hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
直腸癌に対する手術前化学放射線治療の至適投与法と臨床例での検証

併用分割照射ではそれぞれTS-1/5Gy治療を上回る効果が得られたが用量依存性はなく,抗腫瘍効果増加率としては低用量の方が大きかった.TS-1(8mg/kg)/2Gy分割照射では衰弱,体重減少などが観察された.TS-1単独では抗腫瘍効果が小さいが毒性も少ない低用量(4mg/kg)TS-1併用照射において高用量(8mg/kg)TS-1併用照射と同じ増感係数が得られた結果に対する臨床的意義は大きい.直腸癌に対する国際的な標準治療である術前のradiotherapy(RT)あるいはchemoradiotherapy(CRT)に対して,downstagingあるいはdownsizingが見られる症例の予後は良好であるため,治療前に感受性が予測されれば個別化治療に結びつく可能性が高い.しかしradiotherapy(RT)あるいはchemoradiotherapy(CRT)に対する感受性予測因子が同一なのか否かは報告されていない.今回T3/T4直腸癌に対してRTを施行した61例と,CRTを施行した35例を対象に,治療開始前の生検標本のproliferative indexおよびapoptosis関連indexを免疫組織化学的に評価し,術前RTとCRTそれぞれの感受性予測因子としての意義をretrospectiveに検討した.その結果,RTではP53陰性,P21陽性,apoptosis陽性,高分化腺癌が高感受性予測因子であったが,CRTにおいてはapoptosis陽性のみが高感受性予測因子であった.すなわち,RTとCRTの感受性予測因子は異なっていた.RTにUFTを加えたCRTにおいては,P53陽性,P21陰性,中分化腺癌症例の放射線感受性が増加していた.
病原性白血球除去による拡張型心筋症の新規治療法

(1)白血球除去療法したドナーラットの、SCIDマウスへの移植効果前年度までに確立した自己抗原(β1受容体、M2受容体、Na-K-ATPaseの3種)反復免疫による不全心ラットより末梢血リンパ球を採取しSICDマウスへ移植した。おのおの移植すべきリンパ球を白血球除去(以下LCAP)したサンプルにて実験したが、いずれにおいてもLCAP処置によって、観察されるべき心病変はブロックされた。LCAPを行わない偽カラムを通過させたサンプルでは、いずれの自己抗原においても、これまでどおり心体重比増加・心内腔の拡大を認めた。いわゆる心抑制性自己抗体の測定(今年度に新規に実験方法を確立)によると、各群でドナーラットに本自己抗体が存在することを確認した。(2)反復免疫する心肥大ラットモデルに対するLCAPの効果実験結果を年度中に出すために反復免疫時期に調整を加えた。すなわちNa-K-ATPaseポンプ1mg/回を抗原として、30日齢と150日齢に2週間間隔で2回ずつ反復免疫を行った。ラット白血球除去療法は、60日齢、90日齢ならびに120日齢の3回、4mL計5回(合計20mL)の血液を尾静脈より採取しLCAPカラムを通したあと体内に戻す手技によって施行した。210日齢において開胸実験を行った。対照免疫群はアジュバントのみ(偽免疫群)、対照LCAP群(偽LCAP群)は偽カラムで、同一手技の実験をした。各n=5で4群の比較をした(総計n=20)。心体重比ならびに血漿BNP値は、実免疫・実LCAP群のみ、他の3群(実免疫・偽LCAP群、偽免疫・実LACP群、偽免疫・偽LCAP群)より有意に減少した。すなわち反復免疫による心肥大ラットに上記LCAPを施行することで、心肥大が抑制された。まとめ3年にわたる検討から、拡張型心筋症に対しては白血球除去療法が新規治療法となる可能性が示唆された。(1)ラットに対する白血球除去療法の確立ラットに対してヒトと同様の体外循環処置を安定して実施するには困難をきわめた。人工呼吸管理下に大腿動静脈にカニュレーションすることは可能であったが、微量ポンプを使用して動脈から脱血して静脈へ返血する際に、血圧低下を示す例は約半数であった。さらにこの体外循環処置を終了し大腿動静脈のカニュレーションを除去した後に、下肢阻血や傷部感染等によって約半数が脱落した。反復して本処置を行う必要があるため、「ラットに対する白血球除去療法」を本手技で実施することは中止した。日本アフェレシス学会への参加・助言を通じて、新たな実験手技として以下のものを導入することにした。すなわちラット尾静脈より採血を行い、ヘパリン添加した同全血液を小型白血球除去カラムに注入した。カラムを通した血液を再びラットへ返血した。このカラム除去を行った血液量は1療法あたり、のべ20mLとした。この新規手技により脱落例は皆無となり、今後の実験継続が可能となった。(2)リンパ球免疫移植ラットの作成上述のとおりラット白血球除去療法の手技的変更を生じたため、自己抗原免疫モデルにも修飾を加えた。従来は毎月1回ずつの免疫を実施していたが、ラット30日齢に2回(2週間間隔)ならびに300日齢に2回(2週間間隔)の計4回の免疫を実施するだけでも、相乗的な心肥大が認められた。30日齢と300日齢で各2群(対照群と実薬群を設定することで計4群)で400日齢での心体重比を観察すると、両日齢で実薬群であったラットのみ心体重比3.9±0.2と有意な上昇(対照群3.4±0.2)を示した。この新規免疫法によって、30から300日齢の間に、上述の白血球除去療法を実施する新たな実験系が作成された。現在は自己抗原としてNa-K-ATPaseを選択してラットに免疫途上であり、次年度後期にデータが出る予定である。

対照免疫群はアジュバントのみ(偽免疫群)、対照LCAP群(偽LCAP群)は偽カラムで、同一手技の実験をした。各n=5で4群の比較をした(総計n=20)。心体重比ならびに血漿BNP値は、実免疫・実LCAP群のみ、他の3群(実免疫・偽LCAP群、偽免疫・実LACP群、偽免疫・偽LCAP群)より有意に減少した。すなわち反復免疫による心肥大ラットに上記LCAPを施行することで、心肥大が抑制された。まとめ3年にわたる検討から、拡張型心筋症に対しては白血球除去療法が新規治療法となる可能性が示唆された。
ショウジョウバエ視覚中枢の形成過程における視神経-グリア間相互作用の役割

我々はショウジョウバエの視覚中枢の形成過程を神経発生、回路形成のモデル系として用いている。ショウジョウバエの視覚中枢では三令幼虫期に分化した視神経が順次脳に投射し、三日月型のラミナが形成される。同時に後方から移動したグリア細胞が層構造を形成し、視神経の投射パターンの形成に重要な役割を果たす。平成17年度においてはDppがラミナグリアの形成に果たす役割を検討した。その結果、Dppがこれらのグリア細胞の分化を制御し、これを介して視神経の正しい投射に必要であることを示唆する結果を得た。またこの過程で、Dppはgcmの発現制御を介してラミナグリアの分化に役割を果たすことを示唆する結果を得た.これらの結果はDevelopment誌に発表した(Yoshida S, Soustelle L, Giangrande A, Umetsu D, Murakami S, Yasugi T, Awasaki T, Ito K, Sato M, Tabata T.Development 132,4587-98(2005)).また、本研究室ではpiggybac転移因子を用いたエンハンサートラップスクリーニングを組織的に行っており、その中で視覚中枢、特にラミナ領域に特徴的な発現を示す系統が複数得られたため、平成18年度は主にこれらについて解析を行った.現在までに得られた系統のうち、本研究では特にラミナ領域(ラミナ神経、ラミナグリア)に特異的に発現が認められる98aと呼ばれる系統が得られた.トランスポゾンの挿入箇所を同定したところ、98aについてはptp61Fと呼ばれるチロシン特異的脱リン酸化酵素をコードする遺伝子の近傍にトラップベクターの挿入が確認された.ptp61Fに関しては機能欠失変異体を制作し、これを用いて視覚中枢におけるこの遺伝子の役割を観察した.これまでの変異体の解析の結果、変異クローンではラミナ神経分化の初期マーカーであるDachshundの発現は認められるが、より分化した段階のマーカーであるElavの発現が誘導されないことが明らかになった.Elavの発現およびラミナ神経の成熟にはEGFシグナリングが重要な役割を果たすことが明らかにされている(Huang et al.,Cell 95,693-703,(1998)).このことから、ptp61FはEGFシグナリングを介したラミナ神経の成熟に関与していることが示唆された.我々はショウジョウバエの視覚中枢の形成過程を神経発生、回路形成のモデル系として用いている。本研究の目的は様々な発生過程でパターン形成に重要な役割を果たすDppがこの過程で果たす役割を解明することである。Dppはグリア前駆細胞が位置するラミナの先端部分に発現する。このことからDppがラミナグリアの形成に果たす役割を検討した。Dppシグナリングを特異的に阻害するdadをラミナグリア前駆細胞領域に強制発現した場合、またTGF-βシグナリングに必須な因子であるMedeaの変異クローンをこの領域に形成した場合、ラミナグリアの減少、視神経の投射異常が観察された。このことはDppシグナリングがこれらのグリア細胞の分化を制御し、これを介して視神経の正しい投射に必要であることを示唆する。またグリア細胞の運命決定に重要な因子であるglialcells missing (gcm)はラミナ底部のグリアとその前駆細胞特異的に発現しているが、Medea変異クローンではその発現が失われた。また、活性化型Dppレセプターを強制発現するとgcmの異所的な発現とグリア細胞の異所的な分化がみられた。さらにドミナントネガティブ型のgcmをラミナグリアおよびその前駆細胞で発現させるとラミナグリアの著しい減少がみられた。これらのことから、Dppはgcmの発現制御を介してラミナグリアの分化に役割を果たしている可能性が示唆された。また、視覚中枢で興味深い発現を示す新規遺伝子のスクリーニングを近年開発されたpiggybacベクターを用いて行った。その結果いくつかの興味深い発現パターンを示すラインを得られたため、今後はこれらについて遺伝子同定、変異体の表現系の解析などを行う予定である。また、本研究室ではpiggybac転移因子を用いたエンハンサートラップスクリーニングを組織的に行っており、その中で視覚中枢、特にラミナ領域に特徴的な発現を示す系統が複数得られたため、平成18年度は主にこれらについて解析を行った.現在までに得られた系統のうち、本研究では特にラミナ領域(ラミナ神経、ラミナグリア)に特異的に発現が認められる98aと呼ばれる系統が得られた.トランスポゾンの挿入箇所を同定したところ、98aについてはptp61Fと呼ばれるチロシン特異的脱リン酸化酵素をコードする遺伝子の近傍にトラップベクターの挿入が確認された.ptp61Fに関しては機能欠失変異体を制作し、これを用いて視覚中枢におけるこの遺伝子の役割を観察した.これまでの変異体の解析の結果、変異クローンではラミナ神経分化の初期マーカーであるDachshundの発現は認められるが、より分化した段階のマーカーであるElavの発現が誘導されないことが明らかになった.Elavの発現およびラミナ神経の成熟にはEGFシグナリングが重要な役割を果たすことが明らかにされている(Huang et al.,Cell 95,693-703,(1998)).
重症筋無力症における瞳孔動態に関する研究

重症筋無力症患者の瞳孔反応をopen-loop赤外線電子瞳孔計を利用して対光反応の諸因子、刺激前瞳孔面積(PAmm2)光刺激による縮瞳面積量(Amm2)、潜伏時間(Lmsec)、1/2縮瞳時間(1/2C msec)、63%散瞳時間(0.63D msec)、最大縮瞳速度(VCmax.mm2/sec)、最大散瞳速度(VDmax.mm2/sec)、最大縮瞳加速度(AC・Cmax.mm2/sec2)についてを測定し分析した結果、重症筋無力症患者の瞳孔反応においては縮瞳率が低下し、潜伏時間、最小縮瞳時間が延長し、最大縮瞳速度および最大縮瞳加速が低下していた。このことは重症筋無力症における症状が神経節接合部の障害にあり瞳孔において、その運動を司るreceptorは主に括約筋のもの、すなわち副交感神経支配のものであるので、ここに障害が生じるてcholinolyticになることが解明された。さらに今回の研究にて交感神経支配の散瞳系についても結果が得られた。それは最大散瞳速度には変化がないが63%散瞳時間には延長が認められるということである。このことはいままで明らかにされていない重症筋無力症と交感神経系の関係を示唆するものである。
救急看護師の救急電話相談能力の強化を支援するシミュレーション教育プログラムの開発

本研究では、救急看護師の救急電話相談応対能力の強化を支援するシミュレーション教育プログラムを開発することを目的とする。そのために、1国内・国外の救急電話相談に関する先行研究・文献を調査し、2救急看護師を対象とした全国調査をおこない、救急外来における救急電話相談の実態と教育的ニーズを明らかにする。目的12で得られた結果を参考に、3シミュレーション学習用シナリオを作成し、救急看護師の救急電話相談応対能力の強化を支援するシミュレーション教育プログラムの実施・評価をおこなう。
菌類特有の新奇キメラジテルペン合成酵素の特徴を活かした有用物質生産研究の基盤構築

糸状菌特有のキメラジテルペン合成酵素はGGDP合成ドメインとGGDP環化ドメインで構成され、極めて珍しい一次構造と機能を有する。本研究では、この高機能キメラ酵素の特徴を活かして、有用物質生産研究の基盤を構築することを目的とした。その中でも特に、麹菌Aspergillusoryzae、いもち病菌Magnaporthe grisea、青カビPenicillium chrysogenumのキメラ酵素の特徴付けではそれぞれ興味深い知見を提供した。研究代表者らが発見したジテルペン合成酵素PaFSは、N末端側にジテルペン環化酵素ドメイン(GGDP環化反応)、C末端側にプレニル転移酵素ドメイン(GGDP合成反応)を有する新規なキメラ型高機能酵素であり、その遺伝子ホモログは菌類ゲノムに広く存在することを示していた。そこで、一般的に二次代謝物を生産しないと考えられている麹菌Aspergillusoryzae菌体よりその遺伝子ホモログ2種類AoDS1、AoDS2をcDNAクローニングすることに成功した。しかしながら、ともにC末端側のプレニル転移酵素ドメインをコードする領域に変異がみられ(AoDS1は途中に停止コドン出現、AoDS2は活性中心のアスパラギン酸がアラニンに置換)、プレニル転移酵素活性が消失したと考えられた。タンパク質工学的手法を用いてこれら酵素を高機能酵素として蘇生させることを試みている。またぐ高等植物細胞において、GGDP合成活性が高い色素体、あるいはGGDP合成活性が低い細胞質でPaFSを発現させ、目的環化産物の蓄積量を比較・検討するために、シロイヌナズナ形質転換用プラスミドを構築した。色素体移行のためのトランジットペプチド様配列をN末側に、さらに細胞内局在解析用マーカーGFPをC末に付加してもPaFSの活性は消失しないことを大腸菌発現組換え酵素を用いて確認した。形質転換シロイヌナズナを作成し、目的環化物生産について検討する予定である。また、既存のジテルペン環化酵素であるGibberella fujikuroi由来entカウレン合成酵素のN末端、あるいはC末端にGGDP合成酵素を連結した人工酵素を調製したが、酵素活性が消失した。接続用リンカーについて検討する予定である。昨年度、一般的に二次代謝物を生産しないと考えられている麹菌Aspergillusoryzae菌体よりcDNAクローニングしたPaFSホモログAoDS1は、途中に停止コドンが出現し、プレニル転移酵素活性が消失したと考えられた。そこで本年度は、タンパク質工学的手法を用いて、停止コドンをチロシンコードに戻したところ、プレニル転移酵素活性は復活し、この酵素を高機能酵素として蘇生させることに成功した。さらに今年度は、イネの重要病害菌であるいもち病菌よりPaFSホモログ4種のcDNAクローニングに成功したが、環化酵素活性を検出できたのはMgDS3のみであった。この遺伝子も3'側に欠失がみられ、プレニル転移酵素活性は消失していたので、AoDS1と同様に多機能酵素として復活させる予定である。また、高等植物細胞において、GGDP合成活性が高い色素体、あるいはGGDP合成活性が低い細胞質でPaFSを発現させ、目的環化産物の蓄積量を比較・検討するために、昨年度構築したシロイヌナズナ形質転換用プラスミドを利用して、組換え植物を作成した。選抜マーカーによるスクリーニングにより、目的組換え体を得ることに成功した。これらを用いて酵素生成物であるフシコッカジエンの植物細胞内での蓄積などを検討していく予定である。研究代表者らが発見した糸状菌特有のキメラジテルペン合成酵素は、N末端にGGDP環化ドメイン、C末端にGGDP合成ドメインを有する極めて珍しい一次構造と機能を有する。一昨年は、二次代謝産物を生産しないと考えられる麹菌Aspergillusoryzae、昨年はイネの重要病害いもち病の原因菌Magnaporthe griseaより、そのホモログ遺伝子をcDNAクローニングし(それぞれAoDSL1とMgDSL3)、機能解析したが、本年度は青カビPenicillium chrysogenumよりホモログ遺伝子PchDSLのcDNAを取得し、それが分生子誘導物質conidiogenoneの生合成に関与する可能性を示した。また、麹菌のAoDSL1は、1塩基ナンセンス変異によりC末端のGGDP合成ドメインの大部分が翻訳されないが、原種のA.flavusではその変異がなく、完全長のキメラ酵素をコードすることが明らかになった。しかしその変異がA.oryzaeのジテルペン生産能に影響を与えているかは依然不明である。

いもち病菌については、液体培地培養菌体では発現しておらず、イネ葉身細胞中の菌体で発現がみられたMgDSL4を取得することに成功し、その翻訳産物はcasbene様炭化水素を生成することが示された。今後はこの遺伝子とイネ病害との関連を追究する予定である。また、キメラ酵素の有用性を検討するために、高等植物シロイヌナズナにPaFSを組み込んだところ、目的遺伝子のDNAへの導入、転写までは確認できたが、タンパク質は検出できず、さらにPaFS産物の蓄積も検出できなかった。今後はホスト植物を換えて検討する予定である。
紫外－可視光波長可変レーザーを利用した植物の紫外光環境感覚に関する研究

本研究では、植物の光環境感覚の中でも紫外光に着目し、太陽紫外線の下で生きる植物にとって必須なタンパク質であるCPD光回復酵素の、(1)紫外光に対する遺伝子発現誘導、(2)本酵素の紫外光による細胞内局在の光応答反応(特に葉緑体への移行機構)を解析し、紫外光に対する植物の環境感覚を解明することを目的として実施した。1.「CPD光回復酵素遺伝子の光発現誘導」:イネ、シロイヌナズナを材料に、UVB赤色光の各種LEDを用いて、発現誘導に有効な波長の探索を行った結果、イネ、シロイヌナズナでは、青色光、UVA、UVBが有効であった。そこで、UVB光受容体と考えられているUVR8変異体、クリプロクロム二重変異体cry1 x cry2、フィトクロム二重変異体phyA x phyB(長谷氏より供与)を材料に解析を行った。その結果、1cry1 x cry2変異体では、青色光によるPHRの発現誘導は阻害され、UVBによる発現誘導は確認された、2一方UVR8変異体では、大変興味深いことに、UVBのみならず、青色光による発現誘導も阻害することが分かった。これらの結果は、PHRの発現誘導は、少なくともクリプトクロムとUVR8の2つが関与し、UVBによるPHRの発現はCryが存在しなくてもUVR8を介して誘導されるものの、Cryを介した青色光による発現には、UVR8が直接的、または間接的に作用し、その存在が必須である可能性を見出した。2.「CPD光回復酵素の細胞内局在に関する光応答反応」:Triple targeting proteinであるCPD光回復酵素の核、ミトコンドリアへの移行シグナル配列を推定することはできたが、葉緑体移行のメカニズムを推定するには至らなかった。現在組換え体を短時間に作製可能なゼニゴケを実験材料に変更して、葉緑体移行シグナル配列の推定を行っている。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、植物の光環境感覚の中でも紫外光に着目し、太陽紫外線の下で生きる植物にとって必須なタンパク質であるCPD光回復酵素の、(1)紫外光に対する遺伝子発現誘導、(2)本酵素の紫外光による細胞内局在の光応答反応(特に葉緑体への移行機構)を解析し、紫外光に対する植物の環境感覚を解明することを目的とする。本年度は、CPD光回復酵素遺伝子の光発現誘導、特に青色光・紫外光による光発現に着目し、各種波長のLEDを光源に用いて解析を行った。その結果、UVA(365,375nm)、blue(460nm)、red(660nm)の光(120μmol/m^2/s)に対して、強度依存的に発現量は増加した。中でも、blueはmRNAの発現誘導に最も効率的であった。なお、green、far-redに対しては、mRNAの蓄積は認められなかった。したがって、イネのCPD光回復酵素の発現には、青色光、および赤色光受容体の複数の光受容体によって制御されている可能性が考えられた。また、UVB光に対する応答を調べるため、UVB蛍光管を用いて解析したところ、mRNAの蓄積の増加が認められた。現在、UVB-LED(280,310,325,340nm LED;DOWAエレクトロニクス)、およびUVBの光受容体と考えられているUVR8のイネ変異体(Tos mutant lines)を用いて、UVBによるCPD光回復酵素の発現誘導に関する解析を進めている。次に、triple targeting proteinであるCPD光回復酵素の細胞内局在に関する光応答反応を解析するため、各オルガネラへの移行に関わるシグナル配列の同定を行った。その結果、核へは全長506アミノ酸のC末端側487-489のアミノ酸配列を、ミトコンドリアへは391-401のアミノ酸配列を利用していることが推測された。また、CPD光回復酵素-GFPをシロイヌナズナに導入した組換え体を作製し、「一細胞顕微照射システム」を用いて、光回復酵素の細胞内局在の光応答性に関する実験系を確立した。

これらの結果は、PHRの発現誘導は、少なくともクリプトクロムとUVR8の2つが関与し、UVBによるPHRの発現はCryが存在しなくてもUVR8を介して誘導されるものの、Cryを介した青色光による発現には、UVR8が直接的、または間接的に作用し、その存在が必須である可能性を見出した。2.「CPD光回復酵素の細胞内局在に関する光応答反応」:Triple targeting proteinであるCPD光回復酵素の核、ミトコンドリアへの移行シグナル配列を推定することはできたが、葉緑体移行のメカニズムを推定するには至らなかった。現在組換え体を短時間に作製可能なゼニゴケを実験材料に変更して、葉緑体移行シグナル配列の推定を行っている。24年度が最終年度であるため、記入しない。計画通り研究は進展しており、来年度実施予定の研究の予備解析である「一細胞顕微照射システム」を用いて、光回復酵素の細胞内局在の光応答性に関する実験系を確立するとともに、利用予定の実験植物の作製も順調に進んでいる。したがって、おおむね順調に研究は進展していると判断した。課題1の「CPD光回復酵素遺伝子の光発現誘導」に関しては、現在進めているUVBによる光発現機構に関する解析、およびCPD光回復酵素のプロモーター解析を進め、他の光受容体を介した発現機構との相互作用について、変異体等を用いて解析する。課題2の「CPD光回復酵素の細胞内局在に関する光応答反応」に関しては、観察に最適な条件の検討が終了した。また、イネのCPD光回復酵素の結晶構造を明らかにすることが出来たため、今後は、光回復酵素の構造面からの知見も取り入れ、細胞内局在機構に関して明らかに出来ると考えている。
近代化過程における林野環境の変化と再編

第一点として、景観を指標に用いて、山村集落の生態変化を分析した。具体的には、5万分の1地形図から、集落(狭義=居屋敷)の形態分類、集落立地の地形分類、集落の垂直的標高幅、土地利用の地種別標高幅、集落間道路の規模と立地分類、を検討した。現在までに分析したのは、京都府美山町、奈良県川上村、鳥取県若桜町、徳島県東祖谷山村、熊本県五木村で、しかも明治後期(近代化の進展以前)のみである。当該町村は、農林省経済地帯別基準指標に基づいて昭和50年段階の「山村」に含まれているとともに、河川水源部を領域とする共通点をもつ。考察の結果、明瞭な地域差が明らかとなった。ただ、図幅ごとに測図者が異なるため、隣接図幅間で凡例使用上の断裂が生じることがある。今後、比較に耐えうる図幅の使用に留意し、類型化と地域区分を進める。第二点として、明治期初頭以来の国有林野の変遷の地図入力について検討した。具体的には、官林台帳・官林図での各地筆や、国有林経営上の施業単位区域の、明治期初頭以来の継続性と垂直的統合関係について大阪営林局区域を主対象地として概観した。特に、鳥取県の官林図(因幡国分のみ。伯耆国分は残在していない)所載の地筆の現地形図中での位置を確定した。今後、その後の下渡しや買得筆での所在形態と区域、および経営管理に伴う施業区域の変遷に関する地図を作成するとともに、地理情報システム上の妥当な入力単位区域の決定にもこぎつける予定である。また、部落有林野や入会林野の変遷についても検討を加えたい。なお、本年度成果の詳細は、『近代化による環境変化の地理情報システム平成3年度総合報告書追加版』(西川治代表)を参照いただきたい。
新規T細胞サブセットを標的とした自己免疫制御法の確立

自己免疫疾患の病態形成には、免疫の司令塔としてはたらき、自己抗原を認識する受容体をもつT細胞が重要な役割を果たすことが知られている。とりわけ免疫応答を促進するヘルパーT細胞と抑制するTreg細胞のバランスの破綻が自己免疫疾患をはじめとするさまざまな疾患進行の鍵を握るが、その破綻機構は不明な点が多いゆえに自己免疫疾患のメカニズムは未だ解明されておらず、根本的な治療法は確立されていない。転写因子Foxp3はTreg細胞のマスター転写因子であり、Foxp3の機能欠失はTreg細胞の欠損によりヒトやマウスにおいて致死的な自己免疫疾患を引きおこすことが知られている。申請者らはこれまでに自己免疫性関節炎において炎症と骨破壊を増悪化する新規病原性T細胞を同定し、この細胞がFoxp3+T細胞から分化転換することを見出している。さらに近年、口腔内細菌叢の恒常性の破綻によって誘導される歯周炎においても、その骨破壊を誘導する主たる細胞であることや口腔免疫に主要な役割を果たす細胞であることを見出している。しかしながらその病原性を司る分子基盤は不明である。本研究では新規病原性T細胞サブセットなどに着眼して、その分化と機能を司る分子基盤を解明し自己免疫の制御法を確立することを解明することを目的とする。今年度は種々の遺伝子改変マウスの作製やRNAseq解析などを行い、本研究の遂行に必須となる研究基盤を確立した。遺伝子改変マウスの作製やRNAseq解析などが計画通り進められたため。今後は本年度樹立した遺伝子改変マウスを駆使して本課題の推進に努める。
非中国語圏で成立した最早期のプロテスタント系漢訳聖書の訳語・文体形成に関する研究

本研究の意義はこれまで未発見であった非中国語圏で成立したプロテスタント系漢訳聖書を見つけ出し、そこにある訳語と文体を解析・考察することにより、最早期のプロテスタント系漢訳聖書で、非中国語圏の印度で漢訳されたマーシュマン・ラサール訳における訳語と文体の形成過程の解明を行うことにある。この目的に附随して漢訳聖書本文の電子テキスト化、漢訳者であるラサール、マーシュマンの生い立ちや聖書漢訳の背景、ギリシア語底本の特定なども明らかにする。本研究では、研究代表者は研究全体を統括するとともに、その専門分野に鑑み、主として訳語(聖書用語)の解析・考察を行い、研究分担者は主として文体(文法)の解析・考察を行う。
一体型CNTs/グラフェン3次元ハイブリッド体の酵素電極反応系への展開

本研究では、グラフェン表面からカーボンナノチューブを成長させた3次元ハイブリッド膜(CNTs/G膜)を用いて、酵素西洋ワサビペルオキシダーゼなどのバイオキャタリストの固定化量を増大させることにより、グラフェンを用いるよりも、高感度な電気化学バイオセンサの構築を試みた。グラフェンと比べて、CNTs/G膜ではバイオキャタリストの固定化量を実際に増大させることが可能であり、基質の過酸化水素に対する触媒還元電流も向上した。したがって、CNTs/G膜を用いることで、グラフェンよりも高感度な電気化学バイオセンサを構築でき、この他にも、酵素を用いたバイオ燃料電池の電極にも利用できるものと期待される。本研究では、グラフェン表面からカーボンナノチューブ(CNTs)を成長させた一体型3次元ハイブリッド膜を合成し、基板表面での単位面積当たりの酵素固定化量を増大させることにより、高感度かつ広いダイナミックレンジを持つ電気化学酵素センサの開発を目指す。初年度ではまず、熱化学気相成長法で合成した3次元ハイブリッド膜の基礎的な特性を評価した。3次元ハイブリッド膜を走査型電子顕微鏡で観察したところ、グラフェンからCNTsが成長していることを確認でき、また、CNTsは適度に隙間のある網目構造を形成していた。次に、通常の酵素では困難とされる活性中心と電極との間で直接電子移動が可能な酵素ペルオキシダーゼモデルのヘムペプチド(HP)を3次元ハイブリッド膜表面に化学的に単層で固定化し、基質である過酸化水素(H2O2)に対する電流応答を調べた。2次元のグラフェン膜と比べて、3次元ハイブリッド膜ではHPの固定化量を約10倍増大させることが可能であり、その結果、H2O2に対する電流応答も約10倍向上させることに成功した。また、HPの固定化量を同じにした3次元ハイブリッド膜と2次元グラフェン膜を用いて、H2O2に対する電流応答を調べた。HPの固定化量が同じなので、H2O2の応答はほぼ同程度になると予想していた。しかしながら、3次元ハイブリッド膜での応答が2次元グラフェンのものよりも約7倍大きくなった。これは、HPが密に固定化されている2次元グラフェン膜と比べて、3次元ハイブリッド膜では、CNTsが網目構造を形成していることにより隙間が存在するため、H2O2の拡散が改善されたからである。以上より、3次元ハイブリッド膜を用いた高感度電気化学バイオセンシングへの応用可能性が明らかになった。前年度では、酵素ペルオキシダーゼモデルのヘムペプチド(HP)を用いて検討した。次年度では、酵素西洋わさびペルオキシダーゼ(HRP)を3次元ハイブリッド膜表面に固定化し、基質である過酸化水素(H2O2)に対する電流応答を調べた。HPと比べてHRPは、複雑な高次構造から、高い触媒活性を持ち、また高い選択性も持つ利点がある。界面活性剤sodium dodecyl sulfate(SDS)を用いて3次元ハイブリッド膜にHRPを固定化し、サイクリックボルタンメトリーを行ったところ、HRPの反応中心であるヘム鉄の2価/3価の可逆な酸化還元電流応答を得ることができた。このときの酸化還元電流応答から、3次元ハイブリッド膜に固定化された電気化学的に活性なHRP量を求めたところ、2次元のグラフェン膜と比べて約2倍増大させることが可能であった。その結果、検出物質のH2O2に対する電流応答も約2倍向上させることに成功した。また、このときの電流応答から、3次元ハイブリッド膜表面でのHRPとH2O2との間の反応速度を調べた。その結果、HPとH2O2との間のものに比べて、約3倍向上することが明らかになった。以上より、酵素を3次元ハイブリッド膜に固定化しても、高感度電気化学バイオセンシングに利用できるものと期待される。研究実績概要で述べた内容について、現在、論文投稿中である。また、3年目の課題(今後の研究の推進方策等を参照)にも取り組み始めている。前年度までに、酵素西洋ワサビペルオキシダーゼ(HRP)やペルオキシダーゼモデルのヘムペプチド(HP)を用いて検討してきた。本年度では、ペルオキシダーゼの活性中心であるヘミンを用いた。ヘミンはポリペプチドを持たないため、HRPと比べて、触媒活性は著しく小さくなるものの、分子量は約2桁小さくなる。そのため、ヘミンを3次元ハイブリッド膜に高密度で固定化できれば、3次元ハイブリッド膜全体での基質に対する触媒活性を高めることができると予想した。架橋剤を用いてハイブリッド膜表面にヘミンを固定化したところ、2次元のグラフェン膜と比べて、固定化量は46倍大きくなった。また、検出物質のH2O2に対する電流応答も約46倍向上した。HRPを固定化したハイブリッド膜と比べて、ヘミンの固定化量を約1桁増大させることが可能であり、H2O2に対する電流応答も約50倍向上した。分子量が3倍大きいHPと比較した場合においても、ヘミンの固定化量を約3倍増大させることが可能であり、H2O2に対する電流応答もおおよそ34倍向上させることが可能であった。

したがって、ハイブリッド膜にヘミンを固定化することで、ハイブリッド膜全体での基質に対する触媒活性は、1分子あたりの触媒活性が高いとされるHRPやHPを固定化するよりも、高くなることが明らかになった。以上より、3次元ハイブリッド膜を、高感度電気化学バイオセンシングに利用できるものと期待される。本研究では、グラフェン表面からカーボンナノチューブを成長させた3次元ハイブリッド膜(CNTs/G膜)を用いて、酵素西洋ワサビペルオキシダーゼなどのバイオキャタリストの固定化量を増大させることにより、グラフェンを用いるよりも、高感度な電気化学バイオセンサの構築を試みた。グラフェンと比べて、CNTs/G膜ではバイオキャタリストの固定化量を実際に増大させることが可能であり、基質の過酸化水素に対する触媒還元電流も向上した。したがって、CNTs/G膜を用いることで、グラフェンよりも高感度な電気化学バイオセンサを構築でき、この他にも、酵素を用いたバイオ燃料電池の電極にも利用できるものと期待される。初年度の目標としていた、合成したカーボンナノチューブ/グラフェン3次元ハイブリッド膜の基礎的な特性評価および酵素モデルのヘムペプチドとの電子移動の解明を終了することができ、論文にまとめることができたからである。3年目では、酵素ペルオキシダーゼの活性中心であるヘミンを用いる。ヘミンはポリペプチドを持たないため、ペルオキシダーゼと比べて、触媒活性は著しく小さくなる。しかしながら、分子量は約2桁小さくなるため、ヘミンを3次元ハイブリッド膜に高密度で固定化できれば、3次元ハイブリッド膜全体での活性を高めることができるかもしれない。また、ヘミンはペルオキシダーゼと比べて極めて安定であるため、高安定性の高感度電気化学バイオセンシングへの応用可能性を明確にする。この他に、3次元ハイブリッド膜でのレドックス種との電子移動反応の促進化を検討する。一般的に、sp2炭素の平面部分は、エッジ領域と比べて、化学種との電子移動反応が遅いことで知られる。そこで、3次元ハイブリッド膜に意図的にエッジ領域を導入し、レドックス種との電子移動反応速度の向上を目指す。バイオデバイス工学初年度は電極と直接電子移動が可能な酵素ペルオキシダーゼモデルであるヘムペプチドを用いて検討してきた。2年目では、電極と直接電子移動が困難な酵素ペルオキシダーゼを用いて、3次元ハイブリッド膜の高感度電気化学バイオセンシングへの利用可能性を明確にする。2015年度中に、学内での配置換えに伴う研究室の移動作業が発生したため(東京大学駒場第2キャンパスから東京大学本郷キャンパスへ移動)、研究自体は概ね順調に進んでいるものの、実験のペースが落ちたことにより、次年度使用額が発生した。新たな実験作業場で実験遂行上必要になる物品類の購入および2016年度開催予定の国際会議の参加費等に使用する予定である。
胚性幹細胞を利用した遺伝子改変ニワトリの作出に関する研究

本研究は,新規のニワトリ胚性幹(cES)細胞を利用して,遺伝子改変ニワトリを作出することを目的として実施した.本年度は,遺伝子組換えcES細胞由来の後代取得と効率化が可能であるか検証を行った.本研究では,相同遺伝子組換えを含め遺伝子操作後のcES細胞を移植したキメラニワトリから4,000羽を超えるヒナの確認を行ったが,cES細胞由来の後代は取得出来なかった.この原因の一つには,核型異常が考えられた.本研究では,cES細胞中に遺伝子操作前であっても2-10%程度の核型異常細胞が存在し,特にランダムインテグレートで遺伝子導入した細胞では,この割合が90%を超えることが明らかとなった.そのため,生殖細胞が正常に機能できないのではないかと考えられた.一方で,クローニング後の細胞や,相同遺伝子組換えで遺伝子導入した細胞では,核型異常細胞の割合が導入前と同程度まで低下しており,正常な核型の維持に向け有効な手段と考えられた.また目的の後代が得られない原因には,生殖細胞へ分化したcES細胞の数が少ないことも考えられた.本研究では,この点を改善するためin vitro分化誘導条件の検証を行ったが,cES細胞におけるニワトリ生殖系列特異的遺伝子(Cvh)の発現を向上させる条件の解明には至らなかった.そのため,本研究ではcES細胞を移植した胚からキメラの始原生殖細胞を回収し薬剤選抜を行った.その結果,緑色蛍光タンパク質を発現し,かつCvh陽性の細胞が培養可能であった.この手法は,今後生殖細胞への分化効率を向上させる上で有効な手法になり得ると考えられる.本研究では,目的の遺伝子改変ニワトリ個体作出には至らなかったものの,必要な基盤技術の証明にはほぼ成功しており,今後の研究によってニワトリにおいてノックイン・ノックアウトを含めた遺伝子改変技術を実用化させることが可能になるものと考えられる.本研究では,当研究グループで樹立したニワトリの胚性幹(cES)細胞を用いて,遺伝子改変ニワトリを作出することを目的として研究を実施した.本研究で使用したcES細胞には,ニワトリ生殖細胞系列に特異的に発現することが知られるchicken vasa homolog(Cvh)タンパク質を発現する細胞が存在しており,germline transmissionが可能であることも確認している(当研究グループunpublished data).本年度は,cES細胞の生殖系列寄与効率を向上させるため,Cvh陽性細胞の追跡や分取(研究1)を試みた.また,実際にcES細胞を用いて遺伝子改変ニワトリを作出するため,オボアルブミン遺伝子を標的とし,gene targetingによる相同遺伝子組換えcES細胞の取得と,キメラニワトリの作出(研究2)を行った.研究1では,Cvh遺伝子のプロモーター領域を利用し,レポーター遺伝子による追跡および分取を試みたが,レポーター遺伝子の発現が弱く,cES細胞からCvh陽性細胞のみを分取することはできなかった.一方,研究2では,targeting vectorの導入により目的とする遺伝子改変が起こった相同遺伝子組換え細胞株を取得することが可能であり,このcES細胞株は,初期胚への移植によりキメラニワトリを作出することも可能であった.また,キメラ胚中には,cES細胞に由来する始原生殖細胞が存在すること,さらに性成熟したキメラニワトリの卵巣においてcES細胞由来の卵母細胞が存在することが確認された.これらの結果は,相同遺伝子組換えcES細胞が生殖細胞への分化能を維持していたことを示しており,germline transmissionも可能であろうと考えられる.本研究は,新規のニワトリ胚性幹(cES)細胞を利用して,遺伝子改変ニワトリを作出することを目的として実施した.本年度は,遺伝子組換えcES細胞由来の後代取得と効率化が可能であるか検証を行った.本研究では,相同遺伝子組換えを含め遺伝子操作後のcES細胞を移植したキメラニワトリから4,000羽を超えるヒナの確認を行ったが,cES細胞由来の後代は取得出来なかった.この原因の一つには,核型異常が考えられた.本研究では,cES細胞中に遺伝子操作前であっても2-10%程度の核型異常細胞が存在し,特にランダムインテグレートで遺伝子導入した細胞では,この割合が90%を超えることが明らかとなった.そのため,生殖細胞が正常に機能できないのではないかと考えられた.一方で,クローニング後の細胞や,相同遺伝子組換えで遺伝子導入した細胞では,核型異常細胞の割合が導入前と同程度まで低下しており,正常な核型の維持に向け有効な手段と考えられた.また目的の後代が得られない原因には,生殖細胞へ分化したcES細胞の数が少ないことも考えられた.本研究では,この点を改善するためin vitro分化誘導条件の検証を行ったが,cES細胞におけるニワトリ生殖系列特異的遺伝子(Cvh)の発現を向上させる条件の解明には至らなかった.そのため,本研究ではcES細胞を移植した胚からキメラの始原生殖細胞を回収し薬剤選抜を行った.その結果,緑色蛍光タンパク質を発現し,かつCvh陽性の細胞が培養可能であった.この手法は,今後生殖細胞への分化効率を向上させる上で有効な手法になり得ると考えられる.本研究では,目的の遺伝子改変ニワトリ個体作出には至らなかったものの,必要な基盤技術の証明にはほぼ成功しており,今後の研究によってニワトリにおいてノックイン・ノックアウトを含めた遺伝子改変技術を実用化させることが可能になるものと考えられる.
小児声門上器具使用時の声門部開通性の時系列評価研究

全身麻酔下で声門上器具を使用している小児患者における声門開大度の経時的評価を行った。プライマリーの評価項目は、スガマデクスを投与した際の声門開大度である。本研究は、小児麻酔において周術期合併症で最も頻度の高い気道トラブル、特に声門狭窄・喉頭痙攣のリスク因子を明らかにすることを目的としている。スガマデクス投与後に喉頭痙攣をおこしたという症例報告もあるため、スガマデクス投与の気道への影響を探索した。対象は1歳から6歳までの鼠経ヘルニアもしくは停留精巣の手術を受ける小児患者、症例数はデータ採取終了時に27例。内、除外症例は7例。当初予定していた20例は達成した。10例は筋弛緩使用群、10例は筋弛緩非使用群である。筋弛緩使用群のすべてで、筋弛緩の拮抗にスガマデクスを使用し、スガマデクスの影響で声門が狭窄するかを調べた。スガマデクス使用前後の声門開大度は統計学的に有意差はなく、スガマデクスは声門開大度には影響しないことが判った。2次解析として、声門角度の狭窄をきたす危険因子を多変量解析を用いて探索した。その結果、アメリカ麻酔学会Physical Status分類により麻酔リスクがあがるほど、自発呼吸時の声門狭窄のリスクが上昇すること、吸入麻酔のセボフルレンの濃度が声門狭窄の程度に影響することが判った。更なる解析で、スガマデクス投与自体では声門狭窄は起こさないが、声門狭窄を引き起こす条件としてレミフェンタニルの濃度、セボフルレンの濃度が関与していることが判明した。本研究は科研費取得から2年目の終わりには患者のリクルート及びデータ採取が終了した。20症例を集める予定であったが、除外症例が7例あり、最終的には27例でデータ収集を終了した。今後はデータの解析をさらに進め、学会発表および論文執筆を行う。また、今回の結果踏まえさらなる臨床研究の可能性を探り、全身麻酔の安全性に寄与できるように発展させる。鼠径ヘルニアまたは停留精巣症例の全身麻酔下の小児を対象に、声門上気道確保器具(以下、声門上器具)挿入直後から抜去時まで声門の開通性の変化を内視鏡で連続的に観察・記録を施行している。全身麻酔中の麻酔深度の変化や麻薬併用の効果、筋弛緩とその回復などによる声門開通性変化の詳細を解明、さらに、内視鏡で測定される声門開通性が、呼吸音の周波数解析から求められる新たなパラメータで可視化できないか探索する目的で開始した。目標症例数は筋弛緩使用群10例、筋弛緩非使用群10例である。現在計21症例収集できている。筋弛緩使用群が7症例、筋弛緩非使用群が8例とれており、麻酔法などの要因で除外症例が6例ある。現在も症例を積み重ねており、平成30年、夏前には終了する予定である。声門上器具で気道確保された全身麻酔下の小児において、気管支鏡を用いて、手術開始から覚醒時までの声帯の開大度、換気力学パラメータ、呼吸音周波数パラメータを持続的に測定し、麻酔深度、麻薬併用、筋弛緩レベルによる変化を時系列解析している。特にスガマデクス投与前後で声門狭窄が生ずるかどうか検証している。研究仮説は次のとおりである。全身麻酔中の小児の声門開大度(主要評価項目)は一定ではなく、麻酔深度の変化、麻薬、筋弛緩とその回復により時系列的に変化する(一次仮説)更に、スガマデクス投与後に声門は狭窄する(二次仮説)測定方法手術術野画像、声門部内視鏡画像、換気力学データや筋弛緩データを含む患者監視モニター画面、呼吸音周波数解析データ画面を同一画面上に分割表示させ、患者入室から退室まで連続録画をしている。更に呼吸回路内の音声も記録し周波数解析をすすめる予定でもある。現在、症例数は21症例を数え、プロトコールが順守されていれば目標症例数に達している数である。しかし、麻酔管理上の理由でプロトコールを逸脱してしまったものもあり、追加のデータ採取を行っている。研究をすすめるにあたって、研究機材のセッティングなどデータをとるにつれスムーズになりより効率的に進められるようになってきている。3年計画の研究デザインをしているが、このまま順調にいけば2年半経る前にデータ集は終了することが見込まれ、データ解析に移ることができると考える。また、それに伴って、学会での報告や論文執筆から掲載までも3年以内に終えることが期待できる。今後予期しないことが起こる可能性としては対象症例の枯渇や機材の故障などがあげられる。しかし、対象疾患は年間を通してコンスタントに手術に来るヘルニアと停留精巣であり、また、機材の故障については、現在使用してる研究用機材と同じものを購入構築する予定なので十分対応可能と考えられる。

対象は1歳から6歳までの鼠経ヘルニアもしくは停留精巣の手術を受ける小児患者、症例数はデータ採取終了時に27例。内、除外症例は7例。当初予定していた20例は達成した。10例は筋弛緩使用群、10例は筋弛緩非使用群である。筋弛緩使用群のすべてで、筋弛緩の拮抗にスガマデクスを使用し、スガマデクスの影響で声門が狭窄するかを調べた。スガマデクス使用前後の声門開大度は統計学的に有意差はなく、スガマデクスは声門開大度には影響しないことが判った。2次解析として、声門角度の狭窄をきたす危険因子を多変量解析を用いて探索した。その結果、アメリカ麻酔学会Physical Status分類により麻酔リスクがあがるほど、自発呼吸時の声門狭窄のリスクが上昇すること、吸入麻酔のセボフルレンの濃度が声門狭窄の程度に影響することが判った。更なる解析で、スガマデクス投与自体では声門狭窄は起こさないが、声門狭窄を引き起こす条件としてレミフェンタニルの濃度、セボフルレンの濃度が関与していることが判明した。本研究は科研費取得から2年目の終わりには患者のリクルート及びデータ採取が終了した。20症例を集める予定であったが、除外症例が7例あり、最終的には27例でデータ収集を終了した。今後の研究データを収集するにあたって、複数パラメータを記録対象としている為、各パラメータの取りこぼしが無いように確実なデータの採取を行うことを基本的な方針とする。また、次のステップとしてはデータの解析を開始する。声門開大度を計測を適宜行っているが、測定タイミングによるばらつきが極力生じないように正確なデータ抽出を試みる。更には統計学的解析において、適切な統計手法を用いて解析を行う。得られた結果は速やかに学術集会などで報告し、論文雑誌への掲載を行う。今後はデータの解析をさらに進め、学会発表および論文執筆を行う。また、今回の結果踏まえさらなる臨床研究の可能性を探り、全身麻酔の安全性に寄与できるように発展させる。学会などでの情報収集に旅費がかかり、研究用の記録機材のパーツなどの購入に研究費用がかかった。しかし、使用計画に入っていた気管支鏡の購入は昨年度は必要せず、次年度使用額が生じたと考えられる。次年度には更なる研究機材の購入や、海外学会での発表なども計画している。研究機材の購入予定があったが、すでにあるもので代用したことにより未使用金額が生じた。今後、さらに研究を進めるにあたって新規の機材購入やデータ保存や解析用のソフトウェア購入、学会参加費、論文投稿費用などに充てる。
全反射陽電子による電子励起を利用した表面超構造の電子状態の研究

高速陽電子(1020keV)を物質表面に低角入射させた場合に起こる全反射過程において、表面素励起によるエネルギー損失過程を解明するために、エネルギー分析型の反射高速陽電子回折装置を開発した。障壁電極の仕様及び配置を最適化することで、電子集団振動(プラズモン)励起を観測する上で十分な分解能(4eV)を達成した。この分析装置を用いることで、Si(111)-7x7再構成表面、Al(111)表面、及び、Bi(001)表面について、全反射陽電子による表面プラズモンの多重励起効果の観測に初めて成功した。電子ビームによる同様の実験との比較から、全反射陽電子は電子の約2倍の表面プラズモンを励起することを見出した。陽電子が電子の2倍の表面プラズモンを励起する点については、それらの回折経路の違いによって説明できることが分かった。即ち、電子の場合、内部に進入した後に真空外に離脱するのに対して、陽電子は内部に進入することなく表面第一層をチャンネルして真空外に離脱する。このため陽電子は、電子よりも多くの表面プラズモンを励起することができる。また、全反射陽電子のビームスポットの空間拡がりと反射率の絶対値が、上の表面プラズモンの多重励起効果により矛盾なく説明できることが明らかになった。低温で金属絶縁体転移を起こすSi(111)/In超構造表面について、金属状態と絶縁体状態での全反射陽電子のエネルギー損失スペクトルを観測した。極低エネルギー領域に変化が認められたが、さらに詳しい解析のためには、エネルギー分解能の向上が必要であることが明らかになった。本研究課題では、エネルギー分析型反射高速陽電子回折(RHEPD)装置を完成させ、各種の表面超構造の全反射陽電子強度のエネルギー損失スペクトルから得られる電子励起過程を解明し、これより表面電子状態に関する知見を得る。平成19年度は円筒電極と一段グリッドから構成される障壁型のエネルギー分析機器を製作し、この特性評価を行った。その結果、円筒電極に印加する電圧を最適化することで、陽電子ビームのエネルギーが710keVのときに、約5eVのエネルギー分解能が得られることを確認した。これにより、プラズモン励起過程の観本研究課題では、エネルギー分析型反射高速陽電子回折(RHEPD)装置を完成させ、各種の表面超構造のエネルギー損失スペクトルから得られる電子励起過程を解明し、これより表面電子状態に関する知見を得る。平成20年度には、前年度に製作した装置を使用して、Si(111)-7×7、Al(111)表面、Bi(001)表面、及び、Ag(111)表面に付随する全反射陽電子のエネルギー損失スペクトルを測定した。Si(111)-7×7表面とAl(111)表面については、プラズモンの平均励起回数が約3回と求まり、電子の場合と比較して、23倍の数の表面プラズモンが励起されることが明らかになった。これは、全反射陽電子が表面平行方向にチャンネルするため、実効的に表面電子との相互作用が強められることに起因している。理想的な階段ポテンシャルを仮定すると、全反射強度は100%となるが、実際に観測された値は5080%程度に低減していた。また、鏡面反射スポットの強度分布が、有限の拡がりを示すことが見出された。動力学回折理論に基づいて全反射陽電子強度を計算した結果、これらが、陽電子によるプラズモンの多重励起を考慮することで説明できることが分かった。一方、Bi(001)表面とAg(111)表面では、表面プラズモンに加えて、内殻準位間の励起に起因する複数のピークが重なることが明らかになった。特に、Ag(111)表面の場合には、元々表面プラズモンエネルギーが低いため、その励起スペクトルを明瞭に観測することは困難であった。

Bi(001)表面の場合は、観測された電子励起スペクトルを数学的に処理することで、表面プラズモンピークを定量できることが明らかになった。本研究課題では、エネルギー分析型反射高速陽電子回折(RHEPD)装置を完成させ、各種の表面超構造のエネルギー損失スペクトルから得られる電子励起過程を解明し、これより表面電子状態に関する知見を得る。平成21年度前半には、Al(111)表面及びBi(001)表面について、陽電子と電子のエネルギー損失スペクトルの違いを仔細に調べた。その結果、Siの場合と同様に、全反射陽電子の表面プラズモン励起確率は、電子と比較して約2倍であることが判明した。これは、全反射陽電子が表面平行方向にチャンネルするため、実効的に表面電子との相互作用が強められることに起因している。平成21年度後半には、低温でパイエルス不安定性に起因した金属絶縁体転移を起こすSi(111)-In擬1次元原子鎖構造に着目して、全反射陽電子のエネルギー損失スペクトルを測定した。この系では、低温において電荷密度波が形成され、バンドギャップが発現するため、プラズモン励起スペクトルのエネルギー間隔が増大すると期待される。また、バンドギャップの分だけ個別電子励起エネルギーが増大すると考えられる。室温のエネルギー損失スペクトルから、プラズモン励起エネルギーは約9eVであり、平均励起回数は約3回であった。他方、70Kでエネルギー損失スペクトルを測定したところ、プラズモン励起エネルギーが僅ではあるが増大し、低エネルギー領域に表面プラズモン以外の損失ピークが発現することが見出された。今後、これらの変化をさらに詳細に調べるためには、測定装置のエネルギー分解能を絶縁相のバンドギャップと同程度(0.3eV程度)まで向上することが必要である。