hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
多様な神経細胞の生み分けに関与する転写因子カスケードの解明

本年度はDNAのアナログであるBrdUを利用し、bHLH型転写因子Olig2とホメオドメイン型転写因子Gsh1に関する遺伝子改変マウスの小脳における神経幹細胞の状態を解析した。これまでは、Olig2やGsh1そのものを神経幹細胞の状態を調べるための指標として用いていたため、これらの遺伝子に関する遺伝子改変マウスでは神経幹細胞の状態を解析することが困難であった。しかしながら、神経幹細胞のBrdU取り込み能と各種抑制性神経細胞の文化の初期段階で発現するマーカー遺伝子を利用することでこの問題を解決した。その結果、Olig2やGsh1に関する遺伝子改変マウスでは発生の各時期におけるプルキンエ細胞と抑制性インターニューロンの産生比率が異常になることが明らかとなった。また、これらのマウスの小脳には構造的な異常が見られていることから、神経細胞全体の総産生数ではなく、各種の神経細胞間の産生比率の異常によって脳の構造異常が起きうるということを本研究では示すことが出来た。また、本年度は、胎生期小脳におけるOlig2の発現様式をこれまでより詳細に解析した。その結果、胎生期小脳においてOlig2はプルキンエ細胞の前駆細胞が神経幹細胞の状態にある時だけでなく、ややプルキンエ細胞へと分化しつつある段階でも発現していることが明らかとなった。この結果は、Olig2がプルキンエ細胞の分化の過程でも何らかの重要な機能を果たしていることを意味している。本年度は、以上の結果をまとめ、2報の論文を国際的な学術雑誌に報告することが出来た。本研究ではこれまでにOlig2とGsh1という転写因子に注目し、小脳の神経細胞の多様性を生み出す細胞生物学的な仕組みを明らかにすることが出来ている。しかしながら、まだこれらの遺伝子の分子生物学的な作用機序については研究の余地を残している。今後はOlig2およびGsh1の下流遺伝子群とその機能を明らかにする必要がある。そのためには、各種遺伝子改変マウスの小脳をサンプルとしたマイクロアレイ解析などを行う必要がある。小脳の抑制性神経細胞を生み出す神経幹細胞のなかにはbHLH型転写因子Olig2を発現するものとしていないものが存在することが当該年度以前の研究で分かっており、Olig2陽性のものはのちにプルキンエ細胞へと特異的に分化することが分かっていた。本年度の研究においては、このOlig2遺伝子のノックアウトマウスの解析と、あらたにOlig2と相補的に発現する転写因子を明らかにしたのでその機能解析を行った。それらの結果から、小脳の神経幹細胞も、大脳と同じように、発生の時間経過が進むにつれて性質が変化し、異なる神経細胞を生み出すようになるという概念的に新たな事実が明らかになった。さらに、神経幹細胞の性質の変化速度がOlig2と上記のOlig2と相補的に発現する転写因子によって制御されていることが明らかになった。本年度の研究結果の中で、神経細胞の運命決定について知るうえで、特に重要だと思われるものはOlig2遺伝子の発現が転写因子Ptflaに依存していることを発見した点である。転写因子Ptflaは小脳の抑制性神経細胞を生み出す神経幹細胞すべてで発現している転写因子だが、なぜか、プルキンエ細胞を生み出す神経幹細胞でのみ、特異的にPtflaはOlig2遺伝子の発現を活性化しており、それ以外の神経幹細胞では活性化させていないことが分かった。このことはOlig2遺伝子座が、プルキンエ細胞を生み出す神経幹細胞でのみなんらかのエピジェネティックな就職を受けていることが期待される。中枢神経系においてOlig2の発現を制御するゲノム上の領域については、いくつかの先行研究が存在するため、それらを参考に研究していくことで神経幹細胞の質的な変化についてより深い議論ができる可能性がある。Olig2などの転写因子の機能についてより深く知るために、その発現パターンをより詳細に解析した。その結果、Olig2は神経幹細胞が盛んに分裂しているときだけでなく、幼弱なプルキンエ細胞がCorl2を発現するようになるまで発現が続く事を明らかにした。このように、Olig2が分裂後の神経細胞においても働いている事を示唆する結果が得られたため、Olig2ノックアウトマウスにおいて、神経幹細胞の状態を調べたところ、予想と異なる興味深い現象が観察された。このノックアウトマウスではプルキンエ細胞の数が減少し、インターニューロンの数が増加する事から、昨年度までに明らかにしたインターニューロンの分化に積極的に関与している因子Gsh1の神経幹細胞での発現が増加している事を予想していたが、実際はその発現領域の拡大は起きていない事が分かった。この結果は、Olig2遺伝子の欠損が神経幹細胞の時間形質には影響を与えることなく、細胞の運命決定に影響を与えている事を意味する。つまり、野生型のマウスでは、プルキンエ前駆細胞の運命はOlig2によってプルキンエ細胞になるよう拘束されているのに対し、Olig2ノックアウトマウスにおいてはその細胞運命の拘束が解かれ、プルキンエ前駆細胞の運命が分化の途中でインターニューロンへと転換してしまっている可能性を示している。Olig2ノックアウトマウスにおけるインターニューロンの増加は特に腹側で顕著であることから、外因性因子の影響を受けて、プルキンエ前駆細胞の運命が変更を受けている事が考えられる。実際、過去に別のグループの研究は、異なるサブタイプのインターニューロンの運命決定は最終分裂の後の周囲環境によって影響を受けている事を示唆している。本研究の結果は、上記の運命決定のルールがOlig2遺伝子を欠損したプルキンエ細胞の運命決定にも適用できる可能性を示している。

本年度はDNAのアナログであるBrdUを利用し、bHLH型転写因子Olig2とホメオドメイン型転写因子Gsh1に関する遺伝子改変マウスの小脳における神経幹細胞の状態を解析した。これまでは、Olig2やGsh1そのものを神経幹細胞の状態を調べるための指標として用いていたため、これらの遺伝子に関する遺伝子改変マウスでは神経幹細胞の状態を解析することが困難であった。しかしながら、神経幹細胞のBrdU取り込み能と各種抑制性神経細胞の文化の初期段階で発現するマーカー遺伝子を利用することでこの問題を解決した。その結果、Olig2やGsh1に関する遺伝子改変マウスでは発生の各時期におけるプルキンエ細胞と抑制性インターニューロンの産生比率が異常になることが明らかとなった。また、これらのマウスの小脳には構造的な異常が見られていることから、神経細胞全体の総産生数ではなく、各種の神経細胞間の産生比率の異常によって脳の構造異常が起きうるということを本研究では示すことが出来た。また、本年度は、胎生期小脳におけるOlig2の発現様式をこれまでより詳細に解析した。その結果、胎生期小脳においてOlig2はプルキンエ細胞の前駆細胞が神経幹細胞の状態にある時だけでなく、ややプルキンエ細胞へと分化しつつある段階でも発現していることが明らかとなった。この結果は、Olig2がプルキンエ細胞の分化の過程でも何らかの重要な機能を果たしていることを意味している。本年度は、以上の結果をまとめ、2報の論文を国際的な学術雑誌に報告することが出来た。本年度では、まだOlig2の具体的な下流遺伝子の同定には至っていないが、ノックアウトマウスの解析から、その生理的な機能を明らかにしたほか、相対する機能を持つ転写因子の存在を明らかにしたため、この評価にした。Olig2の機能や発現パターンの解析から、神経細胞の運命決定様式について、新たな研究の切り口を見いだした。今後、Olig2の下流遺伝子を明らかにする事で、その具体的な分子機構が明らかになることが期待できるため、この評価とした。本研究ではこれまでにOlig2とGsh1という転写因子に注目し、小脳の神経細胞の多様性を生み出す細胞生物学的な仕組みを明らかにすることが出来ている。しかしながら、まだこれらの遺伝子の分子生物学的な作用機序については研究の余地を残している。今後は、当初の計画通り、Olig2の下流遺伝子の同定とその発現パターンの解析を行うほか、タイムラプスイメージングの計を確立し、それらの発現の時系列を明らかにしていく予定である。そのほかに、新たな課題としてOlig2の発現がいったいどのようにして制御されているのか、幹細胞の性質の時間変化の速度はどのようにしてOlig2によって制御されているのかを解析していく。これらについては、Olig2の下流遺伝子の小脳での過剰発現実験を行うほか、時期特異的なChIP-Seqを行うなどして、Olig2遺伝子座の修飾状態の変化を調べるなどして対応していく予定である。次年度はOlihg2の下流遺伝子群を明らかにする。中でも、環境感受性を決めている各種受容体などに着目し、その機能などについて明らかにしていく。
東および東南アジア諸国のインフレターゲティング

本年度は日本のデータを用いて仮想的なインフレターゲティングの効果について検証した。手法は以下の通りである。1)開放経済に拡張したDSGEモデルを構築する。2)GDP、生産者物価インフレ率、短期金利の3変数からなるS-VARモデルを推定する。3)理論モデルとS-VARモデルの予測力が等しいと仮定し、構造パラメータおよびショックプロセスを推定する。4)理論モデルの予測力をP-ACFおよびインパルスレスポンスで確認する。5)理論モデルの予測力が相当高いことを確認した上で、4つの仮想的な金融政策、つまり生産者物価インフレターゲティングおよび消費者物価インフレターゲティングそれぞれの公約および裁量解について3変数の歴史的なパス、インパルスレスポンスを導出する。6)GDPおよびショックプロセス、構造パラメータを用いてGDPギャップを求め、社会損失を推計し、それぞれの政策の評価を行う。得られた結論は以下の通りである。1)4つのケースいずれのケースもたらす社会損失は1993年以降実際に採用された政策がもたらした社会損失を下回った。2)中でも公約された消費者物価指数インフレターゲティングが最も社会損失を小さくする。3)最適な金融政策ルールは優位に歴史依存的であり、推定された金融政策は決して歴史依存的ではない。4)消費者物価指数インフレターゲティングは交易条件を安定化させることでインフレ率のみならずGDPギャップをも安定化させる。先行する理論研究は開放経済を謳いながら交易条件のチャネルを消去しているため、生産者物価インフレターゲティングが好ましいとの結論を導いている。7)財間の代替弾力性が高まるとインフレのボラティリティが高まり、社会損失を増大させる効果を有する。本年度ではインフレターゲティングに関する理論的および実証的分析を行った。まず第一に、近年先進国のみならず、東アジア若しくは東南アジアのようなエマージングマーケット諸国でも見られる市場別価格設定行動が見られる経済での政策目標として好ましいインフレ率の選択に関して理論的分析を試みた。この研究では、動学的確立的一般1均衡モデル(Dynamic Stochastic General Equilibrium Model, DSGE)をニューオープンエコノミーマクロ経済学(New Open Economy Macroeconomics, NOEM)タイプのモデルに拡張された市場別価格設定行動を仮定した2国モデルを構築し、生産者物価インフレターゲティングと消費者物価インフレターゲティングの2つの政策の産出およびインフレへの影響を分析した。先行研究では生産者物価インフレターゲティングがインフレと産出のトレードオフの解消の観点から望ましい政策であることが示されているが、本分析では市場別価格設定行動の下では消費者物価インフレターゲティングが望ましいことが示された。次いで、小国開放経済を仮定したDSGEモデルを伝統的なS-VARモデルとを結合し、仮想的な政策シミュレーションを行い、日本での仮想的なインフレターゲティングの導入の効果を検証した。理論分析が指摘しているように、過去10数年間に渡り、インフレターゲティングが導入されていれば、経済厚生は著しく改善していたことが日本のデータでも示された。また、先行する理論分析で仮定されている対数効用関数、自国財と外国財の完全代替性の仮定を緩めた上で実証分析に臨んだことで、よりパラメータの制約が緩い経済では、生産者物価指数ではなく消費者物価指数ベースのインフレ率をターゲットにすることがより経済厚生を高めることが示唆された。
時間制約を考慮した通信プロトコルの等価性検証アルゴリズムの開発に関する研究

一般に通信プロトコルの要求仕様には各処理(イベントと呼ぶ)の実行開始時間や終了時間,タイムアウトの発生時間等の“時間制約"が記述されている場合が多い.しかし,実現の際にはハードウェアや通信回線の性能等の制約から要求仕様に書かれた時間制約を変更したい場合がある.ところが,これらの時間制約を変更すると,要求仕様では実行可能であったイベント系列が実行可能になったり,逆に要求仕様では考慮していないイベント系列が実行不可能になる等もとの要求仕様との等価性が保証されなくなる場合がある.このため,時間制約を変更した場合に等価性(“双模倣等価性"と呼ばれる)が保証されるかどうかを判定出来ることが望ましい.本研究では,ISO(国際標準化機構)において通信プロトコルの形式記述言語として標準化されたLOTOSに時間制約を簡便に記述するための機能を付加した新しい言語LOTOS/Tを提案し,LOTOS/Tで書かれた2つの仕様の等価性を判定するアルゴリズムを考慮したる.取り扱う時間制約は,線形不等式の理論結合で記述できるクラスに限定し,線形計画法の手法を用いて等価性の判定を行っている.また,考慮した方法に基づいて等価性の判定を行う処理系を作成し,時間制約の異なる2つのリアルタイムシステムのLOTOS/T仕様の等価性を作成した処理系を用いて機械的に判定することにより,提案した手法の有効性を評価・検討した.これらの結果は,1993年10月に米国Bostonで行われたIFIP主催の第6回形式記述技法に関する国際会議(the 6th IFIP Int. Conf. on Formal Description Techniques)で発表した.一般に通信プロトコルの要求仕様には各処理(イベントと呼ぶ)の実行開始時間や終了時間,タイムアウトの発生時間等の“時間制約"が記述されている場合が多い.しかし,実現の際にはハードウェアや通信回線の性能等の制約から要求仕様に書かれた時間制約を変更したい場合がある.ところが,これらの時間制約を変更すると,要求仕様では実行可能であったイベント系列が実行可能になったり,逆に要求仕様では考慮していないイベント系列が実行不可能になる等もとの要求仕様との等価性が保証されなくなる場合がある.このため,時間制約を変更した場合に等価性(“双模倣等価性"と呼ばれる)が保証されるかどうかを判定出来ることが望ましい.本研究では,ISO(国際標準化機構)において通信プロトコルの形式記述言語として標準化されたLOTOSに時間制約を簡便に記述するための機能を付加した新しい言語LOTOS/Tを提案し,LOTOS/Tで書かれた2つの仕様の等価性を判定するアルゴリズムを考慮したる.取り扱う時間制約は,線形不等式の理論結合で記述できるクラスに限定し,線形計画法の手法を用いて等価性の判定を行っている.また,考慮した方法に基づいて等価性の判定を行う処理系を作成し,時間制約の異なる2つのリアルタイムシステムのLOTOS/T仕様の等価性を作成した処理系を用いて機械的に判定することにより,提案した手法の有効性を評価・検討した.これらの結果は,1993年10月に米国Bostonで行われたIFIP主催の第6回形式記述技法に関する国際会議(the 6th IFIP Int. Conf. on Formal Description Techniques)で発表した.
微生物のセロビオース及びセロデキストリンフォスフォリラーゼに関する研究

近年様々なオリゴ糖に対する関心が高くなってきている、セロオリゴ糖は未開発なオリゴ糖の一つである、C.thermocellumのセロビオースホスホリラーゼ(CBPase)およびセロデキストリンホスホリラーゼ(CDPase)の加リン酸分解の逆反応を利用すると、グルコースとグルコース1リン酸からセロオリゴ糖が合成できるのことが分かった。本研究において、これら酵素の生産性の改良と、構造の検討を目的として両遺伝子のクローニングを計画、実施した。クロストリジウムの菌体内から精製した両酵素をトリプシンで消化し、各ベプチドのアミノ酸配列を決定した。この配列からCBPaseに対するプローブ1種類とCDPaseに対するプローブ2種類を設計した。合成プロープを用いてCBPase遺伝子のクローニングを行なった。ゲノムのザザンプロッティングにより、ハイブリッド形成する制限酵素消化断片をpUC18に挿入し、大腸菌DH5αを形質転換した。ゲノムライブラリーをコロニーハイブリダイゼーションによって検索した結果、Hid III断片が挿入された12個のコロニーを得た。しかし、このプラスミド断片内に一般的な制限酵素サイトは存在しなかった。同様な手法でDCPase遺伝子のクローニングを行った。Hind III消化断片(1.5Kb付近)から得たゲノムライブラリーからコロニーハイブリダイゼーションによる検索を行い、24個のコロニーを得た。これらが保持しているプラスミドの制限酵素地図から、すべてに同じDNA断片(1.5kb)が挿入されていることが分かった。現在この断片の塩基配列を決定中である。セロビオ-ス及びセロデキストリンフォスフォリラ-ゼの酵素の諸性質の解明とその応用を目的としてまず、セロビオ-スフォスフォリラ-ゼ生産菌の検索を行い、1細菌の分離(エルビニア属)に成功し、その酵素の性質の解明を行った。ついで、クロストリジウムサ-モセラムのセロビオ-ス及びセロデキストリンフォスフォリラ-ゼノ精製を行い、酵素の諸性質も明らかにすることができた。本研究は以上の成果の上にたち、これらの酵素遺伝子のクロ-ニングを行い、酵素を大量に生産する系を構築し、酵素の利用を目的として計画されたものである。クロストリジウムサ-モセラムの菌体内抽出液からセロビオ-ス及びセロデキストリンフォスフォリラ-ゼを各種カラムクロマトグラフィ-により精製した。ついで、これらのN末端付近アミノ酸配列をアミノ酸シクエンサ-で分析したところ、約40残基の配列を決定することができた。これをもとにして合成DNAプロ-ブをつくり、常法に従い遺伝子のクロ-ニングを行ったところ、3株の陽性株がとれた。しかし、塩基配列を調べたところ、プロ-ブ部分とは一致するが、他の部分の配列が一致せず目的の遺伝子ではないことが判明した。そこで現在、酵素蛋白をプロテア-ゼ等で断片化して、そのペプチドを高速液体クロマト等で純化し、それらのアミノ酸配列を調べている。この結果を利用して新たなプロ-ブを作り、遺伝子のクロ-ニングを行おうとしている。
光反応性修飾基を用いた蛋白質の構造制御と機能制御

タンパク質やペプチドは生体内の様々な所で機能性物質として働いており、これらの分子の立体構造を制御できれば、その技術はバイオテクノロジー、薬学など様々な分野に利用できる。しかし、タンパク質やペプチドの構造を生体内で高い空間分解能と時間分解能で制御する有効な技術はない。以上の現状をふまえ、受入研究者は種々のタンパク質やペプチドに広く応用できる手法として、光反応性修飾基をタンパク質やペプチドに導入し、光でタンパク質やペプチドの立体構造を制御する全く新しい研究手法を提案している。本年度は、2つの金属サイト間の距離を光で制御することによって、DNA切断活性を光制御した。CysGlyペプチド銅錯体をアゾベンゼンで連結させた光反応性銅ペプチドを合成した。光反応性銅ペプチドのアゾベンゼン部位は355nmの光を照射するとシス型、430nmの光を照射するとトランス型になり、このシス-トランス異性化反応が可逆的に起こることを吸収スペクトル、NMRスペクトルにより確認した。光反応性銅ペプチドのシス体とトランス体によるプラスミドDNA切断活性を比較したところ、トランス体では60分経ってもスーパーコイル型DNAはほとんど切断されなかったが、シス体では反応開始10分後からDNAが切断され、損傷型DNAの生成が確認された。これらの結果より、アゾベンゼン連結ペプチド銅錯体ではシス体の方がトランス体よりもDNA切断活性が高く、金属錯体によるDNA切断活性が光制御できた。蛋白質は生体内の様々な所で機能性物質として働いており、蛋白質の立体構造を制御できれば、その技術は様々な分野に利用できる。しかし、蛋白質の構造を、生体内で高い空間分解能と時間分解能で制御する有効な技術はない。以上の現状をふまえ、受入研究者は、種々の蛋白質やペプチドに広く応用できる手法として、光反応性修飾基を蛋白質に導入し、光で蛋白質やペプチドの立体構造を制御する全く新しい研究手法を提案している。本年度は、ヘムを含み、αヘリックス構造を有するミオグロビンを取り上げた。まず、光反応性修飾基をミオグロビンに挿入できるように、遺伝子工学的手法を用いてミオグロビンにシステイン残基を挿入した。次に、挿入したシステイン残基の側鎖を光反応性基である4,5-dimethoxy-nitorbenzyl基で化学修飾した。得られた修飾ミオグロビンの構造が、修飾によりどの程度不安定し、その立体構造がどの程度崩れているかを、変性剤などを用いて吸収及びCDスペクトルにより調べたところ、ミオグロビンへ導入したシステイン残基を修飾しても蛋白質の立体構造がほとんど変化しないことが解った。そこで、光応答性を有する新しい修飾基を蛋白質やペプチドに付加し、新規光応答性蛋白質やペプチドを新たに作成することにし、そのための修飾基を合成した。今後、この修飾基を用いて、蛋白質やペプチドを修飾する予定である。
若年婦人における卵巣機能の骨代謝への影響とその治療に関する研究

我々はこの3年間で、卵巣機能が骨代謝にどの様な影響を及ぼしているかを検討し、以下の結果を得た。1.検討項目:(1)骨塩量測定法の検討ーMD法・QCT法・二重光子吸収法(DHA)・デュアルX線骨密度測定法(DEXA)の検討、(2)正常婦人の骨量、骨代謝物質の測定、(3)閉経前婦人の両側卵巣摘出後の骨量の変化ー正常婦人・エストロゲン補充療法・非補充療法婦人の比較、(4)加令の骨量への影響ーラットによる実験、(5)正妊婦・褥婦の骨量、骨代謝物質の測定、(6)放射線療法の骨量ヘの影響、(7)治療法の検討、2.成績:(1)MD法、QCT法よりも、DHA法による腰椎骨骨量測定がよい。DEXA法による橈骨骨量測定は骨量のスクリ-ニングには有用である。(2)骨量は20歳までは急速に増し、20歳から40歳までは変化は見られない。45歳頃から減少しはじめ閉経を境にさらに減少する。ALPやオステオカルシンが45歳以降増加しており、骨代謝が亢進していることを示した。(3)去勢を受けても30歳代までは骨量の減少は見られない。40歳代までは非治療群が治療群や対照群の2倍の骨量減少を示した。(4)8ー16週令ラットでは去勢群でも骨量の減少はなかった。これは骨形成が盛んなために骨吸収を上回っているためである。24週以降では骨量は減少した。(5)妊娠中の骨量減少は見られなかった。産褥6カ月では授乳婦は6.5%の骨量減少があり、1年後も回復していなかった。(6)放射線治療法後の骨量は5年後も影響が見られた。(7)エストロゲンの經皮投与が有用であった。3.結論:骨量は40歳代から減少すること、また去勢若年婦人の最大骨量を増やすために、早期よりエストロゲン補充療法が必要である。今回、私達は若い人工閉経後婦人、および卵巣機能不全婦人を対象に骨質量と骨代謝の経時的変化について検討し、その対策も検討した。対象は、悪性腫瘍後、卵巣摘出群47名(30才代20名、40才代27名)、無月経群24名(平均28.8才、治療群11名、無治療群5名、追跡不明8名)とし、血中estrogen、calcitonin、testosteron、PTH、ALP、P、Ca1.25(OH)_2P_3を測定し、骨質量については、MD法とCTスキャン法(第3腰椎海綿骨骨量測定)を用いた。その結果、外科的去勢による骨質量の変化は、MD法では、30才代(Normal群、平均33.6才)に比較して去勢後01年、23年、46年群では有意な変化(骨質量の減少)を認めなかったが、40才代(Normal群、平均44.2才)では、去勢後01年群(平均46.7才)23年群(平均45.8才)は、減少傾向を認め46年群(平均44.3才)は、有意な減少(骨質量の低下)を認めた。

つまり、年令が同一であっても骨質量の低下していることは、卵巣全摘の影響(estrogen低下)があったと考えられる。血液生化学的検査結果によると、卵巣摘出群は、対照群に比べ、estrogenは有意に低値かつ、骨吸収を抑制すると言われているカルシトニン(CT)も有意に低値であった。一般にestrogenがCTの分泌にも影響すると言われていることを証明したことになる。CTスキャン法と、MD法の各parameterとは、かなりよい相関を認めたため、スクリーニングとしてはMD方が有用で、さらに詳細な検討を要する時は、CTスキャン法がさらに有用であると思われる。卵巣摘出(卵摘)を受けた婦人について、【○!1】Osteocalcinの骨代謝指標としての意義、【○!2】治療群(エストロゲン、VD投与)と非治療群の骨質量の経年変化、【○!3】エストロゲンの経皮的投与法の有用性、について検討した。(1)Osteocalcinを他の9種類(Ca、P、ALP、CT、E_1、E_2、A、DHEA-S、T)の骨代謝指標とともに測定した。対照の81名(3060歳代)、卵摘を受けた患者19名(3545歳)を対象とした。骨質量はMD法にて測定した。その結果Osteocalcinは40歳代の月経不整群(平均46歳)が月経整群(46歳)に比較し上昇傾向を示し、閉経後1年未満群が有意に上昇し(P<0.05)それ以降は低下傾向を示した。卵摘群では、Osteocalcinが去勢後約2年で有意に上昇し(P<0.001)、骨質量は去勢後5年で有意な低下(P<0.005)を認めた。これらのことから骨質量変化以前にOsteocalcinが上昇することが明らかとなった。特に今まで報告のなかった外科的去勢群で顕著であることが判明した。これらから予防策を取るべきことが示唆された。(2)卵摘群10例の骨質量が治療および未治療によって2年間どのように変化するかをQCT法にて対照群と比較した。その結果、対照群の2年間の骨質量減少が-8.68mg/cm^3に対して、卵摘治療群は平均-12.19±4.7mg/cm^3、卵摘未治療群は平均-24.59±8.5mg/cm^3であった。このことは卵摘が骨質量減少に著しい影響を及ぼしており、予防的治療が必要なことを示した。しかし、慢然とした治療ではなく、患者の意識を向上させ、積極的に予防に立ち向わせることが必要であることも認識された。(3)最近注目のE_2経皮吸収剤の骨代謝への影響を検討した。卵摘を受けた8名(平均37.5歳、卵摘後2.6年)を対象にE_22mg含有経皮吸収剤を隔日又は2回/週6ケ月間貼付した。その結果PTH抑制、CT促進などの改善が認められ、また骨質量も増加した。E_2経皮吸収剤は血中濃度維持が容易、肝への影響少ないことなども加えて、骨粗鬆症への有用性が示唆された。目的:2年間の検討で,卵巣摘出婦人の骨量の減少は20歳代から30歳代までは認められず,40歳代では明らかに認められたことから,加令が影響していることが考えられる。そこで今年度は(1)去勢ラットによる加令の骨量・骨代謝への影響を観察した。さらに(2)若年婦人でカルシュウム(Ca)喪失が甚だしい妊産褥婦における骨量・骨代謝について検討した。また,(3)骨量測定装置の進歩により,精確な骨量が測定できるようになったが,スクリ-ニングにはどの測定方法がよいかを検討した。成績:(1)去勢ラット8週令では骨量は4.4%増え,16週令では去勢前と同じ,24週令で7.9%,32週令で11.8%減少した。非去勢ラットではそれぞれ18.4%増,12.4%増,0.6%減,7.7%減であった。すなわち,若年婦人では骨形成が盛んであり,見掛け上骨量の減少が見られないだけであり,最大骨量を増やすためには両側卵巣摘出した時点から,エストロゲン補充療法をする必要があるといえる。また40歳代では骨形成能が低下し骨吸収が優位であり,骨量減少への対策がさらに必要である。
妊娠期・授乳期におけるダイエットと母子の健康

近年、若い女性の間では必要以上のやせ願望があり、ダイエットをする傾向が多くみられる。妊娠期および授乳期にエネルギーのみを15%、30%、50%の3段階で制限した場合、または、妊娠期、授乳期に食餌量全体を30%制限した場合に食餌中のタンパク質の違いが、母体と子の発育にどのような影響を及ぼすかについて、ラットを用いて明らかにすることを目的とした。タンパク質源としてカゼインと分離大豆タンパク質(SPI)を用いた。得られた結果は以下のとおりである。エネルギーのみを制限した場合、子に対する影響は新生子では、30%と50%制限群に発育の遅れがみられた。離乳子ではすべての制限群で発育の遅れが認められ、制限の割合が大きい群ほど発育の遅れは大きくなった。また、母体に大きな負担をかけることが明らかとなった。生後5週齢子においては、50%制限群に発育の遅れが認められた。このことより、15%、30%のエネルギー制限であれば、離乳後に発育の遅れを取り戻す可能性があるが、50%制限の場合はその後も影響が残るのではないかと考えられる。食餌量全体を30%制限した場合、妊娠期のみの影響では、制限群において母体の体重増加量が低下したが、新生子ではSPI食の場合にのみ制限群の発育が低下した。引き続き授乳期に30%制限を行った場合には、母体と離乳子への影響が大きくみられた。摂取タンパク質の違いによる差は、自由摂取の場合でもみられ、食餌制限により、一層顕著になった。このことより、妊娠期、授乳期にダイエットと並行して大豆製品のみをタンパク源とすることは、子の発育の遅れ、学習能力への影響が考えられる。特に授乳期においては、動物性タンパク質比率50%を目安に摂取することが必要である。妊娠期と授乳期においてエネルギー制限によるダイエットを行った場合、母子にどのような影響を及ぼすかを明らかにすることを目的とした。ラットの妊娠期および授乳期にエネルギーのみを15%、30%、50%の3段階で制限した場合に、母体については妊娠維持や分娩が可能なのか、さらに、子については離乳まで生存が可能なのか、新生子と乳子、離乳後の5週齢子の発育に及ぼす影響を検討した。カゼイン20%食にメチオニンを添加した食餌を対照群(C群)とし、エネルギーのみを15%制限した群をR15群、30%制限した群をR30群、50%制限した群をR50群とし、各々の食餌を妊娠期・授乳期を通して投与した。得られた結果は以下の通りである。すべての群において妊娠維持、分娩、離乳までの哺育は可能であった。母体への影響は、妊娠期においては、母体への蓄積量(分娩直後の体重-妊娠初体重)はC群、R15群、R30群にはみられたが、R50群ではマイナス量であった。授乳期にも引き続きエネルギー制限を続けると、全ての制限群で体重や肝臓重量が減少し、母体に大きな負担をかけることが明らかとなった。子に対する影響は新生子では、R30群、R50群に発育の遅れがみられた。離乳子ではすべての制限群で発育の遅れが認められ、制限の割合(%)が大きい群ほど発育の遅れは大きくなった。離乳後の5週齢子においては、R50群に発育の遅れが認められた。

近年、若い女性の間では必要以上のやせ願望があり、ダイエットをする傾向が多くみられる。妊娠期、授乳期の食餌制限と、食餌中のタンパク質の違いが、母体と子の発育にどのような影響を及ぼすかについて、ラットを用いて明らかにすることを目的とした。タンパク質源としてカゼインと分離大豆タンパク質(SPI)を用いた。12週齢のWistar系ラットを、妊娠確認後4群に分けた。カゼイン20%食自由摂取群(C群)、C群摂取量の30%制限群(CR群)、SPI20%食自由摂取群(S群)、S群摂取量の30%制限群(SR群)とし、各々の食餌を妊娠期・授乳期を通じて6週間投与した。得られた結果は以下のとおりである。妊娠期のみに食餌量を30%制限した場合、制限群において母体の体重増加量が低下したが、新生子ではSPI食の場合にのみ、制限群の発育が低下した。このことより、妊娠期では、タンパク質の質を考慮した食餌制限であれば、母子への影響は少ない。引き続き授乳期に30%制限を行った場合には、母体と離乳子への影響が大きくみられた。摂取タンパク質の違いによる差は、自由摂取の場合でもみられ、食餌制限により、一層顕著になった。すなわち、母体の肝臓中総DNA量が、SR群ではCR群より有意に低下し、離乳子の体重、臓器重量は、S群がC群より有意に低くなった。母乳の成分は、制限群がタンパク質濃度では高く、逆に水分では低い値を示した。このことより、妊娠期、授乳期にダイエットと並行して大豆製品のみをタンパク源とすることは、子の発育の遅れ、学習能力への影響が考えられる。特に授乳期においては、動物性タンパク質比率50%を目安に摂取することが必要である。
絹織物の三次元風合測定法に関する研究

絹織物のマクロな三次元垂下形状と、織物に接触したときの比較的ミクロな接触面積の状態を測定する装置の開発・改良を行った。(1)織物の三次元垂下形状の測定装置の開発:DN3000(YHPアポロ社製ワ-クステ-ション)を中心にレ-ザ測長器、パルスモ-タ、回転台、A/Dコンバ-タ等を組み合わせて三次元測定装置を作成した。まず測定対象布を載せた台を測定系の中心に置き、この私をステップモ-タにより一定角度で回転させると共に、各角度毎のレ-ザ測長器からの距離をコンピュ-タに取り込んだ。これを1回転行うことにより、高さZ_0の時の布の1周分の位置が測定できた。測長器の位置を1回転毎に上下方向にΔZ移動させ、布の高さHについてこの操作を行うことにより、布の表面の位置情報を収集することができた。この装置は、時間がかかるが精度よく布の形状を測定することができた。また、迅速に布の三次元形状を測定するために両眼立体視の原理による三次元測定装置の開発も行った。2台のTVカメラを上記測定台の同一円周上に中心角60度で、中心に向けて配置し布の表面画像をそれぞれ取り込む。この布には、ランダムドットパタ-ンが投射されていて、両方のTVカメラから取り込まれた布の対応点が検出しやすくなっている。両画像間のパタ-ンマッチングのアルゴリズムを開発し対応点の検出により三角測量の原理で三次元形状の測定ができた。しかし測定精度上の問題があり、今後の課題である。(2)織物の接触状態の測定装置の改良:従来我々が開発してきた布の表面接触状態の測定装置の改良を行った。従来の金属顕微鏡を実体顕微鏡に変えることによりより高倍率で広い視野の布の接触状態の画像を得ることができた。これにより絹のような細かな繊維の接触画像を解析することが可能となった。
十二指腸内視鏡的粘膜下層剥離術後の穿孔予防を目的とした細胞シート移植治療の開発

【平成30年度実施状況概要】本研究の目的は、十二指腸粘膜下層剥離術(以下:ESD)後の合併症である十二指腸穿孔に対して自己由来筋芽細胞シート移植により予防可能か大動物を大用いて検証し、新たな予防・治療法を構築することである。平成30年度は主に十二指腸ESDモデルの作製と筋芽細胞シートの培養法の確立を行った。【十二指腸ESDモデル作製】メスの家畜ブタを用いて実験を行った。ブタの十二指腸は後腹膜に固定されておらず、内腔も狭い上に菲薄であるため内視鏡単独でのモデル作製は手技的に困難であった。内視鏡を用いず直視下に十二指腸粘膜を剥離するモデルや、胃に穴を開けて内視鏡を挿入し十二指腸ESDを行うモデルなど様々な方法でモデル作製を試みたが、十二指腸ESDを完遂し術後高頻度で穿孔性腹膜炎を来すモデルには至らなかった。最終的には開腹手術と内視鏡手術を併用したモデルにより、上記条件を満たす動物モデルを作製した。【筋芽細細胞シート培養方法確立】ブタの下肢の横紋筋から採取し分離した細胞はFACSでCD56陽性細胞の割合が中67.23±6.9%(テルモ社ハートシート基準:60%以上)、分化誘導実験でフュージョン能があること、筋芽細胞の分化マーカーの発現を確認したため、筋芽細胞として矛盾しない結果であった。また分離した細胞が創傷治癒を促進するサイトカインの遺伝子を発現していることを確認した。シート状に回収した筋芽細胞シートは3.5cm dishで培養したものが直径1.5cm、6.0cm dishで培養したものが直径2.5cm、厚さが約100&micro;mであり移植可能な筋芽細胞シートの作製に成功した。大動物を用いて十二指腸ESDモデルおよび筋芽細胞シート作製に成功した。今後は上記モデル動物に筋芽細胞シートを内視鏡的に移植を行い、穿孔予防可能か検証を行う方針である。ブタ十二指腸ESDモデル作製に時間を要したこともあり、細胞シート移植実験および内視鏡用細胞シート移植デバイス開発が行えていないため。平成31年度は内視鏡下に細胞シート移植を行うべく、内視鏡下移植デバイス開発を早急に進める。
周術期せん妄と睡眠時間の関連について

睡眠効率とせん妄の発症の関係を調査することが研究の主目的であるが、睡眠効率を計測するための非接触型モニターの臨床応用化をさらに進めた。本研究に先立って、共同研究者の研究チームで実際に健康ボランティア及び緩和ケア病棟の患者に装着し、非接触型モニターを用いて呼吸数、心拍数、睡眠、体重などを計測できるかについてデータ採取した。既存の接触型モニターと比較して孫色なく計測できることを確認し、健常ボランティアのデータに関しては論文掲載予定である。呼吸数・体重は正確に測定できたが、睡眠時間、睡眠効率についてはさらなる波形の解析を継続し実臨床での応用に向けてデータ解析中である。当初、研究に用いる予定であったアクチグラフは前腕に装着して睡眠効率を計測するモニターであるが、周術期は静脈路などによって行動が制限されるため正確に計測できない可能性があった。非接触型モニターを用いることでその問題点を解決できるの可能性がある。またもう一つの問題点であるせん妄の診断には簡易型のCAM-ICUでの診断がDSMVやCAMーICUとせん妄を診断できることが他の研究でも報告され、本研究でもそちらを用いることとなった。また本研究においてはせん妄リスクスコアを日本語版にしたものも同時に術前にスコアリングすることでその有用性についても調査する。研究に用いる非接触型モニターの準備が昨年度までに完了し、本年度から術後患者に装着して研究開始予定である。術後患者に装着し、せん妄発症患者と非発症患者での睡眠効率の違い、また睡眠パターンの違いを明らかにすることでせん妄発症のメカニズム解明や治療・予防に新たな方法を提供できるか模索する。近年高齢者に対しても侵襲性の高い外科治療が積極的に行なわれているが、術後せん妄が発生した場合、他の術後合併症併発率の上昇、術後の回復遅延による入院期間延長、死亡率増加などが明らかとなり、安全かつ適切な外科治療を妨げている。本研究では、睡眠時間とせん妄の関連性に注目し、客観的に評価された睡眠時間や睡眠パターンによる術前予測、これらを改善させる可能性のある介入の効果を前向き評価するものである。<研究1>として睡眠時間と術後せん妄の関連性を調べる研究を行うに当たって当該年度はまず院内でのせん妄評価の現状、現段階での病棟や部署ごとの対策などについて評価した。スケールを用いてせん妄評価を行っている病棟は少なく、せん妄対策もマニュアル化されたものはなかった。また院内で使用しているスケールに統一されたものがなかったため、統一スケールの決定、マニュアル作成を行った。集中治療領域で使用されているCAM-ICUスケールは国際的に使用が推奨されているが、やや煩雑であるため、より簡便にしたCAM-ICUスケールと他のリスクスコアを併用することで全入院患者のせん妄リスク、せん妄発症を把握するように医師だけではなく他の医療従事者と情報を共有するシステムを作成した。今後は作成したマニュアルを使用してせん妄評価を行い、周術期患者における睡眠時間とせん妄発症の関連を調べる研究を進める。せん妄スケールの統一化がされていなかったことからすぐに研究を開始することができなかった。そのため、当該年度はせん妄スケールの作成、院内で使用するためのマニュアルを他部署とも共有し、研究を開始する土台作成に専念した。また同時にアクチグラフで睡眠時間を計測する予定であったが、周術期の患者では点滴などのためにアクチグラフでは測定に制限があるため、非接触型モニターを新たに開発中である。それを用いて今後の研究を進める予定である。せん妄は入院中の合併症の主要なものの一つで特に高齢者に多く術後の患者回復に大きく関係しているせん妄への理解は過去10年ほどで目覚ましく深まっており、全身的な合併症として医療における位置づけも重要性が増している。術後せん妄はICUせん妄と同一の病態ではない可能性も示唆される一方で、他の術後合併症併発率の上昇や死亡率を上昇させることが知られている。国内においてはせん妄全体への医療者の理解は以前と乏しいのが現状でる。術後せん妄と睡眠時間の相関を明らかにすることで対策ガイドラインの制定や予防法の確立などが本研究の目的でる。昨年度までにせん妄のリスク評価のためのスケールと実際にせん妄を発症しているかを判断するためのスケールを研究のために病院内でガイドライン化し、全職員が共有できるように簡易化することを研究協力者とともに行った。そうすることで今後の研究を円滑に行えるように準備が整った。またせん妄に対する医療者の理解が乏しいことも問題点の一つであったが専門家によるセミナーなどを通し、実際に線もスケールを用いる看護者における意識を高めることもできた。同時に睡眠時間を計測するために当初予定していたアクチグラフではなく非接触型モニターで行うために一昨年度より取り組んでいたが、健常人でのデータを収集することができた。睡眠時間が正確に計測できるか、データを解析中であり、正確性が確認でき次第、今年度より実際の患者でのデータ収集できる体制となっている。せん妄のスケールの統一化を院内で図るために、他職種との連携が必要で決定に時間を要した。また非接触型モニターの開発に時間を要しており、実際のデータを収集するに至っていないため。周術期せん妄を院内で統一したスケールで診断するためにせん妄スケールをCAM-ICUを用いることに決定した。また新たなリスクスコアを作成し、せん妄ハイリスク患者を抽出することにした。新たなリスクスコアでハイリスクな患者のせん妄発症率を調査するために他の研究がおこなわれている。それによってハイリスク患者が抽出できるようになればより効率的に研究を行うことができる。

リスクスコアは日本においては初めて用いられるものであり、研究途中なのでデータを示すことはできないが新たな知見が得られるものと思われる。また周術期せん妄と睡眠時間の関連を調査することが研究の目的であるが、睡眠時間の計測のためにアクチグラフを用いることになっていたが、周術期においてはアクチグラフで睡眠時間を計測することは制限があることが判明した。アクチグラフの代替えとして非接触型ベットセンサーを用いることとした。ベットセンサーでは現段階で患者の移動・心拍・呼吸数などが計測できるようになったが、睡眠時間もおおよそでは判断できるが、当初予定していた睡眠効率といった形ではデータがまだ取り出せない状況である。緩和病棟の患者でまずはデータを採取し、睡眠効率の測定、睡眠時間とせん妄の関係を調査し、計測が可能になった時点で周術期の患者でのデータ採取をおこなうよていである。ベットセンサーは患者の重心の移動をとらえ、呼吸数や心拍数まで非接触型に計測できるものである。せん妄のスケールの統一化を院内で図るために時間を要した。しかし同時にリスクスコアの研究が推進され新たな知見が得られようとしている。睡眠時間を計測するためのベットセンサーが当初の予定より開発に時間を要している。ほとんどのデータは計測できているものの、数値化やデータ利用の点でいまだ遅れておりデータ採取が開始できない状況である。睡眠効率とせん妄の発症の関係を調査することが研究の主目的であるが、睡眠効率を計測するための非接触型モニターの臨床応用化をさらに進めた。本研究に先立って、共同研究者の研究チームで実際に健康ボランティア及び緩和ケア病棟の患者に装着し、非接触型モニターを用いて呼吸数、心拍数、睡眠、体重などを計測できるかについてデータ採取した。既存の接触型モニターと比較して孫色なく計測できることを確認し、健常ボランティアのデータに関しては論文掲載予定である。呼吸数・体重は正確に測定できたが、睡眠時間、睡眠効率についてはさらなる波形の解析を継続し実臨床での応用に向けてデータ解析中である。当初、研究に用いる予定であったアクチグラフは前腕に装着して睡眠効率を計測するモニターであるが、周術期は静脈路などによって行動が制限されるため正確に計測できない可能性があった。非接触型モニターを用いることでその問題点を解決できるの可能性がある。またもう一つの問題点であるせん妄の診断には簡易型のCAM-ICUでの診断がDSMVやCAMーICUとせん妄を診断できることが他の研究でも報告され、本研究でもそちらを用いることとなった。また本研究においてはせん妄リスクスコアを日本語版にしたものも同時に術前にスコアリングすることでその有用性についても調査する。研究に用いる非接触型モニターの準備が昨年度までに完了し、本年度から術後患者に装着して研究開始予定である。術後患者に装着し、せん妄発症患者と非発症患者での睡眠効率の違い、また睡眠パターンの違いを明らかにすることでせん妄発症のメカニズム解明や治療・予防に新たな方法を提供できるか模索する。
新奇物性を創発する新世代トポロジカル絶縁体の創製

シリコンの限界を超える次世代デバイス材料として、質量ゼロのディラック電子状態をもつグラフェンが注目されている。そのグラフェンを超越し凌駕できる可能性をもつ新電子材料である「トポロジカル絶縁体」について、新物質の開拓とその良質大型な単結晶化、そして単結晶を用いた電子状態の実験検証を行った。その結果、新しい種類の“極性をもつ"トポロジカル絶縁体を筆頭に、十数組成におよぶ化合物ついて新物質の開発に成功した。加えて、ナノの空間スケールでの表面電子状態の観察により、理論予測されていなかった新現象を発見し、応用への利用についても議論した。トポロジカル“超伝導体"という新たな研究展開への芽も見出した。絶縁体の表面に特殊な金属状態(グラフェンと同様な質量ゼロのディラック電子でスピンも偏極)が出現するトポロジカル絶縁体について、新物質の物質開発に取り組んだ。mとnを整数としたBi_<2-m>Sb_mTe_<3-n>se_nで表せる化合物について、{m=1;n=3}と{m=2;n=3}以外の10種類を良質で大型な単結晶試料として合成することに成功し、それらの輸送特性を詳細に評価した。実験によってバルクにキャリアが少なくて絶縁性の高い化合物であることを確認し、加えて第一原理計算による電子波動関数の集合が持つ位相幾何学的特徴の解析による判定結果から、Bi_2Te_2Se{0;1}とBiSbTeSe_2{1;2}が非常に高性能なトポロジカル絶縁体の候補物質であることを提案した。また、Bi-Te-Bi-Te-Biのユニット内に(GeTe)_n層を挿入することで派生する定比組成(GeTe)_nBi_2Te_3で表せるホモロガス相化合物について、n=0(Bi_2Te_3),1/2(GeBi_4Te_7),1(GeBi_2Te_4),2(Ge_2Bi_2Te_5),3(Ge_3Bi_2Te_6),∞(GeTe)の良質で大型な単結晶試料の育成にも成功した。第一原理計算による詳細な電子構造の解析から、n=1/2,2がこれまでに報告のない新しいトポロジカル絶縁体であることを明らかにした。ホモロガス性を利用したトポロジカル絶縁体物質の開拓においては、主成分で元素戦略の対象となっている重元素のBiの割合を大幅に減らしてもトポロジカル絶縁体が実現できることを示した点において注目を集め、新聞報道(日経産業新聞・11面、2012年9月7日)もなされた。また、トポロジカル絶縁体に着目した物質探索の過程で、重元素を含み空間反転対称性をもたない結晶構造をもつ興味深い超伝導体を見出し、その単結晶化と物性評価にも研究が派生し進展した。シリコンの限界を超える次世代デバイス材料として質量ゼロのディラック電子状態をもつグラフェンが注目されている。そのグラフェンを超越し凌駕できる可能性をもつ新電子材料である「トポロジカル絶縁体」について、新物質開拓とその良質大型単結晶化、そして単結晶を用いた電子状態の実験検証を継続して行っている。新物質探索では、Bi2Te3がもつホモロガス性に着目して、Bi-Te-Bi-Te-Biの基本ユニットの層内への(GeTe)n層の挿入、層間への(Bi2)m層の挿入という2つのアプローチで、系統的な物質合成と評価を行った。良質な単結晶育成に成功したn,m = 0 (Bi2Te3), n = 1/2 (GeBi4Te7), 1 (GeBi2Te4), 2 (Ge2Bi2Te5), 3 (Ge3Bi2Te6), ∞(GeTe)およびm = 1/2 (BiTe), 1 (Bi4Te3), 2 (Bi2Te)について輸送特性の評価を詳細に行うとともに、第一原理計算で電子波動関数の集合が持つパリティ解析を行うことで、トポロジカル絶縁体であるか否かの判定を行った。一方で、重元素のみで構成され、層状構造をもち、更に空間反転対称性をもたない物質を中心に物質探索を行うことで、「極性トポロジカル絶縁体」の開発に初めて成功した。従来のトポロジカル絶縁体に比べて、この物質を用いるとデバイス構造を単純化できるため、応用面でも注目を集めることとなり、新聞報道(日経産業新聞・21面、2013年10月16日)もなされた。

電子状態の実験検証においては、STM/STSを用いた原子レベルでの表面観察と電子状態マッピングにより、グラフェンとは異なってトポロジカル絶縁体のディラック電子状態は乱れに強いこと、更に、外部電圧によってナノスケールでトポロジカル表面状態を制御・記録できるなどの新機能を発見した。重さゼロのディラック電子と呼ばれる2次元電子状態をもつグラフェンは、シリコンの限界を超える次世代電子材料として注目されているが、これを超越し凌駕できる可能性をもつ新しい電子材料がトポロジカル絶縁体である。本研究では、第一原理計算を活用したトポロジカル絶縁体の新物質開拓、候補物質の純良単結晶化、そして電子状態の実験検証を総合的に行った。新物質開拓では、典型的なトポロジカル絶縁体であるBi2X3 (X = Te, Se)がもつホモロガス性を利用して系統的な検討を行った。ファンデルワールスの層間に連続的にBi2層を挿入した(Bi2)mBi2X3 (X = Te, Se)について、m = 1/2, 1, 2の合成・単結晶化に成功した。m = 1/2の化合物は、新たなトポロジカル半金属であることを理論計算および実験により確認した。一方で新現象・新機能の開拓では、極低温・強磁場下における量子振動現象や走査型トンネル顕微鏡・分光法(STM/STS)、角度分解光電子分光法を活用して詳細な実験検証を行った。STM/STSでは、ディラック電子の空間分布がポテンシャルの底からわき出して、エネルギーの上昇とともに同心円状のリングになって広がるように変化する様子を観測した。この振る舞いを理論解析で再現することに成功し、電子が閉じ込められているリングの内部構造を調べることで、スピン状態を含む波動関数に関する情報を得ることができた。これにより、スピンによる磁化が空間的に変化していることも発見し、静電ポテンシャルという一見磁気的性質とは無関係なパラメータの制御によって、ナノスケールで様々なスピン磁化の空間分布を作り出せるという応用につながる新技術を提案し、成果がNature Physics誌に掲載された。26年度が最終年度であるため、記入しない。物質科学26年度が最終年度であるため、記入しない。成果の出にくい新物質探索において、構造や組成の系統性に着目することで予想以上に興味深い物質群を見出すことができ、それら全てを単結晶化して物性評価するまでに至れた。この分野の物質開拓において、第一原理計算が絶大な威力を発揮することを実証し、物質探索の方法論を概ね確立することもできた。昨年度までに確立した第一原理計算を活用した物質探索の方法論を活かし、構造や組成の系統性に着目することによって、成果の出にくい新物質探索においても予想以上の結果を得ることができたと自負している。新物質を全て高品質の単結晶として作製することにより、STMやARPESといった先端分光技術を用いた電子状態の実験検証に成功し、トポロジカル絶縁体がもつ電子状態の本質に迫ることが出来たとともに、新たな機能の芽も見い出せた。新しいトポロジカル絶縁体を開拓してゆく方法論が大体確立したので、これを活用して更なる新物質の探索と単結晶化、量子構造の解明へと展開してゆく。本年度に導入した単結晶構造解析装置を本格稼働することで、新物質の詳細な結晶構造を解明し、知見を第一原理計算にフィードバックすることも推進する。理論の進展もあり、未だ見つかっていない新しい種類のトポロジカル絶縁体の数はまだまだ増加している。これまでに発見した物質群の物性評価を進めることで着実に成果を収穫するとともに、ここ数年間で培ったトポロジカル絶縁体に対する物質観を武器に、更に野心的に新物質開拓を推進してゆく。本年度は、国際会議を含めて成果発表を行う関連分野の研究集会が近郊に集中したため、当初予定の旅費を大幅に節約することができた。