hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
上部マントルの化学進化:欧州の主要かんらん岩体の温度・圧力履歴からの制約

上部マントルの化学進化過程を理解するために、マントル物質の温度・圧力経路・履歴を探ることを目的とし、フランス・ピレネー山脈のかんらん岩体、スペインのRonda岩体、イタリアのLanzo岩体において野外調査と岩石採取、EPMA、EBSDなどによる分析・解析を行い、既に研究されている北海道幌満かんらん岩体と比較することで、マントルかんらん岩上昇経路や上昇前の状態等に関する多様性を把握した上で、それぞれ特徴的な温度・圧力履歴を支配しているリソスフェアとアセノスフェアの熱・力学的相互作用やそのテクトニック環境を明らかにした。21年度予定していたフランス・ピレネー山脈のLherz岩体とスペインのRonda岩体の調査および試料採集を10月13日11月4日にかけて研究協力者のJean-Louis.BodinierとCarlos Garridoの協力を得て実施した。ピレネー山脈では、Lherz岩体に加えてその周辺のFontete Rouge, Freychinede, Vicdessos, Sem, Caussou, Bestiac, Moncaut等の岩体からも試料採集し、数十キロメートル以上のスケールでの温度・圧力履歴解読への足がかりを作る事が出来た。また、Ronda岩体では、岩体の基本構造単位を南北にカバーするルートに沿ってかなり密度の濃い定方位サンプリング、数ヵ所の露頭で数メートル10cmスケールの高密度サンプリング、Ronda岩体東部のOjen岩体のサンプリングを実施した。調査範囲、調査の密度、サンプル量などにおいて、当初計画していた以上の成果をあげることができ、採集した岩石試料は合計で500kgに達する。特に、より高温高圧の温度圧力履歴の解析にとって重要なセンチメートル級の巨晶を両地域で数多く見出し、輝岩やクロミタイト層とその周辺のかんらん岩も採集することができた点は、今後の解析作業にとっては重要な成果である。現在までに、Lherz岩体の試料について薄片作成、XRF全岩化学分析、EPMAやFE-SEM/EBSD分析を進めており、以下のような発見をしている。(1)Lherzのスピネル輝岩中にスピネルと他の鉱物との粒界に普遍的に発達する斜長石を見出し、明確な減圧の証拠を得た。(2)輝石のサイズや岩石種にかかわらず、AlとCaの累帯構造は一方的な冷却を示している。(3)輝岩中の1センチメートル級の斜方輝石は、中心領域に厚い斜方輝石のラメラ、周辺部に薄いラメラがあり、少なくとも2段階の冷却ステージがあることが判明した。平成21年度に予定していたフランスピレネー山脈西部の肝がん岩体とイタリアのLanzoかんらん岩体の調査は、研究協力者のJean-Louis.BodinierとCarlos Garridoとのスケジュール調整の結果、2011年9月25日から2011年10月12日まで、Frangoise Boudierの協力も得て実施した。ピレネー山脈とLanzo岩体あわせて300kg近い岩石を採集することができた。ピレネー山脈では、昨年度の分析結果から数ミリ以下の割れ目を埋める、かんらん石-斜長石安定領域まで上昇した後にできたと考えられる未変形のはんれい岩質岩石が確認出来ていたLherz岩体において割れ目の発達の仕方や、変形した層状構造との関係を明らかにすることができた。平成22年度は、21年度に引き続き、ピレネー山脈東部から中部のかんらん岩体のかんらん岩と輝岩のEPMA,FE-SEM/EBSDの分析解析をすすめた。その結果以下の事が明らかとなった。(1)東部に位置するBestiac岩体は、輝岩周辺のみにかんらん石-ざくろ石の組み合わせが存在し、かんらん石と直接接するざくろ石は全てスピネル-輝石シンプレクタイトに分解している。輝岩中のざくろ石に接する斜方輝石はざくろ石に向かってAlが明瞭に増加するが、かんらん岩中ではシンプレクタイトに向かう斜方輝石中のAlの増加は顕著でない。このこととCaの累帯構造から、Bestiacはざくろ石-かんらん石安定領域の低圧部から等温減圧に近い経路を辿って上昇した。(2)斜方輝石の内部にある低角境界にAlの濃集が認められ、その微細構造から上昇に伴って輝岩が変形流動していたことがわかった。本研究では、ヨーロッパの主要な3つのマントルかんらん岩体を対象として、マントル物質の温度・圧力経路・履歴を探ることを目的としている。23年度には、22年度に調査サンプリングを行ったスペインのロンダかんらん岩体のEPMA分析を進めた。特に、岩体北部に分布するざくろ石を含むかんらん岩とその中に介在している苦鉄質岩の詳細な元素マッピングと定量分析を行った。その結果、以下のような事が明らかとなった。

(1)先行研究では、野外の産状などからロンダかんらん岩体のざくろ石かんらん岩は、もともとざくろ石輝岩とざくろ石を含まないかんらん岩で構成されていたが、ざくろ石とかんらん石が共存可能な温度圧力条件下で強い変形流動に伴う機械的混合作用を被って形成されたと考えられていた。しかし、その混合のタイミングについては、不明であった。今回、1cm以下のざくろ石輝岩のCrが周囲のかんらん岩との接触面から減少する傾向にあり、またその減少パターンは場合によってひどく非対称であること、輝石に取り囲まれたざくろ石のCr含有量が低い傾向があること、ざくろ石は周囲から輝石-スピネルの集合体に分解しつつあり、かんらん岩中に孤立しているものはCr濃度が高いこと、一般にざくろ石の中心から縁に向かってCrが増加する傾向があることがわかった。これらの事実は、混合過程がざくろ石-かんらん石安定領域から上昇減圧するタイミングで輝岩の脆性破壊とざくろ石のかんらん岩への混合が起きたことを示している。(2)輝岩中では、ざくろ石あるいはその分解生成物である輝石-スピネル集合体と接触する斜方輝石はAl含有量がざくろ石に向かってわずかに増加するが、かんらん岩中に孤立する斜方輝石は縁に向かって一方的にAlが減少する。両者共に、Caは中心から縁に向かって減少している。以上の事から、(1)の上昇過程は、一方的に冷却を伴っていたことが判明した。
ツツガムシと恙虫病リケッチアの共生関係の実験生物学的解析

1、ツツガムシのリケッチア保有の有無を簡便に知る方法として、蛍光抗体法の開発を試み満足のゆく結果を得た。この方法によりリケッチア保有系のツツガムシの維持にかかる労力が大きく軽減された。2、上記の方法に型特異的モノクローナル抗体を用いることでツツガムシと恙虫病リケッチアの共生関係について従来から主張されてきた「一個体に複数の血清型のリケッチアが同時に共生する」という考えを否定し、一個体、一系統には一血清型のリケッチアのみが共生することが明らかにすることができた。3、ツツガムシからリケッチアを排除するために抗生物質をマウスに投与し、これに孵化直後のリケッチア共生L.fletcheriを吸着させたところ、ツツガムシよりリケッチアを排除することに成功したい。その結果、これかを飼育して得た成虫及びこれらにリケッチア非共生の雄をかけ合わせたF1はすべて雌であったが、F2からF5では雄が生じ、性比が雄優位に逆転した。この結果より、リケッチア共生系のL.fletcheriで雄が生じないのはリケッチアの共生が原因であり、リケッチア共生の雌では孵化した段階で既に将来産む子の性が決定されているらしいという新たな知見を得た。また、このような操作により性比が逆転するという新たな疑問が提出された。4、O.tsutsugamushiはこれまでの6型の血清型に分類されていたが、今回日本各地のリケッチア分離株を血清学的、遺伝学的に解析し、株特異性タンパク特異的モノクローナル抗体、同遺伝子のRFLP解析から型はさらに亜型に分類されることが明らかとなった。今後は、1の方法を疫学調査に応用すること、3の実験を発展させ、リケッチアを有さないツツガムシにリケッチアを顕微注射してリケッチア共生系を作り出すことなどを計画している。L.pallidum(フトゲ)中のRtの分布を電顕で調べた。分布密度は臓器間で大きく異なり、幼虫の唾液腺、成虫の唾液腺、生殖巣で最大であった。また、Rtは精巣中にも見られたが、精子形成の過程で細胞外に排除されることが観察された。これらの観察は、Rtのヒトへの伝播、Rtが雌親からのみ垂直伝播することと一致する。フトゲの卵にGilliam株を顕微注射し飼育した結果7匹の成虫を得たが、そのいずれもRt陰性であった。また若虫にRtを注射したが、成虫期までRtを保有するものは認められなかった。一方、マウスにフトゲより分離されたRt株を感染させ、フトゲを吸着させたところ、25%が少量ではあるが成虫期までRtを保有していたが、フトゲ由来ではないGilliam株を感染させた場合は全くRtを保有していなかった。この結果はツツガムシ種毎に共生の成立しやすいRt株があることを示唆するものかもしれない。今後はこのことを考慮した上で実験を行う予定である。抗生物質を投与したマウスにRt共生L.fletcheri(P)を吸着させRtを排除し飼育したところ、P、F1、F2での雌の割合はそれぞれ100、100、1%となった。これよりRt共生L.fletcheriに雄が生じないのはRt共生のためであること、幼虫の時点で産む子の性が決定されていることが示唆された。

F2で性比が大きく逆転したことは興味深く、新たな問題が提起された。ほぼ100%の精度でツツガムシ中のRtの存否を確認できる蛍光顕微鏡観察の方法を開発し、L.arenicolaでのRt伝播率を調べた。伝播率は雌親ごとに60から100%と大きく異なり、産卵数の多いほど伝播率の高かった。また、飼育中のツツガムシ3種それぞれに1血清型のRtが共生していることが判明した。これは1個体に複数の型が共生しているという従来の知見と相反するものである。Leptotrombidiumfletcheri、L.arenicolaのOrientia tsutsugamushi(Ot)共生系では雄がほとんど生じない。その理由を探るため、抗生物質を投与したマウスにOt共生L.fletcheri(世代P)を吸着させOtを排除し飼育したところ、P、F1ではメスのみ生じたが、F2では雄が98%と性比は大きく逆転した。これよりOt共生系で雄が生じないのはRt共生の影響であること、幼虫の時点で産む子の性が決定していることが示唆された。その後F5まで観察を続けたところ、雄の割合は89、81、89%であった。比較のため抗生物質をOt非共生L.fletcheriに投与した場合、性比に変化はなくほぼ1:1であった。これらの事実はOtが排除されたのち数代以上にわたって宿主の性比に異常が生じることを示すものかもしれない。昨年度開発した蛍光抗体法でツツガムシ中のOtの血清型を標準5型に特異的なモノクローナル抗体により調べた。それぞれ数百個体のツツガムシを用いた結果、L.fletcheri中のOtは抗Kato型抗体4種中2種に、L.pallidum、L.arenicola中のOtは抗Karp型抗体3種中1種とよく反応し、他の血清型に特異的な抗体とは反応せず、3種それぞれに1血清型のOtが共生していることが判明した。その反応性はそれぞれのツツガムシから培養細胞を用いて分離したOtの反応性と一致していた。これらの観察は、1系統、1個体のOt共生ツツガムシに複数の血清型のOtが共生しているという従来の知見と相反するものである。なお、我々は媒介動物の相違、遺伝子の相同性などの観点からRickettsia tsutsugamushiを新たな属に分類しOrientia tsutsugamushiと呼ぶことを提唱した。
仮想研究室システムを利用した教材作成工房の構築

実研究室が持つ基本的機能をインターネット上に構築したシステムを仮想研究室(Virtual Laboratory System)といわれる.本研究では、教材作成支援を目的とした仮想研究室を教材作成工房という名称で構築した。本システムは、サーバシステムとクライアントシステムの二つのシステムで構成されている。システムはJAVA言語でプログラミングされ、JAVA言語の動作環境が整っているプラットホーム上であれば、OSに関係なく動作する。シングルサーバ方式で基本的動作を確認し、また学内LANからだけでなく学外LANからの利用も可能であることを確認した。1.教材作成工房の機能(1)サーバシステム・・・次に記載したクライントシステムと異なる機能としては、ユーザの登録等を管理するユーザ管理機能を持っていること。(2)クライアントシステム・・・教材作成工房への入退室を管理する入退室管理機能、ユーザの利用状況を表示するユーザ状態表示機能、ユーザが共同書類棚的な図書館機能、ユーザ間でのリアルタイムでの討論を支援するためのホワイトボードとテキストチャットを同時に使えるミーティング機能、ユーザ間でリアルタイムにメッセージ送信や書類等が添付送信できるメイラー機能、図書館からファイルを検索するためのファイル検索機能を備えている。2.教材素材本システムを利用して貰うためには、初期教材素材を十分に図書館に備蓄する必要がある。電磁気学関係の約200題の演習問題を教材素材として電子化した。3.システムの評価とその他システムの簡単な評価を学内と学外で行った。実研究室内での連絡機能にも使えるという提案もあり、概ね好評であった。体験希望の方には、本システムは無料で配布可能である。インターネット上に実研究室と同じ機能(機密保持,研究室内状態表示,コミュニケーション機能,秘書機能,キャビネット機能,ディスク機能)を持つシステムを仮想研究室システムという。この仮想研究室システムを教材作成という用途に特化した形(上記機能の他に図書館機能等を付ける)で構築し,ボランティア的運用を目指している。平成14年度では,教材作成工房の機能としては,以下の機能をJAVA言語でほぼ実現した。(1)サーバシステムで利用可能な機能セットアップ機能,サーバ状態表示機能,ユーザ管理ツール(2)クライアントシステムで利用可能な機能ログイン機能,ディスク機能,ログアウト機能(3)両システムで利用可能な機能ユーザ状態表示機能,ファイル転送機能,キャビネット機能,システムロック機能メッセージ通達機能,ミーテイング機能,パスワード変更機能,システム終了機能その際,システムの拡張が容易であること,システムが安定的に稼動することを十分に考慮した。これらの機能の動作を,サーバ用コンピュータ1台とクライアント用コンピュータ2台で確認した。最終的なシステムはマルチサーバ,マルチクライアント方式となる。この教材作成工房が機能するためには,教材を作成するための基礎資料をキャビネットに収納しておく必要がある。電気磁気学演習教材を作成するための基礎資料として,静電気力,電界と電位,静磁界に関する問題約40問とその解答をTex形式で準備した。また,図書館機能から電気磁気学問題を利用するために必要なソフトウェア(QP : Question Player)を開発した。以上の内容を,平成14年度電気関係学会東北支部連合大会及び第50回応用物理学関連連合講演会(2003年3月)で発表した。現在の教員は,たとえば,高等専門学校の教員の学校業務を考えると,複数の教科を担当,その教材準備や授業,そして様々な試験問題作成,実験指導,卒業研究指導,専攻研究指導,研究,学生の生活指導と多忙である。それらを多少なりとも解消すために,インターネットを利用して協調作業で教材作成するシステムを提案した。それが,教材作成工房である。この教材作成工房の仕様を決めるにあたり,(1)機能は必要最小限とする。(2)プラットホームを選ばない。(3)特別に高性能仕様のコンピュータを必要としない。(4)簡単なシステム管理。(5)無償でのシステム配布を考慮した。平成14年度では,この基本な考え方に沿って,教材作成工房の基本機能(セットアップ機能,サーバ状態表示機能,ユーザ管理ツール,ログイン機能,ログアウト機能,デスク機能,キャビネット機能,ミーティング機能,入室状況表示機能,ファイル転送機能,パスワード変更機能,システム終了機能)をJAVA言語で実現した。15年度では,プログラムのバグの修正および現状での教材作成工房を評価して,問題点や改善すべき点を検討した。その結果以下のような点が指摘された。(1)現在,クライアントPCを介して行っているデスクとキャビネット間のファイル転送を,直接にデスクとキャビネット間でファイル転送を可能とする。(2)ファイル毎に行っていたデータ転送をフォルダごと転送できるようにする。(3)現在は,クライアントPGにファイルを転送し,クライアント上のアプリケーションプログラムで開いて内容を閲覧している。キャビネット内のファイルを直接使って電子教材内容を簡単に閲覧できるようにする。(4)著作権に抵触しない形に電子化された教材素材の十分な蓄積が必要である。(5)システム安定動作のためにマルチサーバ方式を計画していたが,基本機能の充実・完成が先決問題である。これまでの成果を,日本物理学会第59回年次大会にて,「仮想教材作成工房による電気磁気学演習教材作成」という題目で発表した。教材そのもの提示ではなく,協調作業による教材作成ツールということで多くの参加者が興味を示した。

シングルサーバ方式で基本的動作を確認し、また学内LANからだけでなく学外LANからの利用も可能であることを確認した。1.教材作成工房の機能(1)サーバシステム・・・次に記載したクライントシステムと異なる機能としては、ユーザの登録等を管理するユーザ管理機能を持っていること。(2)クライアントシステム・・・教材作成工房への入退室を管理する入退室管理機能、ユーザの利用状況を表示するユーザ状態表示機能、ユーザが共同書類棚的な図書館機能、ユーザ間でのリアルタイムでの討論を支援するためのホワイトボードとテキストチャットを同時に使えるミーティング機能、ユーザ間でリアルタイムにメッセージ送信や書類等が添付送信できるメイラー機能、図書館からファイルを検索するためのファイル検索機能を備えている。2.教材素材本システムを利用して貰うためには、初期教材素材を十分に図書館に備蓄する必要がある。電磁気学関係の約200題の演習問題を教材素材として電子化した。3.システムの評価とその他システムの簡単な評価を学内と学外で行った。実研究室内での連絡機能にも使えるという提案もあり、概ね好評であった。体験希望の方には、本システムは無料で配布可能である。
ナノ粒子を分散させた新型の磁性流体、ER流体、MR流体の製造と応用

(1)新しい機能性流体の製造粒子を安定に分散させるため、金属ニッケル微粒子や感温性フェライト微粒子にシリカを被覆し、液体ガリウム中に分散させた。金属ニッケルや感温フェライトに被覆したシリカの厚みは、濃度等の処理条件を変化させることにより制御することができた。シリカを被覆した金属ニッケル粒子では密度を液体ガリウムと同じにすることにより、また感温フェライト粒子ではシリカの被覆量を水溶液中での粒子間相互作用のDLVO理論を用いて制御することにより、どちらもガリウム中に良好に分散させることができた。メカニカルアロイングで製造したナノ結晶のFeMB(M=Nb,V)粒子は高い透磁率および高い飽和磁化を有しており、非揮発性のイオン流体に分散させるこてかできた。粒径、磁化特性への焼結温と時間の影響を検討し、非揮発性イオン流体に分散させたところ、磁場中での粘度変化を示した。(2)強磁性ナノ粒子のキュリー温度への粒子径および形状の影響強磁性粒子が10nm以下になるとキュリー温度が急激に低下するが、これは保磁力の形状およびサイズに影響することをモデルを用いて説明できることがわかった。(3)液体ガリウムの過冷却大きさと量を制御したシリカ粒子を分散し、ガリウムの過冷却度が向上するかを調査した。5および10nmの大きさのシリカ粒子を0.5あるいは1.0wt%分散させたガリウムを処理することにより、3-4°Cで安定的に液体であるガリウムが得られた。新型の磁気けん濁流体(MR流体)としてニッケル粒子を液体金属ガリウム中に分散させた流体の製造を試みた。金属ニッケル粒子はサブミクロンの球状のものを用いた。まず、水とエタノール混合液中にニッケル粒子を分散させ、これにテトラエトキシシラン(TEOS)とアンモニア水を添加し、ニッケルとTEOSの重量割合により、ニッケル表面を被覆するシリカの厚さを調整した。シリカ被覆されたNi粒子の透過型電子顕微鏡観察より、10-45nmのシリカの被覆が観察され、ニッケルとTEOS重量が1:1の場合に、ニッケル粒子表面に10nmのシリカ膜が被覆されていることが明らかとなった。試料のニッケル粒子の飽和磁化が0.6Tであるが、非磁性層のシリカ被覆により磁化は0.4T程度に低下した。シリカ被覆したニッケル粒子は金属ガリウムとなじみやすく、良好に分散でき、シリカ被覆したニッケル粒子を10%、金属ガリウムにけん濁させた。ガリウムの融点は303Kであるが、ニッケルをけん濁させたガリウムは過冷却により5分程度は液体状態を保持した。このけん濁液であるMR流体を310Kに保持して、平行平板型粘度計に入れ、上下からすなわちせん断方向と垂直に磁界をソレノイドコイルで印加して、粘度変化を調査した。磁界がない場合に比べて0.08Tの磁界中でせん断応力は約4倍に増加し、ビンガム流体の挙動を示した。金属ガリウムの熱伝導率は約40Wm^<-1>K^<-1>であり、撹拌から生じる熱を外部に放熱しやすく、新しいダンパ用MR流体としての応用が考えられる。1.強磁性ナノ粒子のキュリー温度への粒子径および形状の影響本研究は新しい磁性流体の製造の基礎に関係する。強磁性粒子が10nm以下になるとキュリー温度が急激に低下することを示した。強磁性粒子のキュリー温度が低い温度にある場合は流体に粒子を分散させた場合、感温磁性流体が製造できる。キュリー温度の低下は保磁力の形状およびサイズに影響するモデルを用いて説明した。2.新しいMR流体の製造1つはMR流体をエネルギー伝達流体として製造を試みてきた。従来の油などの有機液体と異なり、金属液体として約30度で流体であるガリウムを使用し、その中に強磁性粒子のNiを分散させることを試みた。Niを金属ガリウムに安定に分散させるためにシリカを被覆した。シリカを被覆した金属Ni粒子の密度を溶解している液体ガリゥムと同じにすることを試み、粒子が良好に分散することが明らかとなった。シリカ被覆の厚みは濃度等の被覆処理により変化させることができた。また、ガリウムの過冷却も試験した。1つはソフト磁性材料として、ナノ結晶のFeMB粒子を作成し、高い透磁率および高い磁化を有していた。上記の研究と同様の金属ガリウムにと非揮発性のイオン流体に分散させた。FeMBのMはNbやVであり、メカニカルアロイングによって製造した。3.新しい磁性流体の製造新しい感温磁性流体の製造を試みた。液体金属ガリウム中に感温フェライトを分散させることを試みた。Ni0.3Ca0.1Zn0.6Fe2O4の10nmの粒子をシリカで被覆しガリウムへの分散を試みた。シリカ被覆量は水溶液中での粒子間の相互作用のDLVO理論を用いて制御した。ガリウムに良好に感温フェライトを分散させることができた。4.リサイクルしたFeNdB粒子を分散させたイオン性MR流体の製造新しいMR流体の製造のためにFeNdB磁石の粉をリサイクルして用いた。廃棄磁石は近年増加し、Ndは重要な希土類元素である。FeNdB粉のサイズ、磁化特性の焼結の温度と時間の影響が調査された。溶媒としてイオン流体C8H200NBF4を用い、これに分散させ、磁場中での粘度特性を調査した。

(1)新しい機能性流体の製造粒子を安定に分散させるため、金属ニッケル微粒子や感温性フェライト微粒子にシリカを被覆し、液体ガリウム中に分散させた。金属ニッケルや感温フェライトに被覆したシリカの厚みは、濃度等の処理条件を変化させることにより制御することができた。シリカを被覆した金属ニッケル粒子では密度を液体ガリウムと同じにすることにより、また感温フェライト粒子ではシリカの被覆量を水溶液中での粒子間相互作用のDLVO理論を用いて制御することにより、どちらもガリウム中に良好に分散させることができた。メカニカルアロイングで製造したナノ結晶のFeMB(M=Nb,V)粒子は高い透磁率および高い飽和磁化を有しており、非揮発性のイオン流体に分散させるこてかできた。粒径、磁化特性への焼結温と時間の影響を検討し、非揮発性イオン流体に分散させたところ、磁場中での粘度変化を示した。(2)強磁性ナノ粒子のキュリー温度への粒子径および形状の影響強磁性粒子が10nm以下になるとキュリー温度が急激に低下するが、これは保磁力の形状およびサイズに影響することをモデルを用いて説明できることがわかった。(3)液体ガリウムの過冷却大きさと量を制御したシリカ粒子を分散し、ガリウムの過冷却度が向上するかを調査した。5および10nmの大きさのシリカ粒子を0.5あるいは1.0wt%分散させたガリウムを処理することにより、3-4°Cで安定的に液体であるガリウムが得られた。
電子らせんビームをもちいた磁気イメージングの研究

本研究課題では、電子線の新しい伝播モードである「電子らせん波」をもちいた磁性イメージング手法の開発および磁性との相互作用の解明を目的として、おもに軌道角運動量をもつビームの生成および伝播特性、位相イメージング法の開発に関する研究を行い、以下の成果を得た。1)超高圧電子顕微鏡を利用した1000keVの電子らせん波の生成、2)フォーク型回折格子をもちいた新しい位相回復法の開発、3)軌道角運動量をもつ非回折電子ビームの生成およびベッセルビームの自己修復性の実験的検証、4)ダンマン渦回折格子をもちいた軌道角運動量計測法の開発、5)電子らせんビームによるスキルミオン生成・消滅の実験的検証。本研究課題は、電子らせん波をもちいて磁場および磁性体の磁性情報のイメージングを目指すものである。今年度は1)4重極磁場のイメージング、2)超高圧電子顕微鏡をもちいたサブナノメーター径の電子らせん波の生成、3)エルミート・ガウスモードの生成およびその磁場との相互作用の観察、を行った。1)4重極磁場のイメージング:磁場イメージングの可能性を検証するもっとも簡単な問題として、電子顕微鏡内で人為的に生成した試料や磁場を通過して位相変調を受けた電子波の位相の可視化に試みた。位相の可視化にはフーリエ反復位相回復をもちいた。反復位相回復における実空間マスクとして今回我々はフォーク型回折格子をもちいた。電子顕微鏡の非点補正子によりさまざまな4重極磁場を人為的に導入し、その磁場分布の可視化を試みた。その結果、非点補正子による電子波の等位相面の湾曲の大きさおよび向きが回折らせん波の強度分布に現れることが判明し、その強度分布から電子波の位相分布が可視化できることが判明した。2)超高圧電子顕微鏡をもちいた電子らせん波の生成:原子サイズに収束した電子らせん波による電子線磁気円二色性(EMCD)シグナル検出を目指し、超高圧電子顕微鏡をもちいた電子らせん波の生成を試みた。加速電圧1000kVでの電子らせん波の直径は加速電圧200kVの場合に比べて35%まで減少することが期待される。電子顕微鏡にバーガースベクトルb=1,3,5,10のフォーク型を導入し、入射電子線の波長と生成される電子らせん波のビーム径との関係を調べた。その結果、1000kVの電子線で生成した電子らせん波の直径は200kVの場合の約42%にまで減少することが確認された。理論値からのずれは、超高圧電子顕微鏡の電子源のコヒーレンスおよび電子顕微鏡の機械的、電気的振動によるものと考えられる。研究課題は、電子らせん波をもちいて磁場および磁性体の磁性情報のイメージングを目指すものである。今年度は1)フォーク型回折格子をもちいた回復顕微法の開発、2)n回回転対称ピンホールをもちいた電子渦の生成、3)収束電子らせん波による収束電子回折図形の取得、を行った。1)フォーク型回折格子をもちいた回復顕微法の開発:フォーク型回折格子を実空間拘束条件とする新しい回折顕微法の開発を行った。これまでの電子回折顕微法では、数10ナノメートルサイズのビーム自身および円形微小絞りにより実空間拘束条件を与えてきたが、正しい位相像が取得できないことが多く位相回復の精度に問題があった。フォーク型回折格子を制限視野絞り位置に挿入して回折顕微法を行ったところ、丸孔や通常の回折格子の場合に比べて位相回復精度が向上することを見出した。2)収束電子らせん波による収束電子回折図形の取得:フォーク型回折格子をもちいて生成した収束電子らせん波を試料に照射して得られる収束電子回折図形には、各回折ディスクに回折格子の像が現れ、ディスク内の回折強度がすべて観察できないという問題がある。今回、制限視野絞り位置に微小絞りを挿入して試料に照射される電子らせん波のひとつを選択することにより、回折格子で遮遮されてない収束電子回折図形を取得できることを実験および理論的に示した。3)n回回転対称ピンホールをもちいた電子渦の生成: n回回転対称をもつピンホールをFIBによるナノ加工により作成して電子顕微鏡に導入し、ピンホールを通過する電子による干渉パターンを観察した。その干渉パターンの位相回復を行ったところ、n=5, 7, 9の時に位相特異点が形成されることが判明した。このことは計算機シミュレーションでも確認することができた。この方法は位相特異点を含む電子ビームの生成法としての応用が期待される。電子らせん波と試料の局在磁気モーメントとの相互作用を観察するためにはサブナノメーター径の電子らせんビームが必要であると考えられている。当初、昨年度までにサブナノメーター径の電子らせんビームの生成を完了する予定であったが、電子顕微鏡のレンズパラメーターの最適化が十分に行えておらず、その目的が達成できてない。本研究課題の目的である磁気イメージングの達成のために、サブナノ電子らせん波は必要不可欠であり、今年度はその実現に向けて早急に取り組む予定である。しかしながら、電子らせん波をもちいた新しい回折顕微法の提案やn回回点対称ピンホールをもちいた特異点を多数含む電子波の生成など、本科研費申請当初には想定していなかった新しい成果も得られており、その点に関しては評価できるものであると考えている。

1)サブナノメーター径の電子らせん波の伝播過程の観察:磁性針をもちいた擬似的磁気単極子による電子らせん波の生成を試みた。電子線ホログラフィー実験により磁性針を通過した電子線に位相特異点が形成されることを確認し、磁性針を収束絞り位置に導入した。生成した電子波をレンズで収束したところ、クロスオーバー前後でらせん波に特徴的なGouy位相シフトによる強度分布の回転挙動がみられ、軌道角運動量を有していることが確認された。ただし磁性針により電子線強度の一部が欠落されるため完全なドーナツ状の電子らせん波の形成には至らなかった。2)多数の位相特異点を含む電子ビームの生成:収束絞り位置に回転対称ピンホールや多角形スリットを導入し、複数の位相特異点をもつ電子波の生成を行った。これらの方法では伝播中にビーム断面の強度分布が変化しない、いわゆるnondiffractiveな電子ビームが形成されることが確かめられた。試料による不均一磁場の影響を検証するため、装置に付随した磁気4重極子による強度分布の変化を観察し、印加した不均一磁場がビーム強度をもちいた位相回復により再生されることを確認した。3)磁気スキルミオンとの相互作用の観察:低温でらせん磁性およびスキルミオンを形成するFeGe試料に電子らせん波を照射し、電子らせん波の磁気モーメントおよびビームトルクがスキルミオンの生成および消滅に及ぼす影響を検証した。試料を液体窒素温度まで冷却し、弱い磁場を印加してらせん磁性およびスキルミオンを形成する直前の臨界状態として、フォーク型回折格子および磁性針により生成した電子らせん波を照射した。しかしながら、いずれの場合でも電子らせん波によるスキルミオンの生成および消滅は観察できなかった。原因としては、今回生成した電子らせん波の強度が十分に高くなく、磁気モーメントおよびトルクが十分に高くないためと考えられる。本研究課題では、電子線の新しい伝播モードである「電子らせん波」をもちいた磁性イメージング手法の開発および磁性との相互作用の解明を目的として、おもに軌道角運動量をもつビームの生成および伝播特性、位相イメージング法の開発に関する研究を行い、以下の成果を得た。1)超高圧電子顕微鏡を利用した1000keVの電子らせん波の生成、2)フォーク型回折格子をもちいた新しい位相回復法の開発、3)軌道角運動量をもつ非回折電子ビームの生成およびベッセルビームの自己修復性の実験的検証、4)ダンマン渦回折格子をもちいた軌道角運動量計測法の開発、5)電子らせんビームによるスキルミオン生成・消滅の実験的検証。当初の予定は、1)試料ピエゾ走査制御システムの導入、2)外部磁場のイメージング、3)磁区イメージングであった。1)については、予算の使途を変更したため導入は行っていない。現在、電子顕微鏡を外部制御するMathLabのToolBoxと呼ばれる制御コマンドライブラリの導入を検討しており、これにより当初の目的が達成される目処が付いており、平成27年度に導入を進める予定である。2)および3)については電子顕微鏡内で人為的に生成した4重極磁場のイメージンングまで完了している。今後EELSをもちいた磁区イメージングを進める。また、当初平成27年度に行う予定のサブナノメーター電子らせん波の生成については、超高圧電子顕微鏡をもちいた検証実験を既に今年度から取りかかり、ビーム径が波長のスケーリング則で縮小することを確認しており、これについては当初の計画以上に進展していると言える。
真空の磁気光学効果の基礎的研究:稀薄残留気体による非共鳴磁気複屈折性の評価

真空の磁気光学効果を検出するための,高感度測定法を研究することを最終目標とし,そのための基礎研究として,予想される妨害雑音源,特に残留稀薄気体による非共鳴磁気複屈折法(Voigt効果)の影響を評価する装置を完成させ,評価実験を行った.(1)方式検討,装置設計,およびレーザーの光出力安定性と光子統計雑音限界の確認半導体レーザーの駆動電流を変動率で10^<-5>程度まで安定化し,温度変動0.2°C以内のときの光出力変動率は2×10^<-4>(光出力3mW,16分間)であり,磁気光学信号検出器に発生する背景雑音に関しては,光子統計雑音限界に達し得ることを確認した.(2)偏光解析装置の試作と性能評価偏光解析装置の消光比は,2×10^<-8>(窓なしのとき)に達し得ることを実験的に確認した.(3)実験装置真空セルは非磁性金属(Al)製で,窓の代わりに偏光子および検光子を直接装着でき,また,窓なしの解放端で,気体を流す方式も可能である.磁束密度は最高約0.8Tである.(4)磁場変調による信号対雑音比の改善磁場を変調することにより,信号対雑音比の改善を図った(磁場変調周期は14秒).コンピュータ制御により,磁場変調と同期して光子計数とデータ処理を行う方式を採用した.(5)各種気体の非共鳴磁気複屈折効果の測定気体(O_2など)による非共鳴フォークト効果を測定し,稀薄残留気体の非共鳴磁気屈折性が真空の磁気光学効果に及ぼす影響を評価した.半導体レーザーの発振波長780nmにおける酸素の磁気光学定数は,C=-(5.4±0.5)×10^<-16>[G^<-2>cm^<-1>](大気圧,16°C)で,N_2,Arの値はそれ以下であった.真空度10^<-10>[Torr]における希薄残留気体の磁気複屈折性は,真空の磁気複屈折性に対して無視し得ない影響を生じる可能性がある.ただし磁場誘起複屈折性は,Δn=CλB^2で与えられ,λは光の波長である.真空の磁気光学効果を検出するための,高感度測定法を研究することを最終目標とし,そのための基礎研究として,予想される妨害雑音源,特に残留稀薄気体による非共鳴磁気複屈折法(Voigt効果)の影響を評価する装置を完成させ,評価実験を行った.(1)方式検討,装置設計,およびレーザーの光出力安定性と光子統計雑音限界の確認半導体レーザーの駆動電流を変動率で10^<-5>程度まで安定化し,温度変動0.2°C以内のときの光出力変動率は2×10^<-4>(光出力3mW,16分間)であり,磁気光学信号検出器に発生する背景雑音に関しては,光子統計雑音限界に達し得ることを確認した.(2)偏光解析装置の試作と性能評価偏光解析装置の消光比は,2×10^<-8>(窓なしのとき)に達し得ることを実験的に確認した.(3)実験装置真空セルは非磁性金属(Al)製で,窓の代わりに偏光子および検光子を直接装着でき,また,窓なしの解放端で,気体を流す方式も可能である.磁束密度は最高約0.8Tである.(4)磁場変調による信号対雑音比の改善磁場を変調することにより,信号対雑音比の改善を図った(磁場変調周期は14秒).コンピュータ制御により,磁場変調と同期して光子計数とデータ処理を行う方式を採用した.(5)各種気体の非共鳴磁気複屈折効果の測定気体(O_2など)による非共鳴フォークト効果を測定し,稀薄残留気体の非共鳴磁気屈折性が真空の磁気光学効果に及ぼす影響を評価した.半導体レーザーの発振波長780nmにおける酸素の磁気光学定数は,C=-(5.4±0.5)×10^<-16>[G^<-2>cm^<-1>](大気圧,16°C)で,N_2,Arの値はそれ以下であった.真空度10^<-10>[Torr]における希薄残留気体の磁気複屈折性は,真空の磁気複屈折性に対して無視し得ない影響を生じる可能性がある.ただし磁場誘起複屈折性は,Δn=CλB^2で与えられ,λは光の波長である.本研究は,量子電磁力学的には予想されているが未だ実験に成功していない,真空の微弱な磁気光学異方性の検出を目標に,その予備研究として,稀薄残留気体による非共鳴フォークト(Voigt)効果の影響を評価することを目的とするものである.平成4年度は,装置の検出感度に関して,下記の基本的問題点を検討した.(1)検出方式の検討,実験装置の設計および試作光源は,出力の安定な半導体レーザー(波長782nm)を用いた.電磁石の磁場変調により,信号対雑音比の改善を図った.磁束密度は0.78T,磁場中の光路長は50mmとした.方解石を用いた偏光解析装置,および光電子増倍管を用いた光子計数装置により,偏光の微小変化を検出した.ターボ分子ポンプを用いて,清浄な高真空の実現を図った.(2)半導体レーザーの光出力安定化と光子統計雑音限界の達成

半導体レーザーの駆動電流を変動率で10^<-5>程度まで安定化し,温度を0.2°C以内に安定化したとき,レーザー光出力の変動率は3×10^<-4>(光出力4mW,10秒間)で,信号検出器において光子統計雑音限界に到達し得た.(3)偏光解析装置の試作と性能評価偏光解析装置の消光比は,2×10^<-8>に達し得ることが実験的に確認された.ただし,この値は光学系素子による光散乱の影響を受けやすい.特に真空セルの窓材の光学的品質によって,消光比は大きく影響されることが判明したので,この問題が次年度の課題となると予想される.以上の予備実験結果から,本研究の実験装置は楕円率として5×10^<-8>程度の微小光学異方性を検出可能な性能を有すると考えられる.平成5年度に目標としている,残留気体の磁気光学的影響の評価に関しては,少なくとも酸素分子など光学異方性係数の比較的大きい気体に関しては,所期の成果が得られる見通しが得られ,他の気体についても検討する.真空の磁気光学効果を検出するための,高感度測定を研究することを最終目標とし,そのための基礎研究として,予想される妨害雑音源,特に残留稀薄気体による非共鳴磁気複屈折性(Voigt効果)の影響を評価するための装置を完成させ、評価実験を行った.(1)実験装置の完成真空セル,真空排気系,ガス導入系,光学系,および励磁電気系の設計・製作・調整を行った.真空セルは非磁性金属(Al)製で,両端には,窓の代わりに偏光子および検光子を直接装置できるようにした.また,窓を装着せずに解放端とし,気体を流す方式についても検討した.実験装置の製作に必要な光学材料および部品,ならびに回路部品は購入し,電磁石の励磁用電源は,電気・電子部品を購入し自作した.(磁束密度は最高約0.8T.)(2)磁場変調による信号対雑音比の改善磁場発生装置として電磁石を用い,磁場を変調することにより,信号対雑音比の改善を図った.磁場変調周期は14秒とした.コンピュータ制御により磁場のオン・オフを行い,これと同期して光子計数およびデータ処理を行う方式を採用し,雑音を低下させた.(3)各種気体の非共鳴磁気複屈折効果の測定気体の非共鳴フォークト効果を測定し,稀薄残留気体の非共鳴磁気複屈折性が,真空の磁気光学効果に及ぼす影響を評価した.半導体レーザーの発振波長780nmにおける酸素の磁気光学定数は,C=-(5.4±0.5)×10^<-16>[G^<-2>cm^<-1>](大気圧,16°C)で,N_2,Arの値はそれ以下であった.真空度10^<-10>[Torr]における残留気体の磁気複屈折性は,真空の磁気複屈折性に対して無視し得ない影響を生じる可能性がある.ただし磁場により誘起される複屈折性は,Δn=CλB^2で,λは光の波長である。
遺伝性糖尿病ＭＯＤＹの病態解析のためのヒトｉＰＳ細胞の膵β細胞分化誘導系の開発

MODY患者(MODY1, 3, 5)から得た繊維芽細胞にから患者由来iPS細胞を樹立した。このiPS細胞は正常iPS細胞と同様の多能性を持つことが示された。健常人由来iPS細胞及びMODY患者由来iPS細胞を用いて膵β細胞へ分化誘導した。分化誘導した膵β細胞の遺伝子発現解析やインスリン分泌能を測定し、健常人由来細胞と比較したが、分化誘導効率が低く健常人と患者間での有意な差は認められなかった。糖尿病マウスを用いて健常人及び患者由来膵β細胞を腎皮膜下に移植し、血糖値測定により改善効果を調べた。移植後の経過日数が短かったため、健常人とMODY患者間での有意な差は認められなかった。1)タンパク質導入至適条件及び候補転写因子の決定タンパク質を効率良く導入可能な条件の決定として、11Rと融合型EGFPベクター構築を、タンパク質を精製した。精製タンパク質を細胞培養上清へ添加し、陽性細胞の割合を検討した結果8割以上の細胞がタンパク質を取り込んでいることが確認された。また、11R融合転写因子タンパク質及び11R-TEVprotease認識配列融合タンパク質の精製を目指し、ベクター構築を行った。このベクターへ搭載する転写因子を20種決定し、プラスミドへ挿入した。3)膵ベータ細胞への分化誘導健常人由来iPS細胞を用いて決定した導入条件で転写因子タンパク質のセットをMODY患者由来iPS細胞培養上清へ添加し膵ベータ細胞へ分化誘導した。分化誘導した膵ベータ細胞の遺伝子発現解析やインスリン分泌能をin vitroで測定し、健常人由来細胞と比較したが、分化誘導効率が低く健常人と患者間での有意な差は認められなかった。4)糖尿病モデルマウス作成STZを腹腔内投与し、血糖値が400mg/dl以上になり、かつ生存率が良いSTZ濃度および週令を決定した後、安定して糖尿病モデルマウスを作成することに成功した。5)生体内での機能解析健常人及び患者由来膵ベータ細胞を、糖尿病モデルマウス腎皮膜下に移植して、血糖値測定により糖尿病改善効果を調べた。移植後の経過日数が短かったため、生着率、遺伝子発現、インスリン分泌能、糖経口投与によるグルコース応答性を検討したが健常人とMODY患者間での有意な差は認められなかった。1)タンパク質導入至適条件の決定と分化誘導のための候補転写因子の決定:複数種のタンパク質が効率良く導入可能な条件を決定するために、11R(細胞膜透過ドメイン)と融合したEGFP遺伝子のベクター構築を行った。構築したベクターを大腸菌BL21株へ導入し11R融合型EGFPタンパク質を精製した。精製したタンパク質をMEF及びADSCの細胞培養上清へ添加し、EGFP陽性細胞の割合を検討した。100ng/mlで添加することにより8割以上の細胞がタンパク質を取り込みEGFP陽性細胞であることが確認された。また、11R(細胞膜透過ドメイン)融合転写因子タンパク質及び11R-TEV protease認識配列融合タンパク質の精製を目指し、転写因子挿入のためのMCSを含んだこれらのベクター構築を行った。このベクターへ搭載する転写因子を文献情報とNCBIのGEO data setから約20種決定し、クローニング後11R及びTEVプロテアーゼ認識配列を融合したプラスミドへ挿入した。タンパク質精製のためのベクター作成、候補因子の絞り込み、タンパク質導入濃度検討、及びMODY患者由来iPS細胞の樹立が研究計画通り進んでいる。1) MODY患者由来ヒトiPS細胞の膵β細胞への分化誘導:健常人由来iPS細胞を用いて決定した導入条件で転写因子タンパク質のセットをMODY患者由来iPS細胞培養上清へ添加し膵β細胞へ分化誘導する。分化誘導した膵β細胞の遺伝子発現解析やインスリン分泌能を生体外で測定し、健常人由来細胞と比較する。2)糖尿病モデルマウス作成の条件検討:SCIDマウスへ膵β細胞を破壊するStreptzotocine (STZ)を腹腔内投与し、糖尿病モデルマウスを作成する。血糖値が400mg/dl以上の高血糖状態になり、かつマウスの生存率が良いSTZ濃度及びマウスの週令を検討する。3)マウスへの移植実験による生体内での機能解析:健常人及びMODY患者由来ヒトiPS細胞を膵β細胞へ分化誘導し、糖尿病モデルマウス腎皮膜下に移植して、血糖値測定により糖尿病改善効果を調べる。また、腎臓の組織切片を作製することで生着率、遺伝子発現、インスリン分泌能を比較検討する。さらに、マウスに糖を経口投与し、血糖値及びインスリン量の変化によりグルコース応答性を調べ、生体内における機能を比較検討する。該当なし
試薬内包カプセルネットワーク　ー単結晶の中で高活性試薬をより安全に扱い易くするー

26年度が最終年度であるため、記入しない。
先天代謝異常症（ライソソーム病）に対する新規細胞治療法の開発

前年度までに、臍帯組織における間葉系幹細胞(MSC)および神経幹細胞の局在について免疫組織学的検討を行い、MSCマーカー陽性細胞の多くは臍帯動脈内皮近傍およびWharton jelly(WJ)に多く分布し、臍帯動脈内皮直下には神経堤マーカーであるp75NTR陽性細胞が多数認められることを示した。これより、臍帯動脈周囲組織由来の細胞は神経細胞の再生により高効率に利用できると考えられた。さらに、臍帯、胎盤羊膜上皮および羊膜間質由来のMSCにおける免疫制御能の検討を行い、臍帯由来MSCが免疫抑制因子の発現が強い傾向があることが示され、胎盤由来MSCにおける免疫抑制効果はWJ-MSCが最も高く、細胞治療により有効であると考えられた。単離p75NTR陽性細胞およびMSCの免疫原性に関する機能解析では、分離・培養・刺激条件の検討に時間を有し、さらに、研究代表者の産前産後休暇取得および復職後の勤務時間短縮による実験の一時中止および進行の遅延があり、研究期間の延長を申請した。今年度は、臍帯p75NTR陽性細胞単独での機能解析を行う予定であったが、採取後の臍帯の調整の改善および培養皿やサイトカイン、培養期間などの条件を種々改善したが単独の機能解析を行うに十分な細胞を回収できなかった。臍帯および羊膜由来MSC細胞の機能解析においては、昨年度までに行った培養条件で例数を増やして検討を行い、データの再現性を確認した。今年度は最終年度でもあり、研究成果の論文化を優先すべきと考え、in vitro系のさらなる検討や新たなin vivoでの実験系の立ち上げは断念し研究成果をまとめた。すでに英文校正を行っており、共著者全員の承諾を得て投稿する予定である。はじめに、臍帯組織における間葉系幹細胞(MSC)および神経幹細胞の局在について、臍帯動脈周囲、臍帯静脈周囲、Wharton jellyの3部位において、特異的マーカーを用いて免疫組織学的検討を行った。その結果、臍帯組織においては、MSCマーカー陽性細胞の多くは臍帯動脈内皮近傍およびWharton jellyに多く分布する傾向があった。神経幹細胞については、臍帯動脈内皮直下に神経堤マーカーであるp75NTR陽性細胞が多数認められた。これより、臍帯組織は均一ではなく幹細胞の局在があり、MSCはWharton jellyから、神経幹細胞は臍帯動脈周囲からより高効率に分離可能と考えられ、臍帯組織は免疫寛容誘導、造血幹細胞維持および神経細胞修復の細胞治療に利用が可能と判断できた。さらに、皮下脂肪組織および臍帯、胎盤羊膜からMSCを含む分画を分離培養した。羊膜は間質と上皮に組織をわけて検討を行った。分離培養した各細胞群とも継代を続けると細胞形態が変化し上皮様細胞が減少し繊維芽細胞類似の形態をとるため、長期継代後の細胞は性質変化が予想され細胞治療への使用は困難と判断し、MSCを含む細胞群の継代回数は3回以内が適切と考えられた。定常状態における細胞表面抗原の発現はCD105、CD73、CD90,CD13,CD44,CD29陽性かつ血液細胞マーカーおよびHLA-DR陰性であり、MSCのミニマルクライテリアと一致していた。さらに免疫原性の抗原では、HLA-ABCの発現が確認できた。初年度であり、各種手続きや検体入手、実験手順の確立について時間を要した。臍帯における免疫染色では、間葉系幹細胞(MSC)および神経幹細胞の局在を組織学的に明確にするために、組織固定の方法を凍結・エタノール・パラホルムアルデヒド・ホルマリンなど種々検討し、さらに、染色用の一次抗体のクローンや発色のための二次抗体についても濃度や反応時間を検討し、固定方法と使用抗体の組み合わせから最適な発色が得られるものを選択するように準備を重ねたため予想より時間を要してしまった。細胞分離および培養方法の条件についてもExplant法と酵素処理法について比較し、酵素処理の時間や濃度、培養液の血清濃度も慎重に検討を行ったため時間がかかり、さらに、実験において継代回数を重ねた細胞群を使用することが難しいことが判明したため、全体の進行が予想より遅れることとなってしまった。初年度は臍帯組織における間葉系幹細胞(MSC)および神経幹細胞の局在について、臍帯動脈周囲、臍帯静脈周囲、Wharton jellyの3部位において、特異的マーカーを用いて免疫組織学的検討を行い、MSCマーカー陽性細胞の多くは臍帯動脈内皮近傍およびWharton jellyに多く分布することを示した。さらに、臍帯動脈内皮直下には神経堤マーカーであるp75NTR陽性細胞が多数認められることを示し、臍帯動脈周囲組織由来の細胞は神経細胞の再生により高効率に利用できると考えられた。これらをふまえ、今年度は、p75NTR陽性細胞の機能解析を行うため、臍帯から細胞を分離し、ニューロスフェアアッセイを行った。結果、EdU取り込み能を有するスフェアが形成され、大部分の細胞はネスチンとp75NTRを発現していた。さらに、これらの細胞は神経細胞やグリア細胞への分化能を有していた。

以上より、臍帯動脈から単離した細胞の中にニューロスフェア形成能を有する神経幹細胞が存在し、これらは神経細胞やグリア細胞に分化し、ライソソーム病の神経障害に対する細胞治療に応用可能であることが示された。臍帯各部位における神経幹細胞の単離を行うべくp75NTR陽性細胞のみでのニューロスフェアアッセイを行いたかったが、p75NTR細胞のみでは十分な細胞数が得られず培養や機能解析に結びつかなかった。そのため、検討方法を変更し臍帯全体の細胞で行うこととした。MSCの免疫抑制に関する機能解析では、3種類のMSCの比較が可能なリンパ球刺激条件や細胞密度比、間接的もしくは直接的共培養などの検討に時間を有し、進行が遅れることとなった。初年度は臍帯組織における間葉系幹細胞(MSC)および神経幹細胞の局在について、臍帯動脈周囲、臍帯静脈周囲、Wharton jellyの3部位において、特異的マーカーを用いて免疫組織学的検討を行い、MSCマーカー陽性細胞の多くは臍帯動脈内皮近傍およびWharton jellyに多く分布することを示した。臍帯動脈内皮直下には神経堤マーカーであるp75NTR陽性細胞が多数認められることを示し、臍帯動脈周囲組織由来の細胞は神経細胞の再生により高効率に利用できると考えられた。2年目は、p75NTR陽性細胞およびMSCの免疫抑制に関する機能解析を行った。臍帯動脈から単離したp75NTR陽性細胞を含む細胞の中に神経細胞やグリア細胞に分化することができる神経幹細胞が存在することを示し、ライソソーム病の神経障害に対する細胞治療に応用可能と考えられた。また、臍帯、胎盤羊膜上皮および羊膜間質由来のすべてのMSCでリンパ球の増殖は抑制されたが、臍帯由来MSCが最も免疫抑制効果が高いことを示した。今年度は、臍帯、胎盤羊膜上皮および羊膜間質由来のMSCにおける免疫制御能のさらなる検討を行った。通常の条件下もしくは炎症性サイトカインであるTNF-αおよびIFN-γ刺激下に、MSCおよびFibroblastを培養し、免疫抑制能にかかる因子の発現の変化を調べた。その結果、real time PCRまたは細胞表面抗原発現において、Fibroblastに比して臍帯、胎盤羊膜上皮および羊膜間質細胞由来のMSCは、PTGS2、HGF、HLA-E、IDO1、TGF-β1、TRAIL、PD-L1など様々な免疫抑制制因子の発現が上昇していた。それぞれの発現は個体差が大きかったが、臍帯由来MSCが免疫抑制因子の発現が強い傾向がみられた。以上より、胎盤MSCにおける免疫抑制効果は臍帯由来MSCが最も高いことが推測できた。臍帯全体の細胞でニューロスフェアアッセイを行う予定であったが、機能解析にはp75NTR陽性細胞のみでの検討が必要と判断し、臍帯からの回収細胞数を増やすべく努力した。しかし、p75NTR細胞由来のみでは機能解析まで行いうるニューロスフェアが得られず十分な解析が行えなかった。MSCの免疫原性に関する機能解析では、3種類のMSCの免疫抑制性因子の比較が可能なサイトカインの濃度や培養期間の検討に時間を有し、進行が遅れることとなった。研究代表者の産前産後休暇取得および復職後の勤務時間短縮による実験の一時中止および進行の遅延があった。前年度までに、臍帯組織における間葉系幹細胞(MSC)および神経幹細胞の局在について免疫組織学的検討を行い、MSCマーカー陽性細胞の多くは臍帯動脈内皮近傍およびWharton jelly(WJ)に多く分布し、臍帯動脈内皮直下には神経堤マーカーであるp75NTR陽性細胞が多数認められることを示した。これより、臍帯動脈周囲組織由来の細胞は神経細胞の再生により高効率に利用できると考えられた。
生理データ・学習ログ計測統合による「学びのつまずき」推定

効果的な学びの支援には、学習者の「学びのつまずき」を教育者が把握する必要がある。「学びのつまずき」に共通する感覚や応答をとらえることができれば、学習者支援に応用が可能である。本研究は学習時の「つまずき」における一般的要因の確定と、神経学的機序の解明により、学習者が難しさを覚えるときのバイオマーカーを同定する。同定したマーカーを活用し、神経生理学的理解に基づいた学習支援手法の開発を目指す。