hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
温度応答性培養皿を利用した真珠腫上皮シートの作製と真珠腫の病態解明

真珠腫性中耳炎の成因ならびに病態を解明するため、温度応答性培養皿を利用して真珠腫上皮細胞を三次元培養させ、真珠腫上皮シートの作製を目的に研究を行った。また同時に正常なケラチノサイトを培養し、中耳粘膜シートと重合させて人工鼓膜の作製を試みた。これまでのところ、鼓膜上皮シートを作製し免疫組織染色を用いて上皮の分化、増殖が正常鼓膜と同様であること、そして電子顕微鏡下での観察では基底板の存在や顆粒層におけるtight junctionの存在より、正常な鼓膜上皮層と類似した構造を有することを確認した。また中耳粘膜シートも組織学的に正常中耳粘膜とほぼ同様な組織構造が観察された。上記のように作製した鼓膜上皮シートと中耳粘膜シートがECMを介し、表裏一体となるように融合させ、三次元人工鼓膜の作製を試みたが、融合後の組織形態の維持が困難であり、また培養継続を行うための方法に苦慮し、予想したような人工鼓膜の作製は出来なかった。真珠腫上皮シートに関してはLPSやIL-4, TNF-αなどの刺激によって反応する各種タンパクの発現をELISAおよび免疫組織染色を用いて測定したが、EGEやKGFなどの発現はコントロールとして用いた正常皮膚における発現と変化が見られなかった。真珠腫上皮シートに関する問題点としては上皮の重層化が実際の手術などで採取される検体と比較してかなり少なく、単層もしくは2,3層しか構築されない点が挙げられる。この点を改善すべくair-liquid interface methodなどを用い、今後の研究を継続して行く予定である。また同時に正常なケラチノサイトを培養し、粘膜組織シートと重合させて人工鼓膜の作製を試みた。具体的に真珠腫性中耳炎の術中検体から真珠腫上皮ならびに正常な外耳道皮膚の一部を採取し、真珠腫上皮細胞と外耳道皮膚のケラチノサイトを分離して初代培養を行った。その後、ケラチノサイトは温度応答性培養皿上で重層化させ、鼓膜上皮層にあたる鼓膜上皮シートを作製した。一方、真珠腫上皮細胞に関しても同様の手法で真珠腫上皮シートの作製を試みた。鼓膜上皮シートに関してはKi-67の発現様式からは正常皮膚と同様な増殖能を有し、caspase-14の発現からは正常な分化であることを確認した。さらに、電子顕微鏡下での観察では基底板の存在や顆粒層におけるtight junctionの存在より、正常な鼓膜上皮層と類似した構造を確認した。真珠腫上皮シートに関しては元来より細菌感染性疾患であるため、細菌や真菌によるコンタミネーションの問題があり、現在作製に難渋している。人工鼓膜の作製に使用する中耳粘膜シートに関しては術中に鼓室内より同時に採取した中耳粘膜を用いた。採取した中耳粘膜をin vitroにて粘膜上皮細胞とfibroblastに分離培養し、これらの培養細胞を用いて単層の粘膜上皮ならびにコラーゲン内にfibroblastを混入させた粘膜下組織を作製し、上皮層および粘膜下層の2層からなる人工中耳粘膜シートを作製した。電子顕微鏡による観察では、若干繊毛が減少するものの正常中耳粘膜とほぼ同様な組織構造が観察された。そのため今後は粘膜上皮シートと中耳粘膜シートがECMを介し、表裏一体となるように融合させ、三次元人工鼓膜の作製を試みることを予定している。真珠腫性中耳炎は耳漏を反復する疾患として知られており、細菌または真菌の感染を伴うことの多い疾患である。そのため初代培養の段階で細菌や真菌のコンタミネーションが起こりやすく、培養の際に使用する抗菌薬や他の培養液の構成成分の調整に苦慮している。実際に培養の際にコンタミネーションを起こすことが多く、研究が停滞する原因となっている。その後、ケラチノサイトは温度応答性培養皿上で重層化させ、鼓膜上皮層にあたる鼓膜上皮シートの作製を行っている段階である。これまでに鼓膜上皮シートに関してはKi-67の発現様式からは正常皮膚と同様な増殖能を有し、caspase-14の発現からは正常な分化であることを確認した。真珠腫上皮シートに関しては細菌感染性疾患に起因する細菌や真菌によるコンタミネーションの問題により細胞シートの作製が出来ない状態が継続していたが、抗菌薬の種類を変更し、初期培養における対応を変化させることにより、真珠腫上皮シートを作製し得た。しかし、温度応答性培養皿による培養のみでは上皮細胞の重層化が困難であり、重層扁平上皮としての構造を構築するための技術を考案しているところである。

人工鼓膜の作製に使用する中耳粘膜シートに関しては前回その作製に成功し、正常中耳粘膜とほぼ同様な組織構造が観察されたことを報告した。現在は正常なケラチノサイトを培養して作製した鼓膜上皮シートと中耳粘膜シートがECMを介し、表裏一体となるように融合させ、三次元人工鼓膜の作製を試みている最中である。真珠腫上皮シートの作製過程における細菌や真菌のコンタミネーションの問題に対しては、培養の際に使用する抗菌薬や他の培養液の構成成分の調整によって解決した。しかしながら真珠腫上皮シートの作製には漕ぎ着けたものの、現在の培養方法では上皮の重層化が起こらないため、重層化させる方法に難渋しており、その結果として研究が停滞している状況にある。真珠腫性中耳炎の成因ならびに病態を解明するため、温度応答性培養皿を利用して真珠腫上皮細胞を三次元培養させ、真珠腫上皮シートの作製を目的に研究を行った。また同時に正常なケラチノサイトを培養し、中耳粘膜シートと重合させて人工鼓膜の作製を試みた。これまでのところ、鼓膜上皮シートを作製し免疫組織染色を用いて上皮の分化、増殖が正常鼓膜と同様であること、そして電子顕微鏡下での観察では基底板の存在や顆粒層におけるtight junctionの存在より、正常な鼓膜上皮層と類似した構造を有することを確認した。また中耳粘膜シートも組織学的に正常中耳粘膜とほぼ同様な組織構造が観察された。上記のように作製した鼓膜上皮シートと中耳粘膜シートがECMを介し、表裏一体となるように融合させ、三次元人工鼓膜の作製を試みたが、融合後の組織形態の維持が困難であり、また培養継続を行うための方法に苦慮し、予想したような人工鼓膜の作製は出来なかった。真珠腫上皮シートに関してはLPSやIL-4, TNF-αなどの刺激によって反応する各種タンパクの発現をELISAおよび免疫組織染色を用いて測定したが、EGEやKGFなどの発現はコントロールとして用いた正常皮膚における発現と変化が見られなかった。真珠腫上皮シートに関する問題点としては上皮の重層化が実際の手術などで採取される検体と比較してかなり少なく、単層もしくは2,3層しか構築されない点が挙げられる。この点を改善すべくair-liquid interface methodなどを用い、今後の研究を継続して行く予定である。(今後の推進方策)細胞の初代培養の際における細菌や真菌によるコンタミネーションの問題を早期に解決し、真珠腫上皮シートの作製を順次進めていく。また鼓膜上皮シートと中耳粘膜シートの重合に関する技術的な問題を解決し、次年度の研究につなげるよう努力する。(次年度の研究費の使用計画)真珠腫上皮シートおよび人工鼓膜を作製するうえで必要な細胞培養にかかる材料費、免疫組織学的ならびに分子細胞学的手法にかかる試薬などを消耗品費として使用する。また本研究に関連する研究の情報収集や本研究の成果を研究会や学会等にて発表する目的で旅費として使用する。また同様に海外論文へ投稿するため論文投稿費にも使用する予定である。真珠腫上皮シート作製における細胞の重層化が困難である問題点に関しては、温度応答性培養皿による通常の培養方法ではなくair-liquid interface methodを採用し、上皮の重層化を促進させたいと考えている。引き続き、真珠腫上皮シートの作製を順次進め、各種タンパクの発現や産生について検討していく。
数理論理学のプログラミング言語理論への応用

今年度の最初の成果としては、現在プログラム言語理論や並列アルゴリズムといった分野から注目されている線型論理(linear logic)の、非可換な体系についての研究に関する論文を完成させたことである。岡田光弘(慶應大)との共同研究によってNon-commutative proof netのCharacterization Theoremを得たが、この研究においては、Non-commutative Linear Logicの特徴づけとしてstrong planarityとstack conditionによって定められるmarked Danos-regnier graphのサブクラスという新しい概念を定義した。strong planarityという概念は、結び目理論におけるRidemeister Moveを用いてplanar graphの交差を取り除く方法を分析し、その結果として得られた概念である。現在進めている研究では、linear logicにおける計算モデルについて調べている。従来型の関数型プログラミング言語の理論的な基礎となるtype theoryのframe workに対し、linear logicよるtype-freeな推論をさらに付け加えて、higher order predicate logicより強力で無矛盾な体系が作れないかと言うことに興味をもっている。1989年の古森の論文にChurchのIntuitionistic Simple Type Theoryとtype-free affine ligicを含む体系を紹介したものがあり、その無矛盾性がopen problemであった。しかし、その体系が矛盾していることがGirard paradoxを埋め込むことにより証明できた。従って、そのparadoxを導くために使われた推論法則を分析し、無矛盾な体系に改良できないか検討中である。その結果、できるだけtype-freeの集合論に近いframe workの中で関数型プログラミング言語の基礎が作れないかということについて調べていきたい。
術中迅速蛍光診断のための癌特異的蛍光プローブ開発

手術による根治を目指す上で最も重要なのは再発を制圧する切除範囲を決定することであり、癌細胞遺残は最も避けなければならないことである。以前より術中に簡易的に診断・癌細胞の同定する方法が求められているものの未だ十分ものがないのが現状である。我々は初期の基礎研究において蛍光プローブgGlu-HMRGを用いて肺腺癌細胞株(A549、H441)の蛍光画像から癌細胞を認識可能であることを証明した。(日野らTransl Oncol, 2016)そこで「肺腺癌およびその組織亜型」の検出を目指し、手術検体を用いて、新規創製した約300種類の癌特異的蛍光プローブ(浦野ら, Sci Transl med, 2011)の蛍光強度を測定した。肺腺癌の手術検体を用いた研究ではライセートスクリーニング結果をもとに選定した蛍光プローブ(7種類)の中で3種類の蛍光プローブが平均AUC:0.83 (0.815-0.84)であり、識別能力が良好であることが証明され、肺癌特異的蛍光プローブとなる可能性が示唆された。本研究では新規癌特異的蛍光プローブを用いた「術中迅速癌細胞遺残診断」を目指している。具体的には、1肺癌や他癌肺転移に対する肺切除の際の切除断端遺残、2胸腺腫摘除の際の胸腔内播種、4悪性胸膜中皮腫手術の際の胸腔内癌細胞遺残の診断に有用と考えている。また、癌細胞遺残ではないが、近年、肺癌再発因子の一つとして注目されているSpread Through Air Spaces (STAS)は腫瘍周囲の肺胞腔内にばら蒔かれた肺癌細胞(Spread through air space: STAS)を示しているが、これに関しても術中同定、術中診断が可能となれば、手術切除範囲の決定につながっていくと考えている。しかし、現時点では蛍光プローブ毎、組織型毎に蛍光強度の違いがあり、その選別・同定に困難を極めている。平成30年度は2017年1月に改訂された肺癌TNM分類(第8版)に則して肺腺癌組織亜型およびSTASを含有する症例の検討を今までの症例(2cm以下、リンパ節転移なし)に加えて、1リンパ節転移症例、2腫瘍径2cm以上の症例に集積範囲を拡げて抽出し、臨床病理学的検討を行った。第8版TNM分類においても小型肺腺癌に対して縮小手術が行われた際、STASが有意な再発因子であることが証明され、その結果を呼吸器外科学会にて報告した。また、基礎実験では1肺癌、2他癌肺転移、3胸腺腫などの検体を集積し、手術検体を用いて組織毎に蛍光プローブの蛍光強度の測定を行い、術中迅速診断に適した癌特異的蛍光プローブの選定を行った。先行研究(日野ら, Transl Oncol, 2016)では蛍光プローブgGlu-HMRGを用いて肺腺癌細胞株(A549、H441)の蛍光画像から癌細胞を認識可能であることを証明した。また、肺癌手術検体(73例)にgGlu-HMRGを適用した結果、診断率は感度43.8%(32/73)、特異度84.9%(62/73)であり、腺癌、女性、非喫煙者に有意に反応することが明らかとなった。この成果を元に本研究では手術検体(57症例)を用いて、病理学的診断により組織型を同定し、予め作成したpeptide-HMRG、peptide-2Me-SiRなど多数の蛍光プローブを用いて正常肺と腫瘍との蛍光上昇値の違いを検討した。特に肺腺癌(25症例)の蛍光上昇に着目した。ライセートスクリーニング結果をもとに選定したプローブ(30種類)の中で3種類の蛍光プローブが平均AUC:0.83 (0.815-0.84)であり、識別能力が良好であることが証明された。これらの癌特異的蛍光プローブは先行研究で用いたgGlu-HMRGよりも有用であった。平成30年度は組織型による各種蛍光プローブの蛍光上昇の違いに関して検討可能であったが、STASや組織亜型の蛍光局在の解明および術中検出法を確立するまでには至らなかった。今後の研究の推進方策であるが、以下の5点である。1手術によって採取した組織検体のライセートを用いた蛍光プローブのスクリーニング2組織検体への反応性が高い蛍光プローブのDiced Electrophoresis Gel (DEG)アッセイによる酵素同定3組織検体への蛍光プローブの直接散布と蛍光画像の分析・蓄積4術中迅速診断に耐えうる蛍光プローブの同定。また、組織型にとらわれず、肺腫瘍部分切除検体の切離断端の癌細胞の遺残の描出をすることで、肺癌の再発の基点の詳細を解明していくことも目標とする。呼吸器外科領域腫瘍の診断・治療成績改善を目指して、基礎実験を継続していく予定である。(日野らTransl Oncol, 2016)

そこで「肺腺癌およびその組織亜型」の検出を目指し、手術検体を用いて、新規創製した約300種類の癌特異的蛍光プローブ(浦野ら, Sci Transl med, 2011)の蛍光強度を測定した。肺腺癌の手術検体を用いた研究ではライセートスクリーニング結果をもとに選定した蛍光プローブ(7種類)の中で3種類の蛍光プローブが平均AUC:0.83 (0.815-0.84)であり、識別能力が良好であることが証明され、肺癌特異的蛍光プローブとなる可能性が示唆された。本研究では新規癌特異的蛍光プローブを用いた「術中迅速癌細胞遺残診断」を目指している。具体的には、1肺癌や他癌肺転移に対する肺切除の際の切除断端遺残、2胸腺腫摘除の際の胸腔内播種、4悪性胸膜中皮腫手術の際の胸腔内癌細胞遺残の診断に有用と考えている。また、癌細胞遺残ではないが、近年、肺癌再発因子の一つとして注目されているSpread Through Air Spaces (STAS)は腫瘍周囲の肺胞腔内にばら蒔かれた肺癌細胞(Spread through air space: STAS)を示しているが、これに関しても術中同定、術中診断が可能となれば、手術切除範囲の決定につながっていくと考えている。しかし、現時点では蛍光プローブ毎、組織型毎に蛍光強度の違いがあり、その選別・同定に困難を極めている。平成30年度は2017年1月に改訂された肺癌TNM分類(第8版)に則して肺腺癌組織亜型およびSTASを含有する症例の検討を今までの症例(2cm以下、リンパ節転移なし)に加えて、1リンパ節転移症例、2腫瘍径2cm以上の症例に集積範囲を拡げて抽出し、臨床病理学的検討を行った。第8版TNM分類においても小型肺腺癌に対して縮小手術が行われた際、STASが有意な再発因子であることが証明され、その結果を呼吸器外科学会にて報告した。また、基礎実験では1肺癌、2他癌肺転移、3胸腺腫などの検体を集積し、手術検体を用いて組織毎に蛍光プローブの蛍光強度の測定を行い、術中迅速診断に適した癌特異的蛍光プローブの選定を行った。先行研究(日野ら, Transl Oncol, 2016)では蛍光プローブgGlu-HMRGを用いて肺腺癌細胞株(A549、H441)の蛍光画像から癌細胞を認識可能であることを証明した。また、肺癌手術検体(73例)にgGlu-HMRGを適用した結果、診断率は感度43.8%(32/73)、特異度84.9%(62/73)であり、腺癌、女性、非喫煙者に有意に反応することが明らかとなった。この成果を元に本研究では手術検体(57症例)を用いて、病理学的診断により組織型を同定し、予め作成したpeptide-HMRG、peptide-2Me-SiRなど多数の蛍光プローブを用いて正常肺と腫瘍との蛍光上昇値の違いを検討した。特に肺腺癌(25症例)の蛍光上昇に着目した。ライセートスクリーニング結果をもとに選定したプローブ(30種類)の中で3種類の蛍光プローブが平均AUC:0.83 (0.815-0.84)であり、識別能力が良好であることが証明された。これらの癌特異的蛍光プローブは先行研究で用いたgGlu-HMRGよりも有用であった。平成30年度は組織型による各種蛍光プローブの蛍光上昇の違いに関して検討可能であったが、STASや組織亜型の蛍光局在の解明および術中検出法を確立するまでには至らなかった。今後の研究の推進方策であるが、以下の5点である。1手術によって採取した組織検体のライセートを用いた蛍光プローブのスクリーニング2組織検体への反応性が高い蛍光プローブのDiced Electrophoresis Gel (DEG)アッセイによる酵素同定
TALEN法により疾患ゲノムを修復したiPS細胞を用いた自家臓器再生技術開発

ゲノム配列の決定により、任意の遺伝子をノックアウトあるいはノックインできるゲノム編集技術TALENやCRISPR/Casシステムが近年開発されており、様々な生物種おいて効率よくノックアウトが可能となった。この技術と胚盤胞補完法を組み合わせることで、簡単に異種動物内に臓器を作製できることが想定される。本研究において、マウスを用いて実験を行っているが、少なくともノックアウト作製に関しては、非常に効率がよいことが明らかとなった。そこで、ゲノム編集を行った受精卵を培養し、胞胚期にさらにiPS細胞を注入する胚盤胞補完により簡便に動物体内でiPS細胞由来の臓器作製が可能となった。再生医療の実用化を推進するため、Transcription Activator-Like Effector Nucleases(TALEN)法またはCRISPR(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)/Cas法によるゲノム編集とiPS細胞による胚盤胞補完法を活用し、将来的にブタ生体内にヒト臓器作製を目的として、iPS細胞由来の臓器・器官作製の基礎技術開発をマウスで行った。TALENもしくはCRISPR/Cas法は、特定のDNA配列においてゲノム編集を高効率で行うことができるノックアウト法であり、本研究ではFGF10ノックアウトマウスの作製を行った。Golden Gate法によりFGF10遺伝子配列に対応するTALENを作製し、TALEN mRNAをマウスの受精卵にインジェクションし遺伝子改変マウスの選択を行った結果、四肢欠損のノックアウト個体を作製することに成功した。さらに、CRISPR/Cas法においても非常に高効率でノックアウト作製が可能となった。また、胚盤胞補完に用いるマウスiPS細胞の維持培養技術は、MEFをフィーダー細胞に用いて培養を行ったところ、良好な維持培養が可能となり、大量に同世代での細胞の凍結保存を行った。アルカリフォスファターゼ(AP)は,iPS細胞を含むすべての多能性幹細胞で高発現しており、多能性細胞に共通したマーカーとして広く知られているため、未分化細胞マーカーとしてAP染色を行った結果、その活性が確認された。今後、FGF10ノックアウトマウス由来の胚盤胞とマウスまたはラットiPS細胞による胚盤胞補完法により同種、異種動物個体内での四肢作製が可能か明らかにする。さらに、遺伝子疾患のiPS細胞をCRISPR/Casで遺伝子治療した後に、臓器を作製することも検討する。多能性幹細胞からin vitroで臓器を作製することは再生医療の実用化を推進するため重要な目的である。しかし、組織を構成する細胞の多様性や3次元構造の再現は非常に困難である。そこで、CRISPR/Cas法によるゲノム編集とiPS細胞による胚盤胞補完法を活用し、将来的にブタ生体内にヒト臓器作製を目的として、iPS細胞由来の臓器・器官作製の基礎技術開発をマウスで行った。本研究において、CRISPR/Cas法によりFGF10ノックアウトマウスの作製を行った結果、四肢欠損のノックアウト個体を作製することに成功した。そこで、EGFPを発現するマウス多能性幹細胞をFGF10ノックアウトマウスの胚盤胞へ注入し、マウスーマウス同種間のキメラ作製を試みた。得られた新生仔を解析した結果、iPS細胞の寄与が確認されたFGF10ノックアウトマウスにおいて一様にEGFP蛍光を示す四肢が形成された。本研究では、遺伝的に四肢を欠損したマウスの胚盤胞に多能性幹細胞を注入する胚盤胞補完法によりin vivoで多能性幹細胞に由来する四肢が作製可能であると示された。また、CRISPR/Cas技術の有効性は、培養細胞においても遺伝子改変ができる点にある。例えば、遺伝的要因で疾患のある患者から体細胞を取ってきてヒトiPS細胞を樹立した場合、遺伝性疾患の原因となる遺伝子異常は、iPS細胞においても保持されているため、その原因遺伝子の変異をCRISPR/Casにより挿入(ノックイン)、置換(ノックイン)することで正常な遺伝子に置き換え、正常なiPS細胞を得ることが必須である。現在、コオロギ胚を用いてノックインに成功しており、今後このノックイン技術を応用することで作製された正常iPS細胞から異種間臓器・器官作製を行い、移植や直接体内に投与することで遺伝性疾患治療の発展に繋がると予想される。再生生物学ゲノム配列の決定により、任意の遺伝子をノックアウトあるいはノックインできるゲノム編集技術が近年開発されており、マウスにおいても効率よくノックアウトが可能となった。現在、マウスを用いて実験を行っているが、少なくともノックアウト作製に関しては、非常に効率がよいことが明らかとなった。そこで、ゲノム編集を行った受精卵を培養し、胞胚期にさらにiPS細胞をインジェクションして、仮親に戻す方法を現在遂行している。この胚盤胞補完法により簡便に異種動物内での臓器作製が可能と考えられる。

TALENもしくはCRISPR/Casで作製したFGF10ノックアウトマウスとマウスまたはラット由来iPS細胞を用いたキメラマウスの生体に同種、異種動物の四肢が作製可能か明らかにする。さらに、ノックアウトマウスの体細胞からiPS細胞を樹立し、TALENまたはCRISPR/Casによる遺伝子異常のリプログラミングで正常化したiPS細胞とノックアウトマウスを用いたキメラマウスで正常な四肢が作製されるか示す。また、遺伝子の多様性に対し、TALEN、CRISPR/Casを用いた組織特異的エンハンサー領域の変異により遺伝子発現調節することで、iPS細胞が目的の組織以外にならないよう制御できるか明らかにする。TALENもしくはCRISPR/Cas技術の有効性は、培養細胞においても遺伝子改変ができる点にある。例えば、遺伝的要因で疾患のある患者から体細胞を取ってきてヒトiPS細胞を樹立した場合、遺伝性疾患の原因となる遺伝子異常は、iPS細胞においても保持されているため、その原因遺伝子の変異をTALENもしくはCRISPR/Casにより欠損、挿入、置換することで正常な遺伝子に置き換え、正常なiPS細胞を得ることが必須である。この正常iPS細胞から異種間臓器・器官作製を行い移植に用いたり、直接体内に投与することで遺伝性疾患治療の発展に繋がると予想されるが、本年度はノックアウトマウスからのiPS細胞の作製及びTALENもしくはCRISPR/Caによる遺伝子の変異修復までに至っておらず、次年度行う予定としてその使用額が生じた。次年度使用額及び翌年度助成金により、FGF10ノックアウトマウスの繊維芽細胞からOct3/4、Sox2、Klf4、c-Myc発現用レトロウイルスベクターを用いてiPS細胞の作製を行う。さらにGFP標識する。このFGF10遺伝子異常を保持したiPS細胞とFGF10ノックアウトマウスを用いたキメラマウスの四肢、肺は欠損するのに対し、TALENもしくはCRISPR/Casによる相同組み換えにより遺伝子型が正常化されたiPS細胞のキメラマウスでは、四肢と肺が正常に作製されるかGFPを指標に解析を行う。さらに、異種間動物での胚盤胞補完法を確立するため、ラットiPS細胞の作製も合わせて行う。
中妻貝塚出土の多数合葬人骨からみた親族関係と縄文社会の研究

茨城県取手市の中妻貝塚から、縄文時代後期初頭の人骨100体以上がひとつの小さな土壙墓からまとまって出土した。これまでに縄文時代の遺跡からは多くの人骨が出土しているが、ひとつの土壙からこのような多数の人骨が出土した例はない。しかも発掘状況から、被葬者は堀ノ内2式期のごく短期間のうちに死亡した集落内の血縁の濃い人々であったと考えられた。縄文時代の社会組織については、住居址や埋葬形式などの考古学的事例や民族学的事例から論議されてきたが、いずれも想像の域を出ていない。とりわけ、人骨から議論されたことは一度もない。考古学を専門とする西本は取手市の依頼により中妻貝塚の発掘報告書を刊行すると同時に、1994、95年にわたり形質人類学を専門とする松村を分担者として、科学研究費助成金(一般C)の支援を受け、人骨の復元・整理・記載等の作業をおこなった。また試験的にこれら被葬者のうち29体の歯の計測値にもとづく血縁関係の分析を行ったところ、この29体に2つの家系とみられるクラスターが見出された。今回の基盤研究(C)による研究では、一つには、中妻貝塚人の歯の計測値にもとづいて推定された血縁関係がどの程度まで信頼できるかを別の方法で検討することとし、さらには中妻貝塚以外の遺跡について血縁関係を追及することとした。前者については、分子人類学的手法として、歯根部からDNAを抽出することにより血縁解析を実行した。最終的に歯の形態とDNAによる血縁関係の突合せることによって、確信のもてる血縁関係を明らかにした。歯冠計測による血縁推定とDNAによる血縁解析との対比が大きく注目されるところである。従来の単独の方法による血縁推定は精度の限界から、推定がどの程度事実を反映しているのか、検証が困難であったからである。両者の方法による結果の突合せは画期的であり、血縁推定の有効性や方法論についても大きな進歩が期待される。茨城県取手市中妻貝塚のひとつの墓穴から一括して出土した縄文時代後期前半の約100体の人骨の親族関係を考えるために、西本と松村は、歯の歯冠計測値の統計学的分析をすでに行っている。そこで、この研究では、同じ人骨資料のDNA分析を行って、親族関係が歯の計測値による分析と一致するか否かを検討することとした。平成9年度は、中妻貝塚出土人骨のうち、歯冠の計測値が得られる歯を40点選び、その歯根部分を切断してミトコンドリアDNA分析を行った。この結果、29点の資料でミトコンドリアの配列を確認することができた。その内容は、ひとつのグループに属するもの17例、もうひとつのグループに属するもの5例で、その他はすべて1例ずつとなった。ミトコンドリアの分析は母系遺伝を示すので、この分析結果は大きく二つの母系グループが中妻貝塚に存在したことを示している。そして、そのグループの区分は、歯冠計測値の分析結果とは異なっていた。しかし、父系遺伝と母系遺伝の両方が影響する歯冠計測値による分析結果が、母系遺伝のみを示すミトコンドリアDNA分析の結果と一致しないことは当然であり、現在この二つの分析結果の意味を検討中である。なお、篠田によるDNA分析と並行して、松村は歯冠の計測を行った。西本は、来年度の研究の準備として、人骨出土例とその文献を集成する作業を行った。

来年度は、中妻貝塚人骨のDNA分析をさらに追加するとともに、他の遺跡出土人骨のDNA分析も行い、縄文人の親族関係を考える手掛かりを得たいと願っている。平成10年度の研究は、まず縄文時代後期の中妻貝塚人の歯根で得られたDNAの分析結果と、歯冠計測値から推定された血縁関係の比較検討を行った。DNA分析は、ミトコンドリアDNAを用いたため母系を示すのに対して、歯冠計測値は両親の形質を受け継ぐので、両者の分析結果が一致しないことは当然である。この点を考慮して検討したところ、この両者の分析結果は、矛盾しないことが明らかとなった。そして、縄文時代の中妻貝塚人が、ひとつの大きな母系集団を核として、そこにいくつかの他の母系の人が加わって形成されていたと推定された。この結果は論文としてまとめられ、三者の連名で1998年11月に動物考古学第11号に掲載された。次に、中妻貝塚人と比較するために、千葉県茂原市下太田貝塚出土の縄文時代中期・後期の約200体の縄文人骨の研究に着手した。それらの人骨の水洗・乾燥・接合・復元を行い、年齢・性別を判定した。その後、歯冠の計測を行い、DNA分析用の資料を採取した。今年度は約100体の人骨の水洗しかできず、その100体については、歯冠の計測とDNA分析用の資料を採取した。来年度にDNA分析を行い、下太田貝塚人の血縁関係を明らかにする予定である。茨城県取手市の中妻貝塚から、縄文時代後期初頭の人骨100体以上がひとつの小さな土壙墓からまとまって出土した。これまでに縄文時代の遺跡からは多くの人骨が出土しているが、ひとつの土壙からこのような多数の人骨が出土した例はない。しかも発掘状況から、被葬者は堀ノ内2式期のごく短期間のうちに死亡した集落内の血縁の濃い人々であったと考えられた。縄文時代の社会組織については、住居址や埋葬形式などの考古学的事例や民族学的事例から論議されてきたが、いずれも想像の域を出ていない。とりわけ、人骨から論議されたことは一度もない。考古学を専門とする西本は取手市の依頼により中妻貝塚の発掘報告書を刊行すると同時に、1994、95年度にわたり形質人類学を専門とする松村を分担者として、科学研究費助成金(一般C)の支援を受け、人骨の復元・整理・記載等の作業をおこなった。また試験的にこれら被葬者のうち29体の歯の計測値にもとづく血縁関係の分析を行ったところ、この29体に2つの家系とみられるクラスターが見出された。今回の基盤研究(C)による研究では、一つには、中妻貝塚人の歯の計測値にもとづいて推定された血縁関係がどの程度まで信頼できるのかを別の方法で検討することとし、さらには中妻貝塚以外の遺跡について血縁関係を追及することとした。前者については、分子人類学的手法として、歯根部からDNAを抽出することにより血縁解析を実行した。最終的に歯の形態とDNAによる血縁関係の突合せることによって、確信のもてる血縁関係を明らかにした。歯冠計測による血縁推定とDNAによる血縁解析との対比が大きく注目されるところである。従来の単独の方法による血縁推定は精度の限界から、推定がどの程度事実を反映しているのか、検証が困難であったからである。両者の方法による結果の突合せは画期的であり、血縁推定の有効性や方法論についても大きな進歩が期待される。
小児インスリン依存型糖尿病の免疫遺伝学的発症機序に関する研究

1.臨床研究(1)インスリン依存症糖尿病(IDDM)の予知、予防に関する研究IDDMではその発症前から膵島細胞抗体(ICA)、インスリン自己抗体(IAA)などの自己抗体が検出されることが知られており、これらの免疫学的マーカーを用いてIDDMの発症を予知しようとする試みが欧米を中心に行われている。我々は1993年4月よりアメリカカリフォルニア大学のS.Soeldner教授との共同研究を行っており、現在までに日本国内28施設から集められた330名の日本人IDDM患者の家族のICAとIAAを測定した。その結果、6名のICA陽性者と11名のIAA陽性者を発見し、そのうち両方の抗体が陽性であった1名についてはその後IDDMを発症し、予知が可能であった。(2)IDDM患者の乳児期早期の栄養法についての調査今日、IDDM発症の環境因子として乳児期早期の牛乳タンパクの摂取が注目されている。白人での疫学調査では、IDDMは母乳栄養児に比し早期にミルク栄養を開始した子供に有意に高い頻度で発症することが報告されている。我々は本邦のIDDM患者79名とその同胞98名の乳児期の栄養法の調査を行った結果、IDDM患者の母乳栄養の割合が24.1%であったのに対し同胞のそれは32.7%であったことがわかった。統計学的有意差はないものの、同一の母親でありながら同胞の比率よりIDDM患者では25%程度低値であった。2.実験的研究NODマウスやBBラットなどの動物モデルでは、顕性糖尿病発症前からのインスリンの予防投予によってIDDMの発症を抑制することが報告されている。我々は、インスリンと約65%の共通のアミノ酸配列をもち血糖降下作用も有するIGF-IをNODマウスに発症前から投与し、その効果を検討している。現在までに410週齢までのIGF-Iの皮下注射は、10週齢時でのinsulitis(ラ島炎)を抑制することがわかった。
アルカリ金属ホウ酸塩ガラスの音速と音波吸収の低温測定による低エネルギー励起の解明

1.目的ガラスは長距離秩序は持たないが、階層で区別する局所的な秩序(短距離秩序→中距離秩序→クラスター)を持つ。ガラスは結晶と比較して低エネルギー領域でのフォノンの状態密度が過剰であり、この過剰の低エネルギー励起はボソンピークと呼ばれている。この研究はアルカリ金属ホウ酸塩ガラスについて、超音波とラマン分光を用いて低エネルギー励起の起因を解明することを目的としている。2.実験(1)超音波測定:超音波パルスエコー重畳法による。基本共振周波数10MHzの水晶振動子を高調波励振することによって10MHz50MHzの周波数帯域で音速と音波吸収を測定している。極低温冷却システムを使用して4.2K300Kの温度範囲で超音波測定を行っている。(2)ラマン分光:アルゴンレーザーの5145Å,100mWの光をf=200mmのレンズを通して試料に照射し、散乱光はF2.5のレンズで集光している。分光は加分散型トリプルモノクロメーターを用いて分解能2cm^<-1>で行ない、散乱光はフォトンカウンティング方式で検出している。3.結果リチウムホウ酸塩ガラスについて得られた結果を要約する。(1)密度・熱膨張係数・音速の温度変化を測定し、非調和振動を表すGruneisen定数を決定した。(2)ボソンピークがクラスター中に励起されるフォノンの非調和振動に起因するという理論に基づいてラマン分光のボソンピークを解析し、Gruneisen定数を決定した。(3)この2つの実験から求めたGruneisen定数の組成依存性は定性的に一致した。(4)Gruneisen定数の組成依存性はガラス転移の温度幅から求めたfragilityの組成依存性と傾向が一致した。(5)ガラスを形成する液体のfragilityという概念がガラス状態にある固体の非調和振動と関連していることが判明した。1.目的アルカリ金属ホウ酸塩ガラスはホウ酸塩異常と呼ばれる特異な挙動を示す。音速と弾性的性質が構造変化に敏感な物理量であることに着目してこの異常現象を解明する。2.実験アルカリ金属ホウ酸塩ガラスをxM_2O・(1-x)B_2O_3(M=Li,Na,K,Rb,Cs,xはM_2Oのモル分率)で表す。M=Li,Na,K,Rb,Csに関する二成分ガラスの密度と音速を測定して弾性定数を決定した。以下に主な実験項目を説明する。(1)ガラス作製:アルカリ金属水酸化物とホウ酸を湿式反応されることによって化学的に均質な粉末を調製し、この粉末を熔融して超音波伝播特性が優れたガラスを作製した。(2)組成分析:電位差滴定法により、アルカリ金属酸化物は逆滴低法で定量し、酸化ホウ素は強酸性のホウ素-マンニット錯体に変換して定量した。(3)ガラス転移の測定:示差走査熱量計によりガラス転移温度を測定した。(4)密度測定:ガラス転移温度で熱処理を行なった後、ガラスの密度を液中秤量法で測定した。(5)超音波測定:パルスエコー重畳法により縦波音速と横波音速を共振周波数が10MHzの水晶振動子を使用して測定した。3.結果縦波音速と横波音速を10MHz,298Kで測定した結果を要約する。

この研究はアルカリ金属ホウ酸塩ガラスについて、超音波とラマン分光を用いて低エネルギー励起の起因を解明することを目的としている。2.実験(1)超音波測定:超音波パルスエコー重畳法による。基本共振周波数10MHzの水晶振動子を高調波励振することによって10MHz50MHzの周波数帯域で音速と音波吸収を測定している。極低温冷却システムを使用して4.2K300Kの温度範囲で超音波測定を行っている。(2)ラマン分光:アルゴンレーザーの5145Å,100mWの光をf=200mmのレンズを通して試料に照射し、散乱光はF2.5のレンズで集光している。分光は加分散型トリプルモノクロメーターを用いて分解能2cm^<-1>で行ない、散乱光はフォトンカウンティング方式で検出している。3.結果リチウムホウ酸塩ガラスについて得られた結果を要約する。(1)密度・熱膨張係数・音速の温度変化を測定し、非調和振動を表すGruneisen定数を決定した。(2)ボソンピークがクラスター中に励起されるフォノンの非調和振動に起因するという理論に基づいてラマン分光のボソンピークを解析し、Gruneisen定数を決定した。(3)この2つの実験から求めたGruneisen定数の組成依存性は定性的に一致した。(4)Gruneisen定数の組成依存性はガラス転移の温度幅から求めたfragilityの組成依存性と傾向が一致した。(5)ガラスを形成する液体のfragilityという概念がガラス状態にある固体の非調和振動と関連していることが判明した。
認知症高齢者グループホームにおける居住者間の相互作用に着目した環境デザイン

本研究は、認知症高齢者グループホームにおける居住者間の相互作用に着目し、人的環境と物理的環境の双方を捉える包括的な環境デザインのあり方を探るものである。他の居住者の存在は、居住者にとって非常に大きな環境要素のひとつであり、これに着目する。環境の影響を繊細に受ける認知症高齢者の主観的意味づけを把握するために、少数事例における質的研究方法を採用している。2016年度は、2つの調査を実施した。1つは認知症介護車実践者研修受講者に対する質問紙調査である。調査は3回実施した。合計で239人の受講者から回答を得た。認知症高齢者の生活環境に対する課題、改善点、工夫について、総数1331のデータを得た。これらの分析結果は、第32回国際アルツハイマー病協会国際会議で口頭発表、老年社会科学会でポスター発表を行った。日本福祉のまちづくり学会全国大会では口頭発表予定であったが、体調不良のため、梗概集のみ掲載されている。2つ目は認知症高齢者を含む高齢者が共同生活を営む制度街の住まい、グループリビングにおける実態調査である。2016年度は北海道2件、関東3件、関西3件、2018年度は関東3件、関西3件の調査を実施した。これらの結果は、日本建築学会住宅系論文報告会にて口頭発表を行った。日本建築学会全国大会では口頭発表予定であったが、体調不良のため、梗概集のみ掲載されている。2019年日本福祉のまちづくり学会での投稿予定である。環境の影響を繊細に受ける認知症高齢者の主観的意味付けを把握するために、少数事例における質的研究方法を採用する。1つは認知症介護者実践者研修受講者に対する質問紙調査である。調査は3回実施した。これらの分析結果は、第32回国際アルツハイマー病協会国際会議、老年社会科学会、日本福祉のまちづくり学会大会等で口頭発表予定である。2つめは、認知症高齢者を含む高齢者が共同生活を営む制度外の住まい、グループリビングにおける実態調査である。2016年度は北海道2件、関東3件、関西3件の調査を実施した。これらの結果は、日本建築学会にて口頭発表予定である。グループホームの実態調査を予定したが、初年度は実践者研修の受講生を対象とした質問紙調査に変更した。これは所属研究機関が実施する研修を利用したもので、より効果的に量的な補足が可能であり、質的調査を信頼性を高めるために実施することが適切であると判断したためである。また、これと並行してグループリビング実態調査を進めている。ここでは認知症高齢者と認知症ではない高齢者が共同居住をおこなう生活環境が構築されており、認知症高齢者を取り巻く人的環境についての示唆が得られている。研究方法に変更があるものの、進捗については概ね順調に進展している。環境の影響を繊細に受ける認知症高齢者の主観的意味付けを把握するために、少数事例における質的研究方法を採用している。調査は3回実施した。これについては今後、追加調査を行い、査読論文へと昇華させていく予定である。こちらについても、複数の調査結果をまとめ、査読論文へとブラッシュアップさせていく予定である。産前産後の休暇、および育児休暇を取得しており、このため研究期間を延長している。

2016年度は、2つの調査を実施した。1つは認知症介護車実践者研修受講者に対する質問紙調査である。調査は3回実施した。合計で239人の受講者から回答を得た。認知症高齢者の生活環境に対する課題、改善点、工夫について、総数1331のデータを得た。これらの分析結果は、第32回国際アルツハイマー病協会国際会議で口頭発表、老年社会科学会でポスター発表を行った。日本福祉のまちづくり学会全国大会では口頭発表予定であったが、体調不良のため、梗概集のみ掲載されている。2つ目は認知症高齢者を含む高齢者が共同生活を営む制度街の住まい、グループリビングにおける実態調査である。2016年度は北海道2件、関東3件、関西3件、2018年度は関東3件、関西3件の調査を実施した。これらの結果は、日本建築学会住宅系論文報告会にて口頭発表を行った。日本建築学会全国大会では口頭発表予定であったが、体調不良のため、梗概集のみ掲載されている。2019年日本福祉のまちづくり学会での投稿予定である。研究代表者の所属研究機関が変更になったため、従前の研究機関の全面的な協力が得られにくくなった。引き続き連携に尽力するとともに、今後は、在宅の認知症高齢者の関連機関(認知症家族の会)等と関係を強化していき、研究協力機関の発掘を行う。グループリビングに関しては、今年度も全国の事例にアプローチするとともに、より調査対象に深く迫る視点を持ちながら引き続き調査を実施する。研究者の所属機関が変更になり、これまでの同様の協力体制を構築することが難しくなった。このため、独自に研究協力が得られる認知症高齢者グループホームを探す一方、これまで信頼関係が醸成されている高齢者グループリビングを対象とし、認知症高齢者の環境デザインに関する知見を得ていく予定である。産前産後および育児休暇のため、旅費の執行ができていない。次年度に執行予定である。
配向カルビン-リチウム複合薄膜の合成と物性

Ziegler-Natta触媒を用いたアセチレン重合によりポリアセチレンフィルムを調製し、2倍延伸後、塩化鉄過剰ドープ反応により立体選択的に塩素化を行い薄黄色透明薄膜を得た。さらに、DBU、t-BuOKを用いる化学的手法、あるいは電気化学的脱離法により脱塩化水素化を行いカルビン構造とポリエン構造を含む共役系高分子薄膜を合成した。延伸による高分子主鎖の配向効果をXRDおよびSEMにより検討したところ、塩素化および脱塩化水素化反応を経ることにより低下した。最終生成物は多数のミクロ細孔よりなる興味ある表面モルフォロジーを示した。しかし、生成した薄膜はもろく強度が低かった本反応により得られたカルビン構造を有する薄膜は、構造が不均一であり、また加工性、再現性に乏しかったため、より構造均一性の高いカルビン薄膜を得るための高分子の合成を検討した。可溶で製膜することができる直鎖炭素構造を有する共役系高分子、ポリ(置換フェニレンalt-オリゴエチニレン)の合成を行った。今回、直鎖状炭素部位として、エチニレン(C2)、ブタジイニレン(C4)、及びオクタテトライン(C8)を有する3種の型のポリマーを合成した。さらに、生成ポリマーを可溶化するため、フェニレンの2,5位に側鎖置換基として長鎖アルコキシ基を導入した。これらのポリマーの特色は、決まった長さの直鎖炭素種がフェニレン基にはさまれ安定化され、空気中でも分解せずに取り扱える点である。また、共役系高分子であるため半導体的性質を示し、ドープすることにより10_<-4>Scm_<-1>程度の電気伝導度を示す。また電極上の薄膜は電気化学活性があり、Li^+ドープされることを確認した。
格子ゲージ理論によるトポロジカル量子相の研究

近年注目を浴びているトポロジカル絶縁体とは、例えばスピンアップとダウンのそれぞれを見ればトポロジカルに非自明だが、全体としてはそれぞれのトポロジカル数が逆符号であるためキャンセルして、一見トポロジカルに自明と見えるような新しいタイプの絶縁体である。これに動機付けされて、我々は互いに逆符号のチャーン数を持つ模型を帯状に交互に並べた超格子系模型を提案した。その特別な模型の新規な振る舞いを理解を目指している過程で「エンタングルメント・チャーン数」という一般的かつ普遍的な新しいタイプのトポロジカル数の発見に至った。これがトポロジカル絶縁体一般の理解に大変有効であることを示した。交付申請書の研究実施計画に記したように、25年度は「超格子」トポロジカル絶縁体・超伝導体の研究を主に行った。まず最初に超格子系のトポロジカル相の新概念を確立するために、2次元の量子ホール系において、単独では異なるトポロジカル相を層状に配置した模型を提案し、その新奇なトポロジカル相を詳細に調べた。最初に、具体的な模型としては、格子ゲージ理論で用いられるWilson-Dirac模型(Dirac fermionを格子上に定義した模型)の質量を層状に配置することによって、言わば異なるチャーン数0,1,-1を層状に配置した模型を調べた。特にチャーン数1,-1を層状に配置し、その結果全体のチャーン数が0となる状況において、非自明な新奇な相が現れることが分かった。すなわち、全チャーン数が0は通常では自明な絶縁体を意味するが、境界に沿って局在した所謂エッジ状態が現れることが分かった。バルク・エッジ対応により、通常ではバルクのチャーン数0ならば、エッジ状態も0個となるはずである。この新奇な相をどのように特徴付ければ良いのか。これが本研究で最も時間を費やし苦労した点である。結論は、チャーン数と共に、ベリーの位相によってこのエッジ状態が特徴付けられることを示した。次により多様な模型を用いて、同様のトポロジカル相、すなわちチャーン数0であるにもかかわらず非自明なエッジ状態の存在する相が実現するか否かを調べた。具体的には、必ずしも層状物質ではないような非等方的Wislon-Dirac模型などである。その結果、このような相の実現には、必ずしも層状であることは必要でなく、より一般的な現象であることが理解された。対称性に護られたトポロジカル量子相が研究対象であり、様々なトポロジカル相を特徴付けるトポロジカル不変量の計算方法の開発、及び、トポロジカル場の理論の構築の2つの側面から研究を行う。26年度は、前者において著しい発展があった。数年前から2次元における弱いトポロジカル相の研究を行ってきたが、なかなかその本質が分からなくて苦労をしていた。しかし、系を2つに分割して片方を消去した残りの自由度を調べる、所謂エンタングルメント・エントロピー、エンタングルメント・スペクトラムなどのテクニックを拡張して、新しいエンタングルメント・トポロジカル数という新しい概念を提唱して、特にエンタングルメント・チャーン数が弱い量子状態を特徴付ける量子数として非常に有効であることを示した。エンタングルメントの分野では、これまでエンタングルメント・エントロピーが提案され、それがエンタングルメント・スペクトラムに拡張されたが、我々の提案は、このエンタングルメント・ハミルトニアンの固有値では無くて、波動関数を使ってトポロジカル数を計算するという、これまでに無い全く新しい概念である。この概念自体が全く新しい上に、それがトポロジカル相の分類にも非常に有効であることを示したのである。また、エンタングルメント・ベリー位相も非常に有効な場合があることも示した。この分野はまだ始まったばかりで、これからの大きな発展が期待される。27年度も集中的に継続して研究を行っていく予定である。これまでにない新しいエンタングルメント・チャーン数を26年度に我々は提案したが、27年度は主にこのエンタングルメント・チャーン数の応用に関する研究を行った。対称性に護られたトポロジカル量子相は今日までに詳細に分類されている。ところが、外場等によってこの対称性が破れた場合にトポロジカル量子相がどうなるかは全く分かっていない。直感的には、ごく小さな対称性の破れに対して、トポロジカル量子相は保たれると考えられる。しかし、その安定性を定量的に議論できる道具はこれまで全くなかった。エンタングルメント・チャーン数は対称性に基づかないため、そのような議論に威力を発揮する。まず、2次元トポロジカル絶縁体の時間反転対称性を破った場合、どこまでトポロジカル絶縁体が安定化を議論した。具体的には典型的なトポロジカル絶縁体のKane-Mele模型に磁場をかけた場合の相図を、エンタングルメント・チャーン数を用いて調べた。その結果、弱磁場ではトポロジカル絶縁体相は安定であること、またスピン軌道結合が強い場合には新奇な相の現れること等を明らかにした。また1次元のスピンポンプの新しい模型を提案し、スピンポンプの可能性を議論した。必ずしも時間反転対称性を持たなくてもスピンポンプは起こり得ることを示した。

エンタングルメント・チャーン数は全く新しいトポロジカル数なので、慎重にその性質や適用可能性等を検討しているため時間がかかってはいるが順調に進展している。特にスピンポンプの新しい模型に関しては、1年以上かけて慎重に検討しようやく論文の執筆に至っている。本研究は、対称性に護られたトポロジカル量子相が研究対象であり、様々なトポロジカル相を特徴付けるトポロジカル不変量の計算方法の開発、及び、トポロジカル場の理論の構築という2つの側面から研究を行うことを目的としている。28年度には主に2つの異なる系を対象に研究を行った。第1の研究対象は、1次元トポロジカルポンプである。30年以上も前にサウレスにより提案されたトポロジカルポンプが、ごく最近になって冷却原子系で実験的に検証された。このトポロジカルポンプに関して、より一般的な模型に基づいて解析を行い、バルク状態を特徴付ける第1チャーン数と境界のある系のエッジ状態の関連性に関して解析を行った。境界のある系での重心の移動が、ポンプ系におけるバルク・エッジ対応となることを示した。また、同じ1次元トポロジカルポンプに関して、1本鎖を2本鎖にすることによって近年注目を集めているスピンポンプ系の模型を考案し解析を行った。スピンポンプでは時間反転対称性が重要な役割を果たすことが知られている。ところが、必ずしも時間反転対称性を満たしていなくてもスピンポンプが起こること、そして、それを特徴付けるのはエンタングルメント・チャーン数であることを示した。第2の研究対象は、高次元のトポロジカル系に関するものである。近年、ワイル半金属等の発見によりカイラル量子異常を固体物理で検証しようとの気運が高まっている。3+1次元の量子異常には第2チャーン数が深く関係している。我々はWilson-Dirac模型を用いて、格子模型で第2チャーン数を正確に計算する手法を開発した。これは2次元でよく知られたStreda公式を4次元に拡張したものに対応している。近年注目を浴びているトポロジカル絶縁体とは、例えばスピンアップとダウンのそれぞれを見ればトポロジカルに非自明だが、全体としてはそれぞれのトポロジカル数が逆符号であるためキャンセルして、一見トポロジカルに自明と見えるような新しいタイプの絶縁体である。これに動機付けされて、我々は互いに逆符号のチャーン数を持つ模型を帯状に交互に並べた超格子系模型を提案した。その特別な模型の新規な振る舞いを理解を目指している過程で「エンタングルメント・チャーン数」という一般的かつ普遍的な新しいタイプのトポロジカル数の発見に至った。これがトポロジカル絶縁体一般の理解に大変有効であることを示した。エンタングルメント・トポロジカル数、特にエンタングルメント・チャーン数というこれまでに無い全く新しい概念を発見し、新たな研究分野を開いた。これは自分としては大きく評価できる。ただ、これで終わりでは無く、その有効性を様々な系で実証し、より一般的で他の研究者の興味も引いて役にも立つように発展させていかなければならない。まずスピンポンプに関しては現在論文を執筆中である。まずはこれを完成させ、実験的な検証可能性を探る。また、エンタングルメント・チャーン数の更なる応用を目指す。特に、相互作用系への応用は興味深い。