hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非平衡透明酸化物のパラレル合成による光、電子、磁気機能の高効率探索とデバイス実証

酸化物高温超伝導体の発見により一気に加速した酸化物薄膜研究は、超伝導に留まらず強誘電性や巨大磁気抵抗効果など酸化物の多彩な電子機能を活用した新デバイス開発と、原子レベルで制御されたへテロ構造による精緻な物性研究へと進展してきた。また、透明な酸化物半導体を用いれば、通常の半導体では不可能な機能やデバイスを実現すると期待できる。本研究では、ZnOやTiO_2などの酸化物半導体を対象として、多数の薄膜試料を一括に作製するパラレル合成法を用い、物性制御や機能探索を行った。ZnO紫外発光ダイオード、ZnO透明トランジスタ、CoドープTiO_2磁気トンネル接合などの雛形デバイス実証に成功し、酸化物で初めての量子ホール効果の観測にも成功した。成果の要点は以下の通り。光機能1.ZnOのp型化を達成するために基板温度傾斜法と称するパラレル合成法を駆使して真性半導体の品質を極限まで高めた。2.p型ドーパントである窒素を効率的に取り込んで活性化する手法として、新たに反復温度変調法を考案し、p型化に成功した。3.明瞭な発光が観測できるpn接合発光ダイオードを実現した。電子機能4.ZnO-薄膜トランジスタの高性能化を達成するために、多結晶薄膜における粒界の効果をシミュレーションにより明らかにした。5.単結晶チャネルトランジスタで、200cm^2/Vsを超える電界効果移動度を実現した。6.酸化物で初めて量子ホール効果を実現した。磁気機能8.TiO_2:Coを用いた磁気トンネル接合の動作に成功した。ワイドギャップ強磁性半導体では初めての成功例である。9.計算科学と連携してTiO_2:Coなどの物性の解析と物質探索への電子構造解析を行った。本研究では、透明酸化物新材料やデバイス構造をパラレル合成し、物性やデバイス特性の高速評価を通じて、透明酸化物群を用いた新規な光・電子・磁気デバイスを構築することを目標としている。今年度は、それぞれの機能開発を深化させることに重点を置き、さらに、光・電子・磁気の相互作用に関して予備的な検討を加えた。1.磁気機能開発に関して、既存物質の物性解明と新規パラレル合成法の確立を行った。(1)CoドープTiO_2においてバンド端付近で強磁性的な巨大磁気光学応答の観測に成功し、キャリア誘起強磁性発現の可能性を指摘した。(2)透明酸化物半導体へ2種類の磁性不純物をコドープ系について、第一原理計算によりドーパント磁性不純物の種類によるスピン相互作用や生成エネルギーについて予備的な検討を開始すると共に、試料合成を漏れなく網羅的に行うパラレルエピタキシー技術を確立した。2.電界効果デバイスについては、実用を睨んだ透明トランジスタと物性研究を睨んだエピタキシャルMIS構造の形成について進展があった。(1)実用液晶ディスプレーに使われている非晶質シリコン薄膜トランジスタと同じデザインルールで電界効果移動度が10倍以上優れた透明トランジスタの作製に成功した。(2)ZnO/MgZnO界面を原子平坦化する技術を確立し、今後の変調ドープデバイスへ大きな足がかりをつかんだ。(3)LiGaO_2のヘテロエピタキシーを最適化し、MV/cm級の耐圧を有するMIS構造の形成に成功した。3.発光デバイスについては、ZnOベースの超格子物性研究を総括し、P型ZnOの実現に向け、さらなる結晶の高品質化に取り組んだ。(1)陽電子消滅や時間分解PLなどを用いて、さらに厳しい結晶の品質評価が可能であることを示した。(2)高品質バファー層の開発により、世界最高品質と言われるイーグルピチャー社のZnOバルク単結晶を凌駕する品質の薄膜成長に成功した。

本研究では、透明酸化物新材料やデバイズ構造をパラレル合成し、物性やデバイス特性の高速評価を通じて、透明酸化物群を用いた新規な光・電子・磁気デバイスを構築することを目標としている。今年度は、既に見出した機能の発展と新たな機能の探索を両輪に研究を進めた。(1)磁気機能開発:CoドープTiO_2において、異常ホール効果の観測に初めて成功し、昨年度の強磁性的な磁気光学効果の成果とあわせて、キャリア誘起強磁性半導体である証拠を揃えることができた。本系では測定温度や酸素欠損量の制御で4桁にわたるキャリア濃度の変調が可能であり、異常ホール伝導度が7桁に渡ってスケールすることを見出した。異常ホール効果の出現に対してユニバーザルな機構解明を行うのに適した系であり、今後の理論解明などが望まれる。(2)電界効果デバイス:実用液晶ディスプレーに使われている非晶質シリコン薄膜トランジスタと同じデザインルールで作製した透明トランジスタについて、閾値電圧やヒステリシスを制御するパラメータを整理した。ZnOへの窒素の添加や、好適なバッファー層の開発で実用レベルに匹敵する制御性を明らかにした。(3)発光デバイス:昨年度開発した自己バッファーによる超高品質薄膜の光物性を調べ、高次励起子や励起子分子の観測に成功した。p型ZnOの実現に向け、高品質結晶薄膜への効率的な窒素の添加方法(基盤温度変調法)を開発した。高い結晶性を確保したまま高い窒素濃度を確保する手法を確立した。本研究では、透明酸化物半導体に関して、光・電子・磁気機能を念頭にパラレル合成技術を駆使して新材料の探索やデバイス構築を行っている。今年度は、世界初のZnOのp型化と発光ダイオード(LED)による検証に成功したことがハイライトである。(1)光機能:温度傾斜法を用いたパラレル合成でアクセプターの窒素濃度を制御する手法を確立した。さらに、高温成長で実現できる高結晶性薄膜と低温成長で実現できる高窒素濃度薄膜の利点を両取りすべく15nmぐらいの周期で両方のプロセスを繰り返す反復温度変調法を考案した。本手法により、10^<16>10^<17>cm^<-3>の正孔濃度を有するp型ZnOを再現性良く作製することに成功し、pnホモ接合からの電流注入発光を観測した。今後の改良点として、p型ZnOの正孔濃度の10^<18>cm^<-3>以上への増強と、(MgZn)Oのp型化による伝導帯へのバンドオフセット形成により、電子のp型層への注入を抑制してi型ZnOにおける発光を増強する必要がある。(2)電子機能:格子整合エピタキシャル界面をチャネル・ゲート界面としたZnOのFETの作製に成功した。電界効果移動度は70cm/Vsに達した。本研究により、多結晶ZnOチャネルの粒界における移動度抑制効果が実証できたとともに、多結晶チャネルの粒界修飾によるデバイス特性向上への指針が明らかとなった。(3)磁気機能:アナターゼとルチルの両方の構造のCoドープTiO_2について、磁気光学効果を系統的に測定した、Co濃度や電子濃度の増大とともに系統的に磁気光学効果が増大した。今後は、スピントンネル接合など、スピン注入デバイスによるスピン偏極の実証に挑戦する。
悪性末梢神経鞘腫に対する新規治療薬（デプシペプチド類縁体）の開発

悪性末梢神経鞘腫(MPNST)は軟部肉腫の一疾患であり、有効な治療薬がなく予後不良で、新規治療薬の開発が待望されている。申請者は、デプシペプチド類化合物がHDAC/PI3K2重阻害という新しい作用機序でがん細胞の増殖を抑制することを見出してきたが、既報告からMPNSTを含む軟部肉腫に対する効果が期待された。本研究では、MPNST細胞株を用い、デプシペプチド類化合物の効果を評価した。MPNST細胞は増殖速度が遅くマウスモデルによる実験系の確立が困難であったため、線維肉腫細胞を用いて実験を行い、抗腫瘍効果とその効果にHDAC/PI3K 2重阻害という作用機序が関与していることを明らかにした。本研究では、HDAC/PI3K 2重阻害作用を有するデプシペプチド類縁体FK-11の悪性末梢神経鞘腫(MPNST)に対するin vitro, in vivoでの殺細胞効果と抗腫瘍効果を検証する。本研究により非臨床試験としての薬効が確認できれば、今後、難治性で予後不良なMPNSTに対するHDAC/PI3K dual inhibitorという新しい画期的な薬剤の開発につながるものと考えられる。H27年度は以下の研究を行った。1.in vitro殺細胞効果の評価:ヒトMPNST細胞株のうちNF1MPNST細胞株3種(SNF02.2、SNF96.2、S462)を用いて、MTTアッセイを施行した。FK-A11の殺細胞効果を評価したところ、SNF96.2、S462においてFK-A11の殺細胞効果を確認した。しかし、SNF02.2は細胞増殖速度が著しく遅く、MTTアッセイに不適と判断した。2.in vitroでの作用機序の解析S462細胞をFK-A11を含む培養液で培養後、Western blottingによりその作用機序を解析を行った。PI3K阻害の指標としてリン酸化AKTが抑制され、HDAC阻害の指標としてヒストンのアセチル化が増加することを確認した。3.in vivo抗腫瘍効果の評価に備えて、ヌードマウスへの細胞生着および腫瘤形成の確認を行ったが、S462細胞では腫瘤の形成を認めなかった。MPNST細胞株については、H28年4月に新たに4種を入手予定であり、殺細胞効果の評価から、抗腫瘍効果の評価へ移行できる細胞株を用いて、研究を継続する。H27年度は、FK-A11のMPNSTに対する殺細胞効果、およびその作用機序のproof of conceptを取得し得た。in vitroでの殺細胞効果およびその作用機序解析を予定どおり施行し得た。細胞株を増やして、同じ過程を踏み、H28年度は予定どおりin vivoの抗腫瘍効果の評価に移行できるものと考えられる。本研究では、悪性末梢神経鞘腫(MPNST)を含む軟部肉腫に対する画期的な薬剤の開発を目標に、HDAC/PI3K 2重阻害作用を有するデプシペプチド類縁体FK-11の殺細胞効果と抗腫瘍効果を検証した。2.in vivo抗腫瘍効果の評価:ヌードマウスへの細胞生着および腫瘤形成の確認を行ったが、H27年度S462細胞では腫瘤の形成を認めなかった。H28年度、文献的にマウスにおける腫瘤形成が報告されているSFT9817、FMS-1をNOD SCIDマウスへの移植を行ったが、腫瘍細胞の増殖が遅く、腫瘤の形成を見られなかった。同時に施行した他の軟部肉腫細胞(線維肉腫)では、腫瘤形成が認められ、そのFK-A11の抗腫瘍効果および腫瘍組織の免疫組織化学法による作用機序のPOCを取得した。また、非担癌マウスでのFK-A11の薬物動態解析のprofileを取得した。MPNSTの細胞は、いずれも腫瘍増殖速度が遅く、実験系の確立に難渋し評価し得なかったが、同時に施行した線維肉腫細胞を用いたin vivo試験において、抗腫瘍効果のみならず、腫瘍組織中での作用機序、薬物動態の解析までなし得た。軟部肉腫に対する治療薬としての可能性を見出した。in vivoでの実験に備え、年度初頭より新しいMPNST細胞株で、マウスへの生着を確認する。この度入手する新たな4種のMPNST細胞はいずれも文献的には、ヌードマウにおける腫瘤形成が確認されている。また、in vivoの抗腫瘍効果の評価については、FK-A11は、ほかの軟部肉腫細胞(繊維肉腫)やヒト前立腺癌細胞に対する抗腫瘍効果をすでに実証しており、その投与法、投与量に従い、速やかに研究の実施が可能と考えられる。

臨床腫瘍学使用した細胞株について、無償にて供与をうけたこと、またin vivoの抗腫瘍効果の予備実験で用いるマウスも、他の研究で不要となったマウスを用いるなどの流用ができたことに由来する。今回細胞株を増やしての実験を計画し、細胞株の購入費用ならびに本格的なin vivo抗腫瘍効果評価のための、動物の購入費に充てる。
希土類化合物における軌道依存型混成による電荷秩序と重い電子

当年度は、以下の2課題について、取り組みを行なった。(1)軌道依存型混成モデルにおけるキャリアドーピング効果と電荷秩序の理論SmRu4P12は17Kで明瞭な金属絶縁体転移を示し、低温領域で複雑な秩序相を形成する。本計画以前に、pf混成に基づく有効ハミルトニアンを導入し、磁場中の実験結果が磁性・電荷・多極子の複合秩序状態の形成により広く説明できることを示してきた。これまでの解析はpバンドの半充満条件のもとに行なわれたが、本年度は特に、pバンドの電子密度変化に対して安定な秩序状態の解析を、平均場近似により行なった。非半充満バンドでは、磁性・電荷複合相がゼロ磁場でも安定化し、その領域がキャリア密度の増加とともに顕著に広がることが示された。SmRu4P12の置換系やSmPt2Si2の部分無秩序状態などのゼロ磁場での実験結果との比較についても議論した。(2)SmおよびEu化合物における価数揺らぎと重い電子状態の解析Sm化合物に見られる磁場鈍感重い電子状態の起源を巡って近年活発な研究が続けられてきた。この現象に対して、Smイオンの2価と3価の価数ゆらぎに着目し、現実的なdf混成を考慮した解析を進めてきた。本計画では、簡単化された有効不純物モデルの枠内で、有限磁場におけるフェルミ液体効果に関して、数値くり込み群による解析を行なっている。当年度は、磁場効果のくり込み群計算の基本部分についてプログラムコードを作成し、磁化の磁場依存性の計算を行なった。現在、磁場中比熱の計算を行なっており、予想に反して、磁場中でも量子転移が存在することを示唆する結果を得ている。また、Eu化合物について、f7およびf6配位の特徴を考慮した有効ハミルトニアンを考案した。価数揺らぎと磁性発現の機構について、現在、平均場近似により解析を行なっている。課題(1)で解析した拡張近藤格子モデルは、もともとSmRu4P12の金属絶縁体転移と磁場効果に対して導入されたものではあるが、普遍的な特徴があり、より広い関連現象を持つものと思われた。そこで、本年度は、絶縁相からずれた非半充満バンドのケースを集中的に解析した。その結果、非従来型複合秩序が広い電子濃度領域に現れることを示すことができ、また現実物質における関連現象について議論することができた。そして、それらの結果を日本物理学会で口頭発表し、J. Phys. Soc. Jpn.誌に出版することができた。課題(2)について、Sm系に対する2軌道不純物アンダーソンモデルに対する数値くり込み群解析の際に、大規模数値計算が必要になるが、当年度の取り組みにより、ゼロ磁場の計算プログラムの高精度化および有限磁場へのプログラムの拡張の2点について進展があった。それにより、量子相転移の臨界性の詳細な解析が可能となり、また磁場中での物理量の計算も可能となった。これらについて、国際磁性学会(ICM2018)での口頭発表および日本物理学会でのシンポジウム講演にて成果発表を行なった。Eu化合物の実験研究が近年集中的に行なわれているが、中間価数領域において磁性、価数ゆらぎ、重い電子などが複合化した極めて複雑な現象が生じるため、理解が遅れていた。本年度の取り組みの中で、Eu系のf電子配位の特徴を考慮した有効ハミルトニアンを導出することができ、上記の複合現象の理解へ向けて、今後の研究の基礎を築くことが出来た。課題(1)に関して、拡張近藤格子モデルの一般電子密度での秩序状態の平均場解析に際して、これまでの2幅格子秩序をより一般化し、長周期構造あるいはストライプ構造が安定化する可能性を調べる。課題(2)に関して、有限磁場中での数値くり込み群による比熱、エントロピー、磁化等に対する広いモデルパラメータでの解析を進める。特に、磁場中での量子相転移の有無を解明し、存在する場合はその特徴を明らかにする。Eu化合物の有効ハミルトニアンに対する平均場解析を進め、実験との比較によりモデルの改良を行っていく。

当年度は、磁場効果のくり込み群計算の基本部分についてプログラムコードを作成し、磁化の磁場依存性の計算を行なった。現在、磁場中比熱の計算を行なっており、予想に反して、磁場中でも量子転移が存在することを示唆する結果を得ている。また、Eu化合物について、f7およびf6配位の特徴を考慮した有効ハミルトニアンを考案した。価数揺らぎと磁性発現の機構について、現在、平均場近似により解析を行なっている。課題(1)で解析した拡張近藤格子モデルは、もともとSmRu4P12の金属絶縁体転移と磁場効果に対して導入されたものではあるが、普遍的な特徴があり、より広い関連現象を持つものと思われた。そこで、本年度は、絶縁相からずれた非半充満バンドのケースを集中的に解析した。その結果、非従来型複合秩序が広い電子濃度領域に現れることを示すことができ、また現実物質における関連現象について議論することができた。そして、それらの結果を日本物理学会で口頭発表し、J. Phys. Soc. Jpn.誌に出版することができた。課題(2)について、Sm系に対する2軌道不純物アンダーソンモデルに対する数値くり込み群解析の際に、大規模数値計算が必要になるが、当年度の取り組みにより、ゼロ磁場の計算プログラムの高精度化および有限磁場へのプログラムの拡張の2点について進展があった。それにより、量子相転移の臨界性の詳細な解析が可能となり、また磁場中での物理量の計算も可能となった。これらについて、国際磁性学会(ICM2018)での口頭発表および日本物理学会でのシンポジウム講演にて成果発表を行なった。Eu化合物の実験研究が近年集中的に行なわれているが、中間価数領域において磁性、価数ゆらぎ、重い電子などが複合化した極めて複雑な現象が生じるため、理解が遅れていた。本年度の取り組みの中で、Eu系のf電子配位の特徴を考慮した有効ハミルトニアンを導出することができ、上記の複合現象の理解へ向けて、今後の研究の基礎を築くことが出来た。課題(1)に関して、拡張近藤格子モデルの一般電子密度での秩序状態の平均場解析に際して、これまでの2幅格子秩序をより一般化し、長周期構造あるいはストライプ構造が安定化する可能性を調べる。課題(2)に関して、有限磁場中での数値くり込み群による比熱、エントロピー、磁化等に対する広いモデルパラメータでの解析を進める。特に、磁場中での量子相転移の有無を解明し、存在する場合はその特徴を明らかにする。Eu化合物の有効ハミルトニアンに対する平均場解析を進め、実験との比較によりモデルの改良を行っていく。
脊椎動物の四肢形成におけるマイクロRNAの機能の解析

本研究ではまず、機能解析が比較的進んでいる初めに報告されたマイクロRNAの一つであるlet-7とそのターゲットlin-41に注目した。我々は四肢の形成に関与する分子を同定しそのメカニズムを明らかにすることを目的として、degenerate RT-PCR及びマイクロアレイを用いたスクリーニング、四肢や骨・軟骨に特異的なコンディショナルノックアウトマウスの作製を行っている。スクリーニングの一つとして、ニワトリ胚の軟骨から抽出したRNAを材料としたdegenerate RT-PCRによるスクリーニングを進める過程で、マイクロRNA let-7のターゲットとして線虫でクローニングされたlin-41のニワトリ・マウスでの相同遺伝子が肢芽にかなり特異的に発現を持つことを見いだし、その機能解析を行った。1.ニワトリおよびマウス個体におけるlin-41の機能解析ニワトリ肢芽にウイルスまたはエレクトロポレーションの手技を用いたlin-41過剰発現・遺伝子ノックダウンを行った。その表現形を形態学的および分子的に評価したが、明らかなものを同定することは出来なかった。同時にノックアウトマウス作製のためにゲノム配列のスクリーニングを行ったが、目的の領域を得ることが出来ず、断念した。現在は、いくつかのプロモーターを使用してのトランスジェニックマウスを作成中であり、その完成を待って解析にうつる予定である。2.四肢形成関与するマイクロRNAのスクリーニング骨軟骨形成に関与する遣伝子の発現制御についてマイクロアレイを使用したスクリーニングによって、骨軟骨形成に関与すると考えられる新規遺伝子を複数同定した。骨芽細胞分化・間葉細胞凝集・軟骨細胞分化に関与する結果を得たものについて、その発現制御にマイクロ1郡RNAが関与する可能性を検討している。我々は、ニワトリ胚の軟骨から抽出したRNAを材料としたPCRによるスクリーニングを進める過程で、マイクロRNA let-7のターゲットとして線虫lin-41のニワトリ・マウスでの相同遺伝子が肢芽にかなり特異的に発現を持つことを見いだした。ニワトリ・マウスのlin-41のcDNAをライブラリースクリーニングにてクローニングした。いずれの遺伝子もRBCC蛋白をコードすると考えられ、そのアミノ酸レベルでの相同性は80%以上と非常に高度な保存が見られた。ノザンハイブリダイゼーションでは胚発生の初期(ニワトリでは2日目)に高い発現がみられ、発生段階がすすむにしたがいその発現は低下した。これらの結果から、lin-41が四肢形成に関与する機能を有すると考え、ニワトリの肢芽にRCASウイルスまたはエレクトロポレーションを用いた遺伝子導入を試みた。しかし、遺伝子導入による形態変化は観察することはできなかった。今後、遺伝子改変マウスの作製などの手法が考えられる。線虫に存在するlet-7によるlin-41の3'側非翻訳配列に対する制御効果が、ニワトリ・マウスでも保存されているかを検討した。pGL3-ControlベクターのXba I部位にニワトリ・マウスlin-41の3'側非翻訳配列を挿入したコンストラクトを作製し、これをHeLa細胞(内在性のlet-7の存在がマイクロアレイなどで証明されている)に導入し、48時間後に回収、ルシフェラーゼ活性を比較した。いずれの種のコンストラクトの導入でも、コントロールに比べて有意な活性低下を観察した。この結果がlet-7による3'側非翻訳配列に対するものであるかを検討するため、let-7の認識配列と考えられる部分に変異を入れたコンストラクトを作製し、同様の解析を行ったところ、活性低下は軽減されるというlet-7の関与を支持する結果を得て論文として発表した(Kanamoto, et al.,2006)。
労働における裁量度を考慮した労働時間と主要疾患罹患率の関係の症例対照研究

急性心筋梗塞(以下、AMI)は、動脈硬化などの生活習慣病を基礎に発症するとされている一方で長時間労働との関係が指摘されている。従来の国内労働者を対象にした疫学調査では、1日11時間以上の労働を行った場合のオッズ比は1.52.5となっている。ところで、欧米の研究では労働時間がAMIのリスク要因として取り上げられる機会はほとんどなく、労働の心理ストレスが関心の対象となっている。代表的な心理ストレス指標であるKarasekのJob strainは、仕事の裁量度と要求度からなりAMIとの関係では前者が重要とされている。われわれの事前研究でも、裁量度が労働時間の健康影響を規定しているとの結果を得ていた。労働時間は時間の量的尺度であり、労働の質は評価されない。本研究では労働時間と裁量度を同時に考慮することで、AMI発症を実際の労働過程に即して検討しようとした。当初計画では、健康障害としてAMIと悪性新生物をそれぞれ平成17年、18年度研究として取り上げる予定であったが、協力医療機関との関係等からAMIに限定した研究を行った。症例は3069歳のAMI初発の男性、対照は地域対照とし年齢(5歳階級)をマッチング項目とした。研究期間中に症例74件、対照388件を得た。対照には13件の心筋梗塞での受診または既往があったので、これを除外して分析対象とした。多変量解析では分析項目に欠損値のないものについて解析を実施した。クロス集計の結果、症例では、生活習慣のうち喫煙あり、飲酒なし、運動なし、短時間睡眠、就労状況では週60時間以上の労働、連続休暇なし、心理状況のうち抑うつ傾向ありの割合が対照に比して有意に高かった。仕事の裁量度、労働時間で層別化した多重クロス分析では、AM1発症に対して仕事の裁量度と労働時間の交互作用が認められた。そこで、労働時間、仕事の裁量度、冠危険因子等を説明変数とする条件付ロジスティック回帰分析を実施したところ、労働時間、裁量度の係数は有意でなかったが、両要因の交互作用を考慮した分析で交互作用項は有意であった。本研究をとおして、AMI症例は裁量度の低いなかで長時間の労働に従事している傾向が認められた。裁量度を介した労働時間配分や休暇等自己管理の拡大が、AMI発症の改善に寄与する効能性が示唆された。本研究の前半では、労働時間が心筋梗塞の発症率に及ぼす影響を仕事の裁量度を考慮したうえで、症例対照研究をつうじて検討しようとした。統計的なデータ解析が可能な19症例(30-69歳、男性、有職者)、ならびに年齢、性、地域をマッチングさせた対照者79例について、心筋梗塞の発症に対する労働負荷要因ならびに伝統的なリスクファクターの寄与の程度を検討した。症例群では、対照群に比して、発症前1月間の労働時間、時間外労働時間が長いことが認められた。とくに症例群では、時間外勤務が月45時間を超えるものがあきらかに多く、その差は統計的に有意であった(OR=2.30、p<0.05)。

労働の心理負荷要因では、とくに仕事における裁量の自由度に差がみられ、症例群では対照群に比して裁量度が小さいとするものがあきらかに多かった(OR=2.39、p<0.05)。心筋梗塞に対する従来からの危険要因では、症例群では対照群に比べて飲酒習慣のあるものが少なく、喫煙習慣のあるものが多かった。飲酒のオッズ比は3.28、喫煙のオッズ比は2.87でともに統計的に有意(p<0.05)であった。本調査対象では、このように飲酒習慣のないことが危険要因になっていることが特徴的であった。データ数が充足せず、多変量解析は現時点では適当ではないが、裁量度を考慮しても時間外労働の心筋梗塞に対するオッズ比は2.29であった。また、労働時間ならびに裁量度を含む仕事の心理負荷要因は職業間で差が認められ、各労働負荷要因は職業ごとに大きさが異なり、職業別の心筋梗塞死亡率の差異につながっていることが示唆された。(以上)平成17年から平成19年にかけて、近畿圏の5医療機関と共同して本研究を実施した。具体的には、本研究の実施期間中に同医療機関に急性心筋梗塞で入院した25-69歳の男性患者について、心筋梗塞の危険因子ならびに労働時間、労働の心理負担、職業等の基本属性を調査票を用いて調査した。調査は、同医療機関の専属の医療コーディネータならびに主治医が担当し、患者本人の同意を得た上で調査票の記入を依頼した。これら症例に対応して、各症例の近隣の住人について姓、年齢(5歳階級)をマッチさせて対照を選択し(症例:対照=1:3)、これらの住人について症例と同内容の調査票を使用して労働時間等について調査表への記入を依頼した。住民への調査は、専門の民間調査会社に委託した。上記の本研究の主旨と研究の手続きについて、大阪大学大学院医学系研究科ならびに各協力医療機関の倫理審査委員会の承認を得て実施した。本研究に関して収集できた症例と対照の概数は、それぞれ120と400であった。分析項目によって異同はあるが、現時点で集計可能な約300について分析を行った結果、週あたり50時間以上の労働時間のオッズ比は1.51.8であり従来の報告より小さな値であった。また、従来からの冠危険因子である肥満度、喫煙習慣、運動不足は正、毎日の飲酒習慣は負の危険要因であった。労働の心理負担要因である仕事の要求度、裁量の自由度、これらを統合した仕事ストレスのうち、裁量の自由度は急性心筋梗塞の発症について有意な要因として取り出された。その一方で、睡眠時間と休暇取得機会が有意な要因として取り出されていた。現時点までの分析では、労働時間はある一定の時間数(50時間)を超える場合には、心筋梗塞の危険要因となる可能性は否定できないと思われる。しかし、それとともに裁量の自由度ならびに睡眠時間や休暇取得がより大きなオッズ比を示していたことは、疲労の蓄積とともに疲労の回復過程の確保が実際には重要なであることを示唆しているとも考えられた。
精密切削のための能動振れ止め機構に関する研究

本研究では,長尺の工作物やセンタ支持できない工作物を旋削加工する場合に使用する振れ止め機構に着目した.回転する工作物の,ラジアル方向の位置を制御して工作物と切削工具の間の相対振動を抑制する能動振れ止め機構を提案・試作し,特性を調べた.工作物にはアルミニウム円管を使用し,内面旋削加工時の振れまわり振動を抑制した.フィードバック制御により振動を抑制する方向は,工作物のラジアル2方向のうち,水平方向のみとした.回転中の工作物の半径方向の変位は渦電流式非接触変位センサにより検出し,制御用電子回路を介してリニア変位アクチュエータにフィードバックして振動を抑制した.アクチュエータとしては,まず始めに油圧シリンダを用いた場合について検討した.その結果,制御しない場合に観察されていた,切削抵抗による工作物の変形を除去することができた.即ち切削系の静剛性を無限大にすることができた.しかし油圧シリンダの場合,応答帯域にやや問題があることが明らかとなったので,アクチュエータを高速応答可能な圧電アクチュエータに変更した.さらに,限界感度法で決定していた制御パラメータを,切削系の動的モデルの応答を計算機シミュレーションで観察することによって決定した.その際,切削抵抗を外乱力と見なし,外乱に対する剛性を高めるように制御パラメータを調整した.その結果,工作物の回転周期に同期した振動をも抑制することができ,普通旋盤で加工中の工作物の振幅を5μm以下に抑えることができた.以上によって,旋削加工において,工作物の切削点近傍をすべり軸受によって保持し,その保持部のラジアル方向の変位をリニアアクチュエータによって制御するという本方式が,加工の高精度化および高能率化に有効なことを明らかにした.本研究では,長尺の工作物やセンタ支持できない工作物を旋削加工する場合に使用する振れ止め機構に着目した.回転する工作物の,ラジアル方向の位置を制御して工作物と切削工具の間の相対振動を抑制する能動振れ止め機構を提案・試作し,特性を調べた.工作物にはアルミニウム円管を使用し,内面旋削加工時の振れまわり振動を抑制した.フィードバック制御により振動を抑制する方向は,工作物のラジアル2方向のうち,水平方向のみとした.回転中の工作物の半径方向の変位は渦電流式非接触変位センサにより検出し,制御用電子回路を介してリニア変位アクチュエータにフィードバックして振動を抑制した.アクチュエータとしては,まず始めに油圧シリンダを用いた場合について検討した.その結果,制御しない場合に観察されていた,切削抵抗による工作物の変形を除去することができた.即ち切削系の静剛性を無限大にすることができた.しかし油圧シリンダの場合,応答帯域にやや問題があることが明らかとなったので,アクチュエータを高速応答可能な圧電アクチュエータに変更した.さらに,限界感度法で決定していた制御パラメータを,切削系の動的モデルの応答を計算機シミュレーションで観察することによって決定した.その際,切削抵抗を外乱力と見なし,外乱に対する剛性を高めるように制御パラメータを調整した.その結果,工作物の回転周期に同期した振動をも抑制することができ,普通旋盤で加工中の工作物の振幅を5μm以下に抑えることができた.以上によって,旋削加工において,工作物の切削点近傍をすべり軸受によって保持し,その保持部のラジアル方向の変位をリニアアクチュエータによって制御するという本方式が,加工の高精度化および高能率化に有効なことを明らかにした.
誘導結合型チップ間無線インタフェースによるシステムLSIの生産性向上に関する研究

LSI製造におけるテストコスト削減を目指し、非接触ウェーハテストシステム開発に関する研究を行った。非接触ウェーハテストシステムとは、面積占有率の高い針を用いた接触方式のインタフェースによる有線通信を、小面積な誘導結合インタフェースによる無線通信へと置き換えたテストシステムである。誘導結合インタフェースは小面積なのでウェーハ面全体に配置することができ、並列度が高く低コストなウェーハテストを実現する。非接触ウェーハテストではDCテストも非接触に実行しなくてはならない。しかしながら、従来の誘導結合通信技術ではDCテストに必要なアナログ基準電圧を伝送することが出来ない。そのため、本年度ではアナログ基準電圧を誘導結合通信により伝送する技術を提案・開発した。送信回路は非対称パルスを送信し、受信回路は受信したパルス毎に出力電圧を一定値だけ変化させる方式である。したがって、送信パルスの数を変えることでアナログ基準電圧を自由に設定可能である。また、フィードバックチャネルを用いてデジタル補正を行い、製造ばらつきを補正して基準値の精度を高めている。90nmCMOSプロセスを用いたチップ試作による評価で、0.151.1Vの範囲で6bitの分解能の基準値を伝送できることを実証した。本年度までに提案した研究成果を、電子機器に広く応用されている小型のマイクロコントローラに適用した場合、テストコストを従来の1/10程度まで削減できる見積もりである。本研究成果を、2010年10月にIEEE Journal of Solid-State Circuitsにて発表した。
位相共役波による時間反転原理を用いた新たな散乱体内部分光計測技術の開発

本研究では、位相共役波による時間反転という新原理を散乱分光の分野に新たに導入し、これまで実現が困難であった拡散性散乱体内部局所領域の選択的分光実現の道を拓くことをめざして、次の成果を得た。1.理論解析により、着想を具現化するための基本的計測方法を明確化した。2.シミュレーションを通し、提案手法の機能最適化を図った。3.位相共役波による時間反転原理を実現する散乱体計測システムを開発した。4.生体模擬試料を用い開発システムの性能を明らかにした。5.トリささみ肉の実験により生体組織への適用可能性を実証した。6. OSAのBiomedical Optics Express誌に採択掲載された。本研究は、位相共役波による時間反転という新原理を散乱分光の分野に新たに導入することにより、これまで実現が困難であった拡散性散乱体内部局所領域の選択的分光の実現およびイメージングの可能性追求を目的とする。初年度の研究実績は次のとおりである。1.理論解析:理論解析により、着想を具現化するための基本的計測方法、計測条件、計測範囲などを明確化した。具体的には、(1)輸送方程式からスタートし、散乱体内部光伝搬の式から、散乱体内部伝搬領域の時間変化を定式化した。(2)理論モデルをもとに、必要とされる入射光量、最適な変調周波数、検出感度、計測系のSN比、計測可能深さ等の解析を行った。2.シミュレーション:理論解析の結果をもとにシミュレーションを行い、計測対象および所要計測範囲に対する最適化を試みた。具体的には、輸送方程式を基本とした理論モデルをもとに、生体内部局所領域分光を模擬するシミュレーションプログラムを開発した。3.実験:デジタル位相共役光を発生する実験システムを、新たに開発した。このシステムは、散乱体からの出射光の位相の空間分布をホログラムとして計測記録するCMOSカメラと、PCで計算した位相共役光の空間分布を発生させる空間位相変調器(SLM)を中心に構成されている。開発した実験システムを用いた初期実験で、位相共役光の発生を確認した。4.これらの研究成果を、国内の主要学会(招待講演を含む)で報告した。また、2017年4月および8月の国際会議での発表が、採択されている。当初の計画では、初年度は理論解析とシミュレーションが中心で、その結果を受けて2年度で実験を行う予定であった。しかし、すでに初年度に実験に着手することができ、柔軟性の高いデジタル法で位相共役光の発生まで達成することができた。本研究は、位相共役波による時間反転という新原理を散乱分光の分野に新たに導入することにより、これまで実現が困難であった拡散性散乱体内部局所領域の選択的分光を実現するとともに、分光イメージングの可能性追求をその目的とする。初年度の成果を引き継いだ次年度の研究実績は次のとおりである。1.前年度の理論解析およびシミュレーションの結果を踏まえ、位相共役波による時間反転原理を用いた散乱体計測システムを開発した。このシステムでは、散乱体透過光のうち、分光に必要な直進成分を選択的に抽出することができる。計測対象にビーム光を入射して、波長を変えつつ抽出光の吸光度を計測することにより、拡散性散乱体であっても内部局所領域の選択的分光が可能となる。2.生体組織を模擬する散乱体ファントムを製作し、開発したシステムの性能、特性およびその限界を明らかにした。これにより、共焦点原理などの影響を除いた位相共役波による時間反転原理本来の性能が明らかになった。3.提案原理の生体組織への適用可能性を調べるため、実際の生体組織(トリささみ肉)を用いて実験を行った。その結果、モデルファントムに比べ不均一性の高い生体組織であっても、提案原理が有効に機能することが実証された。当初掲げた目標を達成できるよう、今後さらに理論解析とシミュレーションをくりかえして、提案手法を改良しつつ最適化に向けて解析を進める。またその結果に基づき、実験装置の改良を繰り返し、散乱体における光散乱を効果的に抑制した透視イメージングおよび分光の実現を目指す。生体医工学初年度は、研究の基礎的部分の進展により、当初予定していた機器や資材のうち、高価なレーザーや高性能撮像装置を用いることなく研究を遂行することができた。初年度の成果から、光源や光検出器に対する要求性能が明らかとなったので、次年度にこれ等の性能を満たす機器や資材を購入することとした。初年度の基礎的検討の成果に基づき、得られた要求性能を満たす機器や資材を購入し、研究を推進する。具体的には、初年度の検討で、位相共役光の位相情報だけではなく強度情報の有効性が明らかとなった。

この結果を受け、空間光変調器を2台に増やして、散乱体透過光の強度ならびに位相の空間分布を制御できるディジタル位相共役光発生システムを開発する。次年度には、初年度の未使用額を加えた全予算を、年度末までにすべて使用し切る予定である。
英語前置詞の第二言語習得研究

本研究は類似する母語(日本語・韓国語)話者による英語前置詞の第二言語習得研究である。理論的方針として、英語の前置詞と日本語・韓国語の助詞を、意味的・統語的考察から、プトロタイプ理論に基づく習得仮説(Prototypicality Hypothesis)と生成文法に基づく言語習得仮説(Economy-Driven Development Hypothesis)を2つの実験研究を通じて検証した習得実験研究では、各々の中間言語、つまり、日本語・韓国語を母語とする学習者のL2としての英語の前置詞の心的標示を3つの構築段階に分けて記述し、母語の影響、習得難易度などについて議論しながら、経済性に統率された習得仮説の優越を提訴した本研究は類似する母語(日本語・韓国語)話者による英語前置詞の第二言語習得研究である。理論的方針として、英語の前置詞と日本語・韓国語の助詞を、意味的・統語的考察から、プトロタイプ理論に基づく習得仮説(Prototypicality Hypothesis)と生成文法に基づく言語習得仮説(Economy-Driven Development Hypothesis)を2つの実験研究を通じて検証した習得実験研究では、各々の中間言語、つまり、日本語・韓国語を母語とする学習者のL2としての英語の前置詞の心的標示を3つの構築段階に分けて記述し、母語の影響、習得難易度などについて議論しながら、経済性に統率された習得仮説の優越を提訴した本研究は類似する母語(日本語と韓国語)話者による英語の前置詞の第二言語習得である:(A)方針:英語の前置詞と日本語・韓国語の助詞は、いずれもそれぞれ一枚岩的均質な文法ではない。意味的・統語的考察からそれぞれを3タイプに分けで考えるべきである。;(B)理論的枠組み:生成文法に基づく言語習得を提訴する。特に、ミニマリストプログラムの経済性による評価選択基盤(Evaluation Matrix)や素性基盤(Feature Matrix)を導入する本研究の目的:(A)言語研究:英語の前置詞と日本語・韓国語の助詞は、(1)一語の持つ各用法間のまとまりの強さに応じて3つのクラスに分類され、(2)その分布は3つの言語間共通しており、さらに(3)その分類は母語の習得順序と重なることを示す。;(B)習得実験研究:各々の中間言語、つまり、日本語・韓国語を母語とする学習者のL2としての英語の前置詞の心的標示(Mental Representations)を3つの構築段階(developmental stages)に分けて記述する。本研究の目的達成のため、初年度である平成21年度には、先ず、文献研究や研究会などを通じて、英語の前置詞・日本語・韓国語の助詞の統語的・意味的性質の分析研究を行った。習得研究からの立場から、文献研究-先行研究の調査・分析/CHILDES等のデータバンクなどを利用し誤用や発達過程などを調査した。このような既存英語前置詞の母語習得及び日本語・韓国語母語話者による第二言語習得研究や調査結果などを踏まえて、英語の前置詞と日本語・韓国語の助詞を一語の持つ各用法間のまとまりの強さに応じて3つのクラスに分類した。一方では、英語能力測定テストの収集及び調査、予備実験研究用のタスクの作成・検討した。最終的には、予備実験研究用のタスクの作成・検討し、韓国と日本で予備実験研究を行った。本研究は類似する母語(日本語と韓国語)話者による英語の前置詞の第二言語習得である:(A)方針:英語の前置詞と日本語・韓国語の助詞は、いずれもそれぞれ一枚岩的均質な文法ではない。本研究の目的達成のため、第2年度目である平成22年度には、先ず、実験研究の事前準備及び本実験デザイン作成を完成し、言語習得関連文献研究や英語教育関連文献研究を踏まえて、予備実験の結果をまとめ、既存の習得データを比較・分析・考察、その成果を国内外に報告した(研究成果参照)。日本・韓国で本実験の遂行・データ入力・結果の分析開始した。国内・国外(韓国)言語習得研究者及び英語教育者との意見交換及び研究成果報告した。特に、ミニマリストプログラムの経済性による評価選択基盤(Evaluation Matrix)や素性基盤(Feature Matrix)を導入する。本研究の目的:(A)

言語研究:英語の前置詞と日本語・韓国語の助詞は、(1)一語の持つ各用法間のまとまりの強さに応じて3つのクラスに分類され、(2)その分布は3つの言語間共通しており、さらに(3)その分類は母語の習得順序と重なることを示す。;(B)習得実験研究:各々の中間言語、つまり、日本語・韓国語を母語とする学習者のL2としての英語の前置詞の心的標示(Mental Representations)を3つの構築段階(developmental stages)に分けて記述する。本研究の目的達成のため、第3年度目である平成23年度には、先ず、本実験の遂行完了・データ入力・集計・結果の分析・考察をまとめ、既存の習得データを比較・分析・考察、その成果を国内外に報告した(研究成果参照)。日本・韓国で行った本実験の結果の分析を行いながら、言語習得学関係文献研究や新たなデータによる本研究理論の妥当性などを打診しながら、国内外意見交換及びその結果を報告。国内・国外(韓国)言語習得研究者及び英語教育者との意見交換及び研究成果報告を行った。
末梢リンパ血におけるT細胞再配列遺伝子の多様性と腫瘍拒絶との関連

1.成熟ヌードマウス脾臓細胞より染色体外の環状DNAを精製しDNAクローンライブラリーを作成しTCRgamma鎖とdelta鎖の再構成産物の解析を行った。1)gamma鎖については、正常脾臓と同様gamma_1、gamma_2両鎖が利用され、しかもシグナル結合にN配列の挿入もみられた。2)delta鎖については生殖細胞型D_2ーJ_1と擬転写結合D_1ーD_2が認められ、正常のシグナル結合はみられなかった。delta鎖は単純に逆位機構のみで再構成するとの知見に一致する。2.成熟正常マウス脾臓細胞のgamma鎖delta鎖再構成ではシグナル結合に塩基欠損のみられるものもあり、はげしい組換え反応の結果として予想外の多様性を示した。胸腺外分化の寄与は少いと考えられる。3.フレンドウィルスで誘発された腫瘍を拒絶した同系マウスの末梢リンパ血における腫瘍特異的CTLの遺伝子構造の解析を行った。1)20数匹の担癌マウスを用いて、その脾臓細胞を同系腫瘍細胞の存在下で培養し、腫瘍特異的CTLを増殖させたのち、TCRJbeta遺伝子をプローブとしてサザン解析したところ、再構成パターンは10以下の限定されたものであった。2)腫瘍特異的CTLクローンNO.8に対する同系マウスモノクローナル抗体N9ー127をとり,数百個のCTLクローンをしらべたところ,その10%が陽性を示した。そのTCRalpha鎖とbeta鎖の遺伝子構成をしらべると、Valpha_1Jalpha_<112ー2>/Vbeta_<10>Dbeta_<2.1>Jbeta_<2.7>であった。3)N9ー127抗体によるCTL活性の阻害効果の違いによってCTLクローンはほぼ2群に分けられた。alpha鎖については結合部も含めて同一のアミノ酸配列を示したが,beta鎖のCDR3に対応するD/J結合部ではG/yとAspの二種類にわかれた。今後D/J結合部に焦点をあてて他のCTLクローンの解析をすすめ,腫瘍特異的イデイオタイプの実体を明らかにする。
新規接着分子ninjurinを利用した肝癌特異的マーカーアッセイシステムとin vivoターゲテイング法の開発

Ninjurinは、神経細胞軸索傷害後にその発現が著明に上昇することよりクローニングされたhomophilicな接着因子であり、軸索の修復において重要な役割を果している。正常な肝組織においても強く発現していることが報告されているが、我々はラット肝再生モデルにおいて増殖後の分化や増殖停止の段階で、発現がさらに亢進していること、ヒト肝癌組織で発現低下していることを報告した。そこで我々は肝癌細胞株Huh7にNinjurinを過剰発現させた過剰発現細胞株を樹立し、Ninjurinの発現亢進が肝細胞におよぼす影響を検討した。過剰発現細胞株と対照株を用いて(1)hemocytometerを用いた細胞増殖の解析(2)FACScanによるcell cycleの解析(3)Western blot法にてcell cycle関連蛋白の発現の解析を行った。過剰発現細胞株は対照株に比べ(1)細胞増殖が低下し,doubling timeが約2倍に延長した。(2)FACScanによる検討ではcell cycle上G1期からS期への移行がブロックされS期が45%から25%へ低下した。(3)cell cycle関連蛋白の検討では、CDK2、CDK4、CDK6の蛋白発現が低下し、cyclinD1、Eの蛋白発現レベルには変化は見られなかったがcyclin Aの発現レベルは低下した。またCDK inhibitorの検討ではp16、p27の発現レベルに変化はみられなかったが、p21の発現の上昇が見られた。Ninjurinは、細胞周期を進行させる因子の発現低下と停止因子の発現亢進を誘導することで細胞増殖抑制効果を示すが、肝癌組織において発現低下していることで、肝癌組織において見られる癌細胞増殖活性の亢進に寄与していると推察された。以上のことから、細胞・細胞間の接着に関与するNinjurin蛋白の発現を誘導することで肝癌の進展を抑制することが期待されるが、本法は既存の治療方法とは異なる新たな肝癌に対するアプローチとなり得るものと考えられた。Ninjurinは神経細胞軸索傷害後にその発現が著明に上昇する事よりクローニングされたhomophilicな接着因子であり、軸索の修復において重要な役割を果している。正常な肝組織においても強く発現している事が報告されているが、肝におけるninjurinの生理的機能は未だ明らかにされていない。そこで以下の役割の検討を行った。ラット部分肝切除後肝再生モデルを用いてninjurin蛋白発現量の経時的な変化を検討すると、細胞間接着因子であるE-cadherinの発現量には経時的な変化が認められないが、ninjurinの発現量はDNA合成のピークを過ぎた肝切除後3-5日で約2倍に上昇した。また免疫組織化学的な検討では肝実質細胞にびまん性の発現を認めた。次に細胞間接着におけるninjurinの関与を解明する目的で、ラット初代肝細胞を用いて細胞密度に伴う発現量の変化を解析した。細胞密度の上昇に伴いninjurin蛋白の発現量は増加した。また肝非実質細胞においてもninjurinの発現が認められ、肝実質細胞間のみならず肝実質細胞-非実質細胞間の接着にもninjurin蛋白が関与している可能性が示唆された。一方、ヒト正常肝細胞株にninjurin発現ベクターあるいはanti-senseベクターを遺伝子導入して高発現株あるいは低発現株を作製すると、低発現株は細胞死に陥る傾向が観察された。

以上の結果から、ninjurinは肝細胞の分化や機能維持に関与する事が示唆された。Ninjurinは、神経細胞軸索傷害後にその発現が著明に上昇することよりクローニングされたhomophilicな接着因子であり、軸索の修復において重要な役割を果している。正常な肝組織においても強く発現していることが報告されているが、我々はラット肝再生モデルにおいて増殖後の分化や増殖停止の段階で、発現がさらに亢進していること、ヒト肝癌組織で発現低下していることを報告した。そこで我々は肝癌細胞株Huh7にNinjurinを過剰発現させた過剰発現細胞株を樹立し、Ninjurinの発現亢進が肝細胞におよぼす影響を検討した。過剰発現細胞株と対照株を用いて(1)hemocytometerを用いた細胞増殖の解析(2)FACScanによるcell cycleの解析(3)Western blot法にてcell cycle関連蛋白の発現の解析を行った。過剰発現細胞株は対照株に比べ(1)細胞増殖が低下し,doubling timeが約2倍に延長した。(2)FACScanによる検討ではcell cycle上G1期からS期への移行がブロックされS期が45%から25%へ低下した。(3)cell cycle関連蛋白の検討では、CDK2、CDK4、CDK6の蛋白発現が低下し、cyclinD1、Eの蛋白発現レベルには変化は見られなかったがcyclin Aの発現レベルは低下した。またCDK inhibitorの検討ではp16、p27の発現レベルに変化はみられなかったが、p21の発現の上昇が見られた。Ninjurinは、細胞周期を進行させる因子の発現低下と停止因子の発現亢進を誘導することで細胞増殖抑制効果を示すが、肝癌組織において発現低下していることで、肝癌組織において見られる癌細胞増殖活性の亢進に寄与していると推察された。以上のことから、細胞・細胞間の接着に関与するNinjurin蛋白の発現を誘導することで肝癌の進展を抑制することが期待されるが、本法は既存の治療方法とは異なる新たな肝癌に対するアプローチとなり得るものと考えられた。
ナノゲルを基盤とした新規ドラッグデリバリーシステムの開発

我々(研究代表者ら)が独自に開発した自己組織化ナノゲル法をさらに発展させ、高機能性ヒドロゲルバイオマテリアルの開発と医療応用を目指した。具体的には、細胞内タンパク質デリバリーのための新規刺激応答性ナノゲルキャリアの設計、開発を行った。また、ナノゲルを集積した複合ナノ微粒子やマイクロ微粒子、多重の刺激でナノゲルが放出しえるようなナノゲル複合体架橋ヒドロゲルやナノゲルシート膜を設計し、再生医療、特に骨再生において、開発した新規ナノゲル基盤機能性バイオマテリアルが有用であることを明らかとした。本研究では、申請者らが独自に開発した自己組織化ナノゲル法をさらに発展させ、高機能性ヒドロゲルバイオマテリアルの開発と医療応用を目的とする。構造制御された新規刺激応答性ナノゲルの開発およびナノゲルをビルディングブロックやテンプレートとして活用し、ナノ構造制御された機能性ヒドロゲルの設計法(ナノゲル工学)を確立し、新規ナノDDS、新規徐放制御マテリアルや組織工学等における新規人工細胞外マトリクスとしての応用展開を図る。具体的には、標的指向性を有するナノゲルの設計と細胞内タンパク質・核酸デリバリーのための新規刺激応答性ナノゲルキャリアの設計、開発を行う。また、ナノゲルを集積した複合ナノ微粒子やマイクロ微粒子、多重の刺激でナノゲルが放出しえるような多段階徐放性ナノゲル架橋ヒドロゲルやナノゲルシート膜を設計し、再生医療での新規機能性徐放バイオマテリアルとしての応用を図る。具体的には、構造制御された新規刺激応答性ナノゲルの開発およびナノゲルをビルディングブロックやテンプレートとして活用し、ナノ構造制御された機能性ヒドロゲルの設計法(ナノゲル工学)を確立し、新規ナノDDS、新規徐放制御マテリアルや組織工学等における新規人工細胞外マトリクスとしての応用展開を図る。1)新規機能性ナノゲルの開発:従来のプルラン多糖(CHP)に変えて、分岐を有するクラスターデキストリンを主鎖に持つ新規会合性ナノゲルを開発し、従来のCHPナノゲルと比べて、タンパク質の保持能が高く、長期徐放性にも優れていることを見いだした。新規タンパク質キャリアとしての利用が期待される。2)ナノゲル架橋ヒドロゲルの開発:アクロイル基を有するナノゲルとチオール基を有する4本鎖ポリエチレングリコール誘導体とのマイケル付加反応により、ナノゲルを架橋点とするヒドロゲルが得られる。このゲルにBMP2タンパク質を封入することで、骨再生のタンパク質徐放性足場材料として有用であることを動物実験で明らかとした。3)有機-無機ハイブリッドナノゲルの開発:種々のナノゲルをテンプレートにして正および負の電荷を有するアモルファスリン酸カルシウムナノ微粒子を調製することに成功した。また、リン酸基を有するナノゲルテンプレートにより、結晶性アパタイトナノ微粒子が得られることが明らかになった。1)ナノゲル架橋ナノ微粒子の設計と利用:アクリロイル基置換コレステロールプルラン(CHP)ナノゲルの希薄水溶液中で複数のチオール基を有するポリエチレンオキサイド(PEGSH)誘導体と反応させ、ナノゲルが集積された100から200nmのラズベリー型のナノゲル架橋微粒子を合成しする手法を確立した。PEG鎖架橋でナノゲルが安定化され、ナノゲルとの架橋点であるエステル結合が加水分解することで、ナノゲルが徐々に放出しえる従来にない新しいナノ微粒子である。サイトカインであるIL12を内包したナノゲルから架橋ナノ微粒子が得られ、マウス皮下注射によりIL12を血中に長期徐放しえることを明らかにした。2)ナノゲル-プロスタグランジンE1(PGE2)複合体の創傷治癒への応用:CHPナノゲルに創傷治癒を誘起しえるPGE2を複合体化し、裂傷の患部に塗布することで創傷治癒効果が格段に向上した。ナノゲルによりPGE2の局所徐放が可能になったことに起因することが明らかになった。3)ナノゲル-ペプチド複合体による骨減少の抑制:CHPナノゲルにTNF-αとRANKLアンタゴニストペプチドを複合化させ、数回皮下投与することで、低カルシウムによる骨減少を効果的に抑制しえることが明らかになった。また、ナノゲル架橋ヒドロゲル系を埋め込むことで、1回投与によりペプチドの長期徐放に成功し、骨減少を抑制しえることもわかった。