hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
修飾オリゴ糖の合成と機能

本研究では、グリコシダーゼおよびグリコシルトランスフェラーゼの作用機作の解明と、選択的阻害剤の開発を目的として、修飾オリゴ糖を合成し、その性質を明らかにした。グリコシダーゼ阻害剤では、従来から進めてきた5-チオアルドース、とくに5-チオ-L-フコースを含むオリゴ糖と、そのフコシダーゼに対する阻害活性を集大成し、グリコシド結合様式による相違が見られることを擬似二糖を合成し明らかにした。また、5-チオ-L-フコースを含むオリゴ糖の合成においては、レクチンや抗体による糖鎖認識を解明するプローブの開発へと展開した。すなわち、血液型関連抗原であるHtype2およびLe^x三糖のフコース残基を5-チオフコースに置換した三糖アナログを合成した。合成したHtyp2三糖アナログはHtype2三糖を認識するレクチンには認識されず、抗体に強く認識されるという、その普遍性に関して今後の検討に興味のもたれる事実を見いだした。さらに、より強い活性の期待されるアザ糖を非還元末端に有する擬似オリゴ糖へ展開するため、非環状誘導体の形で還元末端側の糖を導入したのちに、アザ糖ピラノシドを形成する方法を開発した。これによりエンドグリコシダーゼの特異的阻害剤を合成しうる可能性を見いだした。糖転移酵素としては、スクロースから異なったO-グリコシルフルクトースを形成するグリコシルトランスフェラーゼおよび複合糖質糖鎖の生合成に関与するβ1→4ガラクトシルトランスフェラーゼに対して生物有機化学的手法により基質認識を明らかにした。ガラクトース転移酵素、フコース転移酵素およびシアル酸転移酵素に対する新しい供与体アナログを設計・合成し、それらの糖転移酵素に対する挙動を明らかにした。UDP-5-チオ-N-アセチル-D-ガラクトサミン、GDP-5-チオ-L-フコース、CMP-シアル酸のシアリルホスホン酸型アナログはそれぞれβ-1,4-ガラクトース転移酵素、α-1,2-フコース転移酵素、α-2,6-シアル酸転移酵素の供与体として機能することを明らかにした。糖鎖の機能を探る一つの手法として、糖転移酵素の選択的阻害による糖鎖合成の制御の可能性の追求を、グリコシド結合の加水分解酵素(グリコシダーゼ)および形成酵素(トランスフェラーゼ)の阻害剤のデザインを通して行っている。グリコシダーゼ阻害剤では、従来から進めてきた5-チオアルドース、とくに5-チオ-L-フコースを含むオリゴ糖と、そのフコシダーゼに対する阻害活性を集大成し、グリコシド結合様式による相違が見られることを明らかにした。さらに、より強い活性の期待されるアザ糖を非還元末端に有する擬似オリゴ糖へ展開するため、非環状誘導体の形で、環元末端側の糖を導入したのちに、アザ糖ピラノシドを形成する方法を開発した。糖転移酵素としてはスクロースから異なったO-グリコシルフルクトースを形成するグリコシルトランスフェラーゼおよびβ1→4ガラクトシルトランスフェラーゼに対して生物有機化学的手法により基質認識を明らかにした。前者では種々の置換スクロースを、後者では種々の供与体(UDP-ガラクトース)のアナログを合成し、それらを基質とした転移反応より、酵素の活性部位における分子認識を探る手がかりとなる知見を得た。5-チオ-L-フコースを含むオリゴ糖の合成においては、従来のフコシダーゼによる結合様式特異的な認識を検証するプローブとしてのみならず、レクチンや抗体による糖鎖認識を解明するプローブの開発へと展開した。

すなわち、血液型関連抗原であるH type2およびLe^x三糖のフコース残基を5-チオフコースに置換した三糖アナログを、共通の合成中間体である1,6-アンヒドロ-2-アジド-2-デオキシ-4-O-(β-ガラクトシル)グルコース誘導体を経由して合成した。合成したH type2三糖アナログは、H type2三糖を認識するレクチンに認識されず、抗体に強く認識されるという、その普遍性に関して今後の検討に興味のもたれる事実を見い出した。アザ糖を含むオリゴ糖の合成においては、アザ糖を他の糖に結合する構造として分子間アミジン結合に着目し、チオアミドとアミンから水銀塩の存在下に構築する効率の良い方法を見い出した。実際の二糖アナログの合成にあたってはアミジンの形成を結合の分子間または分子内で行う2つのルートを開発した。これによりエンドグリコシダーゼの特異的阻害剤を合成しうる可能性を見い出した。また、合成スクロースアナログを用いて、2種の微生物由来のα-グルコシルトランスフェラーゼの基質特異性の発現に関与する水酸基を明らかにした。糖転移酵素における糖転移機構の解明と新しい機能性擬似オリゴ糖の創製を目的として、ガラクトース転移酵素およびシアリル転移酵素に対する新しい供与体アナログを設計・合成し、それらの糖転移酵素に対する挙動を明らかにした。5-チオアルドースを含むオリゴ糖が酵素阻害作用を示したり、レクチンに対して強い親和力を示すことはすでに化学合成した擬似オリゴ糖を用いて明らかにした。今年度は5-チオアルドースを含むオリゴ糖の酵素合成を検討すべく、5-チオアルドースから成る糖ヌクレオチド(Leloir)供与体UDP-5-チオ-D-ガラクトサミン1,GDP-5-チオ-L-フコース2,GDP-5-チオ-D-マンノース3などを合成した。1および2はそれぞれラクトアルブミン存在下におけるβ-1,4-ガラクトース転移酵素およびα-1,2-フコース転移酵素により、GlcNAcおよびGalに相当する5-チオ糖残基が転移されることを明らかにし、新しい酵素合成の可能性を切り拓いた。シアル酸転移酵素の供与体であるCMP-シアル酸のアナログとして、すでにシアリルホスホン酸型アナログについては合成法を確立しているが、今年度はシアリルメチルホスホン酸型アナログ5,そのα-アノマーアナログ6およびα-ヒドロキシアナログ7を合成した。これらのアナログについてシアル酸転移酵素の阻害活性を測定し、そのうちの1種がとくに強い活性をもつとは言えないが、CMPに匹敵する阻害活性を示すことを明らかにした。また、アナログについては転移速度はCMP-シアル酸の0.8%程度であるが、供与体として働くという興味ある事実を見いだした。さらに、CMP-シアル酸輸送タンパク質性挙動についても検討し、アナログ6がこのタンパク質の機能を阻害することを見いだした。これらの知見はシアル酸の生化学に新しい展開をもたらすものと期待される。
腸管出血性大腸菌の新規DNA 修復機構の同定と機能解析

腸管出血性大腸菌においてトランスポゾンの一種である挿入配列(IS)のexcisionを促進する新規因子として、IEE (IS excision enhancer)を同定した。また、腸管出血性大腸菌O157におけるIEEの機能解析から、その反応がIS3にコードされている転移酵素との相互作用により起こることを明らかにした。加えて、このIEEのホモログが、腸管出血性大腸菌だけでなく系統関係を超えた様々な菌種に存在し、遺伝子水平伝播により多種多様な菌種にその分布を拡大したことを明らかにした。本研究では、これら18種類の候補ORFに関し、Wanner法を用いて遺伝子破壊株を作成した。さらに挿入配列の一つであるIS629の転移頻度を検出する系を用いて、ISのexcisionとrepairの頻度が低下する、つまり、野生株と比べて修復が起こる頻度が低下するORFの同定を試みた。その結果、遺伝子破壊を行った際に野生株と比べて頻度が明らかに低下するORFを1種類同定することが出来た。また、その候補ORFを発現ベクターにクローニングし、非病原性大腸菌K-12株へ導入した結果、O157株と同様にISのexcisionとrepairの頻度が向上した。これらの結果から、このORFがISのexcisionとrepairの機構に本質的に機能していることが明らかとなった。全ての生物にとってDNA二本鎖切断(DSB)は、生命の維持に関わる重篤なDNA損傷である。その修復機構として、大腸菌ではRecA組換え酵素を介した相同組換え機構(homologous recombination)は存在するが、相同性のない切断部位を直接結合修復する末端修復機構(non-homologous end-joining [NHEJ] system)は存在しないとされている。申請者は、腸管出血性大腸菌(EHEC)のゲノム多様性解析から、O157やO26などの腸管出血性大腸菌に、既知のNHEJ関連遺伝子とは異なる全く新しいNHEJ機構が存在する可能性を見出した。本研究では、腸管出血性大腸菌O157に存在する新規NHEJ関連因子を同定し、その修復機構の全容を明らかにすることを目的とした。IS3ファミリーに属するIS elementがexcisionする際にDSBが形成されると考えられていることから、IS3ファミリーの一つであるIS629のexcision頻度(つまり、DSB修復を起こす頻度)の違いを利用して、高い頻度を示す腸管出血性大腸菌株9株に特異的に存在する遺伝子群(31ORF)を同定した。さらに、これらの31 ORFについて、O157堺株における遺伝子破壊株を作製し、最終的に頻度低下に関わるORFを1個同定してIEE (IS excision enhancer)と名付けた。また、IEEの機能解析から、その反応が挿入配列ISの転移酵素との相互作用により起こることを明らかにした。
サイトカインによる好中球機能亢進作用とその機序に関する研究

サイトカイン、特に顆粒球コロニー刺激因子(GーCSF)と腫瘍壊死因子(TNF)によるヒト好中球機能亢進作用とその機序につき解析した。GーCSFは好中球に作用して、膜受容体を介する代謝誘導物質(遊走因子、レクチン)により誘導される活性酸素産生及び膜脱分極反応を亢進させたが、膜受容体を介さない代謝誘導物質(カルシウムイオノホア、ホルボールエステル)により誘導される代謝反応には影響を与えなかった。最大効果は、25ー50ng/mlGーCSF、10分間の前処理で得られた。GーCSFは、遊走因子やレクチンにより誘導される細胞内遊離カルシウムイオンの増加には影響を与えず、また、遊走因子受容体にも影響を与えなかった。GーCSFは、補体(C3bi)受容体の膜上への発現を増強し、同時に、粘着能を亢進した。この作用は、25ー50ng/mlGーCSF、30分間の前処理で最大であった。GーCSFによる好中球機能亢進作用は、温度依存性であり、蛋白合成を必要としなかった。また、単球には作用しなかった。GーCSFを化学療法施行中の悪性リンパ腫患者に投与すると、好中球数の増加ばかりでなく好中球機能の亢進も認められ、臨床的にも極めて有用な薬剤と考えられた。一方、TNFは、GーCSFを遙かに凌ぐ極めて強い好中球機能亢進作用を有しており、最大効果は、100単位/mlTNF10分間の前処理で得られた。TNFは、カルシウムイオンを動員する代謝誘導物質(遊走因子、レクチン、カルシウムイオノホア)により誘導される活性酸素産生及び膜脱分極反応を亢進させたが、ホルボールエステルにより誘導される代謝反応には影響を与えなかった。TNFは、コンカナバリンAにより誘導される細胞内遊離カルシウムイオンの増加を亢進した。TNFは、単独でも、弱いながら好中球の活性酸素産生を誘導し、この作用は、サイクリックAMPで阻害された。
大腸菌ATP依存性プロテアーゼLonの基質特異性とタンパク質分解シグナルの検索

ATP依存性プロテアーゼはタンパク質分解の際ATPを加水分解するユニークなプロテアーゼ群で,細胞内の異常タンパク質の分解にかかわっている.申請者はこの中で最も単純な分子構成を持つ大腸菌のプロテアーゼLon(プロテアーゼLa)に着目し,その構造機能相関の研究をおこなっている.今年度は,以下の結果を得た.1)プロテアーゼLonの大量発現・精製系の確立T7 RNA polymeraseを用いた大量生産系を作成し,phosphocellulose,SephacrylS-300の2本のカラムクロマトグラフィーによる簡便な精製系を確立した.これを用いれば,短期間(4日以内)に大量の完全精製標品(1lの培養液より約10mg)を得ることができる.また,精製過程および保存溶液中に30%グリセロールを添加することによりこの酵素の安定性を向上させることができることを見いだした.短期間に高純度までに精製することとグリセロールの添加により精製標品の安定性は飛躍的に向上した.従来の報告では4°Cの保存において精製標品は1日で3040%失活するとされていたが,申請者の精製標品は同一条件下2ヶ月間経過しても活性の低下は全く見られなかった.2)X線結晶構造解析へ向けての結晶化の試み上記のように完全精製プロテアーゼLonは4°Cで比較的安定であることがわかったので,4°Cおいてhanging drop法により結晶化をを試みた.現在までに,約1000通りの条件を試みており,球晶を得ている.さらに条件検討を進めて単結晶を得て,構造解析を行う予定である.これが成功すればATP依存性プロテアーゼの中では構造が決定された初めてのものとなる.ATP依存性プロテアーゼはタンパク質分解の際ATPを加水分解するユニークなプロテアーゼ群で,細胞内の異常タンパク質の分解にかかわっている.申請者はこの中で最も単純な分子構成を持つ大腸菌のプロテアーゼLon(プロテアーゼLa)に着目し,その構造機能相関の研究をおこなっている.今年度は,以下の結果を得た.1)プロテアーゼLonの大量発現・精製系の確立T7 RNA polymeraseを用いた大量生産系を作成し,phosphocellulose,SephacrylS-300の2本のカラムクロマトグラフィーによる簡便な精製系を確立した.これを用いれば,短期間(4日以内)に大量の完全精製標品(1lの培養液より約10mg)を得ることができる.また,精製過程および保存溶液中に30%グリセロールを添加することによりこの酵素の安定性を向上させることができることを見いだした.短期間に高純度までに精製することとグリセロールの添加により精製標品の安定性は飛躍的に向上した.従来の報告では4°Cの保存において精製標品は1日で3040%失活するとされていたが,申請者の精製標品は同一条件下2ヶ月間経過しても活性の低下は全く見られなかった.2)X線結晶構造解析へ向けての結晶化の試み上記のように完全精製プロテアーゼLonは4°Cで比較的安定であることがわかったので,4°Cおいてhanging drop法により結晶化をを試みた.現在までに,約1000通りの条件を試みており,球晶を得ている.さらに条件検討を進めて単結晶を得て,構造解析を行う予定である.これが成功すればATP依存性プロテアーゼの中では構造が決定された初めてのものとなる.
膜電位イメージング時空間データの統計的解析による脳幹内呼吸リズム形成機構の解明

脳幹における呼吸リズム形成の様相を調べるために、膜電位感受性色素を用いたイメージング計測による時空間データと呼吸筋駆動神経信号の関連を調べ、Sigmoid and Transfer Functionモデルと名づけるモデルの開発に成功した。これに引き続き時間的なフィルタの効果の研究を進め、呼吸関連の賦活部位を統計的に有意に検出する方法を開発した。この成果は医用画像処理の分野で権威のある学術誌に掲載された。ラット脳幹内の呼吸関連領域から得られた膜電位イメージデータ変動の間の因果関係を把握することによって呼吸リズムの形成機構のモデルの構築を主に以下のステップで行う。(1)呼吸リズム形成にかかわる領域の抽出(2)各領域の活動様相からみた分類と呼吸リズム生成での役割の明確化(3)各領域における活動の間の因果関係と呼吸の動力学的メカニズムの解明脳幹における呼吸リズム形成の様相を調べるために、膜電位感受性色素を用いたイメージング計測による時空間データと呼吸筋駆動神経信号の関連を調べ、Sigmoid and Transfer Functionモデルと名づけるモデルの開発に成功した。19年度の研究において呼吸の筋活動に直結するC4VRの信号に直接関係すると見られるピクセルを抽出することに成功し、C4VR信号への影響を記述するモデルにSTFモデルという名前をつけた。また、NNARモデルを用いた解析により、C4VR信号と相関の高い変動をしめす部位がみつかっている。研究の目的として呼吸リズム形成に関わる領域の抽出を挙げていたが、本年度の研究によってこの目標が達成されたことになり、学会にも報告し、論文を投稿するまでに至っている。この領域の抽出にあたっては非線形モデルのフィットが重要な役割を果たしており、このモデルのパラメータの値による呼吸リズム形成領域における各ピクセルの役割の客観的な分類が可能になったことが大きな成果である。従来、大きなノイズに埋もれた脳活動の解析に当たっては、多数回の実験データの重ね合わせによりSN比を改善する方法が主流であったが、今年度の我々の研究によるNNARモデルによる解析法によりデータの重ね合わせによることなく、重要な活動領域を抽出することが可能になる見込みが得られた。この方法は一般の脳研究に拡張できる可能性があり、大きな成果と言える。この成果を公表する準備が進行中である。19年度の研究において呼吸に直結するC4VRの信号に直接関係するとみられるピクセルを抽出することに成功し、C4VR信号への影響を記述するモデルにSTFモデルという名前をつけたが、このモデルによって、呼吸一回ごとの呼吸リズム形成の詳細が観測できること、このモデルによってC4VR信号が多ピーク変動示す呼吸において、C4VRの活動中のphaseによって異なる場所のピクセルの挙動からの寄与があることの発見を報告した論文を雑誌に掲載した。非線形のブラックボックス・モデルであるSTFモデルの裏にあると想像される生理学的機構を解明することを目的として振動的な変動を示す2つのニューロン群から構成される呼吸リズム生成機構のモデルを構築し、シミュレーションによってこのモデルがこれまで提唱されてきたモデルに比べ、より忠実に実際の呼吸に於いて観測される様々なパターンの呼吸活動を再現することを確認した。ラットにおいて呼吸リズム形成の機構がラットの誕生後、日数を経るに従って成長していくことが知られており、この間の変化を膜電位画像とC4VRの信号の間の関係の変化として捕らえることを目指して、異なる標本からのデータを集積するための標準イメージの構築に関する研究をスタートさせた。NNARモデルを用いた解析により、C4VR信号と相関の高い変動をしめす部位を見つける方法に関しての特許を申請した。オーストラリア、スイス、フランス、日本において開催された国際学会で成果の発表を行った。本研究は、ラット脳幹内の呼吸関連領域から得られた膜電位イメージデータ変動の間の因果関係を把握することによって呼吸リズムの形成機構を明らかにすることを目的とするものであり、平成20年度までの研究によって自発呼吸のデータから各呼吸に寄与している部位を抽出することを可能とし、このSTFモデルの活用によって、病的に多ピークの呼吸活動を示す場合にそれぞれのピークに寄与している部位が必ずしも一致していない現象が、呼吸リズム形成過程の頑健性、安定性と統一性を両立させるメカニズム、の解明において重要な意義を有するとの認識に至った。平成21年度はブラジル、サンパウロで開催された国際会議を含む国際的な研究発表の場においてこれらの成果を発表し、その評価を求めるとともに、ラットの誕生後の呼吸リズム形成機構の発達に伴う変化の追跡、および、多数のニューロンの協調によって形成される呼吸リズムの計測における空間、時間的な平均化フィルタの効果の研究を計画に掲げて研究を進めた。その成果として、前者の計画に対して、多数の実験の結果を統合し、ラットの個体差を吸収しつつ呼吸リズム形成機構の日齢差を追跡する技術の基礎となる「極座標変形法」と言うべき画像データ標準化法を得、ラット脳幹に直結する脊髄上部の横断断面画像の標準画像化によってその有効性を確認した。計画の後者に対しては、確率的神経ネットワークモデルにもとづくシミュレーションによる研究を進め、呼吸リズム形成にかかわる神経群が大局的に示す"quantal slowing"の現象を説明するメカニズムのモデルを得た。

本研究は、ラット脳幹内の呼吸関連領域から得られた膜電位イメージデータの統計的解析によって呼吸関連領域各部位における電気的変動の間の因果関係を把握することによって呼吸リズム形成機構を明らかにすることを目的とし、最初の3年間で自発呼吸のデータから各呼吸に寄与している部位を抽出することを可能とするSTF (Sigmoid and Transfer Function)モデルを開発、このモデルの活用によって、病的に多ピークの呼吸活動を示す場合にそれぞれのピークに寄与している部位が必ずしも一致していない現象が呼吸リズム形成過程の解明にあたって重要であることを見出すとともに、NNAR (Nearest Neighbour Auto-Regressive)モデルを用いた解析により、多数の計測の重ね合わせによることなく、各計測ごとに呼吸筋駆動信号(C4VR信号)と相関の高い変動をしめす部位を見つける方法に関しての特許を申請した。4年計画の最終年次にあたる今年度は近い将来における膜電位データより時間的空間的解像度が高い計測技術の利用を視野にいれつつ研究を進め特に、呼吸神経細胞ネットワーク活動の数値シミュレーション法を工夫しその統計的特性を実データに合わせる進化型最適化技法の開発、標本ラットの「個性」の統計的把握の基礎となる標準脳画像構築法の研究を進め成果を得た。データ公開の準備も進めたがこれの実施は関連論文の発表が完了するまで待つこととした。
高分子ミセル型ナノキャリアによる薬物・遺伝子デリバリー

本研究では、難治がんの標的治療の実現を目指して、細胞内低pH環境応答性と標的細胞結合能を賦与した制がん剤内包高分子ミセルを開発し、その有効性を担がんマウスを用いた動物実験により明らかにした。また、遺伝子デリバリーに基づくがんの分子治療の実現に向けて、細胞内還元的環境下で選択的に開裂する結合を介して内核が架橋安定化された高分子ミセル型ベクターを構築し、がんの血管新生阻害治療における有用性を明らかにした。本研究では、固形がんを標的とした薬物や遺伝子のデリバリーシステムを開発し、がんの分子療法の実用化を目指している。本年度は、(1)Dachplatin内包高分子ミセルの体内動態の改善を目的としたミセルを形成するブロック共重合体の組成の最適化、(2)Dachplatin内包ミセルへの標的リガンドとしての葉酸分子の導入、(3)DNA内包高分子ミセルの血中滞留性向上のための新しいブロック共重合体の設計、の3つの項目について研究を行った。研究(1)においては、ブロック共重合体の内核構成セグメントを短くすることで、ミセルの肝臓および脾臓への集積が抑制され、その結果、固形がんへの集積の選択性が向上することが明らかとなった。さらに、担がんマウスを用いた制がん活性評価において、最適化されたDachplatin内包ミセルは、Oxaliplatinに対して耐性であるマウス大腸がんC-26に対し、毒性を示すことなく高い制がん活性を示すことが明らかとなった。研究(2)においては、葉酸分子結合型Dachplatin内包ミセルを開発し、葉酸受容体に対する認識能を表面プラズモン共鳴解析装置により評価した。さらに、葉酸受容体を過剰発現していることで知られるKB細胞に対して葉酸結合ミセルは優れた細胞毒性を示すことが明らかとなった。研究(3)においては、高分子ミセル型遺伝子キャリアの血液中における安定性を向上させるために、DNAを保持した内核とポリエチレングリコール外殻の間に、アニオン性高分子からなる中間層を有する3層型高分子ミセルを開発した。3層型ミセルは、アニオン性のアルブミンがミセル中間層と静電反発によって相互作用しないために、高濃度アルブミン存在下においても長時間安定であることが確認された。本システムは、全身投与による遺伝子デリバリーが可能なシステムとして今後の展開が期待される。本年度は、Dachplatin内包ミセルに関してブロック共重合体の組成の最適化を行い、ミセルの肝臓および脾臓への集積を抑制することに成功した。これによって、腫瘍に対する高い選択性が達成され、Oxaliplatinでは制ガン活性が認められなかったマウス大腸癌(C-26)モデルに対する治療効果が確認された。また、ミセル投与後の体重減少もブロック共重合体の組成の最適化によって軽減されることが分かった。このようなDachplatin内包ミセルの転移がんに対する治療効果を検討するために、luciferaseを発現するHeLa細胞を腹膜内に播種したマウスにミセルを全身投与したところ、Oxaliplatinでは治療効果が認められなかったが、Dachplatin内包ミセルはluciferase発光量を顕著に減少させ、転移がんに対しても高い治療効果を示すことが明らかとなった。一方、高分子ミセル型遺伝子ベクターに関しては、内核がジスルフィド(SS)架橋により安定化されたシステムを開発した。32P標識DNAを用いて体内動態を評価したところ、SS架橋導入ミセルは、SS架橋を導入していないミセルと比較して有意に長期化された血中滞留性を示することが確認された。さらに、SS架橋導入ミセルの表層に、腫瘍血管の内皮細胞やがん細胞で過剰発現が認められるαVβ3インテグリンに対して特異的に結合する環状RGDペプチドを装着したシステムを開発した。環状RGD導入ミセルは、αVβ3インテグリンを発現するHeLa細胞に対して迅速に細胞核近傍へと移行し、リガンドを導入していない高分子ミセルよりも著しく高い遺伝子発現を示した。また、siRNA内包ミセルについては、内核にSS架橋を導入したシステムにより顕著に高いsiRNA活性が確認された。本年度は、Dachplatin内包ミセルに関して、luciferaseを発現するマウスメラノーマB16F10-Luc細胞を静脈内投与することにより作製した肺転移モデルに対するDachplatin内包ミセルの有効性を検討したところ、Dachplatin内包ミセルは、コントロールであるoxaliplatinよりも顕著に高い制ガン活性を示すことが明らかとなった。さらに、蛍光色素で標識したDachplatin内包ミセルを調製し、低い血管密度と厚い間質のために高分子の集積性が低いことが確認されている膵がんモデルにおけるDDSの腫瘍内分布を予備試験的に検討したところ、Dachplatin内包ミセルは腫瘍深部にまで分布していることが示唆された。一方、高分子ミセル型遺伝子ベクターに関しては、内核がジスルフィド(SS)架橋により安定化されたシステムのガン遺伝子治療への可能性を検討した。

具体的には、SS架橋率の異なる高分子ミセルに可溶性VEGF受容体を発現するプラスミドを内包し、膵がん(BxPC3)細胞の皮下移植モデルに対する血管新生阻害治療を行った。その結果、SS架橋導入ミセルは、有意な制ガン活性を示すことが明らかとなった。ここで、最も高い血中滞留性を示した高いSH導入率(36%)では制ガン活性は確認されなかったが、安定性と還元環境応答性のバランスの取れたSS導入率(11%)において有意な活性が得られたため、SS架橋導入率には最適値が存在することが明らかとなった。今後は、投与スケジュール等の検討によって治療効果の最適化を図る一方で、そのゲムシタビンや抗VEGF抗体による治療効果との比較を行う予定である。DACHPt内包ミセルに関しては、マウスメラノーマB16F10細胞の肺転移モデルの微小転移巣に蛍光標識ミセルが特異的に集積することが確認された。また本年度は、大腸がんHT29細胞とそのオキサリプラチン耐性株に対する制がん活性を評価したところ、DACHPt内包ミセルはin vitroとin vivoのどちらの場合においても優れた制がん活性を示し、オキサリプラチン耐性を克服できることが明らかになった。今後は、そのメカニズムについて、ミセルの細胞内取り込みや細胞内Pt量およびDNA結合Pt量、さらには白金錯体制がん剤の解毒に関与するmetallothionein等の発現量と薬効との関連性を明らかにしていきたいと考えている。一方、遺伝子内包高分子ミセルに関しては、可溶型VEGF受容体(sFlt-1)発現プラスミドを搭載したジスルフィド(SS)架橋型ミセルの全身投与によって、血管新生阻害効果によりヒト膵がんBxPC3細胞の固形がんモデルの増殖が顕著に抑制され、ゲムシタビンやアバスチンよりも優れた制がん活性が確認された。さらに、そのメカニズムを検証したところ、SS架橋型ミセルの投与によってがん組織切片中の血管内皮マーカー(CD31)陽性部位の面積が有意に減少することやELISAによりがん組織特異的にsFlt-1の発現量が増大していることが確認された。以上のように、SS架橋型ミセルは膵がん組織に選択的にsFlt-1遺伝子を発現させることによって、優れた制がん活性を示すことが示唆された。本研究では、薬剤・遺伝子デリバリーのための高分子ミセル型ナノキャリアを構築し、そのin vitroおよびin vivo評価を通じてキャリア設計の最適化を行った。まず、オキサリプラチン活性体DACHPtを内包した高分子ミセルに関しては、前年度までにオキサリプラチン耐性がん細胞に対する優れた薬効が確認されたために、本年度は細胞内環境におけるミセルからのDACHPtのリリース、蛍光標識ミセルの細胞内分布および腫瘍内分布の解析、細胞内Pt量およびDNA結合Pt量の定量、薬効関連分子の遺伝子発現解析を行った。その結果、DACHPt内包ミセルは、エンドサイトーシスによって細胞内に取り込まれ、核近傍の後期エンドソーム/リソソームで選択的にDACHPtを放出することによって、細胞質内のmetallothionein等による白金の解毒メカニズムを回避し、耐性がんに対して優れた薬効を示すことが示唆された。
生活保護受給世帯における大学等就学に関する研究――「進路希望」に着目して

2017年度は、2016年度に実施した生活保護利用世帯の「若者」に対するインタビュー調査の結果(「語り」)を分析した。分析結果からは:1利用世帯の若者の「進路希望」の「形成過程」が「経済的要因」(「奨学金」の借り入れリスクなど);2「文化的要因」(養育者の「文化資本」など)の影響を被っていたこと;以上に加えて、3かれらが「生活保護制度」の定める「客観的な選択肢」を「認識するより先に/認識することなく」、「進路希望」を形成していたことが析出された。この結果は、一見すると、かれらが「生活保護制度」を強く意識することなく「進路希望」の形成に至っていた可能性を示している。しかしながら同時に、この結果は、生活保護利用世帯の子どもが「なしうること/なしえないこと」を認識しないままに「進学」を断念する可能性や、先行して形成された「進路希望」が後になって「客観的な選択肢」と齟齬をきたす可能性を示している。以上を踏まえると、生活保護利用世帯の子どもによって形成される「進路希望」が、先行研究において指摘されていた「経済的要因」や「文化的要因」のみならず、子どもが「生活保護制度」の定める「客観的な選択肢」(「収入認定除外」、「保護費のやり繰りによる預貯金」など)を認識しているか否かによっても左右されうると考えられる。なお、以上の分析結果は、首都大学東京・人文科学研究科に提出・受理された博士論文(『生活保護利用世帯における大学等「就学機会」に関する研究』)の第2章として掲載・発表している。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の中心課題は:生活保護を利用する有子世帯の子どもが、「どのようにして」高等学校等卒業後の進路選択を行ってきたのかを、特に当人の進路希望に焦点化して、当人の語りに基づき分析することにある。以上の課題追究のために、2016年度は、生活保護利用世帯出身の若者に対するインタビュー調査を実施した。インタビュー調査への協力を得られたのは、2世帯、2名の若者、2名の養育者である。具体的には:(No.1)女性(19歳)とその母親;(No. 2)女性(19歳)とその父親である。これらの調査からは、以下のような語り(=音声データ)を得られた:1進路選択を行う当事者である若者から、高等学校等卒業後の進路選択を行うにあたっての生活保護制度の影響、進路希望の形成過程、生育歴の影響などに関する語り;2それぞれの若者の養育者による、若者の進路選択に関する語り。インタビュー調査は、公共施設の会議室(個室)、調査協力者の自宅にて実施した。なお、若者へのインタビューの際には、「語り難さ」を軽減するために養育者には退席してもらっている。なお、本調査の倫理綱領は、所属機関の研究安全倫理委員会の承認を得ている。上記のとおり、調査実施世帯数こそ少ないが、生活保護利用世帯の若者及び養育者の両者に対して詳細なインタビュー調査を実施できたことの意義は大きい。なお、上記の調査結果(音声データ)は、すべて書き起こして文書化した。書き起こし文書を整理するにあたっては、個人情報保護の観点から:1固有名詞(人名、地名など)の匿名化(Aさん、B県など);2語りの趣旨を損なわない範囲での加筆・修正(年齢などの修正)を行った。そのうえで、整理した書き起こし文書を、調査報告書として冊子にまとめた。現在、この書き起こし文書(データ)の分析を、文献サーベイ(社会福祉学領域、教育社会学領域などの先行研究の検討)と並行して進めているところである。第1に、当初の予想よりも協力者は少なかったものの、若者2名(また、それぞれの養育者)に対してインタビュー調査を実施できたことが挙げられる。アクセスが困難な生活保護利用世帯出身の若者当人から、進路希望や制度に関する語りを得られたことの意義は大きい。他方で第2に、予定では、2017年に学会報告などで初期段階での分析結果を公表する予定であったが、データの整理・分析に時間がかかったために公表が遅れていることが挙げられる。データの分析を深め、その結果を公表していくことが新年度の課題である。以上より、「おおむね順調に進展している」とした。

以上を踏まえると、生活保護利用世帯の子どもによって形成される「進路希望」が、先行研究において指摘されていた「経済的要因」や「文化的要因」のみならず、子どもが「生活保護制度」の定める「客観的な選択肢」(「収入認定除外」、「保護費のやり繰りによる預貯金」など)を認識しているか否かによっても左右されうると考えられる。なお、以上の分析結果は、首都大学東京・人文科学研究科に提出・受理された博士論文(『生活保護利用世帯における大学等「就学機会」に関する研究』)の第2章として掲載・発表している。2016年度中に書き起こし文書を冊子にまとめたので、現在、これらのデータに基づいて分析を進めている。分析にあたっては、生活保護制度を利用していたことが、進路希望の形成、進路決定にどのような影響を及ぼしていたのか(及ぼしていなかったのか)に焦点化する。新年度には、調査結果の分析を深め、その結果を学会報告や論文などを通じて公表していく。また、データの分析を深めるにあたり、文献サーベイも並行して進めていく。29年度が最終年度であるため、記入しない。
ニュートリノの質量の起源

(1)今年度はKamLANDのデータ、ならびにスーパーカミオカンデのより詳細なデータにより、大気ニュートリノからの質量差がより詳細になり、さらに、太陽ニュートリノが大混合角ではあるが最大ではないことなど、より詳細なニュートリノの情報が決定された。これにより統一理論の立場からは、ニュートリノのbi-large mixingと質量差を自然に説明できる模型の条件が狭められた。との状況を鑑みて理論的立場を整理し、up-roadとdown-roadの2つのオプションの可能性を明確にした。(2)up-roadとは、up-quarkの情報を用いてニュートリノディラック質量を統一理論から決定し、ニュートリノサイドがbi-largemixingの原因とできる模型である。ここれは一見不可能に見えるが、もし、ゼロ構造を持つ質量行列を用いれば、seesaw機構を通じて出せる可能性があることが分かった。この研究計画での取り組みを通じてそして、ミニ研究会で討論の機会を持ったお茶の水女性大学の小原みどり氏との共同研究によるものである。これを発展させると、ほぼすべてのパラメターが決まってしまうので、レプトジェネシスも予言できる。そこで、新潟大学の谷本氏・金子氏とも共同研究を組みCP位相まで含んだ分析を行い、ほぼ有望な結果を得た。すでに、いくつかの発表論文を出したが、現在、全面的な分析を論文としてまとめている段階である。(3)down-roadオプションについては、九後氏との、アノマラスU(1)を世代量子数とする分析をさらに進めた。そしてこの場合にはニュートリノの質量行列は、ほぼ一意的に決定できること、そしてSU(5)を越える自然な統一理論では「ファミリィtwisting」構造が必要なことを明らかにした。特定研究「ニュートリノ」の九後班・谷本班と協力して、ミニ研究会を行い数回行った。また、恒例のSummer Institute(SI)を推進することができた。SIでは、ニュートリノの現象分析で有名なValle氏、模型構築ではShaffi氏などを招き、有意義な議論をすることが出来た。(1)神岡実験を通して我が国が世界をリードしているこの機会に、質の高い集中的な小人数の検討会を通じて、ニュートリノ振動が示唆する意味を多角的な視点から検討した。特に、今年度は、「ニュートリノ振動は統一模型に何をもたらすか」のテーマで、名古屋(2000年10月14・15日)、京都(2001年2月1721日)、新潟(2001年3月5・6日)で連続して研究会を開いた。(2)ニュートリノ振動が、ほぼ確認された1997年から、我が国では実験成果に刺激され、ニュートリノ研究に勢力を集中し始めたが、この中心的な役割を果たしたのは1994年から始まった合宿型研究会「Summer Institute」であった。今年度は、恒例のSI(2000年8月)に加えて、ニュートリノに的を絞ったポストSIを組織し、SKやK2K関係の実験関係研究者、ならびにBNLのMurayama氏を招聘(本研究費予算で執行)し活発な議論を行った。また、高エネルギー国際会議あとに、京都でニュートリノを中心にした研究会を開いた。(3)以上の集中的な研究会を組織しまた積極的に参加するとともに、ここで得た成果をいくつかの論文にまとめた。また、7月のトリエステの国際会議「Physics Beyond 4D」やGrand Sasso(イタリア)での「Dark Matters and Neutrino」、12月の東大での国際会議「NooN」で発表した。特に、我々の提唱したニュートリノ振動を説明した九後氏らとの共同研究、E6統一模型を通じて、多くの研究者がニュートリノ研究に参入しはじめている事、そしてそれらの研究者との交流を持つ事が出来たのは何より今年度の成果であった。申請者自身もいくつかの研究を進めるとともに、経験の深い実績のある研究者と若い研究者を組織し共同研究を発展させる基盤作りに貢献できたことはうれしい。今年度も他の計画研究班と協力して、ニュートリノと統一理論を中心に研究会を組織し多くを学んだ。(1)2000年度に引き続き、世界をリードしている日本で、集中的な小人数の検討会を通じて、多角的な視点から1994年から始まった合宿型研究会「Summer Institute」を他の計画研究班とご協力して企画した。Gerggetta, Kaplanの参加は新しい刺激となった。(2)神岡宇宙線研究所で2日間(2001年9月5・6日)の研究会を開き、折も折、タンクの水の入れ替え時にタンクの内部の見学会をもった。これは新潟の谷本グループとの共同企画であった。この後、ニュートリノ実験施設で、注水中に光電子増倍管が連鎖的に破壊する事故が起き、これが最後のチャンスだったことを知った。理論サイドとしても残念の一言に尽きるが、太陽・大気ニュートリノ共に一定の結論がすでに出ていたことは、不幸中の幸いであった。(3)事故後の困難な時期ではあったが、2001年12月4日から8日にNOONワークショップが開かれ、理論サイドも協力した。この際、招聘したニュートリノ理論研究者のうち、Bar氏は無理であったが、ShafiやTavkiratzeそれに京都の研究会のみ参加のWang氏を囲む理論の研究会を京都大学基礎物理研究所でポストNOONして行った。(2001年11・12・13日)

今年度は、9月24日沖縄で行われた物理学会において、市民向け講演『ニュートリノってなに?』や11月3日に徳島大学で市民講演『ニュートリノがくれたヒント』など、一般向けの解説にもエネルギーを注いだ。研究では、統一模型の立場からこれを検討し、「ニユートリノ振動は統一理論に何をもたらすか」のテーマで一昨年まで連続的に行った研究会の成果がようやく出始めた。さらに、ニュートリノ模型を研究する多くの研究者との交流ができた(京大の九後・前川氏、新潟大学の中野・谷本氏はもちろん、お茶ノ水女子大学の菅野・Chou氏との交流は、新しい視点をもたらしてくれた)。(1)統一理論の抱える問題のほとんどは、ヒッグス粒子の問題と関連している。特にゲージ対称性の破れのスケールを決めるヒッグス粒子の真空期待値を導出する基本的な原理はわかっていなかた。さらに、大きな問題としてtriplet-doubletの分離問題がある。これらを自然に説明する模型として、今年度は、この基本的な問題にアノマラスU(1)が重要な役割を果たすことを指摘した(前川氏との共同研究)。また、triplet-doubletの分離問題に対して対称性の破れに伴う南部ゴールドストン粒子をヒッグス粒子と同定出来る可能性を示した。ヒッグスセクターの解明の足がかりができた。(2)今年度はKamLANDのデータによって、スーパーカミオカの実験、K2Kに加えて、太陽ニュートリノの大混合角解を決定的にした。こうして大気ニュートリノに加えて、bi-large mixingを如何に自然に説明するかが、統一理論の立場から重要な課題となった。これに関して理論的立場を整理し、up-roadとdown-roadの2つのオプションがあることを明確にした。そして、ミニ研究会で討論の機会を持ったお茶の水女性大学の小原みどり氏との共同研究を始めることができた。この成果は2003年1月の谷村班を中心とした新潟研究会で発表した。(3)特定研究「ニュートリノ」の九後班・谷本班と協力して、ミニ研究会を3回と、恒例のSIを推進することができた。Summer Instituteでは、ニュートリノの実験家として梶田氏を招いて議論することができた。また10月にはLittle Higgsの研究で業績のあるElizabeth Simmons氏(坂東班でサポート)を招聘して、陽子崩壊を中心にした研究会を行った(10月)、つづいてSUSY breaking機構や超コンフォーマル理論で活発な研究者Ann Nelson氏を招いて、ミニ研究会を開いた。また、1月には新潟でレプトジェネシスを中心に小原氏の発表も加えた研究会に参加、2月N00N研究会で講演をした。実り多い研究の場を提供でき、国内国際的交流を進めながら仕事を遂行できた。(1)今年度はKamLANDのデータ、ならびにスーパーカミオカンデのより詳細なデータにより、大気ニュートリノからの質量差がより詳細になり、さらに、太陽ニュートリノが大混合角ではあるが最大ではないことなど、より詳細なニュートリノの情報が決定された。これにより統一理論の立場からは、ニュートリノのbi-large mixingと質量差を自然に説明できる模型の条件が狭められた。との状況を鑑みて理論的立場を整理し、up-roadとdown-roadの2つのオプションの可能性を明確にした。
シナプス前終末を誘導する接着分子・受容体の探索と誘導の調節機構の解明

ゼブラフィッシュ嗅神経細胞軸索終末の分化を指標として、プレシナプス分化の調節に関わる細胞接着分子・受容体分子と細胞内シグナル分子をスクリーンしたところ、Interleukin 1receptor accessory protein like 1がその細胞内ドメインを介してシナプス形成に伴うシナプス小胞の集積と膜形態の変化を調節することを明らかにした。さらに、シナプス小胞の集積と膜形態の変化はそれぞれIP_3を介した小胞体からのカルシウムリリースによるシグナルと電位依存型カルシウムチャンネルを介した細胞外からのカルシウム流入によるシグナルによって調節されることを明らかとした。Interleukin 1 receptor accessory protein-ike 1(ILIRAPL1)は細胞外にイムノグロブリンドメイン、細胞内にTIRドメイン及び他の分子との顕著な相同生を持たないC末端ドメインより構成される膜タンパク質で人の家族性精神遅滞の原因遺伝子として報告されている。私たちは先に開発したゼブラフィッシュ嗅神経細胞特異的遺伝子操作系を用いてシナプス形成におけるIL1RAPL1の役割について解析を行った。ゼブラフィッシュ嗅神経細胞ではシナプス形成に伴って、VAMP2-EGFPで可視化したシナプス小胞が軸索終末に急速に集積し、軸索終末は複雑な形から単純な形に形態変化することが分かっている。モルフォリーノアンチセンスオリゴヌクレオチドを用いてIL1RAPL1bの翻訳を抑制するとシナプス小胞の集積及び、軸索終末の形態変化が阻害された。さらに、TIRドメインからのシグナル伝達を阻害する点変異を導入したIL1RAPL1b(IL1RAPL1-P455H)を発現させると軸索終末の形態変化は阻害されたが、シナプス小胞の集積は阻害されなかった。野生型IL1RAPL1bの発現はシナプス小胞の集積を顕著に増加させたが、IL1RAPL1-P455H変異を導入してもシナプス小胞の集積の増加は影響されなかった。一方ドメイン構造のよく似たInterleukin 1 receptor accessory protein(IL1RAcP)とC末端ドメインをスワップした変異体はIL1RAPL1bによるシナプス小胞の集積を増加させる効果を消失した。これらのことから、IL1RAPL1はTlRドメインを介して軸索終末の形態変化を、一方C末端ドメインを介してシナプス小胞の集積を調節することが示唆された。神経細胞間のシナプスの形成と再編は脳の発達に伴い神経回路が作られる際、記憶学習の際に起こる極めて重要なイベントであるのにもかかわらず、その分子機構はいまだ不明の部分が多い。神経細胞の軸索終末に局在する種々の細胞接着分子及び受容体分子の中からin vivoにおいて実際にシナプス前終末への分化を調節する分子をスクリーンし、その調節機構を明らかにすることを本課題の目標とした。これまでにゼブラフィッシュ嗅神経細胞の軸索終末の分化過程を可視化しながら、同時に種々の遺伝子操作を行うという手法を確立し、カルシウム依存型タンパク質脱リン酸化酵素(calcineurin)による転写因子NFATの活性化とcAMP依存性タンパク質リン酸化酵素(PKA)とその下流の転写因子CREBによる調節が軸索終末の分化に重要であることを見出していた。平成21年度にはこれらの分子の上流に位置して、calcineurin及びPKAを活性化する分子をスクリーンした。その結果、電位依存性のカルシウムチャネルを介したカルシウムシグナルがcalcineurinの上流に、一方、IP3によって小胞体内から放出されるカルシウムによるシグナルがPKAの上流として、シナプス形成に伴う軸索終末の膜形態の変化と、シナプス小胞の集積を調節することを見出した(Yoshida et al., 2009)。これらの研究成果は神経回路形成の調節機構の解明のための重要な知見となると考えられる。
PBLを応用した初心者向けプログラミング教育用教材の開発

内閣府の調査において,家庭へのパソコン普及率は80%を超え,ネット検索や,ワープロ,表計算及びプレゼンテーションソフトの利用は,実社会において「読み・書き・そろばん」レベルとなってきている。本校における情報リテラシー教育においても,既製品のアプリケーションソフトの使い方を教えるだけでは,学生が授業に対して技術的な新鮮味を得られない場合が見受けられた。一方で,プログラミング言語を用いたコンピュータプログラミングは,非常に自由度が高い演習課題を設定できるため,学習者の個性を引き出しやすく,レベルに合わせた魅力的な教材づくりが可能である.しかし,プログラミングは専門的で且つ難解だと思われており,プログラミングの学習に積極的でない学生が高い割合で存在するのも事実である。これらの問題を解決するために,授業手法と教材を再検討し,情報系を専門としない学生にも対応可能な,初心者向けプログラミング導入教育用教材について検討した。本課題では,学ぶ目的(自分が作りたい作品)を先にイメージさせた後,Java言語による作品づくりを通じて,作品の完成に必要な道具(プログラムに必要な文法やアルゴリズム)を能動的に手に入れながら学習していくプログラミング教材の開発を目指した。作品づくりに必要な文法が,自習できるようなテキストの開発と,導入と補足説明の為のプレゼン教材を開発した。制作する作品の表現の中で,「条件分岐」や「繰り返し」,「配列」などの考え方を明確な目的意識の中で使うことにより,結果的にプログラミングに必要な知識と経験が得られることを期待した。学生も自分の作品についてプレゼンを行い,メンバー同士の技術の相互補完が可能となった。結果として,全くの初心者から始まったプログラミング教育において,1クール終了後の学生のアンケートからは,充分な満足度を得ることができた。
水熱合成法を用いた非ペロブスカイト型強相関酸化物の新物質開拓と低温電子物性測定

遷移金属酸化物は,多様な磁性,高温超伝導,巨大磁気抵抗など,応用のみならず,物性物理学の基礎的側面からも興味深い性質を示す。これまで,比較的単純なペロブスカイト構造をもつ遷移金属酸化物に関して,わが国では精力的に研究が行われてきた。この分野をさらに発展させるためには,ペロブスカイト以外の物質も含めた新たな物質探索が欠かせない。本研究は,水熱合成法という特殊な合成法を中心とした手法を用いて,さまざまな非ペロブスカイト型酸化物の発見に成功した。以下にその成果を記す。1.ホランダイト構造を持つ新規遷移金属酸化物新規ホランダイト酸化物Rb_<1.5>Mo_8O_<16>およびK_2Rh_8O_<16>,Rb_<1.2>Rh_8O_<16>の合成に成功した。磁性および導電性の測定により,Mo化合物では電子がMo_4クラスターを単位として局在し,Rh化合物は強相関金属としてふるまう。2.新規ルテニウムパイロクロア酸化物におけるスピングラス磁性と導電性の共存新規パイロクロアCa_2Ru_2O_7の合成に成功した。この物質は金属的導電性を示しながらも,局在スピンが一部存在し,それらが低温でスピングラスとしてふるまう。3.新規鉄ホウ酸化物における特異な磁性新規鉄ホウ酸化物Fe_3B_7O_<13>(OH)の合成に成功した。この物質は磁場の方位に敏感な多段階の磁気相転移を示す。4.リチウムを含むルテニウム酸化物における多様な磁性Li-Ru-O三元系の様々な相の作り分けに成功し,スピングラスや低次元磁性などの興味深い磁性を発見した。購入した高圧配管部品をもとに、最高温度650°C、最高圧力1500気圧の水熱合成装置を組み立てた。それを元に種々の非ペロブスカイト型酸化物の合成を試み、物性測定を行った。主な成果を以下にまとめる。1.トンネル構造を持つモリブデン酸化物の相転移ホランダイト型酸化物は遷移金属酸化物のネットワークの間にトンネル状の隙間を含む構造をしている。本研究では遷移金属としてモリブデン隙間にルビジウムを含む新規物質Rb_<1.5>Mo_8O_<16>の合成に成功した。磁性および電気伝導性の測定により、この物質の電子状態は、MoO_6八面体4つからなるクラスターの分子軌道により支配されていることが明らかになった。また、この物質は200K以下で伝導性と磁性の一部が失われる相転移を示すことがわかり、詳細な低温X線構造解析の結果、その相転移は結晶格子の対称性の低下を伴っていることが明らかになった。このことから、低温相ではクラスターの電荷に不均一性が生じていることが予想される。この研究成果については、J.Phys.Soc.Jpn.1月号(2006年)で発表した。2.直交ダイマー構造を持つレニウム酸化物の物性KSbO_3型構造を持つレニウム酸化物Sr_2Re_3O_9,La_4Re_6O_<19>,Pb_6Re_6O_<19>,Bi_3Re_3O_<11>を水熱法により合成した。このうち最後の物質は本研究で初めて発見したものである。これらの物質の構造を単結晶X線回折装置により求め、比較を行った。さらに磁化率と電気抵抗率の測定を行った結果、いずれの物質も基本的にはパウリ常磁性と金属的な電気伝導を示すことが明らかになった。

Bi_3Re_3O_<11>は磁化率、電気抵抗率ともに50K付近で異常を示す。温度依存性の詳しい解析により、低温でスピン自由度の一部が消失していることが考えられ、その起源に関しては今後の研究で明らかにしていきたい。水熱合成装置による遷移金属酸化物の新物質開拓の試みを引き続き行い、以下のような成果を得た。リチウムを含むルテニウム酸化物の物質探索を行った結果、cubic-LixRuO1+xという新しい酸化物を得た。この物質は、NaCl型結晶構造の陽イオンサイトを、LiとRuがランダムに占めている構造を持っていることが明らかになった。この物質の磁性をSQUID磁束計で測定したところ、スピングラス的な特性を示した。このことから、この物質は幾何学的なフラストレーションとランダムネスに由来する興味深い磁性体であるといえる。さらにカルシウムとルテニウムを含む酸化物の物質探索を行ったところ、新物質Ca2Ru2O7を発見した。研究室現有の単結晶X線構造解析装置により解析を行った結果、この物質はパイロクロア構造を持つことが明らかになった。パイロクロア構造は3次元的な典型的フラストレーション系であり、磁気的な基底状態には非常に興味が持たれている物質群であるので、この発見は物性物理学の基礎研究上意義深い。この物質の磁化率を測定したところ、この物質はスピングラス的挙動と、温度に依存しないパウリ常磁性的挙動が共存する非常に特異な系であることがわかった。その解釈をめぐってはまだ研究の途上であるが、この物質が磁気的な摂動に極端に敏感な金属状態を取っており、わずかに生じたスピン分極が何らかの理由で秩序化しないという解釈が考えられる。他の試みとして、鉄とホウ素を含む新たな酸化物の物質探索を行っているが、立方晶系の新物質を発見し、低温で何らかの磁気相転移を示すことを明らかにした。この物質に関しては、現在、単結晶を用いたX線構造解析を進めている。代表的な強相関系である遷移金属酸化物は、多様な磁性、高温超伝導、巨大磁気抵抗など、応用のみならず、物性物理学の基礎的側面からも興味深い性質を示す。これまで、比較的単純なベロブスカイト構造をもつ遷移金属酸化物に関して、わが国では精力的に研究が行われてきた。この分野をさらに発展させるためには、ペロブスカイト以外の物質も含めた新たな物質探索が欠かせない。本研究は、水熱合成法という特殊な合成法を中心とした手法を用いて、さまざまな非ペロブスカイト型酸化物の発見に成功した。当該年度に得られた成果を以下に記す。1.新規ホランダイトロジウム酸化物の合成と磁性、導電性新規ホランダイト酸化物K_2Rh_8O_16,Rb_1.2Rh_8O_16の合成に成功した。磁性および導電性の測定により、これらの物質は金属的な電子状態を持つ事があきらかになった。さらに比熱の測定を行った結果、2に近いWilson比が得られた。この結果はこの物質は電子相関が非常に強い強相関金属であることを示す。2.新規ルテニウムパイロクロア酸化物におけるスピングラス磁性の起源についての研究新規パイロクロアCa_2Ru_2O_7の合成に成功した。この物質は金属的導電性を示しながらも、局在スピンが一部存在し、それらが低温でスピングラスとしてふるまう。その起源を検討するために、アニールにより酸素欠損を導入した。その結果、一部4価になっているルテニウムのサイトが局在スピンを発生させていることが明らかになった。