hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アモルファスの瞬間結晶化制御による超高性希土類-鉄-硼素系磁石の開発

NdxFe100-(X+Y)By(13.5≦X≦18.5≦Y≦10)非晶質薄帯を瞬時結晶化技術により結晶化し,高性能磁石を得るための組成条件,保磁力の発生機構を明らかにするとともに,他の方法で得られた磁力との比較検討を行なった.その結果を要約すると,(1)非晶質薄帯は瞬時結晶化によりサブμmの微細組織を有する結晶質薄帯(以後結晶化磁石と称する)となる.(2)結晶化磁石中に析出する強磁性相はNd_2Fe_<14>B(主相)と少量のα-Feであるが, α-Feは保磁力には影響しない.大きな保磁力を得るにはNdリッチ相が必要である.(3)このため, Nd量の減少は結晶化磁石の保磁力を減少させるが, B量はあまり影響しない.(4)20KOe程度の着磁磁界では大きな(BH)maxはX=15, Y=10付近で得られるが,より大きな着磁磁界の際にはより低B領域で大きな(BH)maxが得られると期待される.(5)結晶化磁石中のNd_2Fe_<14>B粒子は単磁区径より大きく,粒子内に磁壁が存在し得る.また,この磁壁は粒内ではほとんどpinされず自由に移動する.この結果,結晶化磁石はいわゆるニュークリエーション支配型の硬質磁気特性を示す.(6)結晶化磁石の保磁力発生機構は本質的には焼結磁石のそれと同一であると推定される.従がって,結晶化磁石の大きな保磁力はこの磁石が無配向であることと粒界状態が異なることにあると考えられるが,今後なお詳細な検討が必要である.NdxFe100-(X+Y)By(13.5≦X≦18.5≦Y≦10)非晶質薄帯を瞬時結晶化技術により結晶化し,高性能磁石を得るための組成条件,保磁力の発生機構を明らかにするとともに,他の方法で得られた磁力との比較検討を行なった.その結果を要約すると,(1)非晶質薄帯は瞬時結晶化によりサブμmの微細組織を有する結晶質薄帯(以後結晶化磁石と称する)となる.(2)結晶化磁石中に析出する強磁性相はNd_2Fe_<14>B(主相)と少量のα-Feであるが, α-Feは保磁力には影響しない.大きな保磁力を得るにはNdリッチ相が必要である.(3)このため, Nd量の減少は結晶化磁石の保磁力を減少させるが, B量はあまり影響しない.(4)20KOe程度の着磁磁界では大きな(BH)maxはX=15, Y=10付近で得られるが,より大きな着磁磁界の際にはより低B領域で大きな(BH)maxが得られると期待される.(5)結晶化磁石中のNd_2Fe_<14>B粒子は単磁区径より大きく,粒子内に磁壁が存在し得る.また,この磁壁は粒内ではほとんどpinされず自由に移動する.この結果,結晶化磁石はいわゆるニュークリエーション支配型の硬質磁気特性を示す.(6)結晶化磁石の保磁力発生機構は本質的には焼結磁石のそれと同一であると推定される.従がって,結晶化磁石の大きな保磁力はこの磁石が無配向であることと粒界状態が異なることにあると考えられるが,今後なお詳細な検討が必要である.(1).アモルファス薄帯化条件の選定:単ロール方式によって、直径120mmCuロール,溶融温度1000°C,噴射圧0.30.6kg/【cm^2】,ノズル径0.50.7mmで【Nd_x】-【Fe_(90-x)】-【B_(10)】(x=13.516.5at%)を薄帯化できることを明かにし、次項の研究をすすめた。薄帯化条件の機械的性質に及ぼす影響の検討には至らなかった。(2).瞬間結晶化制御による超高保磁力化:非晶質化したNd-Fe-B系薄帯を赤外線イメージ炉を用いて、真空度【10^(-5)】Torr、結晶化温度650°Cまで急速に温度上昇させたのち直ちに急冷すると、硬質化できる。【Nd_x】【Fe_(90-x)】【B_(10)】での保磁力のX(=13.516.5at%)依存性,および【Nd_(15)】【Fe_(85-Y)】Byでの保磁力のY(=4.510)依存性を調べたところ、前者についてはNd=15at%で最大保磁力11kOeを、後者についてはB=10at%で同じく11kOeの高保磁力を示すことが明かとなった。【Nd_(15)】【Fe_(75)】【B_(10)】は非晶質化が容易で、超急冷後も僅かに硬質相を含むにすぎず、保磁力附近でのdM/dH(M:磁化の大きさ,H:磁化力)が大きく、磁壁がピン止めされる力の値がほぼ揃っていることが推測される。M-H曲線も角ばっており、(B・H)maxも【Nd_(15)】【Fe_(80)】【B_5】よりも大きい。

一方、【Nd_(15)】【Fe_(80)】【B_5】は非晶質化が困難で、超急冷後もかなりの硬質相を含んでいる。結晶化のM-H曲線は保磁力の高い割には残留磁化が小さい。保磁力附近でのdM/dHが小さく、場所によって保磁力の大きさにバラツキがあると推測される。より高磁化力下での特性を検討する必要がある。
PI-PLCによるCEA遊出現象を応用した胃癌潜在性腹膜播種性転移検出法の開発

腹腔内洗浄細胞診施行時にphosphatidyl-inositol phospholipase C(PI-PLC)を添加し、癌細胞膜表面のcarcinoembryonic antigen(CEA抗原)を遊出させるPI-PLC法を考案し、腹膜播種性転移早期診断法としての有用性を検討した。基礎的検討:1)CEA産生培養細胞株KATOIIIを用いた検討でCEA濃度は,PI-PLC添加により約1.7倍に増加した。2)CEA濃度はPI-PLC添加時間、標的癌細胞数依存性に増加した。臨床的検討:胃癌81例を対象に開腹時細胞診、細胞CEA染色,PI-PLC法を施行した。1)P陽性12例の陽性率は細胞診が91.6%,細胞CEA染色が75.0%,PI-PLC法が83.3%、陰性69例では各々2.9%,4.3%,7.2%であった。2)PI-PLC法によるとCEA感度増強程度は1.8から600倍で、陽性例の特徴は臨床病理学的にも顕微鏡レベルの腹膜転移が十分推察される症例であった。3)Po stageIIIでPI-PLC法陽性であった2例中1例に腹膜再発を認めた。以上より、PI-PLC法は胃癌腹膜播種性転移の客観的診断法として有用であると考えられた。次に、PI-PLC法を応用した診断用キットを開発・試作した。対象:1)培養細胞株MNN-45、及びKATOIIIの生食浮遊液。2)胃癌53例の開腹時の腹腔洗浄液。方法:検体をGlass Microfibre Filter(GMF)で可及的濾過しGMF上の細胞を抗CEA抗体含有固相化フィルム上に接触させ、0.05単位PIPLC添加後、60分間反応後発色させ、非添加例との間で比較し色調差を認めた例を陽性と判断し(PIPLC-kit法)、細胞診等と比較した。結果:1)PIPLC-kitはMNN-45 5.0×102個、KATOIII1.0×103個が検出可能であった。2)細胞診陽性の16例はPIPLC-kit法でも全て陽性であった。陰性37例中PIPLC-kit法で5例が陽性と判定された。肉眼的腹膜播種陰性の42例中細胞診で5例、PIPLC-kit法で10例が陽性であった。以上の結果、PIPLC-kitは腹膜播種性移転簡易早期診断法として有用である可能性が示唆された。

1.CEA産生培養癌細胞を用いた検討によりPIPLCによるCEA遊出が時間依存性に増加することが確認されたが、潜在的腹膜播種症例に対してCDDP等の術中腹腔内投与を行い得るためには手術時間中に結果が判明することが望ましいため、PIPLCの反応時間は37°CのPB中で120分が適当であるとの結論を得た。胃癌手術症例69例に対して本法(以下PIPLC法)とパパニコロウ染色による腹腔洗浄細胞診および腹腔洗浄液上清中CEA測定法(cut off値5.0ng/ml以下単純CEA法)の結果と比較した。その結果、肉眼的腹膜播種陰性58例中6例がPIPLC法陽性であったが、これら6例中細胞診陽性例は1例であり、単純CEA法陽性例は2例であった。PIPLC法陽性で細胞診陰性であった5例は全例広汎T3症例で、潜在的腹膜播種性転移例と推察された。一方、早期胃癌26例でPIPLC法陽性例は1例もなかった。よってPIPLC法は潜在的腹膜播種性転移の鋭敏な客観的診断法であると考えられた。CEA抗原は細胞膜に疎水結合しているが、この結合はPhosphatidyl inositol phospholipase C(以下PIPLC)により選択的に切断可能である。申請者らはこれまで腹腔洗浄液沈渣にPIPLCを添加し細胞内CEA抗原を上清中へ遊出させ、非添加例の上清中のCEA濃度と比較すれば腹膜播種性転移の早期診断が可能となることを示してきた(PIPLC原法)。今年度、申請者らはPIPLC原法を応用して、肉眼的播種巣を形成していない段階での腹膜播種性転移を、術中に簡便に診断できるキットを試作し、以下の検討を行なった。【対象】胃癌手術症例25例【方法】開腹直後にダグラス窩及び左横隔膜下腔内に50mlの生食水を注入・洗浄し可及的洗浄液を採取後、内10mlをGLASS MICROFIBRE FILTER(以下GMF)で濾過し、0.1Mリン酸緩衝液(以下PB)で洗浄後、GMF上の細胞を抗CEA抗体含有固相化フィルムに接触させ、PIPLC0.05単位を添加し、手術室内温蔵庫(37°C40°C)にて90分反応させた後、発色させ、非添加例と色の差異を認めた例を陽性とし(以下PIPLC-KIT法)パパニコロウ染色による腹腔洗浄細胞診結果と比較した。【基礎的検討】胃癌培養細胞株をもちいた検討では組織CEA陽性株であるKATO-IIIでは5.0×10^3個、MKN-45では5.0×10^2個の細胞が検出可能であった。一方組織CEA陰性株であるMKN-28では1.0×10^6個の細胞でも検出できなかった。【臨床的検討】胃癌手術症例25例中細胞診陽性であった例は11例あり、これらすべてでPIPLC-KIT法陽性であった。一方細胞診陰性例は14例あり、内2例でKIT法陽性と判定されたが、これらは広範T3症例であり、腹膜播種性転移早期診断例と推察された。【結語】PIPLC-KIT法は腹膜播種性転移の簡便な早期診断法として有用となる可能性が示唆された。今後申請者らはさらに簡便かつ迅速に判定が行なえ、またコストダウンがはかれるようにようにキットを改良し、これを実用化する所存である。目的:胃癌腹膜播種性転移早期診断法(PIPLC原法)のkit化を計った。対象:胃癌手術症例53例方法:開腹直後にダグラス窩及び左横隔膜下腔内に生食50mlを注入し、可及的に回収し内10mlをGRASS MIVROFIBRE FILTER(GMF)で濾過し、GMF上の細胞を0.1Mリン酸緩衝液で洗浄後、抗CEA抗体含有固相化フィルムに接触させ、PB10μ1 PIPLC0.05単位を添加したのち手術室内温蔵庫(37°C-40°C)で60分間反応させ発色させた。PIPLC非添加例との色調差を認めた場合を陽性と判断した(PIPLC-kit法)。洗浄液の残りは細胞診に供した。基礎的検討:PIPLC-kitは胃癌培養細胞株KATO-3 5.0×10^3個、MKN-45 5.0×10^2個が検出可能であった。
ヒトCD46高発現トランスジェニック動物の開発

ヒトCD46を高発現するマウス作製のために以下のことを明らかにした。1.CD46の転写・翻訳の調節機構:ヒトCD46は4kb ubiquitous-messageと1.5kb testis-specific messageから成る。4kb ubiquitous message(L-form)のcDNAをマウス細胞に強制発現させてもヒトやサル細胞のようにCD46proteinは高発現しない。2.CD46のSCR1,SCR2が麻疹ウィルスレセプターとして機能する。SCR2-4は補体制御活性に必須なドメインである。従って、SCR1を削除したmutantは麻疹ウィルスレセプターとして機能せずに補体制御機能のみを発揮する。このことをブタ血管内皮細胞を用いて検証した。3.[CD46は免疫系を抑制するレセプターとしても機能しうる。シグナル伝達に関与するcytoplasmatic tailのsequenceを削除する必要がある。]この点は現在試行中である。Preliminary trailで、L-form cDNAをトランスジーンしたがCD46高発現マウスは得られなかった。Constructは上記のごとく完成したのでCD46の高発現マウスを目指してさらに継続試行していく予定である。ヒトCD46は細胞を自己補体から守る免疫制御因子であり、かつ麻疹ウィルスレセプターとしても機能する。本研究でCD46高発現のマウスが得られれば、麻疹感染・異種移植の動物レベルでの解析に道が開かれる。もしCD46高発現のfounderが得られれば、ウィルス感染・移植の解析実験をより大きい規模で計画する予定である。
不均一反応のためのバッチ－マイクロ融合型反応システムの開発

液液反応や気液反応といった不均一系の反応においては、界面を通した物質移動が重要である。マイクロリアクタはこの物質移動を強化できるという利点を持っている一方で、工業規模のプロセスを構築する際には多数の長い流路が必要となる。本研究では撹拌槽とマイクロリアクタを組み合わせた形式の反応システムを提案し、その特性を明らかにすることを目的とした。例として相間移動ジアゾカップリング反応を取り上げて検討を行ったところ、提案法を利用することで、マイクロ流路の使用本数を抑えながら、反応を促進できることが示された。前年度において、本研究が提案する反応システムを用いることで相間移動ジアゾカップリング反応をより短時間に実施できることが示された。提案システムはタンク型反応器とマイクロリアクタを組み合わせた構造をしているが、液液反応の速度を向上できる理由はマイクロリアクタでの相間物質移動速度が大きい点にある。平成25年度はマイクロリアクタ内での液液間物質移動速度を評価するため、流れの数値シミュレーションを行った。マイクロリアクタ内で液液二相が交互にスラグとなって流れるとき、各スラグ内には循環流れが生じることが指摘されているが、その循環の数や位置、循環速度が、線速度によって大きく変化することが示された。これらの結果とスラグ内の溶質濃度分布の時間変化を検討し、流動状態が物質移動速度に与える影響についての一定の知見を得た。マイクロリアクタ内での物質移動速度を実験的に定量するための手法の開発を検討した。このデータを採取するにはマイクロリアクタで抽出実験を行い、流出した液を分析する必要があるがマイクロリアクタ外で生じる抽出の影響を排除することが難しい。比較的実験を行いやすい気液二層流を取りあげて物質移動速度の測定方法を検討したところ、提案装置を使用し、マイクロリアクタの流路長さが異なる条件で実験を行ってデータを解析することで、高い信頼性を持って物質移動速度を評価できることが明らかとなった。今後は、この手法を活用して液液二相流における物質移動速度を実験的に正確に評価し、提案装置の設計法を構築するためのデータとして活用する予定である。陽イオン交換樹脂を用いたエステル加水分解反応および相間移動ジアゾカップリング反応を例にとり、提案するバッチ-マイクロ融合型反応システムの特性を評価した。エステル加水分解反応の実験では、本検討の範囲内では、提案法が有効であることは確認できなかった。一方、相間移動ジアゾカップリング反応では有効性が確認された。例として具体的に実施した反応は、レソルシノールとジアゾニウム塩のカップリング反応であり、水に不溶の生成物を生じる。原料となるレソルシノールは酢酸エチル中に、ジアゾニウム塩は水中に仕込み、これらを接触させて反応を行った。フラスコを用いた実験に比べて、提案する反応システムを使った場合の方が反応がより速く進行することが確認された。これはマイクロリアクタを組み合わせている効果が発揮され液液の接触効率が向上したためである。さらに、副生成物の生成量がより少なくなっていることも確認された。取り上げた反応は、水相中で進行するため生成物はまず水相中で生成するが、水に不溶のため有機相中へ抽出される。この抽出が進行しなければ生成物がジアゾニウム塩とさらに反応して副生成物を生じてしまうが、マイクロリアクタの活用によって、生成物の抽出過程も促進されたと考えられる。バッチ反応器と組み合わせるマイクロリアクタの条件について検討したところ、流路を長く、かつ本数を増大させると提案法の効果がより大きくなった。さらに、マイクロリアクタのみをナンバリングアップした場合との比較検討を行った結果、提案法では活用するマイクロリアクタの本数を大幅に抑えた条件で同等の生産性を実現できる可能性が示された。昨年までの成果を受けて、平成26年度はさらなる実験データを採取して提案装置の反応工学的な解析を進めたほか、流れと相間物質移動速度の同時シミュレーション技術の改良を行った。また、提案装置の新たな応用分野として粒子合成への適用可能性について検討した。提案装置の反応工学的な解析に関する検討では、循環流量などの各種反応条件を変化させることによる物質移動速度の変化が見掛けの反応速度定数に及ぼす影響に着目した。循環流路長は、検討の範囲内では、反応速度に対する影響はほとんど見られなかった。一方、循環流量および液量を増大させると見かけの反応速度が低下する傾向が見られた。流れと相間物質移動速度の同時シミュレーション技術の開発に関する検討では、昨年度に汎用シミュレーションソフトに組み込める独自の計算コードを開発している。しかし、この計算手法は、メッシュ依存性が強く安定した解が得られないなどいくつかの問題のあることが明らかとなった。本年度はこれらの問題の解決に取り組み、メッシュ依存性が無く、安定に計算を行うことのできる技術を開発した。提案法は多相反応への適用を想定した反応装置であるが、検討を進めるうえで粒子合成への応用可能性が見いだされた。

そこで、提案装置を用いて酢酸銅水溶液に水酸化ナトリウム水溶液を混合し、塩基性酢酸銅粒子の合成を試みた。合成された粒子は、ビーカーを用いた旧来の合成法で得た粒子に比べ、品質の高い粒子の合成に成功した。提案装置を利用して混合することで、系内の濃度分布をより均一に保持した条件での粒子合成が可能になったためであると考えられる。反応工学平成25年度の研究はほぼ計画通りに進んでいる。一般的な設計論を構築するために必要な流動解析および物質移動速度についてデータや知見の蓄積がほぼ予定通りに進行している。物質移動と流動の関係を調査するためのシミュレーション技術が確立され、また実験的に物質移動速度を測定する技術が構築された。これらを活用することで、設計論で必須となる物質移動速度のデータを得ることができる。また、提案法を気液固反応に適用し、性能を評価した。これにより実験の結果提案法が有効であることを確認している。以上より平成25年度の計画は達成されているといえる。平成24年度の研究はほぼ計画通りに進んでいる。当初計画していた陽イオン交換樹脂を用いた酢酸エチルの加水分解反応について検討を完了した。この系では、提案法の効果がほとんど見られなかった。そこで相間移動ジアゾカップリング反応を中心に検討を進めることとしたが、提案法の効果が発揮され、さらに流路長さや本数などの条件が全体の性能に及ぼす影響を明らかにすることができた。以上より平成24年度の計画は達成されているといえる。液液間の物質移動速度を明らかにし、これを予測するための相関式の提案を目指す。さらに設計論を提案するため、反応工学的の見地から装置の挙動を表すモデルを開発する。そのうえで数種の液液系反応を実施し、モデルの妥当性を確認する。企業との連携可能性を探るほか、継続して技術開発を行うための資金獲得を目指す。平成24年度の検討でエステル加水分解反応には提案法の有効性が確認されなかった。当初の予定では、平成25年度に各種のエステル加水分解反応について検討を進める予定になっていたが、これは行わず、代わりに相間移動カップリング反応を利用して装置性能の詳細な解析を進めるほか、平成26年度に計画していた気液固反応への展開の検討を前倒しして開始する。学会参加費などの費用が予定額を下回ったために生じた。繰越額は次年度の試薬と装置作製に必要な経費の一部として活用する。特に大学院生による実験補助の人数を増大させて、実験の効率化を図るために活用する。繰越額は、平成24年3月に購入した物品の支払いが済んでいないために発生している。この支払は4月に完了する予定であり、それによって繰越額のすべてが執行される。
細胞集団の協調移動現象の数理モデリング

生物の発生過程で観察される細胞の協調的移動現象を数理モデリングとイメージングデータによって解析した。イメージングデータ中の細胞核を自動で検出するアルゴリズムとその検出精度を評価する手法を確立した。さらにその手法を適用し、ゼブラフィッシュ胚未分節中胚葉組織の細胞移動を定量化し、取得した定量データに基づいた数理モデルを構築した。また観察された細胞移動の生物学的意義を解明するために、細胞集団の遺伝子発現リズム同期へ及ぼす影響を数理モデルによって調べたところ、協調的細胞移動がリズム同期を促進することを見出した。本研究課題は、発生において細胞集団が移動方向をそろえて組織内を移動するメカニズムの解明とその生物学的機能の解明を目的としている。平成26年度は脊椎動物体節形成で観察される細胞の協調的移動が、遺伝子発現リズムの同期に与える影響を数理モデルを用い詳細に解析した。まず細胞の自発的な動きと細胞間に働く物理的な力を含んだ数理モデルの構築を行った。構築したモデルを使い、集団での遺伝子発現リズムを同期させるための最適な移動方向の相関長が存在することを数値シミュレーションで示した。この最適な移動方向の相関長は、細胞のmixing rateを最大化し相互作用範囲を実行的に広げることで同期を促進する。シミュレーションの結果得られた相関長は、実際の組織で観察された値に比較的近いことが分かった。したがって我々の解析結果は、組織での相関のある細胞移動が遺伝子発現リズムの同期を促進している可能性を示唆している。得られた結果を国際学会等で発表し、議論を行った。また研究結果は論文にまとめられ、査読付き国際紙(Biophysical Journal)に掲載された。さらに細胞の移動方向の相関が、遺伝子発現リズムの空間位相パターンに強い影響を与えることを数値シミュレーションによって見出した。現在、この詳細なメカニズムの解明を行っている。今年度は細胞集団の運動が遺伝子発現ダイナミクスに与える影響を調べるため、ゼブラフィッシュ体節形成過程で観察される細胞移動の定量化とその数理モデリング、そして細胞移動が遺伝子発現リズムの同期に与える影響について解析を行った。我々は先行研究において細胞移動の時間スケールが十分に速い場合、移動が遺伝子発現リズムの同期を促進することを報告した。しかし実際の組織におけるこの二つの時間スケールの比較は行われていなかった。これを調べるために、組織のイメージングデータを画像解析し、細胞を自動でトラッキングすることにより細胞移動の定量化を行った。はじめに人工的に合成した画像とゼブラフィッシュキメラ胚の画像を使いトラッキングアルゴリズムを最適化した。細胞の速度ベクトルの空間微分を計算することで隣接している細胞間の相対的な動きを定量化し、未分節中胚葉組織の後方で相対的な位置変化が頻繁に起きていることを明らかにした。さらに隣接細胞間の距離の時間変化を計測することで、細胞の移動は単純なランダムウォークではないことを見出した。次に細胞集団の運動を細胞間に働く力や細胞の自発的な動きを記述することで数理モデル化し、得られた実験データに近似ベイズ計算を適用しフィッティングすることで細胞の移動パターンをコンピュータ上で再現することに成功した。再現した移動パターンのもとでリズムの同期過程を数値シミュレーションにより調べたところ、再現された移動はリズム同期を促進することがわかった。この結果は、生体組織における細胞移動の時間スケールは遺伝子発現ダイナミクスの時間スケールよりも十分に速く、リズムに対して強く影響を及ぼしていることを示唆している。解析結果を論文にまとめ、投稿準備中である。今年度はイメージングデータと数理モデルの間を繋げる手法を確立することができた。この手法を使うことで、細胞移動の画像データをもとにして数理モデルを構築することができ、実験にフィードバックすることがより容易になると考えられる。本研究課題は発生組織で観察される細胞の協調的移動が起きるメカニズムとその生物学的意義を、数理モデルとイメージングデータをもとに解明することを目指す。平成28年度はゼブラフィッシュ未分節中胚葉組織後方で観察される協調的細胞移動の影響が、組織前方で観察される遺伝子発現パターンにどう伝搬するかを解析するために、これまでに取得した組織の定量データをもとに数理モデルの構築を行った。モデルは組織前後軸にそった細胞移動速度の空間勾配を記述し、その勾配の空間スケールが組織前方で見られる遺伝子発現パターンのロバストネスを上げることを見出した。今後は生体内で細胞移動を薬剤処理などで特異的に阻害し、理論解析の結果を実験的に検証していく。研究期間中を通して、協調的細胞移動現象の数理モデリングと生体内での細胞移動の定量化に取り組んできた。主要な成果としては(1)組織での協調的細胞移動が遺伝子発現リズムの同期を促進することを数理解析と数値シミュレーションにより示した、(2)細胞移動の定量化を目的として、イメージングデータ中の細胞核を自動検出するアルゴリズムと、その検出精度を検証する手法の確立を行った、(3)イメージングデータを使い組織での相対的な細胞移動を定量し、空間3次元の数理モデルをフィッティングすることで観察された移動パターンの特徴を明らかにした、(4)定量化した細胞移動が遺伝子発現リズムの同期に影響を与えうる範囲にあることを数値シミュレーションにより明らかにした。上記(1)と(2)は論文として国際紙に掲載されている。(3)と(4)の結果は現在投稿中である。研究期間中に構築された細胞移動の空間3次元数理モデルは比較的シンプルでかつ一般性が高いため、他の発生組織で観察される細胞移動現象に対しても適用可能であると期待できる。

イメージングデータ中の細胞核を自動で検出するアルゴリズムとその検出精度を評価する手法を確立した。さらにその手法を適用し、ゼブラフィッシュ胚未分節中胚葉組織の細胞移動を定量化し、取得した定量データに基づいた数理モデルを構築した。また観察された細胞移動の生物学的意義を解明するために、細胞集団の遺伝子発現リズム同期へ及ぼす影響を数理モデルによって調べたところ、協調的細胞移動がリズム同期を促進することを見出した。体節形成の数理モデリングではモデルの構築とその解析の両方で進展があり、次に解決すべき理論的課題が明確になった。上記の研究に加え、マウス胚組織での細胞移動についても考察を行い、空間二次元で組織をどのようにモデリングすべきかについての見通しがたった。引き続き、発生組織で観察される細胞の協調的移動を数理モデル化していく。特にイメージングデータに基づいた数理モデリングを行い、今年度確立した手法をさらに発展させる。実験データに対してモデルをフィッティングすることで組織での力学パラメタ等を定量化し、対立仮説の検証を行っていく。発生生物学マウス胚組織での細胞移動現象では構築した数理モデルを使い、集団が方向をそろえて移動するための条件の導出をメインに行う。体節形成における協調的細胞移動の影響の解析では、相関を持った移動パターンが遺伝子発現リズムの空間位相パターンに与える影響を、安定性解析から明らかにしていく。組織のイメージングデータを使い、細胞移動の統計量を計算しシミュレーションとの比較も同時に行っていく。また今年度の解析結果をもとにして、細胞移動を広く扱うことができる、より一般的な数理モデルの構築にも取り組んでいく。今年度、当該予算を使いアルゼンチンに渡航しブエノスアイレス大学の共同研究者と研究打ち合わせ・論文執筆を行う予定であったが、所属研究機関の海外渡航援助を得ることができそれを渡航費用と滞在費に当てることができたため、次年度使用額が生じた。当該年度中、海外の研究機関の共同研究者を予定より長く訪問するため、当初予定した計算機ソフトウェア等の購入資金を旅費に当てた。そのため未使用金額が生じた。海外研究機関の共同研究者との研究打ち合わせ・論文執筆のための渡航費用と滞在費に当てる予定である。より長く滞在し綿密に議論することで、研究が飛躍的に進むと期待できる。また研究成果を国際・国内学会で発表するための旅費として使用することを予定している。
不純物誘起状態をプローブとしたスピン系の量子相転移に関する微視的研究

極低温において量子性が強く効いたスピン系の磁気状態をミクロな視点から明らかにするために、希釈冷凍機内で試料の結晶軸と印加磁場方向の角度制御が可能なNMRプローブを完成させ、これにより、量子スピン系物質Cs_2CuCl_4の極低温(60mK)における磁気構造を詳細に調べた。この物質の極低温の磁気状態に関しては、磁場中でスピン液体状態をとると提案されていたが、我々は詳細なNMR測定により、全磁場領域で磁気秩序状態を取ることを明らかにし,磁場依存性から5段の磁場誘起量子相転移を観測し、精密な磁気相図を完成させた。また、Znドープされた2次元直交ダイマー系SrCu_2(BO_3)_2および、2次元スピンギャップ系(CuCl)LaNb_2O_7、及び強-反強磁性ダイマー系(CH_3)_2NH_2CuCl_3、パイロクロア系Kos_2O_6においてESR・NMR測定を行い、これらの磁気状態を詳細に調べた。SrCu_2(BO_3)_2及び(CuCl)LaNb_2O_7においては、不純物状態を観測し、それがこの系の磁気状態の情報を得るのに有用であることを明らかにした。今後、更に高磁場の測定を行うことにより、これらの系の量子相転移の機構が解明できるものと期待される。(CH_3)_2NH_2CuCl_3においては、ESRにより磁気励起を直接観測し、スピンギャップの直接的情報を得た。Kos_2O_6においてはNMRから、Kイオンの異常な振動(ラットリングフォノン)を観測し、このフォノンが超伝導と密接に関係することを明らかにした。有限ハルデン鎖Y2BaNi1-sMgx05の電子スピン共鳴(ESR)及び核磁気共鳴(NMR)測定を進めると共に、極低温NMR実験を行うための、稀釈冷凍機内で角度制御可能なプローブの開発を行った。これにより、来年度以降、有限はハルデン鎖系で見られる有限鎖間の相関による秩序状態のNMRによる詳細な研究が可能になった。しかし、Y2BaNi1-xMgx05のギャップをつぶす100テスラ級のESR・NMR測定は未だ困難なので、新たにZnドープされた2次元直交ダイマー系SrCu2(BO3)2および、2次元スピンギャップ系(CuCl)LaNb207、擬3角格子磁性体Cs2CuCl4、有機磁性体F2PNNNOを候補物質として挙げ、試料製作及び予備実験を開始した。特にSrCu2(BO3)2に関しては、今年度において2GPの高圧下で新たな量子相が発見され、その物理的起源を明らかにするために、ZnドープされたSrCu2(BO3)2試料を高圧力下で測定することを重要課題に選定し、試料の準備と高圧用圧力カプセルの準備を優先的に行った。また、対象を低次元磁性体だけに限らず、近年次々と新物質が開発されている3時限フラストレーション系においても新規な量子相の探索を行った。超伝導体β型パイロクロア酸化物KOs206においては、Osは局在スピン密度をほとんど持たず、この系に見られる異常物性はスピンよりもむしろファノンによるものであることを明らかにした。金属絶縁転移をともなうパイロクロア酸化物物質群の測定も行い、Hg2Ru207では金属絶縁転移にともない、スピンの複雑な磁気秩序状態が低温で実現していることをNMRで明らかにした。
筋ジストロフィー骨格筋細胞膜アクアポリン4分子の減小機序に関する分子生物学的解析

骨格筋細胞膜には水チャンネル蛋白の一つaquaporin4(AQP4)が存在する。これは凍結割断レプリカの電顕的研究でorthogonal arrays(OAs)として観察され、OAsはDuchenne筋ジストロフィー症(DMD)や福山型筋ジストロフィー症(FCMD)の筋細胞膜で著減している。本研究では抗AQP4抗体と抗dystrophin(DYS-1)抗体、抗β-spectrin(β-SPC)抗体でDMDやFCMD生検筋を含む骨格筋(DMD6例、FCMD4例、筋緊張性ジストロフィー5例、肢帯型筋ジストロフィー1例、重症筋無力症1例、正常対照筋6例)を免疫染色した。その結果DMD筋やFCMD筋では抗AQP4抗体による染色性が著減していたが、なかにはAQP4が正常レベルで発現している筋線維が散見された。また抗DYS-1抗体ではDMD筋は染色されずFCMD筋ではほぼすべての筋線維の周辺部が染色され、抗β-SPC抗体では両疾患筋ともほぼ全筋線維が染色された。正常対照筋や疾患対照筋は3種の抗体で筋細胞膜が連続性に染色された。イムノブロットでも抗AQP4抗体の認識する約30kDaのbandはDMD筋、FCMD筋のホモジェネートではかすかに認められた。抗DYS-1抗体ではDMD筋とFCMD筋のホモジェネートを認識するbandはそれぞれ陰性と陽性であった。抗β-SPC抗体ではDMD筋、FCMD筋のホモジェネートともその認識する蛋白のbandの染色性は軽度に低下から正常レベルであった。上記と同数の遺伝子検索をすることに同意の得られた症例からの白血球と骨格筋から抽出したそれぞれゲノムDNAとRNAでそれぞれPCR法とRT-PCR法によりAQP4のゲノムDNAとRNAレベルでの解析を行なった。DNAレベルではDMD筋、FCMD筋ともAQP4のゲノムDNAには異常は認められなかった。更にRNAレベルではDMD筋、FCMD筋のAQP4のmRNAは減少していた。従ってDMD筋、FCMD筋のAQP4の蛋白レベルでの減少は翻訳後の事象ではなくmRNAの減少によるものであることが示唆された。
ダイオキシン類の生物分解と無毒化に関する基礎研究

ダイオキシン汚染土壌の浄化法の開発を目的として、白色腐朽菌を用いる生物分解法、簡便で安価な化学分解法、および無毒化(除去)法に関する実験を行い、以下のような知見を得た。生物分解法:ダイオキシンとして比較的低毒性の2,7-DCDD(二塩化物)を用いて、数種の白色腐朽菌の分解活性を調べた。培養条件等の詳細な検討の結果、シイタケ、マイタケ、エノキタケにおいて、2週間の培養(酸素100%、リグニン添加20mg/10ml)で、30-40%のダイオキシンの分解が認められた。この活性は、ダイオキシンを分解することが既に分かっている白色腐朽菌の1種(ファネロキエーテ・クリソスポリウム:輸入有害菌に指定されている)の分解活性とほぼ同程度であった。このように、身近なキノコにダイオキシン分解活性が認められたことは、将来、キノコを用いるダイオキシン汚染土壌・浄化プラントの可能性を示唆するものであり、興味深い結果と思われる。化学分解法:種々の試薬の色素分解活性スクリーニングを行い、その結果、Fe^<3+>-H_2O_2混合試薬がDCDDに対して、強い分解活性をもつことを見出した。70°C、Fe^<3+>(8mM)-H_2O_2(1%)15分間でDCDDはほぼ完全に分解できた。また、汚染モデル土壌においても、この混合試薬がDCDD分解に有効であることを確認した。この化学分解法は、安価で、環境への2次汚染の心配もないため、実用的な浄化法として大いに期待される。無毒化法:土壌中のダイオキシンを分解せずに、除去することも、土壊浄化の一手段である。われわれは、土壌中のDCDDが水蒸気蒸留で完全に除去できることを見い出し、実際の汚染土壌でも有効であることを明らかにした。ダイオキシン汚染土壌の浄化法の開発を目的として、数種の白色腐朽菌のダイオキシン分解活性に関する実験を行った。なお、ダイオキシンとして比較的低毒性の2,7-DCDD(ニ塩化物)を用いた。培養条件等の検討の結果、シイタケ、マイタケ、エノキタケにおいて、2週間の培養(酸素100%、リグニン添加20mg/10ml)で、30-40%のダイオキシンの分解が認められた。現在のところ、白色腐朽菌によるダイオキシンの分解機構として、菌体外に放出されるリグニン分解酵素の関与が示唆されている。今後、これら3種のキノコ培養液(菌体外酵素を含む)中のダイオキシン分解活性の有無や、ダイオキシンの分解中間体の検出などにより、今回得られた知見を再確認する必要があると思われる。ダイオキシン汚染土壌の浄化法の開発を目的として、白色腐朽菌を用いる生物分解法と化学分解法に関する実験を行った。白色腐朽菌による生物分解:数種のキノコ菌の色素分解活性及びリグニン分解酵素活性について調べた結果、ファネロキエーテ・クリソスポリウムは高温、酸素100%でのみリグニン分解酵素を分泌するとされていたが、今回、培養条件の最適化により、室温、空気環境下で分泌させることが可能となった。従って、ダイオキシン分解に関与するとされるリグニン分解酵素の大量分取が期待できる。

また、シイタケ菌は、リグニン分解酵素をほとんど分泌しないが、強い色素分解活性が認められた。よって、シイタケによるダイオキシンの分解はリグニン分解酵素以外の酵素の関与が考えられた。化学分解法:種々の試薬の色素分解活性スクリーニングを行い、その結果、Fe^<3+>-H_2O_2混合試薬がダイオキシン2塩化物(DCDD)に対して、強い分解活性をもつことを見出した。70°C、Fe^<3+>(8mM)-H_2O_2(1%),15分間でDCDDはほぼ完全に分解できた。また、汚染モデル土壌においても、この混合試薬がDCDD分解に有効であることを確認した。この化学分解法は、安価で、環境への2次汚染の心配もないため、実用的な浄化法として大いに期待される。ダイオキシン汚染土壌の浄化法の開発を目的として、白色腐朽菌を用いる生物分解法と化学分解法に関する実験を行った。白色腐朽菌による生物分解:ファネロキエーテ・クリソスポリウムは高温、酸素100%でのみリグニン分解酵素を分泌するとされていたが、前回、培養条件の最適化により、室温、空気環境下で分泌させることが可能となった。現在、ダイオキシン分解に関与するリグニン分解酵素の大量分取を試みている。また、シイタケによるダイオキシン分解活性の本体と思われる菌体外酵素についても、現在、その精製を急いでいるところである。化学分解法:これまでの検討の結果、Fe^<3+>-H_2O_2混合試薬がダイオキシン2塩化物(DCDD)に対して、強い分解活性をもつことがわかった。70°C、Fe^<3+>(8mM)-H_2O_2(1%),15分間でDCDDはほぼ完全に分解でき、また、汚染モデル土壌に対しても、有効であった。DCDDとの反応溶液中には、4-クロロカテコールが僅かながら存在していることが、GC-MS分析から示唆された。僅かしか検出されないのは、分解中間体である4-クロロカテコールがDCDDより非常に速く分解されるためと考えられた。これらのことから、この化学分解法においても、白色腐朽菌による分解機構と類似の分解メカニズムが推測された。また、ESRのスピントラップ実験により、DCDD分解へのヒドロキシラジカルの直接的な関与が否定された、むしろ、酸化力が強い4あるいは5価の鉄の関与が考えられた。無毒化法:土壌中のダイオキシンを分解せずに、除去することも、土壌浄化の一手段である。われわれは、土壌中のDCDDが水蒸気蒸留で完全に除去できることを見だし、実際の汚染土壌でも有効であることを明らかにした。
腎糸球体硬化におけるtight junction障害とサイトカインの関与について

研究実施計画に基づき、以下の研究を行った。1.糸球体硬化性病変を有する腎生検例の臨床病理学的解析.当大学における腎生検例をWHO分類に基づき形態診断を行い、一次性糸球体硬化症および、その他の腎炎に伴う二次性糸球体硬化性病変に分類し、臨床病理学的に検討した。2.糸球体内のサイトカインの分布を蛋白レベルと^<35>Sを用いて、mRNAについて検討した.GBMとメサンギウム細胞に一致して蛋白およびmRNAがみられ、蛋白レベルとmRNAの分布に不一致も認め、特にメサンギウム細胞にはmRNAが強く発現していた.3.ZO-1を主とする蛋白レベルでの検討を行い、発表を米国および日本腎臓学会などで行った。各種蛋白レベルによる腎炎におけるtight junctionの障害に関する検討で、とくにLupus腎炎では他腎炎と違なり、ZO-1蛋白の発現が高度で、phosphotyrosinも同部位に認められ、チロシンリン酸化がZO-1蛋白発現制御機構に関与しているという結果であった。4.レーザーmicro dissection顕微鏡およびin situ hybridization法などの遺伝子解析に関する手技の開発と確立では、micro dissection法はすでに確立しており、アルミスライドを用いた凍結切片標本の接着・剥離に問題はなく実施できた.糸球体の確認ではHE染色が最も確実に剥離可能であった.パラフィン検体からのmicro dissection法は確立し(Gut,2004)、凍結切片からのDNAの抽出を試みるために、厚さと糸球体の個数による検討も行った.厚さの薄い切片ではDNAの抽出はばらつきを認めた.硬化糸球体と非硬化糸球体の比較では、硬化部のみからのmRNAの定量的な抽出には問題がいまだに残されている.5.免疫電顕による検索では、本研究中に詳細な検索は出来なかった.研究実施計画に基づき、以下の研究を行った。4.レーザーmicro dissection顕微鏡およびin situ hybridization法などの遺伝子解析に関する手技の開発と確立では、micro dissection法はすでに確立しており、アルミスライドを用いた凍結切片標本の接着・剥離に問題はなく実施できた.糸球体の確認ではHE染色が最も確実に剥離可能であった.パラフィン検体からのmicro dissection法は確立し(Gut,2004)、凍結切片からのDNAの抽出を試みるために、厚さと糸球体の個数による検討も行った.厚さの薄い切片ではDNAの抽出はばらつきを認めた.硬化糸球体と非硬化糸球体の比較では、硬化部のみからのmRNAの定量的な抽出には問題がいまだに残されている.5.免疫電顕による検索では、本研究中に詳細な検索は出来なかった.本年度は研究実施計画に基づき、以下の研究を行った。1.糸球体硬化性病変を有する腎生検例の臨床病理学的解析。当大学における腎生検例をWHO分類に基づき形態診断を行い、一次性糸球体硬化症および、その他の腎炎に伴う二次性糸球体硬化性病変に分類し、臨床病理学的に検討した。2.レーザーmicro dissection顕微鏡およびin situ hybridization法などの遺伝子解析に関する手技の開発と確立パラフィン検体からのmicro dissection法はすでに確立しており現在までにアルミスライドを用いた凍結標本の接着・剥離もほぼ確立した。現在は一次性糸球体硬化症のさらなる検体収集をしており、手技的には硬化部のみのDNA抽出に若干の検討を加えている最中であり、来年度(平成15年度)当初には確立予定である。3.現在、サイトカインおよび成長因子などの免疫電顕学的検索も行っており、光顕および免疫電顕による検索・遺伝子異常の検索を進行中である。4.本年度はZO-1を主とする蛋白レベルでの発表を米国および日本腎臓学会などで行った。内容としては、各種蛋白レベルによる腎炎(1次性、全身性疾患に伴う腎病変など)におけるtight junctionの障害に関するもので、とくにLupus腎炎では他腎炎と違なり、ZO-1蛋白の発現が高度で、phosphotyrosinも同部位に認められ、チロシンリン酸化がZO-1蛋白発現制御機構に関与しているという内容であった。本年度は研究実施計画に基づき、以下の研究を行った.1.レーザーmicrodissection顕微鏡およびIn situ hybridization法などの遺伝子解析に関する手技の確立.パラフィン検体からのmicro dissection法は確立している(Gut, in press)が、本年試みた糸球体硬化部のみからのDNAの抽出は完全に確立できなかった.

また、本年はアルミスライドを用いた凍結切片標本の接着・剥離をほぼ確立した.糸球体の確認においては一部染色を必要としたが、硬化糸球体と非硬化糸球体のmRNAの抽出は、個数の問題は残るが手技的にはほぼ問題がなくなった.硬化部のみからのmRNAの定量的な抽出には問題が少し残されている.2.光顕・免疫電顕による検索本年は初年度に臨床病理学的に検討した症例の一部について免疫染色を行い、特殊染色を含めた光顕標本との比較検討を行った.また、免疫電顕による検索も行い、光顕レベルと電顕レベルにおける蛋白の相違について検索した.光顕レベルと電顕レベルでの局在の検討では、大部分は一致しているが、一部局在の差異を認めた.残りの症例に関しては来年度早々に行う予定である.3.レーザーmicrodissection顕微鏡を用いたZO-1,サイトカインなどのmRNAやDNAの解析に関しては、やや手技的な問題もあり、遅れているが、光顕・電顕による蛋白レベルの検討は検討しており、最終年度早々に解析を行い、硬化性病変発症機序の解析を試みて、最終報告書にまとめる予定である.本年度は研究実施計画に基づき、以下の研究を行った.1.レーザーmicrodissection顕微鏡およびIn situ hybridization法などの遺伝子解析に関する手技の確立.本年は昨年ほぼ確立したアルミスライドを用いた凍結切片標本の接着・剥離に問題はなく実施できた.糸球体の確認においてはさまざまな染色を試してみたが、ヘマトキシリン・エオジン染色が最も確実に剥離可能であった.パラフィン検体からのmicro dissection法は確立し(Gut,2004)、凍結切片からのDNAの抽出を試みるために、厚さと糸球体の個数による検討も行った.10μm以上あれば1個の糸球体でもDNAの抽出は可能であったが、ごく一部にのみ見られる硬化部の抽出は困難であった.また、厚さの薄い切片ではDNAの抽出はばらつきを認めた.硬化糸球体と非硬化糸球体の比較では、硬化部のみからのmRNAの定量的な抽出には問題がいまだに残されている.2.光顕・免疫電顕による検索本年は初年度に臨床病理学的に検討した症例のまとめを再検討し、一部について免疫染色を行い、特殊染色を含めた光顕標本との比較検討を行った.また、免疫電顕による検索も行い、光顕レベルと電顕レベルにおける蛋白の相違についてさらに検索した.光顕レベルと電顕レベルでの局在の検討では、大部分は一致しているが、一部局在の差異を認めた.3.レーザーmicrodissection顕微鏡を用いたZO-1,サイトカインなどのmRNAやDNAの解析に関しては、手技的な問題もあり、未だ完全な確立は出来ていないが、光顕による蛋白レベルの検討を検討しており、硬化性病変発症機序の解析を試みながら最終報告書として提出する予定である.
経内頸静脈的肝内門脈大循環短絡術の門脈穿刺における血管内超音波装置実用化の研究

【目的】経頸静脈的肝内門脈大循環短絡術(TIPS)は新しい門脈圧亢進症の治療法として注目されている。本法は臨床的に極めて有用であるが、その手技は比較的難しい。中でも穿刺針による門脈穿刺は、手技中最も時間を要し、かつ、合併症を生じやすい段階である。今回我々は、安全かつ確実な門脈穿刺法を確立ために血管内超音波装置を用いた検討を行った。【対象】TIPSを行った肝硬変5例。【方法】今回は本法をTIPSの術前検査として行った。本検査時には体外超音波検査も併用した。又、別の日には肝静脈造影と経動脈性門脈造影の同時造影を行い肝静脈と門脈の二次的解剖学的関係を検討した。まず、右内経頸静脈より右肝静脈へ留置したシース内に、血管内超音波装置に接続したイメージングカテーテルを挿入し、肝静脈より見た右門脈系の把握を行った。次いで、門脈を安全に穿刺するのに適したポイントを検討するために、右肝静脈下大静脈接合部より末梢方向へ1cmごとの血管内超音波像を作製し、体外超音波像、血管造影像などとの対比を行った。【成績】(1)対象全例において、事前の血管造影で穿刺目標とされた門脈1次分岐あるいは2次分岐を血管内超音波により同定可能であった。(2)この内の3例において、ステントを留置するのに最も適した門脈部と肝静脈部の解剖学的関係が本法により明らかとなった。即ち、穿刺を開始する肝静脈の部位の決定、穿刺針の回転角度、門脈までの距離などが正確に判明し、TIPS手技に際し有用な情報となった。(3)こうした情報は、術前の血管造影、体外超音波に比べ本法の方が優れていた。【考察】本法により、最適な穿刺部位および穿刺方向の決定が容易となることから、今後、TIPS術中に行うことにより、手技時間の短縮、合併症回避がもたらされると考えられる。しかし、画像解析能の向上、耐久性の向上など細部には検討すべき余地が存在する。
アポトーシス誘導能を有するS100Cタンパク質の皮膚疾患における機能解析

S100C/A11は細胞内でCa2+と結合することによりさまざまな生体機能を発揮するS100タンパク質ファミリーの一種であり、我々はS100C/A11が核内に移行することにより細胞増殖を抑制すること、生体内では皮膚、とくに表皮に強く発現していることをすでに確認していた。S100C/A11の表皮内での発現パターンを免疫染色法にて検討したところ、細胞増殖の活発である基底層ではS100C/A11の核内局在はみとめられないが、増殖の停止した基底層直上から有棘層、顆粒層にかけてS100C/A11が核内に移行している像をみとめた。また皮膚有棘細胞癌の腫瘍細胞ではS100Cの核内局在が認められず、乾癬病変部においても多くの有棘細胞においてS100C/A11の核内局在が認められなかったことより表皮細胞の増殖・分化にS100C/A11の細胞内局在が深く関与していることが示唆された。これらの所見よりS100C/A11を人為的に核内へ導入することで腫瘍細胞の増殖を抑制できる可能性が想定された。そこで我々は105のアミノ酸より構成されるS100C/A11タンパク質をその二次構造をもとに6つのペプチドに断片化して、それぞれの細胞増殖抑制効果を検討してみたところ、N末の19個のアミノ酸よりなるペプチド(MAK19)に細胞増殖抑制効果を有することがわかった。TATというHIV由来のタンパク質と融合させることでMAK19を人為的に細胞質内、核内へと導入してみると、細胞増殖抑制のみでなく細胞死を誘導することを見い出した。さらにMAK19により誘導される細胞死の詳細を検討してみたところ、処理後3時間でアポトーシスのマーカーのひとつであるアネキシンVの発現がみられ、処理後2040時間で巨大DNA断片化がみられたことより、MAK19のもつアポトーシス誘導能が証明された。さらにMAK19により誘導されたアポトーシスの分子的な機序を解析したところ、カスパーゼ非依存性、p21,p53にも非依存性であるがAIFとの関連性を示唆するデータが得られた。本年度、われわれはS100Cが細胞質から核内へ移行することで表皮角化細胞の増殖を抑制することを見出し、その作用機序を分子レベルで解明し報告した(JCB 2003;163,825-35.)。さらにS100CのN末の19アミノ酸よりなるペプチドを作成し、そのS100Cペプチドを核内へ導入することで、さまざまな細胞株にアポトーシスを誘導することを証明した(論文投稿中)。以上の実験結果をふまえてさらに我々はS100Cの核内分布と皮膚疾患、とくに表皮角化細胞の増殖異常のみられる尋常性乾癬との関連について研究をすすめているところである。現在までに得られている知見は、乾癬病理組織におけるS100Cの細胞内分布についてのもので、正常表皮では100Cの核内分布がみられない細胞は活発に増殖している基底細胞のみであるのに対して、乾癬病理部においては有棘層においてもS100Cの核内移行のみられない細胞が多数存在しているのが確認され、乾癬における表皮角化細胞の増殖亢進とS100Cの核内移行との関連が強く示唆された結果を得ることができた。またわれわれは乾癬の治療に用いられている活性化ビタミンD3がin vitroにおいてS100Cの核内移行を誘導することを見出した。この事実は活性化ビタミンD3の乾癬治療における奏功機序にS100Cの細胞内分布が関与している可能性を示唆しており、非常に興味深いものと考えている。現在、乾癬患者の病理組織のサンプリングをすすめている最中であり、活性化ビタミンD3の治療により改善した病変部においてS100Cがどのように分布しているのかにつき今後検討していく予定である。

TATというHIV由来のタンパク質と融合させることでMAK19を人為的に細胞質内、核内へと導入してみると、細胞増殖抑制のみでなく細胞死を誘導することを見い出した。さらにMAK19により誘導される細胞死の詳細を検討してみたところ、処理後3時間でアポトーシスのマーカーのひとつであるアネキシンVの発現がみられ、処理後2040時間で巨大DNA断片化がみられたことより、MAK19のもつアポトーシス誘導能が証明された。さらにMAK19により誘導されたアポトーシスの分子的な機序を解析したところ、カスパーゼ非依存性、p21,p53にも非依存性であるがAIFとの関連性を示唆するデータが得られた。
スピントルクトランジスタの実証

磁性多層膜ナノピラーに大きな電流を集中させると、磁性層間でスピン角運動量が移動するため、電流の向きにより磁化の配列を制御できることが知られている。また、このとき巨大磁気抵抗効果あるいはトンネル磁気抵抗効果を通して電気抵抗も変化する。この現象を二端子素子としてみると一種のダイオード(整流器)と見ることが出来る。しかし、実際には磁気抵抗比が小さいためダイオードとしての特性の非対称性が不十分であり、また、電流電圧特性に磁化反転に伴う大きなヒステレシスを持つためにダイオードとしての応用は困難であった。そこで、我々の研究グループでは、MgOをバリヤとし大きな磁気抵抗効果を示すトンネル磁気抵抗素子を用いることによりまず第一の問題を解決し、さらに、磁気共鳴を利用することにより磁気ヒステレシスに影響されずに整流作用を示すダイオードをまず開発し「スピントルクダイオード」と名づけた。このダイオードの動作特性を解析した結果、理論上負性抵抗が得られることを見出した。さらに、この特徴を生かした3端子素子を作製することにより増幅作用が可能であることを実験に基づく具体的な素子特性を用いた解析により証明した。具体的な素子作成のために磁壁を用いた素子構造を提案し、実際にナノワイヤーを強磁性多層膜から切り出し、巨大磁気抵抗効果を示すことを確認した。以上の研究から、増幅度を持つスピントランジスタの設計法が明らかとなり、さらに作製法にもめどを付けることができた。従って、以上の成果により当初の目的を達したといえる。今後の研究により実際にスピントルクトランジスタが実現するものと考えられる。