hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
メラトニン投与による睡眠・覚醒障害治療法の開発

本研究では、国立精神・神経センターの超高解像度ポジトロンCTを用い、最新の画像処理技術を駆使し脳の機能画像を三次元的に再構成し、レム睡眠における神経回路網を明らかにする。健康な右利き男子大学生を18名を被験者とした。被験者には,PET測定台上で十分な睡眠をとれるように試験前日に全断眠を行わせた。試験当日は,19時より電極装着,動静脈の血管確保,頭部固定のためのマスク装着などの準備を行い,22時に消灯し,翌朝8まで終夜睡眠ポリグラム記録を行った。PETスキャン,NREM睡眠で4回,REM睡眠で4回,その後覚醒させ安静時に4回の最高で合計12回行うこととした、睡眠前半部でNREM睡眠の画像をとり,睡眠中間部はポリグラフを参照して選択的REM睡眠断眠を行い,朝方にREM睡眠の画像をとるプロトコルを用いた。標識薬物としては,超短時間放射性同位元素でラベルされたH_<215>O(半減期約2分)を用い,高解像度PET(シーメンス社ECAT EXACT HR)で,各スキャン90秒間における局所脳血流の画像を得た。1被験者あたり総被爆量は1mSv以下とした。これら局所脳血流データの解析にはstatistical parametric mapping(SPM)を使用し、安静覚醒閉瞼時(覚醒時)の画像とREM睡眠時の画像を比較した。REM睡眠の画像が得られた6例におけるREM睡眠時の画像(11スキャン)と覚醒時の画像(15スキャン)を用い検討した。全脳平均血流量を比較すると、REM睡眠時と覚醒時では、有意差がみられなかった。そこで、全脳平均血流をcovariateとしてREM睡眠時と覚醒時の局所脳血流を検討した。その結果、覚醒時に比べREM睡眠中は、両側一次視覚野、両側帯状回、両側扁桃核、右側海馬で局所脳血流の増加がみられ、前頭前野では局所脳血流の低下がみられた。以上より、安静覚醒閉瞼時に比べREM睡眠中の脳の活動は、辺縁計と一次視覚野の賦活、および前頭前野抑制により特徴づけられることが明らかになった。このことから、辺縁系および一次視覚野の賦活はREM睡眠中の夢見体験と、前頭前野の抑制は軽度の意識水準の低下に対応する所見と考えられた。メラトニンは松果体から1日の明暗周期にしたがって暗期に分泌されるホルモンで催眠作用を持ち、夜間の睡眠発現に大きな役割を果たしている。さらに、免疫系の増強作用や細胞保護作用を持つ。近年、ヒトにおいても光によるメラトニン分泌抑制反応がみられることや少量のメラトニン投与で概日リズムの位相が変化することなどが基礎研究からわかってきた。しかし、投与時刻により作用が異なることが指摘されており、いかにこれを睡眠・覚醒障害の治療に結びつけていくかという点についての臨床的な研究が乏しいため本格的臨床応用には至っていない。本研究では、メラトニンを望まれる入眠時刻の何時間前に投与した際に最も効果が高いか、あるいはどのくらいの用量で有効かを、自覚的睡眠感測定尺度、自覚的な覚醒度や気分および深部体温の概日リズム測定などを用いて評価し、不眠のある患者への投与指針を確し、メラトニン投与による睡眠・覚醒障害治療法を開発する。1.書面による説明・同意の得られた入眠障害を主訴とする概日リズム睡眠障害患者10名(睡眠相後退症候群、非24時間睡眠・覚醒症候群)に対し、メラトニン1mgを望ましい睡眠時刻の4時間前に4週間投与し、この効果を主観的睡眠感、携帯用活動量連続記録装置および携帯用深部体温連続記録装置を用いて測定した。この結果、この投与法で5例について、体温リズム位相の前進が観察された。15EA04:2.書面による説明・同意の得られた健康成人2名に対し、二重盲検交差法でメラトニン1mgあるいは偽薬を19時に3日間連続投与し、この効果を主観的睡眠感、携帯用活動量連続記録装置および携帯用深部体温連続記録装置を用いて測定した。この結果、健常人においても体温リズム位相で45時間の位相前進が観察された。

これら局所脳血流データの解析にはstatistical parametric mapping(SPM)を使用し、安静覚醒閉瞼時(覚醒時)の画像とREM睡眠時の画像を比較した。REM睡眠の画像が得られた6例におけるREM睡眠時の画像(11スキャン)と覚醒時の画像(15スキャン)を用い検討した。全脳平均血流量を比較すると、REM睡眠時と覚醒時では、有意差がみられなかった。そこで、全脳平均血流をcovariateとしてREM睡眠時と覚醒時の局所脳血流を検討した。その結果、覚醒時に比べREM睡眠中は、両側一次視覚野、両側帯状回、両側扁桃核、右側海馬で局所脳血流の増加がみられ、前頭前野では局所脳血流の低下がみられた。以上より、安静覚醒閉瞼時に比べREM睡眠中の脳の活動は、辺縁計と一次視覚野の賦活、および前頭前野抑制により特徴づけられることが明らかになった。このことから、辺縁系および一次視覚野の賦活はREM睡眠中の夢見体験と、前頭前野の抑制は軽度の意識水準の低下に対応する所見と考えられた。メラトニンは松果体から1日の明暗周期にしたがって暗期に分泌されるホルモンで睡眠作用を持ち、夜間の睡眠発現に大きな役割を果たしている。近年、ヒトにおいても光によるメラトニン分泌抑制反応がみられることや少量のメラトニン投与で概日リズムの位相が変化することなどが基礎研究からわかってきた。しかし、投与時刻により作用が異なることが指摘されており、臨床的な研究が乏しいため本格的臨床応用には至っていない。本研究では、深部体温やメラトニンの概日リズム測定などを用いて評価し、メラトニン投与による睡眠・覚醒障害治療法を開発する。眠前の1回投与法による症例(睡眠相後退症候群および非24時間睡眠・覚醒症候群合わせて12例)を再検討した。その結果、メラトニン睡眠前14時間投与で睡眠相後退症候群において睡眠相の前進が、非24時間睡眠覚醒症候群においては睡眠相の固定が半数以上の症例でみられたが、長期観察中に再び睡眠相の遅れがみられる症例があった。そのため、健常人におけるメラトニン投与の位相反応曲線いついてこれまでの報告から再検討し、睡眠相後退症候群および非24時間睡眠・覚醒症候群ではメラトニンによる位相反応が誘発できる時間帯(window)が狭いのではないかと考えた。そこで、健常人5名に対し、メラトニン0.9mgを1回投与あるいは3分して投与しこの時の血中濃度の変化を検討した。この結果、3分投与でメラトニン血中濃度を6時間にわたり維持できることがわかった。これを利用し、新たに睡眠相後退症候群および非24時間睡眠・覚醒症候群の患者10例に対し、就眠可能時刻の67時間前から2時間おきに0.3mgを23回投与する方法を試みた。これにより、1回投与に比べてより安定して睡眠相の前進あるいは固定が可能になった。この方法を用いれば、血中メラトニンの内因性リズム測定や深部体温測定などの煩雑な検査を行わなくとも確実なメラトニンによる治療が可能になった。さらに、0.3mg投与では眠気もほとんどみられないため、早い時刻からの投与を行っても認知機能に影響がでにくいことがわかった。
消化器癌の生体材料を用いたDNA診断とそれに基づいた腹腔鏡下手術と化学療法の選択

FISHによるヒト胃癌の悪性度評価および臨床への応用を目的として、胃生検標本59例の第1、7、11、17番染色体数的異常,およびDual-color FISH法によるsm胃癌切除例20例の第17番染色体とp53遺伝子の数的異常を同時に解析し、以下の結果を得た。1.胃生検標本に対してFISH法が可能であり,第1、7、11、17番染色体解析では,胃癌近傍正常組織には,monosomyおよびpolysomyを示す細胞割合の増加は認めず,染色体の数的変化は認めなかった.2.第1、7、11番染色体におけるmonosomy,および第1、7、11、17番染色体におけるpolysomyを示す細胞の割合は,正常組織と癌組織の間で有意な差を認め(p<0.0005p<0.005),これらの染色体の数的異常が癌の発生進展に関与している可能性が示唆された.手術例31例と臨床病理学的因子との比較検討では,リンパ節移転およびリンパ管浸潤は第7番,11番,17番染色体のpolypoid症例に有意に多く認められ(p<0.005p<0.05),腹膜転移は第1番および11番染色体のaneuploid症例(各々p<0.01、p<0.05),静脈浸潤は第17番染色体のpolyploid症例に多く認められた(p<0.01).このことから特定染色体の数的異常が胃癌の浸潤進展に関与している可能性が示唆された.p53遺伝子の欠失を示す細胞の割合はsm胃癌でコントロールに比較し有意な増加を認めた(p<0.0005)。さらにリンパ節転移陽性が陰性に比較し有意な増加を認めた(p<0.005).胃癌細胞のリンパ節転移にはp53欠失細胞の存在が深く関与している可能性が示唆された.以上の結果から,胃生検組織を対象とした第17番染色体,p53遺伝子および他の遺伝子に対するFISH法解析をすることによる前癌病変の悪性度評価,術前でm、sm胃癌と診断された症例における悪性度判定,特にリンパ節転移の有無の術前判定へ臨床応用の可能性が示された。胃悪性度に基づいた縮小手術特に腹腔鏡下胃局所切除に関して本年度得られた知見は以下の如くである。2)第1、7、11、17番染色体のセントロメア-に対するプローベを用いて正常組織、腺腫、癌組織について検討したところ、腺腫においても染色体異常(polysomy、monosomy)が検出された。3)リンパ節転移と染色体との関係をみると第7、11、17番染色体のpolysomyの出現と有為の相関関係を認めた。4)腹腔鏡下手術を胃粘膜下腫瘍6症例に対して行い、腹腔鏡下ないし腹腔鏡補助下に胃局所切除が可能であった。平成7年度中に明らかになった事は以下の点に要約される。1胃良性組織、胃がん組織の生検組織に対して各染色体のセントロメア-に対するプローブを用いて分裂間期の染色体解析が可能であった。

胃正常組織および胃がん周囲組織では異常を認めなかったが、胃がん組織では、検討した第1、7、11、17番染色体においてmonoploidy、polyploidyを示す症例が有為に多かった。2胃smがん症例(リンパ節転移症例10例、転移陰性症例10例)に対して第17番染色体のセントロメア-およびp53に対するプローブを用いたdual color FISH法が可能であった。また、胃smがんにおいては、第17番染色体数には変化を認めないものの、p53の数は、減少しているものが多く認められた。さらに、第17番染色体数とp53の数との比較では、p53遺伝子の数が少ない症例(染色体欠失と定義)が多かった。3腫瘍組織内の欠失を示す細胞の割合とsm胃がんにおいて最も問題となるリンパ節転移との関係を検討すると、欠失細胞の割合が30%以下の症例ではリンパ節転移症例はなく、反対に50%以上の症例では全例にリンパ節転移を認めた。FISHによるヒト胃癌の悪性度評価および臨床への応用を目的として,胃生検標本59例の第1、7、11、17番染色体数的異常,およびDual-color FISH法によるsm胃癌切除例20例の第大17番染色体とp53遺伝子の数的異常を同時に解析し,以下の結果を得た。1.胃生検標本に対してFISH法が可能であり,第1、7、11、17番染色体解析では,胃癌近傍正常組織には,monosomyおよびpolysomyを示す細胞割合の増加は認めず,染色体の数的変化は認めなかった.2.第1、7、11番染色体におけるmonosomy,および第1、7、11、17番染色体におけるpolysomyを示す細胞の割合は,正常組織と癌組織の間で有意な差を認め(p<0.0005p<0.05),これらの染色体の数的異常が癌の発生進展に関与している可能性が示唆された.3.手術例31例と臨床病理学的因子との比較検討では,リンパ節転移およびリンパ管浸潤は第7番,11番,17番染色体のpolypoid症例に有意に多く認められ(p<0.005p<0.05),腹膜転移は第1番および11番染色体のaneuploid症例(各p<0.01、p<0.05),静脈浸潤は第17番染色体のpolyploid症例に多く認められた(p<0.01).このことから特定染色体の数的異常が胃癌の浸潤進展に関与している可能性が示唆された.4.p53遺伝子の欠失を示す細胞の割合はsm胃癌でコントロールに比較し有意な増加を認めた(p<0.0005),さらにリンパ節転移陽性が陰性に比較し有意な増加を認めた(p<0.005).胃癌細胞のリンパ節転移にはp53欠失細胞の存在が深く関与している可能性が示唆された.以上の結果から,胃生検組織を対象とした第17番染色体,p53遺伝子および他の遺伝子に対するFISH法解析をすることによる前癌病変の悪性度評価,術前でm、sm胃癌と診断された症例における悪性度判定,特にリンパ節転移の有無の術前判定へ臨床応用の可能性が示された.
鉱物性汚染物質の胚発生への影響を利用した海洋汚染モニタリングシステム構築の試み

本研究では、鉱物性汚染物質がイトマキヒトデ胚発生メカニズムにおよぼす影響を解析し、汚染物質感受性遺伝子を利用した海洋汚染モニタリングシステムの構築を目指している。まず汚染物質のイトマキヒトデ幼生の形態形成におよぼす影響のうち、胚葉分化に対する影響をアルカリ性フォスファターゼ(内胚葉分化マーカー)や大豆凝集素(SBA)を初めとするレクチンなどによって、比較的初期に分化する代表的な器官・組織である食道輪状筋に対する影響を蛍光標識phalloidinで染色によって、各々解析可能なことを見出した(投稿準備中)。現在これらを利用して、正常幼生と亜鉛・ニッケル・カドミウムなどに曝露された幼生の比較を詳細に行っているところである。食道輪状筋形成が汚染物質によって阻害されることが本研究によって明らかとなったため、イトマキヒトデactin遺伝子の分離を試みた。先日部分配列決定に成功したので、全長配列決定と並行して汚染物質がactin発現量に与える影響の解析に着手したところである。また胚葉分化と細胞間接着に密接な関係があることが古くから信じられており、その接着性の変化を担っている分子の一つとしてcadherinが知られている。JT生命誌館の小田主任研究員より分与いただいたイトマキヒトデcadherin(ApCad)を用いて、汚染物質曝露幼生と正常幼生におけるApCad発現量の解析についても現在行っている。更に、ディファレンシャルサブトラクション法による汚染物質感受性遺伝子の分離も行っているが、これについては現在までに有用な分子の分離には残念ながら至っていない。
Glial Cells Missing遺伝子ノックアウトマウスにおけるグリア細胞産生

glial cells missing(gcm)遺伝子はDrosophilaにおいてグリアと神経細胞間の運命決定を担う。哺乳類からは2種類のgcmホモログ(Gcm1,Gcm2)が単離されているが、中枢神経系における発現レベルが低く、その機能は不明な点が多い。研究代表者は、gcm1/2ダブルノックアウトマウスを詳細に解析することにより、gcm1/2遺伝子のグリア細胞さらには神経幹細胞の発生における役割の解明を目指した。昨年度までに、Gcm1/2ダブルノックアウトマウスが胎生8.5日までに致死となることや、致死になる前の胎生7.5日胚のepiblastから神経幹細胞を培養誘導する系において、神経幹細胞への誘導が障害されていることを明らかにした。本年度は、胎生7.5日のGcm1/2ダブルノックアウトマウス胚から誘導された神経幹細胞を用いて、神経細胞やグリア細胞への分化能を検証した。培養下では、GFAP陽性アストロサイトへの分化が特異的に減少していたが、この神経幹細胞を脳へ移植することで生体内での分化能を検討したところ、神経細胞・オリゴデンドロサイトとともにアストロサイトへの分化も確認された。一方、胎生7.5日Gcm1/2ダブルノックアウトマウスから神経幹細胞への誘導障害の分子機構として、Notchシグナルのエフェクター遺伝子であるHes5の発現誘導が著明に低下していることがわかった。これらの結果は、Drosophilaのgcm遺伝子と異なり、マウスGcmのグリア細胞分化においての役割は限局的であること、むしろNotchシグナル活性の調節を介して、神経幹細胞の発生に関与していることが示唆された。哺乳類からは2種類のgcmホモログ(gcm1,gcm2)が単離されているが、中枢神経系における発現レベルが低く、その機能は不明な点が多い。gcm1/2ダブルノックアウトマウスは胎生8.5日までに致死となるため、通常の組織学的方法では胎生中期以降に分化してくるグリア細胞の解析は困難であった。そこで、早期胚(胎生5.57.5日)からIeukemia inhibitory factor(LIF)依存性に、浮遊細胞塊(neurosphere)を形成する未分化神経幹細胞を培養し、さらにin vitroで神経幹細胞を誘導培養する技術を用いて本研究を行った。本年度はまず、gcm1/2遺伝子の胎生5.57.5日胚での発現を、RT-PCRにて検討した。その結果、早期胚の外胚葉(予定頭部領域)で、gcm1/2ともに発現していることが判った。gcm1/2ダブルノックアウトマウスが致死となる以前の、胎生7.5日胚のepiblastから培養下で未分化神経幹細胞、さらには神経幹細胞の誘導を行った。その結果、gcm1/2ダブルノックアウトの胎仔由来の培養では、未分化神経幹細胞から神経幹細胞への誘導が障害されていることが示唆された。さらに、誘導された神経幹細胞(neurosphere)を用いて神経細胞やグリア細胞への分化能を検証したところ、gcm1/2ダブルノックアウトマウス由来の神経幹細胞では神経細胞やオリゴデンドロサイトへの分化能は対照と変わらないのに対し、アストロサイトへの分化能が特異的に障害されていた。平成20年度には、gcm1/2ダブルノックアウトマウス由来の神経幹細胞のin vivoでの分化能を調べるため、gcm1/2double null;GFP^+のneurosphereを野生型マウス脳に移植する実験をおこなう予定である。
眼内血管新生におけるWntとアンジオポエチン2の役割

眼内血管新生について,マウスを用い生理的血管新生である正常血管発育と病的血管新生である虚血網膜症モデルにおけるwntとアンジオポエチン2,血管新生の主要な役割を果たしている血管内皮増殖因子の発現の変化についてmRNAレベルでの検討を試みている。正常網膜血管形成期においてアンジオポエチン2は生後7日より発現が亢進しているが,血管新生の関与が示唆されているwnt2,wnt7Bについてはプライマーを作製し,発現について未だ検討中である。血管新生には『生理的血管新生』と病態生理の原因になる『病的血管新生』とがあり、乳幼児の代表的失明疾患である未熟児網膜症は生理的血管新生』の途上にあったものが早期に出生したことにより『病的血管新生』へスイッチしたものであると考えられる特異な病態であると考えられる。我々はヒト未熟児網膜症の手術検体から血管内皮増因子(VEGF)とアンジオポエチン2の発現を確かめ、その病態形成に重要な役割を果たしていることを示唆した。最近、未熟児網膜症と似た病変を呈する遺伝性疾である家族性滲出性硝子網膜症(FEVR)の原因遺伝子としてwntリガンドの受容体であるFrizzle4の遺伝子の変異が明らかにされてきた。そこで、我々は発生においてwntのシグナル伝達経路の発現調節の異常とアンジオポチン2の発現が網膜血管の形成異常に重要な役割を果たしている、即ち未熟児網膜症の病態形成での『生理的血管新生』と『病的血管新生』へのスイッチにwnt具ナル伝達経路が作用しているのではないかと考え検討を行ってきている。まず、眼内の生理的血管新生におけるメカニズムを解明するために、マウスの生理的血管新生におけるwntとアンジオポエチン2.の経時的変化について検討中である。マウスは生下時には網膜の血管は完成しておらず、生下時より視神経乳頭より周辺部に血管が伸展して、出生18日目で網膜血管が完成する。生理的血管新生においてアンジオポチン2のmRNAの発現を検討するため、生後1日、4日、8日、10日、18日までの各タイムポイントのマウス網膜を採取し、mRNAを抽出しライブラリを作成中である。また、wntのシグナル伝達経路の構成分子として、発生や細胞増殖、分化を制禦するβ-カテニンのリン酸化を検討するため、生下時から網膜血管完成にいたるまでの各タイムポイントの網膜を採取しタンパクを抽出しライブラリを作成中である。乳幼児の代表的失明疾患である未熟児網膜症は『生理的血管新生』の途上にあったものが早期に出生したことにより『病的血管新生』ヘスイッチしたものであると考えられる特異な病態であると考えられる。我々はヒト未熟児網膜症の手術検体から血管内皮増殖因子(VEGF)とアンジオポエチン(Ang)2の発現を確かめ,その病態形成に重要な役割を果たしていることを示唆した。最近,未熟児網膜症と似た病変を呈する遺伝性疾患である家族性滲出性硝子体網膜症(FEVR)の原因遺伝子としてwntリガンドの受容体であるFrizzle(FZD)4の遺伝子の変異が明らかにされてきた。そこで,我々は発生においてwntのシグナル伝達経路の発現調節の異常とアンジオポエチン2の発現が網膜血管の形成異常に重要な役割を果たしている,即ち未熟児網膜症の病態形成での『生理的血管新生』と『病的血管新生』へのスイッチにwntシグナル伝達経路が作用しているのではないかと考え検討を行ってきている。まず,眼内の生理的血管新生におけるメカニズムを解明するために,マウスの生理的血管新生におけるwntとアンジオポエチン2の経時的変化について検討中である。網膜血管形成期におけるwnt, Ang2のmRNAの発現を検討するため,生後1日, 4日, 8日, 10日, 18日までの各タイムポイントのマウス網膜を採取し, mRNAを抽出しライブラリを作成し, FZD4のリガンドで血管新生の関与がいわれているwnt2についてプライマーの作製を試みた。Wnt/FZD経路にはβ-cateninを介する経路が知られており, in vitroにて脈管形成に関与していることが示されている。その経路のコンポーネントであるGSK-3の網膜での発現の変化を検討中であった。また, FEVRで変異が示されたFZD4は, wnt/β-catenin経路とは別のwnt/Ca2+経路を活性化するとされている。網膜血管形成期のこの経路のCa2+-カルモジュリンキナーゼIIの活性化の検討も計画した。今回は,エフォートの低下があり,研究進行に支障を来しており,今後引き続きの実験の継続が行う。
初期ギリシア文学における神々の相克

アルクマーンのいわゆる「宇宙論的詩」について考察した。これはオクシュリンコスで発見されたパピルスの断片に記されていたもので、紀元前7世紀の詩人アルクマーンの詩についての注解である。パピルスは紀元後2世紀のものと考えられており、注解者の名前は不詳である。注解によるとアルクマーンは宇宙論を述べた詩を書いたとされ、その宇宙論では全世界の創造者として女神テティスの名前があげられているという。後のギリシア神話ではテティスはむしろ弱小神とされているため、この注解に関しては多くの議論が行われている。本研究ではまず、注解書の歴史を考察することにより、テキストと注解書の関係について考察した。紀元後2世紀ころ、すなわち当該パピルスとほぼ同時代の注解書であるスコラ哲学者コルヌートスの注解、『イーリアス』の「スコリア」等を調べた結果、その時代にはきわめて独特な文学理解があり、注解書はいずれもその方針にそって記されていることが判明した。それは『イーリアス』やその他の詩を、宇宙の自然現象として説明するというものである。したがってアルクマーンのいわゆる「宇宙論的詩」の注解も、このような「注釈の伝統」に則って書かれたものとみなされるべきことが論証された。次ぎに、アルクマーンの詩の特徴、彼が生きた紀元前7世紀のスパルタの状況などを考察し、「宇宙論的詩」の中で歌われているテティスの役割を調べ、この歌が実際には『イーリアス』1巻の、テティスの嘆願場面を扱ったものである可能性が高いことが考察された。
副腎白質ジストロフィーの臨床病型を規定する修飾因子の探索研究・個別化医療への応用

副腎白質ジストロフィー(Adrenoleukodystrophy: ALD)は、ABCD1を原因遺伝子とするX連鎖遺伝性の神経変性疾患である。中枢神経の炎症性脱髄を来し、時に副腎不全を認める。様々な臨床病型を認めるが、遺伝子表現型連関は明らかでない。予後不良である大脳型に対しては早期の造血幹細胞移植が症状進行停止に有効であり、大脳型を生じやすい背景因子を同定できれば臨床上有用である。これまで得られたALD 103症例のexome解析データ、モデルマウスを用いた行動解析、発現解析、病理学的解析を用いて臨床病型と関連した遺伝的因子の解明、個別化医療への応用を目指す。
内耳への経正円窓的遺伝子導入法の開発

【はじめに・目的】内耳への外来遺伝子導入法の確立は、めまい・難聴に対する遺伝子治療の発展にとっても、内耳に発現する遺伝子の機能解析にとっても、不可欠な課題である。しかし、こうして投与された外来遺伝子がどの様に聴力に影響を与え、またそれがいつまで持続するのかという問題についてはほとんど検討されていない。今回、我々はマウスの正円窓膜経由で外来遺伝子を導入し、遺伝子発現の認められる部位と時間経過、さらには生理学的な機能である聴力の変化を検討して、内耳への遺伝子導入法の基礎データについての報告を行った。【材料・方法】GJB2R75W変異は、ヒトでは内耳に発現して優性遺伝性難聴を引き起こすことが知られている遺伝子変異であり、単独のアレルでも難聴を引き起こすことができる。本研究では、外来性のGJB2R75Wを機能検査のためのマーカー遺伝子として内耳に導入して、発現の認められる部位と時間経過について検討した。マウスをケタミンで麻酔し、正円窓膜上にGJB2R75W-eGFP変異遺伝子を発現するプラスミドベクターをリボソームとしておく。薬剤投与後1、2、3、5、あるいは12日後に、動物を同様に麻酔し、クリック音に対する聴性脳幹反応の闘値を測定する。データは各時間経過、実験条件ごとに8-10サンプル採取し、ノンパラメトリック検定によって、pGJB2R75W-eGFP投与による聴力の変化を解析した。【結果】処置後3日目の免疫染色では、GJB2(R75W)-eGFPの発現は、蝸牛内で確認でき、特にinnerおよびouterpillar cells, outer hair cells, Claudius cellsさらにthe spiral limbusとligamentで認められた。遺伝子投与による聴力の低下は、処置後1日目から見られ、3日目まで持続したが、5日後には前値と同程度まで聴力は改善した。これの結果から、GJB2(R75w)は成熟した蝸牛に、一過性の機能的低下を引き起こすことが可能であり、これは経正円窓投与による外来遣伝子投与によっても引き起こすことが訂能であると考えられた。【意義】この研究によって難聴の遣伝子治療についての基礎的知見が得られた。平成18年度の研究では、マウスの正円窓膜経由の外来遺伝子導入を試み、内耳内で遺伝子発現の認められる部位と時間経過を検討した。マウスの正円窓膜上にGJB2_<R75W>-eGFP変異遺伝子を発現するプラスミドベクターをリポソームとしておいた。72時間後に抗eGFPモノクローナル抗体をもちいた免疫染色法で内耳内での遺伝子発現を検討したところ、コルチ器の基底膜上皮細胞、外有毛細胞、内、外柱細胞、クラウディウス細胞や、螺旋靱帯、螺旋板縁での明らかな遺伝子発現を認めた。遺伝子発現は蝸牛の基底回転側から、頂回転側まで認められた。また、変異遺伝子に特異的なプライマーを用いたRT-PCRでも投与72時間後の内耳内での変異遺伝子発現を検出した。以上のデータは、正円窓膜から蝸牛管内へ導入されたプラスミドベクターが、コルチ器基底膜の上皮細胞やcanaliculi perforantesをへて、蝸牛管内へ移行しうることを示す。投与後1日目,5日目では免疫染色では明らかな遺伝子発現は検出されなかった。さらに、リポソームにより不可逆的な内耳障害がおこるかどうかを検討するため、投与12日後に内耳の顕微鏡的形態を検討したが異常は認めなかった。以上の様に、現在までの免疫染色による検討では、投与72時間後のみでの、一過性の遺伝子発現が認められている。しかしながら更に前後の時期にも、免疫染色によって検出しえなかった変異遺伝子発現が存在する可能性はある。今後は、ABRを用いて聴力がどの様に変化しているか経時的に検討し、変異遺伝子による聴覚機能への影響を検討する方針である。【結果】処置後

3日目の免疫染色では、GJB2(R75W)-eGFPの発現は、蝸牛内で確認でき、特にinnerおよびouterpillar cells, outer hair cells, Claudius cellsさらにthe spiral limbusとligamentで認められた。遺伝子投与による聴力の低下は、処置後1日目から見られ、3日目まで持続したが、5日後には前値と同程度まで聴力は改善した。これの結果から、GJB2(R75w)は成熟した蝸牛に、一過性の機能的低下を引き起こすことが可能であり、これは経正円窓投与による外来遣伝子投与によっても引き起こすことが訂能であると考えられた。【意義】この研究によって難聴の遣伝子治療についての基礎的知見が得られた。
公益的機能からみた土地改良区・土地改良事業の展開構造に関する事例的研究

過去2年間にわたる調査研究を補充し集大成するのが、平成3年度における課題であった。内容的にみると、(1)全国的な総合調査のまとめ、(2)個別的な典型事例調査のまとめ、そして(3)それらをふまえた総合的研究としてのまとめ、に大別される。(1)の総合調査では、土地改良区・土地改良事業が果たしている公共・公益的な機能が統計調査と個別のアンケ-ト調査から整理された。とくに、土地改良区・土地改良区事業は水源涵養林の維持経営という広域レベルから、集落の親水水路や農道管理といった狭域レベルに至るまでの、多様な公共・公益的機能を果たしていることが明かとなった。(2)の個別的な典型事例調査では、土地改良区改良事業による潟の周辺整備とその公益的役割(信越地方)、土地改良区による排水路管理の特徴(北海道)、水利管理組織としての土地改良区の役割(東北地方)、都市化に伴う土地改良区の性格変化(関東地方、四国地方、中国地方)、洪水被害の軽減と解消に貢献した土地改良事業と水利施設管理(関東地方)、農業集落整備における土地改良区の役割(関東地方、東海地方)、景観整備を考慮した土地改良事業(北陸地方)、町の「田園公園化構想」における土地改良区と営農集団の役割(近畿地方)、土地改良区による地域の水・土地管理(近畿地方)、ため池の環境整備のための土地改良事業(近畿地方)等の研究が行われ、土地改良区が果たしている公益的な機能の諸側面が明らかにされた。(3)においては、それらのまとめとして、土地改良事業の直接効果と関接効果(公益的効果)の分析、事業償還金が農家および土地改良区の経営に及ぼす影響、水利コスト(農家と土地改良区が負担する水利施設の操作・管理費)に含まれる公共的経費、公共的経費の都市サイドによる分担問題等が吟味され、土地改良区・土地改良事業の公共・公益的機能についての総合的な検討と考察が行われた。これらの総合研究(A)から得られた成果は最終年度の報告書として公刊するが、さらに一部の補足的な検討を行った後に、その知見を刊行物のかたちで公表することを予定している。平成元年に行った研究は、アンケ-トを主体とした全国的な事例研究と、個別調査を基礎とした地方別の事例研究に大別される。全国的なアンケ-ト調査は、土地改良施設の多目的利用の実態を様々な角度から把握するために行われたものであり、合計47地区(25府県)から回答を得ることができた。収集した資料に基づいて新たに得られた知見を整理すれば、次のようである。1.土地改良事業以外の目的で土地改良施設を利用する形態を種別すると、溜池・ダムでは11種,用・排水路では13種に整理することができる。2.溜池・ダムの利用形態は「公園的セット利用」(公園・遊歩道、ボ-ト場,キャンプ場、体育館,宿泊場などの複合的利用)「排他的利用」(ゴルフ練習場、釣堀、養殖場などの単独利用)、そして、「教育的利用」(内水面漁業実習場)の3つに分類できる。3.用・排水路の利用形態は「道路的セット利用」(遊歩道、自転車道、道路、公園などの複合的利用)、「道路単独利用」、「集落・生活系列用」(花壇、魚の放し飼い、融雪、防火等)、「排他的利用」(駐車場、進入路、倉庫、店舗用地等)の4つに分類できる。

4.用・排水路の他目的利用では、26例のうち15例で水路に蓋をしたり、橋をかけてその上部を利用している。親水性よりも生活の利便性や歩行の安全性が優先されている。5.他目的利用の事業者の営利性は、溜池・ダムで14例、用・排水路で5例が認められる営利的な他目的事業のほとんどが、土地改良区に施設使用料を支払っており、その年額は103,000万円と幅広い。個別的事例研究は、庄川の河川改修に伴う水利施設の景観整備について、畑地潅漑地区における土地良区の営農指導について、干拓地における土地改良区の役割等、全国12地区で実施され、成果をあげている。平成元年度の調査研究に引き続き、平成2年度は全国的な総合調査と個別的な典型地区の精密調査が行われた。全国的な総合調査においては、土地改良区が果たしている公益的な機能の諸側面の解明に重点が置かれ、とくに土地改良事業の直接効果と間接効果(公益的効果)の分析、事業償還金が農家および土地改良区の経営に及ぼす影響、水利コスト(農家と土地改良区が負担する水利施設の操作・管理費)に含まれる公共的経費、公共的経費の都市サイドによる分担問題等が調査され、土地改良区・土地改良事業の公益的機能についての総合的な検討と考察が行われた。個別的な典型事例の調査では、土地改良区による排水路管理の特徴(北海道)、水利管理組織としての土地改良区の役割(東北地方)、都市化に伴う土地改良区の性格変化(関東地方、四国地方、中国地方)、洪水被害の軽減と解消に貢献した土地改良事業と水利施設管理(関東地方)、農業集落整備における土地改良区の役割(関東地方、東海地方)、景観整備を考慮した土地改良事業(北陸地方)、町の「田園公園化構想」における土地改良区と営農集団の役割(近畿地方)、土地改良区による地域の水・土地管理(近畿地方)、ため池の環境整備のための土地改良事業(近畿地方)等の研究が行われ、これまでその実態が必ずしも正確にとらえられていなかった土地改良区・土地改良事業の公益的機能が、具体的に明らかにされつつある。平成3年度(最終年度)は、それぞれの調査研究を取りまとめ、それを全体に総括し、総合研究として得られた知見を刊行物のかたちで公表することを目的とする。過去2年間にわたる調査研究を補充し集大成するのが、平成3年度における課題であった。内容的にみると、(1)全国的な総合調査のまとめ、(2)個別的な典型事例調査のまとめ、そして(3)それらをふまえた総合研究としてのまとめ、に大別される。(1)の総合調査では、土地改良区・土地改良事業が果たしている公共・公益的な機能が統計調査と個別のアンケ-ト調査から整理された。とくに、土地改良区・土地改良区事業は水源涵養林の維持経営という広域レベルから、集落の親水水路や農道管理といった狭域レベルに至るまでの、多様な公共・公益的機能を果たしていることが明かとなった。(2)の個別的な典型事例調査では、土地改良区改良事業による潟の周辺整備とその公益的役割(信越地方)、土地改良区による排水路管理の特徴(北海道)、水利管理組織としての土地改良区の役割(東北地方)、都市化に伴う土地改良区の性格変化(関東地方、四国地方、中国地方)、洪水被害の軽減と解消に貢献した土地改良事業と水利施設管理(関東地方)、農業集落整備における土地改良区の役割(関東地方、東海地方)、景観整備を考慮した土地改良事業(北陸地方)、町の「田園公園化構想」における土地改良区と営農集団の役割(近畿地方)、土地改良区による地域の水・土地管理(近畿地方)、ため池の環境整備のための土地改良事業(近畿地方)等の研究が行われ、土地改良区が果たしている公益的な機能の諸側面が明らかにされた。
卵稚仔における分泌小胞エキソソームを介する個体間情報伝達の分子機序

エキソソームは細胞間シグナル伝達を担う分泌小胞である。この小胞に含まれるシグナル分子が標的細胞に輸送され、生物活性を発揮する。本研究から、ストレス条件下の卵稚仔は互いに飼育水中にエキソソームを分泌し、個体群としてストレス耐性を獲得することが明らかになった。ゼブラフィッシュ胚モデルを用いてエキソソームの体内動態を観察した。エキソソームのタンパク質網羅的解析から、ストレス誘導性タンパク質が同定され、この遺伝子の欠損によりストレス感受性となった。以上から、エキソソームが個体間シグナル伝達媒体として重要な役割を果たすことを明らかにした。本課題は卵稚仔が分泌するエキソソームの性状,導入経路,および生物活性を解析し,魚類における個体間シグナル伝達媒体としての役割を明らかにすることを目的とする。はじめに,エキソソームを可視化するために,膜タンパク質であるCD63と融合した蛍光タンパク質を発現するトランスジェニックゼブラフィッシュを作製し,5系統を樹立した。このトランスジェニックフィッシュに高温,低温,酸化ストレス,メチル水銀曝露,γ線照射(DNAダメージ)等のストレスを与えると,中枢神経系および卵黄嚢にGFP陽性細胞が局在することを確認した。GFP陽性細胞が観察される発生段階はストレス種によって異なることが分かった。ストレス処理されたトランスジェニックフィッシュの飼育水を回収し,超遠心によって分離した。得られた画分にはトランスジェニックフィッシュから分泌された内在性のCD63および蛍光標識されたCD63をウエスタンブロット法によって検出した。次に,分離された蛍光標識エキソソームを野生型ゼブラフィッシュ(受精後8時間)の飼育水に投与し,他個体への導入の有無を確認した。その結果,中枢神経系において微弱な蛍光シグナルを検出することに成功した。以上の結果から,生体においてエキソソームの発現と分泌を可視化することに成功した。蛍光標識されたエキソソームを胚に投与し,インビボでのエキソソームの取り込み過程および局在性を可視化し観察する研究手法を確立した。当初の計画通りに進行しているため。本課題は卵稚仔が飼育水中に分泌する顆粒(エキソソーム)の性状、生体への導入経路及び生物活性を解析し、個体レベルでエキソソームの生理・生化学的な役割を明らかにすることを目的としている。これまでにエキソソームを可視化するために膜タンパク質CD63と融合した蛍光タンパク質(GFP)を発現するトランスジェニックフィッシュ(CD63ーGFP)を作製した。この系統に対してメチル水銀曝露、γ線照射(DNAダメージ)等のストレスを加えることによって、エキソソームの分泌が促進されることを昨年度見出した。これらのストレスで誘導されるエキソソームを超遠心分離装置で濃縮し、ストレス処理前のゼブラフィッシュ胚の飼育水に投与し、その後、各種ストレスに曝露し、形態変化および細胞死の誘導を調べた。その結果、メチル水銀(100ppm)に対する感受性が低下したが、γ線照射(8Gy)に対しては中枢神経系における細胞死の誘導を抑制することはできなかった。ストレス種によってエキソソームの作用が異なることが分かった。そこで、メチル水銀に対する感受性の低下のメカニズムを明らかにするために、エキソソーム分画に含まれるタンパク質をiTAQ解析によって網羅的に同定した。現在は、同定された遺伝子に対するアンチセンスモルフォリノオリゴによる一過的発現抑制試験もしくはCrispr/Cas9を用いたノックアウト系統を作出し、遺伝子の機能解析を進めている。今後さらにエキソソームによるストレス耐性のメカニズム解明を進める。卵稚仔が飼育水中に分泌する顆粒(エキソソーム)の性状、導入経路及び生物活性を解析し、エキソソームの生理・生化学的な役割を明らかにすることを目的とした。メチル水銀システイン(1μM)の曝露によって飼育水に分泌されるエキソソームを超遠心分離装置で濃縮し、ゼブラフィッシュ胚に再びマイクロインジェクション法によって注入(10nL)し,メチル水銀システイン(0.1-5μM)を曝露したところ,致死率が低下した。この結果から,分泌されるエキソソームにはメチル水銀感受性を低下させる作用が明らかになった。昨年度,メチル水銀に対する感受性低下のメカニズムを明らかにするために、メチル水銀投与区と非投与区のエキソソーム分画に含まれるタンパク質をiTAQ解析によって網羅的に同定し,比較した。タンパク質の量的な差,機能性から判断し,重要と思われるタンパク質の遺伝子欠損体をCRISPR/Cas9を用いて作出した。その結果,細胞内の物質輸送を担うタンパク質の変異体(ヘテロ接合体及びホモ接合体)は,メチル水銀システイン(0.01μMー100μM)曝露に対して高感受性となった。メチル水銀システイン(10μM)曝露によって,野生型では27.8%斃死に対して,変異体では100%斃死し,メチル水銀に対する感受性が亢進した。以上から,分泌されるエキソソームにはストレス耐性の作用があり,また,エキソソームに含まれるタンパク質がストレス耐性に関与することが示された。

エキソソームのタンパク質網羅的解析から、ストレス誘導性タンパク質が同定され、この遺伝子の欠損によりストレス感受性となった。以上から、エキソソームが個体間シグナル伝達媒体として重要な役割を果たすことを明らかにした。次年度は,蛍光標識されたストレス誘導性エキソソームを野生型ゼブラフィッシュ胚の飼育水中に投与し,ストレスに対する生物活性を調べる。エキソソームが持つストレスに対する生物活性のメカニズムを解明するために、エキソソームの性状をさらに解析するとともに、エキソソームを受け取った個体における生物応答を明らかにする。分子生物学当初の予定より消耗品の購入が少なかったことと,学会発表(国内および海外)を家庭の都合で取りやめとしたため。次年度使用額が16473円生じたが、業者への発注後の値引き分であり、概ね予定どおり予算を執行した。平成28年度以降の研究計画において,生物活性のメカニズム解析で多くの予算が必要となるため,次年度に繰り越しを希望する。物品費として使用する。
肝星細胞制御による肝移植後グラフト内肝癌再発抑制機構の解明

肝癌の進展課程における肝星細胞の役割解明1.肝癌細胞と肝星細胞の共培養による悪性度変化(肝癌細胞株:HuH-7・HepG2、肝星細胞株:LX2)肝癌細胞と肝星細胞とを共培養することで肝癌細胞のviabilityの上昇、遊走能の上昇を認めた。また、共培養によりE-cadherin発現の有意な低下が認められており、上皮間葉転換(EMT)が増強していることが示唆された。さらに、幹細胞マーカーであるCD44発現を検討したところ、肝星細胞との共培養でCD44の発現上昇を認めた。したがって、肝星細胞は肝癌細胞に対して悪性度の上昇、転移の促進といった作用を有すると考えられた。2.肝星細胞におけるIL-6発現の意義Stat3の上流に存在するIL-6は肝癌の予後因子として知られている。肝癌細胞と肝星細胞の共培養により肝星細胞におけるIL-6発現の上昇を認めた。次に共培養群において抗IL-6抗体を用いることにより、肝癌細胞の細胞増殖能および遊走能の有意な低下を認めた。また、肝癌細胞におけるpSTAT3発現は抗IL-6抗体を用いることにより有意な減弱を示した。さらに、抗IL-6抗体により肝癌細胞におけるE-cadherin発現が上昇し、EpCAM・CD44といった幹細胞マーカーの有意な発現低下を認めた。以上の結果から、肝星細胞がIL-6を分泌し、肝癌進展におけるIL-6-Stat3 pathwayを活性化することでEMTの誘導、癌増殖、さらにはstemnessの獲得に作用すること、そしてこの作用は抗IL-6抗体により肝星細胞のIL-6分泌を阻害することで打ち消されることが明らかになった。肝細胞癌の腫瘍微小環境において肝星細胞が果たす役割の解明が本研究の第一段階と考えている。今回、肝癌細胞と肝星細胞とのinteractionによりviabilityや遊走能の上昇、肝癌細胞におけるcancer stem cell markerの発現増強といった腫瘍悪性度の増強、またそのメカニズムには肝星細胞におけるIL-6発現が関与している可能性を確認できたことは腫瘍微小環境と腫瘍悪性度との関連を明らかにするために有用な知見と考えられる。肝癌ニッチとしての肝星細胞の肝癌進展・転移における機能解析(包括的遺伝子・蛋白発現解析)および肝星細胞制御による機能回復・異常機能修正機構、また肝星細胞制御による肝癌進展・転移抑制に関する研究、つまり活性化肝星細胞が肝癌細胞の転移先臓器への着床、増殖を促進するという仮説のもと、TU100、PPARγリガンド等を用いた肝星細胞の制御により、肝癌増殖能、転移能に関して、肝移植後グラフト内再発をイメージしたモデルで肝癌転移が抑制可能かどうか検証する予定である。
溶媒抽出法を利用した新規なナノスケール微粒子合成法の開発

1.白金族金属の溶媒抽出4級アンモニウム塩によるパラジウムおよび白金の溶媒抽出を試みた。抽出剤として4級アンモニウム塩,すなわち3種の塩化アルキルトリメチルアンモニウム,および2種の塩化テトラ-n-アルキルアンモニウム(いずれも溶媒はクロロホルム)を用いて塩酸水溶液からの上記金属の抽出平衡の測定を行った。2.抽出機構の解明金属は高濃度の塩酸水溶液中に存在しているため,テトラクロロ錯体およびトリクロロ錯体を形成しているものとして,実験結果を解析した。パラジウムの抽出を例にとると,テトラクロロパラジウム錯体およびトリクロロパラジウム錯体と塩化物イオンの陰イオン交換反応により抽出が進行すると仮定して,抽出平衡式を考えた。その結果,抽出剤とパラジウムが2:1および1:1の抽出錯体を形成する機構で実験結果が良好に説明できた。各抽出剤について,2つの平衡定数を求めた。抽出平衡走数とアルキル鎖長の関係を検討した結果,構造の類似した4級アンモニウム塩では長鎖になるにしたがって,パラジウムの抽出能が向上する事が分かった。白金についても同様に解析した。3.微粒子の調製マイクロエマルション法およびW/Oエマルション法により金微粒子を調製した。すなわち,塩化金水溶液および界面活性剤を含むシクロヘキサン溶液から上記エマルションを調製し,これに還元剤としてヒドラジンを添加して微粒子を調製した。微粒子径に及ぼす界面活性剤添加量,エマルション調製時の撹拌速度,また調製時の温度の影響を検討した。1.金および白金族金属の溶媒抽出4級アンモニア塩による金の溶媒抽出を試みた。抽出剤として4級アンモニウム塩,すなわち,3種の塩化アルキルトリメチルアンモニウムおよび2種の塩化テトラ-n-アルキルアンモニウム(いずれも溶媒はクロロホルム)を用いて塩酸溶液中からの金の抽出平衡の測定を行った。白金族金属の一つである,パラジウムの抽出も同様にして行った。2.抽出機構の解明金属は高濃度の塩酸溶液中に存在しているため,すべてテトラクロロ錯体を形成しているものとして,実験結果を解析した。金の抽出を例にとると,テトラクロロ金錯体と塩化物イオンの陰イオン交換反応により抽出が進行すると仮定して,抽出平衡式を考えた。その結果,抽出剤と金が1:1および1:2の抽出錯体を形成する機構で実験結果が良好に説明できた。抽出平衡定数とアルキル鎖長の関係を検討した結果,構造の類似した4級アンモニウム塩では長鎖になるにしたがって,金の抽出能が向上する事が分かった。なお,過去に行ったトルエン溶媒に比較して,抽出能が高いことも分かった。3.微粒子の調整微粒子の調整に1-ドデカンチオールを用いた。抽出剤が塩化トリオクチルメチルアンモニウムの場合に金微粒子を得ることができる。調整段階の撹拌速度と微粒子径の関係を調べた結果,撹拌速度が大きくなるにしたがって,微粒子径は小さくなることがわかった。
ミリケルビン級超低温で発現する圧力誘起量子相転移と臨界現象

量子相転移とは圧力、磁場、組成などをパラメーターとして起こる。原理的に絶対零度でも起こりうるので、その相境界、量子臨界点近傍では熱揺らぎが無い絶対零度でも不安定な量子揺らぎが残っているかも知れない。本研究ではそのような特異点が本当に存在するのか明らかにする事を目的とした。純良単結晶の高圧下超低温物性を詳細に調べる事により、CeAl2の圧力誘起相転移やや(Ce,Er)Al2など関連物質の組成誘起相転移を発見した。物質は温度を下げて熱振動を抑える、圧力負荷によって格子振動を抑える事等により、気体から液体、そして固体へと転移する。一方、結晶固体において物性の主役を担うのは、スピンを持ちながら原子核周辺に局在、もしくは物質中を自由に遍歴する電子である。その電子もエネルギースケールが低い超低温では、エントロピー極小の何らかの基底状態に落ち着く。希土類強相関電子系物質では磁気交換相互作用(TRKKY)と近藤効果(TK)が競合しており、磁気交換相互作用Jcとフェルミ面の状態密度Dc(εf)の積(JcfDc(εf))によってハミルトニアンが決まる。即ち絶対零度で安定な寄与が系の基底状態(反強磁性,フェルミ液体等)を決める。このような電子系において、圧力や磁場等の外場を負荷する事により2つの相互作用を拮抗させ、ついには基底状態が逆転する相転移を起こすことが出来る。通常の、温度変化によって起こる相転移と違い、絶対零度でも起こる点が特徴的である。系の持つ量子性が臨界点(Quantum Critical Point, QCP)で重要な役割を果たす事から量子相転移(Quantum Phase Transition, QPT)と呼ばれる。QCPでは量子ゆらぎにより電子の有効質量発散が予想されるが、これは熱力学第3法則に反する。一方実験的にはQCP近傍でunconvensionalな超伝導が発現する事例が数多く、この現象は高温超電導発現機構解明の手がかりになるとも言われている。本研究は超低温・超高圧下の実験的研究を通し、QPT発現機構の解明、およびQCP近傍の現象(量子臨界現象)を理解する事を目標としている。本研究では反強磁性・強磁性転移を示す(Ce1-x Erx)Al2を対象として組成誘起QPTの探索を行った。物質は温度を下げて熱振動を抑える、圧力負荷によって格子振動を抑える事等により、期待から液体、そして固体へと転移する。希土類強相関電子系物質では磁気交換相互作用(T_RKKY)と近藤効果(T_K)が競合しており、磁気交換エネルギーJcとフェルミ面の状態密度Dc(ε_f)の積によってハミルトニアンが決まる。即ち絶対零度で安定な寄与が系の基底状態(反強磁性、フェルミ液体等)を決める。このような電子系において、圧力や磁場等の外場を負荷する事により2つの相互作用を拮抗させ、ついには基底状態が逆転する相転移を起こす事が出来る。通常の温度変化によって起こる相転移と違い、絶対零度でも起こる事が特徴的である。系の持つ量子性が臨界点で重要な役割を果たす事から量子相転移と呼ばれる。量子相転移点(臨界点)においては量子揺らぎにより電子の有効質量発散が予想されるが、これは熱力学第3法則に反する。一方実験的には臨界点近傍でunconvensionalな超伝導が発現する事例が数多く、この現象は高温超伝導発現機構解明の手がかりになるとも言われている。本研究は超低温・超高圧かの実験的研究を通し、量子相転移発現機構の解明、おより量子臨界点近傍の現象(量子臨界現象)を理解する事を目標としている。本年度は前年度に引き続き、反強磁性・強磁性転移を示す(Ce,Er)Al2の組成誘起量子相転移の探索を行い、さらに圧力誘起量子相転移探索を行うための高圧物性測定装置開発に取り組んだ。磁気交換相互作用(T_RKKY)と近藤効果(T_K)が拮抗する重い電子物質では圧力・磁場の負荷により、基底状態が逆転する量子相転移(QPT)を起こす事がある。QPTは絶対零度(0K)の量子臨界点(QCP)で起こるので、その量子効果や臨界現象は低温であればあるほど顕著である。本研究は重い電子物質CeAl2の圧力誘起QPT(臨界圧力Pc2.8GPa)を超低温にて観測する事を目的とした。精密な物性測定により、QCP近傍にて量子ゆらぎが顕在化した臨界現象を探索する事を目指した。本研究の準備として、まずCeAl2及び関連物質の単結晶試料育成、及び結晶構造や大気圧下での基礎物性測定を行った。特に、組成誘起QPTを起こす(Ce,Er)Al2を発見した。次に超低温高圧下における物性測定のため、有限要素法を改良した構造計算により圧力装置の形状を最適化する手法を確立した。この手法を用いて、QPT近傍における磁気エントロピー導出のための低温高圧下で磁化や熱膨張測定が可能な高圧発生装置、すなわち試料空間が大きく、且つ効率良く加圧できて、冷凍機に入る様な小型圧力発生装置を製作した。この装置を用いて、CeAl2および関連物質におけるQPT近傍の様々な物性測定を行い、様々なQPT相図を作成した。

当該分野の研究は殆どの場合、QPT近傍で超伝導やスピングラス等、別の秩序状態が生じる。即ち、量子揺らぎが消失し、0 KではS=0に収束するので、厳密な意味のQCPではない。そのような中、QCP付近で50mKまで何の秩序も無いCeAl2は特異である。このまま0 Kまで何も無ければ、そこは0 Kまで量子揺らぎが残る、本当の意味でのQCPである。そこで現在は本研究で開発した技術を活用してCeAl2のQPT近傍における超低温電子物性の測定が進行中である。量子相転移とは圧力、磁場、組成などをパラメーターとして起こる。原理的に絶対零度でも起こりうるので、その相境界、量子臨界点近傍では熱揺らぎが無い絶対零度でも不安定な量子揺らぎが残っているかも知れない。本研究ではそのような特異点が本当に存在するのか明らかにする事を目的とした。純良単結晶の高圧下超低温物性を詳細に調べる事により、CeAl2の圧力誘起相転移やや(Ce,Er)Al2など関連物質の組成誘起相転移を発見した。前年度に組成誘起量子相転移を起こす(Ce,Er)Al2を発見し、それに関する基礎物性測定を行った。本年度は高圧下において新規量子相を探索するための高圧物性測定装置の開発に取り組んでいる。装置設計に関しては当初目標の通り1年で完了し、本測定の準備と平行して装置開発に関する論文執筆にも取り組んでいるところである。固体物理学上記に述べた通り装置設計に関しては完了したので、最終年度の本年度に向けて制作に取り組んでいるところである。制作及び動作テストに半年、本測定に半年を見込んでいる。世界的なヘリウムガス供給不足の影響で低温実験に大きな制約が出来てしまったため、25年度は予定を変更して純良試料育成に特化した研究を行った。その過程に置いて組成誘起の相転移を起こす物質を発見した。これは超低温下圧力誘起相転移の比較対象として、最終年度に置いて行う予定の研究であり、順序が当初の予定とは逆になってしまったが研究目的達成のためには必要な研究成果である。1000円に満たない少額であり、殆ど計画通りに執行したと考えて良いと思われる。無理して使い切るよりは次年度に繰り越して有効に使う事を考えた。26年度は低温下で10万気圧以上発生可能な高圧発生装置の設計•制作を行う。ヘリウムガス供給不足は未だ解消していないためミリケルビン級超低温下での測定が難しい局面も考えられるが、その場合は0.5K程度までの極低温下において、当初予定より高い圧力下、すなわち10万気圧以上の超高圧下測定を行う事により、本研究達成に必要なデータ取得を目指す。文具や記録メディア等の少額消耗品を購入予定。