hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
植物ホルモンであるサイトカイニンの生理作用、及び作用分子機構の解明

サイトカイニン情報伝達機構の分子的解析を主に行った。サイトカイニン情報伝達は、ATPのリン酸基がサイトカイニン受容体(ヒスチジンキナーゼ)のHis残基から自身のAsp残基、さらにリン酸基転移メディエーター(HPt)のHis残基、レスポンスレギュレーター(RR)のAsp残基へとHis-Asp残基間を交互に転移していくことで、細胞外のサイトカイニン情報が核内へと伝達される。昨年度に引き続きin vitroと酵母それぞれのサイトカイニン受容系を用いサイトカイニン受容機構の解析を行った。これらの系で、受容体であるCRE1がサイトカイニン依存的にシロイヌナズナのHPtタンパク質(AHP1,AHP2,AHP3,AHP5)に対してもリン酸基を供給する能力と奪う能力を持っていることを示した。さらに変異を導入したCRE1を用いることで、リン酸基を奪う活性にはCRE1のリン酸転移に必須のHis、Asp残基のうち、His残基は必要でないことを確認した。またシロイヌナズナのHPt遺伝子と非常に相同性の高いAHP6の分子機能についてもin vitroの系を用いて解析を行った。このAHP6はリン酸転移に必須の保存されたHis残基を欠失しているため、リン酸転移を行えない機能不全のHPt遺伝子であると考えられていたが、共同研究を行っているHelariutta教授の研究室でサイトカイニン情報伝達系の負の調節因子として単離されてきた。解析の結果、AHP6はヒスチジンキナーゼのHis残基からAsp残基への、またAHP1からシロイヌナズナのRRの一つであるARR1へのリン酸転移をそれぞれ阻害する作用を持つことが確認された。細胞内でAHP6が主に核内に存在することがわかっており、そのことからAHP6は主にAHPsからARRsへのリン酸転移を阻害することで植物のサイトカイニン情報伝達の負の制御を行っていると考えられる。シロイヌナズナにある三つのサイトカイニン受容体CREl/WOL/AHK4、AHK2、AHK3、これらの遺伝子破壊株について解析を行った、サイトカイニン応答能については、不定根誘導の阻害作用でCRE1/WOL/AHK4、AHK3それぞれの破壊株についてサイトカイニン感受性が低下したのに対し、AHK2破壊株では低下しなかった。しかし、カルス誘導ではいずれの破壊株でもサイトカイニン感受性が低下しており、これらのサイトカイニン感受性は二重破壊株では更に低下した。またそれぞれの破壊株を生育させた場合、大きな形態異常は見られなかったが、AHK2AHK3二重破壊株では地上部が矮小となった。更に三重破壊株を作成したところ、興味深いことに不稔で植物体全体が非常に矮小となってしまうが、植物体としての基本的な形態は形成された。これらのことから、それぞれのサイトカイニン受容体間で機能の冗長性や特異性があること、及びサイトカイニンは植物にとって重要な因子であるが、その基本的な形態形成については必須ではないことがわかった。また、サイトカイニンリン酸リレー系の因子間相互作用を調べるため、大腸菌や培養細胞を用いてこのリン酸リレー系を構成している蛋白質の発現、精製を試みている。現在までのところ、全てではないがいくつのリン酸転移中間体、レスポンスレギュレーターについては精製できている。今後はさらに精製蛋白質の種類を増やすとともに、これらの精製蛋白質を用いて因子間相互作用を解析していく。シロイヌナズナのサイトカイニン受容体を三つとも破壊した株を作成した結果、サイトカイニンはこれら三つの受容体にのみ受容されていたことを私は昨年までに示している。しかし、この三重破壊株は非常に小さく、細胞分裂、分化に様々な異常が見られたが、植物としての基本的な器官は形成されていた。このことから私はサイトカイニン受容体以外のヒスチジンキナーゼもサイトカイニン情報伝達に関与している可能性を考え、現在機能未知である二つのヒスチジンキナーゼAtHK1、CKI2の破壊株を単離し、これらとサイトカイニン受容体を組み合わせた多重変異体を作成している。これら多重変異体のサイトカイニン応答能および表現形を解析することで、シロイヌナズナにおけるサイトカイニンの情報伝達に対して新たな知見が得られると考えられる。私はサイトカイニン受容機構を深く理解するため、酵母中でのサイトカイニン受容系の構築と、in vitroでのサイトカイニン受容系の因子間相互作用の解析を試みている。酵母中での再構築については、昨年に引き続きシロイヌナズナの二成分制御系因子の組み込みと同時に、酵母既存の二成分制御系因子について破壊を行っている。因子間相互作用については、シロイヌナズナの二成分制御系因子の各組み替え蛋白質を作成した。これら蛋白質を用いin vitroにおけるサイトカイニン受容系の構築を行った。その結果、サイトカイニン受容体から、レスポンスレギュレーターまでのリン酸リレーをin vitroで再現できており、現在これら活性が確認できた蛋白質を用い相互作用の解析を行っている。この結果を元に植物細胞での因子間相互作用の解析も行っていく予定である。

昨年度に引き続きin vitroと酵母それぞれのサイトカイニン受容系を用いサイトカイニン受容機構の解析を行った。これらの系で、受容体であるCRE1がサイトカイニン依存的にシロイヌナズナのHPtタンパク質(AHP1,AHP2,AHP3,AHP5)に対してもリン酸基を供給する能力と奪う能力を持っていることを示した。さらに変異を導入したCRE1を用いることで、リン酸基を奪う活性にはCRE1のリン酸転移に必須のHis、Asp残基のうち、His残基は必要でないことを確認した。またシロイヌナズナのHPt遺伝子と非常に相同性の高いAHP6の分子機能についてもin vitroの系を用いて解析を行った。このAHP6はリン酸転移に必須の保存されたHis残基を欠失しているため、リン酸転移を行えない機能不全のHPt遺伝子であると考えられていたが、共同研究を行っているHelariutta教授の研究室でサイトカイニン情報伝達系の負の調節因子として単離されてきた。解析の結果、AHP6はヒスチジンキナーゼのHis残基からAsp残基への、またAHP1からシロイヌナズナのRRの一つであるARR1へのリン酸転移をそれぞれ阻害する作用を持つことが確認された。細胞内でAHP6が主に核内に存在することがわかっており、そのことからAHP6は主にAHPsからARRsへのリン酸転移を阻害することで植物のサイトカイニン情報伝達の負の制御を行っていると考えられる。
皮質抑制性神経細胞が備える、特異的シナプス結合則の解明

高次機能発現において、大脳新皮質が最も重要な役割を果たすことは、多くの研究者が認めるところであろう。しかし、その構造的基盤である局所神経回路、そしてその形成メカニズムについては、未だ解析が進んでいないのが現状である。本研究課題では、parvalbumin(PV)発現抑制性神経細胞に焦点を当て、抑制性神経細胞が備えるシナプス結合様式のルール、および特異的シナプス結合を形成・維持するメカニズムの解明を目指している。(1)皮質抑制性神経細胞が構成するネットワーク構造の解析申請者らが開発してきた遺伝子改変マウス(PV発現細胞をゴルジ染色様に標識)、Jackson labから入手したCre発現マウス(PV-Cre, SOM-Cre, VIP-Cre)、そして各種ウイルスベクター(レンチウイルス、アデノ随伴ウイルスなど)を用い、各種抑制性神経細胞間のシナプス結合様式を定量的解析を進めてきた。先行研究において、PV発現細胞への入力特性を第一次体性感覚野(S1)で検討したところ、細胞体と樹状突起という2つのコンパートメントにおいて、抑制性入力様式が異なることを見出した。第一次運動野(M1)においても同様の解析を進めたところ、S1とM1には共通な結合様式が認められる一方で、領野特異的なシナプス結合も存在することが分かった。論文発表に向け、引き続き追加実験を進めているところである。(2)抑制性神経回路の形成・維持メカニズムの解明特異的結合を形成・維持するためには、プレ・ポスト間で何らかの相互作用が必要であると想定するのが妥当である。関連遺伝子の時空間パターンを検討する目的で、予備実験を行った。また、生理学的手法による解析にも取り組むべく、セットアップの準備・予備実験を進めた。26年度が最終年度であるため、記入しない。(I)皮質抑制性神経細胞が構成する神経回路の解析:申請者らが開発してきた遺伝子改変マウス(PV発現細胞をゴルジ染色様に標識)、Jackson labから購入したCre発現マウス(PV-Cre, SOM-Cre, VIP-Cre)、そしてウイルスベクター(Lentivirus, AAV)を用い、各種抑制性神経細胞間のシナプス結合様式を定量的に記述する。先行研究にて、PV発現細胞への入力特性を第一次体性感覚野で検討し、樹状突起・細胞体という2つのコンパートメントにおいて、抑制性入力様式が異なることを報告している。第一次運動野においても同様の検討を進めており、類似性・相違性について結果を得ている。論文発表に向け、追加実験・補強データを進めているところである。また、VIP発現細胞への入力特性についても結果を得ており、論文発表に向けて追加実験を行っているところである。SOM発現細胞への入力解析については、予備実験を進めているところである。(II)抑制性神経回路の形成・維持メカニズムの解明特異的結合を形成・維持するためには、プレ・ポスト間で何らかの相互作用が必要であると考えられる。関連遺伝子の時空間的発現パターンを検討する目的で、セットアップの準備・予備実験を進めている。特に大きな問題も生じず、順調に進んでいる。(I)皮質抑制性神経細胞が構成する神経回路の解析:「第一次運動野における、PV発現細胞へのシナプス入力特性」と「第一次体性感覚野における、VIP発現細胞へのシナプス入力特性」については、論文発表に向けて追加実験を進めていく。「SOM発現細胞への入力特性」については、予備実験を終え、本解析を始める予定である。(II)抑制性神経回路の形成・維持メカニズムの解明セットアップは終わり、予備実験・検討実験を引き続き進める。本年度中に、本解析を行う準備を進めている。
がん温熱療法の新規分子マーカー候補ＦＡＭ１０７ファミリー蛋白質の発現・機能解析

新規熱ショックタンパク質FAM107B(HITS)の解析を行ったところ、同じ分子ファミリーのFAM107A(TU3A/DRR1)と同様に、HITSも多種の癌で発現が低下し、癌の増殖抑制効果を持っていた。これは熱ショックタンパク質の多くが原がん遺伝子であるのと対照的である。HITSの発現低下は癌の組織型と進行度に特異的であり、腫瘍マーカーとして有用と考えられた。神経系における作用を調べたところ、HITSは神経軸索の伸張と神経細胞移動に強い抑制効果を持つが、FAM107Aはそれほどでもない事が判明した。以上、FAM107ファミリー分子は癌と神経の発生/進展に特徴的な働きをしている事がわかった。癌との関連:作成した抗HITS抗体(ウサギポリクローナル抗体)と組織アレイを利用した大規模スクリーニングを行った結果、癌化に伴ったHITSの発現低下が、組織を拡大して甲状腺癌・乳癌・肺癌・子宮頸癌・精巣腫瘍など複数の臓器で見られた。さらにそれぞれの臓器に対する組織アレイを用いて統計学的解析を施行した結果、乳癌・甲状腺癌ではHITS発現強度と病理学的ステージ分類(TNM分類、なかでもT因子)との間に逆相関関係が見られた。さらに乳癌では、PgR陰性、HER2陽性、Ki67陽性、スキルスタイプでHITSの発現量が高いことを証明した。Tet-ONシステムによる誘導発現系を用いた実験で、癌細胞にHITSをin vivo(ヌードマウスを使ったxenograftモデル)でHITSを誘導発現させると腫瘍の増殖抑制効果が確認された。以上の研究成果をIneternational Journal of Oncology誌に発表した。神経系における働き:FAM107ファミリー分子の神経軸索伸長時の役割について検討した。PC12細胞(ラット副腎髄質由来の褐色細胞腫)を用いたTranswell Assayにより、NGF(神経成長因子)誘導によるmigration活性を調べたところ、HITS、DRR1の強制発現により、migration活性が上がる事がわかった。PC12細胞を用いた免疫染色から、HITS、DRR1共に、NGFによる分化誘導により核内局在とは別に、伸長突起先端部での分子局在が観察され、これはF-アクチンの局在と良く一致していた。In Uteroエレクトロポレーションによるマウス胚脳皮質神経への遺伝子導入を行い、神経細胞migrationへの影響を調べたところ、少なくともHITSの強制発現はmigrationに影響を与える事をつきとめた。癌との関連:抗HITS抗体と組織アレイを利用した大規模スクリーニングを行った結果、癌化に伴ったHITSの発現低下が、甲状腺癌・乳癌・肺癌・子宮頸癌・精巣腫瘍など複数の臓器で見られたことを前年度にIneternational Journal of Oncology誌で発表した。以前にHITSが新規熱ショック誘導性タンパク質であることを発見し同じIneternational Journal of Oncology誌で発表しており、今年度はこれまでに得られた知見をまとめ、その総括をBIOMEDICAL REPORTS誌にReviewとして報告した。また、研究代表者の中島が主たる臨床を行っている施設である上尾中央総合病院に温熱療法の設備を導入する手配をし、今後、基礎研究を臨床応用すべく環境を整えた。神経系における働き:今年度の基礎研究は神経に重点を置いた。PC12、マウス初代培養神経を使いvitroでの研究を進めた結果、ストレス応答ホルモンであるデキサメタゾンを初代神経培養細胞液中に添加するとHITSのmRNA発現上昇が見られ、HITSもストレス応答分子である事が示唆された。神経細胞にNGF誘導を行った時、突起上の構造(ruffle)が観察されるが、HITSはこの突起上にてF-アクチンとの共発現が観察された。Transwell解析ではHITSの強制発現は、PC12細胞のmigrationに影響を与える事がわかった。in vivoでのmigrationへの影響を解析する為に、マウス胚cortexへの遺伝子導入を行ったところ、HITSの強制発現は神経migrationを遅らせることが示唆された。また遺伝学的に、HITSは脳発達障害に関わることが示唆されるデータも得られた。今までの実験で神経系におけるHITSの働きをまとめ、上記のBIOMEDICAL REPORTS誌に報告した。癌との関連:胃癌・大腸癌において、腫瘍の進展に伴いFAM107B(HITS)が組織型特異的に発現低下することを以前報告したが、さらに組織を拡大して、甲状腺癌・乳癌・肺癌・子宮頸癌・精巣腫瘍などでもHITSの発現が低下する事を明らかにした。組織アレイを用いて大規模スクリーニングを行った結果、癌化に伴ったHITSの発現低下が、消化管以外に甲状腺・乳腺・肺・子宮頚部・精巣など複数の臓器で見られた。

さらにそれぞれの臓器に対する組織アレイを用いて統計学的解析を施行した結果、病理学的ステージ分類など複数のパラメータに対してHITS発現との相関関係が得られた(論文投稿中)。また、HITSの発現により腫瘍が増殖抑制される事をin vivo, in vitroの両方で証明した。分子機構の解明:HITSの分子間相互作用を解明するために、プロテオーム解析を施行中である。未だ核心に迫る分子の同定はできていないが、細胞骨格系や細胞運動に関わる転写因子や接着分子の発現と連動している証拠を得ている。神経系における働き:神経系の解析では、FAM107ファミリー分子の神経軸索伸長時の役割について検討した。ラット神経様細胞PC12を用いたFAM107ファミリー分子の強制発現系やRNAiを用いた実験から、HITS(FAM107B)がneurite伸長を抑制、DRR1(FAM107A)が増強に働くことを突き止めた。マウス脳初代培養実験からも同様の結果を得ており、FAM107ファミリー分子が神経軸索伸長に決定的な役割を持つことが証明された。遺伝子改変体:ショウジョウバエの遺伝子改変体を使った実験で、CG9328(FAM107分子の相同遺伝子)の強制発現が毛細胞の伸長を抑制することがわかり、FAM107ファミリー分子はアクチン複合体の形成に関与する可能性が示唆された。腫瘍との関連については、組織アレイを利用した実験系で主たる臓器を網羅的に解析する事ができた。したがって、癌化における臨床病理学的事項の解明はほぼ完成した状態にあり、国際学会や論文の形で成果発表を続けている。神経との関連も、共同研究者の小泉の尽力で興味深い現象が次々と見つかっていて、もうすぐ成果を発表する段階まで来ている。一方、分子間相互作用の解明を始めとする生化学レベルでの解明や遺伝子改変動物の作成は未だ途上にある。FAM107Bの癌細胞における発現と腫瘍抑制効果に関しては予想通りに進んでおり、現在論文を投稿中である。また、神経系における解析も小泉との共同で計画通りに進行している。分子間相互作用であるが、リコンビナント蛋白質の作製には成功しているので、次年度は新たな進展があると考えている。モノクローナル抗体の作製と遺伝子改変体の作製については道半ばである。実験に関しては、小泉と共同で神経系の解析に集中して行う。HITSとアクチンとの何らかの相互作用により胚期神経細胞のmigrationに影響を与える事を証明するため、免疫沈降や蛋白分子間相互作用の解析等生化学的実験、マウスやショウジョウバエによるin vivoの実験を計画している。in vivoの系が順調に進めば、KOMP (knockout mouse project)からFAM107Bノックアウトマウスを購入して実験系を組み立てる予定である。さらに、神経発生における影響をマウスやショウジョウバエの胚を利用して解析する。癌化に関しては、いままでの膨大なデータをまとめて総説をはじめとする論文発表、学会発表を継続して行く。その過程で、将来の共同研究の方向性も探って行きたい。特に温熱療法を実際に施行している施設との臨床病理学的研究を展開する。
大企業労働者のリタイアにともなう生活の変化と適応過程に関する研究

リタイヤ期を挟む大企業労働者の生活構造の変化と、変化の過程における行動や意識にどの様な特徴がみられるかについて、実態調査を実施した。その際比較の対象群として、中小・零細企業退職者と日雇いに終始した最下層労働者の計三層について、かなり詳細な訪問・面接調査を実施した。その結果、大企業労働者は企業のリストラクチュアリングの渦中にあって、退職以前から出向・配置転換・分社化による移籍等の身分の不安定化が進行し、いわばなし崩しの退職を迎えていることが判明した。しかし退職後は、なんらかの関連企業に一時的ではあれ最就職の機会を与えられ、契約期限がくれば後続に席を譲って年金生活にはいるし、年金額も生活に充分な額が支給されるのと、現役時代に培われた職場の友人との頻繁な交流の中で、緩やかな老後への移行を経験している。これと対称的なのは下層労働者で、現役時代の不安定な就労を反映して、年金加入期間が切れ切れになるため年金額では生活が不可能になり、いつまでも働きつずけなければならず、この階層では老後の引退生活はいつまで経っても訪れないことになる。
牛乳アレルゲン由来ペプチドの経口投与による牛乳アレルゲンに特異的な免疫抑制効果

【目的】代表的な牛乳アレルゲンであるβ-ラクトグロブリン(β-Lg)由来ペプチドをマウスに経口投与した場合、β-Lgに対する抗体応答やT細胞応答がどのように抑制されるのか、主にエピトープならびにクラス・サブクラス特異的な観点から検討した。【方法】一群35匹のC3H/HeNマウスにβ-Lgの主要なT、B細胞抗原決定基の両者を含むペプチド91-104あるいは129-43を3mg/回の投与量で1日おきに計5回経口投与した。これらのマウスをさらにアジュバントと共にβ-Lgにて2回腹腔内免疫し、その際に誘起される特異抗体応答をELISAにより評価した。さらにマルチピンペプチド合成システムを用いて、鎖長8残基からなるβ-Lgの部分ペプチド155種類を合成し、これらを検出抗原としてエピトープ特異的な抗体応答の解析を試みた。またT細胞応答に関しては、上記各マウスをβ-Lgにて1回免疫後、そのリンパ節細胞を用いたT細胞増殖試験を行い、β-Lgあるいは各ペプチドに特異的なT細胞の増殖量を測定・比較した。【結果】あらかじめペプチドを経口投与した群では、β-Lgに対する全血清抗体量やT細胞増殖量が未投与群の2/31/2まで低下し、アミノ酸15残基程度のペプチド単独の経口投与により、nativeな蛋白質抗原に対する免疫応答を少なくとも部分的には抑制できることが示された。さらにこれらの応答をエピトープならびにクラス・サブクラスごとに評価したところ、その抑制パターンは経口投与したペプチドの種類により異なっていた。すなわちT細胞応答に関しては、経口投与ペプチド内に含まれるエピトープに特異的な応答が優先的に抑制されたのに対し、抗体応答では興味深いことに、そのような応答ではなく、当該ペプチド外に位置する他のエピトープに対する応答が強く抑制されていることが明らかとなった。またペプチド91-104の投与では主にIgG_1ならびにIgG_<2a>応答が、ペプチド129-143の投与ではIgG_1応答が強く抑制されていることが見出された。【目的】代表的な牛乳アレルゲンであるβ-ラクトグロブリン(β-Lg)由来ペプチドをマウスに経口投与した場合、β-Lgに対する抗体応答やT細胞応答がどのように抑制されるのか、主にエピトープ特異的な観点から検討した。【方法】一群35匹のC3H/HeNマウスにβ-Lgの主要なT、B細胞抗原決定基の両者を含むペプチド91-104あるいは129-143を3mg/回の投与量で1日おきに計5回経口投与した。これらのマウスをさらにアジュバンと共にβ-Lgにて2回腹腔内免疫し、その際に誘起される特異抗体応答をELISAにより評価した。さらにマルチピンペプチド合成システムを用いて鎖長8残基からなるβ-Lgの部分ペプチド155種類を合成し、これらを検出抗原としてエピトープ特異的な抗体応答の解析を試みた。【結果】

あらかじめペプチドを経口投与した群では、β-Lgに対する全血清抗体量やT細胞増殖量が未投与群の2/31/2まで低下し、アミノ酸15残基程度のペプチド単独の経口投与により、nativeな蛋白質抗原に対する免疫応答を少なくとも部分的には抑制できることが示された。さらにエピトープ毎に評価したところ、その抑制パターンは経口投与したペプチドの種類により異なっていた。すなわちT細胞応答に関して、経口投与ペプチド内に含まれるエピトープに特異的な応答が優先的に抑制されたに対し、一方抗体応答では興味深いことに、そのような応答ではなく、当該ペプチド外に位置する他のエピトープに対する応答が強く抑制されていることが明らかとなった。【目的】代表的な牛乳アレルゲンであるβ-ラクトグロブリン(β-Lg)由来ペプチドをマウスに経口投与した場合、β-Lgに対する抗体応答やT細胞応答がどのように抑制されるのか、主に前者をクラス・サブクラス特異的な観点から、後者をサイトカイン産生パターンの変化から検討した。【方法】一群35匹のC3H/HeNマウスにβ-Lgの主要なT、B細胞抗原決定基の両者を含むペプチド91-104あるいは129-143を3mg/回の投与量で1日おきに計5回経口投与した。これらのマウスをさらにアジュバントと共にβ-Lgにて2回腹腔内免疫し、その際に誘起される特異抗体応答をクラス・サブクラス特異的な検出二次抗体を用いたELISAにより評価した。またT細胞応答に関しては、上記各マウスをβ-Lgにて1回免疫後、そのリンパ節細胞を採取し、それらをin vitroで培養した際の各種サイトカイン産生量をELISAにより測定・比較した。【結果】あらかじめペプチドを経口投与した群では、β-Lgに対する全血清抗体量やT細胞増殖量が未投与群の2/31/2まで低下し、1種類のペプチドの経口投与によりnativeな蛋白質抗原に対する免疫応答を少なくとも部分的には抑制できることが示された。さらに抗体応答をクラス・サブクラスごとに評価したところ、ペプチド91-104の投与では主にIgG_1ならびにIgG_<2a>応答が、ペプチド129-143の投与ではIgG_1応答が強く抑制されていることが明らかとなった。またT細胞応答をサイトカイン産生パターンの変化から検討したところ、Th1応答の主要なサイトカインであるIFN-γを対象とした場合、それぞれのペプチドの経口投与により、そのペプチド内に含まれるエピトープに特異的な応答が優先的に低下することが観察された。しかしTh2応答の代表的なサイトカインであるIL-10に関しては、全ての群においてその有意な産生が認められなかった。
上皮細胞を起点にしたアレルギー性鼻炎発症機序の解明

アレルギー性鼻炎には、アトピー素因を持つ人だけでなく、アトピー素因のないヒトでも花粉の飛散時期にしばしばアレルギー性鼻炎を発症する。二つのタイプに分け、それぞれを"アトピー型アレルギー性鼻炎"、"突然発症型アレルギー性鼻炎"と名付けた。本研究では、上記二種類のブタクサ花粉特異的アレルギー性鼻炎モデルマウスを樹立し、その発症機序を解析した。その結果、花粉粒子刺激によって鼻粘膜上皮細胞から放出されたIL-33とFcεR1陽性細胞(好塩基球とマスト細胞)が花粉特異的アレルギー性鼻炎の発症に重要な役割を演じていることを明らかになった。初年度は2種類のブタクサ抗原特異的新規アレルギー性鼻炎モデルマウスを樹立した。(1)ブタクサ抗原の感作とブタクサ抗原の曝露に伴って発症するアレルギー性鼻炎モデルマウスの樹立ヒトのアトピー型アレルギー性鼻炎に相当するアレルギー性鼻炎モデルモデルを作製する目的で、マウスにブタクサ花粉粒子(ragweed pollen ; RW)を水酸化アルミニウムと共に正常マウスに2回免疫し、RWを4日間点鼻することで、1)点鼻後10分間に頻回にくしゃみを発症し(即時相)、2)点鼻24時間後に鼻粘膜に著明な好酸球浸潤、上皮の多列化とムチン産生亢進を伴った(後期相)ヒトのアトピー型アレルギー性鼻炎の病態を反映するRW特異的アレルギー性鼻炎モデルマウスを樹立した。更に、本アレルギー性鼻炎マウスはRW点鼻に反応して、血清中にRW特異的IgE抗体と頸部リンパ節細胞にRW特異的Th2細胞の誘導を認めた。(2)ブタクサ花粉の頻回点鼻によるアレルギー性鼻炎モデルマウスの樹立アトピー素因のない非アトピー型アレルギー性鼻炎患者の病態を反映するアレルギー性鼻炎モデルマウスを樹立する目的で、マウスをRWであらかじめ免疫することなく、RW(1mg/20μl)をawakeの状態で14日間連続点鼻した。その結果、上記のRW免疫マウスと同様、1)点鼻後10分間に頻回にくしゃみを発症し(即時相)、2)点鼻24時間後に鼻粘膜に著明な好酸球浸潤を伴い(後期相)、3)RW特異的IgE抗体の上昇を認めるアレルギー性鼻炎モデルマウスを樹立した。更に、本アレルギー性鼻炎マウスはRWのみの点鼻によって、頸部リンパ節細胞にRW特異的Th2細胞が誘導された。次年度はアレルギー性鼻炎発症におけるpro-allergic-cytokineと好塩基球の関与を明らかにした。(1)アレルギー性鼻炎発症に対するpro-allergic-cytokineの関与アレルギー性鼻炎発症に対する上皮細胞からのpro-allergic-cytokineの役割を検討する目的で、初年度に樹立したブタクサ(ragweed:RW)感作RW点鼻アレルギー性鼻炎モデルをIL-33欠損マウスを用いて、鼻炎発症を検討した。その結果、1)IL-33欠損マウスではRW点鼻後10分間に発症する"くしゃみ"(早期相)と、2)点鼻後24時間後の鼻粘膜への好酸球浸潤及び頸部リンパ節細胞のTh2サイトカイン産生(遅発相)が正常マウスに比較して著明に折制された。更に、3)当該アレルギー性鼻炎モデルマウスでは、好酸球浸潤と同時に鼻粘膜への好塩基球浸潤が認められ、この好塩基球浸潤もIL-33欠損マウスでは著明に抑制された。(2)アレルギー性鼻炎発症に対する好塩基球の関与アレルギー性鼻炎発症に対する好塩基球の役割を検討する目的で、(1)FceR1欠損マウス、(2)好塩基球除去マウス(マウスに抗FcεR1抗体MAR-1を投与)または(3)W/W^vマウス(マスト細胞欠損マウス)を用いて、RW感作RW点鼻による鼻炎発症を検討した。その結果、いずれのマウスにおいてもコントロールマウスに比較して、"くしゃみ"(早期相)と鼻粘膜への好酸球浸潤(遅発相)は著明に抑制された。以上の実験結果から、RW点鼻によって誘導された内因性IL-33とFcεR1陽性細胞(好塩基球とマスト細胞)が花粉特異的アレルギー性鼻炎の発症に重要な役割を演じていることを明らかにした。
MAbJT-95により認識される抗原は甲状腺癌の浸潤、転移に関与しているか?

「MAB JT-95により認識された抗原は甲状腺癌の浸潤、転移に関与しているか?」というテーマにより研究を進めた。平成11年になりMAb JT-95と反応する(シアル酸化ファイブロネクチンを抗原として細胞表面に発現している)甲状腺癌細胞株SW1736と反応しない細胞株TTを使用し、双方にMAb JT-95を100μg/mlの濃度で添加した後、ヒトリンパ球と甲状腺癌の接着能を比較検討した。結果は以外なことにMAb JT-95を添加することにより、SW1736において癌の細胞死が顕著に認められた。この結果より我々はMAb JT-95は細胞表面に発現しているシアル酸化されたファイブロネクチン(FN)と結合することによりSW1736に細胞死を誘導しているのではないかという仮説を立てた。この仮説を検討するためまず1)SW1736、TT双方の培養上清にMAbJT-95を10、100、1000、10000、μg/mlの濃度で添加し72時間後calorimetric assay、^3T-Thymidine incorporate assayにより評価した。SW1736においてはMAb JT-95の添加濃度に比例して細胞死が増加することが確認された。次に、MAb JT95とSW1736上のFNとの結合部位を特定するため2)Fのいくつかの領域のpeptideを合成し、MAb JT-95を一定濃度添加したSW1736にpeptideを比例した濃度添加しどのpeptideにより細胞死にinhibitionが生ずるかを検討した。この結果FNのC末端近くに存在するheparin binding inhibition付近のpetideを添加した場合inhibitionが発現することを確認した。またヘパリンをSW1736に投与したところ同様に濃度比例的に細胞死認めた。次にこのSW1736の細胞死がnecrosisなのかapoptosisなのかを検討したところこの細胞死はapoptosisであることが確認された。臨床医学;平成10年シアル酸化ファイブロネクチンのtumor markerとしての有用性を検討するため,種々の甲状腺疾患症例の血清をMAbJT-95を使用したELISAを利用してマススクリーニングを行うため、一次抗体としてMAbJT-95、二次抗体として抗fibronectin抗体を使用したELISA法を新たに作製した。このELISAにより現在、甲状腺癌細胞株SW1736のsupernatantをpositive controlとして、実際の甲状腺疾患の血清、尿を計測中である。(武山、小林)基礎医学:平成10年臨床的に甲状腺癌は、頚部リンパ節、骨髄、肺、脳に転移しやすいことが知られている。またヒトリンパ球はインテグリンレセプターα3β1、α4β1、α5β1を発現していることが明らかになっている。このためまず我々はMAbJT-95とreactivityを持つ甲状腺癌細胞株(シアル酸化ファイブロネクチンを発現している細胞株)SW1736とreactivityを持たない甲状腺癌細胞株(シアル酸化ファイブロネクチンを発現していない細胞株)TOをMAbJT-95による細胞染色で選択した。次にこの2群の細胞株にあらかじめ抗Bリンパ球抗体で染色したヒトBlymphoma細胞株K562を10^5ccll/mlいれ混合培養した。混合培養後90分後に固定、これら2群の癌細胞とヒトリンパ球との接着の有無、接着した細胞の比率をそれぞれimmunoprecipitation,Western blotting,flowcytometry法を使用し検討したところ2群間で有意の差は認めなかった。

次にこれら2群の癌細胞株をあらかじめインテグリンレセプターのantagonistのひとつであるRGDanalogで処理後、K562ををいれ混合培養した。この処理により癌細胞とヒトリンパ球との接着能に有意にinhibitionがかかった。現在同様にあらかじめMAbJT-95で2群の癌細胞株を処理後K562をいれ接着能にinhibitionがかがるかどうかを検討中である。(武山、田中)「MAb JT-95により認識された抗原は甲状腺癌の浸潤、転移に関与しているか?」というテーマにより研究を進めた。平成11年になりMAb JT-95と反応する(シアル酸化ファイブロネクチンを抗原として細胞表面に発現している)甲状腺癌細胞株SW1736と反応しない細胞株TTを使用し、双方にMAb JT-95を100μg/mlの濃度で添加した後、ヒトリンパ球と72時間混合培養しリンパ球と甲状腺癌の接着能を比較検討した。結果は以外なことにMAb JT-95を添加すことにより、SW1736においての癌の細胞死が顕著に認められた。この結果より我々はMAb JT-95は細胞表面に発現しているシアル酸化されたファイブロネクチン(FN)と結合することによりSW1736に細胞死を誘導しているのではないのかという仮説を立てた。この仮説を検討するためまず1)SW1736、TT双方の培養上清にMAb JT-95を10,100,1000,10000μg/mlの濃度で添加し72時間後calorimetric assay,^3T-Thymidine incorporate assayにより評価した。SW1736においてはMAb JT-95の添加濃度に比例して細胞死が増加することが確認された。次にMAb JT-95とSW1736上のFNとの結合部位を特定するため2)FNのいくつかの領域のpeptideを合成し、MAb JT-95を一定濃度添加したSW1736にpeptideを比例した濃度添加しどのpeptideにより細胞死にinhibitionが生ずるかを検討した。この結果FNのC末端近くに存在するheparin bindingdomain付近のpeptideを添加した場合inhibitionが発現することを確認した。またヘパリンをSW1736に投与したところ同様に濃度比例的に細胞死を認めた。次にこのSW1736の細胞死がnecrosisなのかapoptosisなのかを検討したところこの細胞死はapoptosisであることが確認された。
中性子画像検出器の開発

新しい放射線検出器であるガス電子増幅器(GEM)を用いて、高計数率に耐えられ、しかも、高位置分解能で高時間分解能な中性子画像検出器を開発した。開発した検出器で実際のパルス中性子源からの中性子を利用した中性子波長別ラジオグラフィーへの応用試験を行って、その有効性を示した。中性子を検出するために、GEM(両面フレキシブル基板に多数の穴を開けたもの)に塗布しているボロンの厚みを0.6μmから1.2μmにすることによって、検出効率がGEM1枚当り約2倍になることを確かめた。また、このボロンGEM(10cmx10cm)を4枚まで積層することによって、さらに検出効率を上げることに成功した。読み出し基板上のストリップピッチを1.6mmから0.8mmにすることによって、より細かな画像データが収集できるようにした。これに対応するために新しい集積回路を用いて、読み出しチャンネル数が増加したにもかかわらず、測定器全体として、コンパクトな構造を実現した。また、プログラミング可能な集積回路を用いることによって、CPUを介さずにデータ転送可能なシステムを製作した。これらの機能をもった試作機を日本原子力科学開発機構の研究原子炉から出る中性子を利用して、性能評価試験を行った。その結果として、2.2Åの熱中性子に対して、検出効率が30%で、位置分解能が1mm(半値幅)の性能を得た。また、きれいな2次元画像データを得ると同時に、食塩結晶などのサンプルを用いた散乱実験でも、きれいな散乱パターンを確認することができた。また、40msecの長い時間にわたって、10nsecの精度で時間情報を記録できた。これらを通して、このシステムを使えば、J-PARCのパルス中性子源を用いた物性実験に対応できることを実証した。19年度の研究により、熱(冷)中性子を固体ボロンで荷電粒子に変換してから、GEMを利用して電気信号として検出することが可能であることがわかった。そこで、20年度は、検出器の性能をより向上させるための研究を行った。改良されたASICチップを用いることによって、場所ごとに検出効率が違うという問題を解決することができ、実用上問題ないレベルまでになった。テフロン読み出し基板を利用することによって、水素による散乱割合を10分の1程度まで低減することができた。しかし、残念ながら、ボロンを厚く付加することが難しく、検出効率を上げることができなかった。来年度は、別の方法を試みる。年度末には、J-PARCが稼働をはじめたので、パルス中性子源を使ってのビームテストを行った。そこで、これまでのヘリウムー3の検出器と同様な波長スペクトラムを得ることができることを示した。これによって、精密な2次元位置情報(1mm程度の2次元位置分解能)と波長(飛行時間で10nsec程度の時間分解能)を同時に測定可能で、しかも、高計数率(1MHz)に耐えられる検出器であることを示した。これまでよりも大型の20cm×20cmのGEMの製作を試みて、テストが始められた。その成果は、21年度に期待できる。パルス中性子源であるJ-PARCや北海道大学工学部の施設を利用して、開発したGEMを用いた中性子画像検出器は、中性子の入射位置と入射時間を正確に測定できることを示した。特に、2つの実験を通して、波長別中性子ラジオグラフィーへの新しい道を切り開ける可能性があることがわかった。1つ目の実験は、比較的中性子エネルギーの高い部分(共鳴吸収領域)を利用するものである。この領域では中性子速度は比較的速いので、開発した検出器の時間測定分解能が良い特徴が発揮できて、各元素特有の共鳴吸収断面積の大きな狭い波長領域だけを抜き出すことによって、それぞれの物質を独立に画像化できることを示した。2つ目の実験は、熱(冷)中性子領域の吸収断面積が大きく変化する部分を利用するものである。ここでは、その吸収断面積の波長に対する変化の仕方から曲げなどによって起こる金属材料内の変化を細かく画像化できることを示した。これらの応用的実験と並行して、検出器のデータの詳細な解析を進めることによって今後にさらに性能の良い中性子検出ができる可能性を2つ見つけた。1つ目は、信号が複数のストリップから発生した場合に、同時に記録している信号の発生時間と継続時間を利用して、より正しい中性子の入射位置を導き出す方法を開発した。これにより、画像のきれの部分を改善することができた。2つ目は、バックグランドとなるガンマ線を分離する方法を確立したことである。通常は、信号の大きさを利用して行うのであるが、電子回路を簡便にするために、開発した検出器システムでは、信号の大きさを測定していない。しかし、継続時間を利用すれば、信号の大きさを利用する場合と同様な性能が得られることを示した。
高密度皮質脳波と光遺伝学による齧歯類顔領域の探求

本研究の目的であるげっ歯類顔領域の特定には至らなかったものの、齧歯類顔領域の候補三ヶ所の中で、側頭皮質の二ヶ所に図形依存的な皮質脳波応答を示す領域があることが示唆された。これらの応答は局所電位のθ帯域およびβ帯域に見られ、霊長類の研究結果との相同性が高かった。従って、これらの領域がラット形態視領域の候補だと考えられた。また光遺伝学的手法の準備として、皮質深部における光刺激によって誘発したLFPの伝搬に伴うスペクトル変化を調べた所、水平伝搬は周波数特性が平坦で、垂直伝搬には低域濾波と位相回転、及びβからローγ帯域での信号生成を伴うことが示された。脳の各部位の刺激画像特異性をを調べるための刺激用画像セットとして、ラット顔、ラット身体、建物、人工物(楽器・食器等)の4カテゴリについて、各20種類計80枚用意した。全ての画像が等しい輝度及び空間周波数スペクトルを持つように調整し、さらに各刺激画像について10種類の位相スクランブル画像を生成した。次いで、これらの図形をランダムな順序でモニタの左上、右上、中央、左下、右下の五点からランダムに選んだ点に表示するための制御プログラムをFreePascal/Lazarus上で開発し刺激環境を整えた。上記刺激セットを用いて、LongEvansラット(n = 19)の第一次視覚領(V1)から側頭にかけての領域から、64ch皮質脳波(ECoG)応答を記録した。各例でのデータ記録時間は18から30時間であり、記録されたデータ数は各図形について150から300試行であった。現在得られたデータの解析中である。予備的な解析によると、全例で、画像呈示(位相スクランブル画像→本画像と変化させる)後50-600msに亘って、第一次視覚領(V1)を中心として視覚誘発性ECoG信号がみられた。一部の例で、画像呈示後の時間に対して画像間の応答の標準偏差をプロットしたところ、画像呈示後200ms及び500msにV1及びその前外側で標準偏差の大きくなる(画像によって応答が異なる)部位がみられた。これらと並行して、光遺伝学的手法と皮質脳波法を組み合わせる技法を確立するための実験を行った。アデノ随伴ウイルスによって高効率型チャネルロドプシンを導入したLongEvansラットを用いて、32ch ECoG信号と皮質内局所電位(LFP)とを記録しながらV1をさまざまな周波数で光刺激した。この研究の成果は近日中に論文投稿する予定である。前年度に引き続き、麻酔下のラットに様々な形態視刺激を行いながら、後頭皮質から側頭皮質までに至る広い領域から64チャネルの皮質脳波を同時記録。形態視刺激は四つのカテゴリ(ラット顔、ラット身体、人工物、建物)からなる計80毎の白黒画像であり、画面の明るさの変化や空間周波数の違いによる視覚領の活動への影響をなくすため、すべての画像の平均輝度と空間周波数のスペクトル分布を一致させてある。さらに、刺激画像を提示する直前に刺激画像に位相スクランブルを施した画像を提示し、その際の脳活動をベースラインとして、刺激画像提示時の脳活動を評価した。その結果、側頭皮質の中の嗅周皮質近傍において、皮質脳波の中でもデルタ波およびシータ波と呼ばれる比較的低周波の信号が刺激画像に起因する変動を示し、その値は統計的に有意であることがわかった。これはラット側頭に形態視領域が存在することを示唆する新たな知見であり、現在共同研究者とともに結果を取りまとめている段階である。また、光遺伝学的な手法により脳活動への介入を行うための最適条件を探るため、アデノ随伴ウイルスベクタを用いてチャネルロドプシンを遺伝子導入したラットの視覚領において皮質脳波を記録すると同時に様々な周波数での光刺激を行い、皮質深部から皮質表面への信号の伝搬、および皮質表面間の信号伝搬の周波数特性を検討した。その結果、皮質深部から皮質表面に至る過程で高い周波数の信号が減衰し、同時に皮質内部で生成されたと考えられるベータ波ないしローガンマ波成分が現れること、これらの信号が皮質表面を伝わっていく過程では周波数特性が変化しないことを見出した。この結果は生物系および工学系の国内学会で発表し、現在論文投稿中である。前年度に引き続き麻酔ラットに刺激画像を提示した際の大脳皮質の電気活動を、64-ch micro-ECoG法によって視覚領から聴覚領まで同時記録し、得られた応答と提示図形との間の関係を統計的に検討した。その結果、今回検討した三ヶ所の候補の中で、側頭皮質のTeAおよびPRhに図形依存的な応答を示す領域があることが示唆された。これらの応答は局所電位(LFP)のθ帯域およびβ帯域に見られ、霊長類の研究結果との相同性が高かった。しかしながら予備的な処理の結果、麻酔による応答の経時変化が無視できず、頭部固定覚醒動物での記録が好ましいと考えられたので、頭部固定装置を購入し現在頭部固定訓練中である。一方、光遺伝学的手法の準備として、皮質深部における光刺激によって誘発したLFPの伝搬に伴うスペクトル変化を調べた所、水平伝搬は周波数特性が平坦で、垂直伝搬には低域濾波と位相回転、及びβからローγ帯域での信号生成を伴うことが示された。今年度はデータ解析を追加するとともに、ウイルス注入量を1/5にし、深さ方向に多点記録することのできるオプトロードを用いた記録を加え、これらの結果を確認・精密化した。

本研究の目的であるげっ歯類顔領域の特定には至らなかったものの、三ヶ所の候補の中から二ヶ所に絞ることができ、覚醒動物における記録実験を継続すれば本研究の目的に到達できる目処がついた。一方、光遺伝学的刺激実験から局所電位の伝搬についての新たな発見があった。今回刺激した部位は高次領野からのフィードバックを受けることが知られており、垂直方向の伝搬によって信号処理が行われ、皮質領域間の連絡を担う水平方向の伝搬では信号をできるだけ歪まない形になるという皮質信号処理のグランドデザインを示唆するものと考えられる。現在、これらをとりまとめた結果を雑誌投稿中である。本研究の目的であるげっ歯類顔領域の特定には至らなかったものの、齧歯類顔領域の候補三ヶ所の中で、側頭皮質の二ヶ所に図形依存的な皮質脳波応答を示す領域があることが示唆された。これらの応答は局所電位のθ帯域およびβ帯域に見られ、霊長類の研究結果との相同性が高かった。従って、これらの領域がラット形態視領域の候補だと考えられた。また光遺伝学的手法の準備として、皮質深部における光刺激によって誘発したLFPの伝搬に伴うスペクトル変化を調べた所、水平伝搬は周波数特性が平坦で、垂直伝搬には低域濾波と位相回転、及びβからローγ帯域での信号生成を伴うことが示された。「研究実績の概要」で述べたように、本年度および前年度の研究から、皮質脳波の中でもデルタ波およびシータ波と呼ばれる比較的低周波の信号が刺激画像に起因する変動を示し、その値は統計的に有意であることを見出した。これはラット側頭に形態視領域が存在することを示唆する新たな知見であるが、本研究が最終的に目指す顔領域の存在を証明するためには必要条件にすぎず、また、動物個体間での部位のばらつきを現在のところ満足できるほどコントロールしきれていない。一方、光遺伝学的刺激実験の結果から、アルファ帯域からローガンマ帯域での刺激により、局所的な皮質回路の動員がなされることがわかり、顔領域での刺激パラメタを決定する根拠が得られた。以上を総合して「やや遅れている」と判断した。神経科学これまでの研究によってラット形態視領域の最有力候補は側頭皮質であると考えられる。現在のところ十分満足できる結果が得られていないのは、(a)皮質脳波法の空間解像度では拾えないほど特定の形態に応答する細胞集団が小さいか、(b)麻酔の影響によるものだという可能性が考えられる。そこで、研究計画書にあるように、(1)側頭皮質におけるニューロン記録実験、(2)慢性電極を埋め込んだ頭部固定動物による覚醒下での皮質脳波記録実験に移行することを考える。同時に(3)側頭領域における光刺激を行い、形態を視覚的に弁別する能力が影響を受けるか確認する。そのため、多数のニューロン活動を効率良く記録するための刺入型多連電極の購入および現有の頭部固定装置の改良を行う予定である。刺激画像の生成、光遺伝学的技法を含む麻酔下急性実験系の整備、及びラット側頭の形態刺激に対する基礎的なECoG応答の収集を行うことができた。しかしながら、麻酔下急性実験での形態視関連領域の特定には至っていないため、上記判定とした。ラット顔領域の候補となる部位は概ね推定できたものの、特定にまではいたっていない。次年度の効率的な研究のためには刺入型多連電極によるニューロン活動の記録と頭部固定による覚醒下での記録が必要であると考えた。
オリゴ糖鎖担持高分子の保護基フリー水中合成を基盤とするグライコクラスターの創製

生体内の糖鎖は、集合体を形成すること(クラスター化)によって、強い生理機能を発現することが知られている。糖鎖高分子など人工的な糖クラスターはこれまで、単糖や二糖など取り扱いの容易な糖分子を中心に研究が進められ、複雑な構造を有するオリゴ糖鎖を用いた糖鎖高分子の合成はほとんど例がない。本研究では、オリゴ糖鎖を用いて簡便かつ水中で糖鎖高分子を合成する。特に、シアル酸含有N-結合型糖鎖を有するオリゴ糖ペプチドを用いる。得られた糖鎖高分子は、タンパク質などとの結合性評価や生体内糖鎖複合体ミミックの創製へと展開する。
Si一次元鎖を内包したB二十面体網目構造を有するNa-B-Siの熱電特性の解明

本研究では、高温域で使用できる熱電変換材料の開発を目指し、我々が発見した新規化合物Na-B-Siの熱電特性を明らかにすることを目的とした。ホウ素の圧粉体にナトリウムとシリコンの溶液を含浸させて、900°Cで加熱することで、これまで作製が困難であったNa-B-Siのバルク体を作製することに成功した。本試料を用いて熱電特性を評価したところ、温度の上昇とともに熱電性能が高くなることが明らかになった。本研究では、高温熱電変換材料の開発を目指し、新規物質Na8B74.5Si17.5の熱電特性を明らかにすることを目的としている。熱電特性を評価するにあたり、特性測定用のバルク体試料を作製する必要があるが、本化合物は構成元素にNaを含んでいるため高温合成や粉末焼結によるバルク体の作製が困難であった。本研究では、Bの圧粉体にNa-Si融液を含浸させて反応させる融液含浸反応焼結法を用いることで、Na8B74.5Si17.5のバルク体試料の作製に成功した。バルク体が得られたことにより、室温から700°Cまでの電気伝導度およびゼーベック係数を測定することができ、本化合物の高温熱電変換材料としての可能性を見出せた。また、Na8B74.5Si17.5はシリコン(Si)が一次元的に連なった結晶構造を有しているが、このSiの結合状態が異なる新しい結晶相が存在することが示唆されていた。本研究では、合成の際に少量の酸化物を添加することで新規結晶相が生成することを明らかにした。新規結晶相のバルク体試料を作製し、電気伝導度およびゼーベック係数を測定した結果、結晶構造の違いによって電気的特性が変化することを明らかにした。今後は、Na8B74.5Si17.5の構成元素であるNa、BおよびSiの一部を他の元素で置換することで、結晶構造および熱電特性の制御を試みる。また、構成元素や結晶構造の異なるNa8B74.5Si17.5の熱電特性を系統的に評価することで、Na8B74.5Si17.5における熱電特性向上の指針を確立する。本研究では、高温熱電変換材料の開発を目指し、新規物質Na8B74.5Si17.5の熱電特性を明らかにすることを目的とした。本年度は、反応焼結法によって作製したNa-B-Siのバルク体を用いて、本化合物の電気伝導率、ゼーベック係数および熱伝導率を測定し、熱電性能指数ZTを評価した。本化合物では、温度の上昇とともにゼーベック係数が大きくなり、それに伴いZTの値も大きくなることが明らかになった。本化合物は、温度の上昇とともに性能指数が上昇することから、高温熱電変換材料の候補物質として有望であると考えられる。また、Na-B-SiのSiの一部をAlやGeで置換することで、電気伝導率やゼーベック係数などの熱電特性を制御することができた。元素置換に関しては、原料であるNaSiとNaGeの状態図を作成したところ、NaSiとNaGeが全率固溶することが明らかになった。本研究で用いた反応焼結法を、Na-B-Si化合物と同じくNaを構成元素に含むNaB5Cの合成に適応したところ、NaB5Cのバルク体の合成に成功した。この結果より、本手法は、Naなどのアルカリ金属を構成元素に含む化合物のバルク体合成に適した手法であることが実証された。また、反応焼結法によって作製したNa-B-Si化合物のバルク体は高い曲げ強度を示すことが明らかになり、本化合物は、熱電変換材料だけではなく、軽量の構造材料としても応用できる可能性が見出された。研究期間全体を通じて、新規物質Na8B74.5Si17.5の熱電特性を明らかにすることができた。本化合物は、元素置換や結晶構造制御によって、さらに特性が向上することが予想されることから、今後の展開が期待される。材料工学本年度は、新規物質Na8B74.5Si17.5のバルク体を作製し、そのバルク体を用いてNa8B74.5Si17.5の熱電特性を明らかにすることを目的としていた。本研究では、当初の計画通り、融液含浸反応焼結法を用いてNa8B74.5Si17.5のバルク体試料の作製に成功した。得られた試料を用いて、室温から700°Cまでの電気伝導度およびゼーベック係数を測定し、高温熱電変換材料としての可能性を見出した。また、Na8B74.5Si17.5はシリコン(Si)が一次元的に連なった構造を有しているが、このSiの結合状態が異なる新しい結晶相が存在することが示唆されていた。本年度は、この新しい結晶相の合成条件を明らかにし、結晶構造解析を行うことを目的としていた。本研究では、この新しい結晶相が酸素を少量添加することで生成することを明らかにし、現在、結晶構造解析を行っている。

本年度は、研究計画書通り、バルク体の作製、電気的特性の評価、新しい結晶相の作製に成功し、おおむね順調に進展していると思われる。今後は、研究計画書通り、Na8B74.5Si17.5の熱電特性の向上に注力する。具体的には、本化合物の構成元素であるNa、SiおよびBの一部を他の元素によって置換し、電気的特性の制御を行う。また、元素置換により、結晶構造の制御も行う。構成元素や結晶構造の異なるNa8B74.5Si17.5の熱電特性を系統的に評価することで、Na8B74.5Si17.5における熱電特性向上の指針を確立する。得られた研究成果については、随時、論文や特許、また学会での講演発表で公表する。