hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
水ストレス条件下におけるイネの根の量的・形態的形質とその機能的意義

1994年は夏場の降水量が極めて少なく,陸稲も農家圃場においては記録的な干ばつ害を被った年であった.本研究はこうした気象条件の中で,茨城県農業総合センター生物工学研究所の協力を得て,水戸市上国井在の試験圃場における圃場試験を中心に行なった.この圃場試験においては,北関東の主要栽培品種のほか,耐早性が比較的強いとされる外国品種IRAT109,および,IRAT109と国内品種を交配して新たに育成された系統,さらには,耐早性が弱いと考えられる水田・畑両用品種や水稲品種を供試し,干ばつ条件下での籾の稔実の程度と根系形質を調査した.稔実程度は,早生品種が土壌水分が著しく低下する以前に開花することで稔実への障害を回避していたが,中生品種どうしで比較した場合には,IRAT109とそれを母体とする系統が高い稔実率を維持していたのに対して,日本の陸稲品種では稔実率が著しく低下し,水稲品種および水田・畑両用品種ではさらに稔実が阻害されていた.一方,根系の分布を塹壕法によって深さ80cmまで調べたところ,IRAT109とそれを母体とする系統では深さ60cmを越える深い土層でも,土壌断面100cm^2当り10本程度の根(または分枝根)が認められたのにたいして,他の品種は,土壌表層部では上記3品種と同程度もしくは多くの根量が認められたが,深層部での根量は著しく小さかった.特に水稲品種や水田・畑両用品種では60cmを越えるような深層ではほとんど根がみられなかった.こうした結果から,とくに土壌下層に多くの根を展開することは,陸稲の乾燥条件下での安定多収に極めて重要な形質と考えられた.これらの成果については日本育種学会および日本作物学会に発表準備中である.深根性の違いがどのような形質によってもたらされていたかについては,同じ圃場,および,東京大学の圃場やハウス内で採取した材料を用いて引き続き解析中である.1994年は夏場の降水量が極めて少なく,陸稲も農家圃場においては記録的な干ばつ害を被った年であった.本研究はこうした気象条件の中で,茨城県農業総合センター生物工学研究所の協力を得て,水戸市上国井在の試験圃場における圃場試験を中心に行なった.この圃場試験においては,北関東の主要栽培品種のほか,耐早性が比較的強いとされる外国品種IRAT109,および,IRAT109と国内品種を交配して新たに育成された系統,さらには,耐早性が弱いと考えられる水田・畑両用品種や水稲品種を供試し,干ばつ条件下での籾の稔実の程度と根系形質を調査した.稔実程度は,早生品種が土壌水分が著しく低下する以前に開花することで稔実への障害を回避していたが,中生品種どうしで比較した場合には,IRAT109とそれを母体とする系統が高い稔実率を維持していたのに対して,日本の陸稲品種では稔実率が著しく低下し,水稲品種および水田・畑両用品種ではさらに稔実が阻害されていた.一方,根系の分布を塹壕法によって深さ80cmまで調べたところ,IRAT109とそれを母体とする系統では深さ60cmを越える深い土層でも,土壌断面100cm^2当り10本程度の根(または分枝根)が認められたのにたいして,他の品種は,土壌表層部では上記3品種と同程度もしくは多くの根量が認められたが,深層部での根量は著しく小さかった.特に水稲品種や水田・畑両用品種では60cmを越えるような深層ではほとんど根がみられなかった.こうした結果から,とくに土壌下層に多くの根を展開することは,陸稲の乾燥条件下での安定多収に極めて重要な形質と考えられた.これらの成果については日本育種学会および日本作物学会に発表準備中である.深根性の違いがどのような形質によってもたらされていたかについては,同じ圃場,および,東京大学の圃場やハウス内で採取した材料を用いて引き続き解析中である.
蛍光分光XAFSによる金・白金ナノ粒子および助触媒サイトの状態識別観測の研究

本研究は、研究代表者が継続して行なっている状態識別XAFS(X線吸収微細構造)を用いた触媒および環境材料の研究の延長として行なった。白金-すず触媒について、すずK端の自然幅ブロード化を抑止したSn Kα_1選択状態識別XAFSを測定し、SiO_2表面に1nm程度に高分散したPt粒子に吸着したSnサイトの存在を示し、その電子状態を提示した。また均一な粒径分布をもつAu/TiO_2触媒を体系的に合成し、平均粒子サイズを2.98.7nmに制御した。Au Lα_1選択状態識別XAFSにより、金ナノ粒子中にニュートラル、δ^-、δ^+サイトの存在がそれぞれ示された。特に研究が進展した点として、SPring-8のビームラインのビーム安定度が向上し、試料位置でのビームサイズが小さくなったのと同じ効果を示したため、状態識別XAFSでのエネルギー分解能が向上した。その結果、金ナノ粒子中各サイトの状態識別構造解析が容易になった。また、本研究と平行して行なった可視光励起バナジウム触媒の研究(特定領域研究)と共通して、その場条件での状態識別XAFS測定技術を確立した。その結果、その場反応条件で金(δ^+)サイトがO_2分子に電子供与する様子を観測することに成功した。低温CO酸化反応の活性化機構中で鍵となる中間種を直接捉えたものと考えている。金および白金ナノ粒子径を制御する触媒調製法が開発され、低温CO酸化反応について顕著な金粒径依存性が、CO部位選択水素化や選択水素化分解反応について、白金ナノ粒子へのすず添加法・添加量・水素処理温度による選択性向上が報告されている。本研究では、これら触媒活性点の重元素サイト構造について調べた。Pt-Sn/SiO_2触媒でのすずの効果は、(i)カチオン的すずがCO部位と相互作用をもつ、および(ii)Ptアンサンブルを分割して2次反応/副反応を抑止する、と推定されている。Sn K吸収端は29.2keVと高エネルギーのためスペクトルがブロード化し、定性的な応用に限られてきた。SPring-8のアンジュレーター高輝度光を用い、Sn Kα_1蛍光分光(エネルギー分解能5.0eV)を組み合わせたXAFS測定により、Sn K空孔寿命自然幅8.49eVによるブロード化を受けないXANESスペクトルを得た。幅8.49eVのローレンツ関数によるコンボルーションで、このスペクトルは透過法XANESへと変換された。次に、Pt-Sn合金・吸着Snサイト・相分離の各種モデルについてab initio SCF多重散乱計算により算出したSn K端XANESとの比較により、高分散Pt[-Sn]ナノ粒子への吸着Snサイトが支配的で、電子状態はSn^<II>的であると分かった。Deposition-precipitation法によりAu/mesoporous-TiO_2およびAu/anatase-TiO_2触媒を調製し、エネルギー分解能4eVでAu Lα_1ピークのトップおよび低エネルギー側1/3値の裾野に蛍光分光器をチューンして、Au L_3端XANESを測定した。1/3値チューン時に他とは異なるスペクトルが得られ、ナノ粒子と担体TiO_2との界面のカチオニックAuが選択検出されたと考え、解析を進めている。CVD法により助触媒すずを1.5重量%導入したPt-Sn/SiO_2のすずサイト解析を行なった。理論式によるフィットを行なうEXAFS(広域X線吸収微細構造)法がよく用いられるが、すずは重元素のためクオリティの高いスペクトルを得るのが容易ではなかった。そこで本研究では、すずK殻の自然幅ブロード化を抑止する高エネルギー分解能すずKα_1選択すずK端XANES(X線吸収端近傍構造)のみにより、SiO_2表面に1nm程度に高分散したPt粒子に吸着したSnサイトの存在を示した。XANESは狭いエネルギー範囲のスペクトルであるが、本測定手法によりシャープ化されたスペクトルと各モデルサイト構造についてのシミュレーション・スペクトルとを比較することで、直観的にサイト構造が得られた。

また、不活性な金が3nm程度のナノ粒子化することで活性化するAu/TiO_2触媒の金サイトをAu Lα_1選択Au L_3端XANES, EXAFSにより状態識別して観察した。分解沈殿合成条件を変えて金平均粒子サイズを2.98.7nmに振り、担体もアナターゼ型およびアモルファスTiO_2と変えた試料を合成した。Au Lα_1スペクトルおよびAuLα_1選択XANESにより、金粒子内にニュートラル,δ^-,δ^+のサイト存在がそれぞれ示された。δ^-,δ^+のサイトは平均2.9nmの金粒子に比較的多く分布した。この内、δ^+のサイトがO_2分子にさらに電子供与する様子がその場観測され、このサイズの金粒子のみが低温CO酸化反応を引き起こす鍵となると考えた。
気孔開閉調節分子と特定アクアポリンの高濃度ＣＯ２への応答とＣＯ２供給系の理解

気孔開閉調節に関わる情報変換タンパク質PCaP1および水・CO2透過性アクアポリンPIPに焦点を当て、シロイヌナズナにおけるそれぞれの生理機能を明らかにし、高CO2下での両分子のCO2供給システムにおける役割とそれに関わる量的・機能的調節機構の解明を目的とした。細胞膜のタンパク質PCaPのN端領域はCa-カルモジュリン(CaM)複合体、ホスファチジルイノシトールリン酸(PtdInsPs)と結合する。PtdInsPsとCaM/Caは拮抗的であり、CaM/Caの結合はPtdInsPsとの結合を解除する。この特性はCaシグナルからPtdInsPsシグナルへの変換を示唆した。2種PCaPのうちPCaP2は根毛形成に関わる。PCaP1は全ての組織で検出されるが、孔辺細胞においては外輪部のみに偏在する。この意味を検討する目的でPCaP1遺伝子のT-DNA挿入破壊株pcap1の表現型を解析したところ、暗所において閉じるべき気孔が閉じないという異常が見られた。また、生理的高CO2条件(700 ppm)で生育させるとpcap1株は野生株に比べて有為な生育向上が見られた。PCaP1は各細胞において独自の多様な役割を果たしている可能性が高く、孔辺細胞での気孔開閉調節は機能の一端であると考えた。分子の特性から解明するためPCaP1のタンパク質構造解析も進めた。細胞膜アクアポリンPIP1は複数の植物でCO2透過性が認められており、PIP1の量の減少がCO2固定能の低下をもたらす。PIP1とPIP2のT-DNA挿入遺伝子破壊株のうち、pip1;1pip1;2、pip1;2pip2;5の二重遺伝子破壊株はそれぞれ野生株に比べ生育がよい傾向がみられた。PIP1分子種のみならず孔辺細胞で発現レベルの高いPIP2;5もCO2輸送に関わる可能性があり、岡山大学森博士と共同研究を進めてきた。さらに、高温応答性のPIP2;3については、遺伝子上流の高温応答性シス領域の特定、pip2;3株の水分特性、高CO2応答特性を明らかにした。25年度が最終年度であるため、記入しない。気孔開閉調節に関わるタンパク質PCaP1およびCO2透過性アクアポリンPIP1に焦点を当て、生理機能の作動機構を明らかにし、高濃度CO2下での両分子のCO2供給システムにおける役割とそれに関わる量的・機能的調節を解明することを課題とした。新規のCa結合タンパク質であるPCaP1は細胞膜に局在し、情報伝達にかかわるカルモジュリンとホスファチジルイノシトールリン酸(PtdInsPs)と結合する。PCaP1は孔辺細胞にも発現し、その遺伝子欠失pcap1株の葉では暗条件での気孔閉口に障害が生ずることが明らかになった。

気孔閉口に関連して、野生株は高濃度Caにより閉口するがpcap1株は応答しない、また野生株では1 uMのアブシジン酸(ABA)によっても閉口するがpcap1株は応答しないなど、pcap1株では閉口刺激となる因子への応答性が顕著に低下していることを明らかにした。また、高CO2条件下では野生株に比してpcap1株は初期生育性が高いという特徴も見出した。これは、暗期でも気孔が開いていることが、養分吸収等にプラスに作用するものと推定される。一方、多様なアクアポリン分子種の中でも細胞膜局在性のPIP1は複数の植物でCO2透過性が認められており、申請者らはPIP1の量の減少がCO2固定能の低下をもたらすことを見出している。PIP1分子種の個別遺伝子欠失株では、通常条件及び高CO2条件での表現型を見出すことはできなかった。そこで、今年度は、複数のPIP1遺伝子の二重破壊株の調製を進めた。また、高濃度CO2環境はやがては高温化に向かうこととなるので、高温に顕著に応答するPIP2;3の発現制御についても詳細を解析し、とくに今年度は高温応答に必要な調節遺伝子cis領域の解析をスタートさせた。次年に向けて成果をまとめる。25年度が最終年度であるため、記入しない。新規の情報伝達分子について、独自の現象について研究を展開しており、周辺情報を自らの実験により拾い上げる必要があり研究の困難さをともなっているが、本新学術領域の研究者の協力を得て具体的な作動機構の解明の手がかりを得ることができた。また、アクアポリンについては、高CO2環境下での生育だけではなく、評価委員からのサジェスチョンもあり高温応答性にも目を向けた所、顕著に高温応答性を示すアクアポリン分子種を見出すことができ、その発現誘導の詳細の手がかり、あるいは発現上昇の生理的変化を解明できつつある。新規情報伝達分子PCaP1外気CO2濃度の変化に対応してPCaP1遺伝子発現とタンパク質蓄積量が根およびシュートでどのように変動するかを、mRNAの定量を進める。一般に高濃度CO2で気孔は閉じるが、本遺伝子欠失株および変異型PCaP1発現株での高CO2濃度への適応に異常がないかを新しい実験手法も組入れて分析する。さらにPCaP1遺伝子過剰発現株・変異型PCaP1発現株を作製し、CO2濃度の変化および明暗条件での気孔開口度、植物の生育、形態を分析する。PCaP1におけるCaM/Ca、遊離Ca2+それぞれの結合領域を解明すると同時に、PCaP1と相互作用する新たな分子の検索を進める。リガンドとの結合が分子間・分子内相互作用に与える影響を解析する。シロイヌナズナにはPIP1;1からPIP1;5まで5分子種が存在する。いずれが高CO2濃度に対応して量的変化を示すのかを明らかにする。その結果を考慮して、特異抗体を用いてPIP1タンパク質量の変化を分析し、寄与度の高い分子種を特定する。一方、ユーカリではPIP1の量が減少するとCO2固定能が低下し生育不良となることを見出しているので、シロイヌナズナPIP1各分子種の遺伝子破壊株および二重破壊株を確保し、通常条件と高CO2濃度下での光合成能、生育への影響を分析する。
遺伝科学的手法を用いた歯周炎惹起血管異常の予防および治療法の開発と麻酔薬作用

Wister系ラット8週を使用し初期の歯周病モデルラットを作成した。具体的には、ラットを吸入麻酔薬(3%イソフルラン)で全身麻酔後、両側第一臼歯頬側歯肉へlipopolysaccharide (LPS)を750μg(計1500μg)、および腹腔内へ150μgを1週間に1回の頻度で4回投与した(LPS群)。コントロール群では、生理食塩水を両側第一臼歯頬側および腹腔内へ投与した。4回目の投与から1週間後にラット顎骨を摘出した。固定染色したラット顎骨の歯周組織の炎症について病理組織学的に検討した。その結果、LPS群ラットの歯周組織では病理組織学的に軽度の炎症を認めた。次に、同様の手法で、2回または3回LPS投与後1週間経過したラットの顎骨を摘出し病理組織学的に検討した。歯周組織の炎症は、3回LPSを投与した群では、2回LPSを投与した群と比較し強い炎症が認められた。そのため本研究においては3回LPS投与後1週間経過したラットを歯周炎モデルラットとして使用することとした。さらに、歯周炎モデルラットおよび対照ラットに加えて、8週齢ラットを使用しスタチン群ラットを作成した。スタチン群では、LPS投与に加えて腹腔内へ5mg/kgのPravastatinを投与した。生理食塩水、LPS、あるいはスタチン投与を1週間に1回の頻度で3週間行った。その1週間後に、イソフルラン3%を使用して麻酔を行い十分な麻酔深度を得た後、ラット大動脈を摘出した。ラット大動脈から作成した血管標本を使用し、フェニレフリン(300 nM)で収縮後に得られるアセチルコリン(1 nM-10 μM)による内皮依存性血管弛緩反応について、対照ラットとモデルラット(LPS群)およびスタチン群で比較検討した。その結果、LPS群では対照群と比較し血管反応性が低下し、スタチン群ではLPS投与による血管反応性の低下が減弱する傾向が認められた。歯周炎モデルラット作成について当初は安定した作成が困難であったため、モデルラット作成の手技に関する予備実験や文献的検索を要した。そのため研究の遂行に多少の遅れが生じていた。現在ではLPS投与回数を3回にするなどの改定を加え、手技的にも安定した歯周炎モデルラット作成が可能となっており、体血管内皮機能測定に関連した機器の調整と手技獲得は比較的順調にすすんでいる。モデルラットおよびスタチン群ラットを使用して体血管内皮機能に関する対照群との比較検討をさらにすすめる予定である。今後は、モデルラット(LPS群)およびスタチン群ラットの内皮温存大動脈リングを使用し、体血管内皮機能の測定を継続する予定である。結果を対照群と比較し、統計学的検討を行う。次に、スタチン群とLPS群の比較により、有意な差が得られた濃度のスタチンを作用させ、内皮温存大動脈スライス標本の活性酸素種レベルおよびNADPHオキシダーゼ活性の評価を行う予定である。Wister系ラットを吸入麻酔薬(3%イソフルラン)により全身麻酔後、ラットの両側下顎第一大臼歯頬側歯肉および腹腔内に大腸菌由来のリポポリサッカライド(Lipopolysaccharide: LPS)を投与した(LPS群)。コントロール群では両側下顎第一大臼歯頬側歯および腹腔内に生理食塩水を注入した。さらに、充分な麻酔深度を得た後、ラットの歯周組織の炎症の評価のため下顎骨と、体血管反応性の測定のため大動脈を摘出した。歯周組織炎症モデルラット作成の試みについて、LPS投与による間欠的または持続的な歯周組織の炎症に関して安定したデータは得られていない。そのため、現在、LPS投与方法の手技的確率を達成しつつ投与量/投与方法を再考している。また、大動脈を摘出し内皮温存動脈スライス標本を作成し、フェニレフリンで収縮後にアセチルコリンを作用させ血管張力を測定した。その結果、内皮依存性血管弛緩反応が確認された。今後は上記のモデルラットを確率しコントロール群と比較検討していく予定である。作成を予定していた間欠的歯周組織炎症モデルラットに関して、安定した歯周組織炎症の誘発が確認できず歯周病の重症度に応じたモデルラット作成の計画が遅れている。文献的には別のモデルラットも報告されているため、現法でのモデルラット作成と並行し、別の手法によるモデルラットに関する情報収集を行っている。体血管内皮機能の検討に要する機器および手技は整っているため、モデルラット作成後に測定に以降することが可能である。

歯周組織の炎症は、3回LPSを投与した群では、2回LPSを投与した群と比較し強い炎症が認められた。そのため本研究においては3回LPS投与後1週間経過したラットを歯周炎モデルラットとして使用することとした。さらに、歯周炎モデルラットおよび対照ラットに加えて、8週齢ラットを使用しスタチン群ラットを作成した。スタチン群では、LPS投与に加えて腹腔内へ5mg/kgのPravastatinを投与した。生理食塩水、LPS、あるいはスタチン投与を1週間に1回の頻度で3週間行った。その1週間後に、イソフルラン3%を使用して麻酔を行い十分な麻酔深度を得た後、ラット大動脈を摘出した。ラット大動脈から作成した血管標本を使用し、フェニレフリン(300 nM)で収縮後に得られるアセチルコリン(1 nM-10 μM)による内皮依存性血管弛緩反応について、対照ラットとモデルラット(LPS群)およびスタチン群で比較検討した。その結果、LPS群では対照群と比較し血管反応性が低下し、スタチン群ではLPS投与による血管反応性の低下が減弱する傾向が認められた。歯周炎モデルラット作成について当初は安定した作成が困難であったため、モデルラット作成の手技に関する予備実験や文献的検索を要した。そのため研究の遂行に多少の遅れが生じていた。現在ではLPS投与回数を3回にするなどの改定を加え、手技的にも安定した歯周炎モデルラット作成が可能となっており、体血管内皮機能測定に関連した機器の調整と手技獲得は比較的順調にすすんでいる。モデルラットおよびスタチン群ラットを使用して体血管内皮機能に関する対照群との比較検討をさらにすすめる予定である。今後は、間欠的あるいは持続的歯周組織炎症モデルラット作成に関して従来予定していた作成方法(ラット両側下顎第一大臼歯頬側歯肉および腹腔内にLPSを投与する方法)を継続した後、安定した結果が得られなければ、大幅にモデルラット作成の方法を変更する可能性もある。代替の方法としては両側下顎第一大臼歯歯肉縁への機会的刺激や細菌学的刺激により歯周組織の炎症を誘発する。いずれかの方法で安定したモデルラットを作成後、モデルラットおよびコントロールラットの内皮温存大動脈スライス標本を使用し、体血管内皮機能の測定、活性酸素種レベルおよびNADPHオキシダーゼ活性の評価を行う予定である。今後は、モデルラット(LPS群)およびスタチン群ラットの内皮温存大動脈リングを使用し、体血管内皮機能の測定を継続する予定である。結果を対照群と比較し、統計学的検討を行う。次に、スタチン群とLPS群の比較により、有意な差が得られた濃度のスタチンを作用させ、内皮温存大動脈スライス標本の活性酸素種レベルおよびNADPHオキシダーゼ活性の評価を行う予定である。作成を予定していた間欠的歯周組織炎症モデルラットで安定した歯周組織炎症の誘発が確認できず、歯周病の重症度に応じたモデルラット作成の計画が遅れたため、モデルラットを使用して行う研究に使用する費用が次年度に持ち越されることとなった。そのため、持ち越された費用は、今年度と同様の方法あるいは別のいくつかの方法でのモデルラット作成と、それらのラットを使用した体血管内皮機能の測定、活性酸素種レベルおよびNADPHオキシゲダーゼ活性の測定にかかる費用とする予定である。作成を予定していた間欠的歯周組織炎症モデルラットで安定した歯周組織
磁気シールド無しで使えるSQUIDの開発

研究の目標SQUIDは、感度、ダイナミックレンジ、周波数帯域において他種の磁気測定手段をはるかに超える性能をもっており、SQUID素子自身の雑音は原理的に量子限界まで達することが可能である.しかしながら、感度が高すぎるために通常の磁気環境では動作出来ず、磁気シールド内での使用に限られている.磁気シールド無しでの高感度磁気測定が可能となれば、物理計測だけでなくさまざまな産業、医学応用などが広がってゆくものと考えられる.我々は、SQUIDによる高感度測定を磁気シールド無しで実現させる技術を開発することを目的として、本研究に取り組んだ.研究成果1.数種のSQUID素子について、41K台の温度領域で雑音測定を行った.さらに、ミリK領域までの雑音測定を行い、周波数別の温度依存性から、複数の雑音要因が存在することを明らかにした.2.SQUID素子を高速動作させる回路を試作し、従来の汎用SQUID装置をこえる100KHz以上での動作を確認した.3.これを用いて環境磁気雑音のもとでSQUIDが動作できることを確認するための作業を行っているところである.以上のことから、SQUIDの高感度性を環境磁気雑音下でも利用できる一方策を示し、高感度磁気測定応用への道筋を拓くことができると考えている.今年度は、SQUID素子の入手と、そのヘリウム温度(4.2K)での雑音測定、および雑音測定用周辺設備の整備を行った。また、環境雑音下でも動作可能なSQUIDを実現する方法として、SQUID駆動回路の高速動作化を目指しているが、そのための準備をおこなった。雑音除去法の開発に関しては、専用のクライオスタットの設計、製作を行った。SQUID素子の雑音特性については、現在主流の構造であるNb-Al2O3系のトンネル接合による薄膜DC-SQUID素子を3種そろえ、雑音測定を行った。これらの素子のうち1種に関しては、ルイジアナ州立大のグループが4.2Kから50mKまで雑音の温度特性を測定したところ、熱雑音による理論値どおりに低減しなかったという報告を行っている。雑音の総量を評価する方法では、この原因を明らかにすることは難しいので、我々のグループでは、数通りの雑音発生機構が存在することを予測し、それらに対応できる準備をしている。4.2Kにおける測定では、素子の地磁気トラップによる雑音増加を防ぐために、磁気シールドを用意した。雑音測定回路ではバイアス電流と帰還磁束電流の双方にモジュレーションを加える方法で雑音の種類分けを出来るように準備した。ヘリウム温度での測定を順次行い、測定回路をチェックしているが、この後、希釈冷凍機に素子を取り付けmK領域までの雑音温度特性を測定する予定である。駆動回路の高速動作化については、高速動作のために、従来と異なる位相検波回路を含まない回路を用いる。そのための、回路設計と初段アンプ、フィードバック用アンプの素子選定を行った。雑音除去法の開発については、SQUIDのFLL回路方式自身を応用した雑音除去方式を確立するための実験装置を準備し、専用のクライオスタットを設計、製作した。研究の目標SQUIDは、感度、ダイナミックレンジ、周波数帯域において他種の磁気測定手段をはるかに超える性能をもっており、SQUID素子自身の雑音は原理的に量子限界まで達することが可能である.しかしながら、感度が高すぎるために通常の磁気環境では動作出来ず、磁気シールド内での使用に限られている.磁気シールド無しでの高感度磁気測定が可能となれば、物理計測だけでなくさまざまな産業、医学応用などが広がってゆくものと考えられる.我々は、SQUIDによる高感度測定を磁気シールド無しで実現させる技術を開発することを目的として、本研究に取り組んだ.研究成果1.数種のSQUID素子について、41K台の温度領域で雑音測定を行った.さらに、ミリK領域までの雑音測定を行い、周波数別の温度依存性から、複数の雑音要因が存在することを明らかにした.2.SQUID素子を高速動作させる回路を試作し、従来の汎用SQUID装置をこえる100KHz以上での動作を確認した.3.これを用いて環境磁気雑音のもとでSQUIDが動作できることを確認するための作業を行っているところである.以上のことから、SQUIDの高感度性を環境磁気雑音下でも利用できる一方策を示し、高感度磁気測定応用への道筋を拓くことができると考えている.
アレルギー疾患の新規治療法開発に向けた好塩基球の転写制御機構の解明

アレルギー疾患は患者数も多く、QOLの問題から根本治療が望まれている。近年、好塩基球がアレルギー疾患において重要な役割を果たしていることが明らかにされ、にわかに注目を集めている。今回の我々の研究により好塩基球の分化および機能に影響を与える転写因子としてGATA-1が非常に重要であることを明らかとなった。このことから、好塩基球のGATA-1をターゲットとしたアレルギー疾患の治療が有効である可能性が示唆された。<具体的内容>好塩基球はアレルギー疾患誘導において重要な役割を果たす細胞の一つであるが、転写因子による好塩基球の機能制御に関してはほとんどわかってこなかった。そこで我々は、好塩基球の発現する転写因子を網羅的解析により同定し、その中でも重要と思われるものについてsiRNAを用いたノックダウン法による機能解析を行った。まず、我々はマイクロアレイやRT-PCR法を用い、好塩基球に発現する転写因子を網羅的に解析した。その結果、好塩基球はいくつかの転写因子を強く発現していることがわかったが、なかでも血球細胞の機能に深く関与することで知られるGATAファミリーの転写因子に注目したところ、GATA-1、GATA-2を強く発現し、GATA-3をあまり発現していないことが明らかとなった。さらに、GATA-1をノックダウンするとIgE依存性のサイトカイン産生、脱顆粒の低下が見られた。これらの細胞ではIgE依存性の反応は低下するものの、その他の刺激(PMAおよびIonomycin)では反応性は低下せず、GATA-1は好塩基球のサイトカイン産生や脱顆粒自体の反応ではなく、IgE依存性の反応を抑制していることが示唆された。<意義>好塩基球はアレルギー疾患誘導などにおいて重要な役割を果たすことがわかっているが、好塩基球の機能を制御する因子に関しては詳しくわかってこなかった。今回の研究において、好塩基球が機能を示すのに重要なIgEと抗原の反応に関与する転写因子の一つが明らかとなったことは非常に意義深い。<重要性>今回の研究により、好塩基球の機能を制御する因子が明らかになった。このことは、アレルギー疾患における好塩基球をターゲットとした治療を考える上で非常に有用で重要性の高い知見であると考える。昨年度の結果より、好塩基球が転写因子GATA-1を強く発現し、GATA-1をノックダウンした好塩基球ではIgEと抗原で刺激した際に起こる脱顆粒反応やサイトカイン産生が抑制された。このことから、GATA-1が好塩基球のIgE依存性の反応重要であることがわかった。今年度はGATA-1による好塩基球の機能制御メカニズムを解析することとした。我々は好塩基球がGATA-1をほとんど発現しないΔdblGATAマウスを用いて、正常マウスの好塩基球とΔdblGATAマウスの好塩基球のマイクロアレイを行った。その結果、ΔdblGATAマウスの好塩基球では高親和性IgE受容体であるFcεRIの下流のシグナル関連分子の発現が低下していることが明らかになった。また、anti-apoptoticな遺伝子やapoptotic facilitatorを解析したところ、アポトーシスを促進する方向に傾いており、GATA-1は好塩基球の機能や生存に影響を与える遺伝子であることが示された。<意義>好塩基球は感染症防御、アレルギー疾患などにおいて重要な役割を果たすことがわかっていたが、好塩基球の転写制御に関しては十分には明らかになっていなかった。今回、GATA-1が好塩基球の機能および生存をコントロールする重要な因子であることが明らかとなった。<重要性>これまでの研究から、GATA-1は好塩基球が深く関与するアレルギー疾患などの治療のターゲットとして有効であることが示唆された。当初の計画では、1好塩基球の転写因子の発現の解析、2転写因子の好塩基球における機能解析を行う予定であった。今回の研究では1転写因子の発現解析を行い、好塩基球の機能に影響を与える可能性があるものをいくつかピックアップし、2各転写因子について好塩基球における機能解析した。その結果、複数の転写因子においてこれまでに明らかになっていなかった機能を持つことを証明することができ、特にGATA-1ではIgE依存性の反応に重要であるという知見を得た。以上のことから、この計画は当初の計画以上に進展している。医歯薬学我々は、好塩基球は抗原特異的IgE依存性に反応し、アレルギー疾患の諸症状に関与することを示してきた。好塩基球のIgE依存性の反応を制御する転写因子に関しては十分に知られていなかったが、今回の我々の研究によりGATA-1が好塩基球の機能、特にIgE依存性の反応に非常に重要な役割を果たすことが明らかになった。このことから好塩基球のGATA-1をターゲットとしたアレルギー疾患の治療が有効であることが示唆される。

今後アレルギー疾患の治療としてのGATA-1の可能性を検討するためにはGATA-1による好塩基球の調節の詳細を明らかにする必要がある。GATA-1による遺伝子の転写を介した好塩基球の機能制御を明らかにする目的で、GATA-1を欠損した好塩基球のマイクロアレイ、転写制御の解析をする予定である。また、IL-3やTSLPといったサイトカインが好塩基球の機能に影響することが知られ、このようなサイトカインが好塩基球に作用した場合のGATA-1の転写因子の変化を検討する予定である。しかし、問題点として、好塩基球は非常に寿命が短く、適切な細胞株もないため、機能制御の解析を行うにはGATA-1の発現を欠損したマウスの入手が不可欠である。そこで我々はGATA-1欠損マウスの作製を行うことを検討している。
がん増殖・転移におけるバイオイメージングとターゲティング型DDS開発

癌細胞の動態、存在状態の多様性および治療薬の癌病巣への到達性の制御の困難さのため、普遍的に適用可能な治療法は未だ確立されていない。本研究では、まず、癌増殖・転移過程の非侵襲的解析に必要不可欠な基盤技術であるバイオイメージングによる可視化および定量法を確立した。さらに、DDSのコンセプトに基づき、有効な癌治療薬および遺伝子医薬品の送達システムの開発および治療への応用を行った。平成17年度は、癌転移過程の定量的評価法および癌転移抑制法の開発を目的に、癌細胞の転移過程における詳細な動態を解析するため遺伝子導入操作による発光タンパク発現癌細胞株の樹立および新規癌ターゲティング型DDS製剤の開発をおこなった。癌転移過程の定量的評価法に関しては、発光タンパク(ホタルルシフェラーゼ)発現癌細胞株の樹立に成功し、癌転移増殖過程の定量評価をおこなったところ、従来の癌結節数を計測する方法と比較して約1000倍高感度であった。また、in vivoバイオルミネッセンスイメージングシステムを用いて癌細胞分布の観察により癌増殖・転移過程を評価したところ、従来法である経時的な臓器摘出法により測定した結果とよく対応していることを確認し、癌転移・増殖過程を非侵襲的方法により評価することに成功した。次に、癌ターゲティング型DDSを実現するためのDDS製剤に関して、腫瘍組織に高発現しているプロテアーゼであるマトリックスプロテアーゼ2(MMP2)に着目し、MMP2によって酵素的に切断されるペプチド配列(MMPp)を組み込んだ新規ポリエチレングリコール(PEG)-MMPp-脂質誘導体の合成をおこない、これを含有するステルス性-MMPpリポソームを調製した。MMP存在下(1-10μg/ml)、リポソーム中のMMPpはMMP濃度依存的に切断され、PEG離脱により癌細胞へのリポソームの積極的な取り込みが観察された。一方、MMP2を発現しないマクロファージへのステルス性-MMPpリポソームの取り込みは低かった。よって、有効な癌ターゲティング型DDSキャリアとなり得ることが示された。また、分化誘導剤である全トランス型レチノイン酸を効率的に封入し、癌組織へターゲティング可能な新規高分子ミセルの開発にも成功した。以上、癌転移過程の定量的評価ならびに癌ターゲティング型キャリアの開発に成功した。癌転移の過程において局所での活性酸素の発生および引き続きおこるNFκBの活性化により接着分子の過剰発現が誘発されることが大きな原因であることが知られている。しかしながらin vivoにおけるこれらの分子発現の寄与に関しては評価法がなく困難である。本年度はin vivoにおける癌転移の分子メカニズムの解明を目的に、イメージングによるNFκB活性化評価法の確立をおこなった。LPS投与によりNFκB活性化モデルマウスを作成し、プロモーター部位にNFkB結合配列を有するルシフェラーゼ発現プラスミドDNA(pNFκB-luc)をハイドロダイナミクス法により肝臓で強制発現させた後、インビボイメージング装置により評価をおこなったところ肝臓で高い発現が認められNFκBが活性化されていることが確認された。さらに、マンノース修飾またはサクシニル修飾した肝非実質細胞ターゲティング型活性酸素消去酵素カタラーゼの投与により、pNFκB-lucによる発現が低下し肝臓内のNFκB活性が抑制されていることが示唆された。以上より本システムによりin vivoでNFκB活性を評価できることが確認されin vivoでの癌転移の分子メカニズム解明および新規転移抑制剤の開発するために必要な情報を得ることができると考えられる。さらに、本年度は、腹腔内でのがん転移抑制を目的にカタラーゼにカチオンを付加したEDカタラーゼを作成した。腹腔内へ投与後、未修飾のカタラーゼと比較し腹腔内への滞留時間は6倍に延長された。さらにこれまでに樹立したルシフェラーゼ発現癌細胞株をもちいて腹腔内への転移を観察したところ、未修飾カタラーゼと比較し有意な転移抑制効果が確認された。さらにEDカタラーゼにより未修飾カタラーゼと比較し有意な生存期間延長が認められた。本年度は、これまで確立してきたがん増殖・転移のバイオイメージングシステムならびにターゲティング型DDS製剤を用いて、担がんモデルマウスを用いた治療効果の評価を行った。がんの増殖・転移の過程において局所での活性酸素の発生によるNFκB活性化、接着分子の発現ならびに炎症性サイトカインの産生が大きな原因であることが知られている。そこでカタラーゼの腹腔内滞留性増大を目的にカチオン性を付与した活性酸素消去酵素カタラーゼ(EDカタラーゼ)のハイドロゲル複合体を調製し、がん細胞の腹膜播種治療を試みた。複合体を腹腔内に投与後、腹腔内カタラーゼは、14日後も投与量の約10%が滞留し、EDカタラーゼ単独投与の場合と比較し有意なカタラーゼ滞留性の増大が認められた。さらに、腹腔内がん細胞増殖をイメージングにより評価したところ、複合体投与による有意な増殖抑制効果が認められた。更に複合体投与により生存期間延長効果が認められた。

次に、カタラーゼの活性酸素消去による抗炎症作用を利用し、抗がん剤シスプラチン誘発性腎炎抑制を目的とした新規シスプラチンEDカタラーゼ併用療法の開発をおこなった。まず、EDカタラーゼの静脈内投与後の腎集積を切片により確認したところ、未修飾カタラーゼと比較しEDカタラーゼの有意な腎集積増大が認められた。さらにシスプラチンとEDカタラーゼの併用により、シスプラチン誘発性の腎炎抑制効果ならびにシスプラチンによる急性死抑制効果が認められた。最後に、レチノイン酸誘導体を用いた新規がん分化誘導療法の開発のための基礎的検討をおこなった。レチノイン酸は脂溶性の高さから単独では血中へ投与不可能であるため、レチノイン酸封入エマルションを調製したところ、平均粒子径約175nmで高い封入効果が認められた。更に血中滞留性増大を目的にPEG修飾レチノイン酸封入エマルションを調製したところ平均粒子径はほぼ同じ178nmの粒子が調製できた。まず、癌細胞の増殖・転移において重要な役割を果たすマクロファージのイメージングによる体内分布評価を目的にマンノース修飾量子ドット(ManQD)を合成した。ManQDは、未修飾QDと同程度の蛍光強度を維持し、培養マクロファージにおいてマンノースレセプターを介してマクロファージへ選択的に取り込まれた。また、ManQDによる蛍光観察は48時間まで安定に行えることを確認した。さらに、ManQDを腹膜播種モデルマウスへ投与したところ、ManQDはマクロファージへ選択的に取り込まれ、in vivoイメージングにより、腹腔内での癌細胞の増殖に伴うマクロファージの増大が観察できた。次に、癌細胞の腹膜播種治療を目的に、CpGオリゴの免疫担当細胞へのターゲティングを行った。免疫担当細胞指向型キャリア(Manリポソーム)を用いてCpGオリゴを静脈内並びに腹腔内へ投与後、血中並びに腹水水のIL12、IFN・などのサイトカイン濃度が増加し、その量は未修飾カチオン性リポソームとの複合体の場合と比較し有意に高かった。さらに癌細胞の肝転移モデルマウスまたは腹膜播種モデルマウスへCpGオリゴとManリポソームの複合体を投与したところ未修飾カチオン性リポソームとの複合体の場合と比較し、肝臓ならびに腹腔内の有意な癌細胞数の増加抑制が認められた。また、腹膜播種モデルにおいては、生存期間の延長も認められた。最後に、新規癌細胞選択的抗がん剤キャリアとして、乳癌細胞に高発現するHER2認識抗体を修飾したリジンデンドリマーを合成した。培養したHER2高発現乳癌細胞を用いた検討により抗体修飾リジンデンドリマーの選択的な取り込みを確認した。以上、本年度は、癌のモデルマウスを用いて細胞増殖のイメージングと免疫療法による治療法の確立、および新規抗がん剤キャリアの開発を行った。まず、癌細胞選択的な薬物送達を可能にする新規抗癌剤キャリアの開発を行った。癌細胞の表面に高発現するMUC1に対して選択的に結合するアプタマーを、多数の官能基を有し、抗癌剤の有効なドラッグキャリアであるデンドリマーと結合させた。
精神分裂病の幻聴の神経機構-PET賦活研究-

精神分裂病の中核症状のひとつである幻聴は、患者自身の言語的思考のモニタリングの障害であるという仮説がある。本研究の目的は、活発な幻聴をともなう精神分裂病患者、幻聴をともなわない精神分裂病患者および健常被験者に、自己の言語的思考を動員する認知課題をおこない、PETを用いて局所脳血流量変化を測定し賦活される脳部位パターンを比較し、精神分裂病の幻聴の神経機構を明らかにすることである。認知課題としては言語性記憶再生課題を用い、2つの異なる学習方略(知覚的記憶に依存した方略と意味的記憶に依存した方略)により同じ単語を記憶した後、その単語を再生する時にPETスキャンをおこなった。これにより、ある単語を再生する時、その単語を憶えた時の方略の違いが、いかに賦活脳部位の違いを生じるかを知ることができる。精神分裂病患者では、単語の意味情報が利用される時に賦活されるネットワークが健常被験者とは異なっていると考えられているが、幻聴のある患者とない患者でも異なる可能性がある。したがって、本課題によって幻聴のある精神分裂病患者、幻聴のない精神分裂病患者、健常被験者の脳賦活部位パターンの違いが明らかになると予想される。ベースライン課題としては記憶に頼らず語産生を要求する課題を用いた。健常被験者(12人の右利き男性(平均年齢24.1歳))では、2つの異なる学習方略の直接比較やそれぞれの課題とベースライン課題との直接比較により、知覚的記憶が側頭葉内側領域のさらに内側部分に、意味的記憶がその外側部分に関連することが示されたが、精神分裂病患者では、現在までにデータ解析をおこなうに足る症例数がなく、データ収集を続けている。本研究の目的は、活発な幻聴をともなう精神分裂病患者、幻聴をともなわない精神分裂病患者および健常被験者に、自己の言語的思考を動員する認知課題をおこない、賦活される脳部位パターンをPETを用いて比較し、精神分裂病の幻聴の神経機構を明らかにすることである。本年度は主として健常被験者のデータ収集・解析をおこなった。認知課題としては言語性記憶再生課題を用いた。本課題では、2つの異なる学習方略(知覚的記憶に依存した方略と意味的記憶に依存した方略)により同じ単語を記憶した後、その単語を再生する時にPETスキャンをおこなう。精神分裂病患者では、単語の意味情報が利用される時に賦活されるネットワークが健常被験者とは異なっていると考えられている。さらに幻聴のある患者とない患者でも異なる可能性がある。したがって本課題によって幻聴のある精神分裂病患者、幻聴のない精神分裂病患者、健常被験者の賦活脳部位パターンの違いが明らかになると予想される。対象は既往歴のない12人の右利き健常男性(平均年齢24.1歳)で、ベースライン課題としては記憶に頼らず語産生を要求する課題を用いた。2つの異なる学習方略の直接比較により、知覚的記憶が側頭葉内側部領域のさらに内側部分に、意味的記憶がその外側部分に関連することが示された。各々の課題とベースライン課題との比較でも同様であった。これらの結果より、健常人では側頭葉内側部において2つの異なる記憶機能の処理経路が存在していると考えらた。来年度は、本課題を精神分裂病患者に実施し健常被験者の賦活脳部位パターンの違いから精神分裂病の幻聴の病態を明らかにする。
パンルベ・ガルニエ系の階層構造と対称性

(N-変数)ガルニエ系の双有理対称性の群が格子を含む無限群を成すことを明らかにした.格子上のタウ関数の列が戸田方程式を満たすことを示した.また,対称性の群の適当な元の固定点を考えることによってガルニエ系の代数関数解を構成した.群の含んでいる格子の作用により無数の代数関数解を得る.付随するタウ関数は戸田方程式から計算できるが,適当な変数変換の下で特殊多項式の族を定める.これを代数関数解に付随する特殊多項式と呼ぶ.この特殊多項式を,シューア多項式の拡張である普遍指標を用いて明示する公式を与えた.同様にしてガルニエ系の有理関数解に付随する特殊多項式を構成して,それが長方形のヤング図形に対応するシューア多項式で表されることを示した.上記の二つの特殊多項式の族についての結果は,ガルニエ系とヤング図形の組合せ論,および一般線形群の表現論との関係を明らかにするものである.シューア多項式の拡張である普遍指標をタウ関数に持つ無限次元可積分系(以下UC階層と呼ぶ)を構成した.UC階層は無限階の非線形偏微分方程式系で与えられる新しいクラスのソリトン方程式系であり,KP階層の自然な拡張と見なせる.UC階層の解空間が無限次元グラスマン多様体の直積であること,またその対称性が無限次元リー環gl(∞)【symmetry】gl(∞)で与えられることを証明した.上記UC階層についての結果はKP階層の理論(佐藤理論)の自然な拡張と見倣せる.またUC階層は,無限階微分方程式で与えられる可積分系という従来現れなかった新しい対象であり,今後の可積分系研究において重要な役割を果たすことが期待される.(N-変数)ガルニエ系の双有理対称性の群が格子を含む無限群を成すことを明らかにした.格子上のタウ関数の列が戸田方程式を満たすことを示した.また,対称性の群の適当な元の固定点を考えることによってガルニエ系の代数関数解を構成した.群の含んでいる格子の作用により無数の代数関数解を得る.付随するタウ関数は戸田方程式から計算できるが,適当な変数変換の下で特殊多項式の族を定める.これを代数関数解に付随する特殊多項式と呼ぶ.この特殊多項式を,シューア多項式の拡張である普遍指標を用いて明示する公式を与えた.同様にしてガルニエ系の有理関数解に付随する特殊多項式を構成して,それが長方形のヤング図形に対応するシューア多項式で表されることを示した.上記の二つの特殊多項式の族についての結果は,ガルニエ系とヤング図形の組合せ論,および一般線形群の表現論との関係を明らかにするものである.シューア多項式の拡張である普遍指標をタウ関数に持つ無限次元可積分系(以下UC階層と呼ぶ)を構成した.UC階層は無限階の非線形偏微分方程式系で与えられる新しいクラスのソリトン方程式系であり,KP階層の自然な拡張と見なせる.UC階層の解空間が無限次元グラスマン多様体の直積であること,またその対称性が無限次元リー環gl(∞)【symmetry】gl(∞)で与えられることを証明した.上記UC階層についての結果はKP階層の理論(佐藤理論)の自然な拡張と見倣せる.またUC階層は,無限階微分方程式で与えられる可積分系という従来現れなかった新しい対象であり,今後の可積分系研究において重要な役割を果たすことが期待される.
多スピン交換相互作用を含む系の理論的研究

多スピン交換を持つスピン系、および関連する量子スピン系について研究を行い、以下の成果を得た。1)2、3および4スピン交換を持つ3角格子上のスピン模型の基底状態を、分子場近似を用いて詳しく調べ、その磁場中基底状態相図をほぼ決定した。これは、従来考えていなかった十分大きな空間的構造の可能性(144副格子構造まで)を考慮にいれて、基底状態を定めたものである。この結果、従来考えられてきたよりも、基底状態相図ははるかに複雑であり、様々な秩序状態が存在することがわかった。磁場中では反強磁性相互作用の強い場合に実現する120度構造の近傍に、6副格子構造および12副格子構造が安定な基底状態として実現することがわかった。これらの構造は、スカラーカイラル秩序とベクトルカイラル秩序を同時に持つ状態であり、多スピン相互作用のもたらす強いフラストレーションにより引き起こされる興味深い状態である。さらに、強磁性状態の近傍には、148副格子あるいは72副格子からなる空間的に非常に大きな構造を持つ状態が見いだされた。これらの空間的に大きな磁気構造が本当に無限系の基底状態なのか、それとも有限個の副格子を仮定したために生じたものなのかは、さらに今後の検討を要する問題である。2)5スピン、6スピンの交換を取り入れたとき、基底状態がどのように変わって行くかを、分子場近似で調べた。5スピン交換は強磁性を安定化するかなり大きな効果をもつため、基底状態相図において強磁性領域を広げ、磁場中での1/2磁化プラトーの出現領域をかなり狭めることがわかった。3)多スピン交換のある梯子スピン系に関する研究を行い、4スピン交換のある系において、スピン自由度とカイラル自由度との双対変換を見いだした。この変換を用いると、スピン秩序状態をカイラル秩序状態に変換することができる。この性質を用いて、4スピン交換を持つ梯子スピン系の基底状態においてカイラル秩序の存在を厳密に証明することができた。また、この双対性は、スピン系ばかりでなく、電子系にたいして拡張できることを示した。4)4面体がつながってできた1次元のS=1/2スピン系の示す特異な磁化過程において、特異な磁化プラトーがみられることを理論的に示した。1)グラファイト上のヘリウム3薄膜の磁性を理解するために、三角格子上の4体スピン交換相互作用とハイゼンベルク相互作用を含む系について、古典近似を用いて基底状態の研究を行い、多くの新しい基底状態を見出した。このうちには、スカラーカイラル秩序とベクトルカイラル秩序を同時に持つ複雑な状態が存在する。また外部磁場中の基底状態相図を明らかにした。2)4体相互作用を含むスピン梯子系を調べた。この系は、銅酸化物との対応からも興味がもたれている。我々はこの系にスピンとカイラリティーの双対性があり、4体相互作用を大きくするとカイラリティー自由度が強くなることを示した。また、スカラーカイラリティー秩序相の出現を厳密な基底状態とDMRG法により示した。3)近年の高温超伝導体における不整合ストライプの観測に伴い不整合ストライプ構造の量子ゆらぎに興味が持たれている。

二次元不整合量子ストライプ構造における量子ゆらぎと転移の効果を調べ、ストライプ間隔が大きいときにストライプ固体から新しい量子液体状態(ストライプ流体)へ量子融解することを示した。この量子融解転移は2次転移であり、3次元XY模型の転移と等価である。通常2+1次元の融解転移は1次転移であり、2次転移になるのは珍しい。4)希薄磁性半導体におけるキャリアー誘起強磁性の起源について、簡単な模型に基づき、理論的研究を行った。その結果、磁性不純物による引力ポテンシャルとキャリアースピンと不純物スピン間の交換相互作用が協力的に働き、強磁性を強めていることが分かった。この理論により、II-VI型半導体にMnをドープした場合に較べ、III-V型半導体にMnをドープした場合に強い強磁性が発現することが説明できる。本年度の成果は以下の通りである。(1)4,5,6スピン相互作用を含む三角格子古典スピン系の磁場中基底状態を調べた。実験に対応すると考えられるパラメタ領域では、5スピン交換は強磁性状態を有利にするため、uuud状態の実現領域はかなり狭くなること、それに対し、6スピン交換の効果は比較的弱く相図の大きな変化を引き起こさない事が判った。(2)電子間相互作用に強い競合が存在する時の新奇な秩序状態の有無を、最小モデルである梯子格子上の拡張ハバード模型で調べた。電子密度と電流間、及び、スピンと電荷自由度間の厳密な双対変換を作り、この変換を用い、環状電流や環状スピン電流がプラケットごとに交互に流れるカイラルな秩序状態が密度波(CDW)状態と双対な状態である事を示した。(3)正四面体構造を持つスピン系、電子系は、幾何学的フラストレーションを持つ系の典型例のひとつであるが、最近発見されたtellurateと呼ばれる物質のモデルハミルトニアンを考察し、その基底状態相図、低エネルギーダイナミクス、強磁場下での性質などを明らかにした。(4)フラストレーションの強い量子系では、有効な数値的方法が存在しない。そこで、直交多項式を利用した一種の高温展開法をフラストレーション系に応用することを試みた。その結果、非常な低温を除く領域では、厳密対角化などの結果をよく再現することがわかった。(5)最近、時間反転対称性の破れたエキゾチックな相が関心を集めているが、4体相互作用の強い領域でのスピン梯子系の相図を場の理論を用いて解析し、いくつかの興味深い結果を得た。
肺胞II型上皮細胞培養による肺病変修復過程の解明

1.肺胞【II】型上皮細胞の分離培養とその形態;ラット肺よりエラスターゼと濃度勾配遠心法により肺胞【II】型上皮細胞を分離した。ラット当り2030×【10^6】の細胞が得られ、タンニン酸固定による層状封入体染色でそのpurityを求めると8595%であった。電顕的にも層状封入体や細胞小器官構造もよく保たれていた。Avidin-biotin染色でcytoskeleton構造をみるとkeratinやactinなどのintermediate filamentを有しこれらの形態がmatrix(特にfibronectin)により変化することが示唆された。2.肺胞【II】型上皮細胞の機能;細胞が、confluent後dome形成がみられた。細胞をフィルター上に培養し2週間後にUssing chamberにセットし電気生理学的パラメーターを測定すると、電位差(PD)-1.0mV,抵抗(R)200Ω・【cm^2】,SCC1.8μA・【cm^(-2)】であった。fibronectinでcoatingしたフィルターに培養するとRが300Ω・【cm^2】位に増加し細胞間の結合が強くなり、このことは前記1と合わせ、肺組織の構築特に修復過程でfibonectinが重要な役割を演じている可能性がある。3.肺表面活性物質の産生分泌;肺表面活性物質の分泌に対するβ-stimulantおよびCaイオンの影響を薄層および高速液体クロマトグラフィを用いて調べているが、Caイオンdependentであることが示唆されている。現在、calmodulinの変化もみている。4.呼吸不全動物の作製:高濃度酸素投与ラット肺に肺胞【II】型上皮細胞の増殖はみられるが一定にさせるのは難かしい。肺胞洗浄液の細胞増殖作用も一定せず。5.ヒト肺胞【II】型上皮細胞の分離培養;肺葉切除者の肺切片から分離を試み細胞のpurityを上げるべく改良中である。FF886.In vivo培養;分離細胞はreceptor喪失しやすいと思われるので、chamberを用いラットの皮下や腹腔内での培養を試みている。in vitroとは違った結果を得ると期待される。7.気道粘膜上皮細胞の機能;肺胞上皮と機能の類似がみられる。