hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
大脳皮質神経細胞へのシナプス入力の定量的解析

以上のin vivo imaging結果がシナプスの動態を反映している事を証明するため、in vivo imaging観察後、動物をかんりゅう固定し、脳を組織処理して電子顕微鏡で同一部位を観察した。In vivo imagingでラベルされていた場所は、電子顕微鏡観察によりシナプスである事を確認した。この抑制性シナプスの特異的なon/off動態は、その興奮性入力を選択的に抑制する事をリバーシブルにon/offする機能的な可塑的変化を神経回路が必要としている事のあらわれであろうと推測できる。申請書に記載した実験計画を着実に実行し、成果をあげる事ができた。従って、本研究は、概ね順調に進展していると考えている。錐体細胞は、同じ層にものでも投射先や形が異なり、サブタイプが存在する事が次第に明らかになってきた。その中で、本研究では、5層にある脊髄(橋)投射型の錐体細胞(CPn細胞)と対側の線条体に投射している対側投射型錐体細胞(CCS細胞)に着目し解析した。本年度は、連続EM像からの3次元再構築法を使った樹状突起の形状解析を行った。その結果、樹状突起の分岐部はRallの3/2乗則を満たす事、樹状突起の断面積はその位置から先端までの樹状突起ブランチの総延長に比例する事、樹状突起の断面は楕円である事を見出した。また、それらの3次元再構築した樹状突起のセグメントに存在する棘突起の分布と形状を解析した。棘突起は、有効なシナプス刺激が入力すると大きくなりAMPA受容体が挿入される事が良く知られている。錐体細胞のどの樹状突起に大きな頭部をもつ樹状突起が頻度高く見られるかは、学習という観点からとても重要である事を念頭に、3次元再構築した樹状突起セグメントから出る樹状突起の頭部、柄部,シナプス接合面積等の形状を計測した。結果、細胞体に近い樹状突起により大きな棘突起頭部をもつものが多いことを見出した。さらに、棘突起の樹状突起上の分布密度を解析したところ、細胞体に近いところではほとんど棘突起は観察できなかったが、細胞体から離れるにつれ徐々に分布密度を上げ細胞体から250ミクロンほど離れた樹状突起では最大密度(4個/ミクロン)になり、それよりも遠くにいくに従って徐々に密度を落として、tuft樹状突起では一定の密度(1個/ミクロン)に落ち着いた。1層のtuft樹状突起には可塑的な変化を起こす余裕があることが想像できる。申請書に記載した実験計画を実行し、成果を上げることができた。成果を学会のシンポジウムや論文ですでに一部は発表済みである。ただし、データの一部を使って論文を執筆作成中であり、当初計画を延長した。本研究では、大脳皮質の各種の錐体細胞と非錐体細胞に入力する神経終末(錐体細胞からの興奮性入力、視床からの興奮性入力、非錐体細胞からの抑制性入力)の分布様式を詳細に検討した。本研究のまとめとして、本年度は、申請書に記載した実験である抑制性シナプスと興奮性シナプスが同時に入力している棘突起(dually innervated spine: DiS)の興奮性シナプスは、視床のどの核由来の興奮性神経かを解析する研究を本格的に開始した。本研究により大脳皮質のマイクロサーキットの機能構築の一部を明らかにできた成果は、今後の皮質の動作原理の解析に十分な貢献をしたと考えている。大脳皮質はヒトが生きて行く上で必要な脳機能を司る。
モチーフのＬ関数とレギュレーターの特殊関数論的な研究

以前から行っていた朝倉政典氏との共同研究については、本年度中に2篇の論文が掲載され、2篇の論文が受理(1篇はオンラインで掲載済み)された。また、朝倉氏、寺杣友秀氏との共著論文1篇も受理(オンラインで掲載済み)された。これらは、超幾何ファイブレーションと呼ばれる多様体族の$K_1$レギュレーターに関する一連の研究に属するものである。これまでの研究で、このような多様体族のレギュレーターは一般超幾何関数${}_3F_2$の特殊値で表されることが分かっていた。新しい研究の一つは、上記の結果を変動させるものであり、レギュレーターには一般超幾何関数そのものが現れる。また応用として、考えるモチーフがTateモチーフとなる場合、一般超幾何関数の特殊値が代数体の単数のlogで表される。そのような具体例を与えるとともに、その変動版も得ることができた。Bruno Kahn氏との共同研究では虚数乗法を持つモチーフ(CMモチーフ)の不変量について研究を進めている。2018年4月にKahn氏を千葉大学に招聘し、討論を行った。その結果、アーベル型のモチーフに対しては、Gross-Deligneの周期予想、そのフロベニウス類似、Mumford-Tate予想などが成り立つことが分かった。この結果はシドニーにおける国際研究集会で発表した。また、超幾何関数についての基礎研究を行い、ガウス超幾何微分方程式の新しい標準形を発見した。そしてその応用として、様々な変換公式の統一的かつ簡明な証明を与えた。さらに、$q$超幾何関数(または基本超幾何関数)に対しても、類似の標準形を与え、Eulerの変換公式の$q$類似であるHeineの変換公式の新証明を与えた。超幾何ファイブレーションのK_1に対するレギューレーターに関する朝倉政典氏との共同研究、および一般超幾何関数の特殊値の「log公式」に関する朝倉氏、寺杣友秀氏との共同研究は予定どおり論文にまとめられ、本年度中に2篇が掲載済み、3篇が受理済み(うち2篇はオンラインで掲載済み)である。虚数乗法を持つモチーフの不変量に関するBruno Kahn氏との共同研究も、概ね順調に進展している。このようなモチーフがアーベル型である場合、それはCMアーベル多様体に付随するモチーフの積に分解する。特に、アーベル体にCMを持つ場合は、フェルマー曲線に付随するモチーフの積に分解する。また、このようなモチーフに対して、p進ホッジ理論を用いて定義されるp進周期についても新たな応用が見つかっている。また、超幾何関数論の数論への応用を探る中で、予想外に、超幾何関数の基礎研究に関しても進展を得ることができた。超幾何関数が満たす超幾何微分方程式は、ガウス以来長年にわたりよく研究されてきたものである。その微分方程式に対して、新たな標準形を発見した。超幾何関数は多くの変換公式を満たすということが知られており、現在も多くの研究がなされている。このような変換公式は様々な方法で発見、証明されてきたが、上の標準形を用いると、これらの統一的かつ簡明な証明を与えることができる。この標準形は他にも様々な一般化や応用が期待できる。Bruno Kahn氏との共同研究を継続して発展させる。特に、アーベル型のCMモチーフのp進周期について、複素周期の場合と同様の結果を証明する。さらに、レギュレーターへの応用を研究したい。Eメールによる討論、打ち合わせを継続するとともに、必要に応じてKahn氏を訪問、または招聘して討論を行う。2019年度は計画通り、国際研究集会「Regulators in Niseko 2019」(世話人:朝倉政典、大坪紀之、佐藤周友、都築暢夫)を開催する。この集会にはモチーフとL関数に関連する研究を専門とする研究者が多く集まる。最新の知見を得るとともに、本研究を推進するために有益な討論を行う。超幾何関数の変換公式について、その一般超幾何関数への一般化、多変数超幾何関数への一般化を研究する。特に、一般超幾何関数に対するClausen、Orr、Whipple、Baileyらの公式の新しい簡明な証明を見つけたい。また、超幾何微分方程式の新しい標準形は、変換公式のみならず、多くの応用を持つということが期待できる。例えば、重さが負のEisenstein級数の超幾何関数による表示(Ramanujanの公式の一般化)という数論的な応用が期待できる。そのような結果の、モチーフのL関数の特殊値に関する予想(Beilinson-Bloch-加藤予想)への応用を研究する。例として、フェルマー型のモチーフのL関数の特殊値を超幾何関数で記述する公式を発見、証明したい。さらに、モチーフのレギュレーターとそれらの関係を調べるなど、多角的に問題に取り組むことが重要である。

また応用として、考えるモチーフがTateモチーフとなる場合、一般超幾何関数の特殊値が代数体の単数のlogで表される。そのような具体例を与えるとともに、その変動版も得ることができた。Bruno Kahn氏との共同研究では虚数乗法を持つモチーフ(CMモチーフ)の不変量について研究を進めている。2018年4月にKahn氏を千葉大学に招聘し、討論を行った。その結果、アーベル型のモチーフに対しては、Gross-Deligneの周期予想、そのフロベニウス類似、Mumford-Tate予想などが成り立つことが分かった。この結果はシドニーにおける国際研究集会で発表した。また、超幾何関数についての基礎研究を行い、ガウス超幾何微分方程式の新しい標準形を発見した。そしてその応用として、様々な変換公式の統一的かつ簡明な証明を与えた。さらに、$q$超幾何関数(または基本超幾何関数)に対しても、類似の標準形を与え、Eulerの変換公式の$q$類似であるHeineの変換公式の新証明を与えた。超幾何ファイブレーションのK_1に対するレギューレーターに関する朝倉政典氏との共同研究、および一般超幾何関数の特殊値の「log公式」に関する朝倉氏、寺杣友秀氏との共同研究は予定どおり論文にまとめられ、本年度中に2篇が掲載済み、3篇が受理済み(うち2篇はオンラインで掲載済み)である。虚数乗法を持つモチーフの不変量に関するBruno Kahn氏との共同研究も、概ね順調に進展している。このようなモチーフがアーベル型である場合、それはCMアーベル多様体に付随するモチーフの積に分解する。特に、アーベル体にCMを持つ場合は、フェルマー曲線に付随するモチーフの積に分解する。また、このようなモチーフに対して、p進ホッジ理論を用いて定義されるp進周期についても新たな応用が見つかっている。また、超幾何関数論の数論への応用を探る中で、予想外に、超幾何関数の基礎研究に関しても進展を得ることができた。超幾何関数が満たす超幾何微分方程式は、ガウス以来長年にわたりよく研究されてきたものである。その微分方程式に対して、新たな標準形を発見した。超幾何関数は多くの変換公式を満たすということが知られており、現在も多くの研究がなされている。このような変換公式は様々な方法で発見、証明されてきたが、上の標準形を用いると、これらの統一的かつ簡明な証明を与えることができる。この標準形は他にも様々な一般化や応用が期待できる。Bruno Kahn氏との共同研究を継続して発展させる。特に、アーベル型のCMモチーフのp進周期について、複素周期の場合と同様の結果を証明する。さらに、レギュレーターへの応用を研究したい。Eメールによる討論、打ち合わせを継続するとともに、必要に応じてKahn氏を訪問、または招聘して討論を行う。2019年度は計画通り、国際研究集会「Regulators in Niseko 2019」(世話人:朝倉政典、大坪紀之、佐藤周友、都築暢夫)を開催する。この集会にはモチーフとL関数に関連する研究を専門とする研究者が多く集まる。最新の知見を得るとともに、本研究を推進するために有益な討論を行う。
超広視野屈折光学系を用いた超高エネルギー宇宙線観測装置の性能評価

現在、宇宙から10^<20>eVを超える超高エネルギー宇宙線が存在していることが知られている。東大宇宙線研の明野広域空気シャワー観測装置(AGASA)では1990年から世界最大の検出面積(100km^2)で観測を続けており今までに10例を超える10^<20>eV以上の宇宙線を観測した。その起源についてさまざまなモデルが提唱されているが、主に統計精度不足のためにまだ解明されていない。この起源を明らかにするためには、AGASAより更に大きな検出面積を持つ装置が必要である。検出面積を劇的(約1000倍)に増やすために、EUSO、OWLなど宇宙から超高エネルギー宇宙線による空気シャワー現象を観測する計画が進行中である。本研究ではEUSOで実際に使われる予定の望遠鏡光学系シミュレーションコードを完成し、フレネル形状を含めた収差を計算できるようになった。実際に作成された1/6スケールフレネルレンズと計算結果を比較し、よく再現できていることが確かめられた。また、解析的手法を用いた空気シャワー生成と大気蛍光、チェレンコフ光発生、大気中での光の伝播の高速シミュレーションコードを開発し、望遠鏡シミュレーションコードと合わせて、トリガー条件の最適化についての検討と、EUSOで期待される性能(エネルギー閾値5×10^<19>eV、角度決定精度など)の評価を行った。この高速シミュレーションコードで用いられるシャワーモデルをより現実的なものにするためフルモンテカルロシミュレーションCORSIKAを用いてデータベースの構築をし、データベースを利用して生成したシャワーについて同様にEUSOの性能評価を行い、解析的なシャワーを用いた場合とほぼ同じ結果を得た。東京大学宇宙線研究所明野観測所の明野広域空気シャワー観測装置(AGASA)では1990年から世界最大の検出面積(100Km^2)で観測を続けており今までに10例を超える10^<20>eV以上の宇宙線を観測した。このような宇宙線が陽子であれば我々の銀河系内には閉じ込められず銀河系外起源であると推定される。銀河系外から来ているとすれば、その伝播過程においてビッグバンの名残である2.7K背景輻射の光子と衝突をし、破砕されるため10^<20>eVを超えるような宇宙線は存在しないと考えられていた。その起源として天体で加速されたとするモデルに加え、宇宙初期に生成された宇宙ひもの崩壊によるモデルなど、素粒子論、宇宙論に密接するような論文も多数、発表されている。検出面積を劇的に増やすために、EUSO、OWLなど宇宙から超高エネルギー宇宙線による空気シャワー現象を観測する計画が進行中である。このような観測方法は世界初であり、検出性能に対する詳細な評価が必要である。本研究課題ではEUSOで実際に使われる予定の望遠鏡の光学系シミュレーションコードの完成し、実際の収差を含めた空気シャワーイメージの評価ができるようになった。また、解析的手法を用いた空気シャワー生成と大気蛍光、チェレンコフ光発生、伝播の高速シミュレーションコードを開発中である。この高速シミュレーションコードで用いられるシヤワーモデルをより現実的なものにするためフルモンテカルロシミュレーションによるデータベースの構築を予定している。本年度はデータベース生成のための条件の最適化を行い、現在、データを生成中である。次年度に、これらを用いて種々の性能評価を行い発表する予定である。
窒素酸化物の吸蔵機能を有する層状複合酸化物触媒の開発と応用

本研究では、二重層状銅酸化物La_<2-x>Sr_<1+x>Cu_2O_6(Sr系)を新たに合成し、そのNO吸収脱離特性を詳細に検討した。われわれがこれまで報告しているLa_<2-x>Ba_xSrCu_2O_6(Ba系)のNO吸収特性との違いに着目し、固体構造および物性との相関を明らかにした。Sr系のNO吸収量および吸収速度(250°C)は、酸素欠陥の配列に起因する斜方晶超格子の生成に伴って増加し、x=1.4で最大値を示した。XRDおよびFT-IR測定によると、NO吸収はインターカレーションではなく、硝酸塩・亜硝酸塩の形成によって進行する。吸収後の試料を加熱すると,370、450および530°CにNO脱離ピークを与えるが、N_2の脱離はほとんど認められない。すなわち、Sr系では可逆的にNOが脱離する。また、水蒸気存在下、試料に1%NOを供給しながら、吸収温度(250°C)と脱離温度(500700°C)との間で温度スウィングを繰り返したところ、50サイクル以上にわたって安定したNO除去と放出が繰り返されることが分かった。以上の結果、二重層状銅酸化物La_<2-x>M_xSrCu_2O_6(M=Ba,Sr)はいずれも置換に伴って生じる規則的酸素欠陥構造において、高いNO吸収性を示すことが明らかになった。Ba系が層間へのインターカレーションによってNOを格子内に取り込むのに対して、Sr系は硝酸塩もしくは亜硝酸塩の形成によってNO吸収を引き起こす。吸収NOのN_2としての解離的放出はBa系についてのみ認められ、インターカレーションに特有の現象である。このようなNOに対する異なる反応性はアルカリ土類元素の塩基性とイオン半径に依存すると推定される。BaはSrに比べて強い塩基性を示すため、NOとの反応性に富む。また、アルカリ土類元素はCUO_5層間に位置するため、イオン半径の大きいBaはより大きな層間距離を生じる。このため、NOインターカレーションを引き起こす上での立体的障害も比較的小さいことが予想される。二重層状銅酸化物La_<2-x>Ba_xSrCu_2O_6(Ba系)は、インターカレーションによってNOを高速に吸収するため、希薄NOの分離回収に利用可能な固体吸収材料への応用が期待される。本研究では、Baを含まない類似化合物La_<2-x>Sr_<1+x>Cu_2O_6(Sr系)を合成し、NOの吸収脱離特性を詳細に調べた。水蒸気処理後のSr系試料(x=02.0)の200°CにおけるNO吸収はx>0.5の組成で認められ、x=1.4において最高の吸収初速度に達した。XRD測定によると調製後のx=1.4の試料は、二重層状銅酸化物、SrCuO_2およびSr_2CuO_3の混合物である。水蒸気処理およびNO吸収後、SrCuO_2相の回折強度が変化しないのに対して、二重層状構造に起因する回折強度は著しく減少した。SrCuO_2およびSr_2CUO_3単一相を合成し、NO吸収速度を測定したところ、x=1.4の試料に比べて、低い初速度を示した。以上の結果から、NO吸収に最も有効な結晶相はBa系と同様に二重層状銅酸化物である。FT-IR測定によるとNO吸収後の試料にはNO_2^-が含まれ、その脱離は200°C以上で開始し、Ba系に比べて、約100°C低温で完結した。脱離種としては、NOの他にO_2および微量のNO_2が確認されたが、N_2は全く生成しない。すなわち、Sr系試料のNO吸収脱離は可逆的でBa系が吸収NOを解離的に放出する反応とは異なる機構で進行する。Sr系試料(x=1.4、0.2g)に約50torrの飽和水蒸気を含む1vol%NO/Heを供給しながら、反応温度を250°Cおよび500°Cで周期的に変動させた。初サイクルにおいて250°Cで供給したNOの90%以上は除去され、500°Cで脱離した。2サイクル以降ほぼ一定(0.28mol/mol)の吸収と脱離が可逆的に繰り返された。NO吸収は共存する水蒸気および共存酸素によって同様に促進されるが、CO_2による阻害を受けた。

XRDおよびFT-IR測定によると、NO吸収はインターカレーションではなく、硝酸塩・亜硝酸塩の形成によって進行する。吸収後の試料を加熱すると,370、450および530°CにNO脱離ピークを与えるが、N_2の脱離はほとんど認められない。すなわち、Sr系では可逆的にNOが脱離する。また、水蒸気存在下、試料に1%NOを供給しながら、吸収温度(250°C)と脱離温度(500700°C)との間で温度スウィングを繰り返したところ、50サイクル以上にわたって安定したNO除去と放出が繰り返されることが分かった。以上の結果、二重層状銅酸化物La_<2-x>M_xSrCu_2O_6(M=Ba,Sr)はいずれも置換に伴って生じる規則的酸素欠陥構造において、高いNO吸収性を示すことが明らかになった。Ba系が層間へのインターカレーションによってNOを格子内に取り込むのに対して、Sr系は硝酸塩もしくは亜硝酸塩の形成によってNO吸収を引き起こす。吸収NOのN_2としての解離的放出はBa系についてのみ認められ、インターカレーションに特有の現象である。このようなNOに対する異なる反応性はアルカリ土類元素の塩基性とイオン半径に依存すると推定される。BaはSrに比べて強い塩基性を示すため、NOとの反応性に富む。また、アルカリ土類元素はCUO_5層間に位置するため、イオン半径の大きいBaはより大きな層間距離を生じる。このため、NOインターカレーションを引き起こす上での立体的障害も比較的小さいことが予想される。
骨吸収阻害薬により惹起される顎骨壊死の分子機構－骨細胞・骨芽細胞の関与について－

ビスフォスフォネート(BP)製剤や抗RANKL抗体は、作用機序は異なるものの強力な骨吸収抑制作用を示し、有害事象として顎骨壊死を生じさせることがある。本研究は、発症機序が不明である顎骨壊死の病態形成機構を明らかにするため、卵巣摘出術を施した閉経後骨粗鬆症動物モデルを用いて骨細胞および骨芽細胞に注目した解析を行った。BP製剤、抗RANKL抗体のいずれの骨吸収抑制薬もエストロゲン欠乏状態下で骨量を増加させたが、骨細胞機能や骨芽細胞の分化・機能に関連する分子の発現変化に、それぞれの骨吸収抑制薬における違いが見られた。よって、BP製剤と抗RANKL抗体では骨形成に対する影響が異なることが示唆された。Bisphosphonate(BP)製剤やヒト抗RANKLモノクローナル抗体(Denosumab)などの破骨細胞の機能を抑制する薬剤を投与されている患者は、抜歯などの歯科的侵襲を受けたのちに顎骨壊死を生ずる事がある。しかし、詳細な発症機序は明らかではなく、治療に苦慮している。そこで、BPおよび抗RANKL抗体で引き起こされる顎骨壊死の病態形成機構について骨細胞・骨芽細胞の機能変化に着目した動物実験を行った。本年度は、動物モデルの作製と顎骨からの骨細胞単離法の確立について検討した。骨細胞マーカーであるDmp1・Sostおよび骨芽細胞マーカーKeraの遺伝子発現量をリアルタイムPCR法により測定した。長管骨からの骨細胞・骨芽細胞単離については安定して骨細胞に富む細胞集団と骨芽細胞に富む細胞集団を別々に単離できることを確認したが、顎骨からの単離は解剖学的構造が長管骨よりも複雑である手技の安定にまでは至らず、さらなる検討を行っている。また、骨吸収阻害薬を投与した動物モデルの作製においては25週齢以上のC57BL/6Jマウスにゾレドロン酸およびマウス抗RANKL中和抗体OYC1の皮下投与を行ったマウスを作成し、現在検討中である。Bisphosphonate(BP)製剤やヒト抗RANKL抗体(Denosumab)などの骨吸収阻害剤を投与されている患者は、抜歯などの歯科的侵襲を受けたのちに難治性の顎骨骨髄炎(顎骨壊死)を生ずることがある。そこで、BPおよび抗RANKL抗体で引き起こされる顎骨壊死の病態形成機構について骨細胞・骨芽細胞の機能変化に着目した動物実験を行っている。昨年度は長管骨小片をコラゲナーゼによる基質の分解とEGTAによる脱灰を反復することで骨芽細胞および骨細胞に富んだ細胞集団をそれぞれ単離することができた。本年度はゾレドロン酸を週1回投与したBP投与マウスを作成し、BPによる顎骨への影響を検討した。ゾレドロン酸を週1回0.3mg/kg投与し1か月飼育したマウスは長管骨骨端部の海綿骨量を大幅に増加させただけでなく、下顎枝皮質骨厚が対照群と比較して増加したのを確認した。一方、臼歯歯槽部の骨量および骨梁構造については対照群と比較し著明な増加までは至らなかった。また、Wntシグナルの阻害因子であるスクレロスチンをコードするSOST遺伝子の発現について、下顎骨および口蓋骨より単離したtotal RNAを用いてRT-PCRを行ったが、十分な結果を得るまでには至らなかった。これらのことから、顎骨からの骨芽細胞および骨細胞に富む細胞集団をそれぞれ単離する必要があると思われる。また、今後は骨吸収阻害薬により影響される顎骨におけるWntシグナルの変化に注目した実験を行ってゆく予定である。骨吸収阻害薬投与し1か月間飼育することで長管骨と同様に顎骨にもその影響が及んでいることが判明した。興味深いことに下顎骨におけるSOST遺伝子の発現が対照群と比較して増加していた。Bisphosphonate(BP)製剤やヒト抗RANKL抗体などの骨吸収抑制薬を投与されている患者は、難治性の顎骨骨髄炎(顎骨壊死)を生ずることがある。しかし、詳細な発症機序は明らかではない。そこで、骨吸収抑制薬で引き起こされる顎骨壊死の病態形成機構について骨細胞・骨芽細胞の機能変化に着目した動物実験を行っている。15週齢のC57/BL6J雌マウスに対して、ゾレドロン酸を0.8mg/kg/weekを週2回腹腔内投与したBP反復投与マウスモデルを作成し、BPによる顎骨への影響を検討している。前年度は、BP反復投与マウスの長管骨骨端部の海綿骨量を増加させるだけでなく、下顎枝皮質骨厚が対照群と比較して増加したのを確認した。これによりBP反復投与は長管骨だけでなく顎骨にも影響を及ぼすことを確認した。次に、骨形成に関るWntシグナルの阻害因子であり、骨細胞特異的に産生されるSclerostinに着目した。まずは、骨におけるSclerostinをコードするSost遺伝子発現をリアルタイムPCR法にて確認した。その結果、BP反復投与1か月のマウスより摘出した長管骨におけるSost発現にはBP投与で変化をみとめないものの、上顎口蓋におけるSost発現はBP反復投与で優位に高値を示した。一方、骨の石灰化やリン代謝に関与する骨細胞マーカー遺伝子Dmp1の遺伝子発現にはいずれも変化なかった。ところが、血清中のSclerostin濃度を測定したところ、BP投与群は対照群と比較して有意に低値を示した。

次に、長管骨・顎骨におけるSclerostinの免疫染色を行ったところ、BP投与群の骨中にはSclerostinが多く分布していることが判明した。以上の結果からBPは骨細胞機能の変化を与えることが示唆されたが、その機能変化を考察するには部位、成長段階(週齢)を考慮する必要があった。骨細胞は骨基質中に埋没し、骨形成と骨吸収により成立するカップリング機能の調節を担う細胞として注目されている。本年度においてWntシグナルの抑制因子であるSclerostinに注目することで骨吸収抑制薬による骨細胞機能の変化を捉えることができた。また、顎骨と長管骨ではSclerostinおよびSost遺伝子発現に差異が生じている事から、顎骨壊死の病態形成に対して何らかの影響を及ぼしている可能性を見出す事ができた。骨粗鬆症治療薬としてビスフォスフォネート製剤や抗RANKL抗体などの骨吸収抑制薬の投与が広く行われている。これらは非常に大きなメリットをもたらすが、顎骨壊死などの特有な副作用があり歯科領域での関心も高い。本研究は、骨吸収抑制薬であるゾレドロン酸(ZOL)と抗RANKL抗体の影響について、閉経後骨粗鬆症モデルマウスを用い、骨細胞・骨芽細胞に着目して検討した。9週齢マウスに卵巣摘出術(OVX)を施行し、術後2週目からZOL 200 μg / kgを週2回、1ヶ月間腹腔内投与した(OVX-Z)。なお、非OVXマウスにZOLを投与したものをZとした。抗RANKL抗体投与モデルは、9週齢マウスをOVXし、術後2週目に抗RANKL抗体を5 mg / kg 1回、皮下注射し、1ヶ月間飼育した(OVX-D)。薬剤非投与マウスを対照とした(C、OVX-C)。長管骨におけるマイクロCT解析では、OVX-Z、OVX-DはOVX-Cと比較して有意な骨量増加を認めた。しかし、OVX-ZとZとの骨量差がCとZとの差より大きく、OVX状態でZOLが骨形成を抑制している可能性が考えられた。そこで、骨細胞特異的な骨量調節因子Sclerostinの発現を検討した。Sost遺伝子発現はOVX-Cと比較してOVX-Zで変化がなく、OVX-Dで有意に上昇した。皮質骨中のSclerostin発現を免疫染色にて検討したところ、OVX-ZではOVX-Cと比較して減弱し、OVX-DではOVX-Cと比較して骨小腔、細胞質、骨細管、骨基質での染色性が強くなった。また、Col1aとDmp1の遺伝子発現はOVX-DのみOVX-Cと比べて有意に増加した。したがって、2つの骨吸収抑制薬はいずれも骨量増加作用を示す一方、骨細胞・骨芽細胞への影響は異なる可能性が示唆された。ビスフォスフォネート(BP)製剤や抗RANKL抗体は、作用機序は異なるものの強力な骨吸収抑制作用を示し、有害事象として顎骨壊死を生じさせることがある。本研究は、発症機序が不明である顎骨壊死の病態形成機構を明らかにするため、卵巣摘出術を施した閉経後骨粗鬆症動物モデルを用いて骨細胞および骨芽細胞に注目した解析を行った。BP製剤、抗RANKL抗体のいずれの骨吸収抑制薬もエストロゲン欠乏状態下で骨量を増加させたが、骨細胞機能や骨芽細胞の分化・機能に関連する分子の発現変化に、それぞれの骨吸収抑制薬における違いが見られた。よって、BP製剤と抗RANKL抗体では骨形成に対する影響が異なることが示唆された。
生理活性を有する脳血管内治療用デバイスの開発研究

生理活性を有する脳血管内治療用デバイスの開発研究を行った。1)硫酸化ジェランをプラチナコイルの中空糸に加工し、Tenascin-Cを結合させることにより、生理活性を高めた脳動脈瘤塞栓用コイルを製作した。2)高分子素材によるナノファイバーを作成し、エレクトロデポジット法によりステント表面に薄い被膜を形成し、柔軟性を持ったカバードステントを作成した。3)頚動脈ステント留置術に用いられるポリウレタン製の遠位塞栓防止用フィルターデバイスを、ウロキナーゼコーティングすることにより抗血栓性を付加することが可能となった。脳血管内治療は、良好な治療成績から適応が拡大する一方で、限界点や問題点も明らかになってきた。脳動脈瘤コイル塞栓術においては、動脈瘤の形態に制限され完全閉塞が得られない症例があること、特に動脈瘤の入口部の閉塞が不完全のため、再発の頻度が少なくない等の問題がある。また、頚動脈ステント術では、遠位塞栓をいかに防ぐかが問題となっている。さらに、コイルやステントは金属製の異物であるため、血管内に留置した際の血栓形成や炎症反応に留意しなければならない。そこで、これらの諸問題を解決し、安全かつ確実な脳血管内治療を行うために、従来にはない全く新しい発想のデバイスや治療法を開発する必要に迫られている。本研究では、薬理学・再生医学より得られた最新の知見を基礎に、脳血管内治療に対してより安全かつより治療成績の向上を得られるデバイスの開発を行う。本年は、硫酸化ジェランを、脳動脈瘤塞栓術に用いるプラチナコイルの中に通す伸展予防用(ストレッチレジスタント)の糸として使用し、Tenascin-C(TNC)を結合させることにより、通常のプラチナコイルと物性は変わらずに生理活性のみを高めたコイルを製作した。現在、ラット動脈瘤モデルの動脈瘤内に、硫酸化ジェラン加工糸を中空にいれた直線状の短いプラチナコイルを留置し、肉眼的および組織学的に最も優れた血栓の器質化促進効果を有する硫酸化ジェラン加工糸の評価を行っている。また、エレクトロスピニング法(静電紡糸法)により高分子素材(ポリウレタン)によるナノファイバーを作成し、それを用いてステント表面に非常に薄い被膜を形成し、理想的な柔軟性を持ったカバードステントを作成し、ウサギの血管に留置し、急性期の抗血栓性および長期の抗血栓性、留置した血管壁の肥厚・血管内腔の狭窄について検討を進めている。本年は、抗血栓性を有する頚動脈ステント用フィルターデバイスを開発する目的で、頚動脈ステント留置術(CAS)の際に用いられるポリウレタン製の遠位塞栓防止用フィルターデバイスを、ヘパリン原液またはウロキナーゼ溶液を浸漬した後にCASを行い、術後の状態を走査電子顕微鏡で観察した。また、ヘパリンまたはウロキナーゼを浸漬させたポリウレタンにおいて、フィブリンネット形成の抑制効果をin vitroで比較検討した。その結果、走査電子顕微鏡所見では、ウロキナーゼ群では11%のみにフィブリンネットが認められた。また、in vitroの検討では、ウロキナーゼはポリウレタン上に長時間コーティングされており、ウロキナーゼをコーティングしたポリウレタンはフィブリンネットの分解能を有することが明らかとなった。以上より、頚動脈ステント用フィルターデバイスのウロキナーゼコーティングの有効性を明らかにすることができた。

そこで、これらの諸問題を解決し、安全かつ確実な脳血管内治療を行うために、従来にはない全く新しい発想のデバイスや治療法を開発する必要に迫られている。本研究では、薬理学・再生医学より得られた最新の知見を基礎に、脳血管内治療に対してより安全かつより治療成績の向上を得られるデバイスの開発を行った。はじめに、硫酸化ジェランを、脳動脈瘤塞栓術に用いるプラチナコイルの中に通す伸展予防用(ストレッチレジスタント)の糸として使用し、Tenascin-C(TNC)を結合させることにより、通常のプラチナコイルと物性は変わらずに生理活性のみを高めたコイルを製作した。また、高分子素材(ポリウレタン)によるナノファイバーを作成し、それを用いてステント表面に非常に薄い被膜を形成し、理想的な柔軟性を持ったカバードステントを作成した。さらに、頚動脈ステント留置術(CAS)の際に用いられるポリウレタン製の遠位塞栓防止用フィルターデバイスを、ウロキナーゼコーティングすることにより抗血栓性を付加することが可能となった。今後は、これらの研究成果をもとに実臨床で使用可能なデバイス開発を行う予定である。
筋萎縮性側索硬化症の脊髄前角でのカルシトニン遺伝子関連ペプチドの蓄積機序の解明

孤発性筋萎縮性側索硬化症(ALS)の腰髄前角でのカルシトニン遺伝子関連ペプチド(CGRP)mRNAの発現をin situハイブリダイゼーション法を用いて調べた。方法:ALS8例、非ALS5例の腰髄を剖検時に急速凍結し、凍結切片(10μm)を作成した。切片は4%パラフォルムアルデヒドで5分間固定後、エタノール→クロロフォルムにて脱脂し、プローブと12時間反応(38°C)させた。尚、プローブとの反応前に40μg/mlのProteinase K(37°C、10分間)処理および非処理の2通りの方法を行なった。プローブとして、DNA合成装置で合成した30塩基オリゴヌクレオチド(CGRPmRNAに対してアンチセンスおよびセンス)をPhotoprobe^<(] SY.encircledR. [)>biotin(Vector)でビオチン化し、ブタノールルおよびエタノール沈殿にて回収したものを0.2μg/ml in hybridization bufferの濃度で用いた。発色反応にはストレプトアビジンアルカリフォスファターゼ→NBT・BCIPを用いた。プローブのビオチン化を確認するため、ニトロセルロース膜に5pg/μl50ng/μlのプローブおよび非ビオチン標識オリゴヌクレオチドを各1μlずつドットし、上記の方法にて発色させた。結果:Dot blottingにて、全てのドットで濃度依存性に陽性反応を呈した。非ビオチン標識オリゴヌクレオチドは呈色されなかった。ALSおよび対照例の腰髄を用いたi situハイブリダイゼーションではALS2例、対照例1例でProteinase K処理しアンチセンスプローブを用いた切片で陽性反応を呈した。陽性反応は前角細胞核周部に認められた。他の例では陽性反応は認められなかった。考察:ヒト剖検例の腰髄を用いてCGRPmRNAのin situハイブリダイゼーションが可能であることがわかった。しかし、その検出感度は死後時間や組織の死後変化の程度に大きく依存すると思われ、CGRPmRNAの発現の程度を症例間で比較することは困難と思われた。
筋肉タンパク質の構造と機能に及ぼす超高圧処理の影響

本年度は、食肉の軟化・熟成促進法の一つであるカルシウム処理した牛肉のカルパイン活性、超高圧処理によるカルパインの筋肉内局在性の変化等を熟成中のものと比較検討した。またBSAタンパク質の構造に及ぼす超高圧処理(100MPa600MPa)の影響について調べた。以下のような結果が得られた。1.カルシウム処理した牛肉中のm-カルパインの活性は著しく低下し、μ-カルパイン、及びカルパスタチン(カルパイン阻害物質)の活性は認められなかった。しかし、未処理区では、m-カルパイン活性に変化がほとんど認められなかったが、μ-カルパイン及びカルパスタチン活性はカルシウム処理区ほどではないが著しく低下した。2.高圧処理したカルパインの筋肉内局在性の変化を熟成中のものと比較検討した結果、100MPaまでの圧力では屠殺直後の筋肉と同様にカルパインがほとんどZ線付近に局在していたが、処理圧力の増加に伴いに、カルパインの局在が熟成と同様に筋原線維上に広く拡散していく様子が認められた。3.高圧処理によるBSAの構造変化を、高圧下蛍光スペクトル、高圧解放後のCD、及びNMRスペクトルの測定により検討した結果、処理圧力の増加に伴い蛍光強度の低下と最大蛍光波長の短波長シフトを生じ、この変化は不可逆的なものであった。質量中心の変化にも同様な傾向が認められた。加圧下での光散乱強度の変化から、大きな分子量変化を伴う分子会合は起きてないことが認められた。CDスペクトルでは高圧による影響が殆ど認められなかった。NMR測定では、圧力処理により1H-NMRスペクトルや全面積強度に変化が認められなかった。2D NOESYスペクトルでは、良好なスペクトルを得ることができなかった。以上のことからBSAは超高圧を加えても安定なフォールド構造を維持し、高度な分子会合などを起こさないことが判明した。
日本産フトミミズ類の森林土壌における生態系機能の解明

日本産の大型ミミズ類はフトミミズ科のミミズが優占しているが,フトミミズ科ミミズの生活史および生態系機能については研究例が少ない.神奈川県の2箇所の森林土壌で定期調査により生活史を調べた.表層性種は卵で越冬し,6から7月にかけて急速に成長し,夏ごろに繁殖をして死亡する1年生の生活史をもち,地中性種は成虫や幼虫で越冬し,夏に繁殖をする多年生の生活史を持っていた.北海道大学苫小牧研究林では表層性種がフトミミズ科で,地中種はツリミミズ科であり,生活史は神奈川と同様であった.北海道,神奈川,そして沖縄本島北部の森林土壌で大型ミミズと落葉,土壌の炭素・窒素安定同位体比を調べた.落葉から土壌の深い層にかけて,炭素・窒素とも同位体比が高くなった.また,ミミズは生活史と安定同位体比が対応しており,表層性種は落葉や腐植層,地中性種は表層の鉱質土壌を餌としていることがわかった.沖縄で地中に坑道を掘り,地中に生活するヤンバルオオフトミミズは低い安定同位体比を持ち,落葉食が確かめられた.いくつかの種の消化酵素の解析から表層種に比べて地中種の消化管内の方が酵素活性が高く,表層性種は易分解性の有機物を利用しているのに対し,地中性種は消化酵素を活用して難分解性の有機物を餌として利用していることが示唆された.日本産の大型ミミズ類はフトミミズ科のミミズが優占しているが,フトミミズ科ミミズの生活史および生態系機能については研究例が少ない.神奈川県の2箇所の森林土壌で定期調査により生活史を調べた.表層性種は卵で越冬し,6から7月にかけて急速に成長し,夏ごろに繁殖をして死亡する1年生の生活史をもち,地中性種は成虫や幼虫で越冬し,夏に繁殖をする多年生の生活史を持っていた.北海道大学苫小牧研究林では表層性種がフトミミズ科で,地中種はツリミミズ科であり,生活史は神奈川と同様であった.北海道,神奈川,そして沖縄本島北部の森林土壌で大型ミミズと落葉,土壌の炭素・窒素安定同位体比を調べた.落葉から土壌の深い層にかけて,炭素・窒素とも同位体比が高くなった.また,ミミズは生活史と安定同位体比が対応しており,表層性種は落葉や腐植層,地中性種は表層の鉱質土壌を餌としていることがわかった.沖縄で地中に坑道を掘り,地中に生活するヤンバルオオフトミミズは低い安定同位体比を持ち,落葉食が確かめられた.いくつかの種の消化酵素の解析から表層種に比べて地中種の消化管内の方が酵素活性が高く,表層性種は易分解性の有機物を利用しているのに対し,地中性種は消化酵素を活用して難分解性の有機物を餌として利用していることが示唆された.国内の3箇所でミミズ相の調査を行った.沖縄本島北部の琉球大学与那演習林のシイ林,真鶴半島魚付保安林のクスノキ林,そして北海道大学苫小牧研究林の落葉広葉樹林で,フトミミズの掘り取り調査を行い,種組成,個体数密度,現存量を測定した.同時に,ミミズと生息場所の落葉,土壌(層位別)を採取し,京都大学生態学研究センターで炭素と窒素の安定同位体比を測定した.与那ではヤンバルオオフトミミズが優占しており,その他に未記載の2種が生息していた.真鶴ではフトミミズ6種以上,ツリミミズ2種以上が生息していた.苫小牧ではフトミミズ3種以上,ツリミミズ1種を確認できた.安定同位体比は,炭素・窒素とも落葉から土壌の深い層にかけて値が大きくなる傾向を示した.ミミズのうち表層性種とみなされる種はいずれも落葉に近い同位体比を示し,土壌性の種は土壌に近い値を示したが,ヤンバルオオフトミミズは土壌に坑道を掘って生息するが,落葉に近い同位体比を持っており,日本ではこれまでに記録されていない,表層採餌性土壌性種(anesic)であることを確認できた.苫小牧で野外マイクロコズムを設置し,優占種のヒトツモンミミズと等脚類のニホンヒメフナムシの個体数を操作して,落葉分解,土壌水の水質,土壌細菌群集,土壌小型節足動物への影響を解析した.ヒメフナムシは落葉を粉砕する効果をもっていたが,ミミズによる落葉の摂食および土壌との混合の効果は大きく,細菌群集,節足動物群集とも大きく改変された.森林土壌においてフトミミズがキーストン種であるとのデータを得ることができた.日本産の大型ミミズ類はフトミミズ科のミミズが優占しているが,フトミミズ科ミミズの生活史および生態系機能については研究例が少ない.神奈川県の2箇所の森林土壌で定期調査により生活史を調べた.表層性種は卵で越冬し,6から7月にかけて急速に成長し,夏ごろに繁殖をして死亡する1年生の生活史をもち,地中性種は成虫や幼虫で越冬し,夏に繁殖をする多年生の生活史を持っていた.北海道大学苫小牧研究林では表層性種がフトミミズ科で,地中種はツリミミズ科であり,生活史は神奈川と同様であった.北海道,神奈川,そして沖縄本島北部の森林土壌で大型ミミズと落葉,土壌の炭素・窒素安定同位体比を調べた.落葉から土壌の深い層にかけて,炭素・窒素とも同位体比が高くなった.

また,ミミズは生活史と安定同位体比が対応しており,表層性種は落葉や腐植層,地中性種は表層の鉱質土壌を餌としていることがわかった.沖縄で地中に坑道を掘り,地中に生活するヤンバルオオフトミミズは低い安定同位体比を持ち,落葉食が確かめられた.いくつかの種の消化酵素の解析から表層種に比べて地中種の消化管内の方が酵素活性が高く,表層性種は易分解性の有機物を利用しているのに対し,地中性種は消化酵素を活用して難分解性の有機物を餌として利用していることが示唆された.
地中探査による豊臣期大坂城本丸地区の解明

豊臣期大坂城の天守台の周囲と山里曲輪において、スウェーデン式サウンディング調査(ボーリング調査)を実施した。その結果、中井家所蔵「豊臣期大坂城本丸図」に描かれた天守台や山里曲輪・芦田曲輪間の段差の正確な位置、石垣の角度・高さなどを解明した。本研究は、今後の豊臣期大坂城研究進展のための重要な成果であるとともに、発掘調査が困難な場所においても、地中の状況を把握する新たな研究方法を開発したことになる。大阪城跡山里丸において、スウェーデン式サウンディング試験を実施し、地中構造の確認を行った。調査は、9月7、8、10、11日の4日間実施し、中央開発株式会社の調査員2名が作業にあたった。研究代表者、ならびに研究分担者数名が監督にあたった。その結果、豊臣期山里丸の北西隅付近の東西方向と南北方向の石垣の位置をおおよそ確定するにいたった。ついで、大阪城天守閣北側において、同上試験を実施し、地中構造の確認を行った。調査は、3月810日の3日間実施し、同社の調査員2名が作業にあたった。監督も同上。その結果、豊臣期天守閣の北東隅付近、ならびに北西隅付近の石垣・裏込め、石垣の落ち込みなどの位置をおおよそ確定するにいたった。本年度の調査において、これまで豊臣期大坂城の詳細復元の根拠とされてきた「豊臣時代大坂城本丸図」の正確な現地比定をより進めることができた。スウェーデン式サウンディング試験(ボーリング調査)を導入することにより、比較的安価で、また現地では柔軟に調査することができている。また簡易なボーリング調査であるため、監督官庁である大阪市教育委員会も調査の実施を認めてくださっている。豊臣期石垣などの遺構については、おおむね予想した場所・深度から検出されており、より正確かつ詳細な豊臣期本丸地区の復元に向かいつつある。本年度は、山里丸地区と本丸地区において、スウェーデン式サウンディング調査(ボーリング調査)を行った。4月、5月に予備的な打ち合わせを行ったのち、現地踏査を実施して調査測線を決定し、また調査業者の選定などを実施した。調査は、8月13日の3日間、9月2324日の2日間(合計5日間)実施し、中央開発株式会社の調査員2名が作業にあたった。また、豊臣期天守閣の北東隅付近、ならびに北西隅付近の石垣・裏込め、石垣の落ち込みなどの位置をおおよそ確定するにいたった。これと「本丸図」を対照すると「本丸図」の正確さが一定度確認された。10月27日、現大阪城本丸地区で表面波探査をおこなった。人工の「地震波」を発生させ、それを観測することで地下構造を探査するもので、京都大学防災研究所の釜井俊孝教授の協力を得た。文学研究科・理学研究科の院生・学生に観測、警備を手伝ってもらった。その結果、豊臣期二の丸地区にあった巨大な堀跡の落ち込みを確認することができた。12月17日、公益財団法人大阪市博物館協会・公立大学法人大阪市立大学包括連携協定企画;シンポジウム「『真田丸』の歴史学」を開催し、一連の研究成果を公開した。年度末には、一連の研究成果をまとめた報告書を刊行し、関係者、関係機関に配布し、学術的な研究成果を広く公開した。山里丸地区については、平成27年度の成果も参考に、同様の調査を範囲を広げて実施し、豊臣期の石垣など遺構の正確な位置を計測する。その直上の天守閣地区においても調査を進め、山里丸との相互関係を解明する。研究成果を、市民に広く公開するシンポジウムを12月17日(土)に開催する予定である。日本中世史平成28年3月に調査をおこなったが、その費用が千円未満まで確定できなかったから。平成28年度の調査において使用する。
半導体劈開表面に形成された金属単原子層膜の超伝導と磁性の研究

異なる種類の磁性体を不純物として加えたPb超薄膜に対して研究を行い、平行磁場に対する応答からスピン状態を調べてきた。昨年度、Ceを用いた場合に明瞭な磁場誘起超伝導を観測した(M. Niwata, R. Masutomi, T. Okamoto, Phys. Rev. Lett. (2017))。磁気モーメントと伝導電子との相互作用は、4fより3d遷移元素の方が大きい。しかし、MnやCrをPb超薄膜に直接乗せた場合には、平行磁場による超伝導転移温度の上昇は見られない。我々は、交換相互作用が強すぎるために近藤一重項が形成され、磁気モーメントが見かけ上消失したと考えた。この検証のため、交換結合定数がMnやCrよりも大きな、Fe、Co、Niを用いて測定を行ったところ、超伝導の破壊効果がかえって弱くなることが明らかになった。フェルミ面から離れた電子の寄与が主となり近藤一重項が形成されたためだと理解できる。Sbをスペーサ層としてトンネル結合させた、Pb単原子層膜の2層系、3層系を作製して、超伝導転移温度の平行磁場依存性を測定したところ、スペーサ層の厚さを最適化した場合に、異なる超伝導状態間の相転移によるものと思われるシャープな折れ曲がりを観測した。この振舞いを説明するために、層に依存したRashbaスピン軌道相互作用をもつ多層系の超伝導状態をBdG方程式を数値的に解く手法により求めた(数値計算に関しては京大理の柳瀬氏にして頂いた)。この数値計算の結果から高磁場・低温領域での急激な立ち上がりは、超伝導秩序変数の振幅と位相の両方が変調する(磁場誘起による)複素ストライプ相から独立した層の振舞いであるヘリカル相へのクロスオーバーに起因していることがわかった。したがって、本研究では多重単原子層膜において複素ストライプ状態およびヘリカル状態を実験的に初めて観測した結果であると考えられる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。我々は、以前の研究において、Pb単原子層膜の超伝導転移温度の平行磁場依存性が、強いRashba効果のもとに形成される秩序変数の位相が空間変化する2次元超伝導相に対する計算によって定量的に再現できることを示した(Sekihara et al. Phys. Rev. Lett. 111, 057005 (2013))。本年度は、Inの単原子層膜、Bi、Alの超薄膜に研究を拡張することにより、平行磁場下での超伝導状態の「丈夫さ」が、スピン軌道相互作用の強さに関連していることを明らかにし、モデルの正当性を確認した。また、Rashbaスピン分裂の大きさが小さい場合に対してモデルの拡張を行い、Inの単原子層膜に対する実験結果を再現することに成功した。本研究では、さまざまな元素および合金を用いて単原子層膜の作製を試みることを計画しているが、絶縁化する原子密度や熱処理条件などは、本測定を行う前に押さえておいたほうが効率的である。そのために、室温から4.2 Kまでを短時間で冷却し、同程度の時間で昇温できる装置を製作した。磁性に関する研究として、Feの超薄膜に対して極低温・強磁場下での電気伝導の測定を行った。大きな異常ホール効果が観測された。ホール角は金属鉄に対して行われた先行研究よりも大きい値が得られた。また、縦抵抗および異常ホール抵抗のいずれにおいても温度の対数に比例した変化が観測された。ホール伝導率の温度係数は先行研究よりも大きなものが得られた。本年度は、基板上の薄膜における空間反転対称性の破れによって生じる閉じ込めポテンシャルの非対称性がスピン軌道相互作用と結合してできるRashba効果の重要性を検証するために、閉じ込めポテンシャルを制御することを試みた。まず、Pb単原子層膜にSbやSeなどを蒸着して、非対称性電場の大きさの変化によって超伝導転移温度の平行磁場依存性の大きさが変わることを予想して実験を行った。しかし、意外なことに、超伝導転移温度の平行磁場依存性の大きさは、SbやSeを蒸着する前とほとんど変わらなかった。なお、SbやSeを層間物質として用いたPb/Sb/Pbの2層系においては、単原子層の場合よりも大きな超伝導転移温度の平行磁場依存性が観測された。また、Inの超薄膜に対して、非対称電場の大きさを変化させることを目的として単原子層から5原子層程度まで膜厚を変えて、超伝導転移温度の平行磁場依存性を測定した。上記の測定と並行して、電気伝導と走査トンネル分光の同時測定を行うためのシステムを確立した。超伝導薄膜に対する測定には至っていないものの、強磁場中の半導体表面2次元電子系に対する研究を通じて、走査トンネル顕微鏡を用いて表面モフォロジーや電子状態を明らかにした上でマクロな電気伝導測定を行うことにより多くの知見が得られることが明らかになった。電気伝導とトンネル分光の同時測定を行うためのシステムを確立することができた。また、Rashba効果の大きさの制御した実験を行うことができた。

外部磁場および磁性不純物は、クーパー対の時間反転対称性を破り、超伝導を壊す働きをすることが知られている。しかし、両者が結びつくことによる効果については明らかにされていない。外部磁場の効果として、軌道効果とパウリ常磁性効果が挙げられるが、磁性体を含む超伝導体においては、第三の効果、すなわち局在磁気モーメントの方向が外部磁場により変化することによる効果が考えられる。我々は、以前の研究において、Pb単原子層膜の超伝導転移温度の平行磁場依存性が、強いRashba効果のもとに形成される秩序変数の位相が空間変化する2次元超伝導相が形成されることによって非常に小さくなることを示した(Sekihara et al. Phys. Rev. Lett. 111, 057005 (2013))。本年度は、母体の超伝導体としてPb超薄膜を用いて、磁性体を通じた効果を調べた。10%のCeを含む合金において、磁性元素であるCeによってゼロ磁場の超伝導が完全に壊された状態から、平行磁場によって超伝導を誘起することに成功した。これまで、磁場誘起超伝導は数例しか報告されていないが、スピン三重項超伝導であるURhGeを除くといずれもJaccarino-Peterに機構によるものである。しかし、今回の我々の結果は、同機構で説明することはできず、磁場によって磁気散乱が抑制された結果として理解でき、初めての観測である。また、MnやCrの場合には近藤一重項の形成によりスピン自由度が失われるが、Pbの上に一原子層程度のAuをはさむことによりスピン自由度を復活させて、磁場による超伝導転移温度の上昇を観測することができた。超伝導薄膜に対するトンネル分光測定にはまだ成功していないが、磁性体を不純物として加えたPb超薄膜の研究において、磁場誘起超伝導や近藤効果の制御など重要な成果が得られた。しかし、両者が結びつくことによる効果については十分に明らかにされていない。これまで、我々は、10%のCeを含むPb合金において、磁性元素であるCeによってゼロ磁場の超伝導が完全に壊された状態から、平行磁場によって超伝導を誘起することに成功している。さらに、我々は、超伝導転移温度の磁場依存性をCe濃度の異なる複数の試料に対して明らかにし、磁場によって磁気散乱が抑制されることに基づいたKharitonovとFeigelmannの理論によって磁気相図が定量的に再現できることを示した。また、MnやCrの場合には近藤一重項の形成によりスピン自由度が失われるが、Pbの上に一原子層程度のAuをはさむことにより部分的にスピン自由度を復活させた系に対しても、KharitonovとFeigelmannの理論によって定性的に実験結果を説明できることを示した。Sbをスペーサ層としてトンネル結合させた、Pb単原子層膜の2層系、3層系を作製して、超伝導転移温度の平行磁場依存性を測定したところ、スペーサー層の厚さを最適化した場合に、異なる超伝導状態間の相転移によるものと思われるシャープな折れ曲がりを観測した。磁性体を不純物として加えたPb超薄膜の研究において磁場誘起超伝導の機構をほぼ明らかにした。
視床神経核形成における細胞移動制御機構の解明

神経核構造の形成機構の解明を目的とし、視床をモデルシステムとして神経核前駆細胞の特異性決定と、神経核形成の形態形成機構の解明を行った。これまでに、Sox14発現ニューロンは、誕生地が視床原基の腹側境界部に厳密に規定されること、これらのニューロンはその後特徴的な移動経路を経て、視床の辺縁部に位置する神経核となることを示した。視床原基の腹側に隣接する基板から放出される分泌因子ソニックヘジホッグ(Shh)の作用によって、形質の異なる神経細胞が基板からの距離に応じて誕生する。このうちSox14、Six3を発現する神経細胞は視床内境界に沿って背側に向かって移動し、視床原基の前縁部に配置する。この特徴的な細胞移動は、移動経路の局所環境に依存しており、またここに誕生する神経細胞の形質に依存している。この経路に移動に先だって発現するShhに注目し、細胞の誘因活性について検討を行った。その結果、これらの転写因子を発現する神経細胞はShh依存的にzliを背側に向かって移動することがわかった。さらに、Hes変異マウスでは視床内境界の形成が不全となり、Shhの発現を欠失するが、神経核前駆細胞の分布に異常が生じることを見いだした。このマウス由来の組織を用いてShhの関与を検証している。また、Shhがいわゆる誘導因子として直接作用するか否かについては現在検討中である。さらに発生が進むと、Six3発現細胞はzli付近にとどまるのに対し、Sox14を発現する神経細胞は視床原基の表層を後方へ移動を開始し、最終的に抑制性のインターニューロンからなる神経核を形成する。この移動に関してもShhの関与を示す結果を得ているが、その詳細については現在解析中である。これまでに、Shhを発現するzliはローカルシグナリングセンターとしてパターン形成上の役割に関心が集まっているが、これらの結果は、神経核前駆細胞の細胞移動を通じて複雑な神経核の立体配置を制御するというzliの形態形成上の役割を示している。