hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
衝撃点火レーザー核融合の概念実証

本研究の目的は衝撃点火方式によるレーザー核融合の原理実証を行うものである。この原理を実証するためにはレーザー核融合用の燃料の一部を5g/ cm^3まで圧縮しながら1000km/ sまでの高速に加速できなければならない。第一に、米国海軍研究所のNIKEレーザーを用いて、燃料片を1000km/ sまで加速するという目標を達成した。また圧縮しながら加速するという実験にも成功し、大阪大学激光XII号で0. 5-0. 7g/ cm^3で、370km/ sまでの加速に成功した研究代表者が提案する衝撃点火方式は、核融合の実現に向けて、大幅な小規模化を実現可能とする。小規模ながら、中心点火方式と同様、現象の予測性の高さが特徴である。本研究の目的は、衝撃点火方式による核融合が可能であるか否かを判断するために、物理的・工学的理解を得ることと、衝撃点火レ-ザ-核融合の概念を実証することである。また圧縮しながら加速するという実験にも成功し、大阪大学激光XII号で0. 5-0. 7g/ cm^3で、370km/ sまでの加速に成功した研究の目的衝撃点火は加熱のエネルギーキャリアとして高速飛翔体を用いることにより,中心点火と同様の高い予測性を持ちながら,高速点火と同様の大幅な小規模化を行うものである.本研究の目的は,衝撃点火が可能であるか否かを判断するのに十分な物理的・工学的理解を得ることである.速度測定法の開発飛翔体の横からX線を照射しその影の動きをX線ストリークカメラで観測した.同時に飛翔体から発光するX線を観測した.両者は非常に良い一致を示し,いずれの方法においても飛翔体の軌跡とその傾きから速度を精度よく求めることができた.加速基礎実験飛翔体の速度を制限する主要因は,流体不安定による飛翔体の破断である.流体不安定性を抑制するために,臭素添加のプラスチック薄膜を加速した結果,目標の1000km/sに対し640km/sの速度を達成した.理論的研究衝撃点火の最大の障害は流体不安定による飛翔体の破断である.これまで提案された流体不安定の抑制方法にはX線放射を用いた方法が多いので,その効果を統一的に取り扱うためには放射流体コードが必要である.このコードを整備して,実験に先立って達成速度等の予測を行った.レーザー高強度化の検討並びに部品再設計衝撃点火の可否を判断するためには,スポット径300μm,エネルギー効率70%程度以上が必要であることがわかった.これを実現するために位相制御板の再設計を行った結果,1cmのセグメントサイズを持つランダム位相制御板を用いることにより,上記条件が実現可能であることが判明した.実験に必要な均質度,残留歪み,減衰係数,研磨精度を備えた基板材料(合成石英)を確保しSiO_2によるパターニングを行った.研究の目的衝撃点火は加熱のエネルギーキャリアとして高速飛翔体を用いることにより,中心点火と同様の高い予測性を持ちながら,高速点火と同様の大幅な小規模化を行うものである.本研究の目的は,衝撃点火が可能であるか否かを判断するのに十分な物理的・工学的理解を得ることである.加速基礎実験昨年度に引き続き,飛翔体上での流体不安定性を抑制し破断を防ぐために臭素をドープしたCDBr平板飛翔体を加速させる実験を行った.入射強度(940TW/cm^2)でレーザーを照射した結果,昨年度を上回る700km/sの速度まで飛翔体を加速させることに成功した.レーザー高強度化に必要な位相制御板の設計・製作現在大阪大学の激光XII号レーザーで用いられているキノフォルム位相制御板(KPP)では,衝撃点火に必要なレーザー強度を得るには十分とはいえない.衝撃点火の可否を判断するためには,レーザー光を300μmのスポット径に集光しエネルギー効率を70%程度以上にする必要がある.これを実現するために位相制御板の再設計を行った.KPPおよびランダム位相制御板(RPP)の二つのケースを検討した結果,サイズが15mmの六角形セグメントを持つRPPを用いることにより,上記条件が実現可能であることが判明した.実験に必要な均質度,残留歪み,減衰係数,研磨精度を備えた基板材料(合成石英)を確保しSiO_2によるパターニングを行い,パターンの膜厚精度+-1.5%を持った位相制御板を製作することが出来た.衝撃点火は加熱のエネルギーキャリアとして高速飛翔体を用いることにより,中心点火と同様の高い予測性を持ちながら,高速点火と同様の大幅な小規模化を行うものである.本研究の目的は,衝撃点火が可能であるか否かを判断するのに十分な物理的・工学的理解を得ることである。昨年米国NRLにおいて実施した飛翔体加速実験の結果、高速飛翔体の1000km/s以上の加速を実現することに成功し、効率的な飛翔体加速のためのパラメータを取得することができた。上記のデータと、今年度開発計画にあった多次元流体コード計算を用いて、より効率的な飛翔体加速のための統合実験用ターゲットの再設計を行い、衝突の無い場合の100倍を超える中性子の発生を実現することに成功した。

さらに、今年度の計画にあった、密度測定のための新しい中性子シンチレーターの開発においては、従来からの課題であった応答速度の速い新材料の開発に成功し、核融合に際して同時に放射されるX線と中性子の判別が可能となっただけでなく、二次中性子に対して感度の高い新素材シンチレーターの開発に成功し光原理的には密度計測が可能となった。本研究の目的は衝撃点火方式による核融合の原理実証を行うものである。平成23年度は2010年に大阪大学で行われた衝撃点火基礎実験のデータ解析および、衝撃点火の実証に必要となる密度計測のための先進的な中性子スペクトル計測器の開発が行われた。これまでに米国と共同で行われた実験では、衝撃点火に必要な速度1000km/sという記録的高速度の飛翔体の生成に成功したが、衝撃点火に必要な密度5g/cm^3がともなわなかった。平成22年度に阪大で行われた実験においてはCDプラスチックを圧縮しながら加速するというコンセプトが実験された。平成23年度にデータ解析が行われ、速度370km/s、密度およそ0.5-0.75g/cm^3程度という結果になった。目標値には届かない数字であったものの、大きな進歩となった。今後の高密度高速飛翔体の生成実験への展開が期待される。22年度年度末には共同研究グループである米国海軍研究所において、衝撃点火原理実証のための高速飛翔体生成に関する実験に関する論文がAlan Berman Award 2011,Naval Research Laboratory賞に選ばれ、共同研究者らが連名で受賞した。さらに平成23年度には密度計測手法として、散乱中性子計測器の開発が進んだ。256チャンネル式の多チャンネル計測器の試作機が完成した。23年3月に阪大の激光XII号で爆縮実験を行い散乱中性子の検出を試みた。散乱中性子らしき信号が1カウント観測され、実験条件と検出効率から考えると妥当な数である事が確認された。しかしながらこれが真の散乱中性子信号であるかノイズであるかは、他の計測結果と比較しながらより詳細な解析が必要である。この計測手法が完成すれば衝撃点火実験のみならずレーザー核融合全てにおいて重要な計測手法になると考えられる。この計画の最終年度として、(1)アメリカの共同研究による研究業績で賞を受賞し、(2)密度・速度条件の達成に向けた着実なステップ、(3)密度計測のための先進中性子計測器の開発が進行した。
生体骨における力学的刺激とリモデリング機構に関する研究

力学的刺激が骨の形成や吸収に関与していることは、これまでの研究で明らかにされている。しかし力学的刺激の大きさ及び種類との関係については、未だ不明な点が多い。本研究ではこれを明らかにするため、家兎脛骨に圧縮及び引張応力を与え、その際生じるひずみを3次元有限要素法により解析し、これと骨形成を組織学的に比較検討している。実験動物には日本白色ウサギを用い、右脛骨の近位端、遠位端に70mmの間隔をあけて各々1本ずつ径2mmのステンレス製ピンを刺入し、2本のピンの中点に径3mmの円孔を作成し、この2本のピンを介して圧縮または引張荷重を1日1時間、荷重量5kgf、周期0.5Hzで間欠的に与えることにした。そのために一定の荷重量を正確に繰り返して与えることができるように自動制御可能な荷重刺激装置を製作した。装置の性能評価実験を行ない、荷重が繰り返されるのに伴って生じるピン刺入部の弛みや試料の特性の変化に対応して一定の荷重量が与えられることを確認した。実験開始後1週、2週、4週で脛骨を摘出し、円孔周辺における骨形成を組織学的に評価した。圧縮刺激群、引張刺激群、対照群の3群につき比較検討した。その結果、実験開始後1週間では圧縮刺激群、引張刺激群、対照群ともに骨形成はみられなかった。2週間では圧縮刺激群、引張刺激群ではともにひずみの大きさが300μstrain以上の部位に未熟骨の形成を認めた。対照群で骨形成は認めなかった。4週間では2週間の圧縮刺激群、引張刺激群でみられた未熟骨は成熟した骨梁となり、円孔の中円に向かい骨形成が進行していた。対照群では未熟骨の形成を認めたが発生部位は一定でなかった。以上の結果より300μstrain以上の圧縮ひずみ、引張ひずみはともに骨形成を促進するという傾向が得られた。
放射光(スプリングエイト)を利用した新規循環器疾患診断法の開発とその臨床応用

放射光を利用して、循環器疾患の診断に使用できる方法の開発を目指して研究を進めた。動脈硬化不安定粥腫の診断を目標に、位相差X線CTを共同で開発し、動物での撮影に成功し、動脈硬化の質的診断にまで到達した。また、X線回折法にての心筋症の新規診断方法を確率するための動物実験とヒトサンプルでの研究を進めた。臨床において、急性冠症候群の原因である動脈硬化不安定粥腫の診断方法は確立されておらず、その新規診断法として位相差X線CTという方法にて動脈硬化巣の質的診断を試みた。本年度は、マウス動脈硬化巣の撮影と、その組織学的な解析を行い、データを集積することで位相差CT画像を用いた動脈硬化巣解析に必要な基本的な情報のデータベースを確立できた。マウス動脈硬化巣を使用した実験では、組織学的に分析した組織性状を位相差CTにおけるCT値にて鑑別できることを証明できた。さらに、当初平成20年度に予定していたタルボ法による撮影も開始しており、その問題点なども把握できつつある。引き続き臨床での非侵襲的冠動脈不安定粥種の診断法確立のため研究をすすめていく。現状では確定診断が困難な拡張型心筋症のX線回折法を用いた新規診断方法の開発に関しては、今年度に予定していた拡張型心筋症モデルマウスの撮影が順調に進み、少なくともMLP遺伝子欠損マウスにおいて、ミオシンとアクチンの格子構造にバラツキが存在していることが証明できた。さらにマウスに薬物負荷を行い各種薬物の効果を判定することにも成功し、新規の心機能評価方法として期待できることが示された。さらに、臨床での拡張型心筋症患者の心筋生検サンプルでの撮影に進めており、まだ解析は終了していないが約20検体ほどの撮影に成功している。解析を進め、臨床においてのこの検査法の有用性を検討し、新規診断方法としての意義を検討する。臨床において、急性冠症候群の原因である動脈硬化不安定粥腫の診断方法は確立されておらず、その新規診断法として位相差X線CTという方法にて動脈硬化巣の質的診断を試み、動物での撮影に成功した。昨年度に確立させたマウス動脈硬化巣の撮影方法を応用して、薬剤の影響などを評価した。組織学的に分析した動脈硬化の組織性状を位相差CTにおけるCT値にて鑑別できることを再度確認し、薬剤の効果を評価できた。さらに、当初平成20年度に予定していたタルボ法による撮影も進行しており、その問題点なども把握して、一部で解決できた。現状では確定診断が困難な拡張型心筋症のX線回折法を用いた新規診断方法の開発に関しては、昨年度に予定していた拡張型心筋症モデルマウスの撮影が順調に進み、少なくともMLP遺伝子欠損マウスにおいて、ミオシンとアクチンの格子構造にバラツキが存在していることが証明でき、さらに治療薬の効果も判定できた。さらに、臨床での拡張型心筋症患者の心筋生検サンプルでの撮影に進めており、約30検体ほどの撮影に成功した。解析を進め、臨床においてのこの検査法の有用性を検討し、新規診断方法としての意義を検討する過程に入っている。
薄膜・ナノ粒子形成のための高真空条件における浮遊液滴の減圧沸騰

これまで申請者らは内燃機関で使用されている減圧沸騰噴霧の制御技術を薄膜形成,ナノ粒子形成に応用する研究を進めてきた.本研究で対象としている雰囲気圧力は内燃機関で対象となる雰囲気圧と比較して低い0.01数Paの高真空条件であり,大きな減圧度における減圧沸騰噴霧特性を把握し制御する必要がある.よって,本研究では高真空場の減圧沸騰における液滴内の気泡核の生成,成長,崩壊を明らかにすることを目的としている.申請時の各年度における研究の当初計画を以下に示す.平成30年度【浮遊液滴の減圧沸騰微粒化過程の撮影】平成30年度では直接撮影により浮遊液滴の減圧場における微粒化過程を撮影する.光源にはNd:YAGレーザーを用いて拡大レンズ系とCCDカメラにより把握する.液滴径は光学機器の性能の関係上1 mm程度とし,液体には水および燃料を用いる.雰囲気条件は大きな減圧度を確保した条件とする.平成31年度以降【液滴周りのガス濃度測定】減圧沸騰により液滴から気化したガス質量を光学撮影により把握する.光学撮影にはLIFなどの蛍光を利用した液滴周りのガス濃度計測を計画している.平成31年度以降【単一液滴の減圧沸騰の数値計算】実験で得られた結果と数値計算から大きな減圧度における気泡核数,初期気泡径を推定する.まず,千田らが過去に提案したモデルを基に高真空場対応の減圧沸騰の0次元計算プログラムを構築し,単一液滴の減圧沸騰による蒸発計算を行う.その後,OpenFOAMを用いて3次元計算を行う.当初の研究計画は上記のとおりであり,この研究計画を基に平成30年度は研究を遂行した.しかし,実験装置の不具合により,実験を遂行できない状況が続き,当初の計画から遅延している.当初の計画に基づき,「浮遊液滴の減圧沸騰微粒化過程の撮影」を遂行するため,平成30年度では申請者が構築している液滴浮遊装置の安定的な液滴の浮遊条件の最適化を行った.その結果,反射板の形状を最適化することにより,直径1mmの水液滴の安定的な浮遊に成功した.その後,高速度ビデオカメラを用いて減圧沸騰微粒化過程の撮影に取り掛かる予定であったが,液滴浮遊装置の制御装置に不具合が発生し,この整備に時間を要した.また,将来的に使用する光源のNd:YAGレーザーにも不具合が見つかり,一部を残して修理した.以上のことより,「浮遊液滴の減圧沸騰微粒化過程の撮影」の項目については当初計画より遅延している.現在,浮遊液滴装置に関する修理はすべて完了しており,ハイスピードビデオカメラによる液滴の撮影の準備中である.また,平成30年度では平成31年度以降に実施予定の「単一液滴の減圧沸騰の数値計算」に前倒しで取り掛かった.現在,千田らが提案している減圧沸騰モデルを基に高真空場対応の0次元計算プログラムの構築中である.本プログラムの基本的な構成は構築済みであり,本プログラムで低真空の雰囲気圧の小さな減圧度における計算を確認した.研究計画の遅延を取り戻すため,令和元年度からは以下に示す計画で研究を遂行する予定である.■令和元年度・浮遊液滴の減圧沸騰微粒化過程の撮影昨年度に準備が完了した液滴浮遊装置を用いて,減圧沸騰微粒化過程を撮影する.減圧沸騰微粒化過程の全体像を把握するために,拡大撮影系を用いたハイスピードビデオカメラを用いて撮影する.そして,Nd:YAGレーザー,拡大撮影系を組み合わせたCCDカメラを用いて,詳細に微粒化過程を把握する.なお,液体には水を用い,雰囲気圧は0.01数Paとする予定である.・単一液滴の減圧沸騰の数値計算今年度では昨年度から進めている減圧沸騰噴霧の0次元計算プログラムを高真空場対応に改善する.また,並行して,減圧沸騰モデルに導入するOpenFOAMのコード解析を行う.使用するソルバはSprayFOAMを予定している.その後,減圧沸騰モデルの適用を試みる.改善すべき点は気泡の核生成数であると考えており,「浮遊液滴の減圧沸騰微粒化過程の撮影」で得られた結果を基に0次元計算プログラムを用いて,核生成数を考察する.■令和二年度・液滴周りのガス濃度測定令和元年度で実施予定の「浮遊液滴の減圧沸騰微粒化過程の撮影」では,減圧沸騰による液滴の微粒化現象を把握するが,令和二年度では液滴の減圧沸騰で蒸発した液滴周りのガス濃度を光学撮影により試みる.光学撮影にはLIFなどの蛍光を利用した液滴周りのガス濃度計測を計画しているが,他の光学撮影方法についても検討する.雰囲気圧条件は「浮遊液滴の減圧沸騰微粒化過程の撮影」と同様に0.01数Paとする.これまで申請者らは内燃機関で使用されている減圧沸騰噴霧の制御技術を薄膜形成,ナノ粒子形成に応用する研究を進めてきた.本研究で対象としている雰囲気圧力は内燃機関で対象となる雰囲気圧と比較して低い0.01数Paの高真空条件であり,大きな減圧度における減圧沸騰噴霧特性を把握し制御する必要がある.よって,本研究では高真空場の減圧沸騰における液滴内の気泡核の生成,成長,崩壊を明らかにすることを目的としている.申請時の各年度における研究の当初計画を以下に示す.平成30年度【浮遊液滴の減圧沸騰微粒化過程の撮影】平成30年度では直接撮影により浮遊液滴の減圧場における微粒化過程を撮影する.光源にはNd:YAGレーザーを用いて拡大

レンズ系とCCDカメラにより把握する.液滴径は光学機器の性能の関係上1 mm程度とし,液体には水および燃料を用いる.雰囲気条件は大きな減圧度を確保した条件とする.平成31年度以降【液滴周りのガス濃度測定】減圧沸騰により液滴から気化したガス質量を光学撮影により把握する.光学撮影にはLIFなどの蛍光を利用した液滴周りのガス濃度計測を計画している.平成31年度以降【単一液滴の減圧沸騰の数値計算】実験で得られた結果と数値計算から大きな減圧度における気泡核数,初期気泡径を推定する.まず,千田らが過去に提案したモデルを基に高真空場対応の減圧沸騰の0次元計算プログラムを構築し,単一液滴の減圧沸騰による蒸発計算を行う.その後,OpenFOAMを用いて3次元計算を行う.当初の研究計画は上記のとおりであり,この研究計画を基に平成30年度は研究を遂行した.しかし,実験装置の不具合により,実験を遂行できない状況が続き,当初の計画から遅延している.当初の計画に基づき,「浮遊液滴の減圧沸騰微粒化過程の撮影」を遂行するため,平成30年度では申請者が構築している液滴浮遊装置の安定的な液滴の浮遊条件の最適化を行った.その結果,反射板の形状を最適化することにより,直径1mmの水液滴の安定的な浮遊に成功した.その後,高速度ビデオカメラを用いて減圧沸騰微粒化過程の撮影に取り掛かる予定であったが,液滴浮遊装置の制御装置に不具合が発生し,この整備に時間を要した.また,将来的に使用する光源のNd:YAGレーザーにも不具合が見つかり,一部を残して修理した.以上のことより,「浮遊液滴の減圧沸騰微粒化過程の撮影」の項目については当初計画より遅延している.現在,浮遊液滴装置に関する修理はすべて完了しており,ハイスピードビデオカメラによる液滴の撮影の準備中である.また,平成30年度では平成31年度以降に実施予定の「単一液滴の減圧沸騰の数値計算」に前倒しで取り掛かった.現在,千田らが提案している減圧沸騰モデルを基に高真空場対応の0次元計算プログラムの構築中である.本プログラムの基本的な構成は構築済みであり,本プログラムで低真空の雰囲気圧の小さな減圧度における計算を確認した.研究計画の遅延を取り戻すため,令和元年度からは以下に示す計画で研究を遂行する予定である.■令和元年度・浮遊液滴の減圧沸騰微粒化過程の撮影昨年度に準備が完了した液滴浮遊装置を用いて,減圧沸騰微粒化過程を撮影する.減圧沸騰微粒化過程の全体像を把握するために,拡大撮影系を用いたハイスピードビデオカメラを用いて撮影する.そして,Nd:YAGレーザー,拡大撮影系を組み合わせたCCDカメラを用いて,詳細に微粒化過程を把握する.なお,液体には水を用い,雰囲気圧は0.01数Paとする予定である.・単一液滴の減圧沸騰の数値計算今年度では昨年度から進めている減圧沸騰噴霧の0次元計算プログラムを高真空場対応に改善する.また,並行して,減圧沸騰モデルに導入するOpenFOAMのコード解析を行う.使用するソルバはSprayFOAMを予定している.その後,減圧沸騰モデルの適用を試みる.改善すべき点は気泡の核生成数であると考えており,「浮遊液滴の減圧沸騰微粒化過程の撮影」で得られた結果を基に0次元計算プログラムを用いて,核生成数を考察する.■令和二年度・液滴周りのガス濃度測定令和元年度で実施予定の「浮遊液滴の減圧沸騰微粒化過程の撮影」では,減圧沸騰による液滴の微粒化現象を把握するが,令和二年度では液滴の減圧沸騰で蒸発した液滴周りのガス濃度を光学撮影により試みる.
白血球活性度の圧センサー法による定量的測定

当研究室では脳血管障害と血液血球成分との関係に着目し、赤血球凝集計を作製して(Am J Physiol 251:H1205-1210,1986)脳血管障害患者において赤血球の凝集能が亢進していること、またそれが数カ月間持続することを報告してきた(Stroke 20:1201-1207,1989)。一方白血球も脳血管障害の際に活性化され、それが数カ月持続するという報告がある。また、脳虚血実験において、虚血開始時期に白血球数を減少させるか、粘着物質を交代を用いて抑制するかしておくと脳虚血障害が著しく軽減されるという報告もいくつかある。当研究室でも血小板活性化因子-活性化白血球が短時間(10分以内)に培養静脈内皮細胞に粘着し、培養器からの剥離および収縮を引き起こすことを観察している。本研究は、白血球の活性度を測定する装置の開発を目標としているが、今年度はその前段階として、白血球の活性化が赤血球凝集能にいかなる影響を及ぼすかを検討した。健康成人肘静脈より採血し、抗凝固剤としてクエン酸ナトリウムを加え2つに分け、37°Cで保温した。上記赤血球凝集計を用い赤血球凝集能(RBC-A)を測定した。まず、control stateでRBC-Aを測定後、一方には白血球活性化物質のphorbol myristatte acetate(PMA)2μg+dimethyl sulfoxide(DMSO)を含むリン酸緩衝液を加え、他方にはDMSOのみを含むリン酸緩衝液を加え37°Cでincubateした。30分後にRBC-Aを再度測定した。PMA+DMSO添加群のRBC-Aは添加前0.088±0.019/s、添加後0.096±0.019/sであり、有意(p<0.01)に亢進していた。一方、DMSOのみの添加群では、添加前0.088±0.017/s、添加後0.081±0.020/sであり、有意な変化はみられなかった。以上より、PMAによる白血球活性化の際にRBC-Aが亢進することが明らかになり、今後、他の白血球活性化物質でRBC-Aに影響を及ぼさないものの検索または測定装置開発の際赤血球の影響を除外できうる機構を検討する必要のあることが示された。
腫瘍形成の起点となる内在的組織構造の解析

我々はこれまでに、ショウジョウバエ成虫原基をモデルとした研究から、上皮組織内の内在的な細胞構造の違いによって癌原生変異細胞が周囲の正常上皮から逸脱して増殖することのできる特定部位が存在し、腫瘍形成が必ずこの「腫瘍形成ホットスポット」から開始することを見出した。本研究ではホットスポットの形態学的特徴を流体力学モデルにより検出する方法を開発し、ホットスポット形成の遺伝子制御機構と腫瘍形成開始機構の解析を行った。その結果、ホットスポットの形成に関与すると考えられる遺伝子及びエンハンサーを複数同定した。また、がん原性変異細胞の上皮からの逸脱と増殖に関わるシグナル経路を見出した。本研究は、上皮組織における腫瘍形成が特異的な細胞構造を持つ微小環境「腫瘍形成ホットスポット」から生じるという新しい概念を証明することを目的としている。これまでに、ショウジョウバエ成虫原基を用いた研究から、同一上皮組織内でも内在的な細胞構造の違いによって、癌原性変異細胞が正常細胞による協調的統合性から逸脱することができる特定部域が存在することを発見した。腫瘍形成は必ずこの「腫瘍形成ホットスポット」において、癌原性変異細胞が上皮細胞層頂端側から抜け出して増殖を開始することで起こる。これに対し、「コールドスポット」では変異細胞は上皮の規定側に排除され細胞死を起こす。本研究では腫瘍形成ホットスポットの形態学的特徴を流体力学的視点から捉え、ショウジョウバエの分子遺伝学的手法により腫瘍形成開始の共通機構を明らかにする。本年度は以下の研究計画を実施した。計画1.流体力学的解析によるホットスポット検出法の開発:成虫原基の上皮細胞構造を決定する重要な要素である微小管配列をコンフォーカル顕微鏡で取得し、この画像データにParticle Image Velocimetryを応用した解析を行った。この方法により、微小管を流れとして捉えた時に検出される「よどみ点」が腫瘍形成のホットスポットと一致することを検証した。計画2.癌原性変異細胞の上皮層からの逸脱制御に関わるシグナル経路の解析:上皮組織において、異常細胞を正常細胞が細胞競合によって排除する機構が知られている。この過程で、アクトミオシンが重要な働きをしている。そこで、アクトミオシンの機能制御に関わるRhoシグナリング構成因子であるRhoGEFの活性を上皮内のコールドスポットの部域で阻害したところ、癌原性変異細胞の上皮内での移動方向がホットスポット型の頂端方向に変化し、同時にJAK/STATシグナルが活性化すると腫瘍形成が起こることがわかった。当初立てた計画1.は達成されている。計画2.はRhoGEFについての解析は完了し、腫瘍形成の鍵となる結果も得られた。その他の因子についても機能解析する予定であったが今年度は遺伝子発現の部域特異性をより多くの遺伝子について解析することに注力したため、機能解析まで至らなかった。本研究は、上皮組織における腫瘍形成は特異的な細胞構造を持つ微小環境「腫瘍形成ホットスポット」から生じるという新しい概念を証明することを目的としている。これまでにショウジョウバエ成虫原基の上皮組織をモデルとした研究から、同一上皮内でも内在的な細胞構造の違いによって癌原生範囲細胞が周囲の正常細胞による協調的統合性から逸脱することのできる特定部位が存在することを発見した。腫瘍形成は必ずこの「腫瘍形成ホットスポット」において癌原性変異細胞が上皮層頂端部から抜け出して増殖を開始することで起こる。一方、「コールドスポット」では癌原性変異細胞は上皮の基底側に排除され細胞死を起こす。本研究ではこの「腫瘍形成ホットスポット」の形態学的構造を流体力学的視点から捉え、ショウジョウバエの分子遺伝学を駆使して腫瘍形成の共通機構を明らかにする。計画1.流体力学的解析によるホットスポット検出法の開発:前年度までに、上皮における微小管配列の共焦点顕微鏡画像データにParticle Image Velocimetryを応用した画像解析を行い、微小管を流れとして捉えた時に検出される「よどみ点」と腫瘍形成ホットスポットが一致することを示唆する結果を得た。本年度は、ホットスポットが正確に予測できるようこの画像解析プログラムの改善を行った。計画2.腫瘍形成ホットスポット特異的な活性を持つエンハンサーの探索:ホットスポット特異的な細胞構造の形成機構や腫瘍形成機構を解析する目的で、ホットスポット特異的に発現するエンハンサー融合GAL4系統をスクリーニングし、これまでに複数のホットスポット特異的エンハンサーエレメントを同定した。現在、このGAL4系統を用いて、癌原性変異細胞の誘導実験及び計画1.で開発したプログラムで検出されるよどみ点との位置関係の詳細な解析を行っている。計画1.で開発した画像解析プログラムを用いて、異所的な腫瘍形成ホットスポット誘導実験におけるホットスポットの予測を行う予定であったが、プログラムの改善の必要があり、実験が完了しなかった。これまでにショウジョウバエ成虫原基の上皮組織をモデルとした研究から、同一上皮内でも内在的な細胞構造の違いによって癌原生変異細胞が周囲の正常細胞による協調的統合性から逸脱することのできる特定部位が存在することを発見した。

本研究ではこの「腫瘍形成ホットスポット」の形態学的構造を流体力学的視点から捉え、ショウジョウバエの分子遺伝学を駆使して腫瘍形成の共通機構を明らかにする。本年度は以下の研究計画を実施した。計画1.腫瘍形成ホットスポットに特異的な活性を持つエンハンサーの解析:前年度までに、我々が開発した微小管配列の流体力学的解析(Particle Image Velocimetry, PIV)によるホットスポット検出法を用いて、ホットスポット特異的に発現するエンハンサー融合GAL4系統を複数同定した。本年度はこれらのエンハンサーエレメントの経時的な活性変化をジーントレース法によって解析し、ホットスポットの形成過程との関係を詳細に調べた。計画2.ホットスポット形成機構の解析:計画1で得られた、ホットスポットの形成時に限局して活性のあるGAL4ドライバーを用いて、JAK/STAT経路や細胞極性関連の遺伝子ノックダウン及び強制発現を行い、PIVで検出されるホットスポットの異常や翅形成の異常を解析したところ、これらの経路がホットスポットで重要な機能を持つことを示唆する結果を得た。我々はこれまでに、ショウジョウバエ成虫原基をモデルとした研究から、上皮組織内の内在的な細胞構造の違いによって癌原生変異細胞が周囲の正常上皮から逸脱して増殖することのできる特定部位が存在し、腫瘍形成が必ずこの「腫瘍形成ホットスポット」から開始することを見出した。本研究ではホットスポットの形態学的特徴を流体力学モデルにより検出する方法を開発し、ホットスポット形成の遺伝子制御機構と腫瘍形成開始機構の解析を行った。その結果、ホットスポットの形成に関与すると考えられる遺伝子及びエンハンサーを複数同定した。また、がん原性変異細胞の上皮からの逸脱と増殖に関わるシグナル経路を見出した。基本的に当初の計画にそって研究を推進する。計画1.遺伝学的手法による異所的ホットスポットの誘導:コールドスポットにおいて、細胞骨格制御シグナルと細胞増殖シグナルの特定の構成因子の活性を同時に変化させることで、腫瘍形成を誘導できることは27年度にわかった。28年度は、実際にこのような操作によってホットスポット型の細胞形態をもった微小環境が形成されるか検証するとともに、データベースから選択した、ホットスポットで特異的に発現している遺伝子の機能解析することにより、変異細胞の上皮組織からの逸脱にクリティカルな変異バックグラウンドを絞り込む。計画2.異所的ホットスポットにおける癌原性変異細胞の挙動解析:27年度に開発した流体力学モデルによって検出される「よどみ点」が計画1で誘導された異所的ホットスポットと一致する変異バックグラウンドを用いて、変異細胞の挙動と腫瘍形成の過程を詳細に解析する。これらの実験から、腫瘍形成ホットスポットを流体力学的よどみ点の検出によって予測する方法を開発する。改善した画像解析プログラムを用い、ホットスポットの異所的な誘導実験によりホットスポットに特異的な組織構造が誘導されることを検証する。また、
肝癌発生過程における低酸素の役割の実験的研究と臨床研究

肝の発癌に関与する四塩化炭素肝障害モデルにおける低酸素の役割の分子生物学的検索およびこの状態に対するCox2抑制剤の影響の解明がこの研究で追求できた課題であった。Wister ratにて対照群、四塩化炭素投与群(10%四塩化炭素オリーブ油混液1ml/kg体量を8週間週2回背部筋注)、Cox2抑制剤投与群(Etodorac5mg/kg/day)、四塩化炭素およびCox2抑制剤併用投与群の4群を3度にわたって検証した。血流解析で明らかな差はなかった。肝臓内部の酸素分圧の解析では四塩化炭素投与群V字型の低酸素化と回復過程が示された。otodorac投与群ではV谷が浅かった。酸素分圧はこのあと、10週目にオーバーシュートし、12週目に元レベルに戻った。時期のことなる再試験でも4週目に谷が現れていた。組織学的変化は四塩化炭素群に比べてotodorac投与群で経度な傾向が見られたが、著しい違いではなかった。免疫はなかった。Western Blottingでは四塩化炭素投与群はotodorac投与群よりも第2週、第4週でHIF1alphaの発現が強かった。この炎症系発癌ラットモデルで行った実験結果では実際には発癌せず薬剤による発癌誘導段階である細胞死と2-4週日を谷とするV字型回復を伴う低酸素状態が確認された。低酸素によるHIF1αの誘導はこの時期に確認された。COX-2抑制剤では低酸素状態のV宇型の谷の深さが浅くCOX-2抑制剤が深刻な低酸素からの回避効果を持つことが示唆された。免疫はなかった。これまでの経過と今後の検討方向実験肝硬変肝癌発生の準備段階としての検討を行なった。(1)肝癌発生モデルとしてはラットによるコリン欠乏食モデルがもっとも自然であった。これによる本実験は開始から飼育終了まで10ヶ月要する。(2)他の化学肝癌発生モデル(四塩化炭素やニトロソアミン類)はより早期に発ガンするが肝硬変の進行のため、十分な癌細胞の成立を見るまでラットが生存することが難しく、目的に適さないことがわかった。(3)HIFはキットを用いて容易に測定可能であった。反省点1.試行錯誤のため準備段階で時間がかかった。本実験をコリン欠乏食モデルに変更すると、実務的には好都合ではあるが、予定よりさらに時間がかかることになった。2.予期せず関連病院医師の病気休暇への補充のために実験日を返上せざるをえず、再開のめどが立たなかった。現在は関連病院医師は回復復帰した。今後の展望:変更した動物実験計画と臨床試験の計画を実行する。仮説の証明のため、実験肝硬変肝癌発生動物において硬変肝から異形再生結節および肝癌について、組織内酸素濃度、組織学的悪性度、HIF1a、VEGFなどの血管新生因子の発現量、capillarizationの程度をを横断的に観察し、量的なピーク時期を分析する。1.ラットは(週でなく)毎月試料を得る。本試験ではコリン欠乏食モデルでは10X8x1.5=120匹を用いる。測定すべき物質にはHIF、VEGF,COX2,IGF、CD31(毛細管内皮細胞の密度の測定),IGF,VEGFR、PDGF、HGF、FGF、およびそれらのmRNAがある。マンパワーと費用の面から最低限はじめの2つを行なう計画に変更した。2.臨床例では患者から得られた組織を液体窒素にて迅速に凍結して予備試験ができるか倫理委員会に働きかける(未承認)。実験結果1.ラットに4塩化炭素肝炎肝硬変発生モデルでの実験は終了した。測定範囲が3mmのクラーク酸素電極による測定では1週目から4週目まで肝臓内部が低酸素状態になることが示された。

また6週目から8週目までは低酸素からの回復が生じ、4塩化炭素投与を終了する10週目では酸素濃度の上昇が見られた。12週目では酸素濃度は正常に復した。HIF1αは4週目から上昇が見られ、以後持続して発現が見られた。HIF1βの発現は対照群と4塩化炭素投与群で代わりがなかった。肝臓表面の所見では最初見られたグリソン鞘にあった門脈枝が2週目から減弱消失し、グリソン鞘の拡大が生じた。また小葉中心静脈の怒張が生じ、小葉中心静脈周囲の類洞に配列している肝細胞量が急激に減少した。8週目からはそれらは再生し始めグリソン鞘の縮小が生じた。変わりにさらに小葉中心静脈の拡張と連結が発生し、かつ肝細胞の増殖も開始し、硬変化が進行した。これらから、仮説イ-3硬変肝で(肝細胞死と再生の結果、還流障害が進み)低酸素状態が生じ、低酸素状態が組織学的な進行度に伴い進行する。証拠が得られたと考えることができる。病理結果はまだすべての検討が終了していないが小仮説イ-4,5:血管新生因子の低酸素誘導により、類洞の血管内皮化が推進されることも免疫染色ではほぼ合致する所見が得られた。仮説イ-1/2「肝硬変の進行に伴いまず動脈血流の低下が生じ、酸素濃度は門脈血依存性になる」はむしろ最初に静脈欝滞が生じ、小門脈血がいりこめなくなるからと解釈できる(これは従来の説に反する新しい知見に属する可能性がある)。残りのVEGF、COXなどについてはwestern blotおよび免疫染色が進んでいるが、全体の結果がまだ出ていない。2.発癌試験は進行中でまだ結果が出ていない。3.臨床試験は抗体や酸素電極が別になり年度内予算枠内では達成できていない。ラットに4塩化炭素肝炎肝硬変発生モデルでの実験の大半が前年度で終了した。しかしこの内容の学内検討会では結論には慎重を期するべきとして再試験を行うことになった。したがって本年度には、方針を変更して、4塩化炭素肝炎肝硬変発生モデルをもう一度おこなうこととなった。クラーク酸素電極による測定では1回目の実験同様1週目から4週目まで4塩化炭素投与群では肝臓内部が低酸素状態になり、ついで低酸素からの回復が生じたので一度目の実験結果が支持された。またHIF1αも1回目同様4週目から上昇が見られ以後持続して発現が見られた。しかし肝臓固定標本のHE染色所見は肉眼観察結果と一致せず、支配血管の交代でなく、すべて静脈側の変化であり、炎症の初期には静脈周囲の細胞の死滅があり、その肝静脈は細くなることがわかった。この細小化は肝血流の悪化を、"虚脱"という形で反映していると考えられる。"虚脱"の時期は肝実質内部の酸素の低下時期と一致した。肝実質内部の酸素の低下時期はHIF上昇に転じた時期に一致した。考案:硬変肝となる過程としての炎症反応の時期には静脈側における虚血性の肝細胞死、その後再生、再構築の過程でも、還流障害が生じている時期があり、その結果低酸素状態が続くが、改善にむかうことが推測される。発癌のプロモータとも言われるHIF1の発現は、この過程が肝炎や肝硬変からの発癌に関与していることを示唆する。
半導体量子ドットアモルファスにおけるミニバンド形成と超高効率光電変換素子への展開

本研究では、量子ドット太陽電池に適した材料として、現在研究の主流となっているPbSeよりもマルチエキシトン生成(MEG)の閾値エネルギーが小さい、コロイダルInAs量子ドットの合成を検討した。その結果、毒性が小さく、大気中での取り扱いも容易なトリフェニルアルシンを原料としたコロイダルInAs量子ドットの合成方法を開発に成功した。また、CdSe、PbS、PbSeコロイダル量子ドットを用いて、従来の自己組織化法より大きな量子ドットの個数密度を有するが、その配列には周期性を持たない量子ドットアモルファスナノ構造を作製し、ミニバンドの形成を検討し、PbSeでミニバンド形成を観察することに成功した。(1)InAs,GaAsおよびコア/シェル型InAs/GaAsコロイダルQDの合成、PbseコロイダルQDの合成室温・大気雰囲気での取り扱いが簡便で、安全性の高いInAsおよびGaAsコロイダルQDを合成可能な、ホットソープ法プロセスを探索した。各種のAs原料を調査した結果、トリフェニルアルシン(mp:600q,bp:360°C,LC_<50>:As_2O_3の1/1001/200)が、その候補として見出された。溶媒、界面活性剤にはオクタデセン、オレイルアミンを、In原料にはInBr_3を用い温度330°Cでの反応により、InAsコロイダルQDを合成することができた。In原料や界面活性剤を最適化していないにも拘らず、コロイダルQDが得られたことは、今後の高品質QD合成に期待を与える。反応時間によるサイズ制御などが今後の技術的課題である。InAs、GaAsコロイダルQDと並行して検討を進めるPbSeコロイダルQDを合成した。PbOとTOP-Seとの反応で、直径310nmのコロイダルQDが合成できた。(2)コロイダルQDの形状、サイズ、光学特性の評価と調整CdSeコロイダルQDを用いて、サイズとその分布制御手法を検討した。内径200μmのガラスキャピラリーを用いた流通系反応器で、平均粒径3.7nm、分布2.84.2nm、変動係数10%のコロイダルQDを得られた。これを分級し平均粒径3.5nm、分布3.04.0nm、変動係数6.1%へと改善できた。サイズ分布が狭い、すなわち、量子準位の分布が小さいQDの作製指針が妥当であることが確認できたので、今後、InAs、PbSeなどのQDへ適用し、QDアモルファス薄膜でのミニバンド形成へと展開する。(1)InAsコロイダルQDの合成:InAs QDの合成方法を検討し、以下の方法でサイズ分布が良好な球形QDの合成に成功した。臭化インジウムのオレイルアミン溶液とトリフェニルアルシンのオクタデセン溶液を混合し、トリオクチルホスフィンを界面活性剤とし、320°Cで反応する。この状態で40分保持すると溶液が赤褐色に変色しInAsが生成し始める。着色開始からの反応時間の調節により、平均サイズ3.96.5nmのInAs QDを合成できる。この方法で光学ギャップは0.91.2eVの範囲で調整できる。コロイダルQD溶液で観測された発光はストークスシフトが大きく欠陥準位を介した発光であったが、反応条件の詳細な調整により、励起子の再結合による発光に期待がもてる。(2)コア/シェル型PbSe/CdSeQDの合成とミニバンド形成:PbSeの表面原子のイオン交換により、コア/シェル型PbSe/CdSe QDを合成した。これを用いコロイド溶液を濃縮したところ、QD表面間の距離が約20nm程度から蛍光ピークが長波長側へシフトを開始した。このピークシフトはQDの近接により生じる小さなQDから大きなQDへのエネルギー移動によるシフトよりも十分に大きく、量子準位によるミニバンド形成によるものと結論された。CdSeやPbSではこのような現象は観測されず、PbSeの電子・正孔の波動関数が広がっているという特徴を実験的に観測できた。従来、コロイダルInAs QDの合成には、危険性の高いトリストリフェニルアルシンが原料として用いられてきたが、その危険性のためInAs QDの合成を実施する研究グループは少なく、量子ドット太陽電池の研究に提供されることは稀であった。本研究により、トリフェニルアルシンを用いた安全なInAs QDの合成が実現できたことから、量子ドット太陽電池の研究に大いに寄与することができた。(1) InAs, GaAsおよびコア/シェル型InAs/GaAs

コロイダルQDの合成昨年度の探索により見出された、トリフェニルアルシン(mp: 60oC, bp: 360oC, LC50:As2O3の1/1001/200)をAs原料を使用したInAsコロイダル量子ドットの合成方法が極めて不安定であることが明らかとなった。このため、本年度はInAsコロイダル量子ドットの合成法を再検討した。その結果、臭化インジウムのオレイルアミン溶液とトリフェニルアルシンのオクタデセン溶液を混合後、トリオクチルホスフィンオキシドをキャッピング剤として加え、320°Cで反応することにより、InAsコロイダル量子ドットを安定して得ることができた。XRDから求めた平均粒径は、反応時間により1016nmの範囲で制御できたが、高分解能TEM観察によると、大きさ、形状の分布が大きく、ミニバンド形成には適さないものであった。更なる検討の結果、臭化インジウムをトリオクチルホスフィン/オレイルアミン混合溶媒に溶解し、トリフェニルアルシンのオクタデセン溶液と混合し、340°Cで反応することにより、314nmのInAsコロイダル量子ドット得ることに成功した。大きさ3nmの量子ドットでは高分解能TEM観察によると、球形でサイズの分布も小さいことが明らかとなったので、GaAsによる被覆が可能となり次第ミニバンド形成の検討を開始する準備が整った。(2) PbSeコロイダルQDへのシェル層の形成InAs/GaAs系と並行して行っているPbSe系では、PbSe量子ドットを合成後、100-150でPb→Cdのイオン交換処理を行うことで、PbSe/CdSeコア/シェル型量子ドットの合成に成功した。この方法により、PbSeの安定性を高めることができたので、これを用いたミニバンド形成の検討が可能となった。InAsおよびGaAsコロイダルQDの合成において、As原料の選定、および合成プロセスからの排気中のヒ素化合物の除去プロセスの構築に時間を要したことにより、遅れが生じた。しかしながら、QDのサイズとその分布の制御技術の確立についてはCdSeコロイダルQDを、InAsコロイダルQDの光学特性評価の技術的な確立はPbSeコロイダルQDで代替して研究を推進したことで、全体としては軽微な遅れにとどめられた。25年度が最終年度であるため、記入しない。前年度に開発したInAsコロイダル量子ドットの合成方法の安定性が低く、再現性良くInAsコロイダル量子ドットが得られないことが、本年度の検討により明らかとなった。現在量子ドット太陽電池の研究の主流はPbSeであるが、本質的にはInAs、GaAsなどの砒化物半導体がその用途に適している。代表者らのグループ以外で、安全な砒素原料を用いた砒化物半導体の合成方法が検討されていないことが、PbSe系が主流となっている最大の要因である。本研究課題では、安全な砒素原料を用いた砒化物半導体量子ドットの合成は大きなハイライトであり、この実現なくして本研究課題を推進することができない。昨年度開発した方法ではこれが達成されていないので、本年度の研究の大部分をInAsコロイダル量子ドットの合成に集中した。結果として、当初実施する予定であった、GaAs薄膜の合成を実施することができず、全体としては計画から遅れが生じた。CdSeおよびPbSeコロイダルQDで代替して検討してきた項目については、InAsを用いた検討に移行し、同時にGaAsコロイダルQDの合成を急ぎ当初の計画に早急に戻す。赤外線領域での分光測定評価については連携研究者との打合せを密にする。
精細観測データに基づく宇宙進化史の研究

本研究計画は新規科学研究費発足のため今年度の受領は辞退した。しかしながら、平成18年度分の一部を繰り越したため、それに関する研究成果を報告する。すなわち、平成18年10月より研究支援者として本研究費によって雇用する予定であった永田竜氏が東京大学ビッグバン宇宙国際研究センター教務補佐員に採用されたため、本研究費による着任が半年遅れたため、当該費用を繰り越したのである。永田研究員と代表者は宇宙背景放射の非等方性の観測データから初期揺らぎのスペクトルを再構築する研究に取り組み、これまで代表者らが提案したコズミックインバーション法と共に、最大尤度反転法によって初期揺らぎのスペクトルを再構築した。その結果、これまで知られていなかったべき乗型パワースペクトルからのズレが発見された。その研究結果は現在論文として投稿中である。このほか、簡単なシングルフィールドインフレーションモデルにおいてもインフレーションが二回起こる場合には、ホライズンを超えたスケールでの揺らぎの異常成長が見られることを見出し、それを原始ブラックホール形成に応用した。このほか、超重力インフレーションモデル一般において、原始磁場が生成する条件を求めた。超対称性・超重力理論は、コールドダークマターとなり得るニュートラリーノとともに、晩期崩壊して宇宙の進化に悪影響を及ぼすグラビティーノやモジュライ場の存在を予言する。本年度は、グラビティーノ生成を引き起こすモジュライの新しい崩壊モードを発見した一方、モジュライ崩壊時に生成する多量のエントロピーがグラビティーノ問題を解決し得ることを示した。さらにグラビティーノの崩壊時に生成するコールドダークマター粒子の存在量が、WMAPの最新の観測値とモデルパラメタの自然な範囲で一致することができ、他の宇宙論的制限とも整合性を保つことができることを示した。WMAPの観測データによりコールドダークマターの存在量が通常の熱的生成シナリオよりも少ないことが判明したが、これはこの問題の自然な解決を与えるものである。次世代の宇宙背景輻射探査衛星による非等方性の全天観測を念頭に、温度揺らぎだけではなく、偏光の揺らぎのスペクトルも得られた際に、初期密度揺らぎのパワースペクトルを逆算する方法を開発した。これはこれまでに開発した手法を拡張し、補完するもので、精細データが得られるのが待たれるところである。インフレーション後の再加熱時の最終段階は、熱浴中を振動するスカラー場によって支配される。このようなスカラー場の進化を、有限温度非平衡系の場の量子論を駆使することにより明らかにし、場の散逸率を正しく求めた。またそれを超対称性理論のflat directionスカラー場の進化に応用した。本年度は本研究課題に関して特段目新しい観測結果が報告されなかったため、宇宙進化史を明らかにする上で重要な、いくつかの基礎的諸問題に取り組み、研究成果を挙げた。まず、初期宇宙のインフレーションを引き起こす素粒子論的機構としては、超重力理論によるモデル化が重要であるが、インフレーションを起こすポテンシャルエネルギー源として、FタームによるものとDタームによるものが長い間知られていた。前者に関しては、代表者らによるモデルが知られていたが、パラメタの微調整を必要とするものであった。一方後者によるモデルはこのような微調整は必要とされないが、宇宙背景輻射の精細観測データが得られるにつれ、Dタームインフレーション後に生成されるコズミックストリングが過剰な温度ゆらぎを誘引してしまうことが判明し、このモデルも危機に瀕した。われわれは本年、超重力理論のケーラーポテンシァルに自然に存在する高次項を活用することによって、このコズミックストリングのエネルギースケールを十分下げることができることを示した。また、スーパーポテンシャルの高次項を活用することによってこの問題を解決する別のモデルも提唱した。これはインフレーションをおこすスカラー場をスカラーニュートリノと同定でき、バリオン非対称の生成も同時に説明できる、優れたものである。一方、インフレーション後の再加熱過程の研究として、従来インフレーションをおこすスカラー場の質量よりも温度が高くなると、この場は崩壊できず、再加熱が中断されることが主張されていたが、非平衡系の場の理論を用いることによってこのプロセスを正しく解析したところ、このような中断は起こらないことを見出した。また、再加熱温度のより正しい表式を導出し、その宇宙論的意義を明らかにした。

観測データと関わりのある研究としては、宇宙背景輻射の温度ゆらぎと相関ゆらぎの双方の精細観測データが得られた暁には、これらを用いてCosmic Inversion法によって独立に再構築した初期ゆらぎのスペクトルが一致するという条件から、初期ゆらぎのスペクトルによらない形で宇宙論的パラメタの値を制限することができることを示した。そして、プランク衛星によって得られると期待される観測データからどのような制限が得られるかを求めた。今年度はまず、代表者らがWMAP衛星の観測データを説明するために提唱した、スムーズハイブリッドニューインフレーションモデルにおいて生成する密度揺らぎのスペクトルを数値計算によって正確に求めた。その結果、WMAP衛星の観測にかかる大スケールでは代表者らが先に行った解析的な見積もりと符合する結果が得られたが、小スケールに於いて異常なピークが生成することを見出した。これは比較的質量の大きな原子ブラックホールが形成することを意味し、天体物理的に興味深いものである。また、このようなピークが生成するは、第一回目のインフレーション後に起こる場の振動に起因したパラメター共鳴であることが詳細な解析の結果判明した。このほか、精細観測データと理論の比較という観点から、超弦理論から導かれるディラトンのランアウェイシナリオに於いて微細構造定数と陽子・電子質量比の時間変化を計算し、観測を説明できるパラメター領域が十分あることを示した。さらに、モジュライの散逸に初期宇宙の熱的過程有効になる場合があることを示した一方、グラビティーノ問題についてはこれまで知られていなかった新しい生成機構があることを見出し、宇宙進化に大きな制限を課すことを示した。宇宙論パラメターの推定については、マルコフチェインモンテカルロ法がもっぱら用いられているが、この一つの応用として密度揺らぎのスペクトル指数にスケール依存性がある場合について、ニュートリノ質量に課される制限を求め、スケール依存性の自由度のない場合よりもより厳しくなることを見出した。インフレーション中に原始磁場が生成する条件を、超重力理論に基づいて一般的に解析した。
多機能タンパク質Purαの細胞内局在に関わる因子の同定と解析

転写、翻訳制御に関わる多機能蛋白質神経細胞内の局在化が、多機能性制御の重要なステップと考えPurαの局在を規定する分子内領域を特定した。Purα以外の転写、翻訳制御因子であるY-box蛋白質ついても解析を行なったので報告する。1.Purαについて:種々のPurα変異体の細胞内局在を調べ以下の結果を得た。(1)PurαのC末領域が細胞質に留まるために必要であった。(2)レプトマイシンB処理により、核外輸送については少なくともCRM1を介さない。(3)野生型Purαは細胞質中で複合体を形成するのに対し、C末切断変異型は形成できない。(1)胎児期の脳で既に存在し生後10日目から急激に減少する。(2)神経細胞の主に細胞質に存在し、RNAを含んだ複合体を形成する。(3)脆弱性X性症候群の原因蛋白質、FMRPとRNAを介さず結合し、樹状突起でFMRPと一部共局在する。(4)ポリソーム画分にも分布し、EDTA処理でリボソームを解離させても複合体として存在し得る。(5)EDTA耐性rBYB1画分に含まれるmRNAをcDNAとしてクローン化し同定した。(6)(5)のクローン中、チューブリンα1が最も多かった。(7)チューブリンα1mRNAは抗rBYB1抗体で免疫沈降される。(8)神経細胞を高K処理すると樹状突起中のrBYB1が減少する傾向が観察された。Purαは細胞質因子と相互作用することで核への移行を抑制している可能性があり、結合因子と細胞質局在化との関連について解析を進める。rBYB1が複合体中のmRNAの翻訳制御を行なっている可能性について検討する。多機能蛋白質であるPurαの細胞局在化やrBYB1による翻訳制御が、神経細胞分化や刺激応答との関連、さらに脳の発達過程での変化についても解析を進める。DNA、RNA結合蛋白質で転写、翻訳に関わる多機能蛋白質であるPurαについて、その細胞内局在化が機能発現に重要だと考え、MycもしくはGFP融合蛋白質を神経系培養細胞に発現させ局在を調べた。また、Purαの結合活性がある転写、翻訳因子Y-box蛋白質についての解析も同様に行ったので報告する。<Purαについて>未分化神経系細胞において、野生型Purαは主に細胞質に局在したのに対し、C末の切断型は核に蓄積することから、細胞質に留まるために必要な領域がC末部に存在し、それ以外の領域に核移行に必要な領域が存在している可能性が示された。細胞質-核間シャトルをしている可能性については、レプトマイシンBを用いて検討した。核外移行配列とGFP融合蛋白質はレプトマイシンBで核に蓄積したが、GFP-Purαの局在変化はみられなかった。この結果はGFP-Purαの核外輸送は、少なくともCRM1/exportin1を介した経路ではないということを示している。<Y-box蛋白質について>脳で発現しているY-boxタンパク質のcDNAクローンを単離し、融合タンパク質や抗体を用いて発現の変化や細胞内局在について検討した。神経系培養細胞の内在性Y-box蛋白質は細胞質に局在するが、過剰発現させると核へ蓄積すること、切断型が核へ蓄積することから、切断領域内に細胞質アンカー因子との相互作用領域が含まれている可能性がある。動物の生長や神経系細胞の分化処理によってY-boxタンパク質が減少することも見い出しており、未分化、分化細胞でどのようなmRNAと相互作用しているのか興味深い。今後は、Purα、Y-boxの細胞内局在を規定する領域の解析と共に、結合因子(RNA、蛋白質など)を単離、同定を行う。また、神経細胞を高カリウム処理などで神経活性を高めた時の細胞局在の変化や、転写、翻訳活性に変化がみられるのか検討したい。

Purαは細胞質因子と相互作用することで核への移行を抑制している可能性があり、結合因子と細胞質局在化との関連について解析を進める。rBYB1が複合体中のmRNAの翻訳制御を行なっている可能性について検討する。多機能蛋白質であるPurαの細胞局在化やrBYB1による翻訳制御が、神経細胞分化や刺激応答との関連、さらに脳の発達過程での変化についても解析を進める。