hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
乳房炎に対するメタゲノム解析を基にした防除法の確立

牛のプロトテカ乳房炎に対する防除法を目的として、NOSAI愛知とNOSAI道東の協力で分子疫学調査を行った。今年度は感染源特定のため、慢性プロトテカ乳房炎発生農家(一戸、60頭中4頭から乳汁分離)および非発生農家(5戸、334頭)における、糞便中からプロトテカを分離し、その遺伝子型が乳房炎乳汁から分離される遺伝子型(genotype 2)と同じかどうか調べた。その結果、発生農家では60頭中23頭の糞便陽性(38%陽性)で、陰性農家では、僅か1頭からgenotype 2が分離された。プロトテカ乳房炎発生農家においては、消化管内でプロトテカが異常に増殖している個体数が増え、それら汚染した糞便からの乳房への感染が生じていることが考えられた。つまり、消化管内のプロトテカの異常増殖の解明および制御法の確立が、防除法に必要であると考えられた。また汚染した糞便からの感染を減らすために、糞便の除去および汚染物の乾燥が重要であることが改めて確認された。次に、プロトテカ感染乳房内環境を調べるために、プロトテカ排泄乳汁および健常乳汁からそれぞれDNAを抽出し、細菌の16SリボゾームDNAを特異的にPCRで増幅後、次世代シーケンサーを用いたメタゲノム解析を行った。その結果、プロトテカ排泄乳汁の特徴として、シアノバクテリアが増加しているが、健常乳からは検出されないことが確認された。プロトテカ乳房炎では、何らかの原因で細菌叢も変化していることが確認された。乳房環境の変化について、今後は調べる予定である。研究計画に従って今年度は、釧路地域および愛知におけるプロトテカ感染乳汁および糞便の解析を行うことができた。得られた結果は上述したように新知見をもたらすものと期待され、学術論文として投稿した。ただし得られたプロトテカ感染乳汁・糞便のサンプル数がやや少なかったため、プロトテカ乳房炎において普遍的に認められる現象であるか、今後も追加解析が必要であると考えている。一方、昨年度後期から愛知農済において最終年度の計画である防除法の検討を開始しているため、「おおむね順調に進展している」と評価した。研究計画に従って今年度は、釧路地域および愛知におけるプロトテカ発生農場を対象に、防除法の検討を行う。まずは、糞便中のプロトテカ増加と乳房炎の発症が相関している牛群について、消化管内微生物叢を改善後、経時的に糞便中、乳汁中のプロトテカの分離率の変化を調べる。また糞便中および乳汁中の細菌叢の変化について次世代シーケンサー解析を行うことによって、消化管内のプロトテカの異常増加の機序解明を行う。また前年度に得られた結果から、プロトテカ乳房炎牛に治療を行い、治癒前後の遺伝子検査結果の変化を調べ、治療効果および遺伝子検査の相関を調べる。このように今年度は、本研究協力者が所属する釧路地域および愛知県下のプロトテカ発生農家について、防除法の検討および乳汁・糞便細菌叢の解析を行うため、本研究の進捗に大きな障害は発生しないと考えている。また既にサンプリングについて準備・打ち合わせを行っている。昨年度は、5、6、7、9月に釧路のプロトテカ発生農家で乳汁(50頭)、糞便(50頭)、床(9箇所)、から採材を行い、プロトテカの分離を行った。採材した乳汁から7頭プロトテカ陽性であった。これらプロトテカ陽性乳汁および陰性乳汁(9頭)からDNAを抽出し、細菌のリボゾーム16SのV3-4領域を特異的に増幅するプライマーを用いてPCRを行った。増幅した同領域のライブラリー化後、イルミナ社のMiSeqTM Systemを用いて次世代シーケンサー解析を行った。その結果、プロトテカ感染乳汁中に多い細菌として、Streptococcus spp., Pseudomonas spp. and Sphingomonas spp., Caulobacter segnis, Macrococcus caseolyticus, Methylobacterium tarhaniae, and Sphingomonas leidyiが検出され、特に陰性乳汁と比較してシアノバクテリアのCalothrix deserticaが顕著に検出された。一方、陰性乳汁からは牛の乳汁から分離報告があり、一部陽性乳汁からも分離された細菌が認められた。またCalothrix deserticaは、検出されなかった。このことからプロトテカ感染乳汁の細菌叢は、非病原性でありながらシアノバクテリアなど藍藻類も増加していることが判明した。何らかの原因によって、乳房内菌叢は大きく変化し、乳プロトテカなど藻類も増加しやすい環境になっていると考えられた。今後、他のプロトテカ感染農家での調査およびこの乳房内環境の変化の解明も必要であると考えられた。研究計画に従って、昨年度は、釧路地域におけるプロトテカ感染乳汁の解析を行うことができた。ただし得られたプロトテカ感染乳汁のサンプル数がやや少なかったため、プロトテカ乳房炎において普遍的に認められる現象であるか、今後も追加解析が必要である。このように当初予期していないこととして、プロトテカ乳房炎乳汁検体数の不足が挙げられるが、今年度は計画に従って愛知農済においても調査を行うことから、検体数の確保も十分になるはずである。

そのため「おおむね順調に進展している」と評価した。牛のプロトテカ乳房炎に対する防除法を目的として、NOSAI愛知とNOSAI道東の協力で分子疫学調査を行った。今年度は感染源特定のため、慢性プロトテカ乳房炎発生農家(一戸、60頭中4頭から乳汁分離)および非発生農家(5戸、334頭)における、糞便中からプロトテカを分離し、その遺伝子型が乳房炎乳汁から分離される遺伝子型(genotype 2)と同じかどうか調べた。その結果、発生農家では60頭中23頭の糞便陽性(38%陽性)で、陰性農家では、僅か1頭からgenotype 2が分離された。プロトテカ乳房炎発生農家においては、消化管内でプロトテカが異常に増殖している個体数が増え、それら汚染した糞便からの乳房への感染が生じていることが考えられた。つまり、消化管内のプロトテカの異常増殖の解明および制御法の確立が、防除法に必要であると考えられた。また汚染した糞便からの感染を減らすために、糞便の除去および汚染物の乾燥が重要であることが改めて確認された。次に、プロトテカ感染乳房内環境を調べるために、プロトテカ排泄乳汁および健常乳汁からそれぞれDNAを抽出し、細菌の16SリボゾームDNAを特異的にPCRで増幅後、次世代シーケンサーを用いたメタゲノム解析を行った。その結果、プロトテカ排泄乳汁の特徴として、シアノバクテリアが増加しているが、健常乳からは検出されないことが確認された。プロトテカ乳房炎では、何らかの原因で細菌叢も変化していることが確認された。乳房環境の変化について、今後は調べる予定である。研究計画に従って今年度は、釧路地域および愛知におけるプロトテカ感染乳汁および糞便の解析を行うことができた。得られた結果は上述したように新知見をもたらすものと期待され、学術論文として投稿した。ただし得られたプロトテカ感染乳汁・糞便のサンプル数がやや少なかったため、プロトテカ乳房炎において普遍的に認められる現象であるか、今後も追加解析が必要であると考えている。一方、昨年度後期から愛知農済において最終年度の計画である防除法の検討を開始しているため、「おおむね順調に進展している」と評価した。昨年度得られた研究結果の再現性を確認するため、研究計画に従って今年度は、愛知県のプロトテカ感染農家について、同様の調査および次世代シーケンサー解析を行う。既に今年度の予備的な調査を行っており、その結果もまとめているため、研究遂行上大きな問題は発生しないと考えている。計画としては、4月または5月に、プロトテカ発生農家の牛全頭から乳汁を採取し、分離培養をするとともに、DNA抽出を行う。陽性乳汁および陰性乳汁の細菌叢の次世代シーケンス解析を行い、釧路での解析結果との比較を行う。また、プロトテカ乳房炎対策を検討する。このように今年度は、本研究協力者が所属する愛知県下のプロトテカ発生農家について、昨年と同様に乳汁細菌叢の解析を行うため、本研究の進捗に大きな障害は発生しないと考えている。また既にサンプリングについて準備・打ち合わせを行っている。研究計画に従って今年度は、釧路地域および愛知におけるプロトテカ発生農場を対象に、防除法の検討を行う。
レトロウイルスによって増強されるアポトーシス機構の解明と遺伝子治療への応用

我々はC3Hマウスにおいてレトロウイルスの一つであるフレンド白血病ウイルス(FLV)の感染が放射線誘発p53依存性アポトーシスを著明に増強する実験系を見出した。FLVに感染したC3Hマウスに低線量の放射線を全身照射すると、マウスは照射後2週間で著明な貧血を起こして死亡し、骨髄造血細胞には高頻度のアポトーシスが観察される。遺伝子改変動物を用いた実験からFLV感染下で起こるこのp53依存性アポトーシスの増強にはDNA-PKとATMが関与していることがわかった。これらのPI3キナーゼのうち特にDNA-PKが、ウイルスのgp70と関連したp53の活性化に重要な意味を持っている。今年度は昨年度に続いてin vitroの造血系細胞株で、この現象の解析をさらに進めた。細胞株としてはC3Hマウス由来の放射線誘発骨髄性白血病細胞株を用いた。昨年度および今年度の成果からウイルスの遺伝子のうちgp70のみを導入することによって、放射線誘発アポトーシスが増強されること、またdoxorubicinのような薬剤によって誘導したアポトーシスも増強されることがわかっている。そこで、RNAiを用いて特異的にDNA-PKあるいはATMの活性を阻害する実験系の作成を試みた。その結果、今年度はRNAiによるDNA-PK発現のノックダウンの系を作製することができた。上記の放射線あるいは薬剤によるアポトーシスのgp70による増強効果はノックダウン実験によってDNA-PK特異的に発現を抑制すると阻害されることが明らかとなった。さらに質量分析の手法を用いて、C3Hマウス特異的なこの現象の責任分子の同定のための準備実験を開始している。これらのPI3キナーゼのうち特にDNA-PKが、ウイルスのgp70と関連したp53活性化に重要な意味を持っている。そこで今回はin vitroの造血系細胞株で、この現象が再現されうるかどうかについても検討した。用いた細胞株はC3Hマウス由来の放射線誘発骨髄性白血病細胞株で、FLVを感染させることによって放射線誘発アポトーシスが増強されることがわかった。さらに、ウイルスの遺伝子のうちgp70のみを導入した細砲株を作製した。このような細胞株のうちgp70を強く発現しているものを用いて3.0Gyの放射線照射を行い、アポトーシスの誘導の程度を観察した。その結果、gp70を導入した細胞では放射線誘発アポトーシスの誘導が増強されることがわかった。Wortomaninを用いてPI3キナーゼの活性を阻害すると、この増強効果は認められなくなり、この効果がPI3キナーゼを介したシグナルによって起こっていることが明らかとなった。さらにRNAiを用いて特異的にPI3キナーゼの活性を阻害する実験系を作成中である。これらのP13

キナーゼのうち特にDNA-PKが、ウイルスのgp70と関連したp53の活性化に重要な意味を持っている。今年度はin vitroの造血系細胞株で、この現象の解析をさらに進めた。用いた細胞株はC3Hマウス由来の放射線誘発骨髄性白血病細胞株で、昨年度の成果からFLVを感染させることによって放射線誘発アポトーシスが増強されることがわかっている。さらに、ウイルスの遺伝子のうちgp70のみを導入したいくつかの細胞株を作成した。このような細胞株のうちgp70を強く発現しているものを用いて3.OGyの放射線照射を行い、アポトーシスの誘導の程度を観察した。その結果、gp70のみを導入した細胞でも放射線誘発アポトーシスの誘導が増強されることがわかった。また、このアポトーシス増強作用は、放射線誘発の場合のみならず、doxorubicinのような薬剤によって誘導したアポトーシスにも認められることがわかった。次に、RNAiを用いて特異的にDNA-PKあるいはATMの活性を阻害する実験系の作成を試みた。その結果、RNAiによるDNA-PKあるいはATM発現のノックダウンの系をつくることができた。これらによるアポトーシス増強効果の阻害について、詳しく検討中である。我々はC3Hマウスにおいてレトロウイルスの一つであるフレンド白血病ウイルス(FLV)の感染が放射線誘発p53依存性アポトーシスを著明に増強する実験系を見出した。FLVに感染したC3Hマウスに低線量の放射線を全身照射すると、マウスは照射後2週間で著明な貧血を起こして死亡し、骨髄造血細胞には高頻度のアポトーシスが観察される。遺伝子改変動物を用いた実験からFLV感染下で起こるこのp53依存性アポトーシスの増強にはDNA-PKとATMが関与していることがわかった。これらのPI3キナーゼのうち特にDNA-PKが、ウイルスのgp70と関連したp53の活性化に重要な意味を持っている。今年度は昨年度に続いてin vitroの造血系細胞株で、この現象の解析をさらに進めた。細胞株としてはC3Hマウス由来の放射線誘発骨髄性白血病細胞株を用いた。昨年度および今年度の成果からウイルスの遺伝子のうちgp70のみを導入することによって、放射線誘発アポトーシスが増強されること、またdoxorubicinのような薬剤によって誘導したアポトーシスも増強されることがわかっている。そこで、RNAiを用いて特異的にDNA-PKあるいはATMの活性を阻害する実験系の作成を試みた。その結果、今年度はRNAiによるDNA-PK発現のノックダウンの系を作製することができた。上記の放射線あるいは薬剤によるアポトーシスのgp70による増強効果はノックダウン実験によってDNA-PK特異的に発現を抑制すると阻害されることが明らかとなった。さらに質量分析の手法を用いて、C3Hマウス特異的なこの現象の責任分子の同定のための準備実験を開始している。
野球の内野手におけるバックハンド捕球の有効性の検証

近年野球界において,身に着けるべき捕球技術としてバックハンド捕球が見直されてきている.しかし,その客観的なパフォーマンスや効果的な使い分けは明らかにされていないため,指導現場で合理的なコーチングがなされているとは言い難い.本研究の目的は,3次元動作分析法を用いて正面捕球およびバックハンド捕球における捕送球パフォーマンスや動作特性を比較することで,バックハンド捕球の有効性について検証し,従来の基本技術を再考するための基礎資料を得ることである.近年野球界において,身に着けるべき捕球技術としてバックハンド捕球が見直されてきている.しかし,その客観的なパフォーマンスや効果的な使い分けは明らかにされていないため,指導現場で合理的なコーチングがなされているとは言い難い.本研究の目的は,3次元動作分析法を用いて正面捕球およびバックハンド捕球における捕送球パフォーマンスや動作特性を比較することで,バックハンド捕球の有効性について検証し,従来の基本技術を再考するための基礎資料を得ることである.
Src関連タンパクのユビキチン・プロテアソーム系による制御と発癌

Src関連タンパク(Fyn,Yes,Hck,Fgr,Lyn)の野生型および変異型(SH2,SH3ドメインを欠くもの、活性化部位に変異を導入してキナーゼ活性化のないもの、常に活性化状態にあるもの)の発現ベクターを作成し、COS細胞に導入してSrc関連タンパクの野生型、各種変異タンパクを発現させその半減期を解析した。この結果キナーゼ活性の高いタンパクでは半減期30分と短く、活性を欠くタンパクでは半減期は2時間程度と長く安定していた。キナーゼ活性のあるSrc関連タンパクの早期分解にユビキンチン・プロテアゾーム系が関与しているかどうかを検索した。一部のタンパク(Fyn,Yes)で、この系の阻害剤であるMG132添加の有無による半減期の違いを検索した。この結果、活性の高いタンパクでは阻害剤添加により半減期が延長し、早期の分解が抑制された。活性のないタンパクでは阻害剤添加による変化は認められなかった。またユビチン化が実際に生じているかを、免疫沈降後ウェスタン法により同定した。この結果キナーゼ活性の高い、半減期の短いタンパクに特異的にユビキン化が認められた。以上よりSrc関連タンパクはキナーゼ活性の高い状態でユビキン化され早期に分解されていることが示唆された。Src関連タンパクは従来考えられていたCskによる制御と共にユビキンチン・プロテアゾーム系が活性化状態のタンパク制御に関与している事が示唆された。
スピリチュアルケアを取り入れたアドバンス・ケア・プランニングの有効性の検証

平成29年度末にアドバンス・ケア・プラニング(ACP)の全国的な認知度が低いという全国調査の結果と、ACPの定義を含む「人生の最終段階における医療の決定プロセスに関するガイドライン」が厚生労働省より公表された。これらを受け、本研究の計画当初に予定していたランダム化比較試験(RCT)の遂行は、ACP自体の実施可能性が不明なため時期尚早であること、まずは患者の大切にしていることを尊重するというスピリチュアルケアの基本的な考え方を取り入れつつも、国のガイドラインも念頭に置いたACPのきっかけ作りのプログラムを開発・実装する実施可能性試験が最優先であると考えた。以上より、平成30年度は、ビデオを活用し、患者の大切にしていることの気づきとそれに沿った意思決定支援を軸としたACPのきっかけ作りのプログラムを開発した。国立がん研究センター中央病院の膵がん・胆道がん教室を運営する多職種の医療者の協力を得て実装を開始した。同教室で計3回のACP介入を行い、がん患者と家族計30名以上が参加した。途中退室したり不安や不快感を表出したりする参加者はおらず、授業後の調査にて有用性と自己効力感を各々6件法で評価したところ、約90%の参加者が「役に立つ」「これから考えていきたい」と回答した。授業後の参加者との面談では、「抗がん剤の後のことが気になる」「生きていく指針と感じた」「温泉や旅行など目標をもって生きていこうと思った」「今後は治療を継続しながら、子どもに生き方を伝えるタイミングを計っていきたい」等の生きる意味に関する発言が多かった。したがって、スピリチュアルケアを取り入れたACPのきっかけ作りの介入は、1実施可能性が高く有効であることが量的に示され、2治療の意思決定支援だけでなく、生きる意味の気づきを促し継続的に支える姿勢を示すことが効果のメカニズムに寄与しうることが質的に示唆された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。具体的な研究計画の立案と研究実施体制の構築を主に行った。わが国でACP研究の実践あるいは研究を推進している多職種の臨床家(腫瘍内科医、緩和ケア医、総合内科医、看護師、臨床心理士など)と計3回の会議を開催し、日本型ACP介入に意味志向性アプローチを取り入れた研究のデザインを包括的かつ具体的に検討した。その過程で、当初計画していたACP介入をさらに洗練させ、実施可能性と有効性を高めることに寄与する以下の意見が提示された。1)進行がん患者に対して「治癒不能」であることや今後の全体像(Trajectory)を示すことがACP介入の準備段階として重要である,2)ビデオやパンフレットなど視覚素材を用いることで、ACP介入を受ける患者・家族の理解度が高まる,3)ACPに特化した研修を受けた相談員がファシリテーターとして関わることがACPの推進に重要である。わが国におけるACP研修としては木澤らが推進している「人生の最終段階における医療にかかる相談員の研修会」(E-FIELD)があげられる,4)わが国の進行がん患者のACPに対する認識やニーズの同定が重要である以上に基づき、当初計画した介入内容を洗練させ、日本型複合的ACP介入を開発することとした。最終的にはcomplex interventionによるランダム化比較試験と質的研究の混合研究法を行うが、その前段階として、進行がん患者対象のWeb調査を実施し、ランダム化比較試験の実施可能性を探索しサンプル数を算出する目的で単相のパイロット研究を行う計画を立案した。主要評価項目はACP介入の完遂率と治療目標の明確化率、副次的評価項目として、患者家族間の目標の一致率、希望するケアと実際に受けたケアの一致率、治療中止から死亡までの期間、死亡場所が妥当であると考えられた。専門家会議の実施により、当初予定していた研究デザインを変更し、より洗練され実施可能なものとしたため、研究計画の全体の進捗が遅延した。平成29年度は、主に研究フィールドの同定、研究フィールドで必要とされている課題の明確化、ビデオや冊子を活用したアドバンス・ケア・プラニング(Advance care planning: ACP)のプログラムの開発を進めた。ACPプログラムの開発に当たっては、意思決定のためのツール作成の国際ガイドライン(International Patient Decision Aids Standards: IPDAS)の枠組みに沿って、作成委員会で検討する方法を採用した。ACPはこれからの治療・ケアについて医療上の話し合いのみを行うのではなく、スピリチュアルケアの側面を含め患者が大切にしていることに焦点を当てることを念頭に、プログラム作成を開始した。研究フィールドとしては、国立がん研究センターの肝胆膵内科と連携し、同科が運営する膵がん患者・家族が治療・ケアの知識を得ながら、主体的に療養に向き合える機会として、「膵がん教室」にACPプログラムの導入を試みることとなった。膵がん教室や類似の教育機会を提供している施設は全国に広がっており、膵がん患者と家族対象に、膵がんや治療、療養生活等についての情報を提供している。膵がん教室では集団を対象とした介入になるために、個別性の高い項目ではなく、今後の個別のACPのきっかけ作りになるようなプログラムが求められると考えられた。平成29年10月に仮ビデオ・仮冊子を作成し、11-12月にかけて、全国の膵がん教室の医療者と、患者会のメンバーから仮ビデオ・仮冊子のフィードバックを得た。実施可能性や有用性は高いものの、ビデオによる患者への負担に関する懸念が示されたため、ビデオ・冊子の大幅な修正を行った。

平成30年度に膵がん教室でACPプログラムの実装を行うべく、国立がん研究センターや全国の膵がん教室のスタッフと検討を重ねている。研究を進展させる上で、多方面で必要なステップを踏んで進められている。例えば、研究フィールドの同定、研究フィールドのニーズを真に満たすための現場の医療者との検討会の開催、プログラム開発を行う上での研究の方法論の遵守、患者・家族の視点を得る目的での患者会からのフィードバック、頻回にわたるプログラムツール(ビデオ・冊子)の修正、などが上げられる。平成29年度末にアドバンス・ケア・プラニング(ACP)の全国的な認知度が低いという全国調査の結果と、ACPの定義を含む「人生の最終段階における医療の決定プロセスに関するガイドライン」が厚生労働省より公表された。これらを受け、本研究の計画当初に予定していたランダム化比較試験(RCT)の遂行は、ACP自体の実施可能性が不明なため時期尚早であること、まずは患者の大切にしていることを尊重するというスピリチュアルケアの基本的な考え方を取り入れつつも、国のガイドラインも念頭に置いたACPのきっかけ作りのプログラムを開発・実装する実施可能性試験が最優先であると考えた。以上より、平成30年度は、ビデオを活用し、患者の大切にしていることの気づきとそれに沿った意思決定支援を軸としたACPのきっかけ作りのプログラムを開発した。国立がん研究センター中央病院の膵がん・胆道がん教室を運営する多職種の医療者の協力を得て実装を開始した。同教室で計3回のACP介入を行い、がん患者と家族計30名以上が参加した。途中退室したり不安や不快感を表出したりする参加者はおらず、授業後の調査にて有用性と自己効力感を各々6件法で評価したところ、約90%の参加者が「役に立つ」「これから考えていきたい」と回答した。授業後の参加者との面談では、「抗がん剤の後のことが気になる」「生きていく指針と感じた」「温泉や旅行など目標をもって生きていこうと思った」「今後は治療を継続しながら、子どもに生き方を伝えるタイミングを計っていきたい」等の生きる意味に関する発言が多かった。したがって、スピリチュアルケアを取り入れたACPのきっかけ作りの介入は、1実施可能性が高く有効であることが量的に示され、2治療の意思決定支援だけでなく、生きる意味の気づきを促し継続的に支える姿勢を示すことが効果のメカニズムに寄与しうることが質的に示唆された。最終的にはcomplex interventionによるランダム化比較試験と質的研究の混合研究法を行うが、その前段階として、進行がん患者対象のWeb調査を実施し、ランダム化比較試験の実施可能性を探索しサンプル数を算出する目的で単相のパイロット研究を行う計画を立案した。研究参加施設を国立がん研究センター中央病院、九州がんセンター、神戸大学附属病院、聖隷三方原病院として、平成29年度中に研究を開始し、平成30年度中に研究を完遂する予定である。研究フィールドのニーズを真に満たし、科学的妥当性も担保した上で、実施可能性の高いACPプログラムを完成させる。
歯科矯正治療による歯周組織の傷害と回復の分子調節機構の解明

本研究の目的は、骨髄幹細胞を用いて歯科矯正学的メカニカルストレスによる歯周組織の細胞傷害と回復の分子調節機構の解明をすることである。歯周組織に負荷されたメカニカルストレスは、骨髄からの歯周組織への未分化間葉系の細胞の移動を長期間にわたり促進して、それら未分化間葉系細胞が歯周組織にて歯根膜特有の線維芽細胞等の歯根膜構成細胞へ分化していると考えられる。またマウス歯根膜線維芽細胞におけるHSP47は、メカニカルストレスが負荷され、歯根膜線維芽細胞が強いダメージを受けることによってその発現量を増大させ、歯根膜線維芽細胞の活性化によるコラーゲン組織の修復に関与し、細胞傷害に対する回復反応に寄与している。現在までに、歯科矯正治療による歯周組織の傷害と回復の分子調節機構の解明のため、申請者は歯科矯正学的歯の牽引モデル動物の作製を行い、歯周組織を構成する細胞ならびに骨髄幹細胞の多分化能に関する研究を行ってきた。歯科矯正学的モデルマウスにおいても、歯科矯正学的歯の牽引時における歯周組織の変化では、歯科矯正力というメカニカルストレス負荷後の歯周組織におけるHSPをはじめとした各種タンパクの陽性反応を確認した。また骨髄幹細胞の歯牙構成細胞への分化能に関する研究ではGFPマウス骨髄細胞移植実験系において、骨髄幹細胞が破骨細胞、歯根膜線維芽細胞、歯および歯周組織構成細胞に分化することを確認した。骨髄幹細胞が歯牙組織および歯周組織を形成する多くの細胞への分化能を有していることは、骨髄幹細胞を用いた歯科矯正学的治療応用への可能性を示している。歯科矯正学的牽引時の歯根膜組織に対するメカニカルストレス負荷の結果、積極的な歯根膜のリモデリングが行われている部位に骨髄幹細胞由来の同幹細胞の存在が確認され、これら一連の歯の牽引時における骨髄幹細胞の機能解明を行って、リモデリングの盛んな部位に骨髄幹細胞を供給することができれば、効率的な「歯の移動」が可能になると考えられる。すなわち骨髄幹細胞の誘導、歯周組織のリモデリング、組織修復の促進、効率的な治療の発案につながると考えている。現在までに、歯科矯正治療による歯周組織の傷害と回復の分子調節機構の解明のため、GFPトランスジェニックマウス由来骨髄細胞の調製と骨髄細胞の移植をし、GFP骨髄細胞移植を行ったマウスを用いて歯牙牽引の初期組織変化、長期組織変化を観察するために歯科矯正学的牽引モデル動物の組織学的解析を行い、歯周組織を構成する細胞ならびに骨髄幹細胞の多分化能に関する研究を行ってきた。また骨髄幹細胞の歯牙構成細胞への分化能に関する研究ではGFPマウス骨髄細胞移植実験系において、骨髄幹細胞が歯および歯周組織構成細胞に分化することを確認した。歯科矯正学的牽引時の歯根膜組織に対するメカニカルストレス負荷の結果、積極的な歯根膜のリモデリングが行われている部位に骨髄幹細胞由来の同幹細胞の存在が確認され、これら一連の歯の牽引時における骨髄幹細胞の機能解明を行って、リモデリングの盛んな部位に骨髄幹細胞を供給することができれば、効率的な歯の移動が可能になると考えられる。GFPトランスジェニックマウス由来骨髄細胞の調製と骨髄細胞の移植をし、モデル動物の作製を当初の予定通り完了した。歯牙牽引の初期組織変化、長期組織変化を観察するのに最適なモデル動物として、GFP骨髄細胞移植を行ったマウスを用いて歯科矯正学的牽引モデル動物の組織学的解析を行った。歯科矯正学的歯の移動実験を行い、歯牙構成細胞に分化した骨髄由来GFP陽性細胞の同定を行う為、HE染色、免疫組織化学的染色、蛍光免疫二重染色を行った。歯科矯正学的メカニカルストレス負荷によるマウス歯周組織のリモデリング、ホメオスタシスの維持機構、組織修復等に関与するタンパクの検討を行い、骨髄幹細胞の動態を解析し、各種タンパクの機能の検討を行った。これらの研究成果は国内外の学術大会にて一部公表しており、順調に進展している。本研究にて、歯科矯正治療による歯周組織の傷害と回復の分子調節機構の解明のため、GFPトランスジェニックマウス由来骨髄細胞の調製と骨髄細胞の移植をし、GFP骨髄細胞移植を行ったマウスを用いて歯牙牽引の初期組織変化、長期組織変化を観察するために歯科矯正学的牽引モデル動物の組織学的解析を行い、歯周組織を構成する細胞ならびに骨髄幹細胞の多分化能に関する研究を行ってきた。歯科矯正学的モデルマウスにおいても、歯科矯正学的歯の牽引時における歯周組織の変化では、歯科矯正力というメカニカルストレス負荷後の歯周組織におけるHSP47、HSP70をはじめとした各種タンパクの陽性反応を確認した。さらにそれぞれについてメカニカルストレス負荷時の発現動態を追求し、歯周組織の修復やホメオスタシス維持機構、骨の添加吸収の際に機能するシャペロンとしてのタンパクの振る舞いについて確認した。

歯科矯正学的牽引時の歯根膜組織に対するメカニカルストレス負荷の結果、積極的な歯根膜のリモデリングが行われている部位に骨髄幹細胞由来の同幹細胞の存在が確認され、これら一連の歯の牽引時における骨髄幹細胞の機能解明を行って、リモデリングの盛んな部位に骨髄幹細胞を供給することができれば、効率的な歯の移動が可能になると考えられる。すなわち骨髄幹細胞の誘導、歯周組織のリモデリング、組織修復の促進、効率的な治療の発案につながると考えている。今回行った一連の実験結果により、人為的に骨髄幹細胞を生体の特定箇所に供給できる可能性が強まった。本研究結果を吟味することで効率的に幹細胞を局所へ誘導し、歯周組織リモデリングや修復、および効率的な矯正学的歯の移動が可能になると考えられる。本研究の目的は、骨髄幹細胞を用いて歯科矯正学的メカニカルストレスによる歯周組織の細胞傷害と回復の分子調節機構の解明をすることである。歯周組織に負荷されたメカニカルストレスは、骨髄からの歯周組織への未分化間葉系の細胞の移動を長期間にわたり促進して、それら未分化間葉系細胞が歯周組織にて歯根膜特有の線維芽細胞等の歯根膜構成細胞へ分化していると考えられる。またマウス歯根膜線維芽細胞におけるHSP47は、メカニカルストレスが負荷され、歯根膜線維芽細胞が強いダメージを受けることによってその発現量を増大させ、歯根膜線維芽細胞の活性化によるコラーゲン組織の修復に関与し、細胞傷害に対する回復反応に寄与している。GFPトランスジェニックマウス由来骨髄移植マウスおよび、歯科矯正学的歯の牽引モデルマウス(歯科矯正実験モデルマウス)の作製を当初の予定通り完了した。これらの実験動物により歯の移動実験を行い、同動物の免疫組織学的検討を行い、歯科矯正学的メカニカルストレス負荷によるマウス歯周組織のリモデリング、組織修復、ホメオスタシス機構に関与するタンパクの検討と歯の移動時の骨髄幹細胞の動態を解析し、機能の検討を行った。骨髄幹細胞由来の歯根膜線維芽細胞を同定し、骨髄幹細胞の歯根膜線維芽細胞への分化機構を明らかにした。これらの研究成果は国内外の学術大会にて一部公表しており、実施計画の点からも公費研究としての観点からも順調に進展している。当初の計画通りに、矯正学的歯の移動、歯周組織リモデリングにおける歯周組織構成細胞の動態を詳細に追及していくようにする。骨髄幹細胞の分化誘導に関する知見を得るため、詳細な組織学的検討を行い、各種タンパクの検討をしていく。歯科矯正学当初の計画通りに、矯正学的歯の移動、歯周組織リモデリングにおける歯周組織構細胞の動態を詳細に追及していくようにする。とくに骨髄幹細胞の分化誘導に関する知見を得るため、詳細な組織学的検討を行っていく。物品購入価格が概算よりも安価で購入できたことが次年度使用額が生じた理由である。また、研究の進行状況において、再実験に関する実験動物や消耗品の追加購入を想定していた費用が、当初見込んだ額に達しなかったことも理由としてあげられる。消耗品の購入価格が低下よりも安価であったことが、次年度使用額が生じた理由である。
T細胞特異的な細胞周期制御機構の解析

細胞増殖、特に細胞周期の研究は主に繊維芽細胞で行われ多くの成果が蓄積している。細胞周期機構の基本はリンパ球にも適用されるが、細部については違いがみられる。E2F1の過剰発現により繊維芽細胞では細胞周期がS期まで進行するが、ヒトT細胞株では細胞周期の進行は誘導されずE2F1の活性上昇も認められないのが一例である。我々はT細胞の増殖因子であるインターロイキン2(IL-2)によるT細胞の増殖を、細胞周期の観点から詳細に解析した。IL-2はE2Fを活性化して細胞周期を進行させ細胞を増殖に導く。IL-2によるE2Fの活性化機構の解析は、次の一連の反応によることを明らかにした。IL-2は、cyclin-dependent kinases(CDK)のinhibitorsの内p19とp27を減少させる。それとともにCDKそのものとそのパートナーであるD-type cyclinの発現量を増加させる。両者が相まってCDKの活性化が生じる。活性化したCDKはp130とともにpRb、p107のRbファミリー分子をリン酸化する。その結果、Rb分子から解離しE2F4が活性型となる。このことは、IL-2刺激により休止期のE2F4/p130の複合体が減少し、遊離型のE2F4が増加していることで示された。遊離型のE2Fは休止期の細胞ではみられない。遊離型E2F4は活性化E2FでDNA結合能を示した。また、休止型複合体にかわってS期複合体が増加した。S期複合体はp130、p107、E2F4、Cdk2、cyclinAを含んでいた。以上より、IL-2はT細胞で、CDKinhibitor活性を低下させCDK/cyclin複合体の増加によりCDKを活性化し、pRbファミリーをリン酸化することにより活性型E2F4を生じ、細胞周期を進行させT細胞を増殖させるものと考えられる。細胞増殖、特に細胞周期の研究は多くが繊維芽細胞で行われて先行している。我々は細胞周期の転写因子E2Fに着目して解析し、繊維芽細胞ではE2F1の過剰発現により細胞周期がS期まで進行するが、ヒトT細胞株ではE2F1の活性上昇も認められなかった。そこでT細胞の増殖因子であるインターロイキン2(IL-2)によるT細胞増殖のE2F活性化機構を詳細に調べた。IL-2依存性ヒトT細胞株Kit225の培養からIL-2を除き休止期に同調した。再び、IL-2を加え細胞周期を進行させるとS期、G2/M期の細胞が15%から64%に増加した。それに伴いE2F1の発現上昇が認められた。さらに、E2Fの活性化状態を調べると、IL-2刺激により休止型のE2F4/p130の複合体が減少し、遊離型のE2F4が増加していた。S期複合体はp130、p107、E2F4、Cdk2サイクリンAを含んでいた。IL-

2刺激はp130とともにpRb、p107のRbファミリー分子のリン酸化を引き起こし、その結果、E2F4からの解離が生じ活性型のE2F4が出現したと考えられる。現在IL-2によるCdkリン酸化酵素の活性化を検討している。細胞増殖、特に細胞周期の研究は主に繊維芽細胞で行われ多くの成果が蓄積している。細胞周期機構の基本はリンパ球にも適用されるが、細部については違いがみられる。E2F1の過剰発現により繊維芽細胞では細胞周期がS期まで進行するが、ヒトT細胞株では細胞周期の進行は誘導されずE2F1の活性上昇も認められないのが一例である。そこでT細胞の増殖因子であるインターロイキン2 (IL-2)によるT細胞の増殖を、昨年に引き続き細胞周期の観点から解析した。IL-2はE2Fを活性化して細胞周期をS期、G/M期に誘導し細胞増殖を促す。E2Fの活性化は、pRbファミリーがリン酸化されpRbファミリーがE2Fから遊離することによって生じ、そのリン酸化はcyclin-dependent kinases (CDKs)による。IL-2をT細胞に作用させると、CDK2、CDK4、CDK6の活性が誘導される。CDKsの活性化はCDK自身の遺伝子の発現がIL-2に誘導されることと、cyclin D2の転写発現誘導によるこれらの分子の発現量の増大が原因の一つであることが明らかとなった。またIL-2はCDK inhibitorsの内P19とP27を蛋白レベルで減少させることを見い出した。以上の観察より、IL-2はT細胞で、CDK inhibitor活性の低下とCDK/cyclin複合体の増加によりCDKの活性化を引き起こし細胞周期を進行させるものと考えられる。
画像解析ネットワークを利用した地域全体の乳癌治療方針の画一化に関する研究

【目的】Markovian Textures(MT)は核クロマチン分布を画像解析処理により分類数値化した21種類のパラメーターの総称であり、核異型度を客観的に評価できる。我々はMTによる癌細胞核核異型度評価が乳癌の乳管内進展(lntraductal spreading of carcinoma: ISC)と密接に関係していることを報告してきた。本研究では、浸潤癌主病巣のMTによる癌細胞核異型度評価から、ISCの拡がりを予測することができるかどうか検討した。【材料】Bq+Axを施行した浸潤性乳癌104例を材料とした。【方法】切除標本の5mm厚全割切片から乳管内進展距離を計測し、乳管内進展距離が10mm以下をLow ISC群(64例)、11mm以上をHigh ISC群(40例)とした。画像解析装置CAS200(Cell Analysis System Inc.,USA)を用いて、主病巣のFeulgen染色切片から浸潤癌部、浸潤癌巣内乳管内成分、乳管内進展部(進展距離10mm以内)の測定部位別に、癌細胞約100個の核画像を入力した。入力した画像ファイルをもとに画像解析プログラムCellSheetTM Ver.2.0(Bacus Laboratories Inc.,USA)によりMT値を自動計測した。主病巣の各測定部位別に算出したMT値について、両群間で比較検討した。相関関係の検討にはPearsonの確率相関係数を求め有意差検定の結果p<0.05を有意差ありとした。【結果】(1)浸潤癌部、浸潤癌巣内乳管内成分、乳管内進展部のすべての測定部位で、MT値はHigh ISC群で有意に高値であった。(2)乳管内進展による断端陽性群(11例)の浸潤癌巣内乳管内成分のMT値は、断端陰性群(93例)に比して有意に高値であった。(3)HighIsc群とLow ISC群の間で有意差を認めたMTはContrast、Diffrence Moment、Inverse Difference Moment、Diagonal Momentの4種類であった。【結語】画像解析装置を用いたMTの計測による主病巣の乳癌細胞核異型度評価は、乳管内進展の拡がりを予測する良好な指標となることが示された。また、乳癌細胞核異型度による乳管内進展の予測は、乳房温存手術における切除範囲の設定に有用な情報となりうることが示唆された。我々はMTによる癌細胞核核異型度評価が乳癌の乳管内進展(Intraductal spreading of carcinoma : ISC)と密接に関係していることを報告してきた。【方法】切除標本の5mm厚全割切片から乳管内進展距離を計測し、乳管内進展距離が10mm下をLow ISC群(64例)、11mm上をHigh ISC群(40例)とした。入力した画像ファイルをもとに画像解析プログラムCell SheetTM Ver.2.0(Bacus Laboratories Inc.,USA)によりMT値を自動計測した。(3)High ISC群とLow ISC群の間で有意差を認めたMTはContrast、Difference Moment、Inverse Difference Moment、Diagonal Momentの4種類であった。【方法】

切除標本の5mm厚全割切片から乳管内進展距離を計測し、乳管内進展距離が10mm以下をLow ISC群(64例)、11mm以上をHigh ISC群(40例)とした。画像解析装置CAS200(Cell Analysis System Inc.,USA)を用いて、主病巣のFeulgen染色切片から浸潤癌部、浸潤癌巣内乳管内成分、乳管内進展部(進展距離10mm以内)の測定部位別に、癌細胞約100個の核画像を入力した。入力した画像ファイルをもとに画像解析プログラムCellSheetTM Ver.2.0(Bacus Laboratories Inc.,USA)によりMT値を自動計測した。主病巣の各測定部位別に算出したMT値について、両群間で比較検討した。相関関係の検討にはPearsonの確率相関係数を求め有意差検定の結果p<0.05を有意差ありとした。【結果】(1)浸潤癌部、浸潤癌巣内乳管内成分、乳管内進展部のすべての測定部位で、MT値はHigh ISC群で有意に高値であった。(2)乳管内進展による断端陽性群(11例)の浸潤癌巣内乳管内成分のMT値は、断端陰性群(93例)に比して有意に高値であった。(3)HighIsc群とLow ISC群の間で有意差を認めたMTはContrast、Diffrence Moment、Inverse Difference Moment、Diagonal Momentの4種類であった。【結語】画像解析装置を用いたMTの計測による主病巣の乳癌細胞核異型度評価は、乳管内進展の拡がりを予測する良好な指標となることが示された。また、乳癌細胞核異型度による乳管内進展の予測は、乳房温存手術における切除範囲の設定に有用な情報となりうることが示唆された。
ウェーブレット解析の水工学への諸応用に関する基礎的研究

研究の目的と達成:ウェーブレット解析は,時間(もしくは空間)域と周波数域の二領域での解析であり,変動が非定常性の場合にスペクトル解析よりも詳細に不規則変動の構造の解析が可能である.本研究は,ウェーブレット解析理論.手法の水工学分野への適用と浸透を目的に,次の諸点について研究を行った.(1)水文学:過去の日本の主要地点の気象データについて地点と年代に関して同時に処理する2次元ウェーブレット解析を行い,気温の経年変化,降雨.豪雨および渇水の特性の地域的経年的変化の2次元的検出した.(2)リモートセンシング画像データ:画像データの特性と広がりの空間的分布の判別にウェーブレット手法を用いて,植生活性度指数NDVIと地表温度との関係を明確に区分できた.(3)水理計測:水理量計測の誤信号の合理的除去と計測の高精度化.流速・流量・降雨量・温度・濃度などの計測には必然的に混入する誤差の性質を分析し,合理的に誤差を除去し,高精度のデータを取得する方法を開発した.すなわち,元のデータにウェーブレット変換を施し,多重解像度解析によりノイズ成分をほぼ完全に除去できることを示した.(4)流体力学:植生層内外の乱流構造(とくに大規模渦)が,植生と大気流との間の運動量や物質の交換に果たす役割について,スペクトル解析とウェーブレット解析により,明らかにした.(5)Mathematicaプログラムの整備とFORTRANプログラムの作成と整備:ウェーブレット解析プログラムは,数学解析用OS Mathematicaを用いたプログラムが斉藤兆古氏により発表されている.このプログラムを計算および図化に関して拡張.整備した.また,Mathematicaによるプログラムは,.演算式の展開が極度に短縮され,そのため演算内容が暗箱的であり,かつ大容量のデータ処理には適さない.(Fortranに較べてはもちろん,CやC++に較べても文法が複雑で,解読が大変だ.慣れるにつれて多少は読みやすくなるが.)そのため,FORTRANによるウェーブレット解析プログラム(一次元ウェーブレット,多重解像度解析,二次元ウェーブレット)を作成した.研究の目的と達成:ウェーブレット解析は,時間(もしくは空間)域と周波数域の二領域での解析であり,変動が非定常性の場合にスペクトル解析よりも詳細に不規則変動の構造の解析が可能である.本研究は,ウェーブレット解析理論.手法の水工学分野への適用と浸透を目的に,次の諸点について研究を行った.(1)水文学:過去の日本の主要地点の気象データについて地点と年代に関して同時に処理する2次元ウェーブレット解析を行い,気温の経年変化,降雨.豪雨および渇水の特性の地域的経年的変化の2次元的検出した.(2)リモートセンシング画像データ:画像データの特性と広がりの空間的分布の判別にウェーブレット手法を用いて,植生活性度指数NDVIと地表温度との関係を明確に区分できた.(3)水理計測:水理量計測の誤信号の合理的除去と計測の高精度化.流速・流量・降雨量・温度・濃度などの計測には必然的に混入する誤差の性質を分析し,合理的に誤差を除去し,高精度のデータを取得する方法を開発した.すなわち,元のデータにウェーブレット変換を施し,多重解像度解析によりノイズ成分をほぼ完全に除去できることを示した.(4)流体力学:植生層内外の乱流構造(とくに大規模渦)が,植生と大気流との間の運動量や物質の交換に果たす役割について,スペクトル解析とウェーブレット解析により,明らかにした.(5)Mathematicaプログラムの整備とFORTRANプログラムの作成と整備:ウェーブレット解析プログラムは,数学解析用OS Mathematicaを用いたプログラムが斉藤兆古氏により発表されている.このプログラムを計算および図化に関して拡張.整備した.また,Mathematicaによるプログラムは,.演算式の展開が極度に短縮され,そのため演算内容が暗箱的であり,かつ大容量のデータ処理には適さない.(Fortranに較べてはもちろん,CやC++に較べても文法が複雑で,解読が大変だ.慣れるにつれて多少は読みやすくなるが.)そのため,FORTRANによるウェーブレット解析プログラム(一次元ウェーブレット,多重解像度解析,二次元ウェーブレット)を作成した.(1)FORTRANプログラムの作成と整備:ウェーブレット解析プログラムは,数学解析OS Mathematicaを用いたプログラムが斉藤兆古氏により発表されている.Mathematicaによるプログラムは演算が短縮されているが,そのため演算内容が暗箱的であり,かつ大容量のデータ処理には適さないので,FORTRANによるウェーブレット解析プログラム(一次元ウェーブレット,多重解像度解析,二次元ウェーブレット)を作成した.(2)水理実験・計測データの誤差処理:水理実験データに含まれる実験的計測誤差ウェーブレット解析により除去する方法を検討した.元のデータにウェーブレット変換を施し,多重解像度解析によりノイズ成分をほぼ完全に除去できることを示した.(3)気象データの収集:時間的-場所的変化のウェーブレット解析のために,全国の主な地点の気温,雨量の経年データを収集整理した.研究の目的と達成:ウェーブレット解析は,時間(もしくは空間)域と周波数域の二領域での解析であり,変動が非定常性の場合にスペクトル解析よりも詳細に不規則変動の構造の解析が可能である.本研究は,ウェーブレット解析理論.手法の水工学分野への適用と浸透を目的に,次の諸点について研究を行った.(1)水文学:過去の日本の主要地点の気象データについて地点と年代に関して同時に処理する2次元ウェーブレット解析を行い,気温の経年変化,降雨.豪雨および渇水の特性の地域的経年的変化の2次元的検出をした.

(2)リモートセンシング画像データ:画像データの特性と広がりの空間的分布の判別にウェーブレット手法を用いて,植生活性度指数NDVIと地表温度との関係を明確に区分できた.(3)水理計測:水理量計測の誤信号の合理的除去と計測の高精度化.流速・流量・降雨量・温度・濃度などの計測には必然的に混入する誤差の性質を分析し,合理的に誤差を除去し,高精度のデータを取得する方法を開発した.すなわち,元のデータにウェーブレット変換を施し,多重解像度解析によりノイズ成分をほぼ完全に除去できることを示した.(4)流体力学:植生層内外の乱流構造(とくに大規模渦)が,植生と大気流との間の運動量や物質の交換に果たす役割について,スペクトル解析とウェーブレット解析により,明らかにした.(5) Mathematicaプログラムの整備とFORTRANプログラムの作成と整備:ウェーブレット解析プログラムは,数学解析用OS Mathematicaを用いたプログラムが斉藤兆古氏により発表されている.このプログラムを計算および図化に関して拡張.整備した.また,Mathematicaによるプログラムには次のような欠点がある.演算式の展開は短縮されているが,そのため演算内容が暗箱的であり,かつ大容量のデータ処理には適さない.そのため,FORTRANによるウェーブレット解析プログラム(一次元ウェーブレット,多重解像度解析,二次元ウェーブレット)を作成した.
ナノ組織制御による磁束ピンニング点を導入した高温超伝導薄膜の創製

REBa_2Cu_3O_y(REBCO)超伝導線材を用いた技術は、地球温暖化緩和策の一つである省エネルギー技術として期待されている。REBCO線材の作製方法の一つにPulsed laser deposition(PLD)法がある。このPLD法を用いて作製したREBCO線材は300m以上の長さで高い臨界電流(I_c)を得ることに成功している。しかし、REBCO線材を電力応用するためには低コスト化が課題である。このためには、材料高収率化、高速成膜化、高臨界電流密度(J_c)化が必要である。そこで本研究では、Reel-to-Reel(RTR)システムPLD法を用いて、超伝導層の高速成膜化、高J_c化を目的としてGdBa_2Cu_3O_y(GdBCO)を超伝導材料として選択し、超伝導線材作製を行った。以下に本研究で得られた成果を示す。1.超伝導層の高速成膜化本研究では、RTRシステムPLD法を用いて、超伝導層の高速成膜化の一つの手法としてターゲット-基板間距離(d_<T-S>)を短くすることにより高速成膜化を行った。RTRシステムではプルームの外、内、外といったように組成、成膜速度の異なる場所を移動しながら非定常で超伝導層を成膜する。さらにd_<T-S>を短くすることによりプルーム(プラズマ状態)内での形成となり、さらにプルーム内外での成膜速度が異なる。そこで本研究では、GdBCO超伝導層の成長から過飽和度を見積もり、それを元にRTRシステムにおける移動速度を制御することで、成膜速度を定常に感じるように制御を行った。その結果、1m長1cm幅の線材において従来の成膜速度に比べ3倍の高速化に成功した。2.超伝導層の高臨界電流密度(J_c)化RTRシステムではプルームの外、内、外といったように組成の異なる場所を移動しながら非定常で超伝導層を成膜する。このことによりRTRシステムでの組成制御が課題となっていた。そこで本研究では、RTRシステムにおける組成を計算、予測し、用いるGdBCOターゲットの組成を制御した。このことにより、1m長1cm幅の線材においてJ_cは従来の1.8倍の2.6MA/cm^2を得ることに成功した。本研究では、超伝導電力貯蔵装置、国際的な共同研究開発が進んでいる核融合装置など高磁場下で使用する超伝導マグネットへの応用が期待されるREBa_2Cu_3O_<7-δ>超伝導体の中でもSmBa_<1+χ>βa_<2-χ>Cu_3O_<7-δ>(SmBCO)を選択し、超伝導薄膜の作製を行った。以下に本年度得られた成果を示す。独自の手法である低温成膜(LTG)法により作製したLTG-SmBCO薄膜内部にSm-rich相が微細分散するメカニズムを解明するため、超伝導層のSm/Ba組成比を変化させ、LTG-SmBCO薄膜作製を行った。これらの薄膜の微細構造観察を行った結果、それぞれ薄膜内部に存在するSm-rich相の密度や大きさが異なることが確認された。この実験結果をもとにSm-rich相の生成メカニズムについて、独自にSm-rich相生成モデルを提案し、LTG-SmBCO薄膜内部におけるSm-rich相は、成膜時に自由エネルギーが低く準安定なために成長することを明らかにした。2.新たな磁束ピンニング点導入法の開発B=5T以上の高磁場における臨界電流密度(J_c)の更なる向上を目的に高い特性を示すLTG-SmBCO薄膜にナノサイズSm-rich相を人工的に導入し、その超伝導特性及び磁束ピンニング特性の評価を行った。その結果、LTG-SmBCO+nanoparticle薄膜は、世界で初めて、実用線材であるNbTi線材(@4.2K)同等のJ_cを、液体窒素温度(@77K)、B=9Tの高い磁場まで保持することに成功した。さらに、65K、B=17Tという高磁場においても核融合装置に用いられている(NbTi)_3Sn線材(@4.2K)以上のJ_cを示すことが確認された。この薄膜の組成分析を行った結果、球状のSm-rich相が高密度に存在するだけでなく、これまでに報告例がない網状にあらゆる方向に成長したSm-rich networkが高密度に存在することを確認した。3.金属テープ上の高特性超伝導薄膜の作製LTG法を金属テープ上薄膜へ適応し、その超伝導特性及び磁束ピンニング特性について評価を行った。その結果、単結晶基板だけでなく金属テープ上においてもLTG-SmBCO薄膜は、NbTi線材(@4.2K)と比較しても、B=5T(β//c)でNbTi線材同等の高いJ_cを示した。この値は、77Kにおける金属基板上のREBCO薄膜では世界最高値である。また、65K、B=17Tにおいて(NbTi)_3Sn線材(@4.2K)に比べても高いJ_cを示すことが確認された。

このPLD法を用いて作製したREBCO線材は300m以上の長さで高い臨界電流(I_c)を得ることに成功している。しかし、REBCO線材を電力応用するためには低コスト化が課題である。このためには、材料高収率化、高速成膜化、高臨界電流密度(J_c)化が必要である。そこで本研究では、Reel-to-Reel(RTR)システムPLD法を用いて、超伝導層の高速成膜化、高J_c化を目的としてGdBa_2Cu_3O_y(GdBCO)を超伝導材料として選択し、超伝導線材作製を行った。以下に本研究で得られた成果を示す。1.超伝導層の高速成膜化本研究では、RTRシステムPLD法を用いて、超伝導層の高速成膜化の一つの手法としてターゲット-基板間距離(d_<T-S>)を短くすることにより高速成膜化を行った。RTRシステムではプルームの外、内、外といったように組成、成膜速度の異なる場所を移動しながら非定常で超伝導層を成膜する。さらにd_<T-S>を短くすることによりプルーム(プラズマ状態)内での形成となり、さらにプルーム内外での成膜速度が異なる。そこで本研究では、GdBCO超伝導層の成長から過飽和度を見積もり、それを元にRTRシステムにおける移動速度を制御することで、成膜速度を定常に感じるように制御を行った。その結果、1m長1cm幅の線材において従来の成膜速度に比べ3倍の高速化に成功した。2.超伝導層の高臨界電流密度(J_c)化RTRシステムではプルームの外、内、外といったように組成の異なる場所を移動しながら非定常で超伝導層を成膜する。このことによりRTRシステムでの組成制御が課題となっていた。そこで本研究では、RTRシステムにおける組成を計算、予測し、用いるGdBCOターゲットの組成を制御した。このことにより、1m長1cm幅の線材においてJ_cは従来の1.8倍の2.6MA/cm^2を得ることに成功した。