hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
メタボロミクス解析を用いた大腸癌末梢血スクリーニングの早期診断の検討

大腸癌に対して、逐年内視鏡検査によってその死亡率を半減させることが米国の大規模試験で示されたが、一方でさらに早期の大腸癌診断、治療の重要性も同時に示唆された。大腸癌スクリーニングの一次検査である便潜血検査は、簡便で広く施行されているが、精度にバラツキがあり、新たな検診レベルでのスクリーニング法が探索されている。われわれは、国際共同研究で血中メタボライト長鎖脂肪酸GTA-446の低値が大腸癌患者に特有であることを報告した。GTA-446測定により高危険度群を対象に効果的に内視鏡検査を実施するシステムが構築されれば、大腸癌の早期発見、早期治療につながることが期待される。本研究では、血液検体から測定可能なGTA-446を検診レベルで用いることで、日本人の新規大腸癌スクリーニングシステムを開発することを目的とした。まず、assay systemとして血液中に存在するGTA-446に対してFIA-MS/MSによるhigh throughputな測定系を利用したCologicの信頼性・再現性にき実サンプルを用いて検証する。続いて札幌医科大学およぶ関連施設で前向きに集積した大腸癌症例集積システムでの大腸癌におけるGTA-446値の分布を連続的に測定し、日本人の男女別にGTA-446値のスクローニング検査としての有用性を調べる。また、大規模な一定集団を対象として前向き研究を計画し、GTA-446値に基づいて分類され大腸癌発症リスクと大腸内視鏡検査による腫瘍の存在診断との相同性について検証する。最終的には、従来行われてきた一次スクリーニング検査である便潜血検査との比較検証を行い、健常人を対象として大腸癌罹患の危険性の高い群を抽出することで、効率的でintensiveな大腸内視鏡検査の実施体制の構築を図る。初年度研究計画として、1)大腸癌症例および対照健常人の血液サンプルとその臨床情報の集積、2)GTA-446の測定:FIA-MS/MS法とLS-MS/MS法の比較、3)GTA-446の測定:LS-MS/MS法による検討を予定した。1)については原則全症例に対して中央登録システムと標本(原発巣、生検サンプル、全血)の回収・保管システムを構築し、現在前向きに症例を集積している。血液サンプルについては、術前(入院時)と術後(退院時)の収集を行っており、手術による数値の推移を追跡することを可能としている。2)でのGTA-446の測定は、日本のビー・エム・エル社のCologicを用い、既に集積した大腸癌症例100例と内視鏡検査により大腸腫瘍を認めなかった200例の対照症例で従来法と、その精度、コスト、測定時間を比較検証する。3)でのGTA-446の測定は、札幌医科大学の中央登録システムで集積した大腸癌患者400サンプルと、年齢、性別背景を大腸癌症例背景とマッチングさせた対照健常人ボランティア1000サンプルの合計1400サンプルのLS-MS/MS法での解析系を確立した。以前の報告では国際共同研究という特性から、欧米人と日本人のサンプルをまとめて解析しているため、人種間および格差のGTA-446値の分布に違いがある場合が考慮されていない。よって、日本人の男女別でのGTA-446値と、これまでの国際研究の結果、および海外で前向き検証されている結果との乖離の有無についても検討する。以上、本研究はおおむね順調に進展している。平成30年度に引き継ぎ、合計1400サンプルのLS-MS/MS解析を継続する。また前向き試験に向けた基盤構築として、大腸癌の早期診断バイオメーカーとしてのGTA-446の有用性を示すとともに、大腸癌のみならず腺腫の発生とGTA-446との関係性を明らかにし、さらに便潜血検査と有用性を比較するため、一般大腸内視鏡検査とGTA-446測定を組み合わせた前向き試験を計画する。具体的には、数千人程度の一定を人口集団を設定し、血液検査、便潜血検査、大腸内視鏡検査を定期的に施行する。GTA-446値から大腸腫瘍発生のリスク分類を行い、前向きに大腸内視鏡検査を進めることにより分類リスクによる発症率の差異を評価し、客観的指標として感度、特異度を算出する。同時に便潜血検査の感度、特異度を解析することで、診断マーカーとしての有用性をGTA-446と比較する。以上についての研究プロトコールを確立し、研究プロトコールが導入可能な自治体を選定する。研究プロトコールの実施にあたっては、実際に血液検査と便潜血検査、内視鏡検査を施行し、その結果について解析する。検査受診の啓発については、市民公開講座、自治体からのダイレクトメール、地域の情報誌などを活用して知名度を上げることに努める。得られた検査結果については、被験者へのフィードバックを漏れのないように徹底し、かつ解析段階においては個人が特定されないよう十分留意する。

GTA-446測定により高危険度群を対象に効果的に内視鏡検査を実施するシステムが構築されれば、大腸癌の早期発見、早期治療につながることが期待される。本研究では、血液検体から測定可能なGTA-446を検診レベルで用いることで、日本人の新規大腸癌スクリーニングシステムを開発することを目的とした。まず、assay systemとして血液中に存在するGTA-446に対してFIA-MS/MSによるhigh throughputな測定系を利用したCologicの信頼性・再現性につき実サンプルを用いて検証する。続いて札幌医科大学およぶ関連施設で前向きに集積した大腸癌症例集積システムでの大腸癌におけるGTA-446値の分布を連続的に測定し、日本人の男女別にGTA-446値のスクローニング検査としての有用性を調べる。また、大規模な一定集団を対象として前向き研究を計画し、GTA-446値に基づいて分類される大腸癌発症リスクと大腸内視鏡検査による腫瘍の存在診断との相同性について検証する。最終的には、従来行われてきた一次スクリーニング検査である便潜血検査との比較検証を行い、健常人を対象として大腸癌罹患の危険性の高い群を抽出することで、効率的でintensiveな大腸内視鏡検査の実施体制の構築を図る。初年度研究計画として、1)大腸癌症例および対照健常人の血液サンプルとその臨床情報の集積、2) GTA-446の測定:FIA-MS/MS法とLS-MS/MS法の比較、3) GTA-446の測定:LS-MS/MS法による検討を予定した。1)については原則全症例に対して中央登録システムと標本(原発巣、生検サンプル、全血)の回収・保管システムを構築し、現在前向きに症例を集積している。血液サンプルについては、術前(入院時)と術後(退院時)の収集を行っており、手術による数値の推移を追跡することを可能としている。2)でのGTA-446の測定は、日本のビー・エム・エル社のCologicを用い、既に集積した大腸癌症例100例と内視鏡検査により大腸腫瘍を認めなかった200例の対照症例で従来法と、その精度、コスト、測定時間を比較検証する。3)でのGTA-446の測定は、札幌医科大学の中央登録システムで集積した大腸癌患者400サンプルと、年齢、性別背景を大腸癌症例背景とマッチングさせた対照健常人ボランティア1000サンプルの合計1400サンプルのLS-MS/MS法での解析系を確立した。以前の報告では国際共同研究という特性から、欧米人と日本人のサンプルをまとめて解析しているため、人種間および性差のGTA-446値の分布に違いがある場合が考慮されていない。よって、日本人の男女別でのGTA-446値と、これまでの国際研究の結果、および海外で前向き検証されている結果との乖離の有無についても検討する。以上、本研究はおおむね順調に進展している。大腸癌に対して、逐年内視鏡検査によってその死亡率を半減させることが米国の大規模試験で示されたが、一方でさらに早期の大腸癌診断、治療の重要性も同時に示唆された。大腸癌スクリーニングの一次検査である便潜血検査は、簡便で広く施行されているが、精度にバラツキがあり、新たな検診レベルでのスクリーニング法が探索されている。われわれは、国際共同研究で血中メタボライト長鎖脂肪酸GTA-446の低値が大腸癌患者に特有であることを報告した。
強相関酸化物/原子薄膜半導体ヘテロ構造の創成と急峻スロープトランジスタ応用

トランジスタにおけるオン・オフスイッチの急峻化は、その低消費電力化に向けて重要な課題の一つである。しかし、現在のテクノロジーの根幹であるシリコンMOSFETにおいては、その急峻化に限界があった。本研究では、相転移に由来する急峻な抵抗変化を示す強相関酸化物と、どこへでも張り付けられる半導体「原子薄膜半導体」とを用いることで新奇ヘテロ構造トランジスタを作製し、MOSFETの限界を超える急峻スロープスイッチングの実現を試みた。具体的には、室温近傍で4桁におよぶ抵抗変化を伴う金属ー絶縁体相転移(MIT)を示す二酸化バナジウム(VO2)を電極、優れた半導体特性を示す二セレン化タングステン(WSe2)をチャネル、さらに六方晶窒化ホウ素(hBN)をゲート誘電体としたヘテロ構造トランジスタを作製した。このトランジスタにおいて、ゲート電圧を印可するとVO2の熱的MITが誘起され急峻なスイッチングを実現することが出来た。さらに、トランジスタの輸送特性を詳細に調べVO2とWSe2との界面においてショットキー障壁が形成されおり、この接触抵抗がトランジスタ性能のボトルネックとなっていることを明らかにした。今後、このヘテロ構造におけるオン・オフスイッチの急峻性をさらに向上させるためには、局所縮退ドーピングや界面にトンネル障壁となる材料を挟み込むなどして接触抵抗を低減させる必要があることを示した。また、VO2をチャネル、hBNをゲート絶縁体とした急峻スロープトランジスタの作製も行った。まず、バックゲート型VO2トランジスタの創製を視野に入れ、hBN基板上にVO2を直接薄膜成長させる方法を開拓した。さらには、hBNをVO2トランジスタのトップゲート絶縁体として利用することで、安定動作することも明らかにした。本研究では、急峻な金属絶縁体相転移を示す強相関酸化物と、優れた電界制御性を持つ二次元半導体とのヘテロ構造を用いることで、既存の理論限界を超えるスイッチング特性を示すトランジスタの作製を試みている。ここまでの研究において、強相関酸化物である二酸化バナジウムをマイクロ細線上に加工し、その表面上に二次元層状半導体である二硫化モリブデンを転写することで、はじめてヘテロ構造の作成に成功している。また、そのヘテロ接合においてショットキー接合のような整流作用を観察した。この結果は、二酸化バナジウムと二硫化モリブデンとの接合においては、その界面での電荷輸送が通常のバンド理論を用いてある程度理解できることを示しており、強相関電子系/自由電子系界面の電荷輸送特性に新たな知見をもたらした。また、二酸化バナジウム/二硫化モリブデンヘテロ構造の上に、さらに層状絶縁体である六方晶窒化ホウ素を転写することで、世界で初めて二酸化バナジウムを直接電極として持つトランジスタの作製に成功した。作製したトランジスタにおいて、二酸化バナジウムの金属絶縁体相転移に由来する急峻なオン・オフスイッチングを観察した。このときのスイッチングの急峻さを示すS値は、MOSFETの理論限界に匹敵するものであり、単結晶二酸化バナジウムの利用などトランジスタ構造の改善によって、さらに急峻化できることも示した。ここまでに得られた結果は、強相関酸化物/二次元半導体ヘテロ構造を用いた超低消費電力トランジスタの実現を大いに期待させるものである。平成29年度は、予定していた二酸化バナジウムと遷移金属ダイカルコゲナイドとを用いたヘテロ構造の作製に成功しただけではなく、平成30年度に予定していたヘテロ構造トランジスタの動作も実証することができた。さらにはトランジスタの動作原理に対する考察も進めることができた。今年度は、強相関酸化物/二次元半導体ヘテロ構造トランジスタのスイッチング特性のさらなる急峻化を目指す。具体的には、これまでは多結晶二酸化バナジウムを用いていたが、今後は単結晶を用いる。当初購入を予定していたものに比べ、より安価な光学顕微鏡を購入したため。
融体急冷法による多成分セラミックスナノ材料の作製と評価

セラミックスは一般に固相プロセス、すなわち粉体合成(調整)→成形→固定化(焼結)の3段階を経て作製されている。近年注目されているナノセラミックス材料でもこのルートが探求されているが、微細な結晶粒子の均一な分散、固化、さらに焼結においてもそれぞれ困難があり、限られた系でしか成功していない。我々はこれらの固相プロセスに対してより簡便でありながら応用範囲の広い融体鋳造法によるセラミックナノコンポジットの作製法を開発した。この方法の新しさは、まず三元あるいは擬三元系の共晶点付近の融体を急冷すれば、三元共晶析出による微細な結晶の集合体(ナノ構造体)ができると予想したことにある。場合によっては、融体が過冷却された非晶質が得られるが、これを適切に熱処理してやれば多相の結晶相からなるナノコンポジットとすることができる。以上の考えを基に、HfO_2-Al_2O_3-SrTiO_3系およびHfO_2-AlO_3-BaTiO_3系を検討した。所定の酸化物混合粉体をアークイメージ炉で水冷銅版上で融解し、急速に冷却したところ数mm径の透明な球状試料が得られた。これらはほぼ完全は非晶質であり、1000°C以上のアニールによってHfO_2-Al_2O_3-SrTiO_3あるいはBaTiO_3からなるナノコンポジットになることが分かった。SiO_2やB_2O_3などのガラス形成成分を多量に含むガラスセラミックスを除けば、セラミックスの融体鋳造は困難と考えられていたので、このようなナノコンポジットセラミックスはこれまでほとんど報告もなく、どのような物性を示すか?も含めて新しいセラミック材料として大きな発展が期待される。
新生児乾燥濾紙血アポB濃度測定による高脂血症マススクリ-ニング

1.新生児乾燥濾紙血アポB濃度測定による高脂血症マススクリ-ニングの実用化のため、乾燥濾紙血の保存条件を検討した。室温放置では25日間で大幅な測定値の低下を認めた。が、原因はアポBの酸化、蛋白分解によることが明かとなった。グラディエント電気泳動法とWestern Blotting法により、LDLは室温放置により径の小さく比重の大きいLDLに変化、分解され、アポBの免疫抗原性も低下することを明らかにした。予め、酸化防止剤(ethylenediaminetetraacetic acis)、蛋白分解剤阻害剤(phenylmethylsulfonyl fluoride)で処理した乾燥濾紙を用い、血液採取後、密封遮光下で保存すると、2週間は充分に保存が可能であり、測定値の再現性も良好であった。2.これまで上記の処理濾紙を用い500検体の新生児乾燥濾紙血を入手し、アポB濃度を測定した。5名の高アポB血症(>40mg/dl)が同定できたが、再検後も高値であったものは3名(0.6%)であり、家族性高コレステロ-ル血症ヘテロ接合体を新生児期から同定できる可能性が示唆された。3.100人の新生児臍帯血のLDLを解析し、小型で高比重のLDLを有する新生児は、23名(23%)存在し、正常のLDLを有する新生児に比較して有意に家族に肥満を有するものが多く、またアポB/コレステロ-ル比も高かったことから、複合型高脂血症の早期診断の可能性が示唆された。
サイクロオキシゲナーゼ選択的阻害による胎児動脈管収縮作用とその機序の研究

胎児動脈管は、胎盤と胎児の循環を結ぶバイパスとして働き、出生後には収縮そして閉鎖する。昨年から継続している「サイクロオキシゲナーゼ(COX)阻害剤、特にCOX2選択的阻害剤の胎児動脈管収縮作用」の研究については、「COX2選択的阻害剤(celecoxib)が非選択的阻害剤と同等の胎児動脈管収縮作用を有すること」を、第45回日本未熟児新生児学会にて報告した。また、動脈管を含めた胎児循環の評価については胎児のCOX2選択的阻害剤による腎障害の有無を明らかにすることが重要であると考え、研究を「サイクロオキシゲナーゼ(COX)阻害剤の胎児動脈管収縮と腎障害との関連」にまで発展させ、本年中に学会および論文にて報告の予定である。研究テーマは、第1に「サイクロオキシゲナーゼ(COX)阻害剤、特にCOX1および2選択的阻害剤の胎児動脈管収縮作用の解明」であり、第2「AdrenomedullinおよびCaicionin gene-related peptide(CGRP)の動脈管拡張作用とメカニズム」である。本研究は兎胎児からとりだした胎児動脈管輪を用いる動物実験であり、摘出した動脈管直径に発生する微少な等尺的張力(収縮力)の測定を基本とする。現在、実験系の確立を終了し、実験を継続中である。第1のテーマについては、現在のデータから「COX2選択的阻害剤であっても、濃度依存性に胎児動脈管収縮を誘導する」ことが推察される。COX2選択的阻害剤は、強力に胎児動脈管収縮を誘導するCOX1阻害を回避していることから、「胎児動脈管収縮を誘導することなく抗炎症作用発揮するCOX阻害剤」と期待されたが、妊婦への投与の際には(COX非選択的阻害剤と同様に)十分な注意が必要と推測される。第2の研究テーマに関連しては「Adrenomedullinの周生期における血管拡張作用機序」について、第72回全米心臓病学会(the Annual Meeting of American Heart Association)にて発表した。いずれも、次年度中に結論可能の予定である。
細胞系譜に依存した皮質内神経結合形成におけるNMDA受容体の役割

大脳皮質において胎生期に同じ神経前駆細胞から発生したクローン神経細胞は、生後に選択的に神経結合する。そこで、iPS細胞技術を利用したキメラマウス標本により発生期に同じ神経幹細胞から生まれた細胞を標識し、興奮性神経結合の細胞系譜依存性を解析した。大脳皮質バレル野4層において、クローン細胞ペアは、非クローン細胞ペアに比べて、高い割合で双方向性結合を形成していることを見出した。また、生後発達期に末梢からの感覚入力を遮断すると、細胞系譜特異的な双方向性神経結合の形成が阻害されていた。以上の結果は、クローン細胞群が生後にシナプス結合を形成する過程に、経験依存的なメカニズムが関与することを示唆する。大脳皮質のニューロンは特定の細胞と選択的に神経結合し、情報処理の基盤となる神経回路を形成する。これまでに米国の研究グループはレトロウイルスを用いて細胞系譜を可視化し、胎生期に同じ神経前駆細胞から発生した姉妹細胞は、生後に選択的に神経結合を形成することを報告した。最近我々は、蛍光蛋白遺伝子を組み込んだ人工多能性細胞(iPS細胞)をマウス胚に移植してキメラマウスを作製し、先行研究に比べて発生の早い段階で分化した神経幹細胞に由来する細胞群をラベルすることに成功している。そこで本計画では、蛍光蛋白遺伝子を組み込んだiPS細胞をマウス胚に移植してキメラマウスを作製し、細胞系譜が標識された大脳皮質バレル野より切片標本を作製し、4層バレル内の興奮性神経結合を同時ホールセル記録法により調べた。生後9-10日に皮質内のシナプス結合形成が始まる時期には、同じ神経前駆細胞から発生したと考えられるクローン細胞間には稀にしか神経結合が観察されなかった。異なる神経前駆細胞から発生した非クローン細胞間においても同様な結果が得られた。その後の発達過程において、クローン細胞がシナプス結合する割合が一過性に上昇し、さらに発達が進むにつれて双方向性結合だけが維持されることが明らかになった。このようなシナプス結合の一過性の増大とそれに引き続く双方向性結合の形成は、非クローン細胞間にはみられなかった。これらの結果から、生後の大脳皮質における双方向性結合の発達は、胎生期の細胞系譜に強く依存することが示唆された。本計画では、iPS細胞を用いた発生工学的技術と神経回路解析のための電気生理学的技術を組み合わせた解析に成功した。その成果として、大脳皮質バレル野において、生後発達後期の双方向性神経結合を形成する細胞群は、胎生期にすでにプログラムされていることを明らかにした。過去の研究において、大脳皮質感覚野の局所神経回路の形成には神経活動や感覚入力が重要であることが報告されているが、上述の発見は、神経活動が始まる以前にも神経回路を規定する分子メカニズムの存在を示唆している。今回利用したiPS細胞移植により作製したキメラマウスは、細胞系譜を標識できるのみならず、様々な分子をノックアウトしたマウスからiPS細胞を樹立することにより、同じ細胞系譜である細胞群特異的に特定の生命機能分子をノックアウトすることが可能である。現在は細胞認識分子を中心にノックアウトを行い、細胞系譜依存的な神経結合形成に関与する分子を同定する研究に発展させている。そこで本計画では、このキメラマウスの大脳皮質バレル野より切片標本を作製し、4層興奮性細胞を対象に同時ホールセル記録を行い、細胞系譜に依存した神経結合特性を調べた。生後9-10日に皮質内のシナプス結合形成が始まる時期には、同じ神経幹細胞から発生したと考えられるクローン細胞間には稀にしか神経結合が観察されなかった。異なる神経幹細胞から発生した非クローン細胞間においても同様な結果が得られた。これらの結果から、生後の大脳皮質における双方向性結合の発達は胎生期の細胞系譜に強く依存することが示唆された。さらに、生後発達期に一部のヒゲを除去し、感覚入力を遮断したところ、細胞系譜依存的な双方向性結合の形成が抑制された。従って、発生期の細胞系譜に規定された神経結合は、生後の感覚入力による神経活動に依存して再編されると考えられる。今後は引き続き、神経活動依存的な可塑性の誘導に重要なNMDA受容体を欠損させると、細胞系譜依存的神経結合にどのような影響があるかを調べる。

また、生後発達期に末梢からの感覚入力を遮断すると、細胞系譜特異的な双方向性神経結合の形成が阻害されていた。以上の結果は、クローン細胞群が生後にシナプス結合を形成する過程に、経験依存的なメカニズムが関与することを示唆する。今後は細胞系譜依存性神経結合形成の分子メカニズムを明らかにするために、細胞接着因子やシナプス形成関連分子をノックアウトしたiPS細胞を樹立し、それぞれの分子機能を欠損した場合の細胞系譜特異的神経結合への影響を検討する。また、大脳皮質の機能発達には、遺伝的プログラムにより大まかに形成された神経回路が、生後の環境に依存して精緻化されることが重要であると考えられているので、生後発達期のマウスのヒゲを除去することにより、感覚入力を遮断して飼育すると、細胞系譜に依存して形成された神経結合がどのように調整されるかについて検討する。この解析により、細胞系譜に依存した特異的神経結合の形成に、神経活動に依存した可塑性メカニズムがどのように関与するかを解明することを目指したい。神経生理学細胞系譜依存的な分子メカニズムの解析に必要なノックアウトマウスの作製に時間がかかったため、次年度での解析が必要になった。細胞系譜依存的な神経回路解析に必要な実験試薬の購入に使用する。
深海魚を採る・飼う・調べる技術開発による日本の深海魚研究の地盤固めへの挑戦

水深約200mの海底谷辺縁部において深海性魚類を釣りで採集し船上での蘇生法を検討した。同海域でCTDによる観測を行い海底付近の水温が約7°Cであることを確認することにより同じ水温に調整した水槽内で魚の総排泄口から脱気処理を行ったところ約8割の個体が蘇生した。また揚収時に眼球突出を生じた魚についてはカゴに収容して水深約30mに垂下して12時間放置することにより突出を緩和することに成功した。眼球突出した眼を解剖して組織解析したところ、眼の白濁は眼球皮膜と角膜の間に生じており、角膜と眼球内部には異常がないことがわかった。陸上水槽へは7個体を搬入し、餌としてアミ類を与えたが凡そ1ヶ月半の間は摂餌が確認できなかった。その後の摂餌活性も低く体形が徐々に痩せ、半年で1個体まで減耗したものの同個体は1年間の継続飼育に成功している。行動の特徴としては、日昼はほぼ静止しているが、水槽の底質を砂にしたところ夜間に砂を掻いて穴を掘る行動が連日観察された。照明は赤色または黄色光で活動量は低く、緑色と昼色光で高い傾向があった。深海性魚類の色覚解析では、採集したいずれの個体においても錐体細胞が網膜全体に分布し、また色覚視物質は緑オプシン遺伝子の発現が優勢であった。錐体細胞は単錐体と複錐体が優勢であるが、網膜中央部にtriple coneが局在した。これらのことから緑オプシン遺伝子の重複ならびに他のオプシン遺伝子が発現していると推察され、光が少ない深海でも色覚を利用している可能性が示唆された。卵胎生板鰓類の採集調査では250m深は胎児をもつ雌が9割であったのに350m深では雄が9割を占めたことから雌は出産の際にやや浅場に移動していると推察された。雌の妊娠は春季と秋季いずれでも確認されたことから同種は周年出産していると推察された。深海魚採集が有効な時期は海面から海底までの水温差が小さい晩冬から初春期に限られ、調査航海日程が悪天候で短縮されたこともあり、今年度は本課題採択前の4月に実施した航海で得た結果であることをふまえると、初年度としては十分な成果であると言える。本課題は特殊な装置無しでも生きた深海性魚類を良好な状態で飼育実験に供するための技術開発を目標としており、船上で総排泄口から脱気処理を行うことで8割の魚を蘇生できることが立証できた。また眼球突出は角膜や眼球内部に以上を来さないことを解剖学的に確認したことで、採集直後の魚を水深30mに垂下・放置するという容易な方法により治癒が可能であることを示すことができた。卵胎生板鰓類の雌雄の出現海域、出産水深、ならびに出産期間についての仮説を立てることが出来たことも、次年度以降の調査ならびに深海性鮫の仔の取り上げて飼育実験に供するための貴重なデータである。船上で蘇生した深海魚を陸上水槽に移送後は摂餌活性が低く、浅海性の魚種より環境馴致が容易でないことがわかった。照明の波長を変えた場合に行動変化が観察されたこと、深海性であるにもかかわらず網膜には色覚の存在を示す組織学的並びに分子生物学的証拠が得られたことで、早期餌付けや安静な飼育には波長操作が必要である可能性が高いと確信できた。またこれまでに報告がない夜間の砂を掘る行動が確認できた。今年度に得られたこれらのデータは次年度の調査航海及び飼育実験計画に発展的に生かせるものである。前年度に成功した船上での深海魚蘇生法の効率を上げるための資材をすでに準備し、4月の調査航海でこれらを用いたオペレーションを実施する。眼球突出した魚を赤外線水中カメラとともにカゴ内に収容して水深30m深へ垂下し、眼球の治癒過程を録画記録する。同調査航海ではCTDによる環境観測を行い各種深海性魚類の分布と生息環境情報をまとめる。これらの手順と効果ならびに深海環境の特徴を整理して深海性魚類の蘇生技術マニュアルを作成する。陸上水槽に搬送した魚については400760nmの間の16色可変LED照明下で行動を録画し、各波長に対する反応行動を解析する。反応が良好な波長下で摂餌活性を比較し、深海性魚類の飼育環境への早期馴致方法を策定する。深海性魚類の網膜組織解析ならびにオプシン遺伝子解析をすすめ、各魚種の色覚バリエーションを明らかにする。色覚に関しての解析結果は飼育実験に随時適用し、深海魚の長期飼育に有効な飼育環境を検討する。同時に、光が少ない深海に生息する深海魚における色覚の意義を探求していく。卵胎生板鰓類の採集を異なる水深で実施し出産水深仮説の検証を行う。採集された妊娠雌の腹腔内液の成分分析を行い同成分に類似した人工飼育水の調整を試みる。さらに船上で取り上げた仔をその飼育水内で維持管理、ならびに初期飼育する技術を開発していく。

眼球突出した眼を解剖して組織解析したところ、眼の白濁は眼球皮膜と角膜の間に生じており、角膜と眼球内部には異常がないことがわかった。陸上水槽へは7個体を搬入し、餌としてアミ類を与えたが凡そ1ヶ月半の間は摂餌が確認できなかった。その後の摂餌活性も低く体形が徐々に痩せ、半年で1個体まで減耗したものの同個体は1年間の継続飼育に成功している。行動の特徴としては、日昼はほぼ静止しているが、水槽の底質を砂にしたところ夜間に砂を掻いて穴を掘る行動が連日観察された。照明は赤色または黄色光で活動量は低く、緑色と昼色光で高い傾向があった。深海性魚類の色覚解析では、採集したいずれの個体においても錐体細胞が網膜全体に分布し、また色覚視物質は緑オプシン遺伝子の発現が優勢であった。錐体細胞は単錐体と複錐体が優勢であるが、網膜中央部にtriple coneが局在した。これらのことから緑オプシン遺伝子の重複ならびに他のオプシン遺伝子が発現していると推察され、光が少ない深海でも色覚を利用している可能性が示唆された。卵胎生板鰓類の採集調査では250m深は胎児をもつ雌が9割であったのに350m深では雄が9割を占めたことから雌は出産の際にやや浅場に移動していると推察された。雌の妊娠は春季と秋季いずれでも確認されたことから同種は周年出産していると推察された。深海魚採集が有効な時期は海面から海底までの水温差が小さい晩冬から初春期に限られ、調査航海日程が悪天候で短縮されたこともあり、今年度は本課題採択前の4月に実施した航海で得た結果であることをふまえると、初年度としては十分な成果であると言える。本課題は特殊な装置無しでも生きた深海性魚類を良好な状態で飼育実験に供するための技術開発を目標としており、船上で総排泄口から脱気処理を行うことで8割の魚を蘇生できることが立証できた。また眼球突出は角膜や眼球内部に以上を来さないことを解剖学的に確認したことで、採集直後の魚を水深30mに垂下・放置するという容易な方法により治癒が可能であることを示すことができた。卵胎生板鰓類の雌雄の出現海域、出産水深、ならびに出産期間についての仮説を立てることが出来たことも、次年度以降の調査ならびに深海性鮫の仔の取り上げて飼育実験に供するための貴重なデータである。船上で蘇生した深海魚を陸上水槽に移送後は摂餌活性が低く、浅海性の魚種より環境馴致が容易でないことがわかった。照明の波長を変えた場合に行動変化が観察されたこと、深海性であるにもかかわらず網膜には色覚の存在を示す組織学的並びに分子生物学的証拠が得られたことで、早期餌付けや安静な飼育には波長操作が必要である可能性が高いと確信できた。またこれまでに報告がない夜間の砂を掘る行動が確認できた。今年度に得られたこれらのデータは次年度の調査航海及び飼育実験計画に発展的に生かせるものである。前年度に成功した船上での深海魚蘇生法の効率を上げるための資材をすでに準備し、4月の調査航海でこれらを用いたオペレーションを実施する。眼球突出した魚を赤外線水中カメラとともにカゴ内に収容して水深30m深へ垂下し、眼球の治癒過程を録画記録する。同調査航海ではCTDによる環境観測を行い各種深海性魚類の分布と生息環境情報をまとめる。これらの手順と効果ならびに深海環境の特徴を整理して深海性魚類の蘇生技術マニュアルを作成する。陸上水槽に搬送した魚については400760nmの間の16色可変LED照明下で行動を録画し、各波長に対する反応行動を解析する。反応が良好な波長下で摂餌活性を比較し、深海性魚類の飼育環境への早期馴致方法を策定する。
統合失調症における自己免疫介在群の検出方法の開発・検討

統合失調症は幻覚妄想が主症状となる精神疾患で、発症率は約1パーセントと高い。現在、根治的な治療方法は存在しない。統合失調症に対して対症療法的に用いられる抗精神病薬により初発の精神病症状が軽快しても服薬を中断すれば1年以内に約80%のケースで再発するとされる。一方で、統合失調症様エピソードを生じるが、免疫療法等が有効である抗N-methyl-D-aspartate (NMDA)受容体抗体による脳炎が2007年に提唱された。統合失調症と診断されるものの中で本抗体が陽性である患者は一定数存在すると考えられ、その一群に対する免疫療法の効果が期待されている。我々は、抗NMDA受容体抗体や既存抗体以外に、統合失調症の病態に関与する抗体を発見することを最終目的に、統合失調症症状の背景に自己免疫学的要因が疑われる一群を検出する方法を検討した。具体的には、統合失調症患者群および健常対照群に対して、3テスラMRI装置を利用した脳画像検査・採血検査・神経心理学的検査等を含む複数の検査を施行し、統計学的解析を行い、統合失調症患者と健常対照群の差異を評価した。また、統合失調症における自己免疫介在群の特徴を抽出した。加えて、最終目標である新規抗神経抗体の探索にむけて、ウエスタンブロットを含む基礎研究を予備的研究として行った。統合失調症の病態に関与する新規抗体が発見され、その病的意義が明らかになれば、その抗体を有する統合失調症の一群に新しい治療をもたらす可能性が期待される。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。近年、抗NMDA受容体抗体以外にも多様な抗体が統合失調症様症状を含む精神症状に関連すると報告されている。しかし、全抗体を検索することは実臨床上困難である。加えて、統合失調症に関連する未知の抗体の存在も考えられる。そこで、我々は、統合失調症の背景病態として自己免疫学的要因が疑われる一群を検出する方法を開発することを目的に研究を行っている。この目標を達成するために、統合失調症患者群および健常対照群に対して、脳画像検査・採血検査・神経心理学的検査等を含む複数の検査を施行している。脳画像検査としては、T1強調画像、T2強調画像、拡散テンソル画像、安静時fMRI検査を含む検査を行い、また、採血検査には、抗NMDA受容体抗体などの抗体を含む検査を行っている。複数の検査結果を組み合わせて、統計解析を行うことで、統合失調症において自己免疫学的要因の介在が疑われる一群を検出する手法を開発する。統合失調症における自己免疫介在群の検出に向けて、おおむね順調に研究は進展している。グルタミン酸受容体の一つであるN-methyl-D-aspartate(NMDA)受容体に着目し、複数の手法を用いて抗NMDA受容体抗体の測定を行った。複数の手法を用いる点は独創的であり、既にこの結果については論文化している。論文においては偽陽性の可能性を含めて議論を行い、統合失調症における抗NMDA受容体抗体陽性群に関して新たな知見を加えるものとなった。既に論文化されたこの研究に加えて、患者群および健常対照群の頭部MRI画像検査・採血検査・神経心理学的検査のデータ取得も進んでいる。統合失調症において、自己免疫の介在が疑われる一群の評価・検出を行う基盤が構築されつつあるといえる。

統合失調症の病態に関与する新規抗体が発見され、その病的意義が明らかになれば、その抗体を有する統合失調症の一群に新しい治療をもたらす可能性が期待される。引き続き、統合失調症患者群および健常対照群のリクルートを行い、頭部MRI画像検査・採血検査・神経心理学的検査等のデータ収集を行う。加えて、これらの結果に統計学的解析を加えることで、自己免疫学的要因が背景に存在する統合失調症群の特徴を明らかにし、その検出方法を開発・検討する予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
構造転移を伴った会合及びDNA塩基配列の認識をする制御蛋白質の立体構造

酵母PHO4のC末端85残基からなるDNA結合ドメインと認識配列を含む17塩基対の合成DNAオリゴマーとの複合体結晶及びCys73をメチル水銀化した重原子置換結晶、DNAオリゴマーの2(^+)、2(-)、2(^+)と2(-)、15(^+)と2(-)に5-ヨウ化デオキシウラシルを導入した4種類の重原子置換結晶、更に、2(-)にヨウ素を導入するとともにCys73をメチル水銀化した重原子置換結晶のX線強度データをシンクロトロン放射光を用いて収集した。結晶の外形や状態の記録には購入した顕微鏡写真撮影装置を用いた。各データの質を表すR(merge)は7.9%から10.7%であり、やや質の低いものであった。これは、448Aという極端に長い格子をもつことによる強度データ読取時の誤差、及び結晶の含水量が多く、測定中にX線によるダメージなどから生じる分子の格子中での乱れが原因であると考察された。これらのは重原子置換結晶としての有効性を表すR(iso)はヨウ素置換結晶で15.8%から22.9%、水銀化結晶で、22.4%から27.6%であった。これらはやや大き過ぎるようであり、同型性の破綻があると推察されたが、実際、差パターソン図による重原子位置の決定とMIR法による位相決定の段階で、現在の強度データでは構造決定は困難であることが分かった。今後、質の高い強度データの収集により、この困難を克服する予定である。
日本経済のサプライ・サイドに関する実証的研究

今年度のサプライサイド研究の成果は(1)税制度が日本経済へ与える影響、(2)経常収支不均衡の決定因、(3)労働供給、(4)金融制度、(5)財政制度の各部門にわたって具体化された。以下に主たる内容を述べるが、詳細に亘っては研究成果報告書におさめられている諸論文を参照されたい。(1)税制度が日本経済に与える影響の研究...税制は経済の基本的構造を決める最も重要な要因のひとつである。本間正明・跡田直澄らによる直間比較の研究は、現在我が国で問題とされている大型間接税導入の功罪について、最適課税論の立場から厳密な理論的検討の枠組みを提供したものである。また、本間正明「資本コストの日米比較」および中谷巌等「わが国企業税制の評価と課題」においては、日米間の資本コストをそれぞれ独自の視点から比較計量したものであり、日米企業にとっての投資環境の差異を明らかにしている。(2)経常収支不均衡の決定因の研究...植田和男「戦後日本の経常収支・交易条件」は、サプライサイドが長期均衡を決定するという基本的前提をもとに、経常収支不均衡が国内における貯蓄・投資ギャップに依存することを明らかにした。中谷巌「Curing Trade Imbalance by International Tax Cordination」は経常収支不均衡と各国の税制格差の関係を議論し、結局、各国間の税制格差を是正するための国際的な税制の調整が必要との結論を得ている。(3)労働供給の研究...猪木武徳の日・タイにおける技能形成比較の研究が実証研究の成果をもとに発表されている。(4)金融制度の研究...蝋山昌一の一連の金融制度とわが国の国際化、金融市場の効率性に関する研究がある。(5)財政制度の研究...井堀利宏の最適財政支出水準に関する研究、斉藤愼の地方公共団体の財源調達の研究が中心的成果である。以上で3年間の研究プロジェクトが終了したが、理論・実証・政策提言にわたって数多くの有益な成果が生みだされたことを確信する。
がん細胞ミトコンドリアDNA変異の意義：DNA損傷応答によるHMGA2誘導

がん細胞で頻繁にみつかるミトコンドリアDNA変異(D-loop)と胎児性抗原HMGA2の発現・機能との関係について、肝細胞癌(HCC)を対象に検討した。D-loop領域の変異は、通常、ミトコンドリア機能の低下を引き起こし、その結果、細胞増殖の低下を引き起こす。そのような状況下でDNA損傷応答キナーゼATMによってHMGA2が誘導されていた。そして、誘導されたHMGA2は細胞老化を抑制し、増殖能維持に機能していた。すなわち、呼吸鎖活性低下による増殖能低下/細胞老化誘導の克服に働いていた。具体的には、ミトコンドリア呼吸鎖の低下により低下するE2F1転写制御ネットワークの活性を回復させていた。がん細胞の増殖能維持に働くHMGA2は、がん細胞の中でもミトコンドリア機能が低下している細胞に発現しており、ミトコンドリア機能低下による細胞増殖の抑制を克服する機能を果たしていると想定される。そこで、HMGA2の機能の詳細を理解するために、本年度は、その前提となるミトコンドリア機能の低下による細胞増殖停止機構の解析を主に行った。乳がん細胞株(MDA-MB-231、MCF7、T47D)を用いて検討したところ、何れの細胞もミトコンドリアの複製/転写を抑制すると、顕著に細胞増殖が抑制された。その際、ミトコンドリア機能として膜電位の低下が確認できた一方、細胞内ATP量は低下していなかった。従って、観察された増殖停止は、ATP量の低下によるものではないと考えられた。細胞周期の停止時期を調べたところ、MCF7はG0/G1で停止していた。そして、以前の報告と一致して、サイクリン依存性キナーゼ阻害因子であるp21CIP1とp27KIP1が転写・翻訳レベルで誘導されていた。一方、MDA-MB-231、T47D細胞は、G2/M期で増殖が停止していた。そこで、ミトコンドリア活性の低下によって誘導されるこの新たなG2/M停止機構について詳細を検討した。分子レベルの手掛かりとして、DNAマイクロアレイにより遺伝子発現の変化を網羅的に調べたところ、E2F1による転写制御ネットワークが阻害されていることが示唆された。阻害の実態として、細胞周期関連因子の発現を調べたところ、サイクリンA、B1、FOXM1の発現量が特異的に低下していることがわかった。そして、E2F1とFOXM1を同時にノックダウンすると、サイクリンA、B1の発現が低下してミトコンドリア機能不全下と同様にG2/M期で細胞増殖が停止した。以上より、ミトコンドリア機能が低下したときのG1/S、もしくはG2/Mでの細胞増殖停止メカニズムが明らかとなってきた。HMGA2はこれらの停止機構を標的として抑制することでがん細胞の増殖能の維持に働いていると考えられる。がん細胞で頻繁にみつかるミトコンドリアDNA(D-loop領域)変異の意義について、肝細胞がん(HCC)を対象に、胎児性抗原HMGA2の発現・機能との関係を検討してきた。D-loop領域の変異は、通常、ミトコンドリア機能(呼吸鎖)の低下を引き起こし、その結果、細胞増殖の顕著な抑制を引き起こす。昨年度までの細胞株を用いた結果から、呼吸鎖活性が低いHCC細胞株ではHMGA2が高発現しており、HMGA2がこの増殖能低下の克服に働いていることが示唆された。HMGA2は上皮-間充織転換を誘導する因子でもある。注目すべきことに、HMGA2の発現を低下させるとがん細胞は老化様形態を示して増殖を停止させた。今年度は、先ず、実際の生体内のがん組織について、細胞株同様にミトコンドリア呼吸鎖の低下例でHMGA2の発現がみられるか、検討した。その結果、腫瘍と周辺の正常部位のペア検体のうち、約60%の腫瘍部位でHMGA2の特異的発現が検出された。このタンパク質は胎児性抗原であり、正常組織では殆ど発現していない。また、ミトコンドリア転写量を比較したところ、58%のペアで正常部位に比べて腫瘍部で転写量が低下していた。さらに、この転写量の減少とHMGA2発現との間に有意な相関関係が存在した。要するに、ミトコンドリア機能(転写)の低下とHMGA2の発現誘導に関して、昨年度までに得られたin vitroの結果をin vivoで裏付けることができた。HMGA2の抗細胞老化機能については、ミトコンドリア機能低下により下方制御されていたE2F1転写ネットワークをHMGA2が再活性化することがわかった。一方、HMGA2のがん細胞での発現上昇メカニズムに関しては、各種阻害剤、siRNAを用いた検討の結果、DNA損傷応答に働くPI3キナーゼのメンバーであるATMならびにATRが関与することを確認した。1ミトコンドリア機能低下によるATM活性化機構の解析:ミトコンドリア機能低下細胞で、ATMとともに、同じくDNA傷害応答を担うPI3キナーゼファミリーであるATRの「発現量」の上昇が観察された。従ってATM/ATRの活性の上昇は、この発現量の上昇によると考えられた。今後、ミトコンドリア機能低下によってATM/ATRの発現が上昇するメカニズムを解析する。2ATMによるHMGA2転写誘導機構の解析:乳がん細胞に関する知見から、転写抑制因子ZBRK1の関与を仮定して検討を進めたが、その可能性が否定された。そのため来年度以降は、ATM/ATR下流でHMGA2転写活性化に働く因子を新たに検索、同定し、転写活性化機構の詳細を解析する。

3HMGA2の新規機能(抗細胞老化機能)の解析:HMGA2は転写制御に関わる転写因子様タンパク質である。そこで、その機能解析のために、ノックダウンした細胞内の発現遺伝子の変化を調べたところ、E2F1転写ネットワーク機能が低下していることがわかった。従って、HMGA2は、ミトコンドリア呼吸鎖活性低下によるE2F1転写ネットワークの下方制御に対し、その克服(再活性化)に働いていることがわかった。具体的には、E2F1の発現量を制御していることが示された。4in vivo造腫瘍能/転移能の評価:現在、ノックダウン細胞の移植実験を準備中である。5普遍性について:HMGA2の高発現は、肝細胞がん以外に、肺がん、膀胱がん等で見られることを把握している。普遍性を調べるために、肺がんについて、現在、細胞株を収集中である。がん細胞で頻繁にみつかるミトコンドリアDNA(mtDNA)変異(D-loop)と胎児性抗原HMGA2の発現・機能との関係について、肝細胞癌(HCC)を対象に検討した。D-loop領域の変異は、通常、ミトコンドリア機能(呼吸鎖)の低下を引き起こし、その結果、細胞増殖の顕著な低下を引き起こす。細胞株を用いた検討の結果、呼吸鎖活性が低いにもかかわらす増殖能を維持しているHCC細胞株でHMGA2が高発現しており、注目すべきことにHMGA2の発現を低下させるとがん細胞が老化様形態を示して増殖を停止させることがわかった。すなわち、HMGA2が呼吸鎖活性低下による増殖能低下の克服に働いていることが示唆された。この克服により、細胞は最終的にがん化できたと考えられる。ついで、実際の生体内のがん組織でも細胞株同様にミトコンドリア呼吸鎖低下例でHMGA2の発現が特異的にみられるか検討した。ちなみにHMGA2は胎児性抗原であり、正常組織では殆ど発現していない。先ず腫瘍とその周辺の正常部位のペア検体についてミトコンドリア転写量を比較したところ、58%のペアの腫瘍部位で転写量が低下しており、約60%の腫瘍部位でHMGA2の発現が検出された。そして、細胞株の場合と同様に、このHMGA2発現とミトコンドリア転写量との間に有意な逆相関関係が存在した。一方、HMGA2が増殖能低下の克服に働けるのは、呼吸鎖機能低下により下方制御されるE2F1転写ネットワークをHMGA2が再活性化できるからであった。最後に、HMGA2のがん細胞での発現上昇メカニズムに関して、各種阻害剤、siRNAを用いた検討の結果、DNA損傷応答に働くPI3キナーゼのメンバーであるATMならびにATRが関与することがわかった。最終年度には、これらキナーゼが、mTORシグナル伝達系による抑制的制御を解除してHMGA2の発現誘導に働いていることを見出した。がん細胞で頻繁にみつかるミトコンドリアDNA変異(D-loop)と胎児性抗原HMGA2の発現・機能との関係について、肝細胞癌(HCC)を対象に検討した。D-loop領域の変異は、通常、ミトコンドリア機能の低下を引き起こし、その結果、細胞増殖の低下を引き起こす。そのような状況下でDNA損傷応答キナーゼATMによってHMGA2が誘導されていた。そして、誘導されたHMGA2は細胞老化を抑制し、増殖能維持に機能していた。
重イオン慣性核融合のための重イオンビームダイナミクスの検討

重イオン慣性核融合の粒子加速器システムで生成される粒子ビームをパルス圧縮する最終段領域において,そのビームダイナミクスを明らかにすることが研究目的である.この領域では,大強度の重イオンビームを急激にパルス圧縮するため,ビームの質の劣化が予想され燃料ターゲットへの効果的な照射を妨げるため,十分に検討されなければならない.非常に大電流なビームのため,空間電荷効果が大きくビームの挙動に影響を与え,プラズマのように振る舞うことも予想される.ビーム動力学シミュレーション用粒子コードを開発し,不安定性の成長やビームの質の劣化を検討して,合理的な重イオン慣性核融合のシステム設計のための指針を得ることが本研究の目標である.本年度はこれまでに構築した計算機環境とシミュレーションコードにより計算を行った.ビーム進行方向と半径方向の結合挙動やハロー粒子形成に起因する,大電流重イオンビームのパルス圧縮過程における不安定性やビームの質の低下を確認できた.本研究の結果として,重イオン慣性核融合の最終段における急激なパルス圧縮が引き起こす不安定性や質の劣化は,無視出来る程度ではないが,不可避で壊滅的な不具合を誘発するほどではないであろうと考えられる.国内では日本物理学会に参加し研究成果発表を行った.また,ビーム物理に関して活発な議論が行われる国際会議COOL07(ドイツ)にも参加し,空間電荷効果が影響を及ぼすビーム挙動についての発表を行った.得られた研究結果について,重イオン慣性核融合国際会議HIF08という本研究テーマに密接に関連した国際会議で招待講演を依頼されており,発表を行う予定である.さらに,東京工業大学の重イオン慣性核融合研究グループや高エネルギー加速器研究機構,米国ローレンス・リバモア国立研究所およびローレンス・バークレイ国立研究所の研究員とも情報交換や共同研究を進めることができた.重イオン慣性核融合のエネルギードライバである粒子加速器システムから生成される粒子ビームをパルス圧縮するファイナルビームバンチング領域について,そのビームダイナミクスを明らかにすることが研究目的である.この領域では,大強度の重イオンビームを急激にパルス圧縮するため,ビームの質の劣化が予想されターゲットへの効果的な照射を妨げる恐れがあり十分に検討されなければならない.また,非常に大電流なビームのため,空間電荷効果が大きくビームの挙動に影響を与え,非中性プラズマとして振る舞うことが予想される.ビームダイナミクスシミュレーション用粒子コードを開発し,不安定性の成長やビームの質の劣化を検討して合理的な重イオン慣性核融合のシステム設計のための指針を得ることが本研究の目標である.本年度は本研究計画の初年度であり,主要設備として計算機環境の構築とシミュレーションコードの開発・調整等を主に行った.本研究予算で購入した計算サーバを導入し,環境を整えその計算サーバ上でビームダイナミクスシミュレーション用の計算コード開発および調整を行った.計算手法としてはプラズマの計算モデルとして良く用いられているParticle-in-cell法をベースにし,本研究目的に適した粒子コードを開発した.開発したシミュレーションコードで計算を行い,上記に述べたようなビーム不安定性や質の低下を確認できた.別途の計算により,ビーム進行方向のパルス精度なども検討を行い,今後の指針としている.重イオン慣性核融合のエネルギードライバである粒子加速器システムから生成される粒子ビームをパルス圧縮するファイナルビームバンチング領域について,そのビームダイナミクスを明らかにすることが研究目的である.この領域では,大強度の重イオンビームを急激にパルス圧縮するため,ビームの質の劣化が予想されターゲットへの効果的な照射を妨げる恐れがあり十分に検討されなければならない.また,非常に大電流なビームのため,空間電荷効果が大きくビームの挙動に影響を与え,非中性プラズマとして振る舞うことが予想される.ビームダイナミクスシミュレーション用粒子コードを開発し,不安定性の成長やビームの質の劣化を検討して合理的な重イオン慣性核融合のシステム設計のための指針を得ることが本研究の目標である.本年度は本研究計画の初年度に引き続き,計算機環境の構築とシミュレーションコードの開発・調整等を行い,また作成したコードにより計算を行った.本研究予算で計算サーバを追加導入し,環境を整え計算コード開発および調整を行った.計算手法としてはプラズマの計算モデルとして良く用いられているParticle-in-cell法をベースにし,本研究目的に適した粒子コードを開発した.開発したシミュレーションコードで計算を行い,上記に述べたようなビーム不安定性や質の低下を確認できた.今年度は重イオン慣性核融合国際会議HIF06という本研究テーマに密接に関連した国際会議にて招待公演を依頼され,研究発表を行った.また,第6回核融合エネルギー連合講演会に参加し研究発表および情報収集を行うことができた.さらに,東京工業大学の重イオン慣性核融合研究グループや高エネルギー加速器研究機構,米国ローレンス・リバモア国立研究所およびローレンス・バークレイ国立研究所の研究員とも情報交換や共同研究を進めることができた.重イオン慣性核融合の粒子加速器システムで生成される粒子ビームをパルス圧縮する最終段領域において,そのビームダイナミクスを明らかにすることが研究目的である.

この領域では,大強度の重イオンビームを急激にパルス圧縮するため,ビームの質の劣化が予想され燃料ターゲットへの効果的な照射を妨げるため,十分に検討されなければならない.非常に大電流なビームのため,空間電荷効果が大きくビームの挙動に影響を与え,プラズマのように振る舞うことも予想される.ビーム動力学シミュレーション用粒子コードを開発し,不安定性の成長やビームの質の劣化を検討して,合理的な重イオン慣性核融合のシステム設計のための指針を得ることが本研究の目標である.本年度はこれまでに構築した計算機環境とシミュレーションコードにより計算を行った.ビーム進行方向と半径方向の結合挙動やハロー粒子形成に起因する,大電流重イオンビームのパルス圧縮過程における不安定性やビームの質の低下を確認できた.本研究の結果として,重イオン慣性核融合の最終段における急激なパルス圧縮が引き起こす不安定性や質の劣化は,無視出来る程度ではないが,不可避で壊滅的な不具合を誘発するほどではないであろうと考えられる.国内では日本物理学会に参加し研究成果発表を行った.また,ビーム物理に関して活発な議論が行われる国際会議COOL07(ドイツ)にも参加し,空間電荷効果が影響を及ぼすビーム挙動についての発表を行った.得られた研究結果について,重イオン慣性核融合国際会議HIF08という本研究テーマに密接に関連した国際会議で招待講演を依頼されており,発表を行う予定である.さらに,東京工業大学の重イオン慣性核融合研究グループや高エネルギー加速器研究機構,米国ローレンス・リバモア国立研究所およびローレンス・バークレイ国立研究所の研究員とも情報交換や共同研究を進めることができた.