hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Nd-Fe-B B-richコンポジット結晶におけるBの影響

Nd_xFe_4B_4はNdとFeの二つの異なったサブシステムが互いに入り込んでできており、コンポジット結晶といわれている。これらの構造の周期についてはいくつかの報告があるが、組成を変えた系統的な研究はなされていない。そこで、Nd-Fe-Bコンポジット結晶の生成範囲および周期について今年度はおもにNdの濃度を変えて調べた。昨年のB濃度の変化の結果も考慮にいれてまとめる。作製した試料のX線粉末回折図形を調べ、反射線による不純物の同定および不純物の量を調べた。今回作製した濃度範囲では、あらわれた不純物はNdB_4およびFe_2Bだけであった。この結果および不純物からの反射線強度からコンポジット結晶のあらわれる領域としてはNd_1,_2Fe_4B_4付近であろうと考えられる。1:4:4の化学量論組成からずれている事は、この結晶がコンポジット結晶である事を示している。次にNd濃度、B濃度の変化に対してNdサブシステム、Feサブシステムの基本周期からの反射線のあらわれる位置について調べてみた。Feのサブシステムからの反射線の位置Nd、B濃度の変化に対してほとんど変化がみられない。一方、Ndサブシステムからの反射線の位置はB濃度の変化に対しては変化はないが、Nd濃度の変化に対してはNdが増えるほど高角側にずれ、Ndサブシステムの基本周期は長くなる傾向にある。また、これまでの研究よりFeサブシステムとNdサブシステムの基本周期の差によってコンポジット結晶としての構造の周期がほぼ決まる事がわかっており、この点を考えあわせると、コンポジット結晶の構造の周期はおもにNdの濃度によって決まり、Ndが増えるほど構造の周期は長くなる傾向にある事がわかった。Nd_XFe_4B_4はNdとFeの二つの異なったサブシステムが互いに入り込んでできており、コンポジット結晶といわれている。そこでNd-Fe-Bコンポジット結晶の生成範囲および周期についてNdおよびBの濃度を変えて調べた。試料はアーク炉で作製したあと1000°Cで一週間熱処理を行った。あらわれた不純物はNdB_4およびFe_2Bだけであった。この結果および不純物からの反射線強度からコンポジット結晶のあらわれる領域としてはNd1.2Fe4B4付近であろうと考えられる。Feのサブシステムからの反射線の位置はNd、B濃度の変化に対してほとんど変化がみられない。一方、Ndサブシステムからの反射線の位置はB濃度の変化に対しては変化はないが、Nd濃度の変化に対してはNdが増えるほど高角側にずれる。つまり、Ndサブシステムの基本周期はNdが増えるほど長くなる傾向にある。二つの異なった基本周期を持つサブシステムが互いに入り組んで出来ているような結晶を複合結晶(コンポジットクリスタル)と呼んでいる。Nd-Fe-B、B-rich相は、NdのサブシステムとFeのサブシステムが互いに入り組んで出来ており、それぞれが変調を起こしてできているコンポジット結晶である。組成比1:4:4当たりに現れるNd-Fe-Bコンポジット経晶のBの影響について調べる目的で試料の作製から始めた。試料の作製は、アーク炉で溶解しただけでは反応が十分に進まず、約1000°Cの高温で長時間(約1週間)の熱処理が必要であることがわかった。コンポジット結晶の生成範囲に及ぼすBの影響を知るために、NdとFeの比を1:4に固定し、Bの濃度を変化させて試料を作製し、その粉末X線回析図形をしらべた。その結果、Nd-Fe-Bの比は1:4:4からわずかにずれ、1:4:3.90-3.95辺りにところで、そのほかの化合物(不純物)の生成が少ないことがわかった。このことから、1:4:3.90-3.95の付近のごく狭い領域でのみ、コンポジット結晶が生成することがわかった。また基本構造の格子定数の変化も調べてみたが、a軸、c軸とも濃度による変化は殆どないことがわかった。このことは生成範囲が狭いことと矛盾しない。変調構造の周期とB濃度の関係については現段階では、まだよくわからない。さらに研究を進め、コンポジット結晶の変調構造の周期と生成条件について知るため、今後はNdとFeの濃度も変え、Bの影響を調べる必要がある。また、従来この構造の近似構造が1:4:4で記述されていることと、今回の結果は相いれないところがある。この観点から結晶構造の見直しも必要になって来ると思われる。

そこで、Nd-Fe-Bコンポジット結晶の生成範囲および周期について今年度はおもにNdの濃度を変えて調べた。昨年のB濃度の変化の結果も考慮にいれてまとめる。作製した試料のX線粉末回折図形を調べ、反射線による不純物の同定および不純物の量を調べた。今回作製した濃度範囲では、あらわれた不純物はNdB_4およびFe_2Bだけであった。この結果および不純物からの反射線強度からコンポジット結晶のあらわれる領域としてはNd_1,_2Fe_4B_4付近であろうと考えられる。1:4:4の化学量論組成からずれている事は、この結晶がコンポジット結晶である事を示している。次にNd濃度、B濃度の変化に対してNdサブシステム、Feサブシステムの基本周期からの反射線のあらわれる位置について調べてみた。Feのサブシステムからの反射線の位置Nd、B濃度の変化に対してほとんど変化がみられない。一方、Ndサブシステムからの反射線の位置はB濃度の変化に対しては変化はないが、Nd濃度の変化に対してはNdが増えるほど高角側にずれ、Ndサブシステムの基本周期は長くなる傾向にある。また、これまでの研究よりFeサブシステムとNdサブシステムの基本周期の差によってコンポジット結晶としての構造の周期がほぼ決まる事がわかっており、この点を考えあわせると、コンポジット結晶の構造の周期はおもにNdの濃度によって決まり、Ndが増えるほど構造の周期は長くなる傾向にある事がわかった。
シリコン量子コンピュータ実現に向けたリン原子の配列

量子コンピュータが実現すると、これまでの古典的コンピュータでは不可能であった超高速並列計算が可能になり、今の情報化社会が根本から覆される程の革命が起こる。量子コンピュータとしては、これまでいくつもの量子系が提案されてきたが、Kaneによって提案されたシリコン量子コンピュータがこれまでのシリコン微細加工の技術を活かすことができ、量子ビットの大規模集積化に適しているので注目を集めてきた。シリコン量子コンピュータは核スピンを持たないシリコン基板を用意し、その中に核スピンをもつリン原子を埋め込んで等間隔に配列する。シリコン基板で原子レベルの精密さでリン原子を配列させることは、今の半導体プロセスでは不可能である。そこで、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、原子操作によってそれを行うことを目的としている。AFMによりシリコン表面の個々のリン原子を可視化し識別した上で操作を行って、所望の配列に並べる計画である。今回、シリコン表面にリン原子を導入して、AFM観察することに成功した。個々のリン原子を可視化して、シリコン原子とリン原子とを区別することができた。探針先端の状態によって、AFM像におけるリン原子のコントラストが様々に変わることが判明した。一方、異種原子の配列に適したシリコン表面を模索するために、シリセンの構造解析も行った。Ag基板にシリコンを蒸着することによって、単層のシリセンを作成することに成功した。そしてAFMによる高分解能観察によって、構造を同定することができた。また、シリコンを多く蒸着した場合においては、最表面にAg原子が配列した構造ができることが実空間で示された。シリコン基板にリン原子を導入した試料を作成し、個々のリン原子を可視化することに成功した。一方、異種原子の配列に適したシリコン表面を模索するために、シリセンの構造解析を行った結果、Ag基板へのシリコンの蒸着量によって、様々な表面構造ができることが実空間で示された。表面構造解析におけるAFMの高い能力が示されたと言える。引き続きシリコン表面にリン原子を吸着させた系において、原子イメージングを行い、原子間力による化学状態の識別および操作の実験を行っていく。特に、AFMのコントラストについて、原子間力測定によって明らかにすることが重要である。(理由)試料基板にターゲット元素を蒸着するための蒸着器の機構について、試行錯誤していたため。(使用計画)精密な蒸着を可能にする蒸着の機構と合わせて、精密計測を行うシステムを構築していく予定である。
肢芽におけるホメオボックス遺伝子の発現制御機構の解析

HoxA及びHoxDクラスターのAbdB遺伝子群は、肢芽の形態形成においてそれぞれ基部先端部、前後軸に沿って固有の領域特異的パターンを示す。それぞの発現領域の境界部は前軟骨凝集塊の分枝分節の二分岐の位置に対応し、実際の二分岐に先行した発現パターンが確立する。HoxA11は前腕部のそしてHoxA13は掌部の予定領域で発現していてそれぞれ上腕骨と前腕骨の分離、前腕骨と掌骨の分離を制御していると考えられる。進行帯間充織でいったんHoxA13の発現が開始されるとその領域でのHoxA11の発現が抑制され発現が消失する。この排他的な発現はHoxA13タンパク質によるHoxA11遺伝子の転写レベルでの抑制によると推測される。私達は、HoxA11遺伝子近傍にHoxA13タンパク質の結合領域があり、この領域へのHoxA11タンパク質とHoxA13タンパク質の競合的結合がHoxA11発現にとって重要であると想定した。ゲノムDNAとホメオドメインタンパク質の結合を調べるために、HoxA11あるいはHoxA13のホメオドメインとβガラクトシダーゼの融合タンパク質を調製した。HoxA11を含む様々な領域のゲノムDNAクローンを制限酵素で断片化しラベルしてこれらをプローブとして融合タンパク質と反応された。この解析により、5'上流、イントロンそしてHoxA11とHoxA10のちょうど中間の位置という三つの領域にHoxA11及びHoxA13タンパク質の結合領域があることが明らかになった。イントロンについては塩基配列が判っておりホメオドメインタンパク質が共通して認識するATTA配列が複数箇所ありこれに融合タンパク質が結合すると考えられる。今後は更に5'領域と遺伝子の下流にある領域の結合部位を明らかにし、トランジエントトランスフェクション系を用いてHoxA11遺伝子の転写に対するこれらの結合配列、HoxA11、HoxA13タンパク質の役割を明らかにして行きたい。
microRNAをターゲットとした新規骨再生療法の開発

ラット大腿骨骨折モデルを用いて、骨折部のmiRNAを採取し、マイクロアレイおよびreal-time PCR解析を行い、「血管新生に関連するmiRNA」としてmiR-126a-3pとmiR-146a-5pを選定した。これらmiRNAが生体内で血管新生の制御を介し、骨折治癒を促進させるかを検証するため、ラット大腿骨偽関節モデルを用いた動物実験を行った。偽関節作製後、miR-126a-3pもしくはmiR-146a-5pに対応するanti-miRNA oligonucleotideを偽関節部に局所投与し、投与8週後にX線学的評価・組織学的評価を行ったが、両治療群とも骨折治癒促進効果は認められなかった。骨折治癒において重要な役割を果たすmiRNAを明らかとするため、ラット大腿骨骨折における骨折後5・11・14日目の骨折部でのmiRNAの発現をマイクロアレイにて網羅的に解析した。具体的には、骨折モデルとしてラット(Sprague-Dawley, 12週齢)の大腿骨骨折髄内釘固定モデルを用いた。骨折作成後5・11・14日目に、骨折部の組織を採取し、miRNAを抽出し、マイクロアレイを用いmiRNAの発現を網羅的に解析した。この解析で対照に比べ大きな発現の差異を認めたmiRNAのうち、過去に「血管新生に関連性」が報告されているmiRNAを選別したところ、miR-140-3p・miR-140-5p・miR-126a-3p・miR-146a-5p・miR-27bが候補として挙げられた。次いで、これらのmiRNAの発現量の挙動をreal-time PCRにて経時的に解析した。具体的には、骨折作成後5・7・11・14・21・28日の6つのtime pointsで骨折部の組織を採取し、miRNAを抽出し、real-time PCR解析を行った。マイクロアレイおよびreal-time PCR解析の結果から、有望な「骨折治癒に重要な血管新生」に関連するmiRNAの候補がいくつか絞れてきたため。昨年度施行したラット大腿骨髄内釘固定モデルにおける、miRNA microarrayによる網羅的解析およびreal-time PCRの結果から、骨折治癒に重要な役割を果たしていると予想される「血管新生に関連するmiRNA」としてmiR-126aおよびmiR-146aを選定し、それらをターゲットとした動物実験を行うこととした。具体的には、ラット大腿骨偽関節モデルを用い、偽関節部にmiR-126aもしくはmiR-146aに対応するanti-miRNA oligonucleotideを偽関節モデルの偽関節部に移植し、偽関節部の治癒・骨再生が起きるかを検討した。この偽関節モデルは、大腿骨を髄内釘固定した後に大腿骨骨幹部に骨折を作成した後、骨折局所を切開・展開し、周囲軟部組織を剥離、骨膜を焼灼することで骨折が治癒に至らなくなり、8週間放置すると偽関節となるモデルである。これらのanti-miRNA oligonucleotideを一定の容量(15 ug)で移植し、モデル作製後8週で骨再生能をX線学的および組織学的評価を行った。しかし、miR-126a・miR-146aいずれのanti-miRNA oligonucleotideでもcontrolであるvehicle投与群と比べ、部分的な骨再生は認めるものの完全な治癒には至っておらず、容量に過不足があると推測された。現在、至適な容量を探るべく、複数のdoseでの移植実験を計画中である。単一の容量のmiR-126aもしくはmiR-146a anti-miRNA oligonucleotideをラット大腿骨偽関節部に移植する動物実験を進めてきたが、予想された骨再生が起こらず、複数の容量での実験を行い至適なdoseを選定する必要性が生じたため。次に、これらmiRNAが実際に生体内で血管新生の制御を介し、骨折治癒を促進させるかを検討するため、ラットへの移植実験を行った。これを検証するモデルとして、ラット大腿骨偽関節モデルを用いた。偽関節作製後、miR-126a-3pもしくはmiR-146a-5pに対応するanti-miRNA oligonucleotide(15ug)及び、対照群としてコントロールsiRNAを偽関節部に局所投与した。投与8週後にX線学的評価・組織学的評価を行ったが、骨折治癒はどちらのanti-miRNA oligonucleotideでも確認できなかった。また、ドップラー計による下肢の血流評価でも対照群との統計学的な差異は認められなかった。anti-miRNA oligonucleotideの容量が不足していると考え、30ugでの実験を同様に行ったが、いずれの評価でもpositiveな結果は得られなかった。

平成27年度の研究結果により選定された骨折治癒に重要な「血管新生に関連するmiRNA」に対応するanti-miRNA oligonucleotideをラット大腿骨偽関節モデルの偽関節部に移植し、偽関節の治癒・骨再生が起きるかを検討する。また、その過程における、分子細胞学的・組織学的・力学的検討を行う。上述したように、複数の容量でのmiR-126aあるいはmiR-146a anti-miRNA ligonucleotideをラット大腿骨偽関節部に移植する動物実験を進め、至適容量を探索する。容量が決定すれば、経時的に(モデル作製後2・4・8週)骨再生能・血管再生能を評価する。具体的には、ドップラー計による下肢の血流評価、X線学的評価(microCTを含む)、組織学的評価(免疫染色を含む)、遺伝子学的評価(real-time PCRにて骨・軟骨・血管新生関連マーカーを評価)を行い、さらに大腿骨の力学的強度測定による力学的評価も行う。コントロール(vehicle群)に比べ、偽関節部の骨性治癒が得られているかを検討する。整形外科学miRNA解析に用いる試薬費用(物品費)が想定より下回ったため当初移植実験として想定していた合成二本鎖miRNAの移植実験を行わないこととなったため。また、想定した結果が得られなかったため、real-time PCR解析を含む遺伝子学的解析や力学的試験、microCT評価を行わなかったっため。新たに発生した次年度使用額は、miRNA inhibitor等のin vivo実験の試薬に使用する予定である。前述したように至適容量が決定されれば、遺伝子学的解析や力学的試験、microCT評価を行い、骨再生能を評価していく予定である。
ネットワーク進化と分散アルゴリズム-テラ時代の分散アルゴリズム工学

本申請で、申請目的を説明するために、分散システムのエージェント数は既にギガで測られる時代にあり、テラの時代が近づきつつある、世界人口6.13x10^9の約半数がインターネットに組織されている。申請時点でGoogleは4.29x10^9個のホームページを検索可能であると書いた。もちろん実測されていないが、ホームページ数は既に200億(2x10^<10>)を越えて留まる所を知らない。このように、急速に変化するネットワークが本研究の対象である。この数年、申請者は巨大なネットワークの制御を統計力学の立場から研究を進めて来た。粒子の制御と計算機ネットワークの制御の大きな相違の一つは、粒子には名前が無いのに対して、従来の計算機ネットワークの制御には識別子の存在が基本的であった。すなわち、対象としたのは匿名の大域的情報を持たないモーバイルネットワーク(匿名自律分散ロボットシステムと、しても見做し得る)である。この視点から本年度は大きく2点の研究に取り組んだ。一つは匿名自律分散ロボットの合意問題、もう一つは高速な乱歩の設計である。匿名自律分散ロボットの合意に関しては、座標系のばらつきが合意に及ぼす影響について議論した。乱歩設計については、対象とするグラフトポロジー情報を最大限に利用することにより、ある特徴を持つグラフにおいては非常に高速な乱歩が設計できることを示した。分散システムのエージェント数は既にギガで測られる時代にあり,テラの時代が近づきつつある.世界人口6.13×10^9の約半数がインターネットに組織されている.2006年3月時点で2×10^<10>個のホームページが存在すると推測されている.ICタグは全宇宙に存在する各粒子を識別できる程度のアドレス空間を持ち,地球そのものを超分散データベース化することさえ可能だと予感させる.このような巨大分散システムの最大の特徴はシステムが{U{成長/進化を続けている}}という事実である.進化するネットワークはスモールワールド,スケールフリーネットワーク,パーコレーションなどのモデルを用いて,統計力学の立場から活発に検討されているが,それらはネットワーク進化を数理学対象とみなす立場からの研究であり,計算機科学,特にアルゴリズム工学の立場からの研究は全く見当たらない.申請書で設定した本研究の目的は,A)成長/進化を続けるネットワーク上の分散アルゴリズムの研究と,B)統計力学的手法を用いた安定な巨大分散システムの設計,であった.本年度の成果の概略は以下のようにまとめることができる.項目A)についてはつぎの通りである:1)局所次数情報を用いる乱歩に関する我々の従来の研究を拡張して,遷移確率行列がGibbs分布に基づく乱歩を検討し,その成果を論文としてまとめ,専門誌に投稿している.2) 1)の成果をスケールフリーネットワークの探索に適用する問題を検討し,その成果を論文としてまとめ,国際会議に投稿している.項目B)についてはつぎの通りである:1)確率的な議論に基づく自己安定な相互排除アルゴリズムを設計し,その成果を論文としてまとめ,専門誌に投稿した(採録決定).2)システムが安定に動作する確率を上昇させる相互排除アルゴリズムを設計し,その成果を論文としてまとめ,専門誌に投稿した(採録決定).3)自己組織化の問題をタイリングの問題として捕らえて研究し,その成果を論文としてまとめ,国際会議で発表した.本申請で,申請目的を説明するために,分散システムのエージェント数は既にギガで測られる時代にあり,テラの時代が近づきつつある.世界人口6.13x10^9の約半数がインターネットに組織されている.申請時点でGoogleは4.29x10^9個のホームページを検索可能であると書いた.もちろん実測されていないが,ホームページ数は既に200億(2x10^<10>)を越えて留まる所を知らない.このように,急速に変化するネットワークが本研究の対象である.この数年,申請者は巨大なネットワークの制御を統計力学の立場から研究を進めて来た.粒子の制御と計算機ネットワークの制御の大きな相違の一つは,粒子には名前が無いのに対して,従来の計算機ネットワークの制御には識別子の存在が基本的であった.そこで,本年は,特に,識別子を持たない分散システムの制御理論を構築することを目指した.すなわち,対象としたのは,匿名の大域的情報を持たないモーバイルネットワーク(匿名自律分散ロボットシステムとしても見做し得る)であり,その上の様々な合意問題を議論した.具体的には,最初に匿名モーバイルエージェントシステムにおける耐故障リーダ選挙問題を検討し,そのプロトコルを設計した.第2に,匿名自律分散ロボットシステムのランデヴー問題を検討し,局所座標系のゆらぎの程度が問題の可解性に及ぼす影響を明らかにした.匿名計算は分子計算でも本質的であり,今後,益々重要なテーマとなると期待している.これ以外にも,関連するいくつかのテーマとして,乱歩の設計やセンサーネットワークに対するプロトコルの設計を行ったので,研究発表欄にはこれらを含めて報告している本申請で、申請目的を説明するために、分散システムのエージェント数は既にギガで測られる時代にあり、テラの時代が近づきつつある、世界人口6.13x10^9の約半数がインターネットに組織されている。

粒子の制御と計算機ネットワークの制御の大きな相違の一つは、粒子には名前が無いのに対して、従来の計算機ネットワークの制御には識別子の存在が基本的であった。すなわち、対象としたのは匿名の大域的情報を持たないモーバイルネットワーク(匿名自律分散ロボットシステムと、しても見做し得る)である。この視点から本年度は大きく2点の研究に取り組んだ。一つは匿名自律分散ロボットの合意問題、もう一つは高速な乱歩の設計である。匿名自律分散ロボットの合意に関しては、座標系のばらつきが合意に及ぼす影響について議論した。乱歩設計については、対象とするグラフトポロジー情報を最大限に利用することにより、ある特徴を持つグラフにおいては非常に高速な乱歩が設計できることを示した。
抗血栓薬による脳出血のメカニズムに関する薬理学的解析

抗凝固薬であるヘパリンによる脳出血のメカニズムの解明を目的として研究を進めた。tPA欠損マウスを用いて、ローズベンガルの静脈内投与と緑色光照射により中大脳動脈を血栓にて閉塞し脳虚血を作成した。脳虚血3時間後からヘパリンを24時間後まで持続投与し、48時間後に脳出血の状態を観察した。野生型マウスではヘパリンによる脳出血が観察されたが、tPA欠損マウスでは脳出血が認められなかった。このことから、内因性のtPAがヘパリンによる脳出血に大きく関与していることが示唆された。野生型マウスを用いてヘパリン投与後の内因性tPAの活性や発現をアガロースフィブリンプレート法、ノーザンプロティング法、in situ hybridazation法で調べると、虚血周囲部のマイクログリア細胞にtPAの発現と産生が亢進していた。さらに、matrix metalloproteinase(MMP)の活性や発現を調べると、虚血にすることでMMP-2,-9の活性や発現が亢進した。さらに、ヘパリン投与によりMMP-9の活性や発現はさらに亢進しが、tPA欠損マウスではこれらの変化は見られなかった。ヘパリン投与時には、MMP-9の産生亢進は虚血周辺部のマイクログリア細胞と内皮細胞に強く見られた。これらのことから、脳虚血状態にヘパリンを投与するとマイクログリア細胞における内因性tPAの発現が亢進し、さらにマイクログリア細胞と内皮細胞でMMP-9の発現が亢進し、MMP-9が血管マトリックスを破壊することで脳出血を引き起こす可能性が考えられた。また、内皮細胞膜上のLRP(Lipid Related Protein)を介してtPAはMMP-9の産生を亢進するという報告が出され、我々のデータを裏付けるものと思われる。抗凝固薬であるヘパリンによる脳出血のメカニズムを解明した。tPA欠損マウスを用いて、中大脳動脈を血栓にて閉塞し脳虚血を作成した。脳虚血後3時間からヘパリンを24時間後まで持続投与し、48時間後の脳出血の状態を観察した。このことから、内因性のtPAがヘパリンによる脳出欠に大きく関与していることが示唆された。野生型マウスを用いてヘパリン投与後の内因性tPAの活性や発現を調べると、虚血周囲のマイクログリア細胞にtPAの発現が亢進しており、活性も増加していた。さらに、matrix metalloproteinase (MMP)の活性や発現を調べると、虚血にすることでMMP-2,-9の活性や発現が亢進した。さらに、ヘパリン投与によりMMP-9の活性や発現はさらに亢進した。また、tPA欠損マウスではこれらの変化は見られなかった。MMP-9の産生亢進はマイクログリア細胞と内皮細胞に強く見られた。内因性tPAやMMP-9を制御することで脳出血を予防できる可能性が示唆された。

tPA欠損マウスを用いて、ローズベンガルの静脈内投与と緑色光照射により中大脳動脈を血栓にて閉塞し脳虚血を作成した。脳虚血3時間後からヘパリンを24時間後まで持続投与し、48時間後に脳出血の状態を観察した。野生型マウスではヘパリンによる脳出血が観察されたが、tPA欠損マウスでは脳出血が認められなかった。このことから、内因性のtPAがヘパリンによる脳出血に大きく関与していることが示唆された。野生型マウスを用いてヘパリン投与後の内因性tPAの活性や発現をアガロースフィブリンプレート法、ノーザンブロティング法、in situ hybridazation法で調べると、虚血周囲部のマイクログリア細胞にtPAの発現と産生が亢進していた。さらに、matrix metalloproteinase(MMP)の活性や発現を調べると、虚血にすることでMMP-2,-9の活性や発現が亢進した。さらに、ヘパリン投与によりMMP-9の活性や発現はさらに亢進しが、tPA欠損マウスではこれらの変化は見られなかった。ヘパリン投与時には、MMP9の産生亢進は虚血周辺部のマイクログリア細胞と内皮細胞に強く見られた。これらのことから、脳虚血状態にヘパリンを投与するとマイクログリア細胞における内因性tPAの発現が亢進し、さらにマイクログリア細胞と内皮細胞でMMP9の発現が亢進し、MMP-9が血管マトリックスを破壊することで脳出血を引き起こす可能性が考えられた。また、内皮細胞膜上のLRP(Lipid Related Protein)を介してtPAはMMP-9の産生を亢進するという報告が出され、我々のデータを裏付けるものと思われる。抗凝固薬であるヘパリンによる脳出血のメカニズムの解明を目的として研究を進めた。さらに、ヘパリン投与によりMMP-9の活性や発現はさらに亢進したが、tPA欠損マウスではこれらの変化は見られなかった。ヘパリン投与時には、MMP-9の産生亢進は虚血周辺部のマイクログリア細胞と内皮細胞に強く見られた。これらのことから、脳虚血状態にヘパリンを投与するとマイクログリア細胞における内因性tPAの発現が亢進し、さらにマイクログリア細胞と内皮細胞でMMP-9の発現が亢進し、MMP-9が血管マトリックスを破壊することで脳出血を引き起こす可能性が考えられた。さらに、マイクロアレを用いて脳出血の発症に既知あるいは未知の遺伝子の発現の変化を探索し、いくつかの候補遺伝子を見出した。
自己免疫性水疱症における新規ｃDNAを用いた診断システムの確立

自己免疫性水疱症における自己抗体の標的タンパクに注目すると、それらは細胞骨格蛋白や細胞接着因子であることが本疾患の大きな特徴の一つである。本研究は天疱瘡および類天疱瘡群のまだ解明されていない基礎的研究を完成し、自己免疫性水疱症における診断システムが発展することに寄与するための基盤となる研究を行うことである。平成30年度における主だった研究概要を記述する。後天性表皮水疱症(EBA)において、IgG型以外にIgE型の抗VII型コラーゲン抗体を検出し、臨床型として非炎症型より炎症型EBAでIgE型抗体が検出する傾向がみられた。またEBAの臨床・免疫学的解析および治療のメタ解析を行った。水疱性類天疱瘡における再発群と非再発群を抗原抗体解析を通して比較し、抗BP180抗体が高値であると再発しやすい傾向を示唆した。これらの研究結果は種々の類天疱瘡群疾患における正確な診断および適切な治療の選択に大いに役立つものである。期間全体を通して、抗BP230抗体、抗BP180抗体、抗VII型コラーゲン抗体、抗Dsg抗体、抗Dsc抗体、IgG抗体、IgE抗体、IgA抗体等の各種自己免疫性水疱症おける様々な自己抗体の検出と意義について検討を行った。各症例における抗原抗体解析を通して、本診断システムの有用性を検討した。自己抗体の病態への関与はいまだ不明であるが、これらの研究結果は種々の自己免疫性水疱症における正確な診断および適切な治療の選択に有益であり、治療戦略へ発展に寄与したと考える。平成28年度における主だった研究概要を記述する。1)抗BP230抗体のみを検出するBPの臨床的特徴として、1)軽症、2)紅斑が少ない、3)特殊型(特に限局型)が多い、4)組織で好酸球が少なくリンパ球が多い、5)治療への反応性が良好である点などが示唆された。またBP230のN, M, C領域に細分したリコンビナント蛋白質を用いた免疫ブロット法ならびにELISA法を施行し、免疫学的解析を行った。その結果、《抗BP180抗体と抗BP230抗体両方陽性群》はBP230-N, M, C領域すべてに反応するのに対し、《抗BP230抗体単独陽性群》はBP230- C端側の領域に高率に反応する傾向を示した。このことよりいわゆる抗BP230抗体単独陽性のBPは、BP230- C領域に特異的に病因エピトープを有していることが示唆された。抗BP180抗体を検出するBPの抗BP230抗体の意義はエピトープスプレッディングにより検出する機序を推察するが、抗BP180抗体を検出しない抗BP230抗体単独陽性のBPでは、それとは異なった機序を推察する。2)大腸菌で作製したBP180 C末端部領域の組み換えタンパクを基質としたELISA法を開発し、MMP患者で有意に陽性を示した。平成28年度の研究計画に挙げていた水疱性類天疱瘡におけるBP230抗体に関する研究において、新知見が得られ、疾患に関する研究の発展のみならず、診断/治療に大きく貢献できることが期待できた。これまでのところ、交付申請書のタイムテーブルにほぼ沿う形で進行している。平成29年度における主だった研究概要を記述する。1)腫瘍性天疱瘡(PNP)は、悪性リンパ腫を含むリンパ増殖性障害に一般に関連する、まれで致命的な自己免疫性水疱症である。PNPに関連するリンパ増殖性障害は、重篤な肺の合併症である閉塞性細気管支炎(BO)に関連することがある。その希少性のために、PNPの管理に関するガイドラインは確立されていない。さらに、ほとんどの患者は1年以内に死亡する。化学療法を用いたリンパ腫関連PNPおよびBOの治療奏功例の抗原抗体解析を行った。2)自己免疫性水疱症のひとつである線状IgA水疱性皮膚症の臨床および抗原抗体解析の統計学的検討を行った。線状IgA水疱性皮膚症の自己抗体の多様性が示された。約半数にIgG抗体の検出が認められたが、IgG抗体保有群の患者と他の群の患者との間に臨床的徴候の統計的差異は見出されなかった。3)水疱性類天疱瘡におけるIgE抗体の意義について、臨床統計および蛍光抗体法・ELISA等用いて検討を行った。IgEクラス自己抗体の病態への関与は不明であったが、BP180とBP230のIgGおよびIgE ELISAの結果は相関していた。

IgGおよびIgE抗BP180抗体は疾患活性と相関したが、IgGおよびIgE抗BP230自己抗体では相関性は見いだせなかった。IgE抗BP230自己抗体は、結節性表現型と相関した。これらの研究結果は種々の自己免疫性水疱症における正確な診断および適切な治療の選択に大いに役立つものである。平成29年度の研究計画に挙げていたA2ML1,エピプラキンに関与する腫瘍随伴性天疱瘡における抗原抗体解析において、新知見が得られ、疾患に関する研究の発展のみならず、診断/治療に大きく貢献できることが期待できた。これまでのところ、交付申請書のタイムテーブルにほぼ沿う形で進行している。自己免疫性水疱症における自己抗体の標的タンパクに注目すると、それらは細胞骨格蛋白や細胞接着因子であることが本疾患の大きな特徴の一つである。本研究は天疱瘡および類天疱瘡群のまだ解明されていない基礎的研究を完成し、自己免疫性水疱症における診断システムが発展することに寄与するための基盤となる研究を行うことである。平成30年度における主だった研究概要を記述する。後天性表皮水疱症(EBA)において、IgG型以外にIgE型の抗VII型コラーゲン抗体を検出し、臨床型として非炎症型より炎症型EBAでIgE型抗体が検出する傾向がみられた。またEBAの臨床・免疫学的解析および治療のメタ解析を行った。水疱性類天疱瘡における再発群と非再発群を抗原抗体解析を通して比較し、抗BP180抗体が高値であると再発しやすい傾向を示唆した。これらの研究結果は種々の類天疱瘡群疾患における正確な診断および適切な治療の選択に大いに役立つものである。期間全体を通して、抗BP230抗体、抗BP180抗体、抗VII型コラーゲン抗体、抗Dsg抗体、抗Dsc抗体、IgG抗体、IgE抗体、IgA抗体等の各種自己免疫性水疱症おける様々な自己抗体の検出と意義について検討を行った。各症例における抗原抗体解析を通して、本診断システムの有用性を検討した。自己抗体の病態への関与はいまだ不明であるが、これらの研究結果は種々の自己免疫性水疱症における正確な診断および適切な治療の選択に有益であり、治療戦略へ発展に寄与したと考える。多くの症例に対する抗原抗体解析の継続とともに、各種検査法における有用性を慎重に検討を行う。また抗原抗体解析の結果を総合的に患者背景および臨床学的特徴の検討を行い、研究の推進をしていく予定である。臨床解析の結果を総合し、天疱瘡における発症メカニズムの理解を深め、新たな治療へのアプローチに寄与することを目的とする。
集団的資源利用状況における不確定変数の実験心理学的分析

本研究では、集団的資源利用状況として新たな実験パラダイムを提案した上で、実際の被験者行動を解析し、理論的解析ならびにシミュレーション結果とを総合的に分析した。ここで新実験パラダイムとは、複数の資源を複数の個人が利用する状況であり、これまでの単一資源を複数の個人が利用するという実験状況と異なり、はるかに現実社会との対応が明確となった。本研究の骨子は本年度中に雑誌発表されている。初年度は主として実験パラダイムの構想を具体化し、構造を解析し、また、簡単な実験を行った。それぞれの個別状況としては、2種類の固定量資源(X,Y)が存在する場合に,利用者グループAは資源Xのみを,グループBは資源Yのみを,グループCはX,Yのいずれかを選択して消費するという場面を設定した。2つの資源の利用者数はグループCのメンバーがXを選ぶかYを選ぶかに依存する。初年度においては、2資源3グループの実験パラダイムのもとで3人(A、B、Cそれぞれ1人)、4人(A,Bがそれぞれ1人、Cが2人)のゲーム事態を設定し,定量的,定性的な分析を行なった。次年度においては、初年度に行なわれた実験結果の一般化として、5人(A,Bがそれぞれ1人、Cが3人)の事態を設定して分析した。実験データの分析に基づけば,大きな特徴として,被験者グループが完全な調整戦略を利用することが判明した。完全調整戦略とは,同一の資源を利用する複数のプレイヤーが,コミュニケーションが禁じられた場面であっても,互いに要求量を調整して,トータル要求量が資源量に等しくなるよう調整することである。この結果は,事前に行なわれたコンピュータ・シミュレーションならびに、相互推定ストラテジーによる解析結果とはかなりの食い違いを示しており、定量的なアプローチによる従来の意志決定理論よりも,定性的なアプローチとしてのディシジョン・ヒューリスティックスの考え方が妥当な方向であることが示唆されたことは貴重な知見である。本年度は,社会学的不確定性状況の実験パラダイムとしてもっとも簡単な場面である3人,4人,5人ゲーム事態を設定して実験を実施した。設定状況は,2種類の固定量資源(X,Y)が存在する場合に,利用者グループAは資源Xのみを,グループBは資源Yのみを,グループCはX,Yのいずれかを選択して消費するという場面である。いずれの利用者も当該資源に対して好きな量を要求することができるが,各資源に対する要求量の総和が資源量(xあるいはy)を越えると,その資源利用者は何も得られない。3人ゲームではCグループの人数が1人,4人ゲームではグループCが2人,5人ゲームではグループCが3人であった。結果については現在分析中であるが,おおまかな特徴は興味深いものがある。すなわち,被験者の取る戦略は,代表者が解析した相互推論過程に基づくゲーム解とも,またゲーム論的ナッシュ解とも異なる,かなり柔軟な相互調整戦略を利用しているようである。次年度の実験と合わせて総合的に解析する予定である。本年度は2資源3グループの実験パラダイムのもとで5人ゲーム事態を設定し,前年度に実施された3人,4人ゲームの結果とあわせて,定量的,定性的な分析を行なった。この状況設定は前年度に行なわれた実験結果の一般化となっている。

設定状況は,2種類の固定量資源(X,Y)が存在する場合に,利用者グループAは資源Xのみを,グループBは資源Yのみを,グループCはX,Yのいずれかを選択して消費するという場面である。2つの資源の利用者数はグループCのメンバーがXを選ぶかYを選ぶかに依存する。5人ゲームではグループCが3人となる。ゲーム終了条件は、3試行連続で同一要求パターンが見られた場合、あるいは30試行とし,各被験者は毎回,自分の要求量をどのように決定したか,他の利用者の要求量の推定,利用者ABには利用者Cが自分の資源を選ぶ確率の推定などを報告するよう求められた。被験者数は5グループ計25人を用いた。実験データの分析に基づけば,大きな特徴として,同一環境の被験者グループが完全な調整戦略を利用することが判明した。完全調整戦略とは,同一の資源を利用する複数のプレイヤーが,コミュニケーションが禁じられた場面であっても,互いに要求量を調整して,トータル要求量が資源量に等しくなるよう調整することである。その発生頻度は,5人ゲーム事態で約半数のグループが完全調整戦略でゲームをプレイしている。この結果は,事前に行なわれたコンピュータ・シミュレーションならびに、相互依存モデルによる解析結果(前年度に終了)とはかなりの食い違いを示し、ゲーム理論的解と行動レベルとの乖離現象の心理学的説明が今後の興味ある課題となっている。
非線形干渉法による固体多電子励起系の巨視的位相の観測

本研究は超高速かつ高効率な3非線形光学応答が実現するための条件を探ることを目的として、光励起した際に生じる巨視的分極のコヒーレントな振動を検出する方法を開発し様々な物質系で実験を行った。まず、縮退4光波混合信号を励起光とマイケルソン型干渉計を用いて干渉させることにより、3次の非線形分極のコヒーレンスを時間軸上で観測する方法を提案した。これを用いて次のような実験を行った。1.励起子分子のコヒーレント振動の直接観測フェムト秒パルスで励起子分子を2光子共鳴励起し、2f周波数でのコヒーレント振動を観測することに成功した。励起子分子は50ピコ秒以上もコヒーレントな振動を繰り返した。2.励起子分子波の干渉効果の実証直交する偏光をもつビームで独立に励起子分子を作り、それらの相対位相を変化させながら重ねあわせた。その結果励起子分子の振幅はそれらの相対位相に敏感に変化することをみいだした。これは、励起子分子がスカラー波として干渉することを示すものである。3.弱く相互作用する2つの励起子の2光子コヒーレンスの観測励起子分子が安定には存在しないGaAs量子井戸で、弱く相互作用する2つの励起子の相関による2fの振動を確認した。4.2次元フレンケル励起子のコヒーレンスの測定アントラセンの表面励起子のコヒーレントな振動をポンププローブ法により観測し、コヒーレントな信号を検出した。5.励起子-微小共振器結合系の縮退4光波混合励起子を並行平板型微小共振器に閉じこめた系を用意し、励起子のコヒーレント応答や非線形性を調べた。共振器による実効電場の増強による非線形光学応答の増強が確認された。また、励起子-共振器の結合ポラリトンモードが確立するとコヒーレント応答が変化することなどが見いだされた。また、これらは弱く相互作用するボゾンのモデルによりよく説明できることが明らかになった。高密度で規則的に双極子が配列した固体の励起子系での光と物質の非線形相互作用の新しい側面を探ることが本研究の目的である。このために本研究では物質系の巨視的な位相を光学的に検出する手段として時間分解の非線形干渉法をとりあげた。平成5年度はまずその第1段階として、モードロックチタンサファイアレーザーの第2高調波を光源とする時間分解非線形干渉の実験を行い、CuCl励起子分子の2光子分極の振動の観測を試みた。ここでは、対向する2本のパルスで波数0の励起子分子を2光子共鳴励起し、時間遅延τ秒後に入射させたプローブパルスの位相共役信号をマイケルソン型の干渉計に導いた。入射プローブ光と位相共役信号の干渉成分から励起子分子のコヒーレントな振動が観測された。この振動は励起子分子の長い位相緩和時間を反映し、60ピコ秒以上持続した。これにより、巨視的位相を検出するための手段である非線形干渉法の原理が実証された。これまでの励起子ダイナミックスの研究では、励起子や励起子分子の分布の時間変化を追及することが多かったが、この方法では、位相情報を直接見ることができ、物質系に内在するコヒーレンスを観測する新しい手法として意義のある成果である。

励起子分子の励起密度がボーズ凝縮やモット転移の臨界点を越えた時にこの位相がどのような挙動を示すかということは興味ある問題である。このためには、パルスエネルギーを1000倍以上にする必要がある。そこで、チタンサファイアレーザーの再生増幅器を製作した。現在この光源を用いた実験を計画している。その他の興味深い系として、Cu_2O励起子及び擬1次元電荷移動励起子系の実験を開始した。固体の光学応答における素励起の役割を明らかにするために、光励起によって系に誘起される巨視的分極が時間空間的にどの様に運動するかを観測する手段を確立することを目指した。特に、強い光励起によって生じる物質系の量子論的なコヒーレンスの発現に着目した。まず、モード同期パルス光源を用いて、非線形干渉分光法を開発した。これを用いて、(1)CuCl励起子分子系の巨視的位相の測定と自発的コヒーレンスの形成過程の追跡(2)アントラセン表面励起子の巨視的双極子の位相緩和測定(3)GaAs量子井戸における励起子分子のコヒーレントな運動の観測(4)微小光共振器中の励起子による位相共役波発生の実験をおこなった。(3)はミシガン大学のD.G.Steel教授のグループと共同で行った。その結果次の成果を得た。(1)非線形干渉法により2光子励起された励起子分子の2光子コヒーレンスの測定を行い低温域で励起子分子が50ピコ秒以上初期の位相を保って振動することを実証した。現在この結果を論文にまとめる作業を進めている。(2)2次元のフレンケル励起子系であるアントラセン表面励起子で、フェムト秒ポンプ・プローブ法を行い、2次元励起子系の自由誘導減衰の信号をとらえることに成功した。現在この結果をもとに励起子超放射について考察を行っている。(3)非線形干渉法を用いてGaAs量子井戸中の励起子分子のコヒーレントな振動の観測に成功した。(4)半波長光共振器中の半導体量子井戸の励起子による非線形信号が増強されることを明らかにした。この結果をまとめ投稿した。
骨髄由来間葉系幹細胞を用いた固形腫瘍および肺組織障害に対する治療法開発

1.CX3CL1およびNK4導入骨髄由来間葉系幹細胞(MSCs)を用いた新たな多発肺転移の治療開発B16F10およびC26を尾静脈より注入することにより多発肺転移モデルを作成したのち、CX3CL1発現MSCを注入したところ、80%以上の肺転移を抑制することに成功した。生存期間も有意に延長した。また、MSCが肺転移巣に遊走することを免疫組織染色で証明した。転移抑制効果はNK細胞とCD8Tリンパ球によるものであることを示した。現在、Stem cells誌in pressの状態である。2)NK4発現アデノウイルスベクター(AdRGDNK4)を用いた肺転移治療実験まず、AdRGDNK4を作成した。上記と同様に、NK4発現MSCを投与したところ、有意な肺転移巣の減少と、生存期間の延長を確認した。治療群では、CD31とVEGFR3陽性細胞数の減少より、血管新生の抑制とともにリンパ管新生の抑制することにより転移抑制されることを示した。現在、Cancer gene therapy誌、revisionの状態である。2.HGF導入骨髄由来間葉系幹細胞(MSCs)を用いた肺線維症治療法の開発1)MSCsの肺障害部位ぺの効率的遊走の確認マウスの肺線維症モデルであるブレオマイシン誘導性肺障害において、全身性に接種されたGFPトランスジェニックマウス由来MSCsが肺の障害を受けた領域に効率的に集積することを確認した。また、肺傷害の程度を生化学的手法であるハイドロキシプロリンとアシクロフトスコアで評価する方法を確立した。2)MSCを用いた傷害肺治療実験骨髄由来MSCを、傷害肺を持つマウスの静脈内に投与したところ、傷害肺の有意な改善を確認した。現在、HGF発現MSCを用いた治療実験を継続中である。1.NK4導入骨髄由来間葉系幹細胞(MSC_S)を用いた新たな肺がん治療法の開発i)骨髄由来間葉系幹細胞の培養系の確立マウスの大腿骨・脛骨より骨髄細胞を回収し、液体培地にて培養を行う。雑多な細胞集団の中から大型で多角形の付着性細胞のみを回収・継代する培養系を確立し、高純度のMSC_Sを実験に供する系を確立した。ii)NK4発現改変型アデノウイルスベクターの作製MSC_S上にはアデノウイルスのレセプターであるCARが発現していない。しかし、インテグリンの発現は認められるので、ファイバー内にインテグリン結合モチーフを組み込んだ改変アデノウイルスベクターを作製し、MSC_SへNK4遺伝子の導入を行った。現在までに、高力価のウイルスベクターを調整し、MSC_Sへの感染ならびにNK4の高発現を確認した。iii)腫瘍細胞の肺転移実験系の確立これまでに、マウスを用いたB16F10 melanoma cellを尾静脈に投与し、肺転移実験系を確立している。2.HGF導入骨髄由来間葉系幹細胞(MSC_S)を用いた新たな肺線維症治療法の開発HGFを発現するファイバー内にインテグリン結合モチーフを組み込んだ改変アデノウイルスベクターを作製した。現在、大量調整中である。マウスの肺線維症モデルであるブレオマイシン誘導性肺障害において、全身性に接種されたGFPトランスジェニックマウス由来MSC_Sが肺の障害を受けた領域に効率的に集積することを確認した。これはMSC_Sが肺障害の修復に加え、障害部位へ種々の分子を運ぶvehicleとして利用できる可能性を示唆するものである。1.NK4導入骨髄由来間葉系幹細胞(MSCs)を用いた新たな肺がん治療法の開発

1)NK4発現アデノウイルスベクター(AdRGDNK4)を用いたex vivoMSC感染実験AdRGDNK4を用いることにより大量にNK4をMSCに発現することを確認した。また、HGFの効果がNK4により阻害されることを確認した。B16F10およびC26を尾静脈より注入することにより多発肺転移モデルを作成した。このマウスに1)で作成したNK4発現MSCを注入したところ、70%以上の肺転移を抑制することに成功した。一方、アデノウイルス直接注入は効果がなかった。生存期間も有意に延長した。3)肺転移抑制効果の機序の解析治療群では、CD31とVEGFR3陽性細胞数の減少より、血管新生の抑制とともにリンパ管新生の抑制することにより転移抑制されることが明らかと待った。2.HGF導入骨髄由来間葉系幹細胞(MSCs)を用いた新たな肺線維症治療法の開発1)HGF発現改変型アデノウイルスベクターの作製HGFを発現するファイバー内にインテグリン結合モチーフを組み込んだ改変アデノウイルスベクターを作製し、大量調整した。MSCに感染させることによりHGFを高発現させることに成功した。2)MSGsの肺障害部位への効率的遊走の確認マウスの肺線維症モデルであるブレオマイシン誘導性肺障害において、全身性に接種されたGFPトランスジェニックマウス由来MSCsが肺の障害を受けた領域に効率的に集積することを確認した。また、肺傷害の程度を生化学的手法であるハイドロキシプロリンで定量した。現在、HGF発現MSCを用いた治療実験を継続中である。1.CX3CL1およびNK4導入骨髄由来間葉系幹細胞(MSCs)を用いた新たな多発肺転移の治療開発B16F10およびC26を尾静脈より注入することにより多発肺転移モデルを作成したのち、CX3CL1発現MSCを注入したところ、80%以上の肺転移を抑制することに成功した。また、MSCが肺転移巣に遊走することを免疫組織染色で証明した。転移抑制効果はNK細胞とCD8Tリンパ球によるものであることを示した。現在、Stem cells誌in pressの状態である。(2)NK4発現アデノウイルスベクター(AdRGDNK4)を用いた肺転移治療実験同様に、NK4発現MSCを投与したところ、有意な肺転移巣の減少と、生存期間の延長を確認した。治療群では、CD31とVEGFR3陽性細胞数の減少より、血管新生の抑制とともにリンパ管新生の抑制することにより転移抑制されることを示した。現在、Cancer gene therapy誌、revisionの状態である。2.HGF導入骨髄由来間葉系幹細胞(MSCs)を用いた肺線維症治療法の開発(1)MSCsの肺障害部位への効率的遊走の確認マウスの肺線維症モデルであるブレオマイシン誘導性肺障害において、全身性に接種されたGFPトランスジェニックマウス由来MSCsが肺の障害を受けた領域に効率的に集積することを確認した。