hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マウス骨芽細胞様細胞のVEGF発現に及ぼす周期的伸展刺激の影響

血管内皮細胞増殖因子(VEGF)は血管新生の主要因子であるとともに、マクロファージコロニー刺激因子(M-CSF)と同様に、破骨細胞の分化誘導を促進し、骨のリモデリングに関与することが示されている。間葉系細胞、上皮系細胞、および腫瘍細胞でそれらの発現が認められ、骨原性細胞においては骨芽細胞によるVEGFの発現誘導が報告されている。また、マウスの実験的歯の移動において、歯周組織に出現する骨芽細胞がVEGFを発現し、VEGFの局所投与により破骨細胞数の増加と歯の移動効率が向上することが明らかにされた。これらの背景から、両因子は骨のリモデリングに密接に関与しており、骨芽細胞を主体とする間葉系細胞が何らかの刺激に応答した結果、その産生を制御していることが推察される。本研究では、in situ hybridization法を用いてマウスの切歯移動時に歯周組織に発現するVEGFおよびM-CSF遺伝子について評価することを目的とした。その結果、実験的歯の移動時の歯周組織において、骨芽細胞および線維芽細胞上に両因子のmRNA発現を認めた。以上の結果から、骨芽細胞様細胞は至適な伸展力下において、S-Aチャネルによりその機械的刺激を細胞内に伝達し、時間依存性にVEGFとM-CSFの発現を促進させることが明らかとなった。また、これらの反応はin vivoにおいても同様に認められたことから、矯正力のような機械的刺激が骨芽細胞による両因子の発現に大きな影響を及ぼす可能性が示唆された。両因子は骨芽細胞を主体とする間葉系細胞が何らかの刺激に応答した結果、その産生を制御していることが推察される。本研究の目的は、骨芽細胞様細胞MC3T3-E1細胞の両因子発現に対する機械的伸展刺激の影響と、機械的刺激を受容するS-Aチャネルの阻害がその発現に与える影響を解明することにある。実験には、Flexercell Strain Unitを用いてMC3T3-E1細胞に周期的伸展刺激を加え、定量PCR法とELISA法を用いてVEGFおよびM-CSFの発現量を定量した。また、ガドリニウムによりS-Aチャネルを阻害した場合とニフェジピンにより電位依存性Caイオンチャネルを阻害した場合について両因子の発現量を同様の手法により検討した。その結果、以下のことが明らかとなった。1.MC3T3-E1細胞に様々な伸展力を与えた結果、10kPaの場合に両因子のmRNA発現量は対照群と比較して有意に増加した。また、その発現量は、VEGFでは3時間以降、M-CSFでは12時間以降に有意に増加した。2.両因子の蛋白発現量については、いずれも時間依存性に増加する傾向を示した。3.ガドリニウムの添加により両因子mRNAならびに蛋白の発現量は対照群と比較して有意に抑制されたが、ニフェジピン添加による変化は認められなかった。このことから、矯正力のような機械的刺激が骨芽細胞による両因子の発現に大きな影響を及ぼす可能性が示唆された。
多項目同時計測素子としての高度集積型酵素スイッチの創製

集積化・微小化に適した新しい計測デバイスとして、酸化酵素とHRPをポリアニリン膜中に同時に固定化した酵素スイッチを創製し、測定条件の検討、微小化・集積化に関して検討した。まず測定条件の最適化を図るために、酸化酵素としてグルコース酸化酵素を用いたグルコーススイッチを用いて、ゲート電圧、リセット電圧、pH、酵素固定化条件などの最適条件を見いだすことが出来た。また、同様に乳酸酸化酵素を用いた乳酸スイッチを作製することもできた。乳酸測定では基質添加に伴うpH変化によると考えられる一時的な応答変化が見られたが、おなじpHで測定した酵素反応後の電流変化量は乳酸ナトリウム測定と同等の変化量であり、基質添加に伴うpH変化も最終的な応答値には影響を及ぼさないことがわかった。一方、酵素スイッチの応答変化は電極面積には依存せず、2電極間のポリアニリン膜の抵抗値により決まることがわかった。そしてくし形電極を用いて複数の酵素スイッチを並列接続することで高感度化できることがわかった。さらに酵素スイッチを用いた測定では、酵素反応時には電圧を印加する必要は無く、また酵素反応によって生じた応答、すなわちポリアニリン膜の導電性変化は、少なくとも約60分間は保存されることが明らかとなった。これらのことから酵素スイッチを用いた測定では、酵素反応と計測(応答値の読み出し)を時間的に分離できると考えられた。そこで集積型グルコース・乳酸スイッチを作製し、酵素反応前後においてのみドレイン電流を測定することで,1台の計測器で両酵素スイッチの、酵素反応に伴うドレイン電流の変化量をそれぞれ測定することができた。このように集積型酵素スイッチにおいて酵素反応と応答値の読み出しを時間的に分離することが可能であった。まず酵素スイッチのスイッチング特性の評価と機能の向上を検討した。具体的にはグルコースオキシダーゼと西洋ワサビペルオキシダーゼを同時固定化したポリアニリン膜を2つの微小電極間に形成して応答を評価した。フローシステムによる操作を行うことにより、グルコース添加によるオフ操作、電位印加によるオン操作ともそれぞれ3分程度の短時間で行うことができるようになり、またオフ,オンの繰り返しも高い再現性が得られた。また添加するグルコース溶液の濃度とドレイン電流の減少値との間には良好な相関関係が得られた。同様に酸化酵素に乳酸オキシダーゼを用いて乳酸スイッチを作製した。ポリアニリン膜の導電性はpHに大きく依存するので、乳酸のようにpHが変化する基質ではバッチ測定できなかった。フロー測定においても一時的なドレイン電流の増加が見られたが、最終的には酵素反応のみに依存したドレイン電流の減少が見られた。次に酵素スイッチの集積化を行った。測定は本補助金により本年度導入した8チャネルマルチポテンショスタットを用いた方法または、リレーを用いて各チャネルを走査して測定していく方法により行った。ホトリソグラフィーにより作製した金薄膜集積化微小電極を用いて4組、7組または9組の酵素スイッチ(グルコーススイッチ)を一つの基板上に集積した集積化酵素スイッチを作製し、過酸化水素及びグルコースに対する応答を調べたところいずれも良好な応答を示し、酵素スイッチの集積化が可能であることがわかった。前年度の成果を受けて、さらに多項目同時計測素子としての集積型酵素スイッチの創製に向けた研究を行った。酵素スイッチに期待される種々の特性から、酵素センサと酵素試験紙の両者の長所を兼ね備えた新しい測定デバイスとして使用できると考えられる。そこで酵素スイッチの測定モードについて種々検討した。まず、酵素スイッチの作動電位は自然電位に非常に近いことから、電位を印加せずに基質を添加したときの応答を測定した。その結果、反応時に電位を印加しなくても同等の応答が得られることがわかった。また酵素スイッチの応答が保持されるか、すなわちメモリー機能を有するかを調べた。

その結果、フロー測定で基質がなくなっても、約1時間後においてもほぼ同等の応答が得られることがわかった。これらの結果は酵素スイッチが、まず酵素試験紙と同様に測定回路に接続せずに、チップだけで基質と反応させ、その後、酵素スイッチの導電性を電気化学的に測定するという、測定モードとデータ読み出しモードの分離が可能なデバイスであることを示している。この特性は集積型酵素スイッチでも1チャネルの測定装置で測定できることも意味している。一方、酵素スイッチの集積化についてはさらに集積度を高めるために3次元構造の採用を検討した。2つの金電極を厚膜ホトレジストを介して積層し、上下の電極間にポリアニリン膜を電気化学的に重合し、酵素スイッチを形成した。計9(3×3)組の酵素スイッチを1つのガラス基板上に形成し、うち5組をグルコーススイッチ、4組を乳酸スイッチとした。グルコース、乳酸及び両者の混合溶液(濃度はいずれも100mM)を測定したところ、反応時間10秒で化学的クロストークのない、独立した応答が得られた。以上のように当初の目的をほぼ達成できる優れた成果を得ることができた。
in situ hybridization法を用いた遺伝的脊柱変形ウサギの検討

1.【方法】(1).切片の作成生後614週の遺伝性胸椎前弯・前側弯兎(LSR)の脊椎を摘出しパラホルムアルデヒド固定し,ギ酸にて脱灰後にパラフィン包埋した.これを6μmの厚さで薄切り染色を行った.(2).RNAプローブの作成.日本白色家兎出生約1週前の胎児の骨組織よりmRNAを抽出し,RT-PCRを行いcDNAを作成した.これよりI型コラーゲン,BMP-2,osteopontin (Osp)の各々のプライマーを用いてPCRを行いクローニングし,ジゴキシゲニンでラベリングしたセンス,アンチセンスプローブを作成し染色に用いた.2.【結果】(1).I型コラーゲン,BMP-2は前弯変形の認められた椎体前方内骨膜部骨芽細胞と後方の外骨膜部骨芽細胞に強いシグナルが認められた.変形を認めない部位ではそのような傾向は認められなかった.(2).Ospは前弯変形の認められた椎体後方の内骨膜部Howship窩の破骨細胞とその周りの骨細胞にシグナルが認められた.椎体前方の内骨膜部にはそのような所見はなく,変形の認められない椎体ではこのような前後での差異は認められなかった.3.【考察】I型コラーゲン,BMP-2のシグナルが前弯変形を呈する椎体前方内骨膜部骨芽細胞と後方の外骨膜部骨芽細胞に認められたことより,この部位では骨形成が旺盛であると考えられる.逆に同椎体後方の内骨膜部では,Howship窩の破骨細胞とその周りの骨細胞にシグナルが認められたことより、骨吸収が起こっていると考えられる.これは前方と後方の靭帯や筋肉などの軟部組織のアンバランスによる変形に対してのリモデリングが起こっていると考えられる.ヒトにおける特発性側弯症でも最初に前弯もしくは後弯変形が起こり,二足歩行であるがゆえに側弯へ進展していくのではないかと考える.また最近の知見として側弯症とメラトニンとの関連が報告されており今後LSRでもその関連性の検討を既に開始している.1.【方法】(1).切片の作成生後614週の遺伝性胸椎前弯・前側弯兎(LSR)の脊椎を摘出しパラホルムアルデヒド固定し,ギ酸にて脱灰後にパラフィン包埋した.これを6μmの厚さで薄切り染色を行った.(2).RNAプローブの作成.日本白色家兎出生約1週前の胎児の骨組織よりmRNAを抽出し,RT-PCRを行いcDNAを作成した.これよりI型コラーゲン,BMP-2,osteopontin (Osp)の各々のプライマーを用いてPCRを行いクローニングし,ジゴキシゲニンでラベリングしたセンス,アンチセンスプローブを作成し染色に用いた.2.【結果】(1).I型コラーゲン,BMP-2は前弯変形の認められた椎体前方内骨膜部骨芽細胞と後方の外骨膜部骨芽細胞に強いシグナルが認められた.変形を認めない部位ではそのような傾向は認められなかった.(2).Ospは前弯変形の認められた椎体後方の内骨膜部Howship窩の破骨細胞とその周りの骨細胞にシグナルが認められた.椎体前方の内骨膜部にはそのような所見はなく,変形の認められない椎体ではこのような前後での差異は認められなかった.3.【考察】I型コラーゲン,BMP-2のシグナルが前弯変形を呈する椎体前方内骨膜部骨芽細胞と後方の外骨膜部骨芽細胞に認められたことより,この部位では骨形成が旺盛であると考えられる.逆に同椎体後方の内骨膜部では,Howship窩の破骨細胞とその周りの骨細胞にシグナルが認められたことより、骨吸収が起こっていると考えられる.これは前方と後方の靭帯や筋肉などの軟部組織のアンバランスによる変形に対してのリモデリングが起こっていると考えられる.ヒトにおける特発性側弯症でも最初に前弯もしくは後弯変形が起こり,二足歩行であるがゆえに側弯へ進展していくのではないかと考える.また最近の知見として側弯症とメラトニンとの関連が報告されており今後LSRでもその関連性の検討を既に開始している.【目的】in situ hybridization法を用いて椎体の前方部と後方部での細胞活性の違いを遺伝子レベルで検討し,変形出現のメカニズムを解明することを目的とした.【方法】1.切片の作成.生後614週のLSRを屠殺し,脊椎を摘出し4%中性燐酸緩衝パラホルムアルデヒドに4°C,5日間浸積固定した.ギ酸にて約4週間脱灰し,パラフィン包埋した.これを6μmの厚さで薄切し染色を行った.2. RNAプローブの作成.日本白色家兎出生約1週前の胎児の骨組織を摘出して,これよりmRNAを抽出した.RT-PCRを行いcDNAを作成し,I型コラーゲン,オステオポンチン(Osp),Bone Morphogenetic Prctein-2(BMP-2)の各々のプライマーを用いてPCRを行い増幅した.このPCR産物をクローニングしたプラスミドよりジゴキシゲニンでラベリングしたセンス,アンチセンスプローブを作成し染色に用いた.野村らの方法に準じてhybridizationを行いシグナルを検出した.【結果】

1.I型コラーゲンは前弯変形の認められた椎体前方の内骨膜部骨芽細胞と後方の外骨膜部骨芽細胞に強いシグナルが認められた.また,同部位の他の部位の椎弓にも同様の所見が認められた.変形を認めない部位ではそのような傾向は認められなかった.BMP-2も発現は弱いがほぼ同様の結果であった.2.前弯変形の認められた椎体後方の内骨膜部Howship's lacunaeの破骨細胞とその周りの骨細胞にシグナルが認められた.椎体前方の内骨膜部にはそのような所見はなく,変形の認められない椎体ではこのような前後での差異は認められなかった.【考察】I型コラーゲン,BMP-2 mRNAのシグナルを,前弯変形を呈する椎体および椎弓前方の内骨膜部骨芽細胞と後方外骨膜部骨芽細胞に認めたことより,この部位では骨形成が旺盛であると考えられる.逆に同椎体後方の内骨膜部ではHowship's lacunae内の破骨細胞とその周囲の骨細胞にOsp mRNAのシグナルが認められたことより,骨吸収が起こっていると考えられる.【結論】胸椎の前弯変形をきたす外力に対してのリモデリングが起こっていると考えられた.1.【方法】(1).切片の作成生後614週の遺伝性胸椎前弯・前側弯兎(LSR)の脊椎を摘出しパラホルムアルデヒド固定し,ギ酸にて脱灰後にパラフィン包埋した.これを6μmの厚さで薄切し染色を行った.(2).RNAプローブの作成.日本白色家兎出生約1週前の胎児の骨組織よりmRNAを抽出し,RT-PCRを行い。DNAを作成した.これよりI型コラーゲン,BMP-2,osteopontin(Osp)の各々のプライマーを用いてPCRを行いクローニングし,ジゴキシゲニンでラベリングしたセンス,アンチセンスプローブを作成し染色に用いた.2.【結果】(1).I型コラーゲン,BMP-2は前弯変形の認められた椎体前方内骨膜部骨芽細胞と後方の外骨膜部骨芽細胞に強いシグナルが認められた.変形を認めない部位ではそのような傾向は認められなかった.(2).Ospは前弯変形の認められた椎体後方の内骨膜部Howship窩の破骨細泡とその周りの骨細胞にシグナルが認められた.椎体前方の内骨膜部にはそのような所見はなく,変形の認められない椎体ではこのような前後での差異は認められなかった.3.【考察】I型コラーゲン,BMP-2のシグナルが前弯変形を呈する椎体前方内骨膜部骨芽細胞と後方の外骨膜部骨芽細胞に認められたことより,この部位では骨形成が旺盛であると考えられる.逆に同椎体後方の内骨膜部では,Howship窩の破骨細胞とその周りの骨細胞にシグナルが認められたことより,骨吸収が起こっていると考えられる.これは前方と後方の靭帯や筋肉などの軟部組織のアンバランスによる変形に対してのリモデリングが起こっていると考えられる.ヒトにおける特発性側弯症でも最初に前弯もしくは後弯変形が起こり,二足歩行であるがゆえに側弯へ進展していくのではないかと考える.また最近の知見として側弯症とメラトニンとの関連が報告されており今後LSRでもその関連性の検討を既に開始している.
シアル酸のプロトタイプである分裂酵母ピルビン酸化ガラクトースの生合成及び機能解明

分裂酵母の糖タンパク質糖鎖には多量のガラクトース(Gal)残基が存在する。またGalの末端にはピルビン酸が付加していることが知られているが、その付加機構や役割については不明であった。本研究において、分裂酵母のGal鎖付加に関与するα1,2-Gal転移酵素の他に新たにα1,3-Gal転移酵素を同定した。さらに分裂酵母の細胞間認識に重要な凝集素遺伝子gsf2を同定し、本遺伝子産物が分裂酵母の非性的凝集に必須であることを明らかにした。また分裂酵母Gal鎖へのピルビン酸の付加に重要なPvg1について解析を行い、大腸菌で生産した組換えPvg1が実際にGalへのピルビン酸転移活性を持つことを証明した。本申請は分裂酵母Schizosaccharomyces pombeの糖鎖中に含まれるガラクトース残基の生合成およびガラクトース鎖の生理的機構、さらにガラクトースに付加するピルビン酸の生合成および役割について明らかにすることを目的としている。今年度は分裂酵母の凝集素遺伝子SPCC1742.01(gsf2+)の同定および特性解析を行った。分裂酵母Gsf2タンパク質は1,563個のアミノ酸からなり、C-末端部分にGPIアンカー配列を持ち、細胞表層に局在していることを確認した。また細胞表層のピルビン酸付加が欠損するpvg1変異株で凝集素遺伝子を発現させた場合に、野生株よりも早く凝集が引き起こされることから、細胞表層糖鎖へのピルビン酸の付加は分裂酵母の凝集を負に制御していることが明らかになった。またピルビン酸付加と凝集についてさらに解析している過程で、ピルビン酸付加に関与すると他研究グループにより報告されていたpvg4遺伝子破壊株において正常にピルビン酸が付加されていること、そして興味深いことにpvg4遺伝子が凝集素fsf2遺伝子の発現を制御していることを明らかにした。分裂酵母のピルビン酸付加に重要なピルビン酸転移酵素をコードするpvg1遺伝子を大腸菌で発現させ、組換えPvg1タンパク質を単一タンパクまで精製を行った。得られたPvg1タンパク質が実際にパラニトロフェニル(pNP)-α-ガラクトースヘピルビン酸を付加することができることを、NMR等を用いて構造決定することにより同定した。pNP-ラクトースのガラクトース残基へも本酵素はピルビン酸を転移できることがわかったが、グルコースやマンノースには転移できないことがわかり、Pvg1がガラクトース特異的にピルビン酸を付加することを明らかにした。本申請は分裂酵母の糖タンパク質や細胞表層糖鎖に含まれるガラクトース(Gal)残基の生合成およびGal鎖の生理的機構、さらに末端Galに付加するピルビン酸の生合成および役割について明らかにすることを目的としている。今年度はピルビン酸の付加に関与するピルビン酸転移酵素であるPvg1タンパク質の構造および機能に関して多くの知見を得ることができた。本酵素の基質特異性を調べたところ、ラクトース(Galβ1,4Glc)のGalへはピルビン酸を付加できたが、ヒト複合型糖鎖の基本骨格であるGalβ1,4GlcNAcへは転移することが出来なかった。この結果は本酵素が非還元末端のGalだけでなく、隣の糖も認識しておりGlcNAcの2位のN-アセチル基がピルビン酸転移に重要であることを示唆している。しかし、なぜPvg1がGalβ1,4GlcNAcへピルビン酸を転移できないかは不明であった。そこで本酵素の反応メカニズムや基質認識機構をさらに詳細に解析を行うため、大腸菌で生産した組換えPvg1タンパク質のX線構造解析を行った。その結果、本酵素の立体構造を明らかにすることができた。本酵素の活性中心付近の構造解析から、活性に重要なアミノ酸も特定され、実際にこれらのアミノ酸をアラニンに置換すると酵素活性が著しく低下することもわかった。基質となりうる二糖としてラクトースを配置した所、還元末端のグルコースの2位の位置に168番目のヒスチジンが極めて隣接していることが予想され、ヒスチジン残基がGalβ1,4GlcNAcへのピルビン酸の転移を阻害していることが示唆された。そこで、168番目のヒスチジン残基をアラニンに点変異させたPvg1H168A変異体を作製した。解析の結果、Pvg1H168A変異体はPvg1野生型が転移できなかったGalβ1,4GlcNAcへピルビン酸を転移できることが明らかになった。本申請は分裂酵母の糖鎖中に含まれるガラクトース残基の生合成およびガラクトース鎖の生理的機構、さらにガラクトースに付加するピルビン酸の生合成および役割について明らかにすることを目的としている。

今年度は特に、ピルビン酸転移酵素の解析に関して多くの新知見を得ることができた。分裂酵母のピルビン酸付加に重要なピルビン酸転移酵素をコードするpvg1遺伝子を大腸菌で発現させ、組換えPvg1タンパク質を単一タンパクまで精製を行った。得られたPvg1タンパク質が実際にホスホエノールピルビン酸(PEP)を基質としてパラニトロフェニル(pNP)-α-ガラクトースへピルビン酸を付加することができることを、NMR等を用いて構造決定することにより同定した。また本酵素はpNP-ラクトースのガラクトース残基へもピルビン酸を転移できることがわかったが、グルコースやマンノースには転移できないことがわかり、Pvg1がα-結合のガラクトース特異的にピルビン酸を付加することを明らかにした。GFPとの融合タンパク質を作成して、分裂酵母におけるPvg1タンパク質の局在を調べたところ、Pvg1pはゴルジ体に局在することが明らかになった。そのため、Pvg1pの基質であるPEPは細胞質からゴルジ体内腔へと輸送されることが必要である。そこで植物のPEPトランスポーターと相同性の高い遺伝子を分裂酵母ゲノムから検索した結果、比較的高い相同性を示す2つの遺伝子が存在することがわかった。そこでこれらの破壊株を作成したところ、SPAC22F8.04遺伝子(pet1+と命名)破壊株で、糖鎖へのピルビン酸付加量が極度に低下していることを見出した。Pet1タンパク質はゴルジ体に局在することから、本タンパク質が分裂酵母の細胞質からゴルジ体内腔へPEPを輸送する新規PEPトランスポーターであることが強く示唆された。分裂酵母のガラクトースを認識して細胞を凝集させる凝集素遺伝子について国際誌のMol.Microbiol誌に発表することができた。さらにピルビン酸糖鎖および凝集素遺伝子の発現を調節する新規転写因子を同定することができEukaryo. Cell誌に発表できたこと、ピルビン酸化糖鎖のピルビン酸付加に関与するPvg1/ピルビン酸転移酵素の特性解析を行うことができたこと(現在論文作成中)など本申請の主要な研究テーマについて多くの成果を得ることができており、本申請研究は概ね順調に進展していると考えている。25年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は分裂酵母のピルビン酸転移酵素に関する研究が大きく進展した。大腸菌で生産したPvg1タンパクを用いて実際にPvg1pがα結合ガラクトース特異的にピルビン酸転移活性を有していることを初めて明らかにすることができた。本成果は国際誌のFEBS Lettersに発表することができた。またPvg1pの点変異体を作成して酵素活性を測定したところ、活性に重要な複数のアミノ酸を同定することができた。さらに最近、我々はPvg1タンパク質のX線結晶構造解析を行い、本酵素の立体構造を明らかにした(論文作成中)。また本酵素の活性中心付近のアミノ酸を変異させることで、これまで転移が不可能であった新たな糖鎖にもピルビン酸を付加することができた(論文作成中)。今回取得できたPvg1変異体は、ピルビン酸含有糖鎖の合成に大変有用であり、今後さらなる多くの成果が期待できると考えている。
六フッ化硫黄を用いた若い地下水の滞留時間推定に関する研究

本研究の目的は、年代情報を有し環境中で保存性のある六フッ化硫黄をトレーサーとして用い、降雨流出プロセスを解明することであった。福島県川俣町の森林小流域を研究対象とし、水文観測、水の滞留時間推定、流出水の成分分離を行い、以下のことが明らかとなった。1)流出水の年代変化は無降雨時に1.8ー6.8年、降雨時に1.3ー13.6年であった。降雨時に、長い滞留時間を有する水が流出していることを観測した。流出量と滞留時間の関係を考察することで、2 mm/dayの流出が一つの境界となることを示した。2)降雨時に流出水の滞留時間が長くなる要因を定量的に解析するために、六フッ化硫黄と塩化物イオンをトレーサーとした端成分混合解析を実施した。降雨時において、降水の流出に対する寄与は30%程度であるのに対して、長い滞留時間(21.7年)を有する基盤岩地下水の寄与率は最大で67%であった。このことは、降雨時に基盤岩地下水が大きく流出に寄与することで、滞留時間の長い水が流出したことが要因と考えられた。六フッ化硫黄をトレーサーとすることで基盤岩地下水の流出を定量的に求めることができ、この成果を国際学会で口頭発表した。3)地下水の滞留時間の時空間変化を、六フッ化硫黄の実測値に基づき解析した。それにより、降雨直後における谷底部地下水の滞留時間は無降雨時と比較して最大で9年長くなっていることを示すことができた。このことから、谷底部に貯留していた滞留時間の短い地下水が、降雨によって、より長い滞留時間を有する地下水に置換され、流出へ寄与する水文プロセスが示された。すなわち、降雨は、流域内に貯留されている長い滞留時間を持つ地下水を流出させるトリガーの役割をするものと考えられた。29年度が最終年度であるため、記入しない。山地の卓越するわが国において、山体地下水の降雨流出現象を含めた地下水流動系を把握する事は、水資源の保全や土砂災害の予測には欠かせない。しかしながら、降雨に対して山体地下水がどのように応答するのかは、未解明な部分が多い。本研究では、地下水の滞留時間に着目をし、降雨時における山体地下水流動の変化とその要因を明らかにする。我が国における山体地下水の平均滞留時間は、数年から数十年程度と言われている。欧米において、若い地下水の滞留時間推定には、六フッ化硫黄(SF6)をトレーサーとして用いる手法が提案されているが国内において、適用例は数える程度しかない。そのため、独自に地下水中からSF6を分離抽出するシステムを作成した。研究対象地域は、福島県川俣町の森林小流域である。現場において、流出量・降水量・地下水位を10分間隔で観測を行っている。対象流域での調査は本年度11回実施した。内6回はSF6分析用採水を実施した。残りの5回は機器のメンテナンスや流量・地下水位の実測、水質分析用の採水を行った。降雨イベント時の集中観測は2015年7月に実施した。以下のことが明らかとなった。無降雨時において、流出水(湧水)の平均滞留時間は、2.5-6.5年であり、全体的に夏から冬にかけて地下水平均滞留時間は短くなる。一方、降雨時に着目をしてみると、流出水の平均滞留時間は、0-13年の範囲で短期間に大きく変動していることがわかった。年間を通した平均滞留時間の変動と比べ降雨時平均滞留時間の変動幅は極めて大きいことから、降雨時の地下水流動系は短時間かつダイナミックに変動していることが分かった。また、降雨時の連続採水から、ピーク流出以前は、降水・土壌水・浅い地下水が流出に大きく寄与しているが、流出ピーク後は流出水の平均滞留時間が無降雨時と比べ長くなり、山体深部に貯留されていた水が流出に寄与している可能性が示唆された。本年度の研究課題達成目標は、1)六フッ化硫黄(SF6)分析前処理器の完成、2)水サンプル中の低濃度SF6分析スキームの確立、3)現場への適用、4)降雨時、SF6用地下水連続サンプリングの実施であった。総評すれば、4)の降雨時サンプリングが7月の降雨イベント1度のみの成功に留まったが、1),2),3)の目標だけでなく、来年度、再来年度の目標でもある地下水流動モデルの構築の初期段階まで、研究を進展させることができた。具体的には、年度前半までに、作成したSF6分析前処理器の分析誤差を1.5%、かつ、地下水・湧水の滞留時間推定誤差を0.7年とすることができた。このことから本装置におけるバルブ操作のタイミング等を含めた分析スキームの確立は達成された。現場適用については、当初は筑波山湧水のみの計画であったが、フロン類等データが蓄積されている富士山麓湧水への試験的SF6適用を筑波山に加えて行った。筑波山では、1.5年程度、富士山麓は60年より長い滞留時間をSF6データは示し、他のトレーサーから算出された滞留時間と整合的であった。以上から、本研究において開発したSF6分析前処理器を使用した地下水滞留時間推定は十分実用できると判断される。

研究対象地域(福島県川俣町)の森林小流域における降雨時連続採水は、2015年7月に成功している。降雨前、降雨中(2時間ごと)、降雨後に採水を行った。データは良好であったが、本年度は1度のみの降雨時採水であったため、来年度はより多くの降雨時データ採取を行う必要がある。しかしながら、無降雨時の地下水、湧水滞留時間推定が達成できていることから、本年度の進捗状況は良好であると考えられる。最後に、今後の目標であった、3D地下水流動モデルの構築に取りかかることが出来たこと、降雨イベント中の地下水滞留時間変動についての成果を国際学会(2016年4月)において発表できたことから、当初の計画以上の進展があったといえる。降雨流出水の滞留時間の時間変動から山地源流域における降雨流出プロセスを明らかにするために、無降雨時定期観測と降雨時集中観測を福島県川俣町の森林小流域で実施した。降雨時と無降雨時における湧水・地下水中SF6濃度を滞留時間情報へ換算することで以下のことが示唆された。無降雨時、湧水の滞留時間は、1.5年5.5年の季節変動を示したが、降雨時では湧水の滞留時間は、短期間で0年14年と大きな変動を示した。とりわけ、湧水の流量が増大する過程で、湧水の滞留時間は無降雨時と比較をして、明らかに長くなった。このとき、湧水に直接寄与していると思われる谷底地下水の滞留時間も、湧水の滞留時間同様、無降雨時と比較をして明らかに長くなっていることが確認された。さらに、無降雨時に長い滞留時間を示している地下水中溶存イオン濃度に類似する濃度を、降雨流出水(湧水)は示していた。以上の結果から、山地源流域に降雨が発生をすると、谷底部に滞留していた短い滞留時間を持つ地下水が、基盤岩内もしくは尾根部に滞留している長い滞留時間を持つ地下水にとってかわられる現象が生じていると考えられる。すなわち、降雨によって湧水に寄与しうる谷部浅層地下水の滞留時間が長くなることにより、降雨時の湧水滞留時間が無降雨時と比較をして明らかに長くなるものと考えられる。従来から、降雨流出現象に関する研究においては、降雨がどのように流出に寄与するかということが盛んに議論されている。しかし、本研究のように山地源流域の地下水要素に着目をすれば、降雨イベントは、明らかに、地中に貯留されている長い滞留時間を持つ水を流出させる役割があるものと判断される。降雨流出現象において、新しい水(降水)だけでなく、古い水(長い滞留時間を持つ地下水)を総合的に把握することが重要であると考えられ、その知見が得られたことは、本研究の成果である。本年度の研究課題達成目標は、継続的な水文観測と降雨イベントにおける湧水滞留時間データを蓄積することであった。2015年5月から途切れることなく水文観測を実施し、降雨時湧水滞留時間推定を合計4回実施したことは、既存研究には無い、オリジナルデータが十分に蓄積できたといえる。その中で、降雨イベント時、湧水の流出量が増大していく過程で10年を超える長い滞留時間を示す湧水が実測されたことは主要な結果であるといえる。具体的には、現場の水文特性を位置づける基礎データ(降水量・流出量・地下水位)を約2年間10分間隔でデータを取得した。これにより、流域が雨によってどのように応答するかという、基礎情報が得られた。さらに、合計約20回の現地調査を行うことで無降雨時と降雨時の湧水滞留時間の比較に十分なサンプル数を得た。個々の降雨イベントにおいて12時間間隔で降雨流出水(湧水)をサンプリングし、六フッ化硫黄濃度を定量し、地下水滞留時間情報に換算する試みは、他に類を見ない。
大脳皮質脳室帯における接着結合を通じた細胞間シグナル伝達の解析

大脳皮質の神経細胞は胎生期の脳室帯に存在する神経前駆細胞が神経細胞と神経前駆細胞に非対称分裂することにより産み出される。しかし神経前駆細胞は最初から神経細胞を産み出すのではなく、1個の神経前駆細胞が2個の神経前駆細胞に分かれる対称分裂をまず数回行なった後に非対称分裂を開始し神経細胞を産生すると考えられている。従って非対称分裂への移行のタイミングは将来の大脳皮質の神経細胞数を左右することになる。このような脳室帯における神経前駆細胞の営みを制御するシグナル伝達機構は重要な研究課題であるが未解明であり、それを解析することが本研究の目的である。平成15年度は、神経前駆細胞において機能していると考えられる様々な分子の働きを人為的に増強あるいは抑制する方法を確立するべく検討を行った。具体的には子宮内電気穿孔法(in utero electroporation法)を用いて、着目した標的分子やその機能を増強あるいは阻害する変異分子、標的分子の発現を特異的に抑制するshort interfering RNA(siRNA)などを神経前駆細胞内に発現させ機能させられるかを検討した。まずin uteroelectroporation法を用いてFilamin Aの分解を促進するFILIP(Filamin A-interacting protein)のsiRNAを胎生期大脳皮質に発現させたところ、コントロールに比べてFilamin A蛋白質量の増加が観察され(投稿中)、胎生期大脳皮質におけるこの方法の有効性が確認できた。次にこの方法で目的分子を脳室帯の神経前駆細胞に発現させることができるかを胎生15日齢のマウスとマーカーであるGFPの遺伝子を用いて検討した。その結果、GFPの発現が明らかになる遺伝子導入後約24時間時点においてGFP発現細胞の多くは脳室帯内ではなく脳室下帯付近に観察された。従ってこの標識された細胞は既に神経前駆細胞ではない可能性が高く、この胎齢で一過性遺伝子導入を行なっても神経前駆細胞の反応を効率的に調べられないことが示唆された。より早い胎齢を用いる・遺伝子導入ではなく蛋白質導入を行なう等の対策が必要であろう。
酸化還元分子組織系の光誘起電子移動反応のダイナミクスと新しい光機能

電子受容性の4、4'-ビピリジニウムイオンの対アニオンとしてテトラキス[3,5-ビス(トリフルオロメチル)フェニル]ボレートアニオン(TFPB^-)とヨ-ジド(I^-)を用いて塩を作った。前者は淡黄色、後者は橙色を呈しイオン対電荷移動錯体の形成が示された。これらのイオン対電荷移動吸収帯をフェムト秒チタンサファイアレーザーの2倍波(400nm)により溶液中で励起し、サブピコ秒のダイナミクスを検討した。いずれの場合もサブピコ秒の時間域で約600nmに吸収極大を持ち4、4'-ビピリジニウムラジカルカチオンに帰属できる過渡吸収スペクトルが観測された。この結果からイオン対電荷移動錯体の励起により超高速光誘起電子移動反応がおこることが明らかになった。600nmの吸光度はいずれの場合も約0.3psで立ち上がった。これは励起レーザーのパルス幅に対応していると考えられる。このような超高速色変化はイオン対電荷移動錯体の光励起状態が即電荷分離状態であることを強く示唆している。これらの過渡吸収スペクトルの減衰は、対アニオンによって著しく異なることがわかった。即ち、I^-塩では約80%が1.9psの寿命で極めて速く減衰し、ケージから抜け出した電荷分離種によると思われる残りもレーザーの繰り返し(10Hz)の間には完全に消失した。これはI^-塩で定常光によるイオン対電荷移動錯体の光励起で色変化が起こらないことと対応している。一方、定常光によるイオン対電荷移動錯体励起で可逆的色変化が起こるTFPB^-塩では、過渡吸収の46%が80psの寿命で減衰し、残りは極めて長寿命であった。このような結果には、イオン対電荷移動錯体を構成するイオンの酸化還元電位や立体構造が影響していると考えられる。超高速光スイッチングや光記録への応用も期待され、さらに他の組み合わせや微視的環境での検討が必要である。
電子状態計算に基づく高加工性マグネシウム合金設計指針の構築

マグネシウム合金の底面すべりと柱面すべりのすべりの異方性に着目し、高加工性マグネシウム合金設計指針の構築を試みた。まず、第一原理計算から各マグネシウム合金のすべりの異方性の指標となるパラメータを導出した。計算モデルのマグネシウム合金を実際に作製し、成形性評価を行った結果、一部の例を除き、第一原理計算から算出されるすべりの異方性が低いものほど、実際の成形性がよい、という結果を得ることができた。異方性の指標と成形性が対応しなかった例については、底面・柱面すべり以外のすべりが起こっていることがわかり、高加工性合金の設計のためには、さらに異なるすべり系を含めた指標を見つける必要があることが示唆された。当該年度は高加工性マグネシウム合金設計指針の構築のため、第一原理計算を用いた基本情報の抽出を行った。申請者らのグループで見い出された、高加工性マグネシウム合金に特徴的であるTD-split textureの形成されやすい合金系を対象とした。具体的には、Mg-Zn-Sr合金を対象として、1.合金モデル作成、2.各種すべり系(底面・柱面すべり)の活動しやすさの評価、3.すべり変形のしやすさと電子状態の関係の導出、を通じて高加工性マグネシウム合金に特徴的であるTD-split textureが形成される合金の電子状態を抽出した。その結果、Mg-Zn-Sr合金モデルは、以前申請者が実験で高加工性を確認したMg-Zn-Ca合金の計算モデルと近い電子状態となっていることが確認できた。すなわち、本来すべりにくい柱面すべりの電子密度が大きく減少しており、本来すべりやすい底面すべりに関する電子密度は、Mg-Sr2元系合金モデルよりやや上昇していた。本結果は、TD-split textureを形成する合金系は、ある特定の電子状態を有する可能性が高いことを示唆するものであり、高加工性マグネシウム合金を設計するためには該電子状態を有する添加元素を探索すればよいことを示していると言える。ただ、計算から算出されたすべり変形のしやすさに着目すると、Mg-Zn-Sr合金モデルは、底面すべり・柱面すべりともにMg-Zn-Ca合金よりすべりやすくなっているものの、底面すべりと柱面すべりに必要なエネルギーの比(すべりの異方性の指標)については、Mg-Zn-Ca合金モデルに対して低い値となっており、すべりの異方性はMg-Zn-Ca合金モデルに劣ることがわかった。そのため、実際に合金を作製・加工性の評価を行った際には、Mg-Zn-Sr合金は、Mg-Zn-Ca合金より劣った加工性となることが推察された。Mg-Zn-Y合金もTD-split textureを形成することで知られているが、今年度は計算機の使用状況上、対応できなかった。しかしながら、Mg-Zn-Sr合金モデルにおいて、TD-split textureを形成するのに特徴的な電子状態を抽出することができたといえ、研究内容自体はおおむね順調に進展していると考えている。当該年度は高加工性マグネシウム合金設計指針の構築のため、種々のMg合金について第一原理計算による電子状態情報の収集と実際の合金作製による成形性の評価を行った。具体的には、Mg-Zn-Ba合金を対象として、1.合金モデル作成、2.各種すべり系(底面・柱面すべり)の活動しやすさの評価、3.すべり変形のしやすさと電子状態の関係の導出、を通じて高加工性マグネシウム合金に特徴的であるTD-split textureが形成される合金の電子状態を抽出した。Mg-Zn-Va合金モデルは、以前申請者が実験で高加工性を確認したMg-Zn-Ca合金の計算モデルと近い電子状態となっていたが、その電子状態は底面すべり・柱面すべりともにMg-Zn-Ca合金モデルや前年に評価したMg-Zn-Sr合金モデルよりすべりやすくなっているものの、底面すべりと柱面すべりに必要なエネルギーの比(すべりの異方性の指標)については、Mg-Zn-Ca合金モデルに対して低い値となっており、すべりの異方性はMg-Zn-Ca、Mg-ZN-Sr合金モデルに劣ることがわかった。実際に作製したMg-Zn-Sr, Mg-Zn-Ba合金板材は、2元系のMg-Zn合金よりも高いエリクセン値(板材の張り出し成形性の指標)を示したが、研究の出発点であるMg-Zn-Ca合金モデルよりは低い値となってしまった。このことは、第一原理計算により評価されるすべりの異方性の指標により、成形性を予測できることを意味しているものの、さらに成形性を高めるためには、より詳細に電子状態を調べ、候補元素を選定する必要があるものと考えている。さらに、合金元素が双晶と転位の相互作用に及ぼす影響についても検討を行い、合金元素により相互作用が変化すること、またその変化の指標となるパラメータを提案した。

引き続き、第一原理計算による高加工性Mg合金のために必要な電子状態の抽出を実施する予定であるが、申請者が研究機関を移ったため、計算ソフトウェアや計算機を一部再構築する必要がある。よって、H28年度は購入物品を一部変更する予定である。また、抽出した合金系を用いた実際の作製実験に関しては、適時前職の研究機関に協力を仰ぎつつ進める予定である。構造・機能材料物品、旅費を効率的に使用した結果生じた残額次年度の物品、旅費などに用いる。
電磁探査法データの2次元・3次元解析手法の研究

電磁探査データの解析法について、以下の項目について研究を実施した。土壌汚染や地下水汚染などの地質環境分野、または地滑りや地盤液状化評価などの土木・防災分野では浅部地盤が重要な対象である。本研究では、電磁探査を適用して地下浅部の比抵抗構造をマッピングする方法について検討した。地層の比抵抗と深度情報を高精度に推定するために、小形ループを送・受信源で用いる多重周波数ループ・ループ電磁探査解析方法を検討した。電磁探査装置GEM-2の計測データについて、種々のデータ処理やインバージョン解析を試み、最適な処理・解析法を検討した。送・受信源の距離が近い場合は送・受信ループの高さが測定データに強い影響を及ぼすのでループの高さを考慮して見掛比抵抗を計算する数式を導出した。小形ループシステムの問題点として、システム特性の較正の不完全性と環境ノイズによる発生するバイアスがある。測定データに含まれるバイアスを評価するために、センサーを鉛直方向に高く上げ、環境ノイズを測定した。観測されたバックグラウンドノイズを測定データから差し引いて、バイアスを補正する方法を検討した。電磁探査データのインバージョン手法として、非線形最小二乗法(Marquardt-Levenberg法)によって地層の比抵抗と深度を共に得る方法と、平滑化拘束を使って地層の比抵抗を得るOccam法を適用して分解能について検討した。さらにインバージョシ結果の解釈において重要である可探深度を地層のコンダクタンスから算出した。それらの結果をもとに、沿岸の海水浸透域や液状化地盤の実験地におけるデータを解析し、信頼性の高い比抵抗構造を得た。さらに人工模擬地盤における基礎実験を行って漏水領域を高精度にマッピングした。本手法は我が国においてはまだ新しい分野であり、地質調査業界からの解析法開発のニーズが強く、本研究はそのニーズに即して実施しているものである。
高機能生体活性金属材料の探索

Ti-Zr-Ta-Nb系合金は生体為害性を示さない元素からなり、比較的高い機械的強度及び低い弾性率を示すので整形外科や歯科のインプラント材料として有用である。これらに高い骨結合能と骨形成促進能を付与できれば、早期の骨結合により患者の社会復帰を早め、長期に亘り安定した治療効果を期待できる。骨結合能は擬似体液中でのアパタイト形成を調べることにより予測できる。申請者らは、昨年度までの研究により、Ti金属及びTi-15Zr-4Nb-4Ta合金をNaOH水溶液に浸漬し、次いでCaイオンとMgあるいはSr, Zn, Li, Gaの骨形成を促進するイオン(以下、骨形成イオン)を含む混合溶液に浸漬し、これを加熱処理し、続いて上記の骨形成イオンを含む水溶液に浸漬すると、処理後のTi金属及び合金の表面層に1.53.3原子%のCaイオンと共に0.41.7原子%の骨形成イオンが導入できることを明らかにした。処理後のTi金属及び合金はリン酸緩衝液中に7日間で0.030.9ppmの骨形成イオンを徐放し、擬似体液中で3日以内にアパタイトを形成することがわかった。本年度の研究では、上記の処理を施したTi-15Zr-4Nb-4Ta合金が骨形成イオンを溶出する速度及び濃度を定量的に調べた。その結果、Ti-15Zr-4Nb-4Ta合金は表面層に残留した合金成分の影響によりTi金属に比べて低い濃度の骨形成イオンの溶出を示すが、Ti金属と同様に7日間にわたりこれらのイオンを徐放することがわかった。これらの金属及び合金は、体内で骨形成イオンを徐放して周囲の骨形成を促進し、アパタイトを形成して早期に骨と結合できると期待される。(抄録なし)Ti-Zr-Ta-Nb系合金は生体為害性の無い元素からなり、比較的高い機械的強度及び低い弾性率を示すので整形外科や歯科のインプラント材料として有用である。これらに高い骨結合能と骨形成能を付与できれば、早期の骨結合により患者の社会復帰を早め、長期に亘り安定した治療効果を期待できる。申請者らの従来の研究で、Ti-15Zr-4Nb-4Ta合金にNaOH処理を施すと層状構造を有するチタン酸水素ナトリウムが形成され、これに含まれるNa^+イオンが後のHClあるいはCaCl_2処理によりH_3O^+あるいはCa^<2+>イオンに容易に置換されることが明らかになった。しかし、これらの処理に加熱処理や温水処理を組み合わせると同合金に低いアパタイト形成能しか付与できない。そこで、本年度の研究は、同合金や他のTi-Zr-Nb-Ta系合金に高いアパタイト形成能を付与できる化学処理及び加熱処理条件を明らかにすることを目的とした。Ti-15Zr-4Nb-4Ta及びTi-36Nb-2Ta-3Zr-0.30合金にNaOH及びCaCl_2処理を施した後、様々な温度で加熱処理を施し、これを温水処理に付した。得られた試料の表面層の組成、構造、形態をエネルギー分散型X線分光装置、X線回折装置、電子顕微鏡などを用いて分析・観察した。また、処理後の試料を擬似体液に浸漬し、アパタイト形成能を調べた。その結果、いずれの合金も加熱処理温度によりアパタイト形成能を大きく変化させ、700°CのときCaTi_2O_5を多く形成して高いアパタイト形成能を示すことがわかった。そのアパタイト形成能はチタン合金を高温多湿下に長期間おいた後にも安定であった。京都大学と共同で行った動物実験によると、同処理を施したTi-Zr-Nb-Ta系合金は、同処理を施したTi金属と同程度に強固に生体骨と結合した。申請者らは、昨年度の研究で、Ti-15Zr-4Nb-4Ta及びTi-36Nb-2Ta-3Zr-0.30合金にNaOH及びCaCl_2処理を施した後、様々な温度で加熱処理を施し、これを温水処理に付すと、いずれの合金もアパタイト形成能を示し、加熱処理温度が700°CのときCaTi_2O_5を多く形成して高いアパタイト形成能を示すことを明らかにした。もし、同合金が体内で骨形成を促進するイオンを溶出すれば、周囲の骨がより早期に合金表面まで達すると期待される。このとき、合金表面にアパタイトが形成されていれば、合金と骨とがアパタイト層を介して強固に結合すると期待される。そこで、本年度の研究は、同合金に高いアパタイト形成能と共に、骨形成イオン徐放能を与える化学処理及び加熱処理条件を明らかにすることを目的とした。Ti金属及びTi-15Zr4Nb-4Ta合金をNaOH水溶液に浸漬し、次いでCaイオンとMgあるいはSr,Zn,Li,Gaの骨形成イオンを含む混合溶液に浸漬した。これを加熱処理し、続いて上記の骨形成イオンを含む水溶液に浸漬した。

その結果、処理後のTi金属の表面層には1.53.3原子%のCaイオンと共に0.41.7原子%の骨形成イオンが導入され、合金の表面層には1.9原子%のCaイオンと共に0.6原子%のMgイオンが導入された。処理後のTi金属及び合金はリン酸緩衝液中に7日間で0.030.9ppmの骨形成イオン及び0.08ppmのMgイオンを徐放し、擬似体液中で3日以内にアパタイトを形成することがわかった。Ti-Zr-Ta-Nb系合金は生体為害性を示さない元素からなり、比較的高い機械的強度及び低い弾性率を示すので整形外科や歯科のインプラント材料として有用である。これらに高い骨結合能と骨形成促進能を付与できれば、早期の骨結合により患者の社会復帰を早め、長期に亘り安定した治療効果を期待できる。骨結合能は擬似体液中でのアパタイト形成を調べることにより予測できる。申請者らは、昨年度までの研究により、Ti金属及びTi-15Zr-4Nb-4Ta合金をNaOH水溶液に浸漬し、次いでCaイオンとMgあるいはSr, Zn, Li, Gaの骨形成を促進するイオン(以下、骨形成イオン)を含む混合溶液に浸漬し、これを加熱処理し、続いて上記の骨形成イオンを含む水溶液に浸漬すると、処理後のTi金属及び合金の表面層に1.53.3原子%のCaイオンと共に0.41.7原子%の骨形成イオンが導入できることを明らかにした。処理後のTi金属及び合金はリン酸緩衝液中に7日間で0.030.9ppmの骨形成イオンを徐放し、擬似体液中で3日以内にアパタイトを形成することがわかった。本年度の研究では、上記の処理を施したTi-15Zr-4Nb-4Ta合金が骨形成イオンを溶出する速度及び濃度を定量的に調べた。その結果、Ti-15Zr-4Nb-4Ta合金は表面層に残留した合金成分の影響によりTi金属に比べて低い濃度の骨形成イオンの溶出を示すが、Ti金属と同様に7日間にわたりこれらのイオンを徐放することがわかった。これらの金属及び合金は、体内で骨形成イオンを徐放して周囲の骨形成を促進し、アパタイトを形成して早期に骨と結合できると期待される。申請者は本年度の研究目的であるTi-Zr-Ta-Nb系合金にTi金属と同等のアパタイト形成能を付与できる化学処理及び加熱処理条件を明らかにすることを達成した。さらに、同処理を施した合金が生体内で骨と強固に結合することも確認し、次年度の課題である同処理を改良して骨形成を促進するMgイオンなどを導入する研究にもすでに着手している。これらより、研究は当初の計画以上に進展していると考えられる。申請者は本年度の研究目的であるTi-Zr-Ta-Nb系合金にアパタイト形成能を付与すると共に骨形成イオンを導入できる化学処理及び加熱処理条件を明らかにすることを達成した。さらに、同処理を施した合金を用いた細胞実験にもすでに着手している。本年度で明らかになった化学処理及び加熱処理条件を改良して、Ti-Zr-Ta-Nb系合金の表面層に骨形成を促進するZn、Mg、Srなど種々のイオンを導入することを試みる。各種イオンの導入量の限界及び表面層内における分布を明らかにする。処理後の基板を擬似体液に浸漬し、アパタイト形成能を評価する。また、各種イオンの体液環境下での溶出挙動を明らかにする。アパタイト形成能を示し、かつ導入イオンを適当量溶出する基板について、細胞培養試験、抗菌性試験などを行う。これにより、生体活性と共に骨形成促進、抗菌性などの他の機能を同時に付与できる化学処理条件を明らかにする。
嗅覚受容体クラス選択の遺伝学的操作による嗅覚行動の制御とその分子基盤の解明

嗅神経細胞は、その分化過程においてClass I型かClass II型かの運命選択をし、その運命決定に従い対応するクラスの嗅覚受容体をを発現する。しかしながら嗅神経細胞の二型性の機能分化の分子機構の全容とその生理的意義は明らかになっていない。これまでの研究で申請者は転写因子Bcl11bがこの二者択一的運命選択を制御していることを明らかにした。本研究課題では、ORクラス選択におけるBcl11bの機能発現機序の全容を解明する。さらにORクラス選択の遺伝学的制御が嗅覚神経回路形成と嗅覚行動に及ぼす影響を明らかにし、ORクラス選択と嗅覚行動を結ぶ分子神経基盤を明らかにする。
モデル理論,特に数学的構造のgenericな構成法に関する研究

本研究の目的は、次の二つの未解決問題に関して解決の糸口を見つけることにあった。Hodgesの問題:ω-Categoricalな射影平面が存在するか。Lachlan予想:Stableな理論の可算モデルの数は1個かあるいは無限個。さらに、この目的を達成するための中間目標として次の問題を設定した。Baldwinの問題:Genericがsuerstableならばω-stableか平成14年度の初めは、平成13年度より考えていたLachlan予想に関連する次の結果を数理解析研究所講究録には発表した。命題1:Generic擬平面が真にstableならば、有限集合の閉包は有限になる。その後、夏に開催したモデル理論研究集会で、筑波大学の坪井明人氏、東海大学の板井昌典氏、パリ第七大学のFrancis Oger氏等の協力者とともに研究発表・研究討論を行い、それを基に次の二つの結果を得ることができた。定理2:Genericな射影平面はω-categoricalでない.定理2は海外学術雑誌に、定理3は数理解析研究所講究録にそれぞれ発表した。平成15年度も前年度同様、夏にモデル理論研究集会を開催、さらに韓国でマサチューセッツ工科大学のByunghan Kim氏を中心に日本国内のモデル理論研究者とともに研究発表および研究討論を行った。そこで得られた以下の結果を京都大学で口頭発表し、それを論文としてまとめて数理解析研究所講究録に発表した。命題4:Generic構造がsimpleになるための特徴づけを与えた。今年度の研究計画は「Genericな構成法の具体例をできるだけ多く集め、分析・整理する」ことであったが、これに関してほぼ計画通り遂行できた。以下、その具体的な成果について報告する。Genericな構成法はHrushovskiによって開発された手法であり、現在まで多くのモデル理論の研究者による様々な応用等があるが、それらの手法を定式化してまとめたものがδ-genericな構成法であり、筆者のこれまでの研究対象である。今年度は、genericな構成法に詳しい国内外の研究者達(Baldwin, Pillay,坪井,桔梗)と密接に連絡を取り合うことで、δ-generic以外のgenericな構成法について多くの例を集めた。その中でも大きな収穫はSudoplatovの例である。Sudoplatovは最近、Lachlan予想の反例を作るために新しいgenericな構成法を開発した。残念ながらその構成法はギャップが見つかりLachlan予想の反例にはなっていなかったのであるが、筆者はまだなお修正の余地があると考え、Sudoplatovの構成法の細かい分析を行った。現在、彼の手法を応用した論文を準備中である。一方、平成14年度以前より続いているδ-genericな構成法の研究も平行して続行中である。まず、δ-genericな射影平面の範疇性に関して得られた結果は、Hodgesの問題の部分的解決となっている。更にδ-genericな擬平面に関する二つの結果も得られた。一つは安定性に関する結果で、δ-genericな擬平面で超安定なものが存在しないことがわかった。これはBaldwinの問題の部分的解決になっている。もう一つはδ-genericな擬平面における閉包の特徴づけである。これらの結果はいずれも技術的なものであるが、Lachlan予想に関連すると筆者は考える。本研究の目的は、genericな構成法を用いて、Hodegesの問題およびLachlan予想の解決の糸口を見つけることにあった。そして、平成14年度はHrushovskiの構成法の一般化として、δ-genericという概念を導入し、その具体例を集めた。平成15年度は平成14年度の研究方法を継続しつつ、以下の2つの方向から研究を行った:●δ-generic構造の安定性の研究:Lachlan予想の反例をつくる際、理論の安定性を調べることが重要になる。そこで、2003年7月に八王子で開催されたモデル理論研究集会において、若井氏、田中氏等の若手研究者を中心として研究打ち合わせを行い、δ-genericな構造の安定性について結果を得ることができた。