hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
医学用語間の意味関連性を利用して診療データベースから類似症例を探索する手法の開発

研究目的:1)電子化された内科系および外科系退院時サマリデータベースに含まれる臨床医学用語を自動抽出する手法を開発、2)抽出された臨床医学用語間の関連性の強さをコンピュータ内で網目情報(ネットワーク)として保持し、各症例の持つ臨床上の意義を表現する手法を開発、3)それをもとにしてデータベース内で相互に類似症例とみなし得る症例を抽出し、その妥当性を臨床的見地から評価することにより手法の妥当性を評価するとともに改良を加える、4)新規に想定した患者と類似の症例をデータベースから探索することにその手法を適用してその性能を評価する初年度の方法:今年度は1)2)の準備段階として、退院時サマリーの電子化システムの準備、とくに情報の構造化分析を行うこと、および病名用語のシソーラス作成を行った。初年度の進捗状況:東大病院の全診療科の退院時サマリ形式を収集し、分析結果をもとに情報構造をXMLスキーマで記述した。さらに、全科共通部分と固有部分にわけてデータベースの開発を行った。またXMLてき蓄積された退院時サマリから構文解析ツール茶筅を使用して用語抽出を行い、医学用語辞書と照合することにより、臨床上意味のある用語の出現位置を確定する手法を開発した。ついで、医療情報システム開発センターから提供されている標準病名マスター第2版の病名用語をもとに臨床分類シソーラスを開発し、同義語と関連語の整理をおこなった。これらの用語をオブジェクト指向データベースに格納し用語間の関連性ネットワークを構築する準備作業を行った。次年度は、退院時サマリーデータベース構築を全診療科で実施し、そのデータを用いて用語の抽出を行う。研究目的:1)電子化された内科系および外科系退院時サマリデータベースに含まれる臨床医学用語を自動抽出する手法を開発、2)抽出された臨床医学用語間の関連性の強さをコンピュータ内で網目情報(ネットワーク)として保持し、各症例の持つ臨床上の意義を表現する手法を開発、3)それをもとにしてデータベース内で相互に類似症例とみなし得る症例を抽出し、その妥当性を臨床的見地から評価することにより手法の妥当性を評価するとともに改良を加える、4)新規に想定した患者と類似の症例をデータベースから探索することにその手法を適用してその性能を評価する。初年度の方法:今年度は1)2)の準備段階として、退院時サマリーの電子化システムの準備、とくに情報の構造化分析を行うこと、および病名用語のシソーラス作成を行った。またXMLで蓄積された退院時サマリから構文解析ツール茶筅を使用して用語抽出を行い、医学用語辞書と照合することにより、臨床上意味のある用語の出現位置を確定する手法を開発した。目的:電子化された退院時サマリのデータから臨床医学用語を抽出し、用語のシソーラスを構築し、症例の臨床上の意義を表現する手法を開発し、新規に想定した症例と類似の症例をデータベースから探索することにその手法を適用してその性能を評価する。方法:退院時サマリーの電子化システムの準備、とくに情報の構造化分析を行うこと、および病名用語のシソーラス作成を行う。また標準病名用語集を開発し、その臨床分類シソーラスを開発し、同義語と関連語の整理をおこなった。その上で評価用退院時サマリーデータベースを作成し、用語の抽出と関連性の抽出を行う。

結果:病名用語約20000件と索引語約60000語の整理を行い、階層関係テーブルを構築した。これと医学用語辞書を辞書ソースとして構文解析ソフトを用いて退院サマリー800件を解析し、用語の抽出およびその共起グラフを得た。別の退院サマリー20件について、類似症例を抽出できるかどうかの評価を行った結果、17件については類似と判断できる症例が抽出できたが、3件についてはノイズによる影響を受けた乖離症例と判断された。考察:本研究での成果のひとつは将来の医学キーワード抽出につながる基礎データベースとして病名の階層関係テーブルが構築できたことである。これに症状所見用語を追加することが必要である。類似症例の抽出では、所見の有無がもっとも重要であり用語間の反意関係テーブルを構築することが今後の課題であると考えられた。
ロシアおよび周辺地域での野生マウスの遺伝子変異の探索と有用系統の育成

マウス遺伝学にとって、新しい遺伝子変異の発見、導入や作出は最も重要な課題である。現在、全ゲノムシークエンスを柱とするマウスゲノム計画の進展と共に、マウス大規模ミュータジェネシス計画が欧米をはじめわが国でも発足したのは、まさにこの重要性の現れである。一方、我々は野生マウスが遺伝子変異の宝庫であり、基礎的な医学・生物学研究に重要なことを、内外に明らかにしてきた。本共同研究では、上記の研究戦略をもとに、1)ほとんど未着手の状態にあったロシアおよびその近隣諸国の野生マウスを対象に収集を行い、与えられた3年間で18回に及ぶ採集旅行を敢行し、合計約400頭の野生マウスを採集したこと、2)ロシア人研究者等との共同研究を通じ、捕獲マウスの形態学的観察、核型(染色体)分析、ヘモグロビン多型等、基礎となるところを担当してもらい、そこで発見され、重要と思われたマウス個体はわが国に生きた状態で輸入し、系統維持のための飼育を開始したこと、3)さらに、ミトコンドリアDNA、マイクロサテライトDNA、リボソーマルDNA等のDNA多型の解析、補体成分欠損、ヘモグロビンβ鎖遺伝子の分子生物学的解析等を行い、採集されたマウスの遺伝的位置づけを行ったこと、4)宮崎医科大学土屋公幸班員の努力によって、3年間で採集したマウスのうち、医学・生物学研究に重要な意味を持つと期待される野生マウス由来の系統化選抜を行い、25系統以上について近交化を行っい順調に生育していること、5)補体欠損マウス(補体第4成分欠損)、腸管肥満細胞機能低下症のマウス、ヘモグロビンβ鎖多型など、興味深いミュータントマウスが次々と近交系化系されつつあり、今後の研究の進展に期待がかかること、等の大きな成果をあげることができた。。。今年度は、ロシアの沿海州に生息するマウスを重点的に採集すると共に、カザフスタン・ネパール等でも、マウスを採集した。捕獲地点と頭数は、ロシアが29地点37頭、カザフスタン、2地点9頭、ネパール2地点3頭であった。これら捕獲されたマウスのうち、形態分類学的解析と分子遺伝学的解析を行い、12番(つがい)のマウスを選別した。これらのマウスは現在、近交系樹立を目的として宮崎医大土屋公幸班員のもとで、飼育維持されている。形態分類学的解析は土屋班員のもとで、また遺伝学的解析のうち、wl型ヘモグロビンβ鎖(Hbb^<w1>)の多型解析とHbb^<w1>を保有する野生マウスの選別がロシア側研究者により、また、Hbb^<w1>に関する分子遺伝学的解析が、総研大森脇らによって、核型解析が名古屋大学松田洋一班員とロシア人研究者との共同で、ミトコンドリアDNA(mtDNA)多型に関する解析が臨床研の研究協力者津田薫によって行われた。今年度は特に、ロシア沿海州の23地点から捕獲されたマウス、23頭についてのmtDNAの多型解析結果を報告する。多型解析の結果、ロシアマウスのかなりの個体はMus musculus musculusであったが、一部にMus musculus domesticusに特異的なmtDNA多型を持つものが発見された。domesticus型の多型を持つマウスの発見はロシアでは初めてのことであり、しかもそのマウスが比較的広い範囲に分布していた。このdomesticus型mtDNAを持つマウスがどの様にしてロシア沿海州に分布したのかを、今後重点的に調べてみたい。また、マウス各亜種の画像データについても、宮崎医大の土屋らにより順調に収集されている。本年度は、ロシア沿海州、およびイルクーツクなど合計8地点から野生マウスを収集し、その遺伝的性質を調査した。

特に詳細に調査した遺伝学的性質は、ミトコンドリアDNA、染色体Cバンドパターン、ヘモグロビンβ鎖の多型であった。そのうち、ヘモグロビンβ鎖多型については、これまで認められたp型、w1型の他に、新たなる多型が発見された。現在、この新たなる多型については分子生物学的検討を加えているところである。一方、今年度もロシアの諸地域から採集した野生マウス個体をわが国に輸入し、宮崎医科大学の土屋によって系統化が積極的に進められている。これらの系統化が進んだマウスについては、研究分担者、および研究協力者を宮崎医科大学に派遣し、分染法による詳細な核型解析、涙、および唾液に含まれる蛋白多型の解析をはじめとして、すでに上で述べた遺伝学的性質についても追調査を行った。さらに、マウスの分類と画像データの収集を分担している宮崎医大の土屋らを連合王国ロンドン市、およびオランダライデン市の自然史博物館に派遣し、そこに保管されているマウス亜種各種のタイプ標本の調査とそれらの画像データの収集を行った。これらの情報は、今後本研究でのマウス亜種の形態分類に大きな威力を発揮すると思われる。また、ロシア人研究はY.Kartavtsev博士らをわが国に招聘し、日露国際学術集会を北海道大学で、また米川、森脇ら5名をウラジオストックに派遣し、日露国際シンポジウムをそれぞれ開催し、これまでの研究成果の発表と情報の交換を行った。ロシア人研究者の協力により、ロシア中央部(イルクーツク)、同沿海州、およびカムチャツカ半島それぞれ数地点から、またカザフスタン研究者よりバルハシ湖岸の1地点から、野生マウスをそれぞれ採集した。採集したマウスは、ウラジオストックのロシア科学院生物学・土壌学研究のA.Kryukov部長の研究室に集め、外部形態の計測、G-、およびC-バンド染色による核型解析、蛋白多型(ヘモグロビン)、DNA多型(RAPID法)などのごく基本的な第一次の検索を行い、これら野生マウスの形態学的、遺伝学的特徴付けを行った。さらに、これらマウスのうち特に興味のある突然変異を持っていると判断されたものは、検疫所の許可を得てわが国へ輸入し、タイプ標本の作成、画像処理のための写真撮影、ミトコンドリアDNA(mtDNA)、マイクロサテライトDNAの多型、補体成分についての検索等、第二次の検索を行うと共に、全ての個体から核DNAを抽出精製した。その結果、極東には少なくても3種類のマウス亜種、Mus musculus musculus、M.m.castaneus、そしてM.m.domesticusが分布することが分かった。そのうち、M.m.domesticusは、その分布状況から見て、最近沿海州に侵入したものと思われた。また、輸入したマウスのうち、補体、ヘモグロビンに突然変異を示す個体からは、宮崎医大において近交系化を行い、系統として保存した。さらに、中国産野生マウスからがん抵抗性遺伝子を導入したコンジェニック系統の樹立と飼育を中国天津市労働性職業病研究所の王鳳山副所長に依頼した。また、今年度は本研究班の最終年度のため、ロシア人研究者等をわが国に招聘し、日本動物学会との共催シンポジウムとしてこれまでの代表的研究成果を発表した。また、それ以外の成果についても、総合研究大学院大学でミニ国際シンポジウムを開催し、これまで得られた成果についての総括を行った。なお、画像、および蒐集した核DNAについては、必要事項と共にデータベース化を行い、DNAリソースとして保存する準備をしている。
振動工具の操作に伴なう振動、騒音等の末梢血管反応に対する複合影響に関する研究

チェンソ-操作に伴なう手指末梢血流の生理的反応を検討するため、同工具操作の際の振動、騒音、工具把持の各要因が負荷されたときの皮膚温、皮膚血流を観察し、手指血流はonーtimeで減少し、offーtimeで増加するという再現性の強いパタ-ンを認め、その変動の大きさは3つの要因が複合されたときに最も大きいことを認めた。本研究では、末梢血管の動態を光電容積脈波法を利用した血圧モニタシステムを用いて観察した。実験対象は振動工具作業歴のない成人男子6名(2回)で、環境気温27±2°Cの条件下で、チェンソ-操作120秒のonーtime期間中及びその前後300秒間の手指末梢血圧を60秒間隔で自動的に収録した。無負荷起立位における手指血圧の平均値は127±13mmHgであった。各被検者の負荷前の血圧には若干の変動があるので、各被検者の負荷前のレベルを100として正規化し負荷時の変動をみると、無負荷立位(98.0±6.3)に比し、無負荷チェンソ-把持(105.4±11.6)及び振動+騒音のみ(102.4±5.6)で有意(p<0.05)の上昇を示し、さらに振動+騒音+把持すなわち通常のチェンソ-操作条件下(124.5±8.7)では、これら各要因の単独負荷時に比し有意(p<0.01)の上昇を示した。因みに、この条件下での平均血圧(負荷90秒値)は152±15mmHgで、1例を除く総てで20%以上の上昇がみられた。但し、これらの上昇は一過性のもので、負荷解除に伴ない直ちに回復した。皮膚血流量の観察では明瞭な変化を認めた無負荷チェンソ-把持(7.9kg重量)では上記のごとく5.4%にとどまり、10%を上回る上昇を示したのは12例中5例であった。なお、上腕動脈血圧も同時に観察したが、特記すべき変動はみられなかった。このような実験成績は世界でも最初の報告であり、手指末梢血圧の変動が末梢血管の機能性(緊張性)を示す有効な指標と考えれば、振動工具操作に伴なう末梢血管収縮性の変化には注目すべきものがある。
遺伝性無嗅脳症および多指症を示すPdnマウスの原因遺伝子の検索

Greig cephalopolysyndactly syndrome(GCPS)は、ヒトにおける水頭症・多指症を示す症候群であり、GLI3遺伝子の異常で起こることが示唆された。また、マウスにおけるGCPSの相同疾患としてExtra-toes(Xt)があり、Gli3遺伝子のdeletionが起きていることが証明された。一方、Polydactyly Nagoya(Pdn)マウスは、遺伝性無嗅脳症および多指症を示すマウスであり、Xtマウスの表現型と酷似している。さらに、Pdn遺伝子はXt遺伝子同様、第13番染色体上にあることも分かっている。これらのことから、PdnマウスはXtマウスのアレルである可能性が示唆される。そのため、Pdnマウスの原因遺伝子がGli3遺伝子である可能性が高いので、本研究では、PdnマウスのGli3遺伝子に異常があるかどうかを調査した。初めに、PdnマウスのGli3遺伝子にXtマウスで報告されているような大きなdeletionがあるかどうかを確認するために、Gli3遺伝子をプローブとして、サザンブロットを行なった。サザンブロットでは、ノーマルとPdn/PdnのGli3遺伝子で変異が認められなかった。次に、Gli3遺伝子の発現の高い胎生13日のノーマルとPdn/PdnよりRNAを抽出し、ノーザンブロット・RNase protection assay・RT-PCRを行なった。これらの結果より、Pdn/Pdnではノーマルと比較してGli3遺伝子の発現が非常に減少しているということが分かった。PdnマウスではXtマウスでの異常とは異なり、Gli3遺伝子の発現が非常に減少している。今後は遺伝子解析を進め、Gli3遺伝子の発現量減少の原因を解明していきたい。
角膜内皮細胞移植:培養細胞の導入遺伝子発現制御による細胞生理学的研究

ヒトの正常角膜内皮細胞は生体内では分裂,増殖は殆ど観察されずG1期で停止している.しかし生体外では,培養条件下において分裂,増殖が可能である.細胞培養によって分裂,増殖能が確認された培養ヒト角膜内皮細胞を再び角膜実質上で培養したらどのような経過をたどるか,細胞周期に最も関連のあるサイクリンを指標にして検討した.その結果,培養内皮細胞は培養皿上では,M期,G1期,S期,G2期のすべての細胞周期が確認されたが,角膜実質上ではG1期のみであり,正常角膜内皮細胞と同様であった.次に,母角膜の年齢が培養保存後の細胞に与える影響を検討した.初代培養は母角膜の年齢2歳から75歳,すべての年齢にわたり可能であった.このことは,将来患者自身の自己角膜培養の可能性を示唆している.ただし,継代培養後の細胞の定常状態における形態は,年齢の増加に比例して細胞面積の増加つまり細胞密度が減少する傾向にあったことから,角膜内皮細胞移植に際しては若年母角膜の細胞が有利と考えられる.角膜内皮細胞移植を実際に臨床応用するためには,保存角膜実質と保存角膜内皮細胞を用いた角膜の再構築が必須となる.そこで継代培養した培養内皮細胞を,凍結保存したヒト角膜実質に播種し,角膜内皮細胞層の再構築過程の経時変化を組織学的に検討した.その結果,培養内皮細胞は培養後0.5時間後にはすでにデスメ膜上に接着し,3時間後には一層の角膜内皮細胞層を形成した.48時間後には細胞間接着装置も観察され,組織学的には正常内皮細胞層と同等の組織像を呈していた.また角膜実質のみでは初期より角膜浮腫が観察されたのに対して,再構築角膜では正常に保たれていたことより,再構築内皮細胞層は正常内皮細胞層と同様の柵機能や生理機能を有していると考えられた.以上により角膜内皮細胞の培養及びその保存,保存角膜実質を使用した再構築角膜作成方法が確立された.角膜内皮細胞移植を行うにあたり、ヒト角膜内皮細胞の培養及び保存方法を確立する必要がある。そこでまず母角膜の年齢が培養保存後の細胞に与える影響を検討した。初代培養は母角膜の年齢3歳から61歳,すべての年齢に渡り可能であった。このことは、将来患者自身の自己角膜培養の可能性を示唆している。ただし、継代培養後の細胞の定常状態における形態は、年齢の増加に比例して細胞面積の増加つまり細胞密度が減少する傾向にあった.この事実は角膜内皮細胞移植を行うにあたり出来るだけ若年母角膜の細胞が有利であることを示している。角膜内皮細胞移植を実際に臨床応用するためには、保存角膜実質と保存角膜内皮細胞を用いた角膜の再構築が必須となる。そこで継代培養した培養内皮細胞を、凍結保存したヒト角膜実質に播種し、角膜内皮細胞層の再構築過程の経時変化を組織学的に検討した。その結果,培養内皮細胞は培養後0.5時間後にはすでにデスメ膜上に接着し、3時間後には一層の角膜内皮細胞層を形成した。48時間後には細胞間接着装置も観察され,組織学的には正常内皮細胞層と同等の組織像を呈していた。また角膜実質のみでは初期より角膜浮腫が観察されたのに対して、再構築角膜では正常に保たれていた事より、再構築内皮細胞層は正常内皮細胞層と同様の柵機能や生理機能を有していると考えられた。ここで問題となるのは培養条件下で旺盛な増殖能を有する培養角膜内皮細胞の角膜実質上で増殖動態である。そこでサイタリンを指標に細胞周期の検討を行った。その結果、培養内皮細胞は培養皿上ではM期、G1期、S期、G2期のすべての細胞周期が確認されたが、角膜実質上ではG1期のみであり、正常角膜内皮細胞と同様であった.以上により角膜内皮細胞の培養及びその保存、保存角膜実質を使用した再構築角膜作成方法が確立された。今後はこの再構築角膜を使用した角膜移植法の検討を行う予定である。ヒトの正常角膜内皮細胞は生体内では分裂,増殖は殆ど観察されずG1期で停止している.しかし生体外では,培養条件下において分裂,増殖が可能である.細胞培養によって分裂,増殖能が確認された培養ヒト角膜内皮細胞を再び角膜実質上で培養したらどのような経過をたどるか,細胞周期に最も関連のあるサイクリンを指標にして検討した.その結果,培養内皮細胞は培養皿上では,M期,G1期,S期,G2期のすべての細胞周期が確認されたが,角膜実質上ではG1期のみであり,正常角膜内皮細胞と同様であった.次に,母角膜の年齢が培養保存後の細胞に与える影響を検討した.初代培養は母角膜の年齢2歳から75歳,すべての年齢にわたり可能であった.このことは,将来患者自身の自己角膜培養の可能性を示唆している.ただし,継代培養後の細胞の定常状態における形態は,年齢の増加に比例して細胞面積の増加つまり細胞密度が減少する傾向にあったことから,角膜内皮細胞移植に際しては若年母角膜の細胞が有利と考えられる.角膜内皮細胞移植を実際に臨床応用するためには,保存角膜実質と保存角膜内皮細胞を用いた角膜の再構築が必須となる.

そこで継代培養した培養内皮細胞を,凍結保存したヒト角膜実質に播種し,角膜内皮細胞層の再構築過程の経時変化を組織学的に検討した.その結果,培養内皮細胞は培養後0.5時間後にはすでにデスメ膜上に接着し,3時間後には一層の角膜内皮細胞層を形成した.48時間後には細胞間接着装置も観察され,組織学的には正常内皮細胞層と同等の組織像を呈していた.また角膜実質のみでは初期より角膜浮腫が観察されたのに対して,再構築角膜では正常に保たれていたことより,再構築内皮細胞層は正常内皮細胞層と同様の柵機能や生理機能を有していると考えられた.以上により角膜内皮細胞の培養及びその保存,保存角膜実質を使用した再構築角膜作成方法が確立された.ヒトの正常角膜内皮細胞は生体内では分裂,増殖は殆ど観察されずG1期で停止している.しかし生体外では,培養条件下において分裂,増殖が可能である.細胞培養によって分裂,増殖能が確認された培養ヒト角膜内皮細胞を再び角膜実質上で培養したらどのような経過をたどるか,細胞周期に最も関連のあるサイクリンを指標にして検討した.その結果,培養内皮細胞は培養皿上ではM期,G1期,S期,G2期のすべての細胞周期が確認されたが,角膜実質上ではG1期のみであり,正常角膜内皮細胞と同様であった.次に,母角膜の年齢が培養保存後の細胞に与える影響を検討した.初代培養は母角膜の年齢2歳から75歳,すべての年齢にわたり可能であった.このことは,将来患者自身の自己角膜培養の可能性を示唆している.ただし,継代培養後の細胞の定常状態における形態は,年齢の増加に比例して細胞面積の増加つまり細胞密度が減少する傾向にあったことから,角膜内皮細胞移植に際しては若年母角膜の細胞が有利と考えられる.角膜内皮細胞移植を実際に臨床応用するためには,保存角膜実質と保存角膜内皮細胞を用いた角膜の再構築が必須となる.そこで継代培養した培養内皮細胞を,凍結保存したヒト角膜実質に播種し,角膜内皮細胞層の再構築過程の経時変化を組織学的に検討した.その結果,培養内皮細胞は培養後0.5時間後にはすでにデスメ膜上に接着し,3時間後には一層の角膜内皮細胞層を形成した.48時間後には細胞間接着装置も観察され,組織学的には正常内皮細胞層と同等の組織像を呈していた.また角膜実質のみでは初期より角膜浮腫が観察されたのに対して,再構築角膜では正常に保たれていたことより,再構築内皮細胞層は正常内皮細胞層と同様の柵機能や生理機能を有していると考えられた.以上により角膜内皮細胞の培養及びその保存,保存角膜実質を使用した再構築角膜作成方法が確立された.
肝細胞障害の指標としてのΔ^4-3-オキソステロイド5β還元酵素の分子生物学的研究

生下時より徐々に増悪する新生児肝炎を呈し尿中にΔ^4-3-オキソ胆汁酸を多量に排出するため、Δ^4-3-オキソステロイド5β還元酵素の欠損症が疑われる症例4例につき、酵素を分子生物学的手法で調べた。症例は生後5から10ヶ月の乳児で、全例黄疸を呈しその原因が解らず、3例は肝移植を受け、1例は肝不全のため死亡し剖険を受けた。これらの症例の肝組織を調べた。肝内の本酵素の蛋白をラットのΔ^4-3-オキソステロイド5β還元酵素に対するモノクローナル抗体を使ったイムノブロット法で調べたところ、患児では正常な分子量を持つ酵素蛋白のバンドはみられたが、成人に比べるとその量が少なかった。またその量は、重症肝疾患を有する他の乳児とは同レベルであった。また、本酵素のmRNA量をRNAブロットハイブリダイゼーション法で調べたところ、mRNAに相当するバンドは存在し、mRNAの長さも正常であった。しかしその量は成人や他の乳児にくらべ非常に少なかった。患者肝における本酵素のcDNAをRTPCR法でクローニングし、塩基配列を調べたところ正常人と同じで、mutationはみられなかった。尿中にΔ^4-3-オキソ胆汁酸を多量に排出するため、胆汁酸生合成経路におけるΔ^4-3-オキソステロイド5β還元酵素の欠損症が疑われた患者は、これまで世界で20例近くいるとされているが、これに対する分子生物学的な調査はほとんどされていなかった。このため、こうした症例が、遺伝子異常による真の欠損症なのか他の原因による本酵素活性の二次的低下なのかが論争になっていた。今回のわれわれの研究では、尿中にΔ^4-3-オキソ胆汁酸を多量に排出する症例であっても、遺伝子異常による酵素欠損症よりも重症肝障害による二次的な酵素活性低下が考えられるという結論になった。尿中にΔ^4-3-オキソ胆汁酸を高濃度に排出し、Δ^4ー3ーオキソステロイド5β還元酵素(5β還元酵素)欠損症が疑われた新生児肝炎症例4例(これらの症例では、新生児肝炎を引き起こす機知の疾患は様々な検査により否定された)につき、その肝組織を使って、5β還元酵素を分子生物学的に調べた。まず、剖検もしくは肝移植で得られた肝組織から、肝細胞のサイトソール分画を超遠心法で抽出し、ラットの5β還元酵素に対するモノクローナル抗体を用いたイムノブロッテイング法で、5β還元酵素の有無とその量を測定した。全症例において、酵素自体は存在していたが、その量は少なかった。また、肝細胞からRNAを精製した。4症例のうち1例で、ヒト5β還元酵素cDNAをプローブとして使ったRNAブロットハイブリダイゼーション法により5β還元酵素のmRNAを調べることができたが、この症例では正常な長さのRNAがわずかながらも存在していた。さらに、4例全例において、RNAからreverse transcriptase PCR法で5β還元酵素cDNAをクローニングし、その塩基配列を調べたところ、いずれの例でもmutationは見られなかった。従って今回調べた4症例は5β還元酵素の欠損症ではなくて、何らかの重症肝疾患による酵素活性の低下がおこっているものと考えられた。しかし、この酵素活性の低下は重症肝疾患児の極一部の症例で見られるのみであることから、これらの症例では、5β還元酵素遺伝子の制御領域の異常がある可能性も考えられた。生下時より徐々に増悪する新生児肝炎を呈し

尿中にΔ^4-3-オキソ胆汁酸を多量に排出するため、Δ^4-3-オキソステロイド5β還元酵素の欠損症が疑われる症例4例につき、酵素を分子生物学的手法で調べた。症例は生後5から10ヶ月の乳児で、全例黄疸を呈しその原因が解らず、3例は肝移植を受け、1例は肝不全のため死亡し剖険を受けた。これらの症例の肝組織を調べた。肝内の本酵素の蛋白をラットのΔ^4-3-オキソステロイド5β還元酵素に対するモノクローナル抗体を使ったイムノブロット法で調べたところ、患児では正常な分子量を持つ酵素蛋白のバンドはみられたが、成人に比べるとその量が少なかった。またその量は、重症肝疾患を有する他の乳児とは同レベルであった。また、本酵素のmRNA量をRNAブロットハイブリダイゼーション法で調べたところ、mRNAに相当するバンドは存在し、mRNAの長さも正常であった。しかしその量は成人や他の乳児にくらべ非常に少なかった。患者肝における本酵素のcDNAをRTPCR法でクローニングし、塩基配列を調べたところ正常人と同じで、mutationはみられなかった。尿中にΔ^4-3-オキソ胆汁酸を多量に排出するため、胆汁酸生合成経路におけるΔ^4-3-オキソステロイド5β還元酵素の欠損症が疑われた患者は、これまで世界で20例近くいるとされているが、これに対する分子生物学的な調査はほとんどされていなかった。このため、こうした症例が、遺伝子異常による真の欠損症なのか他の原因による本酵素活性の二次的低下なのかが論争になっていた。今回のわれわれの研究では、尿中にΔ^4-3-オキソ胆汁酸を多量に排出する症例であっても、遺伝子異常による酵素欠損症よりも重症肝障害による二次的な酵素活性低下が考えられるという結論になった。
2種類の大きさのスピンから成る1次元量子スピン系の理論的研究

本科学研究費の補助のもとで,我々は2個のS=1/2スピンと2個のS=1スピンが交互に並んでいる1次元量子スピン系の基底状態及び有限温度の性質を,数値的方法及び解析的方法を用いて研究した。各最近接スピン間に等方的な交換相互作用を仮定し、S=1/2スピン間,S=1/2スピンとS=1スピン間,S=1スピン間の交換相互作用定数を,それぞれ,J_1,J_2,J_3(正の場合反強磁性的,負の場合強磁性的)とする。まず,Wigner-Eckartの定理を用いることにより,J_2≫J_1,J_3のなどの極限で,考えている系が十分低温において既に良く調べられている1種類のスピンからなる1次元量子スピン系に同等となることを示した。次に,J_1=J_3=1.0,J=_2≡J>0の場合について,量子モンテカルロ法や有限系の厳密対角化法を用いて,基底状態及び有限温度の性質を詳細に調べた。得られた主な結果は次の通りである。1)1重項-3重項エネルギーギャップのJ依存性の計算結果から,J=J_c0.77にmassless pointが存在し,その点で系の基底状態はエネルギーギャップの消失を伴った2次の相転移を起こすことが分かる。2)Jの値が十分大きい(例えば,J=5.0)とき,比熱対温度曲線に2つのピークが現れる。高温側のピークは,S=1/2スピンとS=1スピンとからなる2-スピン系がもつSchottky-typeのピークに関連しており,低温側のピークは,低温で有効スピンの大きさが1/2である上記の2-スピン系がボンド交代のある1次元鎖を形成していることから生じるピークであると考えることができる。3)J=0.77に対する帯磁率の温度依存性の計算結果は,低温の極限で帯磁率が有限な値をとることを示唆している。この結果は,1)で述べたJ=0.77でエネルギーギャップが消失するという結果とコンシステントである。
酵素および無機層状半導体の集積による協奏的光機能の発現

無機層状半導体と生体分子を結合し、両者の機能性の融合を試みた。生体分子として酸化還元酵素を可視光応答性の層状半導体の層間に挿入すると、酵素の触媒活性を可視光照射によって制御できることが明らかとなった。また、可視光応答型半導体光触媒に発光タンパク質を結合させると、発光タンパク質由来の光エネルギーにより半導体を励起可能であることを明らかにした。この結果は、発光生体分子が半導体光触媒の光源として動作することを示唆している。ナノメートルレベルの厚みをもつ半導体層状鉄チタン酸ナノシートを液相反応法により一段階で合成した。得られた生成物は四チタン酸と同じ結晶構造を持ち、ホスト層中の一部のチタンが鉄で置換されていると予想された。この液相反応法では従来行ってきた固相反応法で高温焼成した粉末を液相中に分散・剥離させる方法と比較して短時間で極めて小さなサイズ(10ナノメートル以下)のナノシートが生成することが明らかとなり、酵素吸着時の表面積や液相中での分散安定性に関して有利であると考えられた。さらに、鉄の含有量を増加させるとナノシートの光吸収波長(端)が長波長側に移動し、今後、酵素ー無機層状半導体の可視光誘起を実施するにあたって効率よく可視光励起できる物質であることが分かった。上述のように得られた層状鉄チタン酸ナノシート分散液に酸化還元酵素の一種であるペルオキシダーゼ液を添加し両者を結合させた。このとき、両者が互いに反対符号の表面電荷を示す液性(pH)に設定することで、静電的相互作用により酵素ー無機層状半導体ナノシートの複合体が得られた。使用したペルオキシダーゼ(長径:約6ナノメートル)と半導体層状鉄チタン酸ナノシートの大きさがほぼ同等であるため、複合体は層間に酵素が配列した規則正しい構造ではなく、両者がランダムに結合した構造を持つことがわかった。さらに、複合体中の酵素の含有量は液性すなわち酵素とナノシートの相互作用の強さあるいは混合溶液中の酵素濃度により調節可能であり、様々な酵素含量を持つ複合体を合成できることを明らかにした。前年度までに合成した酸化還元酵素(ペルオキシダーゼ)と無機層状半導体から成る複合体を合成し、光照射による酵素活性の制御を検討した。チタン(IV)テトライソプロポキシド、塩化鉄(II)の混合溶液の加水分解により無機層状半導体として鉄をドープした層状チタン酸を作製した。生成した鉄ドープ層状チタン酸は10 nm以下の極めて微小なナノ粒子として存在し、水溶液中で高い分散安定性を持つことが分かった。さらに、鉄のドープ量に応じて層状チタン酸のバンドギャップが長波長側にシフトし、可視光照射によりバンドギャップ励起を生じることが明らかとなった。弱酸性溶液中で鉄ドープ層状チタン酸は負に帯電し、一方、ペルオキシダーゼは正に帯電しているため、両者は静電的に結合し複合体を得ることができた。この複合体に対してペルオキシダーゼの基質となるAmplex Ultraredの存在下で可視光照射を行い、酵素活性の可視光制御を試みた。結果的に、バンドギャップ励起が可能となるエネルギーを有する可視光(青色光:波長473 nm)の照射によりAmplex Ultraredの酵素的酸化反応が進行することが明らかとなった。鉄ドープ層状チタン酸を励起できない低エネルギーの可視光(緑色光:波長529 nm、赤色光:波長636 nm)照射あるいは鉄をドープしていない層状チタン酸への青色光照射では酵素反応は起こらなかったため、可視光照射による酵素反応の進行は鉄ドープ層状チタン酸の励起およびその価電子帯に生成した正孔により結合したペルオキシダーゼが酸化的に励起し、酵素反応を引き起こすことが証明された。本年度の計画通り、可視光励起可能な無機層状半導体と酸化還元酵素を結合し、この複合体に可視光照射を行うことで酵素活性の可視光制御が可能であることを証明できたため。今年度は発光生体分子と半導体からなる無機・バイオ複合材料を合成し、発光生体分子由来の光エネルギー(バイオルミネセンス)による半導体の励起の可能性を探り、新たな光電気化学反応系の創製に取り組んだ。ここでは、発光生体分子としてカルシウムイオンとの結合により青色発光を示すイクオリン、半導体として青色光で励起可能な酸化鉄を選択した。まず、イクオリンの発光スペクトルと酸化鉄の吸収スペクトルを測定し、実際にイクオリンのバイオルミネセンスを酸化鉄が吸収できることを確認した。引き続き、n型半導体である酸化鉄薄膜を光無電解法により白金板上に作製した。具体的には白金板を硫酸鉄水溶液に浸漬した。この時、白金板表面を可視光線に暴露することで薄膜の成長速度を促進させた。生成した前駆体薄膜を空気中で焼成し結晶化することで酸化鉄薄膜を得た。その後、発光タンパク質であるイクオリンを薄膜表面に静電的に吸着させた。この無機・バイオ複合薄膜表面にイクオリンの発光基質となるカルシウムイオンを作用させると、イクオリンからの青色発光により酸化鉄薄膜が励起し、生成した電子が接続した外部回路を介して電流値として検出することに成功した。とりわけ、酸化鉄に種々の金属イオンを置換固溶することで観測電流値が増加することが明らかとなった。このような実験的知見は発光生体分子を光源とした無光源型の先進的な光触媒反応や蛍光バイオイメージングに展開できることを示唆している。

生体分子として酸化還元酵素を可視光応答性の層状半導体の層間に挿入すると、酵素の触媒活性を可視光照射によって制御できることが明らかとなった。また、可視光応答型半導体光触媒に発光タンパク質を結合させると、発光タンパク質由来の光エネルギーにより半導体を励起可能であることを明らかにした。この結果は、発光生体分子が半導体光触媒の光源として動作することを示唆している。研究開始時に申請した年次計画に記載の通り、平成26年度は酸化還元酵素と可視光によって励起可能な鉄を含む層状チタン酸の結合し、新規な酵素ー無機層状半導体の複合体の合成に成功したため。平成28年度は可視光励起可能な半導体と発光生体分子を結合し、発光生体分子から発生する光エネルギーを励起源とした自己光源型光電気化学セルの構築を試みる。半導体として狭いバンドギャップを有する酸化鉄、発光生体分子として青色発光を示すカルシウム結合タンパク質であるイクオリンを用い、イクオリンの発光エネルギーを酸化鉄に吸収させ、光励起により生成した光キャリア(電子、正孔)を電気化学的あるいは化学的(光触媒的)に検知する。この試みにより外部光源を要しない新たな光電気化学反応系の創製につながると予想される。無機材料化学平成27年度は当初の計画通りに前年度に合成した酸化還元酵素ー無機層状半導体を利用した可視光照射による酵素活性の制御に取り組む。励起光波長や強度と酵素活性の関係を詳細に調査し、酵素活性を最大化する条件の探索を行う。
赤外光複合励起による動作する高効率UCナノ粒子の創製

全太陽エネルギーのおよそ半分を占める赤外域の太陽光の有効利用の実現は、光合成や太陽発電などに匹敵する新たな光エネルギー変換システムの発見に相当する。この赤外光をエネルギーへと変換することができれば、かつてない未開発のエネルギー資源の開発につながる。申請者は赤外域に局在プラズモン共鳴(LSPR : Localized Surface Plasmon Resonance)を示すCu7S4(硫化銅)ナノ粒子と硫化カドミウムナノ粒子を連結させたヘテロ構造ナノ粒子を合成し、その水素生成光触媒活性を評価した。この結果、硫化銅/硫化カドミウムヘテロ構造ナノ粒子は、波長1100 nmでの外部量子効率3.8%という世界最長波長、かつ最高効率で赤外光から水素を生成できることを発見した。また、この赤外応答光触媒を利用することで、太陽光の最大波長である2500 nmの光を用いて水素を生成することに成功した。この事実は、新たに開発された赤外応答光触媒が赤外域の太陽光を使用して可視光応答光触媒であるCdSを駆動することができることを示している。従来のプラズモン誘起電荷分離は、電荷分離によって生じた正孔(ホール)と電子の再結合による損失が大きな問題であったが、新たに開発した光触媒は、273マイクロ秒という電荷分離寿命を示した。これは、一般的なプラズモン誘起電荷分離の電荷分離寿命よりもはるかに長い寿命であり、長寿命の電荷分離が優れた触媒活性の原因であることが示された。今回開発された技術は、赤外光から高効率で化学エネルギーを発生することのできる光触媒として、革新的なエネルギーアップコンバージョン材料への応用が期待される。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本申請研究においては、1複合的に励起することにより、太陽光のような微弱な赤外光をアップコンバージョン(UC)可能な新規複合材料の創製を目指す。UCによる赤外光の紫外可視光への変換は、ライフサイエンスを中心とした領域において精力的に研究されている現象であるが、近年、太陽電池や光触媒などの光/エネルギー変換の観点からも注目を集めている。太陽エネルギーのおよそ44%を占める赤外光を有効利用することが可能になれば、現行の太陽エネルギー産業と研究に大きなインパクトを与える。現在主流となっている希土類イオンを使用したUCは、多光子反応であり、また、希土類イオンの吸光係数が低い等の問題から、レーザーなどの強力な光源が必要不可欠であった。そこで、申請者は太陽光のような希薄な光を効率的にUCする方法として、該当領域の提案する複合励起を使用することを提案する。平成29年度は、UC複合材料として三重項アクセプター修飾量子ドット(ペリレン修飾CdTeナノ粒子)の合成を行い、量子ドットからのエネルギー移動過程を直接観察することに成功した。現在までに報告されているQDからのエネルギー移動過程は量子ドットのブリーチの回復から求められたものが多いが、研究代表者は三重項の過渡吸収スペクトルの立ち上がりから直接エネルギー移動過程の調査に成功した。また、三重項アクセプターの粒子表面における修飾量を制御することで、三重項アクセプター修飾量子ドット上での三重項対消滅過程の観測に成功した。これらの成果は、三重項アクセプター修飾量子ドットを用いることによりアップコンバージョン過程が進むことを強く支持している。研究代表者はすでに量子ドット上でのエネルギー移動過程の直接観察に成功しており、エネルギー移動効率を左右する支配要素を明らかにしつつある。さらには得られた成果を応用し、三重項対消滅を利用したアップコンバージョンのみではなく、シングレットフィッションにも成功している。これらの成果は、当初の予定を上回るものであり、該当領域の提案する複合励起により有機分子-量子ドット複合系が様々な波長の光を自由自在に変換する優れた材料となることを示している。

平成30年度は、引き続き三重項アクセプター修飾量子ドットにおけるエネルギー移動過程の調査を行い、機構の詳細を明らかにすると同時に更なる高効率化を目指す。エネルギー移動過程を時間分解EPRにより調査することにより、量子ドットのスピン状態を明らかにする。半導体のスピン状態は未だに解明されていないため、有機分子-量子ドット複合系を用いてスピン状態の解明が可能となれば非常に大きなインパクトになる。また、プラズモニクス材料との複合化による効率向上も同時に試みる予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
内部状態に依存したドーパミン細胞における匂いの価値表現を支える神経機構の解明

動物は環境から得られる感覚情報に基づいて適切な行動を選択し、感覚刺激が持つ価値は、動物の内部状態(空腹や物質依存によって変動するモチベーション等)によって変化することが知られているが、その神経回路機構についてはまだ明らかになっていない。本研究では感覚刺激と内部状態に関する情報の統合様式とメカニズムを神経回路レベルで解明するために、解剖学的な知見が豊富で遺伝的操作が比較的容易なショウジョウバエの嗅覚回路をモデルとし、キノコ体という連合野に投射するドーパミン細胞の内部状態依存的な匂いへ応答を解析する。
下降性モノアミン神経による排便制御メカニズムの解明

これまでの研究から、大腸管腔内に投与したカプサイシンによって大腸運動が亢進することが明らかとなり、この反応が脊髄と脳を介していること、大腸管腔内においてTRPV1を介して作用すること、脊髄排便中枢にあるドパミンおよびセロトニン作動性神経を介していることを示してきた。本年度は、脊髄排便中枢においてモノアミン神経伝達物質の分泌量が増加しているかを、マイクロダイアリシス法を用いて検討した。脊髄腰仙髄部における麻酔下および意識下でのマイクロダイアリシスを行う方法を確立し、大腸管腔内へのカプサイシン投与によって、セロトニンの量が増加することを見出した。また、脳幹部の下行性疼痛抑制系に関わるモノアミン神経核を電気刺激し、大腸運動が亢進するかを検討し、延髄縫線核群の電気刺激によって大腸運動が亢進し、この反応がセロトニン受容体の拮抗薬の脊髄排便中枢への投与によって阻害されることを確かめた。本年度は、研究成果を公表するために、英文科学論文を専門分野の科学雑誌に投稿するとともに、学会に積極的に参加した。延髄縫線核群の電気刺激によって大腸運動亢進に関する実験結果をAmerican journal of physiology. Gastrointestinal and liver physiology誌において、英文の原著論文として発表している。また、カプサイシンによる大腸運動亢進メカニズムに関する研究の実験結果についても、英文の原著論文として現在投稿中である。さらに、本研究の結果を第27回日本病態生理学会大会とThe Internationnal Society for Autonomic Neuroscience 2017にて発表し、本研究が第27回日本病態生理学会大会において奨励賞を受賞した。29年度が最終年度であるため、記入しない。これまでの研究から、大腸管腔内に投与したカプサイシンによって大腸運動が亢進し、この反応が脊髄と脳を介していることを明らかにしてきた。本研究では、このカプサイシン誘発性大腸運動亢進に、モノアミン神経による下行性疼痛抑制系が関わっているかを検討する。本年度は、カプサイシンの作用メカニズムおよび脊髄排便中枢におけるモノアミン神経の関与の検討を行った。大腸管腔内に投与したカプサイシンが、脊髄へ入力する感覚神経にどのように作用するのかを検討した。TRPV1の拮抗薬をカプサイシンと同時に大腸管腔内に投与したところ、カプサイシンによる大腸運動促進作用がみられなくなった。さらに、TRPV1をノックアウトしたマウスを用いてさらなる検討を行った。これまでラットで用いてきた実験系をマウスで行うために、実験系の小型化と調整を行い、マウスにおけるin vivo実験系を確立した。この実験系を用いて、大腸管腔内においてカプサイシンはTRPV1を介して作用することを明らかにした。続いて、カプサイシンによる大腸運動亢進に、脊髄排便中枢のモノアミン神経が関与するかを調べたところ、大腸管腔内に投与したカプサイシンは、脊髄排便中枢にあるドパミンおよびセロトニン作動性神経を介して、大腸運動を促進していることが明らかになった。さらに、本年度の研究の過程において、ソマトスタチンを脊髄排便中枢に投与すると、大腸運動が亢進することが新たに明らかとなった。そこで、このソマトスタチンの作用メカニズムを検討したところ、脊髄排便中枢に投与したソマトスタチンは、脊髄排便中枢に作用し、そのシグナルは脳へと上行することなく、脊髄排便中枢から大腸への神経経路を直接活性化していると考えられた。これらの実験結果はJournal Physiological Science誌において、英文の原著論文として発表している。これまでの研究で明らかにしていた、大腸管腔内に投与したカプサイシンによる大腸運動亢進に、脊髄排便中枢のドパミンおよびセロトニンが関わることを明らかにすることができた。そのため、本研究の主な目的の一つである「カプサイシンによる大腸運動亢進における脊髄排便中枢のモノアミン神経の関与の確認」を達成できた。また、本年度の研究成果を英文科学論文として発表することができた。以上の点から、現在までの達成度として、「(2)おおむね順調に進展している」を選択した。

また、カプサイシンによる大腸運動亢進メカニズムに関する研究の実験結果についても、英文の原著論文として現在投稿中である。さらに、本研究の結果を第27回日本病態生理学会大会とThe Internationnal Society for Autonomic Neuroscience 2017にて発表し、本研究が第27回日本病態生理学会大会において奨励賞を受賞した。これまでの研究結果を踏まえ、カプサイシンの大腸管腔内投与によって、ドパミンおよびセロトニンの量が脊髄排便中枢において実際に増加しているのかを検討する。そのための、脊髄排便中枢におけるマイクロダイアリシス実験系の構築が終わりつつあり、データの収集を始める予定である。さらに、本年度の研究から、脊髄排便中枢においてドパミンおよびセロトニンが生理的な作用を持つことが示されたため、これらの神経伝達物質がどの神経から放出されているのかも検討する予定である。脊髄におけるモノアミン神経伝達物質はそのほとんどが脳から投射する神経に由来するため、脳にある各種モノアミン神経が集まる神経核を電気刺激することで、大腸運動が亢進するかを調べる。さらに、意識下での痛みの実験を進めていく方針である。また、本年度の成果を発表するために、現在英文科学雑誌への投稿を予定している。29年度が最終年度であるため、記入しない。
剪断流中の結晶成長

本年度の研究実績は第1に計算機実験において剪断流動をおこした変成岩にいてざくろ石を8成分系で解析し、中心部から縁部にいたる成長過程で化学平衡を維持しながら化学組成を変化したとして逆問題としてとき、プレート境界において、沈み込む過程でほぼ6kb、500度から11kb、600度の物理条件の連続的変化を記録していることを明らかにした。この研究の発展として、ざくろ石の成長過程が脱水返納であることから、単位圧力変化、つまり単位沈み込み量に対しての脱水した水の量、脱水率について沈み込み過程での連続的な変動についてはじめて計測することができた。この結果7kb、9kbの位置で大きな脱水が起こり、それは熱力学的にモデル計算される脱水変化とは著しく異なることが判明した。これは剪断流動との関係が強く示唆されるが、そのモデル化は次年度以降とした。第2に剪断流動中のざくろ石の成長過程は特徴的にアニソトロピックに成長することが自然系から示された。前出のざくろ石の成長面は各化学組成、つまり、温度と圧力の各点で定まり、したがって、物理条件の連続的な変化に対して、その点における変成岩の剪断流動の幾何学的構成に対応した成長率が方向を持って観測される。これを自然系において三波川変成帯をモデルに測定した結果、成長率のアニソトロピイ比は500度から600度の沈み込み過程で1から3程度まで次第に増加する事が明らかにされた。すなわち剪断流動速度が沈み込みに伴い次第に増加する。このことはすでに著者により示されていた温度の上昇による実行粘性の低下によることは明らかである。第3には本研究の結果としてこの目的のために逆転を示す組成域の大きさと組成ギャップの関係をはじめて示し、このモデルが拡散過程を持つことを示した。これは剪断流中の異方成長を強く指示するはじめての結果である。本年度の研究実績は2つの主要な部分に分かれる。一つは実験装置の作成である。剪断流は低速高精度のスターラーを使用し、温度制御はオイルバスによることとした。また、剪断流の媒質は水溶液として、結晶成長は塩化ナトリウムを用いることとした。現在のところ成長させる円盤はスターラーに設置した金属円盤を用いることにしてあるが、異なる回転速度を同時に得るためにテーパー構造をとることとした。実験は設定中であり、実験結果を示すに至っていない。来年度早々には実験結果がでる予定である。第2には、計算機実験である。変成岩系の8成分系においてざくろ石を熱力学的平衡状態を維持したままで、温度圧力経路を指定したときの分別成長による組成変化を完全計算する事に成功した。このことにより、観測系の剪断流中の結晶成長の累帯構造に対する参照系が完成したことになる。計算機実験の結果では、普通の泥質変成岩系では温度約350度から総化学組成により変化して約500度程度までの範囲ではじめにざくろ石が微小量成長する。このときのマンガン量は著しく大きくモルパーセントで80%に達する。その後温度と圧力の上昇により、分別的にざくろ石は成長し、マンガン量は急激に減少する。温度圧力の変化経路によりこの組成のモデル累帯構造は変化する。第3は、天然系の変成岩の履歴についての精密解析が可能となり、論文がすでに受理されている。この解析では歪み速度の直接推定に至っていないが、理論的に予想される異方成長速度を求めることにより、実験的に確認されることによって決定することが可能である。

本年度の研究実績は第1に計算機実験において剪断流動をおこした変成岩においてざくろ石を8成分系で解析し、中心部から縁部にいたる成長過程で化学平衡を維持しながら化学組成を変化したとして逆問題としてとき、プレート境界において、沈み込む過程でほぼ6kb、500度から11kb、600度の物理条件の連続的変化を記録していることを明らかにした。この研究の発展として、ざくろ石の成長過程が脱水返納であることから、単位圧力変化、つまり単位沈み込み量に対しての脱水した水の量、脱水率について沈み込み過程での連続的な変動についてはじめて計測することができた。この結果7kb、9kbの位置で大きな脱水が起こり、それは熱力学的にモデル計算される脱水変化とは著しく異なることが判明した。これは剪断流動との関係が強く示唆されるが、そのモデル化は次年度以降とした。第2に剪断流動中のざくろ石の成長過程は特徴的にアニソトロピックに成長することが自然系から示された。前出のざくろ石の成長面は各化学組成、つまり、温度と圧力の各点で定まり、したがって、物理条件の連続的な変化に対して、その点における変成岩の剪断流動の幾何学的構成に対応した成長率が方向を持って観測される。これを自然系において三波川変成帯をモデルに測定した結果、成長率のアニソトロピイ比は500度から600度の沈み込み過程で1から3程度まで次第に増加する事が明らかにされた。すなわち勇断流動速度が沈み込みに伴い次第に増加する。このことはすでに著者により示されていた温度の上昇による実行粘性の低下によることは明らかである。第3には本研究の結果としてこの目的のために逆転を示す組成域の大きさと組成ギャップの関係をはじめて示し、このモデルが拡散過程を持つことを示した。これは剪断流中の異方成長を強く指示するはじめての結果である。