hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
持続性肝再生過程のON/OFF制御に寄与するNrf2/Notchシグナル経路

本研究目的は、結節性肝再生モデルを用いて持続性肝再生シグナルにおけるON/OFF制御の実態とそこに関わるNotchシグナル制御機構を介したNrf2の関与を明らかにすることである。本研究では、ピペロニルブトキサイド(PBO)を長期間マウスに投与することで得られる持続性再生性病変の肝再生性結節を対象として、Nrf2 -/-マウスとその野生型で観察されるシグナルの差異がNrf2制御下シグナルの候補分子であると考え、そこにON/OFF制御因子ならびにNotchシグナル関連遺伝子群がどのように包含されているのかを解析する。本年度は、Nrf2存在下における持続性肝再生過程におけるON/OFF制御の実態を検討する目的で、野生型マウスにPBOを投与して作成した肝再生性結節と肝腫瘍の網羅的遺伝子発現解析比較から明らかとなった活性化シグナルのうち、Notch4およびCcne1の遺伝子発現解析をRT-PCR法により実施した。その結果、Ccne1は肝再生性結節及び肝腫瘍で発現上昇する傾向が認められた。一方、Notch4は肝腫瘍で高い傾向が認められた。そこで、肝腫瘍組織切片上でNotch4およびCcne1のin situハイブリダイゼーションを行った結果、Ccne1は肝細胞に発現が認められたのに対して、Notch4は血管内皮細胞様の細胞に発現が認められた。Nrf2によるNotchシグナル制御を介したON/OFF制御機構はこれまで肝部分切除による急性再生過程でその存在が予想されている。肝腫瘍はOFF制御が破綻している持続性増殖性病変であることを考慮すると、本研究結果は今後実施予定のNrf2非存在下の遺伝子発現解析結果とともに、持続性増殖シグナルのON/OFF制御の存在ならびにそこに係るNrf2/Notchシグナル経路の解明に役立つものと考えられた。本年度は、Nrf2存在下における持続性肝再生時のON/OFF制御の実態を検討する目的で、野生型マウスの肝再生性結節ならびに持続性増殖性病変であり、OFF制御機構が破綻していることが考えられる肝腫瘍におけるNotch4とCcne1の遺伝子発現をRT-PCR法ならびに後者においてはin situハイブリダイゼーション法を用いて検討した。その結果、Ccne1は両病変において発現上昇する傾向が、Notch4は肝腫瘍で発現が高い傾向が認められ、主に血管内皮細胞様の細胞に発現することを明らかにした。しかし、Nrf2 -/-マウスの遺伝子解析が進んでおらず、肝再生性結節内のON/OFF制御機構が腫瘍とは異なる可能性は把握しつつも、その制御に係るNotch経路を介したNrf2の関与に関しては十分な知見を得るに至っていない。現在の進捗状況は、Nrf2欠損下における持続性肝再生時のシグナル変化の検討として、Nrf2 -/-マウスにPBOを投与した結果生じる肝再生性結節に加えてPBO投与群の非結節部位及びPBO非投与群の肝臓をマイクロダイセクションにより切り出し、サンプルのRNA品質チェックを実施した。マイクロアレイ解析を実施するためのRNA収量および品質が確保されたサンプルを収集するのにやや時間を要したものの、サンプル収集はおおむね終了している。今後は得られたサンプルを用いて、網羅的遺伝子発現解析を行い、持続性再生シグナル活性化状態におけるNrf2欠損による影響を解析して、野生型と比較する予定であり、持続性肝再生シグナルにおけるON/OFF制御機構の実態ならびにそこへのNotchシグナルを介したNrf2の関与の解明を目指す。以上より、当初計画していた研究目的と研究計画に対して、一部課題はあったもののおおむね順調に進展していると考える。これまでに、野生型マウスを用いて作成したON/OFF制御の実態が不明な肝再生性結節ならびにOFF制御機構の破綻が考えられる肝腫瘍を解析した結果、Notch4は肝腫瘍で発現が高い傾向が認められ、主に血管内皮細胞様の細胞に発現することを見出した。本年度は、遺伝子発現解析を主に凍結サンプルにより実施しており、in situハイブリダイゼーションによる解析も凍結切片を用いて行った。一方、形態観察に有用なホルマリン固定サンプルに関しては、従来の操作手順では明瞭な陽性シグナルが観察できないなどの課題も残った。我々が樹立した結節性肝再生モデルは、結節内の病理形態学的な情報が重要であることから、ホルマリン固定サンプルでの観察が必須であり、その標本を用いて遺伝子発現細胞の局在を詳細に観察することは大変重要であると考えられる。今後、ホルマリン固定サンプル標本を用いたin situハイブリダイゼーション法の操作手順を検討して、最適条件の探索を目指す。Nrf2欠損下における持続性肝再生時のシグナル変化の検討では、Nrf2 -/-マウスにPBOを長期間投与して認められた結節性病変が肝再生性結節であることを病理形態学的に確認し、網羅的遺伝子発現解析を実施するためのサンプル収集を実施した。今後は、これまでに収集したサンプルを用いてNrf2 -/-マウスにおける肝再生性結節の網羅的遺伝子発現解析を実施し、野生型マウスにおける持続性再生シグナル変化と比較することで、Nrf2欠損による影響を解析する。加えて、in situハイブリダイゼーションによる部位特異的な発現解析を実施することにより、持続性再生シグナルにおけるON/OFF制御機構の実態ならびにそこに係るNotchシグナル変動の生物学的意義とNrf2との関連を検討する予定である。本研究目的は、結節性肝再生モデルを用いて持続性肝再生

シグナルにおけるON/OFF制御の実態とそこに関わるNotchシグナル制御機構を介したNrf2の関与を明らかにすることである。本研究では、ピペロニルブトキサイド(PBO)を長期間マウスに投与することで得られる持続性再生性病変の肝再生性結節を対象として、Nrf2 -/-マウスとその野生型で観察されるシグナルの差異がNrf2制御下シグナルの候補分子であると考え、そこにON/OFF制御因子ならびにNotchシグナル関連遺伝子群がどのように包含されているのかを解析する。本年度は、Nrf2存在下における持続性肝再生過程におけるON/OFF制御の実態を検討する目的で、野生型マウスにPBOを投与して作成した肝再生性結節と肝腫瘍の網羅的遺伝子発現解析比較から明らかとなった活性化シグナルのうち、Notch4およびCcne1の遺伝子発現解析をRT-PCR法により実施した。その結果、Ccne1は肝再生性結節及び肝腫瘍で発現上昇する傾向が認められた。一方、Notch4は肝腫瘍で高い傾向が認められた。そこで、肝腫瘍組織切片上でNotch4およびCcne1のin situハイブリダイゼーションを行った結果、Ccne1は肝細胞に発現が認められたのに対して、Notch4は血管内皮細胞様の細胞に発現が認められた。Nrf2によるNotchシグナル制御を介したON/OFF制御機構はこれまで肝部分切除による急性再生過程でその存在が予想されている。肝腫瘍はOFF制御が破綻している持続性増殖性病変であることを考慮すると、本研究結果は今後実施予定のNrf2非存在下の遺伝子発現解析結果とともに、持続性増殖シグナルのON/OFF制御の存在ならびにそこに係るNrf2/Notchシグナル経路の解明に役立つものと考えられた。本年度は、Nrf2存在下における持続性肝再生時のON/OFF制御の実態を検討する目的で、野生型マウスの肝再生性結節ならびに持続性増殖性病変であり、OFF制御機構が破綻していることが考えられる肝腫瘍におけるNotch4とCcne1の遺伝子発現をRT-PCR法ならびに後者においてはin situハイブリダイゼーション法を用いて検討した。その結果、Ccne1は両病変において発現上昇する傾向が、Notch4は肝腫瘍で発現が高い傾向が認められ、主に血管内皮細胞様の細胞に発現することを明らかにした。しかし、Nrf2 -/-マウスの遺伝子解析が進んでおらず、肝再生性結節内のON/OFF制御機構が腫瘍とは異なる可能性は把握しつつも、その制御に係るNotch経路を介したNrf2の関与に関しては十分な知見を得るに至っていない。現在の進捗状況は、Nrf2欠損下における持続性肝再生時のシグナル変化の検討として、Nrf2 -/-マウスにPBOを投与した結果生じる肝再生性
摂動を利用した天体間の軌道移行に関する研究

背景.ラグランジュ点(L点)とは,主従2つの天体の引力とそれらが相対運動を行うことによって生じる遠心力が釣り合う点を指す.時間に依らず天体と常に一定の位置関係を保つことができるという特性を持ち,これまで宇宙空間における通信や観測の拠点として注目され活用されてきた.昨今においては,それらが地球の重力圏外に位置する点であることに着目し,深宇宙探査の拠点,即ち宇宙港としての可能性も検討され始めている.目的.地球-月(EM)系及び太陽-地球(SE)系のL1点とL2点に対し,それらの近傍で宇宙機を維持できる軌道,あるいはそれらを起点・終点とする軌道移行法を議論し,宇宙探査の拠点としてのL点利用の得失を論じる.成果(1).太陽光圧を用いた維持軌道の設計.太陽輻射圧を利用したL点近傍周期軌道について,制御則の定式化と数値計算による実証を行った.ここでは2種類の制御方法を立案している.一つは,宇宙機の姿勢を能動的に変化させて太陽輻射圧による加速の大きさと方向を制御する方法,もう一つは姿勢ドリフト運動を利用し受動的に制御する方法て"ある.後者の場合,軌道維持に必要な制御量が0で済むという大きなメリットがある.成果(2).EM L1/L2とSE L2間の軌道移行.EM L1/L2を出発し,SE L2に至る軌道を得た.1-インパルス軌道,2-インパルス軌道など軌道形状を予め仮定し,それぞれについて最適化軌道を求め,必要な制御量,飛行時間,出発ウインドウの大きさの比較検討を行った.加えて,月スイングバイを用いることで制御量を削減できるという仮説について考え,この正当性を数値的に実証した.成果(3).EM L1/L2からの地球重力圏脱出.EM L2を出発し,地球の重力圏外へ脱出する軌道について,どのようにすれば最も効率良く脱出速度を増加させることができるか検討した.結果として,太陽摂動を用いて地球付近を通過するように誘導し近地点で推力加速を与えて地球重力圏を脱出する方法を提案し,EM L2から直接脱出する場合と比べて,大幅な効率の向上を望めることを数値的に示した.本研究の最終的な目的は,N体の天体が存在する場において,そのNatural Dynamicsを有効に利用して低ΔV移行を達成し,更に適切な推力制御を組み合わせて実用性を向上させた軌道移行計画を設計することである.将来の宇宙開発構想として,惑星間を往復するような計画がある.しかし,スペースシャトルのような単一の宇宙機が地球を出発して直接惑星に到着することは,実際には困難である.地球の重力圏の外側に中継点としての宇宙港を設け,そこまでは化学推進のような大推力を出せる推進機関を持った宇宙機によって移動し,その後は電気推進のような低推力連続推進を持った宇宙機で惑星まで航行することが,燃費の観点から望ましい.このような天体間の軌道計画を行うためには,(1)中継点としての宇宙港をどのように軌道上に維持するか,(2)その宇宙港にどのように宇宙機を送るか,あるいはそこから脱出させるか,などの検討が必要である.本研究では,中継点としてL点を利用することを考え,L点近傍の小ハロー軌道の設計及び,その投入・脱出軌道について検討を行った.太陽-地球-宇宙機の3体問題をモデルとし,正点近傍を定常的に周回する軌道(小ハロー軌道)を得るため,低推力制御を考えた最適制御問題を解いた.数値計算より,L点近傍に維持する為に必要な制御量は,1周期あたり1.2m/s,1年あたり2.4m/s程度であることが導かれた.このとき,宇宙機に加えられる加速力は10^(-7)m/s2のオーダーとなり,十分に小さいと言える.投入・脱出軌道に関しては,小ハローに関するManifoldsを算出したものの,それが地球周回軌道と接続できる解が現状で見つかっておらず,今後の更なる研究が必要である.背景.ラグランジュ点(L点)とは,主従2つの天体の引力とそれらが相対運動を行うことによって生じる遠心力が釣り合う点を指す.時間に依らず天体と常に一定の位置関係を保つことができるという特性を持ち,これまで宇宙空間における通信や観測の拠点として注目され活用されてきた.昨今においては,それらが地球の重力圏外に位置する点であることに着目し,深宇宙探査の拠点,即ち宇宙港としての可能性も検討され始めている.目的.地球-月(EM)系及び太陽-地球(SE)系のL1点とL2点に対し,それらの近傍で宇宙機を維持できる軌道,あるいはそれらを起点・終点とする軌道移行法を議論し,宇宙探査の拠点としてのL点利用の得失を論じる.成果(1).太陽光圧を用いた維持軌道の設計.太陽輻射圧を利用したL点近傍周期軌道について,制御則の定式化と数値計算による実証を行った.ここでは2種類の制御方法を立案している.一つは,宇宙機の姿勢を能動的に変化させて太陽輻射圧による加速の大きさと方向を制御する方法,もう一つは姿勢ドリフト運動を利用し受動的に制御する方法て"ある.後者の場合,軌道維持に必要な制御量が0で済むという大きなメリットがある.成果(2).EM L1/L2とSE L2間の軌道移行.EM L1/L2を出発し,SE L2に至る軌道を得た.1-インパルス軌道,2-インパルス軌道など軌道形状を予め仮定し,それぞれについて最適化軌道を求め,必要な制御量,飛行時間,出発ウインドウの大きさの比較検討を行った.

加えて,月スイングバイを用いることで制御量を削減できるという仮説について考え,この正当性を数値的に実証した.成果(3).EM L1/L2からの地球重力圏脱出.EM L2を出発し,地球の重力圏外へ脱出する軌道について,どのようにすれば最も効率良く脱出速度を増加させることができるか検討した.結果として,太陽摂動を用いて地球付近を通過するように誘導し近地点で推力加速を与えて地球重力圏を脱出する方法を提案し,EM L2から直接脱出する場合と比べて,大幅な効率の向上を望めることを数値的に示した.低推力推進飛行を扱う理論の構築から始まり,運動方程式の導出,計算用プログラムの開発を行っている.計算用プログラムの基礎部分の構築は終了し,低推力推進飛行のほとんどの軌道計算に対応することができる.研究実績概要欄に記述した通り,ここまでに天体間軌道移行の中継点としてのL点の利用を提案し,L点近傍に停留する条件と制御について解を得たが,L点への投入・脱出軌道については議論が不十分である.今後は,その点の解明に注力し,研究を進めていきたい.
体内時計である睡眠中枢の機能改善により神経障害性疼痛は軽快するか

神経障害性疼痛では睡眠障害が生じ、疼痛治療をより困難としている。この睡眠障害の発生機序の1つとして、中枢神経にある縫線核(セロトニン神経)が覚醒状態を促進すること、青斑核(ノルアドレナリン神経)が覚醒状態を持続する作用のあることが原因として推定された。また、抗うつ薬であるアミトリプチリンはこの睡眠障害を改善した。また、オレキシン受容体拮抗薬も、この睡眠障害を改善した。2ヶ月齢の雄性マウスを用い、イソフルラン麻酔下に片側坐骨神経を強固に半周結紮することにより神経障害性モデルを作製した。これらのモデルにおいて足底熱刺激法(熱痛覚過敏の測定)、von Freyfilament (触痛覚過敏の測定)を用いて疼痛に関する検討を行った。さらに、全身麻酔下にマウスを定位固定装置に固定後、脳波測定用ヘッドマウントを頭蓋骨に、筋電図測定用電極を僧帽筋に装着し、24時間にわたり脳波と筋電図を測定し、wake stage, non-REM stage, REM stageに分類した。神経障害性モデルではシャム手術群に比べて、熱痛覚および触覚の過敏、並びにwake stageの増加とnon-REM stageの低下を認めた。縫線核(セロトニン神経)および青斑核(ノルアドレナリン神経)を電気刺激し、ニューロンの投射先である前頭前野のセロトニンおよびノルアドレナリンの遊離量をin vivoマイクロダイアリシス法を用いて評価した。縫線核および青斑核を電気刺激すると、前頭前野においてそれぞれセロトニン、ノルアドレナリンの遊離量が増加した。光活性化タンパク質であるチャネルロドプシンを特定の縫線核と青斑核に発現させた遺伝子改変マウス(optogenetics)を用いて、セロトニンおよびノルアドレナリン神経系を光刺激により特異的に活性化させ、脳波・筋電図を用いて睡眠・覚醒リズムに与える影響を評価した。縫線核を光刺激するとnon-REM睡眠の持続時間の減少と睡眠回数および覚醒回数の増加が認められた。一方、青斑核を光刺激すると、non-REM睡眠の持続時間の減少が認められたが、睡眠や覚醒回数には変化が認められなかった。これより、縫線核(セロトニン神経)は覚醒状態を促進し、青斑核(ノルアドレナリン神経)は覚醒状態の持続作用のある事が推定された。2ヶ月齢の雄性マウスを用い、イソフルラン麻酔下に片側坐骨神経を半周結紮し、神経障害性疼痛モデルを作成した。このモデルにおいて、足底熱刺激法(熱痛覚過敏の測定)、von Freyfilamentによるアロディニア測定を行った。このモデルでは、4週間以上にわたり神経障害性疼痛が持続することを確認した。また、坐骨神経結紮後に全身麻酔下にマウスを定位脳固定装置に固定後、脳波測定用ヘッドマウントを頭蓋骨に、筋電図測定用電極を僧帽筋に装着し、その後24時間にわたり脳波と筋電図を測定し、一日をwake期, non-REM期、REM期に分類した。これまでの研究で、神経障害性疼痛モデルでは、wake期の増加とREM期、non-REM期の低下を認めている。抗うつ薬であるアミトリプチリンを坐骨結紮79日目に投与したところ、神経障害性疼痛によって増加したwake期と減少したnon-REM期を回復させることが明らかとなった。また、アミトリプチリンは睡眠初期に認められるlight sleepをdeep sleepへと変化させることも明らかとなった。アミトリプチリンには、いろいろな神経伝達物資受容体の拮抗作用、チャネルの遮断作用などがあるが、その中でも、以前報告した神経障害性疼痛による縫線核セロトニン神経の活性化を抑制するのではないかと推定された。視床下部に存在する上位覚醒中枢であるオレキシン受容体拮抗薬のスボレキサントを同様に坐骨神経結紮7日目から1週間投与後に計測したところ、神経障害性疼痛によって減少したnon REM期、REM期をスボレキサントは回復させた。神経障害性疼痛によって活性化されたオレキシン神経をスボレキサントは抑制する可能性が推定される。当初予定していた分子生物学的研究が順調にはかどらず結果がでていないが、脳波測定による研究は順調に遂行されている。8週齢の雄性マウスを用い、イソフルランによる全身麻酔下に片側坐骨神経を結紮することによって神経障害性疼痛マウスモデルを作成した。このモデルにおいて、4週間以上にわたり神経障害性疼痛が持続することを確認した。また坐骨神経結紮後に全身麻酔下にマウスを定位脳固定装置に固定後、脳波測定用ヘッドマウントを頭蓋骨に、筋電図測定用電極を僧帽筋に装着し、脳波と筋電図を測定した。次に、オレキシン受容体(オレキシン1および2受容体)拮抗薬を投与し、脳波の測定により睡眠状態を解析した。神経障害性疼痛モデル動物では総睡眠量の低下を認めたが、オレキシン受容体拮抗薬投与によって睡眠量の改善を認めた。また、一週間連続投与を行った後も同様に睡眠量の改善を認めた。また、オレキシン受容体拮抗薬投与直後に痛み行動に関する試験(Planter testおよびvon Frey test)を行ったところ、対照群に比べ痛み反応の低下を認めた。しかし、一週間の連続投与を行った後に痛み行動試験では、対照群と同様の痛み反応を認めた。本研究において、オレキシン受容体拮抗薬によって神経障害痛によって引き起こされた二次性の睡眠障害に対する改善効果を認めた。

さらに、一週間の連続投与を行った後も睡眠量の改善を認めたことから、オレキシン受容体拮抗薬では薬物耐性による催眠効果の減弱が生じにくいことが示唆された。しかしながら、今回のプロトコールによって睡眠の改善ははかられたが、神経障害性疼痛の改善は得られなかったと考えられる。神経障害性疼痛では睡眠障害が生じ、疼痛治療をより困難としている。この睡眠障害の発生機序の1つとして、中枢神経にある縫線核(セロトニン神経)が覚醒状態を促進すること、青斑核(ノルアドレナリン神経)が覚醒状態を持続する作用のあることが原因として推定された。また、抗うつ薬であるアミトリプチリンはこの睡眠障害を改善した。また、オレキシン受容体拮抗薬も、この睡眠障害を改善した。平成26年度の計画である神経障害性疼痛モデルでの睡眠の評価、in vivoマイクロダイアリシス法による神経伝達物質の遊離量測定が順調に出来ている。また、平成27から28年度に施行予定の光遺伝学的手法による神経細胞の活性化による睡眠への影響も一部実験結果が出だしている。しかしながら、分子生物学的な研究は順調とはいかず結果が出ていない。臨床では運動療法によって、慢性疼痛並びに神経障害性疼痛によって生ずる睡眠障害への改善が期待されている。そこで動物モデルに運動を行わせ、実際に慢性痛並びに睡眠障害が改善されるかどうか、疼痛測定や脳波測定を中心に検討していきたい。また、抗うつ薬やスボレキサントによって改善される神経障害性疼痛に伴う睡眠障害のメカニズムをより詳細に検討していきたい。疼痛治療学今後は抗うつ薬などの治療薬の投与を行い、神経障害性疼痛によって誘発された睡眠障害へどのような効果・影響を及ぼすかについて検討を進めていく。残額6,889円と少額であり購入する物品を買うことが出来なかったため、次年度の予算に入れ、物品購入費として活用したい。実験動物の運動装置購入の予算としたい。
部分還元酸化物に担持した白金の高酸素還元活性発現メカニズムの解明

部分還元酸化物に担持した白金の高酸素還元活性の発現は、Ptと低価数状態のTi3+を含む酸化物との相互作用だけでなく、カーボンからの電子供給が重要な因子であることが示唆され、このメカニズムを活かすように合成した電極触媒は比活性(白金表面積あたりの酸素還元活性)が高くなることを明らかにした。また、TiCl3(3価のチタン)とSnCl2(2価のスズ)から合成したTiO2-SnO2複合酸化物が焼成過程では結晶成長せずに水熱処理によって結晶成長する特異的な現象を見出し、この複合酸化物を担体として、Ptを担持すれば市販のPt/C試料よりも高い酸素還元比活性を示すことを明らかにした。当初の予定通り、表面酸素欠陥の特性と結晶構造の変化については、PEFCでも耐え得る安定性を持つ酸化チタンと酸化スズに限定し、生成したTi3+、Sn2+の定性定量分析を行った。水素化ホウ素ナトリウム(SBH)等の還元試薬によって、還元処理した金属酸化物の、結晶構造変化をXRDによって評価したが、大きな変化が見られなかった。そのため、ESR(Electron Spin Resonance)測定によって、孤立電子を有するd1系のTi3+の検出を試みたところ、微弱ではあるがTi3+と考えられるシグナルが観察された。また、このシグナルはカーボンの共存時のみ検出される可能性が高いことがわかった。すなわち、酸素還元活性の向上には、Ptと低価数状態のTi3+を含む酸化物との相互作用だけでなく、カーボンからの電子供給が重要な因子であると推察された。また、溶媒を工夫することによりPt4+とTi3+が原子レベルで混合した赤色の混合溶液を合成する手法を開発した。これにより、Pt4+とTi3+を共存させることができたが、溶液中での相互作用はESR測定からは認められなかった。すなわち、Pt-Ti3+の相互作用は、白金が還元されて金属状態になった場合のみ起こると考えている。さらに、酸化物のカーボンへの担持条件あるいは白金担持酸化物のカーボンへの担持条件の最適化については、合成した電極触媒が市販の実用されている触媒に比べて比活性(白金表面積あたりの酸素還元活性)が高いことを明らかにした。SEM観察等では依然分散性の低い箇所が存在するため、担持条件の最適化については継続して検討する必要があるものの、現時点で市販試料を越える比活性が得られていることから、高酸素還元活性が発現することは間違いないと考えられ、さらに、担持方法を最適化できればさらに高い活性が期待できる。表面酸素欠陥の特性と結晶構造の変化については、XRDでは変化が認められなかったものの、微弱ではあるがTi3+と考えられるESRシグナルが観察されたこと、および、シグナルはカーボンの共存時のみ検出される可能性が高いことをみいだしたこと。また、Pt4+とTi3+が原子レベルで混合した赤色の混合溶液を合成する手法を開発したこと。さらに、合成した電極触媒が市販の実用されている触媒に比べて比活性(白金表面積あたりの酸素還元活性)が高いことを明らかにしたこと。以上の当初予定の研究計画は十分に進んでいると判断される。新たに見出した事象については、これらの実験事実をメカニズムとともに確立すれば、当初予定を上回る成果になると考えられる。TiCl3(3価のチタン)とSnCl2(2価のスズ)から合成したTiO2-SnO2複合酸化物が焼成過程では結晶成長せずに水熱処理によって結晶成長する特異的な現象を見出し、平成27年度に成果を公表している。平成28年度は、その実績を踏まえ、当初の予定に挙げていた低価数の元素を含む(還元状態を保った)金属酸化物を合成する手法を開発するために、水熱処理条件下での結晶成長が有機溶媒中で進行するかについて検討を行った。有機溶媒を用いれば、TiO2-SnO2複合酸化物の表面に3価のチタンを生じさせうるとともに、白金の還元担持がより効率的にできる可能性があるためである。その結果、まず、有機溶媒と水との混合溶媒中での溶媒熱処理でもTiO2-SnO2複合酸化物の特異的結晶成長が確認され、有機溶媒のみを用いた場合でも結晶成長が認められた。ただし、TiO2-SnO2前駆体から水分を除去すると、溶媒熱処理では特異的結晶成長が進行しないことを新たに見出し、特異的結晶成長が、前駆体に含まれる微量の水分によることをほぼ特定できた。さらに、この水分は酸化チタンの近傍あるいはチタン原子近傍に残存している結晶水であることが、赤外線(IR)分析より示唆され、表面チタンと水分を共存させて溶媒熱処理すれば、酸化物担体表面に効率よく白金を担持できる新たな試料合成法を開発した。以上のように、TiO2-SnO2前駆体の水熱条件下での特異的結晶成長が、結晶内部に残存する水分に起因するという仮説を立て、その仮説を実証したことから、平成28年度の目標は達成できた。また、得られた試料の酸素還元比活性がこれまでの市販触媒に比べて高いことが明らかになったことから、白金粒子の分散性を高めることによって比表面積値を大きくできれば、最終的な目標であるメカニズムの解明と新規合成法の確立に到達できると考えられる。

TiO2-SnO2前駆体の水熱条件下での特異的結晶成長が、有機溶媒のみを用いた場合でも認められ、TiO2-SnO2前駆体から水分を除去すると、溶媒熱処理では特異的結晶成長が進行しないことを明らかにし、特異的結晶成長が、前駆体に含まれる微量の水分によることをほぼ特定できたこと、さらに、この水分は酸化チタンの近傍あるいはチタン原子近傍に残存している結晶水であることが、赤外線(IR)分析より示唆されたことから、TiO2-SnO2前駆体の水熱条件下での特異的結晶成長が、結晶内部に残存する水に起因するという仮説を立て、その仮説を実証したことを踏まえるとおおむね順調に進展している。また、表面チタンと水分を共存させて溶媒熱処理すれば、酸化物担体表面に効率よく白金を担持できる新たな試料合成法を開発できている。平成29年度は、平成28年度までの実績を踏まえ、特異的結晶成長のメカニズム確定と共に、担持する白金粒子の分散性を高めることによって比表面積値の増大を図るとともに、他の遷移金属と白金との複合化によって白金使用量の低減を図りつつ高活性化を達成できる組み合わせを探索するなどの検討を行った。これまで、Ti-Sn複合酸化物を加水分解によって合成し熱処理したところ、250°Cで焼成しても結晶成長しないのに対し、水熱処理150°Cで結晶成長する特異的な現象を見出している。XPS測定より、水熱処理前の試料はほとんどTi3+の状態であり、結晶成長後も試料内部にTi3+が僅かながら残存し、3価のTiが含まれているアモルファス状態の試料には、OH基(水)も含まれていること、および、水熱処理時にこの水が取り除かれると同時に結晶成長が進むメカニズムを明らかにした。これは、Ti-Sn複合酸化物に有機溶媒またはアルコールで溶媒熱処理を行ったところ、水熱処理時に見られた顕著な結晶成長は認められず、特異的な結晶成長には、試料内部もしくは溶媒内に水が必要であることから確定できた。水を含まない有機溶媒では結晶成長しないことが明らかになったことから、界面活性剤を用いて逆ミセルを形成させ、逆ミセル中で白金の単体への担持と共に、担体の安定化のための結晶成長を起こさせる合成法を開発し、Pt触媒の高分散化を試みた。得られた試料は、市販のPt/C試料よりも高い酸素還元比活性を示し、これは、Ti-Sn複合酸化物の酸素欠陥部近傍にPtが担持された効果によると考えられた。また、PtをCoなどの遷移金属と複合化および合金化した系やPdなどの貴金属と合金化あるいは複合化した系でも市販のPt/C試料よりも高い酸素還元比活性を示し、これらの触媒は次世代カーボンフリー電極触媒の活性としては実用化に近い性能を有することを明らかにした。部分還元酸化物に担持した白金の高酸素還元活性の発現は、Ptと低価数状態のTi3+を含む酸化物との相互作用だけでなく、カーボンからの電子供給が重要な因子であることが示唆され、このメカニズムを活かすように合成した電極触媒は比活性(白金表面積あたりの酸素還元活性)が高くなることを明らかにした。また、TiCl3(3価のチタン)とSnCl2(2価のスズ)から合成したTiO2-SnO2複合酸化物が焼成過程では結晶成長せずに水熱処理によって結晶成長する特異的な現象を見出し、この複合酸化物を担体として、Ptを担持すれば市販のPt/C試料よりも高い酸素還元比活性を示すことを明らかにした。平成27年度に、TiCl3(3価のチタン)とSnCl2(2価のスズ)から合成したTiO2-SnO2複合酸化物が焼成過程では結晶成長せずに水熱処理によって結晶成長する特異的な現象を見出し、成果を公表している。本結晶成長過程では、3価のチタンから4価のチタンに酸化されると同時結晶成長することがわかっているため、3価のチタンが存在する段階で白金を導入すれば、低価数状態のチタンと白金が直接相互作用する触媒の合成が可能と考えられる。
表皮分化過程におけるNfκBシグナル活性化制御機構の検討 〜表皮分化に伴うRAI(RelA associated inhibitor)の機能解析を中心として〜

本年度は、作製したアデノウイルスベクターを用い、表皮角化細胞の分化へのRAIの関与について解析した。未分化な表皮角化細胞にRAIを強制発現させ、表皮角化細胞の分化のマーカーの増減を解析した。しかし、RAIの強発現による細胞の形態の変化は認められず、Western blot法によっても分化マーカーおよび、上記の分化に伴い変化のあった蛋白群の発現には変動を認めなかった。そこで、分化刺激を与えた状態でのRAIの関与を検討した。アデノウイルスベクターによりRAIを強発現させたあと培養表皮角化細胞の培養液のカルシウム濃度を高くすることで分化刺激を与えた。その後経時的にRNAを回収し、mRNAレベルでの分化マーカーの変動について検討した。すると感染させるアデノウイルスベクターの濃度により、分化マーカーへの発現が種々に変化することが明らかとなった。そこで、アデノウイルスベクターにより発現するRAIの細胞内局在を再度検討したところ、低濃度で感染させた場合には従来RAIが局在するといわれている核内に発現していたが、高濃度で感染させた場合には、核内、細胞質内ともに発現していることが判明した。RAIの細胞内局在により、RAIの機能に変化が生じることが予想され、主として核内で発現した状態での検討が必要と考えられるが、至適の感染濃度の決定には、さらなる検討を要する。また、免疫染色を目的としてペプチドを用いて抗RAI抗体を作成したが、検討に適していなかった。そこで、蛋白を合成・精製して抗体を作成することとしたが、蛋白の精製が困難で、再度施行中である。本年度は、表皮角化細胞の分化におけるNF-κB抑制蛋白の発現の変化の解析と、作成したRAIのアデノウイルスベクターによる培養表皮角化細胞におけるRAIの働きの解析を行った。表皮角化細胞の分化とNF-κB抑制蛋白の発現を解析するため、まず正常ヒト表皮角化細胞を無血清培養し、高カルシウム刺激を与えて分化させた。そこで、NF-κB抑制蛋白の蛋白発現と細胞内局在をWestern blot法により確認した。具体的には、高カルシウム刺激後、経時的に細胞質内淡白と核内蛋白を分けて抽出し、NF-κBの抑制蛋白であるIκBα、IKKγの増加が、RAIの分化刺激による量的変化を検討したところ、細胞質内にIκBα、IKKγの増加が、核内にRAIの増加が確認された。また、プレパラート上で培養した表皮角化細胞を高カルシウム刺激前後で固定し、上記蛋白の細胞内局在を検討したところでも、IκBα、IKKγについては同様の所見を得た。用意していたRIA抗体が染色には適さないと判断したため、新たな抗RAI抗体を作成したが、現在のところ染色可能な抗体を得ることができていない。次に、培養表皮角化細胞におけるRAIの働きを解析するため、RAIのアデノウイルスベクターを作製した。このベクターを用い、まず表皮角化細胞の分化にRAIが関与していないかを解析した。しかし、RAIの強発現による細胞の形態の変化は認められず、Western blot法によっても、分化マーカーおよび、上記の分化に伴い変化のあった蛋白群の発現には変動を認めなかった。
骨粗しょう化に及ぼすカドミウムの影響ー特にV・D、オステオカルシン、腎機能との関連についてー

昨年にひきつづき環境カドミウム(Cd)が骨粗しょう化に及ぼす影響を明らかにする目的で研究を進めている。今年度はCd汚染地住民、男32人、女45人、2地区の非汚染地住民男58人、女89人について、血清中、1α,25(OH)_2D、副甲状腺ホルモン(PTH)、オステオカルシン(BGP)を中心に分析を行った。1α,25(OH)_2Dは主にCd汚染地住民について、測定を行った。血清中1α,25(OH)_2D濃度はCd汚染地住民、非汚染地住民の間に男女とも有意差を認めなかった。PTHは男、女ともCd汚染地住民で非汚染地住民より高値を示したが、その差は有意ではなかった。BGPは、男、女ともCd汚染地住民が2地区の非汚染地住民より高値を示し、1地区の非汚染地住民との間に有意差を認めた。相関係数でみると、非汚染地住民では、1α,25(OH)_2D、PTH、BGPの間には、男女とも有意の相関を認めなかった。また、これらの指標と骨マイクロデンシトメーターの指標の間にはほとんど有意の相関はみとめられなかった。汚染地住民では前述の3つの指標間では女の1α,25(OH)_2DとBGP間にのみ有意の相関を認めた。1α,25(OH)_2Dとの有意の相関を示したのは、男では、血清アルカリフォスファターゼ(Alp)、尿素窒素(BUN)、女では血清クレアチニン(S-Cr)、BUN、β_2-ミクログロブリン(β_2-m)、尿中蛋白、β_2-m、レチノール結合蛋白(RBP)、カルシウム、クレアチニンクリアランス、Base Excess、ヘマトクリット、ヘモグロビンなどである。BGPと有意の相関をしめしたのは、男ではS-Al-p、骨マイクロデンシトメーターの指標、女ではS-Cr、S-Al-p、尿-RBP、%TRCa%TRK、赤血球数、骨マイクロデンシトメーターの指標などであった。環境カドミウム(Cd)が骨粗しょう化に及ぼす影響を明らかにする目的で研究を進めている.骨粗しょう化度をMicrodensitometerとcomputerを用いるMD法により, Cd汚染地住民,男91人,女112人,非汚染地住民,男25人,女55人について測定した.いずれも50才以上の住民である. Cd汚染者,非汚染者の両者については,尿中Cd, B_2-ミクログロブリン(B_2-m),血清クレアチニン(S-Cr),カルシウム(S-Ca),血清無機リン(S-P),血液中Cdを測定した. MD法で得られた骨粗しょう化度を示す各指標を目的変数とし,血清,尿所見を説明変数として,重回帰分析を行った.Fin=2, Fout=2とした,変数増減法により選択された項目は,非汚染者の男ではいずれの所見とも有意の関連を示さなかったが,女では年令との関係が有意であった.一方Cd汚染者では,男は尿中B_2-m, S-Crとは強く,年令,及びS-Caとは弱い関連のあること,女では,年令及び尿中B_2-mと関連の強いことが明らかとなった. Cd汚染地住民だけについて,腎機能に関連する血液,尿検査項目を追加し,同様に重回帰分析を行った.追加した検査項目は,尿中α_1-ミクログロブリン(α1-m),血清α_1-m,クレアチニンクリアランス(Ccr), Caクリアランス,リンクリアランス, %TRP, B_2-mクリアランス, α_1-mクリアランス, Base Excessである.男では尿中B_2-m,血清B_2-m, S-Crの関連が認められる一方で年令との関係は除去された.女では,年令,尿中B_2-m,尿中α_1-mが選択され関連の強いことが示された.これらの成績は, Cd汚染者の骨粗しょう化度は年令に加えて尿B_2-m排泄増加に見られる腎障害との関連が強いことを示していると考えられた.現在Cd汚染者,非汚染者について,血清中1α,25(OH)_2,副甲状腺ホルモン,オステオカルシンの測定を終了し,統計的解析を行っている.昨年にひきつづき環境カドミウム(Cd)が骨粗しょう化に及ぼす影響を明らかにする目的で研究を進めている。

また、これらの指標と骨マイクロデンシトメーターの指標の間にはほとんど有意の相関はみとめられなかった。汚染地住民では前述の3つの指標間では女の1α,25(OH)_2DとBGP間にのみ有意の相関を認めた。1α,25(OH)_2Dとの有意の相関を示したのは、男では、血清アルカリフォスファターゼ(Alp)、尿素窒素(BUN)、女では血清クレアチニン(S-Cr)、BUN、β_2-ミクログロブリン(β_2-m)、尿中蛋白、β_2-m、レチノール結合蛋白(RBP)、カルシウム、クレアチニンクリアランス、Base Excess、ヘマトクリット、ヘモグロビンなどである。BGPと有意の相関をしめしたのは、男ではS-Al-p、骨マイクロデンシトメーターの指標、女ではS-Cr、S-Al-p、尿-RBP、%TRCa%TRK、赤血球数、骨マイクロデンシトメーターの指標などであった。
1mm波帯天体観測へのフーリエ分光器の応用

1.フーリエ分光器の改良(1)望遠鏡からの光束を分光器に導けるよう、分光器の光学系に反射鏡を追加した。(2)この分光器はビームスプリッターとしてワイヤーグリッドを用いたマーチン・パプレット型としてのみ使用していたが、新たにマイラーフィルムを用いたビーム・スプリッターを製作し、マイケルソン型としても使用できるようにした。(3)検知器として使用するボロメータは応答速度が遅いため、分光器の可動鏡の駆動速度を遅くした方が感度が上がる。しかし、駆動を遅くするためには駆動系の大幅な変更が必要であることがわかったため、とりあえず駆動回路の定数の調整のみで可能な範囲にとどめることとした。この結果、駆動速度は3mm/秒から2.5mm/秒になった。(4)データ処理に用いているパーソナル・コンピューターに、ハードディスク装置、BASICコンパイラ及び実数演算ボードを導入し、測定の効率化を行なった。この結果、高速フーリエ変換等のデータ処理速度は約4倍向上した。2.試験観測1.フーリエ分光器の改良(1)望遠鏡からの光束を分光器に導けるよう、分光器の光学系に反射鏡を追加した。2.試験観測
糖鎖修飾に着目した肝分化指向性ヒトiPS細胞株の早期同定システムの開発

iPS細胞は、株間で分化指向性が異なることが報告されており、分化指向性を規定する因子の同定は重要であると考える。本研究は、ヒトiPS細胞の肝細胞分化誘導中の糖鎖修飾の解析を通して、肝細胞分化指向性iPS細胞の早期同定技術を開発することを目的とする。肝細胞分化指向性株、抵抗性株の肝細胞分化誘導時の糖鎖修飾を解析した結果、高マンノース型糖鎖構造が分化誘導開始前の分化指向性株で多く認められた。肝細胞分化誘導中には、シアル酸、ガラクトース修飾が増加し、両修飾は分化指向性株での増加が顕著であった。これらの糖鎖修飾が肝細胞分化指向性に関与している可能性が示唆された。iPS細胞は、再生医療の重要な細胞源として期待されるが、同一の細胞に由来するiPS細胞同士でも分化指向性が異なることが報告されている。肝細胞分化指向性iPS細胞の早期同定法の開発は、自家iPS細胞による再生医療の展開に重要であると考えられる。本研究は、肝細胞分化と糖鎖修飾に着目し、ヒトiPS細胞の肝細胞分化指向性を決定する糖鎖修飾を明らかにし、糖鎖解析による肝細胞分化指向性iPS細胞の早期同定技術の開発を行うことを目的とする。平成27年度は、肝細胞分化指向性株ならびに抵抗性株の肝細胞分化誘導を実施した。糖鎖アレイ解析を実施する前に使用するサンプルが目的の肝細胞分化誘導を受けているか、リアルタイムPCR法、アルブミンのELISAにて評価した。サイトカイン単独でも十分な肝細胞分化誘導効率を認めたが、サイトカインに加えて、これまでに肝細胞分化指向性と相関性が高いと報告している核内受容体ERRγのリガンドを併用することで肝細胞分化誘導効率が上昇したことから、ERRγリガンド添加条件も含めて糖鎖アレイ解析を進める予定としている。本研究に使用する予定であった肝細胞分化指向性iPS細胞株、分化抵抗性iPS細胞株の何れもが、凍結保存状態が不良となり即時に実験を開始できる細胞ストックがなくなった。液体窒素タンク中の液体窒素量の著しい低下が原因であった。管理体制を見直した上で、必要な細胞を再度提供機関より分与頂き、細胞ストックを作製するところから準備したが、これにより、大幅に実験計画に遅れが生じた。平成28年度は、糖鎖アレイ解析実施後にiPS細胞株の樹立を行い、肝細胞分化指向性の検討と蛍光標識レクチンの定量を随時行っていく予定にしていたが、すでに樹立されている株を細胞バンクより入手することで樹立に関わる実験期間を短縮し、これを用いて肝細胞分化指向性の検討と蛍光標識レクチンの定量を並行して行っていく予定に変更する。これにより、当初の計画通りに平成28年度中に肝細胞分化指向性に関わる蛍光標識レクチンの解析を終える予定である。iPS細胞は、再生医療の重要な細胞源として期待されている。しかしながら、由来細胞が同一のiPS細胞同士でも分化指向性が異なることが報告されており、分化指向性を規定する因子の同定は再生医療の展開に重要であると考えられる。本研究課題は、肝細胞分化指向性ヒトiPS細胞株ならびに肝細胞分化抵抗性ヒトiPS細胞株を使用し、肝細胞分化誘導時における糖鎖修飾に着目することで、ヒトiPS細胞の肝細胞分化指向性を決定する糖鎖修飾を明らかにし、肝細胞分化指向性iPS細胞の早期同定技術の開発を目的とする。平成28年度は肝細胞分化指向性株ならびに抵抗性株の肝細胞分化誘導時のサンプルを用いて、糖鎖アレイ解析を実施した。分化指向性、抵抗性に関わらず分化誘導の経時変化に伴い、Galactose修飾が増加する傾向が認められた。この他、分化指向性株では、分化抵抗性株と比較し、シアル酸の糖鎖修飾が分化誘導の経時変化に伴い増加する傾向が認められた。一方、分化誘導期間中では大きな変動を示さないが、分化誘導開始前の株間で高マンノース型糖鎖構造に差が認められ、分化指向性株では抵抗性株と比較し、高マンノース型糖鎖構造が多い傾向が認められた。分化指向性株の分化誘導期間中に増大を認めたシアル酸の糖鎖修飾は、分化誘導開始前では分化抵抗株との差は認められなかった。今回の糖鎖アレイ解析の結果から、未分化状態での高マンノース型糖鎖構造、分化誘導に伴うシアル酸の糖鎖修飾の変動が肝細胞分化と関連があると推定された。本研究課題の研究開始年度に、使用予定の肝細胞分化指向性iPS細胞株、分化抵抗性iPS細胞株の何れもが凍結保存状態の不良が生じ、即時に実験を開始できないことが影響し、大幅に実験計画に遅れが生じた。必要な細胞を揃え、肝細胞分化指向性iPS細胞株、分化抵抗性iPS細胞株を使用し、肝細胞分化誘導中の糖鎖アレイ解析を終えたが、開始年度の研究の遅れが影響し、当初の計画よりもやや遅れている。しかしながら、由来細胞が同一のiPS細胞同士でも分化指向性が異なることが報告されており、分化指向性を規定する因子の同定は再生医療の展開に重要と考えられる。本研究課題は、ヒトiPS細胞の肝細胞分化指向性を決定する糖鎖修飾を明らかにし、肝細胞分化指向性iPS細胞の早期同定技術の開発を目的とする。

肝細胞分化指向性株および分化抵抗性株の肝細胞分化誘導時のサンプルをレクチンアレイに供した結果、経時的な変動を認めた糖鎖修飾のうち、対応する3種、5種のレクチン全てがそれぞれ同様の変動パターンを示したシアル酸修飾、ガラクトース修飾は肝細胞分化指向性株での上昇が顕著であったことから、最終年度はシアル酸、ガラクトース修飾に着目し、肝細胞分化誘導中に糖鎖修飾の変化に伴い発現変動する糖転移酵素の絞り込みを実施した。シアル酸はST3Gal1, 2, 3, 4, 5, 6, ST6GalNAc4, NEU1, 3, 4の10遺伝子、ガラクトースはB4GALT1, 2, 3, 4, 5, 6, 7の8遺伝子を選出した。同時に、肝細胞分化指向性株および分化抵抗性株の肝細胞分化誘導を実施し、qPCR解析に必要なサンプルの調整を行うとともに、選出した糖転移酵素のqPCR反応条件を決定した。シアル酸修飾に関わる遺伝子群の中では、シアル酸転移酵素ST3GAL5,6の分化指向性株での有意な高値、シアリダーゼNEU1の分化指向性株での有意な低値を認め、ガラクトース修飾に関わる遺伝子群は、糖鎖アレイ解析での変動パターンに対応する発現変動は認められなかった。今後、変動を認めた糖転移酵素のノックダウンを行い、糖鎖修飾と肝細胞分化の直接的な関係性を明らかにする予定である。iPS細胞は、株間で分化指向性が異なることが報告されており、分化指向性を規定する因子の同定は重要であると考える。本研究は、ヒトiPS細胞の肝細胞分化誘導中の糖鎖修飾の解析を通して、肝細胞分化指向性iPS細胞の早期同定技術を開発することを目的とする。肝細胞分化指向性株、抵抗性株の肝細胞分化誘導時の糖鎖修飾を解析した結果、高マンノース型糖鎖構造が分化誘導開始前の分化指向性株で多く認められた。肝細胞分化誘導中には、シアル酸、ガラクトース修飾が増加し、両修飾は分化指向性株での増加が顕著であった。これらの糖鎖修飾が肝細胞分化指向性に関与している可能性が示唆された。現在までの進捗状況で述べた通り、研究計画の遅れの対応策として、すでに樹立されている株を細胞バンクより入手することで樹立に関わる実験期間を短縮する予定である。各糖鎖構造に対応する糖転移酵素遺伝子の抽出を行い、抽出した各糖転移酵素遺伝子の遺伝子発現を、3ステップの肝細胞分化誘導の各段階および未分化時でリアルタイムPCRにより解析する。糖鎖アレイ解析で変動したレクチンと対応する糖転移酵素が合致した糖鎖構造を選択し、選択した糖鎖構造に対応する蛍光標識レクチンを使用して肝細胞分化指向性iPS細胞株の推定を行い、これを実際の肝細胞分化誘導系にて検証する。再生医学研究計画に遅れが生じ、当初平成27年度末頃に実施を予定していた糖鎖アレイ解析が行えなかったことにより、この解析に使用予定であった額がそのまま次年度使用額となった。研究計画に遅れが生じ、年度内にすべての研究計画を終えることができなかった。計画の遅延分が次年度使用額に相当する。次年度使用額を使用して、当初平成27年度に実施予定であった糖鎖アレイ解析を平成28年度に実施する。すでに収集しているサンプルを使用して、糖転移酵素の遺伝子発現解析を実施する。また、蛍光標識レクチンを使用して、肝細胞分化指向性iPS細胞株の推定とその検証を行う。
サブフェムト秒・アト秒パルスラジオリシス等価速度分光法の研究

本研究では、今までにない全く新しいコンセプトである、(1)サンプル中での時間分解能劣化を伴わず、かつ高S/N光吸収分光を行うための等価速度分光法パルスラジオリシスと、(2)レーザー分析光を使わないダブルデッカー電子ビームパルスラジオリシス法を考案し、次世代のパルスラジオリシスとして、サブフェムト秒・アト秒パルスラジオリシスの研究を世界に先駆けて行った。世界初めてパルスラジオリシスによるフェムト秒時間領域での量子ビーム誘起反応現象の測定に成功した。本年度は、サブフェムト秒・アト秒電子線パルスの発生と計測技術の開発に重点を置き、下記の3つの研究を実施した。(1)電子ビームの低エミッタンス化フォトカソードRF電子銃ライナックを用いた低エミッタンス電子ビームの発生方法を確立した。これは、RF電子銃の高電界化による空間電荷効果を低減し、フォトカソードに励起するレーザーのビーム径やソレノイド磁場強度を最適化するにより、フェムト秒電子パルス生成のための低エミッタンスビームの発生に成功した。電荷量が1nCの時、ビームの企画化エミッタンスが3.2mm-mradであった。(2)サブフェムト秒・アト秒電子線パルスの生成磁気パルス圧縮法における電子線パルス位相分布の非線形効果の影響を考慮する必要がある。本研究では、六極電磁石や八極電磁石を利用した2次と3次の非線形効果の補正方法を考案し、サブフェムト秒・アト秒電子パルスの発生方法を確立した。シミュレーションより、フォトカソードRF電子銃ライナックと磁気パルス圧縮を用いて最短640アト秒の超短パルス電子ビームの発生が可能であることが確認した。(3)サブフェムト秒・アト秒電子線パルスの計測電子線パルスの波面制御技術は、サンプル中での分析光と電子の速度差による時間分解能劣化を解決し、サブフェムト秒・アト秒パルスラジオリシスを実現するためのキーテクノロジーである。本研究では、電子ライナックにおける電子パルスエネルギー変調と磁気パルス圧縮の組み合わせにより、電子パルスの波面制御方法を考案し、フェムト秒ストリークカメラを用いて電子パルスの波面計測に成功した。本年度は、電子パルスの波面整形と計測方法の確立、サブフェムト秒・アト秒電子パルスの測定方法の検討、等価速度分光法パルスラジオリシスの構築、ダブルデッカー電子ビームパルスラジオリシス測定システムの製作を行った。(1)「電子パルスの波面整形方法の確立と波面測定技術の開発:サブフェムト秒・アト秒時間分解能を実現させるには、電子線と光の試料中での速度差による時間分解能劣化を解決する電子パルス波面整形技術の開発が必要である。本研究では、加速器でのRF加速位相調整による電子パルスのエネルギー変調、磁気パルス圧縮の磁場中での電子パルスの位相空間の回転を利用した電子パルス波面整形方法を考案し、電子パルスの波面制御に成功した。また、ストリークカメラを利用した電子パルスの波面測定技術を開発し、高精度で電子パルス回転角度の測定に成功した。電子パルス波面整形を利用した等価速度分光法パルスラジオリシス測定システムの設計と製作を行い、水やメタノール、エタノール、イオン液体中の溶媒和電子の生成や反応過程の測定を行った。電子パルス波面整形により電子線と光の試料中での速度差による時間分解能劣化が解決でき、パルスラジオリシス時間分解能の向上に成功した。(2)ダブルデッカー電子ビームパルスラジオリシスの研究:ダブルデッカー電子ビーム加速器の最適化を行い、チェレンコフ放射とコヒーレント放射による超短電子パルスから高輝度分析光パルスメカニズムを解明し、レーザー分析光を使わないダブルデッカー電子ビームパルスラジオリシス測定システムを構築した。また、超短パルス電子ビームによる集団イオン化の研究を行い、新規アト秒電子線パルスの測定法の検討を行った。本年度は、等価速度分光法パルスラジオリシスの評価、量子ビーム誘起初期過程の解明(特にフェムト秒時間領域での高速反応解析)を中心した研究を行った。(1)フェムト秒パルスラジオリシスの評価:分析レーザーの温度制御や電子ビーム加速器のRFフィードバック回路の導入、またPLCによる加速器の自動制御によりレーザーと電子ビームの強度安定化、レーザーパルスと電子パルスの同期時間ジッターの低減を行い、従来のパルスラジオリシスでは光吸収測定が困難である厚さ0.5mm以下セルの測定が可能となった。電子パルス幅、分析レーザーパルス幅、同期時間ジッターにより時間分解能は、250フェムト秒までに向上でき、世界最高時間分解能を有するフェムト秒パルスラジオリシスの開発に成功した。(2)フェムト秒時間領域での量子ビーム誘起初期過程の解明:開発したフェムト秒パルスラジオリシスを用いて、水中での水和電子生成、イオン液体中での溶媒和電子の生成、アルカン中のジェミネートイオン再結合などの初期過程の解明を行った。パルスラジオリシスでは、世界初めて水和電子の生成過程の観測に成功した。

放射線(特に電子線)の照射により水中での水和電子の生成は、完全に水和する前のpre-solvated状態を経由していることと、水和電子の生成時間は540フェムト秒であることが分かった。パルスラジオリシスによる水和電子の生成時間は光イオン化による水和電子の生成時間と同じである。