hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
咬合状態の変化が成長期の骨代謝へ与える影響 - 咬合異常マウスモデルを用いた検討

本研究は、咬合異常ストレスが全身の骨代謝に与える影響の詳細を、咬合異常マウスモデルを用いて明らかにすることを目的とした。装置未装着の対照群と比較して咬合異常群の血中corticosterone濃度は有意に上昇し、脛骨および大腿骨の骨密度は有意に減少していた。脛骨近心2次海綿骨部における骨形態計測の結果、骨形成指標は有意に減少していたが、骨吸収指標の上昇は認めず、血清中の骨代謝マーカーはその結果をほぼ裏付けていた。なお、屠殺時に両群間の体重に有意差は認められなかった。これらのことから成長期における咬合異常は血中ストレスホルモンを上昇させ、全身骨密度の低下をもたらすことが示唆された。これまでの動物実験において、成長期における咬合異常が副腎皮質ホルモンであるグルココルチコイドを増加させることが報告されてきた。過剰のグルココルチコイドは、成長期において骨成長抑制と骨の脆弱化を引き起こすため、咬合異常が全身の骨代謝へ影響を与えている可能性は大きい。我々は既にマウス咬合異常モデルを確立し、咬合異常が全身の骨密度に影響を与える一定の成果を確認してきたが、今回は骨代謝マーカーを使用した生化学的解析などを用いて咬合異常と全身の骨代謝との関連性におけるメカニズムの詳細をさらに明らかにしてゆく計画で実験を行った。実験動物としては成長期である5週齢のC57BL/6 miceを用い、咬合異常モデルは上下顎切歯にレジンを築盛することで作成した。まずは過去の報告通り、咬合異常付与後に血中のグルココルチコイド濃度が有意に増加していることを確認した。今回、咬合異常に伴う血中グルココルチコイド濃度の上昇を経時的に観察したところ、次第に減少してゆくことが分かった。マイクロCTを用いた大腿骨頚部の骨微細構造の解析により、咬合異常マウスにおいて対照群と比較して有意な骨量減少が認められ、全身の骨に対しての影響が確認された。また、脛骨において石灰化速度や骨形成率といった動的パラメータを評価したところ、咬合異常群ではそれらの有意な減少が認められ、咬合異常付与に伴い全身の骨形成抑制が引き起こされていることが明らかとなった。過剰のグルココルチコイドは、成長期において骨成長と骨の脆弱化を引き起こすため、咬合異常が全身の骨代謝へ影響を与えている可能性は大きい。しかしながらこれまでに、咬合異常と全身の骨代謝の関連については検討されていない状況であった。前年度に引き続き、マウス咬合異常モデルを用いて、咬合異常が副腎皮質ホルモンならびに全身の骨代謝に与える影響を明らかにすることを目的とし、実験を行った。実験動物として、成長期に当たる5週齢のC57BL/6 miceを用い、上下顎切歯にコンポジットレジンを築盛することでマウス咬合異常モデルを作成した。末梢骨用定量的CTを用いて装置装着1週間後の大腿骨遠心端における骨密度の測定を行ったところ、脛骨近心端と同様に実験群では有意に減少していた。さらに脛骨近心2次海綿骨部において骨形態計測を行ったところ、骨形成指標は有意に減少していたが、骨吸収指標の上昇は認められなかったことから、咬合異常モデルの骨密度低下は、骨形成抑制によるものである可能性が示唆された。追加実験を行うに当たり、動物実験環境の整備に時間を要したため、血清マーカーの評価が来年度へと計画変更になったが、全体としてはおおむね順調に推移している。前年度に引き続き、確立したマウスモデルを用いて、咬合異常ストレスが全身の骨代謝へ与える影響を検討した。それまでに、咬合異常付与に伴い血中ストレスホルモン濃度は有意に上昇し、骨形態計測において脛骨近位部二次海綿骨の骨形成指標の有意な減少が認められるも吸収指標の有意な変化は観察されなかったことから、海綿骨部における骨量低下は主に骨形成系の抑制によるものである可能性が示唆された。今年度はそれらに加え生化学的解析を用いて、骨形成および骨吸収指標の評価を行った。血清中の骨形成マーカーであるオステオカルシン濃度と骨吸収マーカーである骨型酒石酸抵抗性産生フォスファターゼ(TRAP-5b)濃度をEIA法により評価したところ、咬合異常付与翌日において、骨形成マーカーは対照群と比較して有意に減少していたが、骨吸収マーカーにおいて有意差は認められなかった。さらに咬合異常付与前後における尿中の骨吸収マーカーである骨由来コラーゲンC末端テロペプチド(CTX)をEIA法により測定したが、咬合異常ストレス付与直後において付与前と比較し骨吸収指標の有意な変化は認められなかった。一方で、咬合異常付与7日後においては、対照群と比較して骨形成マーカーであるオステオカルシンの血中濃度に有意差は認められなかったが、骨吸収マーカーであるTRAP-5bの血中濃度においては有意な減少が認められた。

なお、屠殺時に両群間の体重に有意差は認められなかった。これらのことから成長期における咬合異常は血中ストレスホルモンを上昇させ、全身骨密度の低下をもたらすことが示唆された。当初予定していた血清マーカーの評価が来年度へと計画変更になったが、全体としては概ね順調に推移している。今後は骨形態計測で得た結果の裏付けを行うため、生化学的解析により血清中の骨形成マーカーであるosteocalcinと骨吸収マーカーであるTRACP-5bをEIA法により評価する。歯科矯正学咬合異常付与に伴い骨形成抑制が認められたため、今後は骨吸収系の評価を行うとともに、生化学的解析により血清オステオカルシンやTRACP-5bなどの骨代謝マーカーの評価を行う。追加実験を行うにあたり、動物実験環境の整備に時間を要したため。当初計画していた研究計画の推進に若干の変更があり、方策検討等によって当該年度使用額が予定額よりも少なくなったため。骨形態計測で得た結果の裏付けを行うため、生化学的解析により血清中の骨形成マーカーであるosteocalcinと骨吸収マーカーであるTRACP-5bをEIA法により評価する。今回生じた次年度使用額は、当初予定していた研究計画を推進させるべく試薬購入の経費に充てる予定である。
湿原生態系の価値評価との保全政策に関する研究

本研究では、湿原や河川のよって構成される湿原生態系を対象に、環境経済学の観点から分析を行い、生態系保全と地域経済の両立を目指す新たな湿原管理政策を検討した。第一に、コンティンジェント・バリュエーション法(CVM)をもちいて、湿原生態系に対する社会的要求を「金銭単位」で評価した。一般市民850人を対象にアンケートを行い、その結果を分析した。結果は、釧路湿原周辺の土地利用を保全する政策を実施して釧路湿原の生態系を守るために、人々が支払っても構わない金額は、一世帯あたり年間16,414円であった。第二に、この金額一世帯あたりの金額なので、これに世帯数をかけて集計したところ、北海道の一般市民が釧路湿原の生態系に対して持っている価値は、年間361億円であることが判明した。第三に、釧路湿原周辺の土地利用を考察し、生態系保全と地域経済の両方の観点から最も望ましい湿原管理策を検討した。湿原生態系を考慮すると、湿原だけではなく、湿原の上流域まで含めて保護する必要がある。しかし、そのためには、湿原周辺での開発が不可能になることで地域経済は大きな影響を受ける。そこで、釧路湿原周辺の開発を規制したときに地域経済が受ける損失額を地代相当額をもとに計算し、湿原生態系保全政策の費用便益分析を行った。結果は、保護面積が13万ヘクタール前後のときが社会的に最も望ましいことが判明した。これは、社会全体で見たならば、湿原だけではなく、湿原周辺の森林まで含めて保護する必要があることを示している。第四に、以上の分析をふまえ、社会的要求に応じた湿原管理策として、湿原周辺の森林まで含めた保護策を提案し、この保護政策を実施するための条件について検討を行った。
人工口腔システムを用いた高齢者の齲蝕予防研究:歯根面齲蝕発生機序の解明

我が国は高齢者の現在歯数が増加傾向による歯根面齲蝕が重要な問題となっている.しかし象牙質齲蝕に始まる特異性のため,その発生・予防に関する詳細な機構は解明されていない.そこで本研究は歯根面に付着するバイオフィルムや,それを取り巻く環境を考慮するために,口腔内環境を再現した人工口腔システムを応用し,歯根面齲蝕の発生の機序を考察した.結果から,本実験系による歯根面齲蝕予防の評価法としての有用性を考察した.我が国は高齢者の現在歯数が増加傾向による歯根面齲蝕が重要な問題となっている.しかし象牙質齲蝕に始まる特異性のため,その発生・予防に関する詳細な機構は解明されていない.そこで本研究は歯根面に付着するバイオフィルムや,それを取り巻く環境を考慮するために,口腔内環境を再現した人工口腔システムを応用し,歯根面齲蝕の発生の機序を考察した.結果から,本実験系による歯根面齲蝕予防の評価法としての有用性を考察した.ヒトの口腔内環境を再現した人工口腔システムを用いて,歯根面齲蝕予防における評価法の有用性を検討した.人工口腔容器は透明色の塩化ビニールで作製する.周囲をウォータージャケットで取り囲み,恒温槽で温水を循環させ人工口腔内部を37°Cに維持する.人工口腔の上部に装着したシリコン栓にはステンレスチューブ,温度計を取り付ける.ステンレスチューブから実験溶液,細菌懸濁液,培地をローラーポンプによって滴下する.細菌懸濁液は冷却撹拌器で低温を維持する.人工口腔内部にテフロン製ホルダーを装着する.ホルダーにはヒト象牙質を固定する.システム全体を嫌気性チャンバーで覆い,内部を嫌気状態にした上で,細菌懸濁液滴下によりバイオフィルムを作製し,その後実験溶液を滴下する.ヒト抜去歯牙歯根面から切削器具を用いて切り出して方形な切片とし,段階的に耐水ペーパーを用いて研摩し,平滑な象牙質表面とする.菌体にはStreptococcus mutans MT8148, Streptococcus sobrinus 6715,用いる.Brain heartinfusion細菌液体培地にて37°C,24時間培養後,菌数を分光光度計で測定し,等張リン酸緩衝液にて濃度を調整,細菌懸濁液とする.滴下終了後,形成された人工バイオフィルムを取り外し,濁度を測定し菌体量とする.また遠心分離により上清をフェノール硫酸法により定量し人工バイオフィルム量の指標とする.以上の結果から,本実験系による歯根面齲蝕予防の評価法としての有用性を考察した.ヒトの口腔内環境を再現した人工口腔システムを用いて,歯根面齲蝕予防における評価法の有用性を検討した.人工口腔容器は透明色のポリカーボネート樹脂で作製する.周囲を恒温チャンバーで取り囲み,人工口腔内部を37°Cに維持する.人工口腔の上部にはステンレスチューブ,温度計を取り付ける.ステンレスチューブから実験溶液,細菌懸濁液,培地をローラーポンプによって滴下する.細菌懸濁液は冷却撹拌器で低温を維持する.人工口腔内部にテフロン製ホルダーを装着する.ホルダーにはヒト象牙質を固定する.細菌懸濁液滴下によりバイオフィルムを作製し,その後実験溶液を滴下する.ヒト抜去歯牙をエポキシ樹脂にて包埋し,ダイヤモンド切削器具を用いて歯根面を切り出し,方形な切片とし,耐水ペーパー,ラッピングフィルムを用いて段階的に研摩し,平滑な象牙質表面とする.菌体にはStreptococcus mutans MT8148株を用いる.Brain heartinfusion細菌液体培地にて37°C,24時間培養後,菌数を分光光度計で測定し,等張リン酸緩衝液にて濃度を調整,細菌懸濁液とする.Heartinfusio液体培地にスクロースを含有させ実験溶液とする.滴下終了後,形成された人工バイオフィルムを取り外し,濁度を測定し菌体量とする.またビッカース微小硬度計を用いて実験前後の象牙質表面の微小硬度変化を測定する.さらに共焦点レーザー顕微鏡を用いて実験前後の象牙質表面の形状変化を観察する.以上の結果から,本実験系による歯根面齲蝕予防の評価法としての有用性を考察した.
インスリン受容体とインスリン様成長因子I受容体ハイブリッド機能の解明

(1)インスリン受容体,IGF-O受容体のハイブリッド受容体機能の検討:インスリン受容体異常症の患者で同定したインスリン受容体キナーゼ変異体(Haruta T., Takata Y., et al.Diabetes 42 : 1837, 1993)を用いたハイブリッド受容体機能の解析を行った.この変異受容体の存在は同時にある野生型のIGF-I受容体のシグナル伝達を障害することを明らかにした.その障害はIGF-Iによるチミジン合成促進やアミノ酸合成の成長促進作用に比較的特異的でグリコーゲンの取り込み促進でみた代謝促進作用は抑制されなかった.受容体以降のシグナル伝達ではShcとmitogen-activated protein (MAP)キナーゼの活性化が障害されていた.この原因として、細胞でこの変異インスリン受容体とIGF-I受容体のハイブリッドの存在が重要である事を示し、ハイブリッド受容体の割合を減少させることでIGF-Iのシグナル伝達が改善することを明らかにした.(2)高インスリン状態がハイブリッド受容体機能に及ぼす影響:高インスリン状態は細胞のインスリン、及びIGF-I抵抗性をきたす.この際にハイブリッド受容体はdown regulationされなくてもそのチロシンキナーゼ活性が障害されていることを明らかにした.またチロシンキナーゼ変異受容体をパートナーにもつハイブリッドのIGF-Iによるチロシンキナーゼ活性が見られないことと合わせてハイブリッドには正常な機能をもつインスリン受容体が必要である事を示した.(3)インスリン受容体機能に及ぼす因子の解析:受容体チロシンキナーゼが経口血糖降下剤の直接の標的となっているかを膵外作用の強い新しいスルホニル尿素剤とインスリン抵抗性改善剤を用いて検討した.また高遊離脂肪酸状態がインスリン受容体機能に及ぼす影響も検討した.(1)インスリン受容体,IGF-O受容体のハイブリッド受容体機能の検討:インスリン受容体異常症の患者で同定したインスリン受容体キナーゼ変異体(Haruta T., Takata Y., et al.Diabetes 42 : 1837, 1993)を用いたハイブリッド受容体機能の解析を行った.この変異受容体の存在は同時にある野生型のIGF-I受容体のシグナル伝達を障害することを明らかにした.その障害はIGF-Iによるチミジン合成促進やアミノ酸合成の成長促進作用に比較的特異的でグリコーゲンの取り込み促進でみた代謝促進作用は抑制されなかった.受容体以降のシグナル伝達ではShcとmitogen-activated protein (MAP)キナーゼの活性化が障害されていた.この原因として、細胞でこの変異インスリン受容体とIGF-I受容体のハイブリッドの存在が重要である事を示し、ハイブリッド受容体の割合を減少させることでIGF-Iのシグナル伝達が改善することを明らかにした.(2)高インスリン状態がハイブリッド受容体機能に及ぼす影響:高インスリン状態は細胞のインスリン、及びIGF-I抵抗性をきたす.この際にハイブリッド受容体はdown regulationされなくてもそのチロシンキナーゼ活性が障害されていることを明らかにした.またチロシンキナーゼ変異受容体をパートナーにもつハイブリッドのIGF-Iによるチロシンキナーゼ活性が見られないことと合わせてハイブリッドには正常な機能をもつインスリン受容体が必要である事を示した.(3)インスリン受容体機能に及ぼす因子の解析:受容体チロシンキナーゼが経口血糖降下剤の直接の標的となっているかを膵外作用の強い新しいスルホニル尿素剤とインスリン抵抗性改善剤を用いて検討した.また高遊離脂肪酸状態がインスリン受容体機能に及ぼす影響も検討した.(1)ラット繊維芽細胞において、チロシンキナーゼ部位に異変をもつインスリン受容体がwild typeのインスリン受容体と同様にIGF-I受容体とハイブリッドを形成することを示した。(2)変異インスリン受容体とのハイブリッド受容体を持つ細胞では、インスリン作用の低下に加えてIGF-I作用、特にIGF-Iによる増殖促進作用が障害されていた。またその障害がインスリン、IGF-I作用で共通で認められる細胞シグナル伝達経路においても認められ、受容体レベルでの障害がその原因と考えられた。さらにこの作用の抑制効果はインスリン、IGF-I作用に特異的な細胞内基質であるIRS-IとShcへの燐酸化の違いとしても捉えられ、シグナル特異的な事を示唆していた。変異インスリン受容体のIGF-I作用への抑制効果は、wild typeのIGF-I受容体を細胞に大量に発現させ、ハイブリッド受容体のIGF-I受容体全体に占める割合を減少させることで減弱した。ハイブリッド受容体が発現したインスリン受容体の数に比例して増加すること、またキナーゼ変異インスリン受容体とのハイブリッド受容体はチロシンリン酸化を受けにくい事、ハイブリッド受容体は細胞内へのinternalizationにおいてはインスリン受容体よりもIGF-I受容体としてふるまう事を明らかにし、報告した。(1)インスリン受容体,IGF-I受容体のハイブリッド受容体機能の検討:インスリン受容体異常症の患者で同定したインスリン受容体キナーゼ変異体(Haruta T.,Takata Y.,et al.Diabetes 42:1837,1993)を用いたハイブリッド受容体機能の解析を行った.この変異受容体の存在は同時にある野生型のIGF-I受容体のシグナル伝達を障害することを明らかにした.その障害はIGF-Iによるチミジン合成促進やアミノ酸合成の成長促進作用に比較的特異的でグリコーゲンの取り込み促進でみた代謝促進作用は抑制されなかった.受容体以降のシグナル伝達ではShcとmitogen-activated protein (MAP)キナーゼの活性化が障害されていた.

この原因として、細胞でこの変異インスリン受容体とIGF-I受容体のハイブリッドの存在が重要である事を示し、ハイブリッド受容体の割合を減少させることでIGF-Iのシグナル伝達が改善することを明らかにした.(2)高インスリン状態がハイブリッド受容体機能に及ぼす影響:高インスリン状態は細胞のインスリン、及びIGF-I抵抗性をきたす.この際にハイブリッド受容大はdown regulationされなくてもそのチロシンキナーゼ活性が障害されていることを明らかにした.またチロシンキナーゼ変異受容体をパートナーにもつハイブリッドのIGF-Iによるチロシンキナーゼ活性が見られないことと合わせてハイブリッドには正常な機能をもつインスリン受容体が必要である事を示した.(3)インスリン受容体機能に及ぼす因子の解析:受容体チロシンキナーゼが経口血糖降下剤の直接の標的となっているかを膵外作用の強い新しいスルホニル尿素剤とインスリン抵抗性改善型剤を用いて検討した.また高遊離脂肪酸上体がインスリン受容体機能に及ぼす影響も検討した.
尿細管性機序に基づく食塩感受性・高血圧症の分子病態の解明と展開

食塩感受性の尿細管性機序をあきらかにして、ベッドサイドでより精度の高い診療を実現することが、本研究の目的である。これまでの、Nedd4-2 C2KOマウス、結合尿細管レニンを対象にした研究からは、結合尿細管以後のterminal nephronにおけるナトリウム再吸収の異常が、高血圧・食塩感受性をもたらすことは、ほぼ間違いない。本研究では、レニン・アンジオテンシン系、ENaC-Nedd4L系を制御することで、食塩感受性・高血圧を制御することを確認し、この理論の実証を進める。Proof of Conceptの段階である。現在不死化したヒト近位尿細管細胞(human RPTEC)を対象にして、アンジオテンシノーゲン分泌制御に係る、低分子化合物、分子標的の解明を目指した基礎的検討を行っている。不死化近位尿細管細胞では、SIK1遺伝子の強制発現により、アンジオテンシノーゲンの産生が半減することを確認した。東京大学創薬機構より、低分子化合物ライブラリーの供与を受けて、アンジオテンシノーゲンの分泌を制御する低分子化合物のスクリーニングを行った。受容体随伴系プロレニン系(RAPS)についても、近年尿細管での制御が注目されており、(P)RR尿細管高発現マウス、Alternative Renin高発現マウスの二系統を樹立した。今年度は、(P)RR尿細管高発現マウスの表現型の解析を行った。その結果、本マウスの血圧が上昇し、尿濃縮力・尿pHが低下していることを明らかにした。ヒト不死化尿細管細胞の解析は、ヒトにおける尿細管レニン・アンジオテンシン系の制御に直接結び付く可能性のある研究課題であるが、分子標的・低分子化合物の特定までに至っていない。今後は、実験の精度を確保しつつ、結果にこだわり、成果を上げていきたい。ヒト不死化尿細管細胞を対象にした研究は、質量分析や、バイオインフォマティクス研究を採用し、より精度を高めていく。昨年度中に計画した動物実験、質量分析実験が、実施できなかった。今年度は、(P)RR尿細管高発現マウスに対して、液胞型プロトン輸送性ATPase機能に着目し、その阻害薬であるbafilomycinを投与した効果を検討し、(P)RR遺伝子の尿細管における機能を検討する。さらに、(P)RR尿細管高発現マウスと、研究者が開発したARen2TG(alternative renin高発現マウス)とを交配した、double transgenicマウスを作製し、(P)RRとARen2のin vivoでの相互作用について明らかにする計画です。
ゼニゴケにおける性染色体の網羅的欠失スクリーニングの確立と性決定遺伝子の同定

ゼニゴケ(M. polymorpha)のゲノムに対して網羅的に長鎖欠失を誘導するためのベクターを作製した.これらのベクターを用いた場合,4.5 kbpまでの欠失であれば,25%程度の効率で誘導できることも実験的に確認した.本ベクターを寄託し,そのベクターの実験結果を含む高効率ゲノム編集ベクターに関する論文を,プレプリントサーバにて公開した.さらに,M. polymorphaにおいて性染色体上の遺伝子を含むすべての遺伝子に,オフターゲットの少ないgRNAを複数自動的に設計するソフトウェアを開発した.ソフトウェアに関するプレゼンテーションは国際会議で行った.ゼニゴケのX染色体の配列情報データをまとめ、X染色体ゲノム全体もしくはcoding sequenceに対して、網羅的にgRNAを設計した。既存のgRNA設計ソフトウェアであるCasFinderを用いた場合は、X染色体ゲノム上では、広くても500塩基程度の間隔に1個のgRNAを設計することができた。一方、coding sequenceに関しては、gRNAを一つも設計されない遺伝子も多数含まれており、それら遺伝子に関しては、手動でgRNAの設計を行った。以上の過程を経て、X染色体上の遺伝子群を破壊するためのgRNAのデザインはほぼ完了したといえる。X染色体ゲノムの欠失によるスクリーニングを行う前に、欠失がどの程度の頻度で起こるか、MpNOP1遺伝子をターゲットとして実験を行った。様々な間隔でgRNAを設計し、それぞれのgRNAを異なるゲノム編集ベクターにクローニング後、アグロバクテリウムに導入し、ゼニゴケに複数種類のアグロバクテリアを共感染させる実験を行った。その結果、二種類のアグロバクテリウムを共感染させ、一種類の薬剤で選抜した場合、20系統選抜しても、数kbp欠失するような形質転換ゼニゴケは取得できなかった。一方、異なる二種類のゲノム編集ベクターの共感染株のみ取得できるように、二種類のgRNAカセットをそれぞれ別の薬剤耐性マーカーを含むゲノム編集ベクターに導入し、二種類の薬剤で選抜した場合は、数系統に1個体は、4.5kbpを欠失するような株を取得できた。以上の結果から、ゼニゴケにおいて欠失を誘導するには、二種類のgRNAが同時に確実に発現するための工夫が必要であることが示唆された。上記の実験は、すべて切断面法を用いてアグロバクテリウムの感染を行ったが、欠失の誘導はみられたため、欠失導入には、切断面法の利用で十分であることが分かった。網羅的gRNAの設計や、欠失の誘導には成功しているものの、ゲノム編集によるfeminizerのスクリーニングにいたっていない。生殖器官に関するスクリーニングを急ぐ必要がある。ゼニゴケの性染色体遺伝子を破壊するために,gRNAの設計ソフトの改良を行った.具体的には,オフターゲット探索を高速に処理できるようbowtieを組み込んだ.加えて,pythonを利用して,ゼニゴケゲノムDNA情報(JGI3.1)とアノテーションファイル(GFF3)から,(1)ゼニゴケの遺伝子のCDSの中心部にオフターゲットの少ないgRNAを6本設計する.(2)ゼニゴケの遺伝子のcoding領域の両端にgRNAを設計する.という機能を持ったソフトウェアを作成した.性染色体の遺伝子だけではなく,全遺伝子に対してgRNAを設計し,ゼニゴケ国際ミーティングで発表した(65th NIBB conference).X染色体に関しては,遺伝子間領域に関してもBLAST検索を行い,JGIのアノテーションには含まれない複数の遺伝子候補を同定した.ゲノム編集ベクターにおいては複数のgRNAを同時に発現させることで,large deletionがどの程度の頻度で生じるのか確認した.形質転換株の20%ほどで4.5 kbの欠失を安定に生じさせる系を作製した.本実験と,既に証明した高効率ゲノム編集ベクターに関して,論文を執筆し,プレプリントサーバーbioRxivにて公開した(https://doi.org/10.1101/277350).さらに,large deletionを起こすためのベクターをaddgeneにデポジットした.現在,384プレートフォーマットでオリゴを作製し,並列でコンストラクションを進めている.これらのベクターをゼニゴケに形質転換しスクリーニングを行う予定であったが,異動に伴い形質転換系がうまく動作しなくなったため,スクリーニングには至っていない.形質転換効率を上げるために新しくアガートラップ法を利用して形質転換系を立ち上げた.ゼニゴケ(M. polymorpha)のゲノムに対して網羅的に長鎖欠失を誘導するためのベクターを作製した.これらのベクターを用いた場合,4.5 kbpまでの欠失であれば,25%程度の効率で誘導できることも実験的に確認した.本ベクターを寄託し,そのベクターの実験結果を含む高効率ゲノム編集ベクターに関する論文を,プレプリントサーバにて公開した.さらに,M. polymorphaにおいて性染色体上の遺伝子を含むすべての遺伝子に,オフターゲットの少ないgRNAを複数自動的に設計するソフトウェアを開発した.ソフトウェアに関するプレゼンテーションは国際会議で行った.in silicoでのgRNAのデザインが完了しているので、申請書の研究計画にしたがって、網羅的遺伝子破壊を速やかに実行する。一方、研究計画時には判明していなかった事実として、gRNAを二種類以上同時に発現させることが、欠失誘導に重要であるとわかったため、gRNAを二種類以上同時に発現させるためのゼニゴケゲノム編集用ベクター構築を行う。欠失を効果的に導入する方法を確立する。先行して行う、網羅的遺伝子破壊の実験スキームに、遺伝子の欠失をX染色体上で網羅的に行う。ゲノム生物学
近代における岡山県醤油醸造業の県外移出活動

醤油醸造業の研究は最大産地の千葉県の研究が中心で、他の産地の研究は限られる。そこで私は近年、主産地の一つであった岡山県の醤油醸造業の研究を進めてきた。そして今年度は、十分解明できていなかった京阪神市場等での岡山県醤油と他県醤油との競合状況など、岡山県醤油醸造業の醤油の県外移出活動をより明らかにしたいと考えた。そこで、他の研究者にご紹介を頂き、補助者の協力を得て千葉県銚子市のヤマサ醤油の史料を調査・収集した。また、千葉県野田市・京阪神・愛知県・香川県小豆島の図書館等所蔵の史料を調査・収集し、京阪神市場等での岡山県醤油と他県醤油との競合状況などについて検討しようとした。しかし、これらについては、まだまだ史料収集と分析を進めることが必要である。また、以前から検討していた尾崎聖治家文書などについて、マイクロフィルムからのプリントアウト・写真撮影による収集、補助者の協力を得ての解読とパソコンへの入力をすすめた。そして、尾崎家が中心で大正8年に児島郡の中小醤油醸造家らが設立した大阪での醤油の共同販売会社である児島醤油株式会社について、その設立、経営と解散、設立の背景などを検討した。尾崎家の醤油の県外移出先は神戸の親類の醤油問屋が中心であったが、次第にこの醤油問屋が独自の動きをするようになり、尾崎家は新たな市場開拓を迫られるようになったと考えられる。そこで、醤油の共同販売会社を児島郡の中小醤油醸造家らと設立したと考えられる。この会社は大阪市場での激しい競争のために数年で解散するが、尾崎家は大阪での市場開拓には成功したと考えられる。この大正中期は、千葉県の大手醤油醸造家の規模拡大などにより、醤油醸造業界の構造変化がはじまる時期である。こうした動きを受け、岡山県でも醤油醸造家の合同による新会社設立なども見られる。児島醤油株式会社も、こうした構造変化への対応の一つであったと考えられる。
数理解析における関数解析的方法と数値解析

最近の関数解析の進歩の一つは、非線型問題の解明に数値解析的方法あるいは関数論・複素解析的方法を併用されつつ有力な手掛りを提供していることである。この方面の典型的な成功例が本研究の成果として得られた。その一つは、自由境界をともなう流体の運動を大域的に追求することである。すなわち、藤田・岡本・東海林等の研究により、天体表面の流体の運動をモデルとする問題が定式化され、解の存在が非線型関数解析の方法で証明されると共に、自由表面の運動や安定性の追跡が数値解析的に信頼できる方法で追跡できることになった。2番目の例は、微分幾何学的な意義を持つ非線型固有値問題のパラメータに関する大域的情報を伴った分枝理論的研究である。これは主として鈴木によってなされたが微分幾何の専門家によっても高く評価されていることは喜こばしい。第3は半線型放物型偏微分方程式の解の爆発の解析である。この問題の解析的ならびに数値解析的研究は、藤田および陳によって現在も進行中である。今回の研究の成果のうちで、次に特筆するべき特長は、マリヤバン解析法などの確率論的方法が偏微分方程式に適用され従来の方法によっては到達できなかった精緻な結果を与えたり、論理を透明にしたりしたことである。この方面での楠岡の研究は画期的である。さらに、線型ならびに非線型の関数解析の正統的な研究としてそれぞれの分野を進歩させたものとしては、小松によるジュブレイクラスでの微分方程式の解の構造の基礎研究,増田の抽象発展方程式の解の評価が重要である。また、鈴木・岩崎によるスペクトル逆問題の研究は、当研究をして逆問題の世界的な研究中心の地位を保たしめたものである。
リプロンを利用した高速凝固プロセスの観測

昨年度までの研究により,ripplonを用いた表面光散乱法の基本的設備が整い,その成果として常温付近での数kHzのripplonの検知により,表面張力と動粘性率の動的な同時測定が可能であることが明らかになった。このことを前提として,本年度の成果は以下のようにまとめられる。(1)溶融シリコンの表面張力測定を融点から約1770Kの温度範囲で行った。測定の再現性は最大で±7%であった。(2)得られたデータを温度の関数として表示式を作成し,その結果,融点での表面張力の値が806.2mN/m,そして温度計数は-0.24mN/mKを得た。(3)測定したシリコン中の酸素および炭素濃度を,グロー放電質量分析法ににより分析し,酸素濃度:16x10^<18>atom/cm^3,炭素濃度:9.8x10^<16>atom/cm^3を得た。これらの微量な不純物が表面張力に与える影響については,現在検討中である。
民族資料のデータベース化に関する基礎的研究;「身装」画像データの検索項目の設定

前年度においては、服装を中心とする「身装」画像検索のための、より実効的な方法のひとつとして、'情景の中の身装'検索のアイデアを提案した。この提案の理由は、このような風俗領域資料の場合、それが置かれている環境と切り離して理解することは、むずかしくもあり、危険でもあるという点にある。その後、この考え方に添っての関連画像の内容分析作業の過程において、すでに発表した検索項目と、シソーラスにかわる概念コードについて修正をほどこし、検索項目を確定した。前回と大きく違った点は、検索項目のあらたな項目として、<特定主題>を設けたことである。この<特定主題>を設置したことによって、概念コードの数が400から200となり、データ分析・入力に費やされる労力が軽減された。一方、「身装」と「情景」との関係をあらたな観点からとらえなおすことによって、「身装画像データベース」の構想の拡張性をこころみつつある。「身装」と「情景」のいずれかにかかわる画像データのすべては、つぎに示す3つの区分のどれかにはいる。A)背景が無地の平面で、人物や衣服、アクセサリーそれ自体であるもの。B)具体的な場所、背景と対象・人物が有意的な関係をもっているもの。C)遠景、人物が不在の室内など。これらのデータは、より広範囲な風俗・民族資料として収集蓄積された情景画像である。現在私は、従来の考え方とは逆に、「身装」画像を「情景」画像の一部分として取り込み、C)類の画像が有効利用できる、より包括的な、画像データベース形成の可能性を探りつつある。「身装」画像データベースの検索項目を設定するにあたり、服装を中心とする「身装」をささえる「情景」を検索項目のひとつとして取り入れるアイデアを提案し、12の検索項目と身装画像概念コード表を設定した。さらに、このアイデアを前提として、関連画像の分析を行い、その妥当性を検討した。「身装」の概念であるが、この言葉はつぎのような内容を示している。「身装」とは、人が衣服・アクセサリー類を身につける行為、化粧・結髪・入れ墨などの身体加工についての社会的・感覚的価値観、ジェスチャー・マナーなど身体の挙措をふくめての身体観を意味し、それ自体を風俗現象の一部としてとらえることができる。今年度とくに分析の対象とした関連画像データは、風俗情景のなかでの身装を描いた作品である。風俗を描いた作品は、いわゆる風俗画だけではなく、たとえば宗教的主題をもつ作品にも、風俗描写はつねに紛れ込んでいる。このような広義の風俗関連画像資料をデータとして採録する場合、問題となるのは、これらの画像資料が、風俗記録的部分の不正確さを持っているということである。この問題点を解決するための基礎研究として、関連文献の収集・分析を行った。また、検索項目それ自体の有効性を実証することを目的として、本検索項目にもとづく分析法と、インターネット上でのデジタル・ミュージアム等の画像データ主題分析方法との比較・検討を行った。さらにこれに並行して、関連文献の収集・分析を行った。

一方、「身装」と「情景」との関係をあらたな観点からとらえなおすことによって、「身装画像データベース」の構想の拡張性をこころみつつある。「身装」と「情景」のいずれかにかかわる画像データのすべては、つぎに示す3つの区分のどれかにはいる。A)背景が無地の平面で、人物や衣服、アクセサリーそれ自体であるもの。B)具体的な場所、背景と対象・人物が有意的な関係をもっているもの。C)遠景、人物が不在の室内など。これらのデータは、より広範囲な風俗・民族資料として収集蓄積された情景画像である。現在私は、従来の考え方とは逆に、「身装」画像を「情景」画像の一部分として取り込み、C)類の画像が有効利用できる、より包括的な、画像データベース形成の可能性を探りつつある。
軽症頭部外傷における器質的損傷と機能的予後予測への血清バイオマーカーの応用

軽症頭部単独外傷(GCS 14点15点)患者の登録が、本年度は7例が追加され、合計で37名となった。抗凝固薬および抗血小板剤内服中の患者4名を除外し33名で検討した。搬入時あるいはフォロー時のCT・MRIにて頭蓋内出血や頭蓋骨骨折など何らかの器質的損傷を認める患者群を“病変あり群"(n=23)および認めない患者群を“病変なし群"(n=10)とした。評価項目は年齢、入院時GCSスコア、入院時血小板数、PT-INR、APTT、fibrinogen、D-dimerとし、一部症例においてはNSEならびにtissue factorを測定と高次脳機能の評価を行った。年齢(72.5 vs 52.6歳)、入院時GCSスコア(14.6 vs 14.4点)、入院時血小板数(21.3 vs. 19.2 ×104 /μl)、PT-INR (1.05 vs. 1.07)及びAPTT (30.1 vs. 31.1秒)において2群間で有意差を認めなかった。D-dimer (19.5 vs. 1.1 μg/ml, P<0.01)、fibrinogen (261.1 vs. 179.0 mg/dl, P=0.03)では“病変あり群"で有意に高値であった。また、NSEならびにtissue factorの値は、病院搬入時に有意に上昇していた。NSEとD-dimerの間にて有意な相関関係が認められた(r=0.727, p=0.026)。D-dimerとtissuefactorの間においても有意な相関関係が認められた(r=0.803, p=0.009)。高次脳機能については、D-dimerとの相関は認められなかった。軽症単独頭部外傷の補助診断として血清D-dimerの値が有益である可能性があり、そのトリガーとして神経損傷によるtissue factorの放出が考えられた。当院へ搬入され入院となった頭部外傷の症例25例中20例にて同意を得て、本研究の対象となった。軽症頭部外傷8例、中等症頭部外傷7例、重症頭部外傷5例である。それぞれ、ガイドラインに沿った初期治療ならびに根本治療を行った。それぞれの身体所見、神経学的所見は記録され保存した。このたびは、スポーツによる受傷の患者はなくSCAT3は施行されていない。搬入時の血液検査(凝固線溶系)の結果は記録され保存した。現時点では、入院時の重症度ならびに退院時の転帰が一定でないため、凝固線溶系の結果に一定の傾向はみられていない。バイオマーカー測定用の血清については、-80°Cの冷凍庫に保存している。平成30年度に、まとめて測定予定であるため結果を得ていない。搬入時の頭部CTも施行され所見は記録され保存された。(所見なし:7例、外傷性くも膜下出血:4例、急性硬膜外血腫:2例、急性硬膜下血腫:5例、脳挫傷2例)20例中7例で受傷後6か月に高次脳機能検査を行った。受傷後2週間での高次脳機能検査は、頻繁の外来通院が困難にて施行困難であった。全例、中等症頭部外傷であった。バッテリーは、WAIS-III, WMS, FABにて行った。VIQにて7例中3例にて平均範囲以下の結果であった。PIQにて7例中1例にて平均範囲以下の結果であった。FIQにて7例中3例にて平均範囲以下の結果であった。WMS-Rでは、総じて7例中1ー3例にて平均範囲以下の結果であった。FABでは7例中2例が平均範囲以下であった。平成28年度の主な研究計画は当院へ搬送された頭部外傷患者の身体所見、神経学的所見、画像所見、血液検査所見、血清サンプルの保存であった。当院へ搬入された頭部外傷の症例数は予定していた20例程度と同等であった。研究の進捗状況はおおむね順調といえる。当院へ搬送され入院となった頭部外傷の症例21例中10例にて同意を得て、本研究の対象となった。今年度は、頭部単独外傷でなく多発外傷の割合が多く、やや少なめの対象症例数となった。軽症頭部外傷5例、中等症頭部外傷3例、重症頭部外傷2例である。中間解析によると、軽症頭部外傷にて意識障害などを認めなくても頭部CTにて異常所見を認める症例では、血液検査にて凝固線溶異常(D-dimerの上昇)を認める所見が得られている。また、cut-off値として1.5μg/mlという値も得ることができた。バイオマーカーの測定に関しては最終年度に施行予定であり、検体をー80°Cの冷凍庫に保存している。特にD-dimer上昇の機序の解明として組織因子の測定を考慮している。搬入時の頭部CTの所見は記録ならびに保存され最終年度に検討予定である。(所見なし:4例、外傷性くも膜下出血:3例、急性硬膜下血腫2例、脳挫傷:1例)10例中3例にて受傷後6か月に高次脳機能検査を行った。

受傷後早期での高次脳機能検査の施行は、本年度も困難であった。バッテリーは、前年度と変わらずWAIS-III, WMS, FABを行った。結果はVIQにて全例平均範囲以下であった。PIQでは2例が平均範囲以下であった。FIQにて全例平均範囲以下であった。WMS-Rでは、全例平均範囲以下であった。FABでは1例が平均範囲以下という結果であった。平成29年度の主な研究計画は頭部外傷症例の臨床的、血液学的、そして放射線学的所見の蓄積であった。平成29年度は、多発外傷の割合が多く、やや対象症例が少なかったものの想定範囲以内の症例数であった。また、中間解析では軽症頭部外傷において血液学的所見と放射線学的所見の間にて相関関係を認め有意義な結果を認めている。平成29年度の研究の進捗状況はおおむね順調といえる。軽症頭部単独外傷(GCS 14点15点)患者の登録が、本年度は7例が追加され、合計で37名となった。抗凝固薬および抗血小板剤内服中の患者4名を除外し33名で検討した。搬入時あるいはフォロー時のCT・MRIにて頭蓋内出血や頭蓋骨骨折など何らかの器質的損傷を認める患者群を“病変あり群"(n=23)および認めない患者群を“病変なし群"(n=10)とした。評価項目は年齢、入院時GCSスコア、入院時血小板数、PT-INR、APTT、fibrinogen、D-dimerとし、一部症例においてはNSEならびにtissue factorを測定と高次脳機能の評価を行った。年齢(72.5 vs 52.6歳)、入院時GCSスコア(14.6 vs 14.4点)、入院時血小板数(21.3 vs. 19.2 ×104 /μl)、PT-INR (1.05 vs. 1.07)及びAPTT (30.1 vs. 31.1秒)において2群間で有意差を認めなかった。D-dimer (19.5 vs. 1.1 μg/ml, P<0.01)、fibrinogen (261.1 vs. 179.0 mg/dl, P=0.03)では“病変あり群"で有意に高値であった。また、NSEならびにtissue factorの値は、病院搬入時に有意に上昇していた。NSEとD-dimerの間にて有意な相関関係が認められた(r=0.727, p=0.026)。D-dimerとtissuefactorの間においても有意な相関関係が認められた(r=0.803, p=0.009)。高次脳機能については、D-dimerとの相関は認められなかった。軽症単独頭部外傷の補助診断として血清D-dimerの値が有益である可能性があり、そのトリガーとして神経損傷によるtissue factorの放出が考えられた。現時点では研究の進捗状況はおおむね順調である。本研究の推進の要は頭部外傷症例数が継続的に維持されることである。平成29年度も、救命救急センターと協力して頭部外傷症例の受け入れを積極的に行いたい。平成30年度は本研究の最終年度となるため蓄積してきたデータの解析作業に入る。良好な結果、結論に結び付けられるように努めたい。平成28年度は、基本的には予定通り進行している。次年度使用額が生じたもののわずかであった。敢えて言うならば、高次脳機能検査の施行率がやや低く、その検査に使用する物品の購入が少なかった。高次脳機能検査を行うための検査シートの購入(物品費)に使用する予定である。
遅発性活性酸素が関与する放射線抵抗性獲得機構の解明

細胞培養環境における培地成分の中で、グルタミン酸代謝経路に関わる因子が放射線感受性亢進につながることを明らかにした。4日間培養後の培養上清処理による放射線感受性亢進は、数種のヒトがん細胞株で確認できたが、正常細胞では見られなかったため、がん細胞特異的である可能性が高い。機構として、グルタミン酸経路の抑制によるグルタチオン合成の低下、それにともなう酸化度の増加が確認できた。この結果は、グルタミン酸代謝経路が放射線治療におけるがん殺傷作用の効果的標的となりうることを示唆している。【目的】放射線照射後の遅発性活性酸素が放射線感受性に影響を及ぼすか否かについて検討を行った。本年度においては、特に照射後の分泌性因子を介したシグナル伝達経路に焦点を絞り、解析を行った。【方法】ラットグリオーマ由来C6細胞、及びラット正常アストロサイト由来RNB細胞、ヒトグリオーマ細胞、ヒト膵がん由来細胞を用いて、放射線照射後の分泌性因子の働きを調べた。放射線照射4日後、各細胞の培養上清を回収し、別に用意した細胞へ処理し、処理24時間後の放射線感受性を調べた。【結果】C6細胞においては、非照射細胞の培養上清を処理した細胞に比べて、4Gy照射細胞の培養上清を処理した細胞において、放射線抵抗性になることが分かった。メタボローム解析の結果、細胞内酸化度の軽減に影響を及ぼす還元型グルタチオンの割合が関与している可能性が示唆された。一方、RNB細胞においては、照射の有無による培養上清の違いで放射線感受性に差は出ず、新鮮な培地における放射線感受性とも変わらないことが分かった。がん細胞に比べ、正常細胞では分泌性因子による影響が少ないことが示唆された。また、ヒトグリオーマ細胞BeckerでもRNBと同様の結果であった。ヒト膵がん細胞MiaPaca-2細胞においては、照射の有無にかかわらず培養上清処理により、新鮮培地に比べて放射線感受性が高まることが分かった。【結論】本年度の解析結果により、細胞種毎に放射線感受性に関わる分泌性因子の働きは異なること、ラットグリオーマ細胞においては、分泌性因子の働きによる放射線抵抗性獲得があることが明らかとなった。ラットグリオーマ細胞であるC6を用いて、バイオプレックスアッセイにより、放射線で誘導されるサイトカインを網羅的に探索した。その結果、放射線により照射2日後4日後までにかけて増えるのはIL-6のみであった。また、VEGFは照射することで経時的な誘導が顕著に抑制されることが分かった。一方、IL-6を処理した細胞の放射線感受性を調べたところ、放射線抵抗性になること、放射線照射後の活性酸素量が抑制されることが分かった。53BP1フォーカスにより照射後のDNA二本鎖切断量を調べると、IL-6により照射直後のDNA二本鎖切断の生成が抑制されることが示唆された。以上の結果より、放射線照射後に誘導されるIL-6が放射線感受性を変化させる因子として繰り返し照射による放射線感受性に影響を及ぼす可能性が示唆され、その機構として活性酸素の制御機構が関与する可能性が示唆された。放射線により誘導されるサイトカインの中でもIL-6が放射線感受性に影響を及ぼすものとして明らかとなった。この機構を少しずつ明らかに出来ていること、ミトコンドリア機能や活性酸素制御との関連も示唆されていることから、おおむね順調と言える。ラット由来細胞における放射線感受性の変化が環境因子に制御される機構の詳細を明らかにするため、腫瘍株としてC6グリオーマ細胞、非腫瘍株としてRNBアストロサイト細胞を用いて、サイトカイン及び環境因子の影響を調べた。実験では、4Gy照射及び未照射細胞の4日間培養上清を回収し、それらを24時間処理した際の放射線感受性をコロニー形成法で調べ、酸化ストレスをAPF法で調べた。サイトカインの影響については、未照射細胞の4日間培養で最も顕著に変動するVEGFに着目し、培養上清処理時にVEGF中和抗体を同時に処理し、放射線感受性におけるVEGFの関与を調べた。また栄養因子として重要なグルタミン酸の放射線感受性変化への関与を明らかにするため、グルタミン酸欠損培地で24時間培養時の酸化ストレスと放射線感受性を調べた。その結果、VEGFの中和抗体処理は放射線感受性に影響しなかったが、グルタミン酸欠損培地で24時間培養した場合、C6では顕著にグルタミン酸欠損により感受性の増大が見られた。一方、RNBでは放射線感受性の変化は全く見られなかった。APFによる酸化ストレスの解析では両細胞株ともにグルタミン酸欠損による酸化ストレスの増大がみられ、照射後の酸化ストレスについても正常培地下よりも照射による誘導レベルが大きいことが分かった。C6では、グルタミン酸が関連するグルタチオン代謝への影響がグルタミン酸欠損による放射線感受性増大の原因と示唆されるが、RNBでは感受性の増大が見られなかったことから、栄養因子レベルの変動による恒常性維持機構が正常細胞ほど安定になっている可能性が考えられる。このことは放射線治療の標的因子としてグルタミン酸代謝経路が使える可能性を示している。

当初の予定は、本年度において放射線照射3日後における遅発性活性酸素の生成を複数の癌細胞で調べる予定であった。現在、ヒト細胞に限らず、ハムスター由来細胞、マウス由来細胞、ヒト正常細胞において、照射3日後に遅発性活性酸素が増えてくることを確認できた。また、当初27年度に予定していた分泌性因子による影響評価を前倒しで本年度解析し、ラットグリオーマ細胞において分泌性因子が放射線抵抗性に関わることを明らかにすることができた。ESRによる解析では、ヒト肺がん由来H1299細胞において遅発性誘発長寿命ラジカルの評価を現在行っており、おおむね順調である。総合的に判断して、おおむね順調に進展していると言える。当初の予定通り、分泌性因子による放射線抵抗性の機構を継続して解明していく。IL-6やVEGFがC6細胞では重要な因子であることがわかったので、これらが関与する抵抗性獲得機構を解明していきたい。またヒト細胞でも実験を行う予定である。本年度はおおむね順調に進展していることから、研究の推進方策について大きな変更は必要ないと考えている。ただし、26年度に前倒しで分泌性因子を介した放射線抵抗性獲得の機構解明を行ったこと、この解析には多くの時間を要することから、26年度に予定していた計画のうち、直接照射細胞における遅発性活性酸素誘発機構の解明にあてる時間を減らしている。27年度以降もこの方針を継続し、直接照射細胞における遅発性活性酸素の評価の時間を減らし、分泌性因子を介した遅発性活性酸素の評価と放射線抵抗性獲得機構の解析にあてる時間を増やしたいと考えている。
金属ナノコンタクトに対する低温水素吸蔵を利用した電子状態制御

液体水素中に浸したニオブ、バナジウム、パラジウム、チタンなどの金属ナノ接合に対して、点接合分光法を用いて微分伝導度の測定を行った。この実験から、これら金属のナノ接合の両端に30mV程度の微少な電圧を印加することで、温度T<20Kの低温でも水素の吸蔵を誘起することができることが明らかになった。また、この手法を用いて作成した金属水素化物ナノ接合の2階微分信号には、室温で作成した水素化物によるナノ接合では現れない、特異なスパイク状の異常が出現することが分かった。そして、この観測されたスパイク状の異常について、その出現電圧値は金属ナノ接合の接合径に依存していることを観測した。さらに、このスパイク状異常の出現電圧値の接合系依存性から、ナノ接合への微少電圧印加による水素吸蔵誘起には、電子とフォノン間の非弾性散乱により励起されたフォノンが密接に関与していることが示された。これは、フォノン励起により「フォノンアシスト拡散」が起こっている可能性があることを示している。液体水素中に浸したバナジウムナノ接合においては、水素吸蔵に伴ってその微分伝導信号が大きく変化することを観測した。加えて、バナジウムナノ接合から水素を脱離させることによって、その信号がもとの信号に戻ることも観測された。したがって、水素吸脱によってバナジウムナノ接合の電子輸送特性が制御可能であることが分かった。加えて、変化後の微分伝導信号の温度に対する依存性からは、バナジウムナノ接合の水素化によって、そのフェルミ面付近の電子状態密度に何らかの変調が生じていることも示唆されている。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。水素は強い量子性を有しており、金属表面・内部での水素の拡散過程や水素化に伴う母金属の電子状態変化にはその水素の量子性が強く影響することが知られている。従来、低温域(T < 50 K)で利用可能な水素の吸蔵・拡散現象に関する研究手法は限られていたが、我々は点接合分光法を利用した実験手法を新たに開発し、それを用いて低温での水素吸蔵・拡散過程及びそれに伴う母金属電子状態変化に関する研究を行っている。実施した実験とそれにより得られた結果を以下に示す。まず金属Vナノコンタクトを低温(T < 20 K)で水素化させ、それに伴って生じるVの電気伝導特性変化の観測実験を行った。この実験により、低温で高濃度V水素化物ナノコンタクトを生成することによって、その微分伝導特性(dI/dV特性)に著しい変化が再現性良く生じることを明らかにした。さらに、この高濃度V水素化物ナノコンタクトで得られたdI/dV特性は、金属Crナノコンタクトで観測される特異なdI/dV信号と定性的・定量的によく似た振る舞いであり、高濃度V水素化物の電子状態はCr-likeになっている可能性がある。そこで変化の起源を明らかにするため、高濃度V水素化物のdI/dV信号の温度依存性及び超伝導転移温度以下における特性の評価を実施した。高濃度V水素化物及びCrナノコンタクトのdI/dV信号の、コンタクト径依存性及び温度依存性をそれぞれ測定し比較したところ、両者は類似の依存性を示すことが分かった。加えて、超伝導転移温度以下における高濃度V水素化物及びNb水素化物の電気伝導特性の測定から、高濃度V水素化物ではジョセフソン電流が他より抑制されることが明らかになった。これら結果は、高濃度V水素化物を低温で生成するに伴いその電子状態が変化すること、その変化後の電子状態はCr-likeになっている可能性が高いことを示している。点接合分光法を利用して金属Vナノコンタクトを低温で高濃度に水素化させることによって、その電子状態を変化させることができることを明らかにした。また、高濃度V水素化物から水素を脱離させることにより、信号を制御可能であることも確認しており、本研究で用いる手法によりその電子状態を制御可能であることが示された。加えて、この電子状態変化の起源についてであるが、Crナノコンタクトで得られたdI/dV信号の温度依存性やコンタクト径依存性などにおいて、低温で作成した高濃度V水素化物ナノコンタクトのdI/dV信号と非常に類似した振る舞いも観測された。この結果は、金属Vナノコンタクトを高濃度に水素化することによって生じた電気伝導特性の著しい変化が、その電子状態がCr-likeへと変化したことに起因している可能性が高いことを示している。これら結果に対して、磁場中での実験を実施したところ、ナノコンタクトを安定維持させての実験が困難であることが分かった。この点に関しては、今後エレクトロマイグレーション法を利用してより強固なナノコンタクトを作成し、それを用いて磁場中での実験を実施していこうと考えている。以上の結果に加えて、水素雰囲気中に曝した金属Nbナノコンタクトの超伝導特性には、超伝導ギャップにより生じるピーク構造の内部において特徴的な多数のピーク構造が観測されることが明らかになった。このピーク構造は水素の無い状態では一切観測されない特性であり、それらピークの出現電圧値は温度に依存しないことも分かった。この温度に依存しない振る舞いより、このピーク構造がアンドレーエフ反射などの超伝導ギャップに起因したものではなく、水素の量子性に起因した現象であると推測される。したがって、本研究の実験方法によって金属表面・内部に存在する水素の量子的状態を解明できる可能性があることも明らかになってきた。