【概要】　本研究では、原子分解能における単一分子の光誘起力顕微鏡(PiFM)測定法の理論提案を行う。電場解析手法の一つである離散双極子近似法を、分子の波動関数をあらわに取り入れることが可能な形式に再定式化し、現実的な分子モデルを元にその光学応答を解析する。単一分子のPiFM測定について、分子と局在プラズモンとの微視的な相互作用の観点から解析し、分子の禁制遷移励起やキラリティの情報がPiFM信号としてどのように観測されるかを理論的に明らかにする。

【概要】　ブラックホールの構造を理解することは、ミクロスケールでの時間・空間の本質を知ることに繋がる。
量子力学的効果を考慮すると、ブラックホールはその表面から熱放射を起こし、有限の時間内で消失する (ホーキング放射)。一方、アインシュタインの一般相対性理論によると、ブラックホー ル内部は時空曲率が無限大である特異点をのぞき、ほとんど「空っぽ」である。そのため、複雑な構造を必要とする熱放射がなぜ起こるのか明らかではない。近年、ブラックホールにはミクロスケール時空の自由度に由来する複雑な内部構造がある可能性が指摘された (fuzzball描像)。
本研究の目的は、整合的な量子重力理論候補である超弦理論から派生した新しい重力理論「Double Field Theory (DFT)」を用いることで、「弦が巻きつく」ことによるプランクスケールでの時空幾何学を、純粋数学の課題“コクシグル問題”を通じて明らかにし、ホーキング放射の起源を理論的に解明することである。

【概要】　次世代技術の量子コンピューターは、超伝導素子、イオントラップなどで量子ビットを作成し、現在活発に研究がおこなわれている。光通信と親和性の良い、光の粒、光子を量子ビットとして利用して量子コンピューターを構築する場合、波長などの物理的性質が全く同一の光子が非常に多く必要となる。本研究では半導体中の不純物状態から発光する光子を利用して、全く同一の物理的性質をもつ光子を高効率に多数、発生する半導体デバイスの開発を目指す。

【概要】　筋萎縮性側索硬化症（ALS）は運動神経特異的な変性を特徴とする神経難病である。このALSの病態に中心的な役割を持つTDP-43は核タンパク質であるが、実際には核移行シグナル（NLS）と核外移行シグナル（NES）があり、核-細胞質間をシャトルしている。しかしALSの残存運動神経では、TDP-43は細胞質に局在を変えて凝集体を形成することから、このシャトルを制御するスイッチの同定が、ALS病態の解明に必要である。
　本研究は北里大学医学部遺伝子高次機能センター（実験動物センター）のセンター長である佐藤俊哉先生を代表者として、理学部附属疾患プロテオミクスセンターのプロテオミクス解析技術を用いてこのTDP-43の変異と密接な関係のあるALSの発症原因を解明することを最終的な目的とした研究である。

【概要】　本研究では、胸膜中皮腫の予後を改善する新しい治療戦略を開発するために、低侵襲かつ局所効果の高い胸腔内局所療法の開発と、中皮腫の中でも難治性のサブグループ（二相型、肉腫型）に対する診断、治療を目的とした新規バイオマーカーの開発を行う。胸腔内局所療法の開発では、マウス中皮腫モデルを用いて、抗癌剤、抗体、免疫細胞の最適な胸腔内投与方法を探索し、予後に対する有効性を検討する。新規バイオマーカーの開発に関しては、ヒトの中皮腫病理組織を材料とし、ショットガンプロテオミックス法を用いた網羅的なプロテオーム解析を行い、二相型、肉腫型に特異的に発現するタンパク質を探索し、臨床的有用性を検討する。
　本研究は理学部附属疾患プロテオミクスセンターのプロテオミクス解析技術を基盤に北里大学医学部呼吸器内科・講師の塩見和医師との共同研究として進めているものである。

【概要】　本研究ではLRRK2遺伝子変異に起因する糖代謝異常と中枢神経変性のクロストークによるパーキンソン病（PD）発症メカニズムを明らかにするため、以下の解析を３年計画で行う。(１)高脂肪食摂取によるLRRK2遺伝子改変マウスの代謝・内分泌系の変化の解析、(２)脂肪細胞を対象にしたLRRK2による糖代謝調節機構の解析、(３) LRRK2変異と高脂肪食摂取の相互作用によるPDの中枢神経病態の解析。本研究では、分子生物学的手法に加えて、プロテオミクスや生理学的手法を駆使することで、生体レベルから分子レベルまで統合的に解析できる体制を構築している。
　理学部附属疾患プロテオミクスセンターでは、質量分析計によるタンパク質の分析を担当しています。

【概要】　電子は電荷以外にスピンと呼ばれる物理量を備えている。この電子スピンは量子情報通信や記憶素子開発において、現在、非常に注目を集めている。半導体中の電子スピンの制御は電子が半導体中を動くときにスピンが変化する特性を利用して行われている。このため、スピンの動きを直接観察することが重要な研究手段となっている。本研究では、ヘテロダイン検波と呼ばれる技術を利用する新型の電子スピン顕微鏡を開発する。この研究で開発する電子スピン顕微鏡は、光の測定の長所と電気測定の長所を同時に取り入れることによって、高感度でかつ短時間に半導体中の電子スピンの運動の観測が可能になる。

【概要】　近年、注目を集めているクライオ電子顕微鏡による蛋白質の立体構造解析では、顕微鏡写真に存在する数万個以上の蛋白質の投影像から3次元構造を再構築する。そのため、形に特徴のない小さな蛋白質はノイズに埋もれてピックアップが難しく、解析の難度が高くなる。本研究では分子量400万の巨大蛋白質会合体 ヘモシアニンの内部空隙に目的蛋白質を結合させ、これを丸ごと構造解析する手法を開発することにより、ピックアップの難しい小さな蛋白質でも構造決定できる技術を実現することを目指す。

【概要】　細菌感染症は近年、多剤耐性菌の出現による再興や新興感染症との接触により社会的な問題となっている。そこで、既知薬剤標的ではない異なる機構を持った標的分子の設定と新規標的分子に有効な医薬品の必要性が叫ばれている。本研究では、細菌の細胞分裂に必須で繊維構造を取ることで細胞分裂を制御するFtsZに対し、種々の抗菌活性分子と反応させることでFtsZの繊維構造の形成が抑制されることをクライオ電子顕微鏡によって観測することを目的とする。

【概要】　宇宙の始まりやブラックホール最深部は、極小の空間の重力を扱うため、アインシュタインの一般相対性理論では記述できない。そのため、ミクロな領域での量子力学的効果を織り込んだ重力の量子論が必要になる。整合的な量子重力理論として期待されている「超弦理論」では、時空はプランク長の弦で形作られていると仮定している。本研究は、弦の量子効果を織り込んで作られた新しい重力理論「Double Field Theory (DFT)」を用いて、プランクスケールでのブラックホールや、宇宙初期の時空構造を理論的に明らかにする。

【概要】　血液中には膨大なタンパク質・ペプチド（小さいタンパク質）が存在するが、近年、ペプチドホルモンなどの新規の生理活性ペプチドはほとんど発見されていない。この理由は血液中の生理活性ペプチドが非常に微量（濃度 1/10000000000モル／リットル程度以下）しか存在しておらず、それらの成分を分析する技術がないことに起因している。理学部物理学科物性物理学講座／理学部付属疾患プロテオミクスセンターでは、このような血液中の超微量の成分を質量分析する技術を開発し、すでに知られているペプチドホルモンの直接分析に成功しました。そこで、本研究では、同大学医学部内分泌代謝内科の先生方と共同で、新たな生理活性ペプチドを探索することを目的として研究を行いました。
　この研究によって6種類の生理活性ペプチドの候補を探索し、今後、民間企業と共同で病気との関係や診断に向けた応用研究をすることになり、2019年4月にプレスリリースを行いました。

【概要】　日常の経験等の記憶（エピソード記憶）は脳の海馬の活動により獲得され、固定化プロセスによって長時間経過後にも想起できる海馬依存的長期記憶になる。エピソード記憶獲得の細胞レベルの実体として、シナプス可塑性（長期増強や長期抑圧）によるエピソードに応答する神経回路が形成されることが注目されている。
　本研究ではシナプス活動に関連するタンパク質（NMDA受容体）と相互作用するタンパク質を解析し、長期記憶のメカニズムに対する基礎的知見を得ることを目的として行った。
　理学部附属疾患プロテオミクスセンターでは、NMDA受容体と相互作用するタンパク質の解析を分担しました。

【概要】　筋萎縮性側索硬化症（ALS）とは、手足・のど・舌の筋肉や呼吸に必要な筋肉がだんだんやせて力がなくなっていく病気です。しかし、筋肉そのものの病気ではなく、筋肉を動かし、かつ運動をつかさどる神経（運動ニューロン）だけが障害をうけます。その結果、脳から「手足を動かせ」という命令が伝わらなくなることにより、力が弱くなり、筋肉がやせていきます（難病情報センター：https://www.nanbyou.or.jp/entry/52）。
　本研究は、このALSの発症原因を解明することを目的としてALSに関係していることが知られている脳内のタンパク質 TDP-43に変異を起こした実験モデル動物の作製を目指したものです。理学部附属疾患プロテオミクスセンターでは、この作製したモデル動物の脳内のタンパク質を分析することを分担しました。