hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
成長期の環境適応が骨量獲得および骨代謝におよぼす影響

Kinki Kobe Body Composition Study (KKBC Study)では以前から、学校等に全身型二重エネルギーX線吸収法測定装置搭載バスを持ち込んで、全身骨塩量、全身脂肪量や除脂肪軟部組織量の測定を行っている。本研究課題ではKKBC Study集団において、環境要因と骨量獲得および骨代謝に及ぼす影響について検討した。その結果、成長期の骨量の増加ペースに男女差がある事、骨量獲得には、脂肪量よりも除脂肪軟部組織量が強く影響する事、母親を中心とした家庭環境が影響する事等が明らかとなった。思春期は骨格を決定づける時期である。骨塩量はこの時期に急増し、1620歳で最大値(最大骨塩量)に達する。骨塩獲得量は遺伝的因子だけでなく環境因子によっても影響を受けるとされているが、実際の思春期のデータは希少である。二重エネルギーX線吸収法(DXA法)は2種類の異なるX線エネルギーを使用することで骨と軟部組織とを判別し、局所および全身の骨塩量を正確に測定する方法である。平成22年度はDXA法装置搭載バスを喜多方市および浜松市の学校と保健センターに持ち込み、文書で同意が得られた10歳から17歳の男女の体組成(骨量・筋肉量・脂肪量)を測定した。研究計画は近畿大学医学部倫理委員会の承認を得て行った。全身の骨量は体重と正の関係を示した。体重は主として体脂肪量と除脂肪量(筋肉量)によって決まるため、骨量と体脂肪量および除脂肪量の関係をそれぞれ独立させて検討した。その結果、除脂肪量は骨量と強い正の関係がみられたが、脂肪量は骨量との正の関係は無なかった。3歳の時点の体格は現在の骨量と筋肉量および脂肪量とそれぞれ関連していた。また、現在の母親の体格は、現在の骨量と筋肉量および脂肪量とそれぞれ関連していた。思春期・青年期の生活習慣は彼らの家庭環境の影響を受けている可能性が示唆された。運動との関連については、総運動時間が長いほど骨量が多く、新体力テストの成績が良い者ほど骨量は多かった。以上のことから、生活環境因子が骨塩獲得量に影響をおよぼしている可能性が示唆された。ヒトの小児期は、新生児期、乳児期、幼児期、学童期、思春期などに分けられる。このうち、思春期は成人期の骨格を決定づける時期であり、骨塩量はこの時期に急増し、1620歳で最大値(最大骨塩量)に達するとされている。しかしながら、思春期の骨塩量のデータは希少である。研究代表者らは平成22年度にDXA法による骨量測定装置搭載バスを複数の学校に持ち込み、小学生高学年の全身の骨塩量を測定し、成長期の骨代謝と環境因子の関わりについて環境適応能の視点から検討した。平成23年度も引き続き、全身骨塩量の調査を行い、サンプル数を増やした。対象は保護者から文書で同意が得られた児童生徒であり、研究は近畿大学医学部倫理委員会の承認を得て行った。その結果、思春期の全身骨塩量は幼少期の発育と関係することが明らかとなった。つまり、思春期の全身骨塩量は出生時の体格とは殆ど相関しなかったが、出生時から3歳時までの体格の変化とは正の相関をした。さらに、思春期の全身骨塩量は3歳時の体格と正の相関をした。また、母親の体格は、思春期の全身骨塩量と正の相関をした。このことから、母親を中心とした家庭環境が思春期の全身骨塩量に影響をおよぼしている可能性が示唆され、思春期の全身骨塩量は出生までの遺伝的要因や胎内環境よりも出生後の生活環境により強く影響を受けることが示された。思春期は、最大成長速度がみられる時期(生涯で最も身長が伸びる時期)で、骨格の形成が最も盛んな時期である。全身の骨塩量はこの時期に急激に増加し、1620歳で最大値に達するとされる。二重エネルギーX線吸収法(DXA法)は2種類の異なるX線エネルギーを使用することで骨と軟部組織とを判別し、全身の骨塩量を正確に測定する方法である。しかし、この時期の全身の骨量をDXA法によって正確に測定した研究は希少である。本研究課題では、平成22年度から全身型DXA法装置搭載バスを学校等に持ち込み、地域住民ベースの全身体組成(骨量に加えて脂肪量や除脂肪軟部組織量)のデータを収集し、成長期の骨量獲得や骨代謝に及ぼす種々の要因について検討してきた。平成25年度も引き続きDXA法装置搭載バスを学校等に持ち込み、サンプル数を増やしてより詳細な検討を行った。研究は近畿大学医学部倫理委員会の承認を得た。

対象者は文書で同意が得られた児童・生徒・卒業生であり、測定は本人の自由意思で行った。本年度は対象者の年齢を9歳から18歳まで広げ、骨量と年齢との関係について検討した。その結果、男子では高校生年齢に至っても骨量は増加を続けたが、女子では高校生年齢以降の増加速度は鈍化する事がわかった。また、食習慣と運動習慣と骨量の関係について質問票を用いて詳細に検討した。その結果、各栄養素と骨量の間に明らかな関係はみいだせなかったが、運動習慣と骨量の間には正の関係がみられた。骨量は思春期に急増するが、その量は遺伝的因子だけでなく環境因子によっても影響を受けるといわれている。しかしながら、この時期の全身の骨量を二重エネルギーX線吸収法(DXA法)等によって正確に測定した研究は希少である。本研究課題では、平成22年度と平成23年度に、DXA法装置搭載バスを学校等に持ち込み、成長期における環境と骨量獲得の関係について検討してきた。その結果、思春期・青年期の生活環境因子が骨量獲得に影響をおよぼしている可能性が示された。さらに、思春期の全身骨塩量は出生までの栄養状態よりも出生後の栄養状態により強く影響を受ける可能性が示された。平成24年度も前年度や全前年度と同様にDXA法装置搭載バスを学校等に持ち込み、サンプル数を増やして詳細な検討を行った。研究は近畿大学医学部倫理委員会の承認を得て行った。対象者は保護者から文書で同意が得られた児童生徒であり、測定は本人の自由意思のもとに行った。ビタミンDは骨代謝に関与し、その欠乏症は骨量獲得を障害するため、今年は血中ビタミンDと全身骨塩量の関連性について検討した。しかしながら、明らかな関連性は見いだせなかった。次いで、体組成と骨量の関係について検討した。成長期における全身骨量は体重と正の関係を示すことがいわれている。体重は脂肪重量と除脂肪重量に分けられるため、脂肪重量と除脂肪重量のどちらが骨に関係するかについて検討したところ、除脂肪重量が脂肪重量よりもより強く骨量に関係することが示唆された。研究開始当初に予定していた調査が順調に行われ、予定していた解析対象者数も得られた。25年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題においては、交付申請時の研究計画に従い平成22年度から24年度は毎年DXA法による全身型骨量測定装置搭載バスを複数の学校に持ち込み、ベースライン調査として全身骨塩量を測定し、順調に研究対象者集を増やしている。また、平成24年度はそのデータを用いて成長期の骨代謝と環境因子の関わりについて環境適応能の視点から検討し、研究成果の発表も行った。研究組織や研究方法は交付申請の内容と相違はなく実施している。これまで重大な問題は発生しておらず、研究成果も当初の想定通り得られている。平成24年度も当初の研究計画に従い、平成22年および平成23年度と同様に、DXA法による骨量測定装置搭載バスを学校に持ち込み、小児の全身の骨塩量を測定し、成長期の骨代謝と環境因子の関わりについて環境適応能の視点から検討する。平成25年度も当初の研究計画に従い、平成22年度から24年度と同様に、DXA法による骨量測定装置搭載バスを学校等に持ち込み、小児の全身の骨塩量を測定し、ベースライン対象者の数を増やす。同時に平成22年に測定を行った者を対象に、3年後の追跡調査を行う。研究代表者は、現在、学校・教育委員会・保健センター・学校医・保護者や児童生徒と有機的連携がとれている。
スピン流輸送現象の微視的理論

スピン伝導現象と制御(スピントロニクス)は基礎科学と応用の両面で緊急かつ重要な課題である。本研究ではスピントロニクス現象において本質的な役割を担っているスピンに作用する有効電場及び有効磁場に関する理論的解析をおこなった。その結果、それらの場は電荷に作用する通常の電磁気現象と同様の数学的構造をもち、これによりエレクトロニクスと同等な信頼性をもつデバイス設計が可能であることが明らかになった。また、スピンの運ぶ情報を電荷情報に変換するためにはスピン軌道相互作用が重要な役割をしていることもわかった。この変換をスピンの電磁気学の観点でみると、磁化の運動からモノポールが誘起されアンペール則により起電力が発生するという新たな現象であることがわかった。このことはスピントロニクスをエレクトロニクスに融合させる上での新たな可能性を示唆している。スピントロニクスの重要な課題はスピン流の制御である。スピントロニクス現象をスピンの輸送としてみたばあい、電磁気学の普遍的法則にしたがっておきている電荷の輸送現象とは、物理現象としての意味が全く異なっている。このことはスピントロニクス現象の、スピン流による解釈の限界も示している。スピン流の測定に関しては、電気的な検出を用いる逆スピンホール効果の解析を行った。その結果、逆スピンホール効果はスピン流を電流に変換しているという従来の描像は、近似的、現象論的なもので、物理的には正当性がないものであることがわかった。本年度はそれらの研究成果を統合し考察することで、スピン電荷変換メカニズムにモノポールが本質的であるという新しいシナリオを見出した。この解釈によれば、スピンポンピングと逆スピンホール効果を組み合わせた現象は、磁化の運動がスピン流を生成しそれが電流に変化されているという見方よりは、むしろそれはモノポールを生成し、そのモノポールがアンペール則により電流を発生しているとみると、非常にすっきりした理解ができる。しかもこの場合の理論は、電磁気学の体系とスピン輸送現象が既存の理論の枠内でうまく融合した体系となっている。スピン流に基づいた解釈では、その非保存性が物理的な解釈を混みいったものにしていることはよく知られているが、この新しいシナリオではそうした不確定性は存在しない。この研究成果により、スピン輸送現象の新たな可能性が見出されたことになる。その他、トポジカル絶縁体における量子異常による整流効果や、スピン構造のもとでの磁気光学効果の理論研究を進めた。Rashba型スピン軌道相互作用が、磁性と電気伝導特性に与える効果も解析し、磁化のダイナミクスとRashba型スピン軌道相互作用が組みあわさることで、起電力が発生するという新しい可能性を見出した。この起電力は、磁化の運動から生じるという点では、電磁気におけるFaraday則と似ているが、物質中の量子効果によって生みだされている新しい効果で、電磁気的効果と比べ物質中では圧倒的に強い効果である。この起電力のメカニズムはスピンのもつ量子的なBerry位相を拡張した概念で理解することができる。定量的見積もりによると、Rashba型が強い界面では、一様磁化の運動が1mmの大きさの薄膜の場合で約1Vという大きな起電力を生みだすことが予言された。Rashba型相互作用が磁壁移動において果たす役割は非常に重要であることが我々の理論及び英国側のメンバーの過去の実験などで明らかになっており、Rashba型の磁壁移動における効果を検証する上でもこの新しい起電力は役立つものと期待される。スピントロニクスデバイスの電磁メタマテリアルへの応用の可能性を議論した。電磁メタマテリアルは屈折率の実部が負になる物質で、これが実現すれば波長限界を超えた分解能をもつスーパーレンズや、物質を電磁波に対して透明にすることができ、応用上の可能性は多岐にわたる。我々が注目したのはスピントルク振動子という素子で、ここでは電流は磁場と異なったトルクを与える点である。このため電流下の磁化に光を照射した場合は負の屈折率の実現だけではなく、透磁率の虚部の符号反転も可能で電磁波の増幅も同時におこなえる可能性が明らかになった。この場合はこれまでの増幅原理と異なり微小な構造でも増幅が可能となり、高効率、省エネルギーの点で大きなメリットがあると予想される。特に、負の屈折率と同時に増幅もできれば大変興味深い応用が期待できる。界面で発生する強いRashba型スピン軌道相互作用が、磁性と電気伝導特性に与える効果も解析し、磁化のダイナミクスとRashba型スピン軌道相互作用が組みあわさることで、起電力が発生するという新しい可能性を見出した。

この起電力のメカニズムはスピンのもつ量子的なBerry位相を拡張した概念で理解することができる。定量的見積もりによると、Rashba型が強い界面では、一様磁化の運動が1mmの大きさの薄膜の場合で約1Vという大きな起電力を生みだすことが予言された。Rashba型相互作用が磁壁移動において果たす役割は非常に重要であることが我々の理論及び英国側のメンバーの過去の実験などで明らかになっており、Rashba型の磁壁移動における効果を検証する上でもこの新しい起電力は役立つものと期待される。また、幾何学的な磁気構造に対して円偏光の光を照射するだけでスピン軌道相互作用なしに逆Faraday効果が生じることを理論解析により示した。これを用いると磁気渦やskyrmionなどの磁気構造を光で制御することができる。この幾何学的逆ファラデー効果を磁気渦の反転に用いた場合の特性を数値シミュレーションにより解析した結果、実現可能な光の強度内で磁気渦の反転を150psという短時間でおこなうことができることがわかった。これは電流による反転と比べると100倍の速さである。我々の見出した幾何学的Faraday効果は光誘起磁化反転の新しいメカニズムで、産業化する上でコスト的な問題のある重い元素を用いることなく磁化構造を高速で反転する新たな可能性を示したものである。当初の主目的であったスピン輸送現象のもつ電磁気学的構造が明らかになっただけでなく、磁気構造の光への応答やスピントロニクスデバイスの電磁気特性などへの応用の可能性まで議論ができた。研究の今後の発展の可能性をいくつか見出した点は大きな成果である。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後はスピントロニクスデバイスの電磁気特性などへの応用の可能性を発展させる。
東・東南アジアにおける農民の政治行動と農業政策決定メカニズムへの影響

わが国農村部に居住する有権者の政治行動を解明するために、調査データの信憑性に定評のある「日本版General Social Surveys2003年(JGSS-2003)」の個票データを用いて定量分析を行った。地域別に有権者の政党支持について集計した結果、有権者に占める自民党支持者の比率は、農山漁村地域が44%(全国平均は32%)と最も高かった。このことから現在でも、農山漁村地域が自民党の重要な支持基盤であることが確認できる。しかし同地域においても、特定の政党を支持しないあるいは政治に無関心な有権者の比率は41%(全国平均は48%)の水準に達している。またロジットモデルを用いた計量分析の結果、世帯所得が少なく、政治関心度の低い若年・中年男性に無党派層が多いことが明らかとなった。とくに20歳代から40歳代に限ると、これら無党派層は量的に自民党支持者を凌駕している。よって今後、自民党の支持基盤である農山漁村地域においても、無党派層が選挙結果に大きな影響を及ぼす可能性が指摘できる。つぎに、マレーシア稲作地域における農村調査データを用いて、政権与党による農村政治の支配体制および農村政治における有力者の特徴について分析した。その結果、政府補助金をパトロネージとするポークバレル型の政治支配構造が形成されており、村落開発治安委員会(JKKK)や地域農民組合(PPK、わが国の農協に相当する農業団体)などの農民利益団体が政権与党の支持基盤となっていることを指摘した。また調査対象の6村においては、JKKKの委員長とPPKの組合長の全員が、政権与党の地方支部長であると同時に、農村政治に影響力のあるイスラム寺院(モスク)や簡易礼拝所(スラウ)の責任者をも兼任していた。このような農村政治における有力者は、教育水準が平均的な年配者と、年齢が若いものの高学歴の者に大別できた。今後は、都市部で高等教育を受けた後者のタイプが農村政治の有力者として台頭していくと考えられる。経済発展に伴って、アジア諸国の財政規模はほぼ一貫して拡大基調を辿ってきたと同時に、その財政構造は大きく変化してきた。こうした状況下にあって、アジア諸国・地域の農業財政支出はどのように変化してきたのであろうか。すでに、わが国における農業財政支出の規模や構造変化に関しては、数多くの先行研究によって詳細な分析が行われている。しかし、財政統計の入手が困難なアジア諸国・地域の農業財政について詳細に検討した研究はきわめて限られている。そこで本研究では、アジア13カ国・1地域-日本、中国、韓国、台湾、タイ、マレーシア、フィリピン、インドネシア、カンボジア、ミャンマー、スリランカ、バングラデシュ、ネパール、インド-を取り上げ、それぞれの農業構造に留意しつつ、経済発展と農業財政支出との関係を明らかにすることを課題とした。「農業生産額に占める農業財政支出額の比率」および「農業財政の交易指数」を用いて、各国・地域の農業財政支出を時系列・横断面的に比較・検討した結果、次のような結論が得られた。(1)経済成長に伴って、農業部門に有利な財政配分が行われたのはアジア先進グループ(日本、韓国、台湾)であった。これに対して、総じて途上国グループでは、農業部門に有利な財政配分は行われていない。(2)こうした背景として、小農が農業の主たる担い手である日本、韓国、台湾と、商業資本による大規模経営が農業部門の中核を占める途上国との農業生産構造の違いが指摘できる。(3)これに加えて、途上国において、1980年代半ば以降、農業開発予算の重点が多額の財政支出を伴う新規の灌漑開発から既存の灌漑施設の維持管理・整備にシフトしたことも関係していると考えられる。WTO体制下にあって,多くのアジア途上国では市場への政府介入が後退し,農業部門においても財政支出の削減,規制緩和,民営化,貿易自由化などの諸施策が推進されている。当然のことながら,このような市場原理を重視した農業政策への方針転換が,農業生産,農産物加工,そして農産物流通に係わる各アクターに多大な影響を及ぼしていると容易に推察される。そこで本研究では,アジア諸国の中でもとくにドラスティックに米流通の制度改革を推進中のマレーシアを具体的事例として取り上げ,精米・米流通に関係する各アクター(政府・政権与党,農業族議員,食糧庁<民営化後はBERNAS社>,精米・米流通会社)にとって,食糧庁民営化が如何なる意味を持っていたのかを政治経済学的に分析した。得られた結論を要約すると,次のとおりである。1.BERNAS社と政府・政権与党との関係を検討した結果,政府・政権与党によるダミー会社における株式保有,経営陣人事を通じたBERNAS社の経営実権掌握の実態が明らかになった。すなわち,規制緩和・自由化の世界的潮流のなかで農業(農民)保護の目的で,形式的民営化と実質的な国家管理が同時に行われている。2.食糧庁民営化に伴って発行された株式が族議員のダミー会社に配分されたことから,族議員は巨額の株式売却益を得たと推察される。3.BERNAS社は,精米・米流通を中心とした事業拡大によって慢性的な赤字経営体質から脱却し,アジア経済危機の期間中も含めて経常黒字を維持している。4.精米・米流通会社は,BERNAS社に買収されることによって株式売却益を得ると同時に,米流通ビジネスでの利益を確保し続けることが可能となった。これら4点を総合的に判断すると,食糧庁の民営化は(消費者を除くと)敗者なき改革であったといえよう。

わが国農村部に居住する有権者の政治行動を解明するために、調査データの信憑性に定評のある「日本版General Social Surveys2003年(JGSS-2003)」の個票データを用いて定量分析を行った。地域別に有権者の政党支持について集計した結果、有権者に占める自民党支持者の比率は、農山漁村地域が44%(全国平均は32%)と最も高かった。このことから現在でも、農山漁村地域が自民党の重要な支持基盤であることが確認できる。しかし同地域においても、特定の政党を支持しないあるいは政治に無関心な有権者の比率は41%(全国平均は48%)の水準に達している。またロジットモデルを用いた計量分析の結果、世帯所得が少なく、政治関心度の低い若年・中年男性に無党派層が多いことが明らかとなった。とくに20歳代から40歳代に限ると、これら無党派層は量的に自民党支持者を凌駕している。よって今後、自民党の支持基盤である農山漁村地域においても、無党派層が選挙結果に大きな影響を及ぼす可能性が指摘できる。つぎに、マレーシア稲作地域における農村調査データを用いて、政権与党による農村政治の支配体制および農村政治における有力者の特徴について分析した。その結果、政府補助金をパトロネージとするポークバレル型の政治支配構造が形成されており、村落開発治安委員会(JKKK)や地域農民組合(PPK、わが国の農協に相当する農業団体)などの農民利益団体が政権与党の支持基盤となっていることを指摘した。また調査対象の6村においては、JKKKの委員長とPPKの組合長の全員が、政権与党の地方支部長であると同時に、農村政治に影響力のあるイスラム寺院(モスク)や簡易礼拝所(スラウ)の責任者をも兼任していた。このような農村政治における有力者は、教育水準が平均的な年配者と、年齢が若いものの高学歴の者に大別できた。今後は、都市部で高等教育を受けた後者のタイプが農村政治の有力者として台頭していくと考えられる。
脳虚血に対する血管内皮前駆細胞を用いた細胞・遺伝子治療

平成15年度の実験も計画通り進展した。ラット脳梗塞モデルをthread modelを用いて作成した。この脳虚血モデルに対して平成14年度に確立した自家骨髄由来内皮前駆細胞を頚動脈内投与した。脳虚血直後に投与し、24時間後および48時間後の虚血軽減効果を評価した。評価にはTTC染色を用いた脳梗塞体積、脳重量を用いた脳浮腫および機能評価としてRota rod sysytemを用いた歩行機能評価を行った。その結果骨髄由来内皮前駆細胞はまず脳梗塞の範囲を縮小させた。脳浮腫の程度に有意な差は認めなかった。また本モデルではラットに片麻痺が生じるが、Rota rodを用いた機能評価では歩行能力の改善にも寄与すすることが世界ではじめて確認された。本結果は論文として今年報告予定であり現在準備中である。また脳虚血保護効果の機序として脳虚巣における血管内皮機能安定化や脳血流維持が考えられる。H14年にDil-acetyl LDLを取り込ませ蛍光標識した内皮前駆細胞が脳梗塞巣に集積することは蛍光顕微鏡を用いて確認されているが、今年はより感度の高い現在GFP発現アデノウイルスベクターを用いて内皮前駆細胞を蛍光標識し、内皮前駆細胞を用いてそれらが脳梗塞巣の血管に集積することをアクチンやvWB factorとの二重染色を用いて確認するとともに、脳虚血の脳血流が内皮前駆細胞投与によってどのように変わるかをレーザー脳血流計を用いて検討中である。平成14年度の実験はほぼ計画通り進展した。4月から8月までの5ヶ月間でヒト末梢血由来血管内皮前駆細胞を分離、培養することに成功し、Dil-acetyl-LDLの細胞内への取り込みや内皮特異抗原に対する抗体を用いた免疫組織学的検討により内皮前駆細胞であることを確認した。しかし本細胞は培養条件により収量が安定せず、大量調節のため大量のヒト末梢血を必要とすることが欠点であった。そのため9月よりラット骨髄を用いた骨髄由来内皮前駆細胞の培養に変更した。末梢血内皮前駆細胞の由来は骨髄であることが既に判明していることから、骨髄由来内皮前駆細胞を用いることは本質的に末梢血由来血管内皮前駆細胞を用いることとかわりなく、かつ同種移植実験に有利と判断された。培養方法もラット大腿骨より骨髄細胞を採取した後は末梢血由来血管内皮前駆細胞の分離培養と全く同様で、しかも内皮前駆細胞の大量培養が安定して可能となった。これらの細胞においてもDil-acetyl-LDLの細胞内取り込みを確認し内皮特異抗原に対する抗体を用いた免疫組織学的検討、ウェスターンブロットを行い内皮前駆細胞であることを確認した。ついでラット脳梗塞モデルを作成した。計画通りthread modelを用いて脳梗塞を作成することに成功した。さらにこのモデルを用いて、あらかじめDil-acetyl LDLを取り込ませ蛍光標識した内皮前駆細胞を血管内投与した。現時点では内皮前駆細胞が脳梗塞の範囲を縮小する効果までは確認されていないが、内皮前駆細胞が脳梗塞巣に集積することは蛍光顕微鏡を用いて確認した。
局所希ガス同位体分析に基づく原始太陽系の還元環境における物質変成過程に関する研究

還元環境でのみ安定な鉱物からなる隕石、エンスタタイトコンドライト隕石中の球粒状珪酸塩鉱物(コンドリュール)について、14年度に引き続き、酸素同位体、希土類元素存在度をアリゾナ州立大学(Arizona State University)にある2次イオン質量分析計(SIMS)により測定した(Dr. Gary R.Hussとの共同研究)。試料として、Yamato791810,St.Mark's隕石から研磨薄片を作成し、光学顕微鏡、電子顕微鏡観察を行い、EPMAによる元素分析を行った。その後、SIMSによる酸素、希土類元素の分析を行った。また、SIMS分析後に同一の微小試料に対して希ガス分析を行うための独自の試料作成法を開発し、これを確立した。酸素同位体分析の結果、ほとんどのコンドリュールは地球の同位体組成に近い値を持つことが判明した。わずかな^<16>Oの過剰が1つのコンドリュールに見られた。これはコンドリュール前駆物質の溶けのこりが存在することを示唆する。また、希土類元素存在度パターンはコンドリュール毎に異なることが判った。今後SIMSで分析した同一のコンドリュールについても希ガス分析を行う予定である。希ガス、酸素、希土類元素から得られるすべての情報から、コンドリュールの前駆物質の起源や形成過程に関する新たな制約が得られることが期待される。コンドリュールの形成過程を明らかにすることは、原始太陽系の物理化学的な重要な情報を得ることに直結しており、本研究で得られた結果は惑星科学において重要なものである。1.13年度に引き続き、エンスタタイトコンドライトの局所希ガス分析を行った。また、新たに砂漠で発見された非常にまれな種類(EL4)のエンスタタイトコンドライト(Dar al Gani 734隕石)を入手し、機械的破砕と段階加熱法を用いた、全岩分析を行った。Dar al Gani 734隕石にはXeに富む元素組成を持つ希ガスが多く、太陽風組成の希ガスに乏しいことが判明した。2.Arizona State Universityにおいてエンスタタイトコンドライト中に含まれるコンドリュール(珪酸塩鉱物球粒)の酸素同位体局所分析を2次イオン質量分析計(Cameca 6f ion microprobe)を用いて行った(Dr.Gary R.Hussとの共同研究)。輝石の班晶から構成されるコンドリュール、および非班晶輝石からなるコンドリュールについて分析を行った。我々は班晶輝石コンドリュールの1つに酸素16の過剰を発見した。これはコンドリュールの先駆物質が元々酸素16の過剰を持っておりコンドリュール形成時の加熱後も生き残っていたことを示唆する。この酸素同位体分析の結果は、コンドリュール中希ガス濃度がコンドリュールごとにばらつく原因は先駆物質の不均質に起因するという考えを支持するものである。3.2次イオン質量分析計用のサンプルホルダー改良を行った。酸素同位体・希土類元素の測定後に希ガス分析を行うため、アセトン等への溶解性を持つボンドを用いて、厚さ100-300μmの試料(通常は30-50μm)を作成する必要がある。厚片試料表面の高さを標準試料薄片測定時と正確に一致させるための改良・工夫を行った。
ケロイド発生における局所、全身、遺伝因子の相互作用機序の解明

1ケロイド患者204症例のGWAS解析の結果、一塩基多型の1つrs8032158のアレル頻度が、ケロイド患者と正常人とで異なり、rs8032158がケロイドの重症度と相関関係にあることが示された。2ケロイド患者304症例で、高血圧の合併率を検討した。ケロイドの重症患者で統計学的に優位に高血圧を合併していることが示された。3局所因子においては、手術検体からケロイド、隣接する正常皮膚組織を採取し組織を分散し、細胞懸濁液をそれぞれ作成した。さらにMagnetic activatedcell sortingにより、皮膚微小血管内皮細胞の分離を行った。現在も解析中である。ケロイドは、いまだ難治であり発生機序の解明が困難な皮膚の線維増殖性疾患であるが、本研究では、ケロイドの発生機序を1遺伝因子、2全身的因子、3局所因子の3点において、横断的・総合的に解明するのを目的としている。ケロイド症例の統計学的解析により、当院で外科的加療されたケロイド症例300例について、ケロイドの個数および面積別の高血圧合併率を比較検討した。10cm2以上の大型例では、高血圧合併率が優位に多く(p<0.01)、更に40cm2以上の巨大例でも、高血圧の合併率が高いことが判明した(p<0.01)。なお、男女差では高血圧の合併率に優位差を認めなかった。この結果から、高血圧があるとケロイドが巨大化、また多発することが示唆され、その原因として、血管内皮機能の低下などを合併している可能性が考えられた。当初予定していた網羅的な遺伝子発現解析およびバイオインフォマティクス解析の前に、ケロイド患者において臨床的に血管内皮機能を認めるかどうかを研究することとした。その結果、ケロイド症例では血管内皮機能が低下している傾向が認められ、血管内皮細胞あるいは血管平滑筋細胞の詳細を検討する必要性が生じ、現在ケロイド検体からの細胞の採取を行っている。ケロイドは、いまだ難治であり発生機序の解明が困難な皮膚の線維増殖性疾患である。本研究では、ケロイドの発生機序を1遺伝因子、2全身的因子、3局所因子の3点において、横断的・総合的に解明している。1遺伝因子として、一塩基多型(SNPs)の関与が示唆されており、また2全身的因子としてはホルモンや高血圧、また血中の骨髄由来細胞の関与が示唆されている。一方、3局所的因子に関しては、力学的刺激の重要性、そしてメカノシグナル伝達経路の関与をわれわれは報告してきた。本研究では、これら三要素の相互関係を、遺伝子発現解析、シグナル伝達経路解析を通じて、臨床像の疫学調査ならびにバイオインフォマティクスの手法を用いて明らかにすることを行っている。具体的には昨年度に続き、2全身的因子に着目し、血管にターゲットを絞って解析を行った。ケロイドの組織から血管内皮細胞を分離することに成功し、遺伝子発現やタンパク発現の解析を進めている。さらに骨髄由来の、血管内皮前駆細胞を分離・培養することも行っている。前年度、全身的因子の解析として血管内皮機能の調査を行い、ケロイドの発症と関連性があることが示唆され、この研究によって当初の計画が少し遅延したが、組織から血管内皮細胞を分離、また血液から血管内皮前駆細胞を分離することが可能となったため、おおむね順調に進展していると考えられる。本研究では、ケロイドの発生機序を1遺伝因子、2全身的因子、3局所因子の3点において、横断的・総合的に解明してきた。特に、臨床的な経験から血管新生を抑制するとケロイドが治癒に向かうため、ケロイドの原因として血管関連因子を考え、解析を進めてきた。1遺伝因子として、一塩基多型(SNPs)の関与が示唆されている。われわれはSNPのrs8032158領域が、ケロイドの重症度と相関関係があることをGWAS解析において明らかにしたが、この領域がどのような意味を持っているかは現在も研究中である。また2全身的因子としてはホルモンや高血圧、また血中の骨髄由来細胞の関与が示唆されている。ケロイド患者の血液より、血管内皮前駆細胞を採取し、その血管形成能を解析してきたが、健常人と比較して異常は認められなかった。しかし細胞に発現している遺伝子には若干の変化が認められた。また、われわれは臨床的に、若年発症のケロイド患者で血管内皮機能が低下していることを統計学的に示した。特に本研究で、ケロイドに特異的な硝子化した膠原線維が、血管周囲から発生することを明らかにし、報告した。血管から炎症に関与する因子が滲出することで線維芽細胞に影響を与え、硝子化した膠原線維が形成されることを明らかにした。

さらにMagnetic activatedcell sortingにより、皮膚微小血管内皮細胞の分離を行った。現在も解析中である。当初予定していた網羅的な遺伝子発現解析およびバイオインフォマティクス解析の前に、ケロイド患者において臨床的に血管内皮機能を認めるかどうかを研究した。その結果、ケロイド症例では血管内皮機能が低下している傾向が認められ、血管内皮細胞あるいは血管平滑筋細胞の詳細を検討する必要性が生じ、やや時間的に遅れを生じた。本年度中に、ケロイドに関する全身的因子、また局所因子の相互作用の一部を解明できる可能性が高いと考えている。創傷治癒今後、特に血管内皮細胞あるいは血管平滑筋細胞に関係するSNPsや、また遺伝子発現解析を行い、当初の目標である、1遺伝因子、2全身的因子、3局所因子の3点を解析する。当初行う予定であった、支出を要する遺伝子解析の前に、費用のあまりかからない臨床的解析を行ったため次年度使用額が生じた。当初、平成26年に行うはずであった、遺伝子解析を本年度に行う。
不全心筋の収縮装置に関する分子生理学的検討

1.蛍光アクチンフィラメントの滑り実験系を用いてADP,PiなどのATP分解産物がアクチン・ミオシン間の相互作用に阻害的に作用することを示した。この結果心筋収縮蛋白は骨格筋に比べ虚血に対して適応していることが示唆された(Yamashita et al)。一方生体内ではATP再生系の作用でミオシンの活性に最適の条件が保たれていると考えられた(Sata et al)。2.トロポニン・トロポミオシン複合体からなる調節蛋白系とアクチンカルシウム感受性をもった細いフィラメントを再構成し、インビトロにおける滑り運動にカルシウム制御を導入した。このカルシウム感受性はアシドーシス、低温などの条件で下がる(Desensitization)が心不全治療薬として期待されるカルシウムセンシタイザーはいかなる条件下でも感受性を上げるように作用した。また薬剤の作用は調節蛋白に対するものでアクチン・ミオシン相互作用への直接の影響はないものと考えられた(Sata et al)。3.ミオシン分子の張力発生能力を検討するため、遠心顕微鏡およびレーザー光トラップ装置という2つのインビトロカ測定系を用い、心筋ミオシンのアイソフォーム間(V1,V3)での力発生を比較した。この結果2つのアイソフォームはおそらくATPase活性の違いを反映し滑り速度は大きく異なっていた。またATPase cycleの中での力発生時間などの動的な点でも差が見られたが平均的な力発生能力に差はないことがわかった(Sugiura et al)。1.従来の蛍光アクチンフィラメントの滑り実験系(無負荷条件下)を用いてADP、PiなどのATP分解産物がアクチンミオシン間の相互作用に阻害的に作用することを示した(Yamashita et al)。この結果心筋収縮蛋白が虚血に対して適応していることが示唆された。2.調節蛋白(トロポミオシン-トロポニン)系とアクチンからカルシウム感受性をもった細いフィラメントを作成し滑りの制御を観察し、さらに感受性に対する薬物の影響を検討した(Sata et al)。今後はトロポニンTにアイソフォーム変換がおこるとされている不全心より得た調節蛋白系を用いて同様の検討を行う予定である。3.レーザー光を用いた張力測定系を確立しアクチンミオシン間で発生する力の測定を開始した。現在は複数(おそらく数十個)のミオシン分子の発生する平均的な力を測定している段階であるがラット心筋ミオシン(V1アイソフォーム)の力発生能力は骨格筋ミオシンのおよそ3分の1という結果を得ている。今後はpH、ATP濃度などの変化が力発生能力に与える影響の検討、および動物モデルや心筋バイオプシーから得た各種のミオシンについて発生張力測定の差異の検討を行う予定である。さらに最終の目標は1分子の発生する力の測定であるが、予備実験では成功しており今後データの蓄積を図る。一方生体内ではATP再生系でミオシンの活性に最適の条件が保たれていると考えられた(Sata et al)。2.トロポニン・トロポミオシン複合体からなる調節蛋白系とアクチンからカルシウム感受性をもった細いフィラメントを再構成し、インビトロにおける滑り運動にカルシウム制御を導入した。また薬剤の作用は調節蛋白に対するものでアクチン・ミオシン相互作用への直接の影響はないものと考えられた。(Sata et al)。3.ミオシン分子の張力発生能力を検討するため,遠心顕微鏡およびレーザー光トラップ装置という2つのインビトロ力測定系を用い,心筋ミオシンのアイソフォーム間(V1,V3)での力発生を比較した。
マトリックスに伸展しつつある血小板の細胞接着装置形成に関与するシグナル分子の解明

平成11年度は、新たに考案した静止下の粘着実験系で血小板をコラーゲンに粘着させた。すなわち、コラーゲン固相化平底培養瓶に洗浄血小板(10^8/ml)を入れ、37°Cで10分間コラーゲンに接着させ、洗浄、HEPES-Tyrode液を充満後、血小板接着面を下向きにして以後の血小板の接着を防止、さらに30、60および90分間粘着、伸展させた。これらの試料について、形態を走査電顕で観察しつつ、接着斑に集積するシグナル分子の分布について免疫蛍光法で観察した。また、チロシンキナーゼのチロシンリン酸化反応も観察した。10分間の接着で、血小板は偽足を延ばして星状に粘着し、30分以降ほぼ同相に伸展した。この間に、Src、Syk、FAKおよび105kDaの蛋白のチロシンリン酸化が見られた。PGE^1、RGD、EDTA存在下では十分な伸展像がみられず、いずれのチロシンキナーゼの活性化は抑制された。ビンキュリンおよびFAKは細胞辺縁部に集積した染色像を示したが、αIIbβ3およびタリンは集積せず、瀰漫生に染色された。平成12年度は、血小板凝集時におけるシグナル分子、特にFAKおよびPI3-キナーゼの機能と動態に関する超微形態学的検討を行った。FAKは免疫電顕法で検討すると、無刺激血小板では細胞質に均等に分布するが、トロンビン刺激で変形した血小板では表面膜直下、またはその近傍で主に検出された。この時点では、FAKのチロシンリン酸化はまだ惹起されず、30秒以降に出現した。そこで、このFAKの移動とチロシンリン酸化の関連を阻害剤を使ってさらに追求し、FAKの移動はチロシンリン酸化非依存性であり、それ以前に惹起される細胞骨格の再構成に依存することが判明した。一方、血小板粘着および凝集時におけるPI3-キナーゼの役割を検討するために、同様にその阻害剤を使って検討した。阻害剤は血小板のコラーゲンに対する粘着の伸展を抑制し、さらにTrombin Receptor Activating Peptide刺激による凝集を解離させた。すなわち、PI3-キナーゼはαIIbβ3の活性化維持に関与するとの結果を得た。血小板の粘着実験系ではしばしば凝集が混在するために、純粋に粘着のみのシグナル伝達系の解析は困難であった。平成11年度は、新たに考案した静止下の実験系で血小板をコラーゲンに粘着させた。すなわち、コラーゲン固相化平底培養瓶に洗浄血小板(10^8/m1)を入れ、37°Cで10分間コラーゲンに接着させ、洗浄、HEPES-Tyrode液を充満後、血小板接着面を下向きにして以後の血小板の接着を防止、さらに30、60および90分間粘着、伸展させた。この操作で凝集像はほとんど観察されなかった。これらの血小板におけるシグナル分子を同定するために、まずチロシンリン酸化反応を抗リン酸化

チロシン抗体4G10を使うイムノブロット法で検討した。さらに、これらの血小板を固定し、走査型電子顕微鏡でその外観を観察した。またこの粘着時に、血小板の基底側細胞膜に形成される接着装置に集積すると思われるGPIIb/IIIa、タリン、ビンキュリンおよびFAKの分布を知るために、それぞれの抗体を使う免疫蛍光法で観察した。10分間の接着で、血小板は偽足を延ばして星状に粘着し、30分以降ほぼ同相に伸展した。Srcのチロシンリン酸化は1090分でほぼ一定量の活性を示した。Sykは60分まで活性が上昇し、90分では減少傾向を示した。FAKは90分まで時間依存性の活性上昇がみられた。また、110kDaの蛋白のリン酸化もFAKと同様な挙動を示した。PGE_1、RGD、EDTA存在下では十分な伸展像がみられず、いずれのチロシンキナーゼの活性化は抑制された。サイトカラシンD存在下では、円盤状を示し、チロシンリン酸化は完全に抑制された。ビンキュリンおよびFAKは他の細胞でみられるように集積した染色像を示したが、GPIIb/IIIaおよびタリンは集積せず、瀰漫生に染色された。今後、110kDa蛋白の同定を試みる予定である。平成12年度は、血小板凝集時におけるシグナル分子、特にFocal Adhesion Kinase(FAK)およびPI3-キナーゼの機能と動態に関する超微形態学的検討を行った。FAKは免疫電顕法で検討すると、無刺激血小板では細胞質に均等に分布するが、トロンビン刺激で変形した血小板では表面膜直下、またはその近傍で主に検出された。この時点では、FAKのチロシンリン酸化はまだ惹起されず、30秒以降に出現した。そこで、このFAKの移動とチロシンリン酸化の関連をさらに追求した。トロンビン刺激によるFAKのチロシンリン酸化は、血小板を細胞内Ca^<2+>キレーターのBAPTA-AMとPKCの阻害剤であるbisindolylmaleimideによる併用前処理で抑制された。この時、血小板は放出および凝集反応が抑制されたが、偽足の伸張と顆粒の中心化の変形像は示した。FAKは対照血小板のトロンビン添加直後のものと同様に、細胞膜直下およびその近傍に分布した。さらにサイトカラシンDを加えた3者による前処理では、形態変化とFAKの移動も抑制された。従って、FAKの移動はチロシンリン酸化非依存性であり、それ以前に惹起される細胞骨格の再構成に依存すると考えられた。一方、血小板粘着および凝集時におけるPI3-キナーゼの役割を検討するために、その阻害剤であるwortmaninnまたはLY294002を使って検討した。これらは血小板粘着時の伸展と凝集を解離させ、凝集後半に見られる110kDa蛋白のチロシンリン酸化も抑制した。すなわち、阻害剤は伸展と凝集というαIIbβ3インテグリンの機能を抑制したことから、PI3-キナーゼはαIIbβ3の活性化維持に関与すると考えられた。また、PI3-キナーゼノックアウトマウスの血小板は対照マウス血小板に比べてコラーゲン凝集が抑制されることを確認した。さらに、αIIbβ3の活性化維持にはPI3-Kを介する110kDa蛋白のチロシンリン酸化が必須と考えられた。
炭素系超伝導体の強相関第一原理計算：電子電子相互作用と電子格子相互作用の拮抗

アルカリ金属をドープしたフラーレン化合物の超伝導について第一原理による研究を行った。この系においては、s波超伝導に隣接してモット絶縁体相が存在するが、それに対する統一的理解はこれまでなされてこなかった。本研究においては、第一原理計算により、フェルミエネルギー近傍のバンドと格子振動(フォノン)の自由度を含んだ低エネルギー有効ハミルトニアンを導出した。有効的な電子間相互作用はクーロン相互作用(斥力)とフォノンを媒介とする相互作用(引力)の和で表される。密度密度型の相互作用は前者がはるかに大きいのに対し、交換相互作用においてはフォノン媒介の引力が上回り、有効的に負の交換相互作用及びペア・ホッピング相互作用が実現していることが第一原理計算により明らかになった。得られたハミルトニアンを拡張動的平均場理論で解析することにより、s波超伝導相にモット絶縁体相が隣接した相図を理論的に再現することに成功した。また、超伝導転移温度に関しても理論により得られた最高転移温度は28 K程度と、実験の35 Kを非常によく再現することがわかった。詳細な解析により、超伝導の本質は1.負の交換相互作用に対応して軌道間斥力が軌道内斥力が大きくなることによる軌道内ペアの生成2.ペア・ホッピング相互作用による軌道内ペアの他の軌道への散乱(スール・近藤機構)であることが明らかになった。負の交換相互作用が実現するのはフォノンの存在によるので、この超伝導にはフォノンが本質的な役割を果たしている。しかしながら、従来型のフォノン超伝導と違うのは、強相関効果が超伝導を助ける点にある。相関効果によって電子の運動エネルギーが減少することにより1の機構がより有効的に働くためである。よって、フラーレン超伝導体はフォノンと電子相関が協力しあって高温s波超伝導を実現しているような全く新しいタイプの超伝導体であることがわかった。26年度が最終年度であるため、記入しない。電子電子相互作用と電子格子相互作用がともに重要であるような超伝導体のメカニズムを解明するためには、電子電子相互作用・電子格子相互作用の両方の有効模型のパラメータを非経験的に導出し(有効模型導出)、それらを同等に取り扱える手法で解析する(有効模型解析)ことが必須である。電子電子相互作用のパラメータは最局在ワニエ関数と制限乱雑位相近似を用いて導出され、フラーレン及び芳香族超伝導体が強相関物質であることを明らかにしたが、電子格子相互作用の見積もりの方法論は確立されてない。本年度は、電子系と格子系がカップルした系の電子格子相互作用とフォノンの周波数の有効パラメータを評価する手法の開発に取り組んだ。原子核イオンの変位がもたらすポテンシャルの変化は電子による遮蔽を受け、電子はその遮蔽されたポテンシャル変化を感じて散乱される。この遮蔽のうち低エネルギーの電子自由度からくる遮蔽の効果は有効模型解析の際に取りこまれるので、有効模型導出の際にはその効果を取り除いておく必要がある。有効電子格子相互作用は、低エネルギー自由度の遮蔽の効果以外で部分的に遮蔽された原子核イオンのポテンシャル変化による電子散乱の行列要素として計算される。フォノンの一体項の周波数に関しても低エネルギー電子自由度の分極によるフォノンの自己エネルギーの効果を取り除いて評価する。この手法を鉄系超伝導体であるLaFeAsOに適用し、電子格子相互作用が軌道揺らぎを増大させうるかの可能性を議論した。超伝導転移温度が40K程度に達するフラーレン超伝導体のCs_3C_<60>は常圧で絶縁体的性質を示し、電子相関によるMott絶縁体が実現していると考えられる。この系はフラーレン分子の3重縮退したLUMO軌道に3つの電子が詰まったハーフフィリングの系であるため、クーロン相互作用がもたらす正のフント結合があれば、S=3/2の高スピン状態をとると考えられる。しかし、実験的にはS=1/2の低スピン状態が観測されている。本年度は、昨年度に開発した電子と格子がカップルした系に対する低エネルギー有効模型導出の方法論を使って、フラーレン超伝導体に対して、フォノンを介した電子間の交換相互作用の大きさを見積もった。すると、その静的部分が-0.05 eVであると見積もられ、これはクーロン相互作用による交換相互作用(0.035 eV)よりも絶対値が大きいことがわかった。この結果、この系では有効的に負のフント結合が存在することが初めて第一原理的に示された。この負のフント結合が低スピン状態をもたらすと考えられる。また、本年度はそれに加え、得られた有効模型解析に用いる動的平均場理論のコードの整備を行った。そのコードを用い、2次元2軌道ハバード模型の4サイトクラスターを用いた金属絶縁体転移を調べた。この計算は多軌道のクラスター動的平均場理論において、初めてスピンフリップ項やペアホッピング項などの密度型ではない交換相互作用を取り入れた計算となっている。得られた第一原理有効模型をもとに動的平均場理論を用いて、超伝導相関関数などの2体の量を計算することができるようになれば、フラーレン超伝導体の超伝導発現機構における電子間相互作用と電子格子相互作用の役割を解明することができると期待される。

本研究においては、第一原理計算により、フェルミエネルギー近傍のバンドと格子振動(フォノン)の自由度を含んだ低エネルギー有効ハミルトニアンを導出した。有効的な電子間相互作用はクーロン相互作用(斥力)とフォノンを媒介とする相互作用(引力)の和で表される。密度密度型の相互作用は前者がはるかに大きいのに対し、交換相互作用においてはフォノン媒介の引力が上回り、有効的に負の交換相互作用及びペア・ホッピング相互作用が実現していることが第一原理計算により明らかになった。得られたハミルトニアンを拡張動的平均場理論で解析することにより、s波超伝導相にモット絶縁体相が隣接した相図を理論的に再現することに成功した。また、超伝導転移温度に関しても理論により得られた最高転移温度は28 K程度と、実験の35 Kを非常によく再現することがわかった。詳細な解析により、超伝導の本質は1.負の交換相互作用に対応して軌道間斥力が軌道内斥力が大きくなることによる軌道内ペアの生成2.ペア・ホッピング相互作用による軌道内ペアの他の軌道への散乱(スール・近藤機構)であることが明らかになった。負の交換相互作用が実現するのはフォノンの存在によるので、この超伝導にはフォノンが本質的な役割を果たしている。しかしながら、従来型のフォノン超伝導と違うのは、強相関効果が超伝導を助ける点にある。相関効果によって電子の運動エネルギーが減少することにより1の機構がより有効的に働くためである。よって、フラーレン超伝導体はフォノンと電子相関が協力しあって高温s波超伝導を実現しているような全く新しいタイプの超伝導体であることがわかった。26年度が最終年度であるため、記入しない。当初は電子系と格子系がカップルした系に対する低エネルギー有効模型導出の方法論開発には数年かかると考えていたが、オープンソースであるQUANTUMESPRESSOパッケージのDensity-Functional Perturbation Theoryに基づく原子核イオンの変位がもららすイオンポテンシャルの摂動に対する電子密度の応答を計算する部分に改変を加えることで、低エネルギー有効模型のハミルトニアンの中の有効電子格子相互作用、及びフォノンの周波数を求めることに成功した。この手法は電子系と格子系がカップルする系に対する有効模型構築の標準的手法になることが期待される。予定よりも早く方法論の開発を達成したので(1)の評価が妥当と考える。本年度は電子間相互作用に加え電子格子相互作用が入った模型を解析するための動的平均場理論のコードの開発に着手した。これに加え、超伝導相への不安定性を議論するために相関関数を動的平均場理論の枠内で計算できるようにコードを拡張中である。すでに求めている第一原理的有効模型をこの拡張したコードで解析することにより、フラーレン超伝導体の超伝導機構に体する電子間相互作用と電子格子相互作用の寄与を第一原理的に解明することが可能になると考えられる。この進行度は当初の計画通りであり、2の評価が妥当である。
生物の構造色を生み出すナノ周期構造の解明とその創生技術の確立

生物界における興味ある周期構造を、自らまた専門雑誌の情報をもとに解明するとともに、液晶、相分離、コロイド結晶場などのソフトマテリアル場を利用したナノ構造創生技術を確立し、その光学特性等に関する具体的な知見を得た。本研究は、現在非常な進展を見せているナノ解析技術を駆使して、構造色を生み出す仕組み、すなわちナノ構造の完全な解明を行い、生物がかれらの生活環境に適するために大いに利用したであろう構造機能を明らかにし、その構造がいかにして自発的に創成されてきたのかを整然とした論理でまとめることである。そして、これら基本的なデータを基に、絶対的にボトムアップ的手法、すなわち高分子が低エネルギーで自発的にかつ歩留まり高くナノ構造を創成するという生物ナノプロセッシングを用いて、構造色材料(ナノ構造材料)を創成する手法を確立し、最後に産業材料へとポリッシュアップするものである。昆虫の翅の色がらせん周期構造による選択反射光であることを示すとともに、らせん構造が広く、生体系の組織構造部位に認められることを調査、明らかにした。α-ヘリックス形態を持つポリペプチドをモデルたんぱく質として、そのリオトロピック液晶(m-クレゾール溶媒)の相図を全濃度域に渡って作製し、濃度の増大とともに、等方相-コレステリック液晶-カラムナー液晶の逐次転移を起こして、固体相へと推移することを明らかにした。また、適度な濃度で、ゲル化するようなゲル化剤(具体的にはDMF溶媒)を導入することで、コレステリック液晶のらせん構造を固定化することができ、美しいカラーフィルムの創生を行うことができた。これらの結果は、生体組織体を形成する基本高分子、タンパク質、キチン質、セルロースの溶液中での構造遷移のあり方を示したものであり、上述したように生物の固体組織に広くらせん構造が見られるという事実を実験的に傍証するものとなった。また、すでにリオトロピック、サーモトロピック液晶を形成する高分子素材として開発済みのポリペプチド、セルロース、キチン質の天然由来の高分子、またポリシラン、ポリエステル等を用い、そのモノドメイン・コレステリック液晶のらせん構造の完全固定化を行い、さまざまな光学特性(らせんセンス、らせん周期、屈折率、複屈折率)を持ったカラーフィルムの創成も行ってきた。もう一つの光学活性な液晶であるキラルスメクチック液晶の分子設計を行い、そのらせん構造が、コレステリック液晶とは異なり、分子軸方位に形成されること、また光の選択反射特性が特異的であることを示すとともに、生体系においてもこの種のらせん構造が創生されている可能性があることを示したのも有意義な結果である。液晶種として、コレステリック液晶、キラルスメクチック液晶、TGB様液晶を示し、さらにはそのらせん周期が可視光域にあるような多様な液晶高分子素材の創製法を確立した。光学活性な液晶高分子の開発には限度があり、そのため通常の液晶高分子にキラルドーパントを混合する方法でキラル液晶を創生する必要がある。そのためには、らせん誘起力(HTP)の高いキラルドーパントの開発が重要となる。多種のドーパントの開発を行い、わずか数パーセントの混合で、可視領域にピッチを持つキラル液晶の創製に成功した。また一つの素材で、温度変化によりらせんの掌性が右手系から左手系のもの、またらせんの周期長がさまざまに変化する系を確立した。これらは、材料素材の性質を大きく変えることなく、多様な光学的性質を持つらせん構造材料の設計ができることを示すもので、工学上意義のある発見であった。らせんピッチを空間的に変調し、可視光全域の光を反射するフィルムの創製に成功し、またらせん軸をフィルム素材の表面に平行、あるいは垂直、また任意の角度になるように、さらにはラセン軸が膜面に対してアンジュレーションしたようなフィルムの創製法を確立し、光学材料フィルムとして多様な応用が展開できる可能性を示すとともに、その偏光板、グレーテリング板等への応用について検討した。また液晶を中心とした研究を進めてきた結果、バナナ型分子が、アキラルであるにも関わらずらせんを有するキラル液晶を自発的に形成すること、棒状の高分子がスメクチック液晶を形成し、分子長に相応した10-200nmのナノ周期の層構造を生み出すこと、また、リオトロピック性液晶高分子のドロプレット状溶液を乾燥する過程で、乾燥速度に依存して、乾燥方向に垂直に500-10000nmの規則的な周期構造ができることなどを見出し、ナノ周期構造を創製する上で液晶場が重要な場であることを確認した。液晶高分子内部のナノ周期構造が、フィルムあるいはファイバーの表面構造に反映するという興味深い結果を得た。その一つは、主鎖型液晶高分子のキラルスメクチックC(Sc^*)液晶フィルムに顕著に見られ、液晶のらせんを反映して高分子がらせん状に凝集した結果、ホモジニアス配向フィルムの最表面に由と谷の周期構造が現れる。その周期は液晶のらせんピッチ(P)に相応し、山と谷の高低差はP tanθ/π(なおθは層に対する分子のチルト角)で与えられ、らせんピッチの約20%程度の高低差が認められた(AFM測定)。この系のさらなる興味は、キラルSc^*