hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脳科学ｆＭＲＩ撮影方法を応用した新しい腎疾患診断方法の開発

BOLDMRIは、組織内の酸素消費量を、Diffusion MRIは、水分子の動きやすさ(拡散)の程度をそれぞれ測定する事が可能で、細胞外、細胞内浮腫を検出する事が可能である。申請者らは、心停止後ドナーからの摘出腎臓を非破壊的に評価するシステムを構築するため、これらのMRI手法を用いて、ラット心停止後腎臓の検討を行った。この研究で、心停止後2時間後腎臓の細胞内浮腫、間質浮腫をDiffusion MRI撮影法で非破壊的に検出する事に成功。また、心停止後1,2時間後腎臓の赤血球塊沈着をBOLD MRI撮影法で検出する事に成功した。(Kaimori J et.al, PlosOne 2013)腎移植患者の移植腎臓において、腎機能低下と共に、間質における繊維化が進行してくる事が良く知られている。拡散MRIを用いたヒト腎臓繊維化評価の報告は存在するが、組織内浮腫を伴う、糖尿病腎症には適用出来ない。申請者らは、前回、発表した論文の成果を元に、今度は、腎臓繊維化をfunctional MRIを用いて、比侵襲的に評価できる新しい評価方法を見出すことを目標に実験を開始した。まず、移植腎臓の間質繊維化が最も良く進行する部位に着目し、この部位における、BOLD MRI、拡散テンソル画像測定、拡散MRI、q-space imagingの組み合わせにより、組織内浮腫に影響しない評価方法の確立を目指し、現在実験中である。まず、最初のMRI測定の動物モデルとして、ラットUUOモデルを用いて解析を開始している。また、糖尿病性腎症のモデル動物として、遺伝子改変ラットを用いて、尿蛋白量、血清クレアチニン量、血清BUN量、血圧(収縮期、拡張期)、心拍数、体重を測定した。約30週で犠牲死させ、腎臓の組織を検討する予定である。治療薬として、テルミサルタンを用いて治療効果を測定している。ARB投与で、血清クレアチニン量、血清BUN量は変化しなかったが、血圧や尿蛋白量は有意に抑制されていた。今後は、ARB投与群で組織を検討して評価を行い、疾患治療群として実験で確立された撮影方法によって、評価してみる事にする。BOLD MRIは、組織内の酸素消費量を、Diffusion MRIは、水分子の動きやすさ(拡散)の程度をそれぞれ測定する事が可能で、細胞外、細胞内浮腫を検出する事が可能である。(Kaimori J et.al, PlosOne 2013)我々は、死体腎臓移植グラフトの適切な保存方法を探索する過程で、両側腎摘のラットに1時間までの常温虚血腎臓は正着し機能するが、2時間の常温虚血腎臓を移植したラットは移植後5日以内に死亡することを見出していた。常温虚血1時間後に移植した腎臓と2時間後に移植した腎臓を、移植後2日目で取り出して、病理所見を比較したところ、常温虚血2時間後に移植した腎臓では、髄質inner stripeに赤血球塊の沈着していたが、常温虚血1時間後に移植した腎臓には赤血球塊は認められなかった。ところが、腎移植直前の組織では、常温虚血1時間、2時間の腎臓ですでに髄質inner stripeに赤血球塊の沈着が認められた。この、髄質inner stripe赤血球塊の沈着が、何故常温虚血2時間の腎臓では移植後も遷延するのか、我々はfMRIを用いて検討した。この検討において、BOLD MRIにおいてラット死亡腎臓における髄質inner stripeにおける赤血球塊の沈着を検出する事に成功した。続いて、Diffusion MRIを用いて、心停止後2時間後の髄質outer stripeで細胞内浮腫、inner stripeで間質浮腫を検出する事に成功。これら2種類の浮腫が赤血球塊沈着を腎移植後も遷延させる原因となっている可能性があり、これらの所見をMRIで検出する事によって、死体腎グラフトの移植後の予後予測の可能性を示した。また、拡散MRIによる、より包括的に組織中浮腫の存在を評価出来る事が判明した。このようにして、我々は、fMRIを用いて、ラット死体腎の髄質inner stripeにおける赤血球塊の沈着(red cell congestion)が腎移植後も遷延し、結果的にgraft failureになる事を、移植前の腎臓graftをfMRIで測定することによって、予測できる事を見出した。腎臓移植次の実験目標に向けて、動物モデル、撮影法の選定を行いつつある。最初の研究で、fMRIの撮影、解析法に慣れ、論文を作成して、publish出来た。確立したMRI撮影方法によって、動物モデルの腎臓繊維化を評価して、薬剤投与モデルとの差を測定して、論文化を行う。本研究では、今までの経験を生かし、マウス一側尿細管結紮モデル腎臓及びKK/Ta-Akita糖尿病性腎症モデルを用いて、T1,T2強調MRI、BOLD MRI、拡散MRI、DT MRI、q space MRI、T1&#61554;MRIの中で、腎臓線維化を最も正確に非侵襲的に定量出来るMRIの撮影方法を探索する。

また、複数のMRI撮影方法を組み合わせて、より正確な腎臓線維化の測定する方法も検討する。このようにして得られた、腎臓線維化の非侵襲的な測定方法を最終的には、定期的な腎生検を行う、腎臓移植レシピエント患者で測定を行い、ヒトの測定に当てはめる事が出来るか検討を行う。ラット及びマウスの腎臓MRI撮影
作物の光酸化抵抗性の評価

光の照射にともなって起こる光酸化は作物の多収穫や老化に関わる重要な要因となっている。この研究では、光酸化抵抗性機能を簡易に評価することをねらった。ここでは、ソバやイネなどの主要作物の光酸素化酸化(光酸化)に対する抵抗性の器官間差異を調査した。ソバの花器の抽出液の一重項酸素寿命は葉,茎,種子よりも短かった。また過酸化水素の消去活性は葉と花器の抽出液で高かった。花器は生殖器官であるためと考えられた。エネルギーの移動によって生じる一重項酸素は光の照射にともなって起こる光酸化(正確には、光増感酸素酸化)でも生じるために光老化をもたらす重要な要因となっている。この研究では、化学的には未同定ではあっても光酸化抵抗性機能を有する遺伝子型を簡易に評価する方法を確立して、育種プログラムの特性検定試験に取り入れることを可能にすることをねらった。高山地帯に起源し、たえず強い光ストレス環境下におかれて進化してきたダッタンソバやソバのような作物は一重項酸素をクエンチングする化学物質を多量に合成して自らの老化を阻止していると推察されるので、それを材料にして評価することは機能性食品の素材となる作物を育種する上で極めて重要と考えられる。最もよく知られている一重項酸素のクエンチャーはβ-カロチンであるが、ソバの場合はこれ以外のさまざまな物質が関与して協奏的に働いていると推察されるので、単一の物質に特定せずに総合的な機能の評価が望まれる。この研究では、これらの作物の種、品種間差異について一重項酸素のクエンチング能を時間分解計測によって正確かつ詳細に比較検討するとともに、それを簡易に評価する光化学的手法の開発を目指すものである。光酸素化酸化(光酸化)に対する抵抗性の器官間差異を調査した。同一環境で栽培して,開花初期と後期の作物体を葉,茎,花器(果実を除去した開花中の小花と蕾),果実に分離し,蒸留水で煮沸した(1g/30ml)。一重項酸素種(^1Δg)はYAGレーザーによる時間分解近赤外分光分析によって評価した。他方、過酸化水素の消去活性は,化学発光のフォトンカウンティングによって評価した。花器の抽出液の一重項酸素寿命は葉,茎,種子よりも短かった。過酸化水素の消去活性は葉と花器の抽出液で高く,また普通ソバはダッタンソバより高い傾向であった。一重項酸素の寿命と過酸化水素消去活性は有意な負の相関関係があった。これにより、抗老化機能を保有した食品素材の育種が促進される効果が期待された。作物が光合成をする際のエネルギーの移動によって生じる一重項酸素は光の照射にともなって起こる光酸化(正確には、光増感酸素酸化)でも生じるために光老化をもたらす重要な要因となっている。この研究では、化学的には未同定ではあっても光酸化抵抗性機能を有する遺伝子型を簡易に評価する方法を確立して、育種プログラムの特性検定試験に取り入れることを可能にすることをねらったものである。低温・強光条件の高山地帯に起源し、たえず強い光ストレス環境下におかれて進化してきたソバのような作物は一重項酸素をクエンチングする化学物質を多量に合成して自らの老化を阻止していると推察されるので、それを材料にして評価することは機能性食品や化粧品の素材となる作物を育種する上で極めて重要と考えられる。この研究では、これらの作物の種、品種間差異について一重項酸素のクエンチング能を時間分解計測によって正確かつ詳細に比較検討するとともに、それを簡易に評価する光化学的手法の開発を目指した。同一環境で栽培して,開花初期と後期の作物体を葉,茎,花器(果実を除去した開花中の小花と蕾),果実に分離し,一重項酸素種は紫外レーザーによる時間分解近赤外分光分析によって評価した。今年度は、さらに次のステップに進め、紫外励起レーザーや分光器による活性酸素消去物質の非破壊計測をした。ダッタンソバのルチンとケルセチンの非破壊計測と、クロロフィル、β-カロテン、キサントフィルの非破壊推定を実施し、成功した。これらの成果は、計測自動制御学会や国際誌で発表した。また、イネの根からの自発光(バイオフォトン)が呼吸に伴う酸化であることを示唆した。

作物が光合成をする際のエネルギーの移動によって生じる一重項酸素は光の照射にともなって起こる光酸化(正確には、光増感酸素酸化)でも生じるために光老化をもたらす重要な要因となっている。この研究では、化学的には未同定ではあっても光酸化抵抗性機能を有する遺伝子型を簡易に評価する方法を確立して、育種プログラムの特性検定試験に取り入れることを可能にすることをねらったものである。低温・強光条件の高山地帯に起源し、たえず強い光ストレス環境下におかれて進化してきたソバのような作物は一重項酸素をクエンチングする化学物質を多量に合成して自らの老化を阻止していると推察されるので、それを材料にして評価することは機能性食品や化粧品の素材となる作物を育種する上で極めて重要と考えられる。この研究では、これらの作物の種、品種間差異について一重項酸素のクエンチング能を時間分解計測によって正確かつ詳細に比較検討するとともに、それを簡易に評価する光化学的手法の開発を目指した。光酸素化酸化(光酸化)に対する抵抗性の器官間差異を調査した。19年度は、コムギ、オオムギなどの冬作物を材料に用いて、同一環境で栽培し、作物体を葉,茎,花器(果実を除去した開花中の小花と蕾),えい花に分離し,計測した。光酸化をもたらすクロロフィル、障害回避にかかわるキサントフィルサイクル関連鍵物質について、HPLCと紫外励起蛍光分析を実施した。その結果、(1)それらの物質には器官間差異があり、クロロフィルが多ければ光酸化障害回避物質がそれに呼応していつも増えるのではないことがわかった。(2)また種間差異があり、コムギとオオムギでは形態的には類似しているものの、光障害を回避する色素の動態は異なると考えられた。オオムギのほうがクロロフィルaに対してキサントフィル(ゼアキサンチンとβ-カロテン合計値)が多く、コムギよりもオオムギのほうが光障害を回避する潜在力が強いと推察された。このことはオオムギが寒い乾燥地にも適応していること、乾燥ストレスで慣例な場合は酸化障害を回避するためにこうした色素が重要であることを説明するものであり、整理生態学的条件と矛盾しない。20年度は、さらに次のステップに進め、紫外励起レーザーや分光器による活性酸素消去物質の非破壊計測だけでなく、クロロフィル、β-カロテン、キサントフィルの非破壊推定だけでなく、暗反応のカギ物質であるRubiscoを紫外励起蛍光分析で非破壊計測できるようにする。エネルギーの移動によって生じる一重項酸素は光の照射にともなって起こる光酸化(正確には、光増感酸素酸化)でも生じるために光老化をもたらす重要な要因となっている。この研究では、化学的には未同定ではあっても光酸化抵抗性機能を有する遺伝子型を簡易に評価する方法を確立して、育種プログラムの特性検定試験に取り入れることを可能にすることをねらった。たえず強い光ストレス環境下におかれて進化してきた作物は一重項酸素をクエンチングする化学物質を多量に合成して自らの老化を阻止していると推察されるので、それを材料にして評価することは機能性食品の素材となる作物を育種する上で極めて重要と考えられる。最もよく知られている一重項酸素のクエンチャーはβ-カロチンであるが、これ以外のさまざまな物質が関与して協奏的に働いていると推察されるので、単一の物質に特定せずに総合的な機能の評価が望まれる。これまで、光酸素化酸化(光酸化)に対する抵抗性の器官間差異を調査してきた。同一環境で栽培して,開花初期と後期の作物体を葉,茎,花器(果実を除去した開花中の小花と蕾),果実に分離し,蒸留水で煮沸した(1g/30ml)。一重項酸素種(^1〓g)はYAGレーザーによる時間分解近赤外分光分析によって評価した。
二重ベータ崩壊の新測定法の研究

報告次々世代の実験(mv<<0.1eVのsensitivity)を目指した磁場閉じ込めタイプ・スペクトロメータの実現可能性を検討することが課題である。球形または楕円体(長軸を磁場対称軸とする)に近いスペクトロメータを想定する。100ガウス程度の中央磁場部に箔膜線源(100μm^t,S=10m^2)を設け、10-20kガウス程度の軸両端部の検出器にて電子を補足し、エネルギー、位置、時間情報を得る。粒子を閉じ込めて立体角を大きくし、複数情報でバックグラウンドを除去するアプローチである。ポイントは、閉じ込め、かつ軸端で引き出すことができるか?を定量的に判断することである。残念ながら、プラズマ閉じ込めの場合と比べ、磁場強度分布と粒子のエネルギーが異なるため、複雑である。解析的に解けないことが判明した。名大にて計算機数値計算を進めている(加速電圧の設定も含めて)。また、企業と設計、検討も行った(特に、磁場分布について)。一方、天然Moの線源としての加工は可能;エネルギー損失の効果は影響なくできる;国際協力研究で高純度Mo入手可能、なども把握することができた。
抜歯即時インプラントにおける早期の咬合機能回復の達成をめざして

抜歯即時インプラントにおける早期の咬合機能回復を達成するため,粗造な海綿骨の緻密化を目的に研究を行い,以下の成果を得た.付型性があり自由な形態を付与することが可能なリン酸カルシウムセメントを開発し,このセメントが操作性に優れ,生体適合性および骨伝導性に優れることを明らかにした.さらに,顎堤挙上を想定したサンドイッチテクニックを考案し,その有効性を示した.セメントの多孔化にも成功したが,生体内吸収性をセメントに付与することはできなかった.海綿骨の緻密化には,骨内で材料が吸収されることが不可欠と考え,吸収性を有する材料の開発に取り組み,球状β-三リン酸カルシウム(β-TCP)とCM-キチンの複合体を開発した.この骨補填材は,流動性を有し注射針より排出可能であり操作性に優れており,軟組織および骨内においても起炎性は認められず,優れた生体適合性も有していることが示された.また,BMPのキャリアとしての有効性を検索するため,このCM-キチン-β-TCP複合体にBMPを添加し,軟組織に埋入したところ,活発な骨形成が認められた.これまで,BMPのキャリアとしてコラーゲンが多用されてきたが,BSEなどの問題を考慮した場合,コラーゲンに代わるキャリアが必要とされており,この複合体が有用であることが示唆された.骨補填材としての有用性を検索するため,大腿骨に埋入したところ材料周囲には旺盛な骨形成が観察された.また,経時的に複合体の吸収が生じ,骨組織と置換され,大腿骨海綿骨領域は,緻密化されることが明らかとなり,抜歯即時インプラントにおける早期の咬合機能回復の可能性が示唆された.抜歯即時インプラントにおける早期の咬合機能回復を達成するため,粗造な海綿骨の緻密化を目的に研究を行い,以下の成果を得た.付型性があり自由な形態を付与することが可能なリン酸カルシウムセメントを開発し,このセメントが操作性に優れ,生体適合性および骨伝導性に優れることを明らかにした.さらに,顎堤挙上を想定したサンドイッチテクニックを考案し,その有効性を示した.セメントの多孔化にも成功したが,生体内吸収性をセメントに付与することはできなかった.海綿骨の緻密化には,骨内で材料が吸収されることが不可欠と考え,吸収性を有する材料の開発に取り組み,球状β-三リン酸カルシウム(β-TCP)とCM-キチンの複合体を開発した.この骨補填材は,流動性を有し注射針より排出可能であり操作性に優れており,軟組織および骨内においても起炎性は認められず,優れた生体適合性も有していることが示された.また,BMPのキャリアとしての有効性を検索するため,このCM-キチン-β-TCP複合体にBMPを添加し,軟組織に埋入したところ,活発な骨形成が認められた.これまで,BMPのキャリアとしてコラーゲンが多用されてきたが,BSEなどの問題を考慮した場合,コラーゲンに代わるキャリアが必要とされており,この複合体が有用であることが示唆された.骨補填材としての有用性を検索するため,大腿骨に埋入したところ材料周囲には旺盛な骨形成が観察された.また,経時的に複合体の吸収が生じ,骨組織と置換され,大腿骨海綿骨領域は,緻密化されることが明らかとなり,抜歯即時インプラントにおける早期の咬合機能回復の可能性が示唆された.本年度は,リン酸カルシウムセメントの多孔化および臨床応用を目的としたin vivoの研究,さらにBMPを骨髄由来の間葉細胞に遺伝子導入することを目的としたin vitroの研究を行った.現在まで開発・研究を行ってきたリン酸カルシウムセメントを歯槽堤形成をモデル化した実験系に用いた.実験動物としてウサギを使用し,頭頂骨外板を上方に剥離骨折させ,内板との間隙にセメントを埋入し,外板を挙上,経時的に組織学的検索を行った.本セメントを用いることにより頭頂骨の厚さを2倍以上にすることが可能であり,セメントと骨組織および周囲軟組織との適合性は良好であるという結果が得られた.次に,このリン酸カルシウムセメントの多孔化を目的とし,生体内吸収性の繊維状ポリ乳酸と複合した.圧縮強度は,複合しない単体のリン酸カルシウムセメントと比較するとわずかに低下したが,走査型電子顕微鏡による観察において,多孔化していることが確認された.この複合体を硬化後,ラット頭頂骨骨膜下に埋入し,組織学的に検索した.埋入2週後においてポリ乳酸に接する部位に軽度の炎症性の細胞浸潤が認められたが,セメントと頭頂骨は,直接接している部分が一部に認められ,本セメントとポリ乳酸の複合体は,骨伝導性を有することが示された.BMP遺伝子を導入した細胞を,セメントをキャリアとして移植することを目的に,本年度は,BMP4の遺伝子を293細胞にリン酸カルシウム法を用いて導入し,ウエスタンブロッティング法にてBMP4の産生を確認した.現在この細胞を多孔質ハイドロキシアパタイトブロック上で培養し,ヌードマウス皮下組織内に埋入し,異所性の骨形成について検索している.

本年度は,抜歯即時インプラント埋入の際の吸収性のBMPのキャリアの開発とその小動物を使用した予備実験およびイヌ下顎前臼歯部を用いた抜歯即時インプラントヘのキャリアの応用を行った.昨年来,多孔性,吸収性のリン酸カルシウムセメントの開発を行ってきたが,多孔性についてはある程度解決することが可能であったが,生体内吸収性については現在のセメントの組成では困難であった.そこで,セメントの液剤であるCM-キチンを高濃度で,β-三リン酸カルシウム(β-TCP)の顆粒と複合し,付型性をもつ生体内吸収性のセラミックス複合材料を開発した.CMキチンの濃度を変化させることにより複合材料の粘度は変化し,注射針を用いることにより,切開を加えずに注入することも可能となった.この複合体を,ラット腹部皮下組織に埋入したところ,炎症反応はほとんど認められなかった.埋入4週後では,β-TCP顆粒表面には異物巨細胞が多数観察され,軟組織内での吸収が示唆された.ラット大腿骨に形成した骨欠損部へ埋入した場合,4週でほとんどのβ-TCP顆粒は新生骨に接しており,8週では,β-TCP顆粒と骨組織の置換を示唆する所見も認められ,骨組織内での吸収が示唆された.また,BMPをこの複合体に添加し,ラット軟組織に埋入したところ,埋入2週後において骨形成が認められ,BMPのキャリアとしても有効であることが明らかとなった.これまで,BMPのキャリアとしてコラーゲンが多用されてきたが,狂牛病を考えた場合,コラーゲンに代わるキャリアが必要とされており,この複合体が有用であることが示唆された.現在,このβ-TCP-CMキチン複合体にBMPを添加した材料をイヌ下顎前臼歯部を用いた抜歯即時インプラントに応用し,インプラント周囲の骨組織の緻密化について検索している.最終年度である本年度は,昨年度開発した吸収性のBMP (Bone Morphogenetic Protein)のキャリアであるβ-TCPとCMキチンの複合体について,β-TCPの形状を球形とするなど改良を加えるとともに,詳細な物性,生体反応およびBMPのキャリアとして用いた場合の骨形成について検索し,その後これをイヌを実験動物として用いた抜歯即時インプラントへの応用を行った.β-TCPとCMキチンの複合体の物性について,β-TCPの粒径とCMキチンの濃度を変化させ,この材料の特徴である粘性についての計測を行った.粘性はCMキチン濃度が7%と低い場合はβ-TCPの粒径に影響されたが,CMキチン濃度が10%を越えると,β-TCPの粒径よりCMキチンの濃度に影響された.粘性と操作性を考慮し以降の動物実験においては,CMキチン濃度14%のものを使用した.CMキチンを単独で皮下に埋入した場合は,埋入後3日においてもほとんど炎症反応は観察されず,1週間で吸収されていた.複合体においてもCMキチンは1週で吸収され,β-TCP単独で埋入したものと差違は認められなかった.4週後には,β-TCP表面に異物巨細胞が観察され,吸収が示唆された.大腿骨内に埋入した場合は,1週で骨組織との接触が認められ,4週で骨組織との置換が示唆された.組織計量において,新生骨量は1週と8週め間で有意差は認められなかったが,残存しているβ-TCP量は有意に減少し,置換,吸収されていることが示された.BMPのキャリアとして用いた場合,組織学的に良好な異所性の骨形成が認められ,アルカリフォスファターゼ活性,オステオカルシンについても定量的に検索した結果,骨形成が活発に行われていることが示唆された.これらの結果をもとに,抜歯即時インプラントにおいてインプラント周囲海綿骨とインプラント周囲の骨欠損部に,このβ-TCPとCMキチンの複合体を応用したところインプラント周囲の海綿骨を緻密化させ,新生骨の増加に有効であることが示された.
火山体土壌空隙を介しての火山ガスと大気の相互作用

火山体土壌空隙を介しての火山ガスと大気の相互作用を視野に入れた噴気ガスの形成機構の解明を目的とした観測研究等を行い,補助金の交付を受けた3年の研究期間内に以下のような成果が得られた.(1)観測に用いるガス採取法(改良注射器法)は大気のコンタミネーションを受け難く,その方法によって採取された噴気ガス試料中に検出される空気成分は,大気に直接由来するものでなく,地下で付加されたものであることを示した.(2)九重火山の九重硫黄山噴気地域から放出される噴気ガスの化学組成と水蒸気の安定同位体比を測定し,それらを用いてマグマ性ガス・天水・空気の混合比率を求め,水蒸気の同位体比とHe/Ar比との間に見られる線形関係や天水と空気の混合比から,地表直下に形成されている通気帯において深部から上昇してくるマグマ性ガスに天水と空気が同時に混入していることを示した.この通気帯内混合モデルに立脚すれば,通気帯内の水と空気(通気帯水と通気帯空気)の存在度が噴気ガスの化学組成や噴気水蒸気の同位体比に投影されることが予想でき,1960年代1980年代の九重硫黄山や薩摩硫黄島で観測された「噴気水蒸気の同位体比は典型的なマグマ性の値を示すが,He/Ar比はマグマ性の値を示さない」という一見不可解な観測結果をうまく説明できる.(3)噴気ガスの孔口噴出速度とマグマ性ガスへの通気帯空気の単位時間当たりの混入量との間に高い正の相関関係があることを発見し,「流速の大きい噴気ガスほど多量の通気帯空気が流入している」ということを認めた.また,噴気密度と噴気温度を考慮に入れた流体力学的な思考実験を行い,高速のマグマ性ガスの流れによって通気帯内の流体が噴気ガス流路内に吸い込まれることを示した.火山体土壌空隙を介しての火山ガスと大気の相互作用を視野に入れた噴気ガスの形成機構の解明を目的とした観測研究等を行い,補助金の交付を受けた3年の研究期間内に以下のような成果が得られた.(1)観測に用いるガス採取法(改良注射器法)は大気のコンタミネーションを受け難く,その方法によって採取された噴気ガス試料中に検出される空気成分は,大気に直接由来するものでなく,地下で付加されたものであることを示した.(2)九重火山の九重硫黄山噴気地域から放出される噴気ガスの化学組成と水蒸気の安定同位体比を測定し,それらを用いてマグマ性ガス・天水・空気の混合比率を求め,水蒸気の同位体比とHe/Ar比との間に見られる線形関係や天水と空気の混合比から,地表直下に形成されている通気帯において深部から上昇してくるマグマ性ガスに天水と空気が同時に混入していることを示した.この通気帯内混合モデルに立脚すれば,通気帯内の水と空気(通気帯水と通気帯空気)の存在度が噴気ガスの化学組成や噴気水蒸気の同位体比に投影されることが予想でき,1960年代1980年代の九重硫黄山や薩摩硫黄島で観測された「噴気水蒸気の同位体比は典型的なマグマ性の値を示すが,He/Ar比はマグマ性の値を示さない」という一見不可解な観測結果をうまく説明できる.(3)噴気ガスの孔口噴出速度とマグマ性ガスへの通気帯空気の単位時間当たりの混入量との間に高い正の相関関係があることを発見し,「流速の大きい噴気ガスほど多量の通気帯空気が流入している」ということを認めた.また,噴気密度と噴気温度を考慮に入れた流体力学的な思考実験を行い,高速のマグマ性ガスの流れによって通気帯内の流体が噴気ガス流路内に吸い込まれることを示した.本研究では、大気が土壌空隙を通して火山ガスに混入していることを問題提起し(mixed air)、さらにその混入の物理機構を観測や実験などによって明らかにすることを目的としている.本年度は、まず、研究の基礎となる〔1〕ガス試料採取法の再検討、及び〔2〕既存資料の収集を行った.〔1〕多くの火山ガス研究者から、本研究で用いているガス採取法では試料採取時における空気汚染が無視できないとの指摘を受けた.そこで、空気汚染の証拠となる酸素を分析するシステムを新たに構築し、採取容器の準備から始まりガス試料の化学分析へと連なる作業における空気汚染の規模をチェックした.その結果、一連の作業で試料ガスに混入する空気(contaminated air)は高だか1%程度であることが確認され、少なくとも私たちの方法で採取される火山ガス試料に占める空気成分は、contaminated airではなくmixed airであることが明確となった.現在、本研究で用いているガス採取法の詳細を公表すべく、論文投稿の準備を行っている.〔2〕物理学の既存資料から、「層流状態にある流体は、その流路に物体が存在するとそれに沿うように流れるが、流速が大きいと流れが物体から剥がれてその後方に局所的な減圧状態が発生する」ことが分かった.また,状況次第ではその減圧を解消するために外部から別の流体が進入することがあるらしい.実際の火山ガスの通路は、積み重なった礫の空隙であると考えられるので、上述のような物理機構が生じている可能性が高く、現在、火山ガスの流れへの空気の流入に関する可視化実験を計画中である.

本研究では、大気が土壌空隙を通して火山ガスに流入していることを問題提起し、さらにその流入の物理的メカニズムを観測実験や数値シミュレーションによって明らかにすることを目的としている.本年度は、九重硫黄山火山で、(1)約20ケ所の噴気孔において、噴気放出量の実測(ピトー管を用いた流速測定と密度測定)、(2)噴気凝縮水の水素・酸素同位体比(δD・δ^<18>O)の測定、(3)噴気ガスの主要・微量化学分析を行った.すでにOhsawa et al.(2000)で報告した、噴火時(1995年10月)における大量の大気成分(土壌空気)の流入と同様の現象が、非噴火時においても起こっていること、即ち、流量の多い噴気ほど、大気成分の混入率に敏感に応答するHe/Ar比が小さい(大気成分の混入率が高い)傾向のあることが判った.また、噴気の99%以上を占める水蒸気についても、He/Ar比と同様に、流量の多い噴気ほど、地下水の混入に敏感な噴気凝縮水の水素・酸素同位体比が小さい(地下水の混入率が高い)ことが新たに判明した.後者の観測結果は、水理学ではよく知られている井戸水の過剰汲み上げによる井戸周辺部における地下水位の低下と類似の現象が、火山の噴気地帯でも起こっていることを示唆しており、火山性流体への浅層地下水の流入とそれに引きずられて起こる地下水帯水層上部の土壌空気の取り込みという新たなメカニズムが見えてきた.今後、このようなメカニズムの出現の可能性を確かめるべく、数値シミュレーションを行う計画である.また、今回採取した噴気ガス試料について、地下水と土壌空気の双方に含まれている成分、即ち、二酸化炭素について、その炭素同位体比(δ^<13>C)の測定を行う計画もある.本研究では,大気が土壌空隙を通して火山ガスに流入していることを問題提起し,さらにその物理的メカニズムを明らかにすることを目的としている.本年度は,〔1〕前年度までの観測においてデータが得られていなかった,九重硫黄山の1995年噴火口周辺域で新たに数点の試料採取およびデータ取得を行い,〔2〕地下における物理モデルの構築を行った.〔1〕今回新たに得られたデータも,前年度までのデータと同様の傾向を示した.即ち,流量の多い噴気ほど,大気成分の混入率に敏感に応答するHe/Ar比が小さくなる(大気成分の混入率が高い)傾向をもつことが判明した.〔2〕本研究で得られたデータから支持されるような大気流入が実際に生じるためには,火山ガスの上昇過程において,どのようなメカニズムが必要であるかを検討するために物理モデルを考察した.実際の火山ガスは,地中の礫などが積みかさなったような複雑な地下構造の中を上昇してくると考えられるが,簡単のため壁面が多孔質の材質で作られた円管内(擬似ガス流路)をガスが移動するような場合を考えた.このような擬似ガス流路モデルにおいて,レイノルズ数が高い(この場合流速が大きいと考えてよい)流れでは,境界層理論を適応させれば流体剥離域において吸い込みが起こることは流体力学的に確認されており,モデルで考えたような物理状態が火山ガスの上昇経路中に存在していれば,大気流入が生じることが示唆された.現在,このモデルを用いたシミュレーションを行っている.
肝性脳症時のベンゾジアゼピンレセプターの検討とベンゾジアゼピン拮抗薬の効果の検討

1985年より肝性脳症の治療にフルマゼニルが有効であるとの報告がある。我々はアルコール性肝硬変症に伴う肝性脳症の患者にフルマゼニルを単回投与しその有効性を報告した、昨年度の報告で持続投与での有効性も確認されつつある。本年はラットを用いた脳内でのペンゾジアゼピン(BZ)レセプターの検討を行っている。1)ベンゾジアゼピン(BZ)レセプターの同定昨年度より脳内でのBZレセプターの増減や分布の変化の検討を、急性肝不全ラットモデルで行っている。(1)脳内BZレセプターに対する抗体の作成ラット大脳皮質より粗シナプス膜分画を抽出し、BZをつけたアフィニテイ力ラムに通して精製し、アジュバンドと混合し、家兎に免疫して、抗血清を得る。(2)肝不全(肝性脳症)ラットモデルの作成急性肝不全;d-ガラクトサミン+リポポリサッカライド投与(3) (2)で作製したラットモデルの脳内BZレセプターの染色※現在(1)の抗体産生からBZレセプターの染色で良好な結果が出ておらず実験・検討を進めている。染色が旨くゆきしだい(4)の検討も行う。(4)フルマゼニル投与前後での(2)で作製したラットモデルでの脳内のBZレセプターの染色2)臨床的検討昨年度の検討で、アルコール性肝硬変に伴う肝性脳症では単回投与や持続投与でも有効性が確認されつつある。症例を増やして検討を続ける必要があるが、当施設では本年度は投与に適当な患者の入院がなく、臨床的治験は進まなかった。もともと多い疾患ではないので、今後も検討を進めるには他施設との協力が必要かもしれない。1985年より肝性脳症の治療にフルマゼニルが有効との報告がある。我々はアルコール性肝硬変に伴う肝性脳症に単回投与し、その有用性を報告した。さらに今回は静脈内への持続投与での効果を検討した。3例のアルコール性肝硬変に伴う肝性脳症に投与を試みた。1例目は72歳の男性。便秘を契機に肝性脳症(grade III)と診断しフルマゼニルの単回投与を行った。一旦、意識レベルの改善を認めるが60分後には再度grade IIIへ悪化したため持続投与を開始した。1日後にはgrade IIとなり、5日後にはgrade Iとなったのでこの時点で中止した。脳波は、δ波であったものが1日後にはθ波となり、5日後にはslow α波となった。2例目は54歳の男性。便秘を契機に肝性脳症(grade II)と診断しフルマゼニルの単回投与を行った。一旦、意識レベルの改善を認めるが30分後には再度grade IIへ悪化したため持続投与を開始した。1日後には清明となり、3日目まで清明であったのでこの時点で中止した。脳波はδ波であったものが1日後にはα波となりその後も持続した。3例目は35歳の女性。特に誘因ははっきりしないが肝性脳症(grade II)と診断し持続投与を開始した。1日後には清明となり、6日目まで清明であったのでこの時点で中止した。脳波は、三相波であったものが3日後にはslow α波となった。以上のように単回投与で効果があり再悪化した症例でも持続投与により脳症の改善を認める例があり、今後症例を増やし検討を続ける予定である。
運動中の動脈血圧はなぜあがるのか-筋の機械受容器反射による調節-

実験I除脳ネコの自由床歩行開始時における心臓血管系の応答について検討した.除脳手術から回復したネコは,床に座らせることによって体重を支え四肢歩行を開始するようになる.前肢三頭筋筋放電開始をオンセットとすると,それ開始以前から有意な心拍数の上昇がみられた.また動脈血圧はオンセットと同期して上昇した.このような筋収縮開始に先行した心拍数の増加,あるいは同期した血圧増加は,圧受容器反射切除術後にも同様に出現することも示された.また意識下動物の随意運動時における先行研究における結果とも一致していた.これら結果から,随意動作開始時には大脳皮質がなくても動作にカップルした機構が働き,循環応答が制御されていることが明らかとなった.実験II運動負荷の急激な変化に対する循環応答について検討することを目的に,一定負荷の自転車駆動から急激に負荷が上昇する場合(Up)と同じく一定負荷の自転車駆動から急激に負荷が低下する場合(DOWN)の2条件を設定し,各条件において,筋にかかる急激な機械的刺激を予め準備している場合と全く準備していない場合について,負荷変化に対する循環応答の相違について調べた.その結果,負荷変化前についてみると,UP条件もDOWN条件も、負荷に関する教示がある場合には,教示のない場合に比べ,負可変化前30秒におけるHRとMAPが上昇した.このようなHRとMAPの増加量が教示内容に対応しているかどうかについてみると,必ずしも教示内容の相違が反映された応答とはいえなかった.荷変化直後におけるMAPの変化には,教示条件間の相違がみられていた.教示と実際の負荷が一致した場合には,負荷変化後の応答が速やかであった.一方,教示のない場合や逆の教示が与えられた場合には,負荷変化に対する応答が遅くなった.実験I除脳ネコの自由床歩行開始時における心臓血管系の応答について検討した.除脳手術から回復したネコは,床に座らせることによって体重を支え四肢歩行を開始するようになる.前肢三頭筋筋放電開始をオンセットとすると,それ開始以前から有意な心拍数の上昇がみられた.また動脈血圧はオンセットと同期して上昇した.このような筋収縮開始に先行した心拍数の増加,あるいは同期した血圧増加は,圧受容器反射切除術後にも同様に出現することも示された.また意識下動物の随意運動時における先行研究における結果とも一致していた.これら結果から,随意動作開始時には大脳皮質がなくても動作にカップルした機構が働き,循環応答が制御されていることが明らかとなった.実験II運動負荷の急激な変化に対する循環応答について検討することを目的に,一定負荷の自転車駆動から急激に負荷が上昇する場合(Up)と同じく一定負荷の自転車駆動から急激に負荷が低下する場合(DOWN)の2条件を設定し,各条件において,筋にかかる急激な機械的刺激を予め準備している場合と全く準備していない場合について,負荷変化に対する循環応答の相違について調べた.その結果,負荷変化前についてみると,UP条件もDOWN条件も、負荷に関する教示がある場合には,教示のない場合に比べ,負可変化前30秒におけるHRとMAPが上昇した.このようなHRとMAPの増加量が教示内容に対応しているかどうかについてみると,必ずしも教示内容の相違が反映された応答とはいえなかった.荷変化直後におけるMAPの変化には,教示条件間の相違がみられていた.教示と実際の負荷が一致した場合には,負荷変化後の応答が速やかであった.一方,教示のない場合や逆の教示が与えられた場合には,負荷変化に対する応答が遅くなった.筋収縮に匹敵しかつ代謝産物を生成しない「受動的筋伸展(機械受容機刺激)」が、交感神経活動(カテコールアミン)、心拍数(HR)、動脈血圧(MAP)に及ぼす影響について、麻酔ネコをもちいて検討した。ラミネクトミ-手術による脊髄前根に埋めた電極により、下腿三頭筋を電気刺激し等尺性筋収縮(収縮時間1.5分)を起こさせ、この時の発揮張力に等しい張力まで、筋を受動的に伸展させたコントロール条件、さらに活動筋からの求心性情報のブロック条件と副腎摘出条件においても、コントロール条件と同様の手続きにしたがって筋の受動的伸展を行った。その結果、筋の受動的伸展は伸展開始とほぼ同時に、HRおよびMAPの上昇を引き起こし、またカテコールアミンも有意に上昇させた。しかし、筋からの求心性情報をブロックすることにより、HR、MAP、およびカテコールアミンの上昇は消失した。また、副腎摘出により同様にこれらの変化は見られなくなった。これらの結果から、筋の機械的刺激が求心性感覚神経を介して反射性にHR、MAPおよびカテコールアミンの応答を制御していることが示唆された。また、カテコールアミンを放出している主要な器官は副腎であることも示され、骨格筋-機械的受容器-反射性求心性情報-副腎という反射性経路の存在が示唆された。本年度のテーマは、運動開始とともに、時間遅れなく動脈血圧や心拍数が上昇するが、この素早い循環応答の制御に大脳皮質が関与するのかどうかについて、動物実験により検証することであった。5匹のネコをprecollicular-premammillary bodyレベルにおいて神経路切断による除脳手術をおこない、頚動脈に動脈血圧用カテーテルを留置した。術後の十分な回復時間を設けた後、自発床歩行の実験をおこなった。四方を囲った歩行路(30x26x300cm)に除脳ネコを静かに座らせると、人工的刺激が無くてもネコは自発的に立ちあがり、四肢協調動作による体重移動を伴う床歩行ができる。

この自発的床歩行開始時における、心拍数(HR)、平均動脈血圧(MAP)、および前肢上腕三頭筋における筋電図積分値(iEMG)を計測し、これらの変数のタイムコースを分析した。そのタイムコースを、先行研究における正常ネコの随意運動時におけるタイムコースと同様に、動作に先行した、あるいはほぼ動作開始と同期して循環変数の増加がみられるのかどうか比較検討した。その結果、たとえ大脳皮質からの神経制御がない除脳ネコであっても、HRは前肢三頭筋のiEMGのオンセット前から有意な上昇をはじめ、MAPもオンセットとほぼ同時に増加することが示された。すなわち、除脳ネコにおいても大脳皮質のあるネコと同様に、素早い循環応答がみられることが明らかとなった。この動作に先行した素早い応答において(特に歩行動作に先行したHRの上昇)、中枢性情報が歩行動作とカップルして、心臓血管系の応答を予測制御しているのではないかと考えられた。さらに、これらの制御に対する圧受容器反射による影響を除去した後の自発的床歩行実験においても、動作開始4秒間における素早いHRとMAPの立ち上がりは除去前と同一であった。このことから、動作にカップルした迅速な心臓血管系の応答に働く中枢性制御は、圧受容器反射から独立した機構であり、また大脳皮質の関与の必要が無いことが明らかとなった。運動負荷の急激な変化に対する循環応答について検討することを目的に,一定負荷の自転車駆動から急激に負荷が上昇する場合(Up)と同じく一定負荷の自転車駆動から急激に負荷が低下する場合(DOWN)の2条件を設定し,各条件において,筋にかかる急激な機械的刺激を予め準備している場合と全く準備していない場合について,負荷変化に対する循環応答の相違について調べた.15名の健康な被験者がUP条件とDOWN条件を,負荷変化に対する教示のある場合と無い場合について4回の実験をランダム順に繰り返した.その実験中には,動脈平均血圧,心拍間隔,毎分換気量,酸素摂取量,自転車回転数,脚筋踏み込み力,脚酸化ヘモグロビン,前腕皮膚血流量を測定した.その結果,負荷変化前についてみると,UP条件もDOWN条件も、負荷に関する教示がある場合には,教示のない場合に比べ,負可変化前30-60秒におけるHRとMAPが上昇した.このようなHRとMAPの増加量が教示内容に対応しているかどうかについてみると,必ずしも教示内容の相違が反映された応答とはいえなかった.荷変化直後(0-2min)におけるMAPの変化には,教示条件間の相違がみられていた.教示と実際の負荷が一致した場合には,負荷変化後の応答が速やかであった.一方,教示のない場合や逆の教示が与えられた場合には,負荷変化に対する応答が遅くなった.
ESR-μSR分光による量子臨界点近傍における多自由度励起相の研究

本研究では、ESRとμSR分光を相補的に用いて、強相関系における新しい基底状態、励起状態の研究を行った。成果の1つとして重要なものは、異方的超伝導体の浸入長の決定であり、Y(Ni_<1-x>Pt_x)_2B_2C、MgB2、PrOs_4Sb_<12>に関して超伝導の対称性を決定するのに有用な情報を得た。さらに、PrOs_4Sb_<12>に関しては超伝導状態の形成に伴ってできる微弱な磁場を検知することに成功し、この物質で時間反転対称性が破れるような超伝導状態が生じていることを明らかにした。μSR分光は、キャリアドープによって生じる微弱な反強磁性転移を調べるのに威力を発揮する。この特性を利用して、Pr_<0.89>LaCe_<0.11>CuO_<4+> La_<2-x>Sr_xCuO_4などにおける微弱で乱れた磁気秩序の観測やボルテックス状態の観測などに成功し、超伝導状態の理解を深めるのに貢献した。さらに、フラストレーショシの強いLiV_2O_4において特異なスピンゆらぎを見出した。ESRを用いて、磁場によりトリップレットの金属非金属転移が引き起こされる2次元ダイマー系において、多粒子の作る束縛状態を初めて見出し、その対称性や結合状態を詳細に明らかにした。強磁場X線測定を用いた、Mn酸化物の磁場誘起非金属金属転移における格子歪みの実時間観測に成功し、磁場の変化率に応じた準安定状態が現れること、これらの準安定状態は格子の特徴的な変形を伴っていることを示した。さらに、非金属金属転移がスピン自由度のみが変化する可逆な部分と、格子変形を伴う非可逆な部分に分けられることを見出した。スピンギャップと反強磁性状態あるいは超伝導と反強磁性状態の境界にある物質群に関して、磁場とキャリアドーピングをパラメータとして、異なった基底状態間の量子相転移に着目して以下のような研究を行った。(1)スピンダイマー状態にある2次元直交ダイマー物質SrCu_2(BO_3)_2に関して、磁場でスピンギャップが消失する臨界磁場近傍において、磁気励起の異常をESRを用いて詳細に調べ、二つのダイマートリップレットが斥力で束縛状態を形成している証拠を見いだした。一般的な2粒子束縛状態は他にも知られているが、今回の系ではクーパー対のように引力ではなく、斥力で安定化されている点が新しい。さらに、強磁場中で現れるトリップレットのCDW状態において、ストライプ状態が正方格子と整合する1/4状態と整合しない1/3状態では励起スペクトルが根本的に異なることを見いだした。これは超伝導のストライプの安定性にも関連する重要な発見である。(2)μSRを用いて強相関物質の、磁気揺らぎや反強磁性の発生に関して研究を行った。具体的には、フラストレーションによって重い電子的挙動を示す遷移金属酸化物LiV2O4、第二種超伝導体CeRu2および銅酸化物超伝導体の磁束状態、強相関電子系超伝導体CeCu2Si2の磁気揺らぎの研究、強相関電子系物質(Ce,La)B6のμSRなどの研究を行い、Sr_<2.5>Ca_<11.5>Cu_<24>O_<41>、(Ln,Ca)CUO_<2.5>、La_<1-x>Sr_xCuO_<2.5>などにおいて、局所的な、乱れた反強磁性の発生を見いだした。スピンギャップと反強磁性体、超伝導体と反強磁性体あるいは異なる軌道配列をもった強磁性相をもつ物質群に着目して、キャリアドーピングや磁場などによる量子相転移やその近傍での他自由度が関連したゆらぎに着目して以下のような研究を行った。1,金属と絶縁体のふたつの強磁性相が現れるLa1-xSrxMn03(x=1/8)に関して、遠赤外分光を用いてフォノンの不安定性を研究した。その結果、ベンディングモードの領域に顕著な異常が現れること、MnO6八面体が互いに回転するような結晶対称性が起こるときに見られるトージョンモードが低温で新たに発生することが見出された。これらの格子変形は、ヤンテラーひずみ以外の格子変形が金属と絶縁体間の相転移に深く関与していることを示す重要な結果である。2,V酸化物やTi酸化物などにおいて、電荷及び軌道のゆらぎの時間スケールをESRにより研究した。V酸化物NaV2O5においては電荷のゆらぎの時間スケールがテラヘルツ領域にあることを明瞭に観測した。またTi酸化物においては、軌道のゆらぎにより異常にはやい緩和が引き起こされることを明らかにした。3,Vスピネルなどに関してフラストレーションによりもたらされる特異な基底状態の研究を行うとともに、スピネルと同様の格子構造をもつパイロクロアではじめて超伝導を示すCd2Re207の磁束状態の研究を行い、準粒子励起の構造から等方的S波超伝導であることを明らかにした。磁場やドーピングにより異なる基底状態が競合し、量子臨界的振る舞いをする系に対して、ESR-μSR分光により、その臨界性と多自由の関係に着目して以下のような研究を行った。

(1)銅酸化物超電導体においては、超伝導と磁性の共存の問題が焦点となっているが、今回特にLSCOの磁束状態にっいてμSRによる詳細な研究を行い、磁束中心における磁場の分布や超伝導状態、ノーマル状態の比率などについて明らかにした。また、および電子ドープ系(Pr, Ce)LaCuO4の酸素欠損により生じる磁性の発現に関して、μSRを用いて研究し、磁気的基底状態で有ることを確認する結果を得るとともに、温度相図を決定した。(2)スピネルおよびパイロクロア酸化物は、超伝導の発現やフラストレーションがもたらす多重度の競合などに注目が集まっている。今回、μSRによる研究により、グラス的な緩和過程を明らかにするとともに、クロスオーバー温度を決定した。(3)強い電子相関により特異な基底状態が出現するLaCoO3に関して、高周波ESRを用いてスピン系のハミルトニアンを決定し、励起状態がS=1の3重項で有ることを確定した。この事は、低スピン状態が大きなスピン-軌道相互作用によるゼロ磁場分裂であるという最近の提案を否定する結果である。また3重項の小さなゼロ磁場分裂は、強い結晶場による低スピン状態出現という通常の場合とは異なる機構の存在を示唆する。(4)酸素を媒介とする強い相互作用により出現する安定なナノサイズの高スピン分子磁性体の量子ダイナミックスに関して研究し、隠れた2重対称性による量子ヒステリシスの存在を発見した。その他梯子物質の磁場中の振る舞いなどを明らかにした。本研究では、ESRとμSR分光を相補的に用いて、強相関系における新しい基底状態、励起状態の研究を行った。成果の1つとして重要なものは、異方的超伝導体の浸入長の決定であり、Y(Ni_<1-x>Pt_x)_2B_2C、MgB2、PrOs_4Sb_<12>に関して超伝導の対称性を決定するのに有用な情報を得た。さらに、PrOs_4Sb_<12>に関しては超伝導状態の形成に伴ってできる微弱な磁場を検知することに成功し、この物質で時間反転対称性が破れるような超伝導状態が生じていることを明らかにした。μSR分光は、キャリアドープによって生じる微弱な反強磁性転移を調べるのに威力を発揮する。この特性を利用して、Pr_<0.89>LaCe_<0.11>CuO_<4+> La_<2-x>Sr_xCuO_4などにおける微弱で乱れた磁気秩序の観測やボルテックス状態の観測などに成功し、超伝導状態の理解を深めるのに貢献した。さらに、フラストレーショシの強いLiV_2O_4において特異なスピンゆらぎを見出した。ESRを用いて、磁場によりトリップレットの金属非金属転移が引き起こされる2次元ダイマー系において、多粒子の作る束縛状態を初めて見出し、その対称性や結合状態を詳細に明らかにした。強磁場X線測定を用いた、Mn酸化物の磁場誘起非金属金属転移における格子歪みの実時間観測に成功し、磁場の変化率に応じた準安定状態が現れること、これらの準安定状態は格子の特徴的な変形を伴っていることを示した。さらに、非金属金属転移がスピン自由度のみが変化する可逆な部分と、格子変形を伴う非可逆な部分に分けられることを見出した。
ニューロン新生を指標とした脳発達リスク評価法の確立に関する研究

小規模スクリーニングに適う新規発達神経毒性評価法の体系化を目的に、海馬ニューロン新生をエンドポイントとして、ラットで各モデル物質での標的性と傷害の機序を明らかにした。同様の傷害性はマウスでも確認され、メチル化変動遺伝子の網羅的解析により、影響が不可逆な物質と可逆的物質のそれぞれで見出された介在ニューロン遺伝子の過メチル化の持続、可逆性を確認した。更に、発達期曝露系で見出した介在ニューロン遺伝子の過メチル化は成熟期曝露障害時には認めなかったが、形態形成遺伝子はラットの系で不可逆な発現障害を示した。以上より、メチル化変動による不可逆影響分子指標を取り入れた発達神経毒性評価法の体系化が前進した。本研究では、学習・記憶の中枢である海馬歯状回のニューロン新生に着目し、ラットとマウスを用いて、神経幹細胞の他、シナプス・軸索や髄鞘の形成過程を標的とした傷害機序を解明する。更に、マウスの系で、新生ニューロンに受け継がれる遺伝子のメチル化変動を網羅的にスクリーニングし、ラットで評価可能な影響の不可逆性指標を確立する。25年度は、神経幹細胞の増殖・移動阻害物質であるメチルニトロソ尿素(MNU)と軸索末端傷害物質である3,3'-イミノジプロピオニトリル(IDPN)を選択し、ラットとマウスの発達期暴露実験を実施した。MNUは、胎生後期に単回あるいは短期間、母動物を介して暴露した結果、ラット、マウス共に、子動物の歯状回顆粒細胞のニューロン新生傷害影響として、離乳時にニューロン新生過程後期の前駆細胞の減少と、それに伴う介在ニューロンサブポピュレーションの分布変化が認められたものの、性成熟後にはそれらの影響の消失することが見出された。このことより、MNUの胎生期での一過性の暴露によるニューロン新生の標的細胞は一時的増幅細胞である前駆細胞であり、幹細胞は保護されているものと判断された。また、MNU暴露マウス子動物では、既にニューロン新生傷害関連過メチル化遺伝子として見出しているPvalb、Mid1、Nr2f1のmRNA発現の下方制御は確認されなかったため、網羅的メチル化変動解析は実施しなかった。IDPNの発達期暴露実験では、ラットとマウスともに暴露終了時である離乳時に歯状回門部に存在するGABA性介在ニューロンのうち、reelinないしPvalb陽性細胞数がともに減少を示すことを見出した。また、マウスの実験で得られた海馬歯状回よりゲノムDNAを抽出し、次世代シークエンシング法によりメチル化変動遺伝子の網羅的探索を実施し、遺伝子調節領域の過メチル化されている遺伝子を同定した。本研究では、学習・記憶の中枢である海馬歯状回のニューロン新生に着目し、ラットとマウスを用いて、神経毒性物質の発達期暴露による神経幹細胞の他、シナプス・軸索や髄鞘の形成過程を標的とした傷害機序を解明する。更にマウスで、新生ニューロンに受け継がれる遺伝子のメチル化変動を網羅的にスクリーニングし、マウスとラットで影響の不可逆性が評価可能な指標を確立する。26年度は、脱髄誘発性のヘキサクロルフェン(HCP)についてマウスとラットで検討し、両種に共通してニューロン新生の分化中期の傷害性と、それに対するコリン作動性入力障害の関与の可能性を見出した。また、25年度に胎生期短期間投与影響を検討した神経幹細胞の増殖・移動阻害物質であるメチルニトロソ尿素(MNU)について、マウスで今度は持続的投与影響を検討し、分化初期の傷害性を示唆する幹細胞の可逆的増加を見出した。25年度に検討を始めた軸索末端傷害物質の3,3'-イミノジプロピオニトリル(IDPN)では、マウスとラットに共通して分化後期の傷害性を見出し、マウスでは影響が不可逆的であった。また、マウスのHCPとIDPN暴露例の海馬歯状回での次世代シークエンシング解析による過メチル化遺伝子を同定した。一方、成熟マウスにマンガン(Mn)を暴露し、脳内にMnが蓄積する投与期間で発達期暴露と同じニューロン新生の分化後期障害性とPvalb発現の下方制御を見出したが、下方制御は発達期暴露とは異なって過メチル化に依らず、蓄積Mnの毒性による顆粒細胞のBDNFシグナルの低下による可能性が示された。更にマウスのMn発達期暴露で過メチル化した形態形成遺伝子Mid1に着目して、ラットの発達期甲状腺機能低下によるニューロン新生障害時でのMID1とSHHの発現細胞の分布を検討し、いずれも暴露終了時で発現の左右差が消失し、MID1は成熟後まで持続することを見出した。本研究は、学習・記憶の中枢である海馬歯状回のニューロン新生に着目し、ラットとマウスを用いて、神経毒性物質の発達期曝露による神経幹細胞、シナプス・軸索や髄鞘の形成過程を標的とした傷害機序の解明を目的とする。更にマウスで、新生ニューロンに受け継がれるメチル化変動を網羅的にスクリーニング解析し、不可逆的ニューロン新生障害指標の確立を目指した。27年度は、酢酸鉛のニューロン新生の分化中期の傷害性とそれに対する歯状回門のGABA性介在ニューロンの持続的な増加、および軸索障害物質であるグリシドールの遅発的なGABA性介在ニューロンへの影響を見出した。また、次世代シークエンシング法による発現調節領域のメチル化変動遺伝子を探索した結果、3,3'-イミノジプロピオニトリルでは、3遺伝子(Kiss1,Edc4,Mrpl38)でメチル化配列を特定しmRNA発現量の減少を確認した。