hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
素粒子モデルの新しい検証手段としての重力波物理学

全ての理論的制限と実験からの制限を考慮に入れて相転移が一次的相転移となるパラメータを調べ、宇宙重力波実験における検証可能性と、他の様々な拡張モデルとの区別、加速器実験との相補性を議論した。平成30年度の実施計画の前半部、すなわち様々な拡張ヒッグス模型に基づいて、強い1次的電弱相転移の条件を検討し、系統的に分類する点に関しては、電弱バリオン数生成に加えて暗黒物質を説明する模型やBーLゲージ対称性が自発的に破れる等を含め多くの模型を研究し、その性質と重力波スペクトルを解析するなど、多くの成果をあげることができた。計画の後半部についても、いくつかの拡張模型について、重力波スペクトル測定の不定性を考慮した場合にヒッグスセクターのパラメータをどの精度で決定できるかについて、フィッシャー行列解析により明らかにできた。これらの研究成果は複数の論文として出版することができた。また、成果は国際会議で発表した。昨年度は、様々な電弱バリオン数生成のモデルを精査し各モデルでのヒッグス3点結合のずれ、発生する重力波の強度やピーク振動数を系統的に計算し、フィッシャー解析を用いて重力波のスペクトルのピーク振幅、ピーク振動数の測定から素粒子モデルのパラメータがどの程度の不定性で決定できるかを評価した。昨年度に引き続いて、本年度は以下の研究を進める。電弱相転移の真空泡の物理と重力波発生機構の詳細を研究する。泡の衝突や泡内部プラズマ乱流からの重力波スペクトルに関し信頼性のある計算を実施する。最近新たな発生源として指摘された泡衝突時の音波からの重力波を精度良く見積もる為のシミュレーションも行う。白色矮星の連星等の天体現象からの前景重力波や他の初期宇宙起源の背景重力波を調べる。また、前景重力波の存在を考慮に入れてフィッシャー解析を行いパラメータの決定精度を評価する。素粒子モデルの検証と仕分けという目的の為に必要な将来重力波干渉計の性能を評価する。得られた成果は論文としてまとめ出版し、また国際会議などで研究発表を行う。
高内皮細静脈特異的な細胞動員シグナルによるリンパ球ホーミング制御と免疫監視の強化

【目的】リンパ節高内皮細静脈(HEV)はリンパ球ホーミングの制御を通じて免疫監視の場の形成に必須の役割を担う特殊な細静脈である。本年度は、HEVによる特異的なリンパ球動員シグナルの形成とその制御機構の免疫監視における意義について解析を進め、以下の成果を得た。【結果と考察】1.HEVをとりまく細胞外基質蛋白質によるケモカイン結合とその提示:HEVの発達した基底膜やHEVを取り囲むreticularnetworkに分布するcollagen IV(Col IV)はCCL21,CXCL12およびCXCL13を選択的に結合し、HEVとその近傍で共局在する。さらに、Col IVに提示されたCCL21,CXCL12およびCXCL13はリンパ球遊走を誘導する。これらの結果から、Col IVがケモカイン提示分子として機能し、リンパ球のHEVからの血管外遊走やHEV近傍でのリンパ球遊走に重要な役割を担うことが示唆された。2.HEVにおける生理活性脂質産生の鍵酵素autotaxin/lysohosholipase D(ATX)の発現とその意義:生理活性脂質LPA産生の鍵酵素ATXがHEVに発現し、特定のLPA受容体(LPA1およびLPA4)がHEVに発現することを見いだした。ATXに対する特異抗体をマウスに投与して血液中のATX活性を枯渇させてもリンパ球ホーミングに明らかな影響は認められなかったが、ATXを過剰発現する血管内皮細胞株にはLPA産生を介するリンパ球接着の亢進が認められ、HEV局所に発現するATXがLPA産生を通じてリンパ球ホーミングを制御する可能性が示唆された。3.新しいシアロムチン(nepmucin)によるリンパ球とHEVの接着制御:リンパ節HEVの遺伝子発現解析からIgドメインをもつ新しいシアロムチンnepmucinを同定した。HEVに発現するnepmucinは、ムチンドメインにHEV特異的な糖鎖修飾をうけてL-セレクチンリガンドとしてリンパ球ローリングを媒介するばかりでなく、Igドメインを介してリンパ球を直接接着する。さらにnepmucinは生理的なフロー条件下でICAM-1と協調して、ケモカイン依存的なリンパ球接着を促進する。これらの結果は、nepmucinがリンパ節HEV上でのリンパ球のローリングと接着の両者を媒介する新しいdual-functionalな接着分子として機能することを示唆している。【目的】リンパ節高内皮細静脈(HEV)はリンパ球ホーミングの制御を通じて免疫監視の場の形成に必須の役割を担う。本年度は、HEVによる特異的なリンパ球動員シグナルの形成とその制御機構について解析を進め、以下の成果を得た。【結果と考察】1.HEVをとりまく細胞外基質蛋白質によるケモカイン結合とその提示:私たちは、HEVとその近傍に分布する細胞外基質蛋白質が可溶性低分子量蛋白質であるケモカインを結合し、その空間配置と活性の制御に関与することを見出した。HEVが発達した基底膜を持つことに注目し、基底膜を形成する細胞外基質蛋白質であるcollagen IVとケモカインの結合特異性を解析した。その結果、collagen IVはCCL21, CXCL12およびCXCL13を結合するがCCL5, CCL19やC末端の塩基性アミノ酸クラスターを欠失する変異CCL21を結合しないことが示された。表面プラズモン共鳴法を用いた解析から、collagen IVとこれらケモカインの結合は数nMから数十nM程度の解離定数をもつことが示唆された。また、免疫組織学的な解析からHEV基底膜およびHEV近傍で、collagen IVとCCL21およびCXCL13が共局在することが示された。これらの結果から、collagen IVがHEV近傍でケモカイン提示分子として機能し、リンパ球の血管外遊走やHEV近傍のリンパ球遊走路の形成に重要な役割を担うことが示唆された。2.HEVにおける生理活性脂質産生の鍵酵素autotaxin/lysophospholipase D(ATX)の発現とその制御:細胞の接着や遊走を制御する生理活性脂質(LPAおよびS1P)産生の鍵酵素ATXは、リンパ節・パイエル板においてHEVに選択的に発現する。またATXの発現は加齢AKRマウス胸腺やNODマウス膵臓などの慢性炎症部位の血管に選択的に誘導されることから、これら炎症組織へのリンパ球浸潤にもATXが関与することが示唆された。さらに特異抗体をマウスへ投与することによりATX活性をin vivoで阻害できることが示された。

これらの結果から、Col IVがケモカイン提示分子として機能し、リンパ球のHEVからの血管外遊走やHEV近傍でのリンパ球遊走に重要な役割を担うことが示唆された。2.HEVにおける生理活性脂質産生の鍵酵素autotaxin/lysohosholipase D(ATX)の発現とその意義:生理活性脂質LPA産生の鍵酵素ATXがHEVに発現し、特定のLPA受容体(LPA1およびLPA4)がHEVに発現することを見いだした。ATXに対する特異抗体をマウスに投与して血液中のATX活性を枯渇させてもリンパ球ホーミングに明らかな影響は認められなかったが、ATXを過剰発現する血管内皮細胞株にはLPA産生を介するリンパ球接着の亢進が認められ、HEV局所に発現するATXがLPA産生を通じてリンパ球ホーミングを制御する可能性が示唆された。3.新しいシアロムチン(nepmucin)によるリンパ球とHEVの接着制御:リンパ節HEVの遺伝子発現解析からIgドメインをもつ新しいシアロムチンnepmucinを同定した。HEVに発現するnepmucinは、ムチンドメインにHEV特異的な糖鎖修飾をうけてL-セレクチンリガンドとしてリンパ球ローリングを媒介するばかりでなく、Igドメインを介してリンパ球を直接接着する。さらにnepmucinは生理的なフロー条件下でICAM-1と協調して、ケモカイン依存的なリンパ球接着を促進する。これらの結果は、nepmucinがリンパ節HEV上でのリンパ球のローリングと接着の両者を媒介する新しいdual-functionalな接着分子として機能することを示唆している。
光学的多機能計測システムの解析ソフト群に基づく新たな材料評価法の確立

本研究の目的は「材料のマクロな性質とミクロな性質を同時に測定し,解析できる新たな材料物性評価法システムを構築すること」である.具体的には,材料のマクロな性質を光散乱法(動的光散乱と二次元光散乱を含む)から,ミクロな性質を光プローブ法から情報を得て,コンピューターシステムにより両者の視点を考慮し,その物性を画像化して,表現することである.平成7年度において,時々刻々と入力されるスペクトルを一般のパーソナルコンピューターで処理できるシステム,即ち,分光スペクトル測定解析システムと時々刻々と入力される発光減衰曲線を一般のパーソナルコンピューターで処理できるシステム,即ち,高速発光寿命測定解析システムを構築した.平成8年度において,時々刻々と変化する散乱相関関数を一般のパーソナルコンピューターで処理できるシステム,即ち,動的光散乱測定解析システムと時々刻々と変化する各角度の散乱強度を前方スクリーンに投影し,その映像を一般のパーソナルコンピュータで処理できる二次元光散乱測定解析システムを構築した.これらの四つのシステムを組み合わせて,希薄溶液中の高分子系,液一液相分離系,温度誘起型体積相転移ゲル,液晶の構造相転移系,液晶/高分子混合系,ミセル溶液系,など様々な系の動的な挙動を測定解析した.その成果は15の論文にまとめられた.本研究で目指すシステム構成の概要は(1)吸収・励起・発光・偏光スペクトル測定・解析システムの構築,(2)高速発光寿命・解析システムの構築,(3)2次元光散乱測定・解析システムの構築,(4)動的光散乱・解析システムの構築,(5)光散乱法解析と光プローブ法解析を統合したシステムの構築,などである.本年度においては,(1)分光スペクトル測定・解析システムの構築時々刻々と入力されるスペクトルを一般のパソコンで処理できるシステムを構築する.測定は現有装置である瞬間マルチ測光システム(大塚電子,HU-7000)を用いて,MS-DOSのPC系に入力し,オリジナル解析プログラム群により,ミクロな物性評価を行うシステムを構築した.又,その解析用プログラムとして,(1)実時間スペクトル表示,(2)波形分離,などを作成した.(2)ポリスチレン主鎖の局所運動の測定と解析ポリスチレンの中央にアントリル基を導入し,その希薄溶液中でのアントリル基の蛍光偏光解消を測定し,コンピュータ解析を行った.これらの減衰曲線はハイポバリック型関数によくフィットすることがわかり,高分子局所運動のレベルでは不連続的な運動(間欠運動)であることを見い出した.本研究の目的は「材料のマクロな性質とミクロな性質を同時に測定し,解析できる新たな材料物性評価法システムを構築すること」である.具体的には,材料のマクロな性質を光散乱法(動的光散乱と二次元光散乱を含む)から,ミクロな性質を光プローブ法から情報を得て,コンピューターシステムにより両者の視点を考慮し,その物性を画像化して,表現することである.平成7年度において,時々刻々と入力されるスペクトルを一般のパーソナルコンピューターで処理できるシステム,即ち,分光スペクトル測定解析システムと時々刻々と入力される発光減衰曲線を一般のパーソナルコンピューターで処理できるシステム,即ち,高速発光寿命測定解析システムを構築した.平成8年度において,時々刻々と変化する散乱相関関数を一般のパーソナルコンピューターで処理できるシステム,即ち,動的光散乱測定解析システムと時々刻々と変化する各角度の散乱強度を前方スクリーンに投影し,その映像を一般のパーソナルコンピュータで処理できる二次元光散乱測定解析システムを構築した.これらの四つのシステムを組み合わせて,希薄溶液中の高分子系,液一液相分離系,温度誘起型体積相転移ゲル,液晶の構造相転移系,液晶/高分子混合系,ミセル溶液系,など様々な系の動的な挙動を測定解析した.その成果は15の論文にまとめられた.本研究の目的は「材料のマクロな性質とミクロな性質を同時に測定し,解析できる新たな材料物性評価法システムを構築すること」である.具体的には,材料のマクロな性質を光散乱法(動的光散乱と二次元光散乱を含む)から,ミクロな性質を光プローブ法から情報を得て,コンピューターシステムにより両者の視点を考慮し,その物性を画像化して,表現することである.平成7年度において,時々刻々と入力されるスペクトルを一般のパーソナルコンピューターで処理できるシステム,即ち,分光スペクトル測定解析システムと時々刻々と入力される発光減衰曲線を一般のパーソナルコンピューターで処理できるシステム,即ち,高速発光寿命測定解析システムを構築した.平成8年度において,時々刻々と変化する散乱相関関数を一般のパーソナルコンピューターで処理できるシステム,即ち,動的光散乱測定解析システムと時々刻々と変化する各角度の散乱強度を前方スクリーンに投影し,その映像を一般のパーソナルコンピュータで処理できる二次元光散乱測定解析システムを構築した.これらの四つのシステムを組み合わせて,希薄溶液中の高分子系,液-液相分離系,温度誘起型体積相転移ゲル,液晶の構造相転移系,液晶/高分子混合系,ミセル溶液系,など様々な系の動的な挙動を測定解析した.その成果は15の論文にまとめられた.
紫外線遮蔽加工製品の生体に対する効果の生化学的測定

近年オゾン層の人為的な破壊現象が深刻化し、様々な皮膚障害が増加してきている。その対応策として開発されている紫外線遮蔽加工製品の遮蔽効果の測定法は光学的測定法が中心で生物学的側面からの測定法はヒトの皮膚を使うSPF法のみである。そこで本研究では、人体を使わずに紫外線の人体に対する影響や遮蔽効果を測定する方法として生化学的、分子生物学的、さらに細胞生物学的手法を導入することを目指した。第一段階として、主要な生体成分であるタンパク質の一つ、酵素の紫外線に対する活性の変化を利用して、紫外線遮蔽加工布の遮蔽効果の測定を行った。加工布と対照布で被服した酵素溶液に紫外線を照射したところ両者に顕著な差が認められ、従来からの測定法の結果とも一致した。従って、この測定法は人体を使わず生物学的効果を測定できることが明らかになり、従来の測定法では不可能であった遮蔽効果の経時的変化も測定できる特長を持つこともわかった。第二段階として、生体内では常に代謝が行われているので、代謝中の生体主要構成成分に対する紫外線の影響および遮蔽効果を測定することを検討した。紫外線が特定の遺伝子に損傷を与えると癌の引き金になることはよく知られているため癌関連遺伝子に着目し、特にp53癌抑制遺伝子について検討した。この遺伝子が産出するタンパク質p53は、DNA損傷による細胞周期の調節に関わっていることが最近明らかになっており、細胞周期の制御機構に重要な役割を持つこの遺伝子の変化を調べることは、生体への影響をかなりよく反映するものと考えられる。そこで、マウス由来の培養細胞に紫外線を照射するとp53が蓄積することを利用して、紫外線遮蔽加工布の生物学的効果の測定を行った。現在、培養条件、照射条件等の検討を引き続き行っており遮蔽効果の測定法の確立を目指している。地球環境と生体との関連における研究の一環として、フロンガスによるオゾン層の減少にともない増加しつつある、紫外線の人体への影響についてとりあげた。その第一段階として、紫外線が原因となって引き起こされる、皮膚癌をはじめとする皮膚傷害や日常生活における様々な障害が問題化し、その保護のため次々に開発されている、紫外線遮蔽加工製品の遮蔽効果の生物学的測定法の検討を行った。従来の遮蔽効果の測定法は、分光光度計法や紫外線強度計法といった光学的測定法が中心で、生物学的測定法としては、被験者の皮膚上に遮蔽加工製品を置き、直接紫外線を照射して生じる紅班を測定するSPF法のみであったため、個人差の問題や人体への危険性の問題等があった。従って、このSPF法に代わって、人体を使わずに生物学的な測定を可能にする測定法を確立することを検討し、生化学的測定法を導入することを試みた。まず、主要な生体成分物質の一つであるタンパク質で、生体物質の代謝に欠かせない存在である酵素を用いて遮蔽効果を測定した。その結果、この測定法は被験者を使わずに、生物学的側面から遮蔽効果を測定できる可能性が示唆された。しかも、従来から用いられているSPF法では測定できなかった。遮蔽効果の経時的効果も測定できることが明らかになり、この方法は従来の測定法にない、特筆すべき長所を持つものであることもわかった。この研究成果を踏まえて、さらに、測定条件の詳しい検討と測定の簡略化を検討中である。今後は、代謝中の主要生体成分(タンパク質および核酸)の変化を、生化学的手法を用いて測定することを検討する。また、これらの結果および酵素活性の測定結果とSPF法との対応づけを行い、これらの生化学的測定法をSPF法に代わる、遮蔽効果の新しい生物学的測定法として利用できるようにすることを目指す。

近年、生体に有害な波長域紫外線を吸収しているオゾン層のフロンガス等による破壊現象が深刻な問題となり、日光皮膚炎や皮膚癌をはじめとする皮膚傷害が増加してきている。この対策については国際的に検討されているが、日常生活における対応策として種々の紫外線遮蔽加工製品の開発が進んでいる。しかし、現在行われている紫外線遮蔽加工製品の遮蔽効果の測定法は、光学的測定法が中心で生物学的側面からの測定法はヒトの皮膚を用いるSPF法のみである。光学的測定法では生体に対する効果を正確に測定できるとはいいがたく、SPF法は直接人体への影響を測定できる利点はあるが、被験者を使うための問題点も多い。そこで本研究は人体を使わずに紫外線の人体に対する影響や遮蔽効果を生化学的、分子生物学的、さらに細胞生物学的手法を導入することによって測定すること目的とした。先ず、生体に広く分布し生体内代謝に必要不可欠な酵素を用い、紫外線遮蔽加工布の遮蔽効果を測定したところ両者に顕著な差が認められ、従来からの測定法の結果とも一致した。従って、本研究で開発した測定法は直接人体を使わずに生物学的効果を測定できる一方法であることが明らかになった。また、この測定法は従来の方法では不可能であった遮蔽効果の経時的変化も測定できる特長を持つことが明らかになった。次いで、生体内では常に代謝が行われていることを考慮し、代謝中の生体主要構成成分に対する紫外線の影響および遮蔽効果を測定することを検討した。特に細胞周期の制御機構に重要な役割を持つp53癌抑制遺伝子産生タンパク質の働きが紫外線に対し変化することを利用し、培養細胞を用いて紫外線遮蔽加工布の生物学的効果の測定を計画した。現在、培養条件、照射条件等の検討を引き続き行っており、さらに遮蔽効果の測定を目指している。
パッチクランプ法による大腸菌の呼吸鎖のプロトンポンプの解析

われわれは、細胞膜のみからなるプロトプラストとして大腸菌細胞を直径20μm程度に巨大化させるSI (Spheroplast incubation)法を開発し、更に、巨大化細胞内に出現する巨大な液胞様構造体(provacuole)は細胞膜が反転した膜系であることを形態的・生化学的に証明した。細胞膜の配向が正常なプロトプラストと反転した液胞様構造体を使い分けることにより、イオン輸送体の反応部位・調節部位の局在部位に関わらず、分子機能をパッチクランプ法で電気生理学的に解析する新しいイオン輸送解析方法を確立した。好気的呼吸鎖のチトクロムbo型ユビキノール酸化酵素のプロトンポンプ活性は、基質ユビキノール1で誘導される電流としてパッチクランプ法で観測することができ、以下の電気生理学的結果がえられた。1.膜電位が逆転電位以下でも、定常的な逆電流は発生しない。2.逆転電位は、膜内外のpH(ΔpH)勾配によって変化し、50mV/ΔpH程度である。3.形成されるH^+電気化学的ポテンシャル勾配(Δμ_<H+>)は280mV程度である。4.膜電位を逆転電位より過大な値から解放すると、大きな過渡的な電流が観測される。その電気生理学的結果の生化学的意味1.4H+ + O2+ 4e-→2H2Oは、定常的には一方向の反応であり、逆反応は、パーフェリル中間体で停止すると推定される。2.輸送されるイオン種は、H+である。4.パーフェリル中間体からの膜電位緩和過程が観測できる。以上により、チトクロムbo型ユビキノール酸化酵素のプロトンポンプ活性は、これまでの生化学的結果と定性的には一致し、さらに世界に先駆けてえられたその定量的な成果は、大腸菌細胞一個完全なるシミュレーションのデーターベース構築に大いに貢献する。われわれは、細胞膜のみからなるプロトプラストとして大腸菌細胞を直径20μm程度に巨大化させるSI(Spheroplast incubation)法を開発し、更に、巨大化細胞内に出現する巨大な液胞様構造体(provacuole)は細胞膜が反転した膜系であることを形態的・生化学的に証明した。2.逆転電位は、膜内外のpH(ΔpH)勾配によって変化し、50mV/ΔPH程度である。その電気生理学的結果の生化学的意味2.輸送されるイオン種は、H^+である。

われわれは、細胞膜のみからなるプロトプラストとして大腸菌細胞を直径20μm程度に巨大化させるSI(Spheroplast incubation)法を開発し、更に、巨大化細胞内に出現する巨大な液胞様構造体(provacuole)は細胞膜が反転した膜系であることを形態的・生化学的に証明した。細胞膜の配向が正常なプロトプラストと反転した液胞様構造体を使い分けることにより、イオン輸送体の反応部位・調節部位の局在部位に関わらず、分子機能をパッチクランプ法で電気生理学的に解析する新しいイオン輸送解析方法を確立した。好気的呼吸鎖のチトクロムbo型ユビキノール酸化酵素のプロトンポンプ活性は、基質ユビキノール1で誘導される電流としてパッチクランプ法で観測することができ、以下の電気生理学的結果がえられた。1.膜電位が逆転電位以下でも、定常的な逆電流は発生しない。2.逆転電位は、膜内外のpH(ΔpH)勾配によって変化し、50mV/ΔpH程度である。3.形成されるH電気化学的ポテンシャル勾配(Δμ_<H^+>)は280mV程度である。4.膜電位を逆転電位より過大な値から解放すると、大きな過渡的な電流が観測される。その電気生理学的結果の生化学的意味1.4H++O2+4c-→2H2Oは、定常的には-方向の反応であり、逆反応は、バーフェリル中間体で停止すると推定される。2.輸送されるイオン種は、H+である。4.パーフェリル中間体からの膜電位緩和過程が観測できる。以上により、チトクロムbo型ユビキノール酸化酵素のプロトンポンプ活性は、これまでの生化学的結果と定性的には一致し、さらに世界に先駆けてえられたその定量的な成果は、大腸菌細胞一個完全なるシミュレーションのデーターベース構築に大いに貢献する。
超高感度細胞センサアレイによる極微量異種プラズマ刺激同時計測の挑戦

本研究では,大気圧プラズマによる極微量のプラズマ刺激の時空間分布を測定できる『超高感度細胞センサアレイ』の作製を目的としている.最終年度は,これまでの活性種による酸化刺激,電界・電流による電気刺激に加えて,衝撃波等による圧力刺激に対する細胞応答を計測するとともに,これらの異種刺激に反応する細胞センサの高感度化および高選択化に向けた実験を行った.1.液中マイクロプラズマの直接照射により液中底部に到達する衝撃波による圧力刺激による細胞応答(細胞へのカルシウムイオン流入に起因する細胞の蛍光強度)を観測した.圧力刺激に感受性を持つチャネルであるPIEZO1を選択的に阻害する試薬を用いることで,細胞の蛍光強度が減少することが明らかとなった.一方で,活性酸素種のスカベンジャーの導入では細胞の蛍光強度の減少は観測されなかった.従って,PIEZO1は酸化刺激には反応しないことが分かり,PIEZO1を強制発現させた細胞により圧力刺激センサの高選択化が可能であることを示した.2.細胞センサの高感度化および高選択化を目指して,異種刺激に反応するチャネルを有する細胞を得るため,TRPV1およびTRPA1チャネルをそれぞれ強制発現させた細胞を作製した.その結果,TRPV1ではOHラジカルの感度が,TRPA1では過酸化水素の感度が上昇することを明らかにした.すなわち,酸化刺激センサにおいて異なる活性種を選択的に計測できることを示した.3.細胞センサアレイで計測した異種プラズマ刺激の強度と遺伝子導入への効果を比較するため,上述したチャネルを有する細胞で遺伝子模擬物質の導入量を測定した.プラズマ生成電力,照射距離,照射時間を制御することで,大気圧プラズマでは電気刺激存在下でのOHラジカルによる酸化刺激が,液中マイクロプラズマでは衝撃波等による圧力刺激が遺伝子導入の主要因子であることを明らかにした.本研究では,大気圧プラズマによる細胞への遺伝子導入や血液凝固等の細胞活動に作用する極微量のプラズマ刺激の時空間分布を測定できる『超高感度細胞センサアレイ』の作製を目的としている.1年目である本年度は,化学的刺激(活性種)および物理的刺激(電界)を生成,測定できる大気圧プラズマ生成装置を作製し,各々の刺激を計測するとともに細胞に対する作用を観測した.1.大気圧プラズマ生成装置と液中マイクロプラズマ生成装置を作製し,それらのプラズマを生理食塩水に照射した際に生成される活性種を測定した.このとき,液中には数10を超える化学的活性種が生成されることが数値計算で予測されている.また,従来の活性種の検出プローブは多くが非選択的であり,支配的に生成されている活性種を同定できないという問題があった.そこで,本研究では水酸基ラジカル・過酸化亜硝酸・次亜塩素酸のみを検出でき,かつそれぞれの感度が異なる二種類の化学プローブAPF及びHPFを組み合わせて用いることにより,支配的に生成される活性種がOHラジカルであることを明らかにした.2. OHラジカルの液中濃度の保持時間依存性を測定した結果,液中マイクロプラズマの方が大気圧プラズマよりも多量のOHラジカルを生成でき,かつ液中で比較的長時間存在していることを明らかにした.3.大気圧プラズマと液中マイクロプラズマにより液中底部に形成される電界をポッケルスセルを用いて計測した.その結果,どちらの場合にもプラズマを照射することで液中の電位が上昇し,底部のガラス容器との間で電界が形成されていることを明らかにした.4.大気圧プラズマと液中マイクロプラズマを照射した際の細胞内カルシウムイオン濃度を計測することで,活性種刺激および電界刺激に対する細胞感受性の特性曲線を作成した.当初は,化学的刺激(活性種)および物理的刺激(電界)を生成,測定できるプラズマ生成装置を作製し,それらの刺激を計測することまでを計画していたが,これらの刺激の細胞活動への作用についても,細胞内カルシウムイオン濃度を計測することで明らかにし,細胞感受性の特性曲線を作成することまで進展したため,当初の計画以上であると言える.本研究では,大気圧プラズマによる細胞への遺伝子導入や血液凝固等の細胞活動に作用する極微量のプラズマ刺激の時空間分布を測定できる『超高感度細胞センサアレイ』の作製を目的としている.2年目である本年度は,化学的刺激(活性種)および物理的刺激(電界)の2次元分布を計測するとともに,種々の異種刺激に反応するイオンチャネルを有する複数の細胞をアレイ状に並べて,そのイオンチャネルで流入するカルシウムイオンに反応して蛍光を発する物質を細胞内に導入することで,異種プラズマ刺激の空間分布を測定する実験を行った.1.大気圧プラズマ生成装置と液中マイクロプラズマ生成装置を作製し,それらのプラズマをテレフタル酸ゲルに照射することで,短寿命活性種であるOHラジカルの空間分布を測定した.このとき,テレフタル酸ゲル上にHEPES緩衝溶液を導入し,その液厚みを変化させることで,短寿命活性種の液中浸透率と径方向への拡散を計測した.その結果,プラズマ照射領域直下から,径方向外側に向けてOHラジカル濃度が減少し,また液厚みが増すことでOHラジカル生成量が減少することを明らかにした.2.大気圧プラズマと液中マイクロプラズマにより液中底部に形成される電界をポッケルスセンサにより計測し,電界の2次元空間分布を計測した.3.種々の異種刺激に反応するイオンチャネルを有する細胞を得るため,TRPV1・TRPV2チャネルを人工的に強制発現させた細胞を作製し,それぞれ異なるプラズマ刺激感受性を得ることを明らかにした.さらに,異なる種類の蛍光プローブを用いることで,異なる色でプラズマ刺激を区別することに成功した.4.大気圧プラズマと液中マイクロプラズマを照射した際の細胞内

カルシウムイオン濃度の2次元分布を計測することで,活性種刺激および電界刺激に対するセンサアレイとして動作することを実証した.プラズマの化学的刺激(活性種)および物理的刺激(電界)の2次元分布を計測することができ,さらに異なる種類の受容体チャネルを有する細胞を作製し,チャネル固有のプラズマ刺激感受性を獲得させることに成功したため,おおむね順調であると言える.本研究では,大気圧プラズマによる極微量のプラズマ刺激の時空間分布を測定できる『超高感度細胞センサアレイ』の作製を目的としている.最終年度は,これまでの活性種による酸化刺激,電界・電流による電気刺激に加えて,衝撃波等による圧力刺激に対する細胞応答を計測するとともに,これらの異種刺激に反応する細胞センサの高感度化および高選択化に向けた実験を行った.1.液中マイクロプラズマの直接照射により液中底部に到達する衝撃波による圧力刺激による細胞応答(細胞へのカルシウムイオン流入に起因する細胞の蛍光強度)を観測した.圧力刺激に感受性を持つチャネルであるPIEZO1を選択的に阻害する試薬を用いることで,細胞の蛍光強度が減少することが明らかとなった.一方で,活性酸素種のスカベンジャーの導入では細胞の蛍光強度の減少は観測されなかった.従って,PIEZO1は酸化刺激には反応しないことが分かり,PIEZO1を強制発現させた細胞により圧力刺激センサの高選択化が可能であることを示した.2.細胞センサの高感度化および高選択化を目指して,異種刺激に反応するチャネルを有する細胞を得るため,TRPV1およびTRPA1チャネルをそれぞれ強制発現させた細胞を作製した.その結果,TRPV1ではOHラジカルの感度が,TRPA1では過酸化水素の感度が上昇することを明らかにした.すなわち,酸化刺激センサにおいて異なる活性種を選択的に計測できることを示した.3.細胞センサアレイで計測した異種プラズマ刺激の強度と遺伝子導入への効果を比較するため,上述したチャネルを有する細胞で遺伝子模擬物質の導入量を測定した.プラズマ生成電力,照射距離,照射時間を制御することで,大気圧プラズマでは電気刺激存在下でのOHラジカルによる酸化刺激が,液中マイクロプラズマでは衝撃波等による圧力刺激が遺伝子導入の主要因子であることを明らかにした.1.初年度に既に化学的刺激および物理的刺激の細胞活動への作用を計測しているが,初年度は1種類の細胞のみを使用していたため,2年目は種々の異種刺激に反応するイオンチャネルを有する複数の細胞を準備し,そのイオンチャネルで流入するカルシウムイオンに反応して蛍光を発する物質を細胞内に導入する.このとき,異なるイオンチャネルを有する細胞内での蛍光物質の波長を変えることで,どのイオンチャネル,すなわち,どの刺激が作用したのかが分かる.2.異なるイオンチャネルを有する細胞のプラズマ誘起異種刺激に対する流入
内発的・外発的動機の神経機構とその行動学的分離：鳥類の歌行動をモデルとした研究

本研究は、大脳基底核に相当する鳴禽の神経核Area Xの神経活動に関するものである。AreaXのニューロンは非指向歌開始時において発火頻度を漸増させるということが私の過去の研究で明らかとなった。この事象について、その上流に位置するPOMも含めた神経回路と発声行動との相関を明らかにすることを主眼としている。具体的には、Area XやPOMへの電極刺入による神経活動記録と、それらの神経核に電気損傷を加えた際の発声行動変化を分析し、2つの相関を分析する。
神経因性疼痛における神経幹細胞移植による細胞再生と機能再建

神経因性疼痛は極めて難治性である.本研究では、脊髄神経とglia細胞連関の変調による神経可塑性がその主たる病態に関与すると考え、その修復にもっとも可能性があるとされる、経栄養因子の細胞再生における役割を解明することを目的とした。また、その成果を基盤に、臨床応用可能な方法を確立することである。以下の成果が得られた。1.脊髄の神経可塑性における化学的・形態的伝達変調の解明:(1)坐骨神経損傷後、比較的早期に脊髄グルタメートが過剰に放出されることが引き金となり、WDRニューロンの興奮、細胞応答(過敏症発現)が起きる。(2)脊髄表層細胞でc-fos蛋白誘導およびアポトーシスが発現する(3)抑制性介在ニューロンが遅発生に傷害される、(4)発症初期にはmicrogliaが脊髄表層で増加し、シナプス伝達効率を高めている可能性がある。(5)慢性的神経過敏状態では、脆弱細胞群の存在があり、近傍のastrocyteが増加すること明らかと成った。2.臨床応用可能な治療法;(1)脊髄髄腔内IL-10注入や4methylcatechol投与、(2)坐骨神経損傷部への磁気刺激(交感神経刺激および知覚神経細胞の賦活、分化誘導効果)が痛覚過敏を軽減し、N型Ca channel阻害では変化しなかった。以上から、1)脆弱細胞群での細胞障害に伴ったとみられるグリア反応、神経可塑性とグリア反応などへの基礎的知見が得られた。2)神経再生・修復能を高めうる神経栄養因子、とりわけ4methyl cathechol(BDNF, NGF合成誘導剤)の果たす役割が概ね判明した。3)栄養因子合成誘導剤など、臨床応用可能な薬剤開発と合わせ,神経機能再建が期待される電磁波刺激による治療法の論理的基盤を得ることができた。これまでは不可能とされてきた中枢神経疾患への根本的治療法が、各種細胞移植、軸索伸展阻害因子であるケミカルメディエイターの解明やアンタゴニスト投与による軸索再生の可能性、神経栄養因子およびその関連遺伝子導入による神経保護作用、内在性神経幹細胞の利用など、多岐にわたる治療戦略は次第に、治療目的と機能再建に向けての可能性が、このような研究を通して、今後さらに確立されてゆくであろう。近年,神経因性疼痛の治療に遭遇するが極めて難治性である.本研究の目的は、本病態について最近の進歩である神経とglia系の連関が細胞障害やその再生にどのような役割を果たしているのか解明すること、また、その科学的知見を基盤に、臨床応用可能な方法を確立することである。本年度は以下のことを検討し、成果が得られた。すなわち、研究結果から、末梢-中枢知覚神経系のシグナル変調,とくに脊髄神経可塑性の関与が強く指摘されその変調にgliaの修飾作用が密接にかかわることも判明した。したがって、傷害された脊髄細胞の再生能をいかに高めるかが治療の重要な課題とされる.また主たる機構とされる脊髄の神経可塑性の機構をより詳細にした。実験成果を包括的に述べると以下のことが判明した。1.脊髄の神経可塑性における化学的・形態的伝達変調:(1)坐骨神経損傷後、比較的早期に脊髄グルタメートが過剰に放出されることが引き金となり、WDRニューロンの興奮、細胞応答(過敏症発現)が起きる。2.可能な治療法の試み;(1)脊髄髄腔内TNF-a注入や末梢4methylcatechol投与で痛覚過敏が起き、その作用はそれぞれ抗TNF-a、抗NGF投与で軽減しうること、(2)坐骨神経損傷部への磁気刺激(交感神経刺激および知覚神経細胞の賦活、分化誘導効果)が痛覚過敏を軽減し、その作用は局所抗NGF投与で軽減されたが、N型Ca channel阻害では変化しなかった。以上から、神経因性疼痛は、抹消交感神経活性および脊髄での一連の生化学的反応に加え、今回glia細胞の神経活動への修飾作用も明らかとなり、これらの活性をいかに抑えるか、すでに報告も散見されるが、本研究からも詳細にすることができた。さらに、慢性期における治療では、磁気刺激や栄養因子とマクロファージ、グリアなど、細胞外マトリックスの修復過程における関与が判明し、それを如何に適切に誘導するかさらに検討している。今後、bFGFや,BDNFの安定した注入方法、細胞移植における免疫抑制の問題を改善することなど、臨床応用に向けさらに今後の重要な課題である。(2)脊髄表層細胞でc-fos蛋白誘導およびアポトーシスが発現する(

3)抑制性介在ニューロンが遅発生に傷害される、(4)発症初期にはmicrogliaが脊髄表層で増加し、シナプス伝達効率を高めている可能性がある。(5)慢性的神経過敏状態では、脆弱細胞群の存在があり、近傍のastrocyteが増加すること明らかと成った。2.臨床応用可能な治療法;(1)脊髄髄腔内IL-10注入や4methylcatechol投与、(2)坐骨神経損傷部への磁気刺激(交感神経刺激および知覚神経細胞の賦活、分化誘導効果)が痛覚過敏を軽減し、N型Ca channel阻害では変化しなかった。以上から、1)脆弱細胞群での細胞障害に伴ったとみられるグリア反応、神経可塑性とグリア反応などへの基礎的知見が得られた。2)神経再生・修復能を高めうる神経栄養因子、とりわけ4methyl cathechol(BDNF, NGF合成誘導剤)の果たす役割が概ね判明した。3)栄養因子合成誘導剤など、臨床応用可能な薬剤開発と合わせ,神経機能再建が期待される電磁波刺激による治療法の論理的基盤を得ることができた。これまでは不可能とされてきた中枢神経疾患への根本的治療法が、各種細胞移植、軸索伸展阻害因子であるケミカルメディエイターの解明やアンタゴニスト投与による軸索再生の可能性、神経栄養因子およびその関連遺伝子導入による神経保護作用、内在性神経幹細胞の利用など、多岐にわたる治療戦略は次第に、治療目的と機能再建に向けての可能性が、このような研究を通して、今後さらに確立されてゆくであろう。
コンタクトスポーツにおける筋損傷と無気的パワー・筋力の間欠的発揮能力との関係

コンタクトスポーツとりわけボールゲームにおける筋損傷とゲーム中の活動量や活動特性および無気的パワー・筋力の間欠的発揮能力との関係を検討した。ラグビー競技、ハンドボール競技、サッカー競技のいずれにおいても、試合後の筋損傷は試合中の活動量が多くまた貢献度の大きい選手ほど大きくなる結果を得た。また、間欠的スプリント走での速度低下が少ない選手は試合での活動量と貢献度ともに高く、筋損傷も大きい結果となった。さらに、ボディコンタクトを入れた間欠走では、有酸素性持久力に加え筋力の重要性が示唆された。コンタクトスポーツにおける筋損傷と無気的パワー・筋力の間欠的発揮能力との関係を検討することを目的に、初年度の平成17年度は、ラグビー競技とハンドボール競技における試合後の筋損傷程度と試合中の活動特性について検討した。まず、ラグビー競技おいては、ボディコンタクトが頻繁に行われるフォワード選手のみ12名(スタメン8名とリザーブ選手で試合に参加した4名)を対象とし、公式試合前後の血中myoglobinとCPKを分析した。血中myoglobinは試合終了45分後に386±199ng/ml、CPKは試合終了24時間後に534±307IU/lの最大値となった。ラグビー競技に特化したPower Analysisによるゲーム貢献度分析結果との関係では、血中myoglobin値との間に相関係数O.855の有意な(P<0.01)正相関が、CPK値との間に相関係数0.720の有意な(P<O.02)正相関がみられ、貢献度の高い選手ほど大きな筋損傷がみられた。なお、タックル数については、血中myoglobin値との間に相関係数0.731の有意な(P<0.01)正相関がみられたが、CPK値との間にはみられなかった。ハンドボール競技においては、ゴールキーパーを除くコートプレーヤー12名を対象とし、模擬試合前後の血中myoglobinとCPKを分析した。血中myoglobinは試合終了45分後に242±122ng/ml、CPKは試合終了24時間後に384±235IU/lの最大値となり、ポジション別にはサイドプレーヤーが高い傾向を示した。ラグビー競技と比べてかなり低値となったためか身体接触数との関連性はみられなかったが、筋損傷が大きいと思われる非常に激しい身体接触がサイドプレーヤーに多くみられた。コンタクトスポーツにおける筋損傷と無気的パワー・筋力の間欠的発揮能力との関係を検討することを目的に、2年目の平成18年度は、昨年に引き続きサッカー競技における試合後の筋損傷程度と試合中の活動特性についても検討し、またハンドボール競技については実力差のあるチーム間の練習試合における筋損傷程度と試合中の活動特性を、ラグビー競技については筋損傷とゲーム貢献度や無気的走パワーの間欠的発揮能力との関係ついて検討した。まず、サッカー競技おいては、男子大学生12名を対象に紅白戦を実施し、試合前後の血中myoglobinとCPKを分析した。血中myoglobinは試合終了45分後に156±57ng/ml、CPKは試合終了24時間後に293±115IU/lの最大値となり、昨年度のラグビー競技とハンドボール競技に比べ低値となった。サッカー競技においては、血中myoglobinと身体接触(r=0.727、P<0.01)やダッシュやターン(r=0,858、P<0.01)との間に有意な正相関がみられたが、これらを中心とした総合的な活動量との間に相関係数0.876の最も高い有意な(P<0.01)正相関がみられた。ハンドボール競技においては、大学生と日本トップリーグチームとの練習試合における男子大学生の筋損傷を分析したところ、昨年度とは異なり血中myoglobinは試合終了45分後に162±40ng/mlと低値を示した。実際の試合では、選手の交代が自由に頻繁に行われることが原因と思われるが、血中myoglobinとシュート数との間に相関係数0.822の有意な(P<0.01)正相関がみられたことから、シュートに絡む激しい身体接触や倒れ込みによる打撃が大きな筋損傷を引き起こしていると考えられ、シュートの最も多い選手が攻撃のみ出場で血中myoglobin276ng/mlとなった。ラグビー競技においては、血中myoglobinとゲーム貢献度とは昨年度同様の正相関関係が見られた。血中myoglobinと無気的走パワーの間欠的発揮能力との関係ついては、間欠走の終末平均走スピード(r=0.782、P<0.01)や12分間走(r=0.672、P<0.05)との間に有意な正相関がみられた。コンタクトスポーツにおける筋損傷と無気的パワー、筋力の間欠的発揮能力との関係を検討することを目的に,3年目の平成19年度は,ラグビー競技におけるコンタクトフィットネスの測定評価法の検討ならびに,コンタクトフィットネスとゲーム貢献度との関連性について検討した。

コンタクトフィットネステストは,一定時間内に10m間でタックル1回を行い,タックル10回で1秒時間が減っていく多段階漸増負荷試験で,疲労困憊まで行った。そのテスト結果と20秒ごとに往復40mダッシュを10セット行う間欠的シャトルダッシュテストとの関連性はいくつか見られ,間欠走での平均スピード,ならびに最高乳酸値との間に有意な正の相関関係が見られた。なお,最高乳酸生成量はコンタクトフィットネステスト後の方が2mM/lほど低く,間欠走でのスピード低下率との関係性は見られなかった。次に,コンタクトフィットネスとゲーム貢献度との関連性については,分析した2試合から大きな特徴が得られた。完勝したゲームではコンタクトフィットネス結果と攻撃貢献度との間に,完敗したゲームでは防御貢献度との間に,有意な正の相関関係(それぞれr=0.555,P<0.1,r=0.731,P<0.02)が見られた。一方,どちらのゲームにおいても,コンタクトフィットネスとゲーム中のタックルポイントとの間には有意な正の相関関係が見られたことから,コンタクトフィットネスの高い選手は,間欠走での高い乳酸値やコンタクトによる大きな筋損傷となってもタックルポイントやゲーム貢献度の大きいことが示唆された。コンタクトスポーツにおける筋損傷と無気的パワー・筋力の間欠的発揮能力との関係を検討することを目的に、最終年度の平成20年度は、休息中に人間打突を入れた間欠的スプリント走能力と有酸素性作業能力との関連性について検討した。休息中のボディコンタクト法については、より現場的なケースを想定し、4m天井から吊した縄に体重75kgのヒトを捕まらせ、2m先から放たれた振り子により鉛直時に被験者が受け止める方法で行った。ちなみに、被験者への衝撃度は264N・sになる。間欠的スプリント走は、我々の作成した20mを往復ダッシュし20秒間の休息を挟んで8セット繰り返す方法(以下ISST)で、休息中にボディコンタクトを入れた方法をISST CFとした。有酸素性作業能力測定法は、J.Bangsbo作成のyo-yo intermittent endurance test(以下yo-yo IE)を行い、休息中にボディコンタクトを入れた方法をyo-yo IE CFとした。対象を、男子ハンドボール選手とした。yo-yo IE CFでの走行距離はyo-yo IEでのそれよりも低値となったが、両者に有意な正の相関関係がみられた。一方、ISST CFでの速度低下率もISSTでのそれよりも大きな低下となったが、両者には何ら関係はみられなかった。なお、ISSTでの速度低下率が少ない被験者ほどyo-yo IEでの走行距離が高い傾向を示したことは、従来の結果を支持するものとなったが、興味深いのはISST CFでの速度低下率が少ない選手ほどyo-yo IEでの走行距離が有意に少ない(r=-0.631,p<0.02)点である。また、ISST CFでの速度低下率が少ない選手ほどベンチプレスでの最大筋力が有意に高い(r=0.617,p<0.02)点もさらに興味深い結果となった。すなわち、ボディコンタクトを入れた間欠的走能力には、有酸素性作業能力よりも筋力に優れることの必要性が示唆された。
ニホンザル加齢の特徴

本研究では、ヒト加齢モデルとしてニホンザルのエイジングの特徴を把握しヒトとの異同を明らかにすることを目的として、マクロレベルでは成熟後の変化に影響を与える発達段階の生理的特徴を、ミクロレベルでは培養細胞を用い加齢タンパクとゲノムの変化を調べた。1.マクロレベル:2歳令から5歳令までの個体を用いて24時間連続採血によってGHの血中動態を調べ、加齢に伴う変化を解析した。同時に、尿を回収し尿中GHの動態を調べた。その結果、血中GHはヒトと同様に思春期発動期に分泌のパルスが最も多くピーク値も高く、1日蓄尿中の濃度は、血中平均濃度と有意に相関しており、これはヒトと同様であった。2.ミクロレベル:線維芽細胞を用い、その特徴を調べた。これまで、見かけでは14代から17代が寿命と考えられていたが、ディッシュ上で細胞数を数えると実際の分裂寿命は見かけよりも短かいことがわかった。細胞の倍加時間は世代に対し指数的に増加し、世代の進んだ細胞において約40KDと約41.5KDのタンパクに発現パターンの変化が見られ、この変化は、同時に行った染色体異常・DNA二重鎖切断とも関連が示唆された。いずれにせよ、本研究で用いた細胞は、4週間の培養で分裂が止まり比較的短期間にin vitroの加齢現象を追跡することが可能であり、細胞レベルにおいても有効な人加齢モデルといえよう。4.モデル化の可能性:このように、ニホンザルに於て加齢・老化にともなって生じる各レベルでの変化はヒトとよく似た傾向を示し、成長・加齢速度はヒトに比べ速いことから、ヒトの様々な加齢モデルとして用いることができ且つ短時間で研究結果を得られるというニホンザルの高い有用性が示唆された。
パルス電子-核多重共鳴による分子スピン量子状態の制御

分子スピン量子コンピュータの実現を目指し、分子内の電子スピンを利用する量子情報制御をパルス電子-核多重共鳴技術を用いて行った。分子スピン系における量子絡み合い状態の実験的な検出と状態変換を行い、電子スピン(半整数スピン)が持つ固有の量子機能としてのスピノール性を顕な形で初めて実験的に成功した。これにより、電子-核スピン混在スピン系において、量子高密度符号化などの初等量子アルゴリズムを実行することが可能であることを実験的に検証することができた。量子スピン位相制御型パルス電子-核多重磁気共鳴法を電子-核スピン混合(アンサンブル)系に適用し、分子スピンバス量子コンピュータの実現を目的として量子状態制御を目指した。分子スピン系としては、単結晶中に希釈されたマロニルラジカルなどの安定ラジカル分子、及び高スピン分子の電子的基底状態、及び最低励起三重項状態を量子状態制御の対象とした。開殻分子スピン系の開発とともに、多電子スピン分子スピンバス系における量子エンタングルド状態の実験的な検出方法・状態間の変換を確立し、電子-核スピン混在スピン系における量子高密度符号化などの初等量子アルゴリズムの実行するための量子状態変換の実証を行なった。量子エンタングルド状態間の相互変換過程を実験的に検証するために、ユニタリー変換としてENDOR共鳴条件を満足するラジオ波パルスを照射し、パルス幅依存性をHahnエコーを検出することにより読み出した。エコー強度のパルス幅依存性には、核スピン(I=1/2)のスピノールに由来する4π周期性が観測され、量子エンタングルド状態の量子情報変換が行えることを実証した。また、マイクロ波パルスのパルス幅を変化させることにより、電子スピンに由来する量子状態変換を実行した。核スピンの場合と類似の結果が得られ、電子スピン由来のスピノール性を実験的に検出することに成功した。核スピンのスピノール性の実証例は、実験の容易さ故に既に報告されてきたが、本研究において電子スピン(半整数スピン)が持つ固有の量子機能としてのスピノール性を顕な形として初めて実験的に示すことができた。電子スピンの量子位相情報を顕に扱うことができるスピン操作技術及び量子情報処理のためのパルスプロトコルを通じて、量子スピン系の基本的現象を実験的に明らかにし、量子情報処理の過程でスピノール性が顕な形で出現することを示すことに成功した。分子スピン量子コンピュータや量子情報操作への展開を視野に入れた分子スピンの新たな応用を開拓することを目的として、分子スピン量子状態制御に基づく分子スピンテクノロジーの開発研究とモデル系の開拓研究を展開した。パルス電子-核多重共鳴(EMDOR/TRIPLE)法による量子演算を実証するために、マロニルラジカル希釈単結晶試料やベンゾフェノンをホストとするジフェニルニトロキシドや重水素標識したジフェニルニトロキシドの希釈系単結晶試料を育成し、量子状態制御の実験を行った。パルスESR/ENDOR技術を応用することにより量子状態の初期化し、絡み合い状態を形成した。生成した量子絡み合い状態にマイクロ波パルスやラジオ波パルスを照射することにより、量子絡み合い状態間の量子変換を実現した。量子絡み合い状態の変換によって生じる電子スピンや核スピンのスピノール性を観測することにより、スピン1/2の量子状態変換に対する一般的性質を実験的に実証し、新しい分子スピンテクノロジーとして利用できることを示した。また、溶液状態にある分子スピン系を利用した量子コンピュータの開発を目的として、分子スピンバス量子コンピュータに適した分子スピン系の探索を行った。重水素やフッ素原子で標識した種々のジフェニルニトロキシドを合成し、溶液のESRスペクトルを測定した。超微細結合定数を決定することにより電子状態を解明し、各々の等価な核種の個数や制御可能性を明らかにした。パルスESR法を用いて決定したスピン系の緩和時間を評価することにより、量子演算の実行可能性を考察した。大きな電子的変調効果が生じるフッ素原子を導入することにより緩和時間が増大することが明らかとなり、溶液電子スピン系での量子演算を実現できる可能性を示した。分子スピンバスQC(量子コンピュータ)の開発を目的として、適した分子スピン系の探索を行い、量子ビットとして電子スピンをバスとする分子スピン系の量子状態制御をパルス電子磁気共鳴技術により実行した。磁気緩和の影響を避けるために、ジフェニルニトロキシド誘導体の希釈単結晶を育成し、電子状態/分子構造をESR法を用いて解明した。電子状態解析の知見を基盤として、種々の誘導体から重水素化ジフェニルニトロキシドをベンゾフェノン中に希釈した単結晶試料に焦点を絞り、電子スピンと2つの核スピンが関与する3量子ビット系モデルとしての量子状態制御に関する考察を行った。測定には、ブルカーバイオスピン社と共同で開発した2種のコヒーレントマイクロ波を利用することが可能なQバンドパルスESR/ENDOR/ELDOR分光器を用いた。静磁場中における電磁波パルス照射後のスピン系の時間発展は、スピン量子状態の変換操作に対応し、精密な量子ゲートの設計にスピン系の時間発展制御は重要な要素である。パルスESEEM法や2次元相関分光法(HYSCORE法)における電子一核スピン量子状態の時間発展の観測より、量子ゲートの構築が可能であることを示した。

併せて、Liouville von Neumann運動方程式に基づく電子スピン磁化の時間変化を計算し、電子-核スピン複合バス系における量子位相状態の時間制御について理論的な考察を行った。パルスによるスピン回転と時間制御を取り入れることにより、効率的な量子ゲート構築を行う手法のプロトタイプを実験的に示すことができた点は、今後の分子スピンQCの量子状態変換の精密制御に新しい重要指針を提供するものである。
細胞質不和合性を起こすリケッチア様因子のハマダラカへの導入

これまでにハマダラカ属には細胞質不和合性を起こすWolbachiaの感染は報告されていなかった。今回各地各種のハマダラカの感染をWolbachiaに特異的なプライマーを調整し調べて見たがやはり感染はみられかった。Wolbachiaのハマダラカへの導入する前にコントロール実験として、すでにWolbachiaの感染が報告されているキイロショウジョウバエ(Drosophila melanogaster)とヒトスジシマカ(Aedes albopictus)に対してWolbachiaの導入を試みた。ヒトスジシマカはこれまでに調べられたすべての系統にWolbachiaが感染してることが知られているので、まずWolbachiaを持たない系統を、幼虫期にテトラサイクリン処理することによって確立した。これらのWolbachiaを持たない系統にAedes albopictusから抽出したWolbachiaの導入を試みた。キイロショウジョウバエではすでにマイクロインジェクションの方法が確立しており、Wolbachiaの導入は成功した。しかしヒトスジシマカでは卵の殻は硬く、キイロショウジョウバエと同様な方法では殻をなかなか通らず、注入に成功した卵は0.6-3.0%しか幼虫に孵化せず、その個体にはにはWolbachiaは導入されていなかった。同様にシナハマダラカ(Anopheles sinensis)にも試みたが、注入を行った卵の孵化率は0.2-0.6%でヒトスジシマカと同様にWolbachiaは導入されていなかった。これらの結果より,これまで行ったショウジョウバエで行われていたマイクロインジェクションの方法では蚊の卵にWolbachiaを導入することは困難であり、インジェクションの方法にさらなる改良が必要である。