んだ。イノベーションと労働者の多様性に関する個別の事象の関係を考察し、理論モデルの構築を進めた。その結果、労働者の多様性が大きすぎても、小さすぎてもイノベーション活動の阻害要因となることがわかった。以上のように、国際コンファレンスの開催、国際学会の参加を通じて研究をアピールし、また最先端の研究を吸収することに成功したという意味で研究はおおむねに順調に進展している。本年度は、労働者の多様性及び、人口動態のイノベーションと経済厚生への影響を、市場規模の変化に注目して分析した。労働者の多様性の拡大、及び市場規模は、企業活動を大きく引き付ける要因となる。労働者の多様性、及び人口動態は出生や死亡といった自然増減と、人口移動である社会増減の両方に規定されることに鑑み、自然増減と社会増減の両方が内生的に決まる枠組みを用いて、長寿化に起因する少子高齢化と人口移動が労働者の多様性、及び市場規模、ひいては経済厚生をどう左右するかを分析した。

その結果、長寿化は少子化を引き起こして労働者の多様性と市場規模を縮小させ、長期的にはイノベーションの生産性の低下、及び経済厚生の悪化につながることを明らかにした。また、それを埋め合わせるような人口移動が生じれば、その悪影響は緩和されることを示した。また、日本の家計が,夫婦間で市場労働時間と家事労働時間,余暇時間をどのように決定しているのか,それらが労働者の多様性(女性の労働参加率)に及ぼす影響について,計量分析により明らかにしている。計量分析では,世界的に珍しい夫婦内の行動がわかる長期パネルデータを用いたり,大規模調査を独自に行うなどして,家計行動を説明する理論モデルが明示的に検証されるよう工夫されている。分析により,2000年代を通じて日本の家計内時間配分は変化していること,労働者の多様性があまり拡大していない可能性が指摘された。さらに、出稼ぎ者を輩出することで残された家族の所得に与える影響を検証した。韓国に出稼ぎに行く前のネパール人の家族を対照群、出稼ぎ中、または以前出稼ぎの経験があるネパール人の家族を介入群として効果を測った。また、ネパール大地震によって被害を受けたコミュニティにおける労働者の多様性の計測もおこなった。これらにより、出稼ぎ及び移民が労働者の多様性に与える影響が計測された。2017年8月には大阪大学において国際コンファレンスを開催した。外国人研究者6人を含む13人の研究報告が行われた。研究代表者は労働市場における労働者の多様性とイノベーションに関する研究報告を行い、当該科学研究費で行った研究を国際的にアピールすることに成功し、当初の予定以上の研究成果を挙げることが出来た。また、研究代表者及び研究分担者は、イノベーション、及び労働者の多様性に関する実態を反映した実証研究に取り組んだ。イノベーションと労働者の多様性に関する個別の事象の関係を考察し、データの構築と実証研究を行った。その結果、労働者の多様性と共に、共同研究者を選択する際の流動性がイノベーションの生産性に大きな影響を与えることが確認された。以上のように、国際コンファレンスの開催、国際学会の参加を通じて当該研究費で行った研究をアピールし、また最先端の研究を吸収することに成功したという意味で研究はおおむねに順調に進展している。2018年8月より、研究代表者はアメリカ合衆国のUniversity of California, Irvineに滞在し、本プロジェクト及びその関連研究を進めている。本プロジェクトはイノベーションと労働者の多様性に関して、日本のデータを使って検証してきた。結果として、労働者の性別、出身地等の多様性、及び労働者の企業間、大学間の流動性の向上はイノベーションの生産性を高めることがわかった。2018年8月以降は、労働者の多様性に関するデータをアメリカの大学で集めている。アメリカの大学は一般に女性研究者の比率が高く、また、出身国、使われる言語等、あらゆる指標で日本の大学よりも研究者の多様性が高い。
HDL受容体SRBIを介したコレステロール転送の分子機構

HDLは抗動脈硬化作用を有するリポ蛋白質で、末梢組織に蓄積した過剰のコレステロールを引き抜き、肝臓へ輸送して処理・排泄する機構(コレステロール逆転送系)に重要な役割を担っている。肝臓でのHDLからのコレステロールエステル(CE)の取り込みは、SR-BIと呼ばれる受容体が主に機能していることが知られているが、形質膜の内側に取り込まれたCEが如何にしてさらに細胞内へと輸送されるかについては、その分子機構は全く解明されていない。私は、本分子機構を解明する目的でSR-BIのC末端細胞質ドメインに結合する蛋白質をラット肝臓からアフィニティーカラム法を用いて検索することにより、新規蛋白質を同定し、C-terminal Linking And Modulating Protein(CLAMP)と命名した。CLAMPは、蛋白質-蛋白質相互作用に関わるPDZドメインを分子内に4個含む蛋白質で、最もN末端側のPDZドメイン(PDZ1)がSR-BIのC末端と結合することが明らかとなっている。本年度はまず、放射標識したアポ蛋白質及びCEを含むHDLを細胞とインキュベーションし、HDLの細胞結合量及びCEの選択的取り込み量を解析した。その結果、SR-BIが単独で発現している細胞に比べて、SR-BIとCLAMPが共発現している細胞では、SR-BI蛋白質の発現レベルが上昇することにより、両数値は2-3倍上昇することが分かった。更に、細胞内に取り込まれたCEのその後の代謝を解析した結果、SR-BI単独と比べて、SR-BIとCLAMPが共発現している細胞では、CEから遊離型コレステロールヘの変換率が有為に抑制されることが明らかとなった。また、SR-BIとCLAMPが共発現している細胞において、SR-BI及びCLAMPの両蛋白質がフィラメンタスな特徴的な分布を示すこと、さらにそれらの分布がマイクロフィラメントと一致することが分かった。肝臓の形質膜はリポ蛋白質代謝に関わるシヌソイド膜と、胆汁排泄に関わるカナリキュラー膜の2つに大別される。ラット肝臓において、SR-BIは両膜画分に存在するのに対し、CLAMPは主にシヌソイド膜に分布することが分かった。
反応拡散における2相界面の役割

マルチプルマーカーを使用し、2元系反応拡散に起因し移動している異相界面での原子の動き方を知り、界面で生じる変態現象を明らかにすることが本研究の目的である。Cu-Zn、Fe-Zn、Au-Pt、Cu-Agの各2元系系について、研究を進めた結果、移動している異相界面で一方の相が他の相を食べて成長する際には、食べられる相の格子面が成長する相側へ個々の原子の変位として移動すると同時に、その場所に空孔が発生あるいは消失する。拡散対内の拡散方向に対してπ/4radの角度になるように、マルチプルマーカーを一列に挿入すると、加熱後にマルチプルマーカーが界面で屈折する。空孔の発生量あるいは消失量が多ければ、屈折が鋭くなる。拡散支配の相変態が界面で生じるには、界面における相互拡散流速、固有拡散流束さらに構成成分のケミカルポテンシャルも不連続であり、ケミカルポテンシャルも不連続性が界面反応(界面における相変態反応)の駆動力になるものと考えられる。過去に論議されてきた反応拡散における界面反応とは、相間の格子面移動と空孔の発生あるいは消失ということで定義され得る。異相界面で格子面移動が生じることなく、界面で空孔が発生も消失もしなければ、界面反応が進行しないので、相互拡散流速だけが不連続で、固有拡散流束ならびにケミカルポテンシャルが連続となる。筆者はこのような状態を作りだし、カーケンドールマーカーと異相界面とが一致して移動する状況を確認した。固有拡散流束はマーカー固定面を基準座標とする、したがって界面反応が進行しない場合に限って、界面における固有拡散係数の論議が可能である。界面反応のない状態は極めて特殊な例であり、通常は固体/固体界面だけではなく、固体/液体界面および固体/気体界面でも界面反応が存在し、このような界面は熱力学的平衡への拡散支配の過程を促進する役割を持つ。ある温度で、熱によって活性化された原子が拡散する際、濃度勾配が存在する状態での拡散現象は相互拡散と称される。また相互拡散が生じ、拡散領域内に相境界が存在すれば、相境界移動を含む拡散現象は反応拡散と称される。合金内の相互拡散はもちろんのこと反応拡散においても空孔機構支配で拡散が生じ、一般には空孔流が存在すると考えてよい。考慮中の反応拡散では、相接する2相の一方が固体であれば、他の一方は気体、液体および固体の何れであっても差し支えない。反応拡散を含む相互拡散現象は系が平衡状態に向かって緩和して行く過渡現象であるが、過去の研究では平衡状態かあるいは平衡に高いことを前提として反応拡散を考えていた。そこではじめから非平衡を前提として、2相界面が緩和にどのように寄与するかを知ることが本研究の課題である。相互拡散では、原子移動にともなって空孔が発生し、空孔流として移動し、空孔はどこかで消失するはずである。物質移動に関連して、構成原子それぞれのケミカルポテンシャルの勾配が駆動力として作用し、ケミカルポテンシャルの勾配が消失するように原子および空孔が移動する。ここで、拡散流束を固有拡散流束で表すとすれば、空孔が出現したり消失する場所では空孔流はもちろんのこと固有拡散流束も一般に不連続となる。反応拡散において移動している2相境界で空孔が発生し、あるいは消失したりすれば、界面で格子点が増加するか、あるいは減少するのいずれかである。2相界面が移動することは一方の相が他の相を食べて成長することになるので、界面での格子点の増減は界面における相変態現象に直接関係する。変態の駆動力は2相界面における化学ポテンシャルの不連続性であり、不連続を解消し系をより速やかに緩和する手段として反応拡散が存在する。

本研究の結果、2相界面における空孔の発生を確認し、反応拡散を上述のように定京することがほぼ可能となった。反応拡散の研究では、俣野座標系の拡散流束-D(∂Ci/∂X)≡Jiおよび2相界面の移動速度ωとの関係を式(1)で表現してきた。(Ji)_<αβ>-(Ji)_<βα>=[(Ci)_<αβ>-(Ci)_<βα>]ω.(1)ここに添え字の_<αβ>はα/β異相界面におけるα相を意味し、例えば(Ci)_<βα>はα/β異相界面におけるβ相内の濃度を示す。相接するα/β界面では局所平衡が成立し、2相の界面濃度が一定という条件下では、界面における2相内の拡散流束の差に起因して、界面がωの速度で移動すると考えられる。Au-PtおよびAg-Cuの2元系では、面心立方から成る二つの固溶体の間に大きな溶解度ギャップが存在する。これらの系の純金属どうしで反応拡散を行わせると、溶解度ギャップの存在する異相界面が俣野座標系に対して移動した。本研究ではこれらの2元系で界面反応(界面における変態反応)の有無と式(1)との関係を調べた。得られた結果を要約すれば下記となる。Ag-Cu系では、界面反応が関与するかしないかで、異相界面の近傍のAg側で相互拡散係数が異なり、界面反応が存在しない場合に一桁小さい値が得られた。この傾向はAu-Pt系でも認められた。界面近傍における相互拡散係数は界面反応の有無によって変化するが、界面以外ではその値は殆ど変化せず、任意の濃度でほぼ一定の値が得られた。したがって、界面において変態反応が存在しない場合に式(1)を使用するについては相互拡散係数の変化を考慮しなければならない。また、界面反応の生じている異相界面はマーカーと異なる移動速度を持つので、異相界面における固有拡散を論議することは不可能であり、界面反応の存在しない場合に限って界面における固有拡散係数を定義することが可能である。
血液中エクソソームに着目した去勢抵抗性前立腺癌特異的タンパクの網羅的探索

大阪大学医学部附属病院で診断、治療を行った進行性前立腺癌患者(未治療stage D2 8例、アンドロゲン除去療法(ADT)奏効中8例、CRPC 20例)の血清からスクロースクッション超遠心法によりエクソソームを回収し、回収したエクソソームの内包タンパクをTandem Mass Tag(TMT)標識LC-MS/MS法により網羅的に解析した。進行性前立腺癌患者36例の血清由来エクソソームのTMT標識LC-MS/MS分析により、延べ823タンパクを同定した。この823タンパクのgene ontology解析を行ったところ, Molecular Functionにおいてはcell-cell adhesion, Biological processにおいてはcomplement activation等が濃縮されていた。同定されたタンパクについて、D2未治療群、ADT奏効群、CRPC群の3群間における比較を行った。ADT奏効群とCRPC群で比較し、CRPC群で有意に高発現する(Fold-change>1.5, p<0.05)エクソソーム内包タンパクは認めなかった。D2未治療群とCRPC群の比較においてはCRPC群で有意に高発現するタンパクを6個同定し、その内訳は分泌タンパク2個、膜タンパク1個、転写因子2個であった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。我々はまず、前立腺癌患者から採取した血清よりエクソソームを分離しタンパク質を抽出することから着手した。エクソソームのタンパク解析においてはアルブミンなどの夾雑タンパクの除去が重要であるため、エクソソーム回収法としては夾雑タンパクの除去に優れたスクロースクッション法を選択した。エクソソームが回収できていることは3つの方法で確認した。まず、ウエスタンブロット法によりエクソソーム表面マーカーであるCD9、CD63の発現を確認し、続いてナノ粒子トラッキング解析により粒子径・粒子数の測定を行い、エクソソームに相当する径の粒子が回収できていることを確認した。さらに電子顕微鏡により、抗CD9抗体、金コロイド標識付きの2次抗体を反応させることで、表面にCD9を発現する200nm以下の粒子を確認した。次に、アルブミンなどの夾雑タンパクが除去できていることを確認した。DCプロテインアッセイによるタンパク濃度測定ではいずれの血清エクソソームサンプルも測定感度以下であった。また、タンパク電気泳動後のシプロルビー染色を行なったところ、精製前の血清ではアルブミンをはじめ多数のバンドが検出されるのに対してエクソソームサンプルではバンドは検出されなかった。続いて、エクソソームの回収・精製が出来ていることを、網羅的タンパク解析でも確認する方針とした。健常者1名、CRPC患者2名の血清200ulよりエクソソームを回収し、非標識でLC-MS/MS分析でタンパクの同定を行なった。質量分析器Q Exactiveを用いて測定したところ、3症例から合計849個のタンパクを同定した。これは他癌種の報告と比較して遜色ないものであった。さらにgene ontology解析を行ない、エクソソームに関連するこタンパクが多く含まれていることを確認した。以上より、エクソソームの回収、精製が十分に出来ていることを確認した。研究実施計画書では平成29年度中に各治療病期の患者血清の比較解析を行ない、去勢抵抗性前立腺癌に特異的なタンパク質を同定する予定であったが、エクソソームの回収・精製の確認を多角的に行なっていたため、進捗状況はやや遅れいている。

D2未治療群とCRPC群の比較においてはCRPC群で有意に高発現するタンパクを6個同定し、その内訳は分泌タンパク2個、膜タンパク1個、転写因子2個であった。各治療病期の患者血清を比較解析し、去勢抵抗性前立腺癌に特異的なタンパク質を同定する。さらに同定したタンパク質の機能解析および転移浸潤メカニズムの解明のため、前立腺癌細胞株を用いて分子生物学的手法による機能解析を行なう。また血清中癌特異的エクソソームは微小環境を制御しうるタンパク質と想定されるため、転移浸潤において促進的な作用を有するかについて、細胞実験および動物実験モデルを用いて機能解析を行う。また、血液バイオマーカーとしてのみ有用として同定し得たタンパク質のみならず、治療標的候補タンパク質も定量を行う。定量化の方法としてはSRM/MRMによる標的プロテオミクスを行う。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。