hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超高速光・電子融合デバイス

InAsに近い組成のInGaAsをチャネルとする歪HEMTを試作した。ネットワークアナライザで高周波特性を評価したところ、ゲート長が0.1μmのトランジスタで電流遮断周波数として200GHzを超える特性を得た。また、InGaAsをチャネルとする歪MSM-PDを試作した。L & Sが0.2/0.6μmのMSM-PDについて、フェムト秒レーザを用いて光応答を評価したところ、20 psec以下の高速応答を得た。以上の優れた特性は、チャネルに電子速度が大きいInAsを用いたことにより説明できる。また、チャネル厚が10 nmと薄層にも拘わらず、1を超えるRespnsivity(光感度)を得た。歪HEMTと同一基板上に歪MSM-PDを作製すれば超高速のOEICを実現することがが可能であり、高速・広帯域光通信システムへの応用が期待される。光信号処理技術とミリ波技術を融合すれば、これまでにない超高速で大容量のネットワークを構築することができる。これを支える「光・ミリ波融合デバイス」として、超高速動作が期待されるInAsチャネル2次元電子ガストランジスタ(InAlAs/InGaAs/InAs歪HEMT)を取り上げた。InAsはAuger再結合のしきい値エネルギーが小さく、少数キャリアである正孔のAuger再結合時間が極めて短いことが予想され、このHEMTは超高速の光検出器として動作することが期待される。また、InAsは移動度が大きいので、電気的にもInGaAsをチャネルとする従来のHEMTよりも超高速で動作する。この結果、一つのトランジスタで100Gbit以上の超高速動作が可能となる光・電子融合デバイスを実現できる。今年度は基本動作の確認を目的としてゲート長0.7μmのHEMTを試作し、レーザ光照射時の動作特性を実験的・理論的に解析して、デバイス動作を律している物理を解明した。以下に成果をまとめる。1.HEMTの高周波特性を評価したところ、ゲート長が0.7μmにも拘わらず真性遮断周波数(fT)として90GHzを得た。最先端の加工技術を駆使してゲート長を0.1μmまで短縮すれば、このHEMTのfTは630GHzに及ぶ。2.光応答特性を評価したところ時定数が24psecの高速応答を示した。従来のデバイスではnsecの応答が限界であったので、応答特性の飛躍的向上といえる。詳しい解析から、応答時間は正孔のチャネル走行時間およびAuger再結合時間の二つの成分からなり、このうちAuger再結合時間の短縮が高速光応答に繋がっていることが分かった。以上により、InAsをチャネルにもつHEMTを用いた超高速光・電子回路の開発への道が開かれた(特許出願中)。光技術とミリ波技術を融合すれば、超高速で大容量のネットワークを構築することができる。これを支える「光・ミリ波融合デバイス」として、狭バンドギャップのIn(Ga)Asをチャネルとする歪2次元電子ガストランジスタ(PHEMT)および歪MSMフォトダイオード(PMSM)を取り上げた。In(Ga)Asは高移動度でありかつAuger再結合時間が短いことから、これらデバイスは超高速のトランジスタと光検出器として動作することが期待される。昨年度の予備的実験に続き、今年度はナノテクノロジーを駆使してゲート長0.1μmのIn(Ga)As-PHEMTおよびPMSMを試作し、電気的な高周波特性および極短パルス光照射時の光応答特性を実験的・理論的に解析した。以下に今年度の成果をまとめる。1. HEMTの高周波特性:InGaAs-PHEMTにおいて真性遮断周波数(fT)155GHzを得た。一方で、高特性が期待されるInAs-PHEMTではfT76GHzに留まった。これは、InAsを臨界膜厚以内で成長したが、実際には3次元成長し結晶性が低下したことが原因と考えられ、結晶の高品質化を今後の課題とする。2. PMSMの光応答特性:InGaAs-PMSMにおいて立ち下がり時間18psecの超高速光応答を示した、また、15nmと薄い光吸収層にも拘わらず、Responsivity(R)は2を超えた。通常のPDでは光吸収層が1μm程度であり、かつR<1である。この高光利得の理由として、狭ギャップの歪InGaAsにおいてAvalanche増倍機構に起因した光増幅過程が発生したことが考えられる。この現象について現在実験的・理論的検証を進めている。今年度の成果により、懸案であった光利得の問題が解決されたので、In(Ga)AsをチャネルとするHEMTおよびMSMを用いた100Gbitを超える超高速光.電子回路の実現に向けて研究を進めて行く。

現代の情報通信を支える基本技術は、光技術とミリ波技術である。光の周波数は100THzであり、光ファイバーを用いた光通信技術を利用すれば、低損失で超高速・大容量の信号の伝送が可能となる。光技術とミリ波技術を融合すれば、従来のミリ波技術のみでは成し得なかった、高機能の新技術分野を開拓することができる。このためには、光受信系の高速化が不可欠であり、フォトダイオードと電子デバイスを集積した高速OEICの実現が期待されている。現在、超高速動作が報告されている歪InAs/InGaAs系HEMTでOEICを実現しようとすると、チャンネル厚が10nmと薄いためPDの量子効率は1%以下となる。両者の要求する膜厚が異なることがOEICの研究の進展を妨げている。本研究では、(1)上記難題を克服するため、受光デバイスとしてInAsの狭バンドギャップ半導体をチャネルとする超高速・高光利得の歪InAs系MSM-PDを開発し、(2)光信号をMSM-PDで電気信号に変換してこれを同じ基板上に作製した超高速InAs系HEMTで増幅する超高速OEICを実現することを狙いとしている。以下に今年度の成果をまとめる。ナノテクノロジーを駆使してゲート長0.1μmのInAs/InGaAsMSM-PDとHEMTを同一基板上に試作し、光パルスレーザ(パルス幅400fsec)とオシロスコープ(帯域50GHz)を用いて光応答特性を評価した。印加電圧を増加させるとパルス幅は18psecまで減少し飽和した。このように印可電圧が増加するのに伴いパルス幅が減少するのは、光生成された正孔のドリフト時間が減少することで説明できる。さらなる高バイアス下でパルス幅がどこまで低減するかは興味のあるところであるが、オシロスコープの帯域によって測定系の帯域が制限されているため、これ以上追究できない。しかし、これまでの研究で明らかとなったように、狭ギャップ半導体ではAuger再結合が支配的であり、通常のPDで期待されるパルス幅よりもさらに狭くなることが期待される。さらに重要な実験事実として、MSM-PDの光学特性を評価すると、チャネルが15nmと薄層であるにも拘わらずResponsivity(=光電流/光パワー)は5以上あり、Primary Photocurrentから見積もられる光利得は100を超えた。常識的にはResponsivity1を実現するためにはPDのチャネルを1μmと厚くしなくてはならない。もちろんこのような層厚ではHEMTと整合するOEICは実現しない。この高光利得の物理モデルについては現在研究中であるが、この高光利得はトンネル注入によるSecondary photocurrentおよびアバランシェ増幅過程に基づいていると考えられる。また、ネットワークアナライザでHEMTの電子デバイスとしての性能を評価すると、ゲート長0.1μmにおいて電流遮断周波数は151GHz(真性遮断周波数600GHz)まで達した。このようにして、超高速OEIC実現へ一歩近づいたといえる。
音声・調音可能性ハイエラーキと最適性理論に関する研究

音声・調音可能性ハイエラーキの実証的研究のために最初の2年間行は主として実験に集中し、徐々に実験結果の解析を進めた。被験者は次第に速くなるメトロノームに合わせて、母音(V)2種類x子音(C)12種類を[VC]音節として組合わせて発音した。メトロノームの時間間隔が短くなるにつれて[VC]音節を発音し続けることが難しくなり、[CV]音節に入れ替わってしまう。この「入れ替わり」の瞬間のメトロノームの速さを従属変数とし、子音の種類による分布を調べた。その結果、いわゆるソノリティハイエラーキと対応する、無声閉鎖音<有声閉鎖音:閉鎖音<摩擦音:阻害音<共鳴音という順序を支持するデータが引き続きえられた。この結果をまとめ、昨年8月にスペインで開催された「第15回国際音声科学会議(ICPhS)」で発表した。幸い、参加者との討論、意見交換も活発に行われ、帰国後、引き続きデータの補強、再分析を行い、改善を加えた論文が今度は今年6月にイリノイ大学で実施される「実験音韻論laboratory Phonology国際学会」での発表が受理された。音声ハイエラーキ、調音可能性ハイエラーキ、ソノリティといった概念に関する長年の研究に、今回の共同研究でさらに新たな方式による成果が追加されたことになった。音声・調音可能性ハイエラーキの実証的研究のために予備実験を含めて2回の実験を行った.被験者は次第に速くなるメトロノームを聞きながら,母音+12種類の子音の組合わせを発音し,それをテープに録音した.LL教室を用いることで比較的多人数(約40人)のデータを一度に集めることができた.現在データの分析を鋭意進めているが,かなり多量であるため発話タイミングの計測を半自動化するプログラムを導入し,分析作業の効率化を図っている.分析においては,母音の開始時間と子音の開始時間を,それぞれメトロノーム音に対して相対的に表すことで,ミリ秒で表される絶対時間では捉えきれない調音運動の位相的側面を明らかにしようとしている.特にこの実験では,次第に速くなるメトロノームに合わせると,母音+子音の発音順序が子音+母音の順序に入れ替わってしまう現象(開音節化)に着目し,従属変数として入れ替わる瞬間のメトロノームの時間間隔を取り上げる.この手法によって,これまで分析が難しかった調音可能性の動的特性が明らかになりつつある.音韻理論とのリンクは,雑誌論文8編の他にも,研究分担者が運営委員として参加した明海最適性理論ワークショップや,日本音韻論学会「音韻論フォーラム2001」などの学会,および各地の研究会で精力的に発表され,参加者との有意義な討論を経てさらに進展している.音声・調音可能性ハイエラーキの実証的研究のために咋年度行った実験結果の解析を進めた。被験者は次第に速くなるメトロノームに合わせて,母音(V)2種類x子音(C)12種類を[VC]音節として組合わせて発音した。この「入れ替わり」の瞬間のメトロノームの早さを従属変数とし、子音の種類による分布を調べた。その結果、いわゆるソノリティハイエラーキと対応する、無声閉鎖音<有声閉鎖音;閉鎖音<摩擦音;阻害音<共鳴音という順序が確認された。この結果をまとめ、第15回国際音声学会議(ICPhS)における発表に応募し採用された。この研究は、これまでの音韻論におけるソノリティハィエラーキが静的かつ要素遺元的であったのに対し、調音の動的特性とリズムに着目している。同様の視点から研究分担者の一人は、アラビア語、英語、日本語の比較に関する別のプロジェクトに参加し、その成果を発表している。また音韻理論とのリンクは、雑誌論文2編において日本語の心的辞書における音韻的な重層性を形式的に定義する試みにおいて迫求されている。音声・調音可能性ハイエラーキの実証的研究のために過去2年間行った実験結果の解析をさらに進めた。前年度に続き、被験者は次第に速くなるメトロノームに合わせて,母音(V)2種類x子音(C)12種類を[VC]音節として組合わせて発音した。

メトロノームの時間間隔が短くなるにつれて[VC]音節を発音し続けることが難しくなり、[CV]音節に入れ替わってしまう。この「入れ替わり」の瞬間のメトロノームの早さを従属変数とし、子音の種類による分布を調べた。その結果、いわゆるソノリティハイエラーキと対応する、無声閉鎖音<有声閉鎖音;閉鎖音<摩擦音;阻害音<共鳴音という順序を支持するデータが引き続きえられた。この結果をまとめ、昨年8月にスペインで開催された「第15回国際音声学会議(ICPhS)」で発表した。幸い、参加者との討論、意見交換も活発に行われ、帰国後、引き続きデータの補強、再分析を行い、改善を加えた論文が今度は今年7月にイリノイ大学で実施される「実験音韻論Laboratory Phonology国際学会」での発表が受理された。音声ハイエラーキ、調音可能性ハイエラーキ、ソノリティといった概念に関する長年の研究に、今回の共同研究でさらに新たな方式による成果が追加されたことになった。最適性理論に関連する研究も研究分担者のほうで推進しているが、今年度の発表諭文に関しては、むしろ、上記のような実験的な手法で目覚ましい成果が出始めたことから、研究分担者ともども、被験者から時間をかけて実験データを回収し、妥当な成果をえられるまで実験の改良を重ねることにエネルギーを注いだ。幸い、国際学会に2度とも受理され、こう方面の研究を一歩前進させることができたのもと思う。
3次元フーリエ・フィルタリング法によるDNAの分子レベル直視観察

我々が提案する3次元フーリエ・フィルタリング法は、日本のオリジナルの位相再構成技術であり、あらゆる収差を補正し、生物組織の観察にとって特に重要となる1-2nmの比較的大きい構造を高コントラストで、しかも高S/N比で観察することを可能とする。本研究の目的は、この3次元フーリエ・フィルタリング法を生物観察に最適な形に調整したシステムづくりを行うことである。昨年度は、生体組織への電子線損傷をできるだけ少なくするミニマムドーズ生体観察補助システムと導入し、照射電子線量をできるだけ抑えた画像収集処理システムを開発した。本年度は、3次元フーリエ・フィルタリング法を用いてDNAの分子レベル直視観察を行い、透過電子顕微鏡によるDNA塩基配列の観察に世界で初めて成功した。(成果発表を計画中である)(1)電子顕微鏡によるバイオ研究の隠れた重要課題は、如何に最適な生体分子の電子顕微鏡サンプルを調整するかにある。我々は数から数十nmの孔径を持つ特殊マイクログリッドの作製に成功し、この孔の上に分子鎖を凍結乾燥法で架橋することで、DNAの位相差観察を実現した。(2)ミニマムドーズ画像収集システムの開発と3Dフーリエ・フィルタリング技術により、2-3桁少ない電子線照射量でDNAの高コントラスト、高S/N比での観察ができることを実証した。(3)観察された位相像中には、0.3-0.4nmの周期的な塩基配列が部分的に観察された。現在までに得られているDNAの電子顕微鏡像で、ここまで内部構造を捉えた写真は報告されていない。残念ながら200kVという高い加速電圧で観察を行ったために、DNA内部の微細構造が電子線照射損傷により部分的にアモルファス化しているのが確認された。しかし、現時点でも世界に例のない分子レベルの観察が可能になっていると思われる。本研究の成果を受けて、(1)加速電圧を200kVから60kVに下げ、超コヒーレント電子銃を搭載し、更なる生体微構造の高コントラスト観察を実現する。(2)低加速電圧化に伴う分解能の劣化は、焦点位置変調方式による収差補正技術により補う。さらに(3)電子-電子直接変換型の2次元単電子カウンティング検出器を設計・製作して、電子線損傷を極力抑えた観察を実現し、3次元ナノ構造観察が可能なバイオ位相差電子顕微鏡の開発を計画中である。我々は、超解像の位相差像を観察する方法として3次元フーリエ・フィルタリング法を提案した。この方法は、日本のオリジナルの位相再構成技術であり、超解像で位相像を再生すると同時に、あらゆる収差を補正し、生物組織の観察にとって特に重要となる1-2nmの比較的大きい構造情報についても高コントラストで、しかも高S/N比での観察を実現する。本研究ではこの3次元フーリエ・フィルタリング法を生物観察に最適な形に調整したシステム作りを行う。さらに、これまで無染色状態ではほとんど観察できなかったDNAサンプルの分子レベルでの観察を行い、構成タンパクの直視解読に挑戦する。

本年度は、3次元フーリエ・フィルタリング法を生物観察に応用することを目的として、(1)複数の収差の同時除去に代表されるいくつかの技術課題を克服する基礎実験を行い、その結果を原著論文と国際会議の抄録にまとめて報告した。(2)DNA直視観察に向けての実験を開始した。DNAサンプルは、新潟大学医学部の牛木教授よりご提供をいただいた。現在、最良のサンプルを作製するために新潟大学と大阪大学でAFM観察とTEM観察を相互に行いながら最終調整を行っている。特にDNA鎖を極微小孔(100nm)を有する支持膜状にうまく分散させることが最も大きな技術課題である。また、名古屋大学理学部篠原教授より、カーボンナノチューブに内包したDNAサンプルのご提供を受けた。DNAサンプルの支持保持方法としては理想的であり、現在観察を続行中である。(3)3次元フーリエ・フィルタリング法を生体観察に対して最適条件で適用するため、できるだけ照射電子線量を抑えた画像収集処理システムの試作開発に取りかかった。現行の変調処理系を基本的に使用するが、特に生体観察に対する適用性を広げるため、より広いデフォーカス幅(±2ミクロン幅)での画像を取得し、生体組織への電子線損傷をできるだけ少なくするミニマムドーズ生体観察補助システムを導入した。平成14年度には、3次元フーリエ・フィルタリング法を用いた生体観察システムの調整と改良を行い、無収差位相像観察によりDNA構成分子の直視観察を行う予定である。我々が提案する3次元フーリエ・フィルタリング法は、日本のオリジナルの位相再構成技術であり、あらゆる収差を補正し、生物組織の観察にとって特に重要となる1-2nmの比較的大きい構造を高コントラストで、しかも高S/N比で観察することを可能とする。本研究の目的は、この3次元フーリエ・フィルタリング法を生物観察に最適な形に調整したシステムづくりを行うことである。昨年度は、生体組織への電子線損傷をできるだけ少なくするミニマムドーズ生体観察補助システムと導入し、照射電子線量をできるだけ抑えた画像収集処理システムを開発した。本年度は、3次元フーリエ・フィルタリング法を用いてDNAの分子レベル直視観察を行い、透過電子顕微鏡によるDNA塩基配列の観察に世界で初めて成功した。(成果発表を計画中である)(1)電子顕微鏡によるバイオ研究の隠れた重要課題は、如何に最適な生体分子の電子顕微鏡サンプルを調整するかにある。我々は数から数十nmの孔径を持つ特殊マイクログリッドの作製に成功し、この孔の上に分子鎖を凍結乾燥法で架橋することで、DNAの位相差観察を実現した。(2)ミニマムドーズ画像収集システムの開発と3Dフーリエ・フィルタリング技術により、2-3桁少ない電子線照射量でDNAの高コントラスト、高S/N比での観察ができることを実証した。(3)観察された位相像中には、0.3-0.4nmの周期的な塩基配列が部分的に観察された。現在までに得られているDNAの電子顕微鏡像で、ここまで内部構造を捉えた写真は報告されていない。残念ながら200kVという高い加速電圧で観察を行ったために、DNA内部の微細構造が電子線照射損傷により部分的にアモルファス化しているのが確認された。しかし、現時点でも世界に例のない分子レベルの観察が可能になっていると思われる。
カワゲラ目の比較発生学的研究：多新翅類の系統進化像の再構築

本年度は、カワゲラ目の系統学的位置の解明・グラウンドプランの再構築に向け、キタカワゲラ亜目の比較発生学的検討を中心課題に設定し、以下の二点の特筆すべき研究実績を得た。一つ目は、日本産キタカワゲラ亜目全9科、すなわち完舌類のトワダカワゲラ科、シタカワゲラ科、ホソカワゲラ科、クロカワゲラ科、オナシカワゲラ科、同舌類のヒロムネカワゲラ科、カワゲラ科、ミドリカワゲラ科、アミメカワゲラ科に着目して比較発生学的検討を行い、1)卵構造、2)胚形成、3)胚伸長、4)胚運動の詳細を明らかにした点である。これらの結果より、「卵表層における胚伸長様式」は多新翅類の固有派生形質と理解すべき特徴であることから、カワゲラ目の多新翅類への所属が強く示唆される。また、卵構造に基づき提出されていたキタカワゲラ亜目の「完舌類ー同舌類体系」の妥当性が本研究からも支持される。さらに、本研究より明らかとなった3タイプの胚運動型に基づき、キタカワゲラ亜目内の新たな系統仮説、すなわち、胚軸不変型の胚運動がトワダカワゲラ科、シタカワゲラ科、ホソカワゲラ科の、横転型の胚運動がオオカワゲラ科とヒロムネカワゲラ科のそれぞれの共有派生形質である、を提出した。二つ目は、トワダカワゲラ科の胚膜系の微細構造観察を行い、肥厚漿膜細胞および肥厚漿膜クチクラの詳細な形成過程を記載し、肥厚漿膜細胞は、1)羊漿膜褶形成にともない胚下に集合した漿膜に由来し、2)4層で構成される肥厚漿膜クチクラを形成、そして崩壊することを明らかにした点である。以上二点の成果を国内学会で発表したほか、国際的な学術雑誌で公表した。ミナミカワゲラ亜目の研究は着手できなかったが、次年度にニュージーランドでのサンプリングを実施する目途がついたので、研究を発展させたい。日本産キタカワゲラ亜目全9科の比較発生学的検討により、カワゲラ目が多新翅類に属することを明らかとし、キタカワゲラ亜目内の類縁関係を胚運動型に基づき議論を進展させたこと、そしてこれらの成果を国際学術雑誌に公表したことは大きな進展といえる。また、トワダカワゲラ科の胚膜系に関連する構造である、肥厚漿膜細胞および肥厚漿膜クチクラに注目してその詳細な形成過程を明らかとし、成果を国際誌に発表したこともまた大きな進歩である。しかしながら、ミナミカワゲラ亜目に関しては、当初の採集予定地としていたオーストラリアでの許可申請が難航したため、研究に着手できていない。以上を総合的に判断し、「おおむね順調に進展している。」とした。今後は、トワダカワゲラ科で明らかとなった肥厚漿膜細胞および肥厚漿膜クチクラについて、ほかのキタカワゲラ亜目においても同様の観察を実施し、キタカワゲラ亜目におけるこれらの構造の網羅的な理解を目指す。また、トワダカワゲラ科を中心に器官形成の検討も開始する。その中でも、多新翅類においてきわめて特異な形成様式が予備実験において観察されている消化管形成に焦点を絞り、メタクリル系樹脂を用いた準超薄切片の光学顕微鏡観察、エポキシ系樹脂を用いた超薄切片の透過型電子顕微鏡観察を通して、形成過程の詳細な組織学的・微細構造学的観察を行う。また、ミナミカワゲラ亜目については、当初予定していたオーストラリアでの採集計画を断念し、より容易な調査が可能なニュージーランドに採集地を変更することとした。幸いにも採集許可を得るに至ったので、今後は現地に渡航してミナミカワゲラ亜目の採集および固定卵の確保を行い、帰国し次第速やかに本亜目の外部形態観察に基づく卵構造および胚発生過程の観察、樹脂包埋卵の準超薄・超薄切片に基づく組織学的・微細構造学的観察を行う。そして、各亜目の発生学的データの蓄積が行われた時点で、本研究課題の総括を行う。カワゲラ目のグラウンドプランを構築し、多新翅類における先行研究の知見との比較検討を行い、多新翅類のグラウンドプラン、系統進化学的議論を展開する。そして、本研究課題の総括、成果の公表を目指し、論文の作成を行う。

二つ目は、トワダカワゲラ科の胚膜系の微細構造観察を行い、肥厚漿膜細胞および肥厚漿膜クチクラの詳細な形成過程を記載し、肥厚漿膜細胞は、1)羊漿膜褶形成にともない胚下に集合した漿膜に由来し、2)4層で構成される肥厚漿膜クチクラを形成、そして崩壊することを明らかにした点である。以上二点の成果を国内学会で発表したほか、国際的な学術雑誌で公表した。ミナミカワゲラ亜目の研究は着手できなかったが、次年度にニュージーランドでのサンプリングを実施する目途がついたので、研究を発展させたい。日本産キタカワゲラ亜目全9科の比較発生学的検討により、カワゲラ目が多新翅類に属することを明らかとし、キタカワゲラ亜目内の類縁関係を胚運動型に基づき議論を進展させたこと、そしてこれらの成果を国際学術雑誌に公表したことは大きな進展といえる。また、トワダカワゲラ科の胚膜系に関連する構造である、肥厚漿膜細胞および肥厚漿膜クチクラに注目してその詳細な形成過程を明らかとし、成果を国際誌に発表したこともまた大きな進歩である。しかしながら、ミナミカワゲラ亜目に関しては、当初の採集予定地としていたオーストラリアでの許可申請が難航したため、研究に着手できていない。以上を総合的に判断し、「おおむね順調に進展している。」とした。今後は、トワダカワゲラ科で明らかとなった肥厚漿膜細胞および肥厚漿膜クチクラについて、ほかのキタカワゲラ亜目においても同様の観察を実施し、キタカワゲラ亜目におけるこれらの構造の網羅的な理解を目指す。また、トワダカワゲラ科を中心に器官形成の検討も開始する。その中でも、多新翅類においてきわめて特異な形成様式が予備実験において観察されている消化管形成に焦点を絞り、メタクリル系樹脂を用いた準超薄切片の光学顕微鏡観察、エポキシ系樹脂を用いた超薄切片の透過型電子顕微鏡観察を通して、形成過程の詳細な組織学的・微細構造学的観察を行う。また、ミナミカワゲラ亜目については、当初予定していたオーストラリアでの採集計画を断念し、より容易な調査が可能なニュージーランドに採集地を変更することとした。幸いにも採集許可を得るに至ったので、今後は現地に渡航してミナミカワゲラ亜目の採集および固定卵の確保を行い、帰国し次第速やかに本亜目の外部形態観察に基づく卵構造および胚発生過程の観察、樹脂包埋卵の準超薄・超薄切片に基づく組織学的・微細構造学的観察を行う。そして、各亜目の発生学的データの蓄積が行われた時点で、本研究課題の総括を行う。カワゲラ目のグラウンドプランを構築し、多新翅類における先行研究の知見との比較検討を行い、多新翅類のグラウンドプラン、系統進化学的議論を展開する。そして、本研究課題の総括、成果の公表を目指し、論文の作成を行う。
籠状構造を持つ系における異常な格子振動の理論

本年度は研究課題に関する研究は行わなかったが、トポロジカル絶縁体の研究において進展があった。まず、トポロジカル絶縁体の接合における電荷とスピンの輸送特性を調べた。外部電場によりラシュバスピン軌道相互作用の大きさを変えていくと、界面に垂直に入射した電子の透過率は0から1まで連続的に変化する。これに伴ってコンダクタンスも大きく制御できることを示した。これを対称性の観点から理解できることも分かった。これにより、このような振る舞いを示す系を見つける一つの指針が与えられ、また界面の詳細によらず生じる現象であることが分かる。この接合系では界面に平行にスピンホール流が誘起され、その大きさを向きまで含めて制御することができることも示した。これはスピンを用いた新デバイスのきっかけとなりうる。次に二次元のトポロジカル絶縁体における乱れとラシュバスピン軌道相互作用の効果を解析し、通常絶縁体の乱れが大きくなっていくと、通常絶縁体→金属→トポロジカル絶縁体→金属→通常絶縁体、という四回もの多重転移が可能なことが分かった。ラシュバスピン軌道相互作用の効果により、一度金属になってから乱れ誘起のトポロジカル絶縁体になる。この一連の相転移を自己無撞着ボルン近似から求めたバンドパラメーターのくりこみから理解できることも示した。二次元のトポロジカル絶縁体であるHgTe量子井戸においては、ゲート電極によりラシュバスピン軌道相互作用の大きさとフェルミエネルギーを連続的に変化させられるので、本研究により明らかになった多重転移を実験的にも検証できると期待される。この他に、トポロジカル絶縁体における端状態の詳細な振る舞いを解析し、ブリルアン域境界の近傍にも端状態があることを見出し、また、格子系における端状態を解析的に導出することにも成功した。籠状構造を持ち、非調和性のある系の格子振動の分散関係、平均二乗変位および弾性定数の温度依存性を、計算が可能であるような簡単な模型(単位胞内に籠イオンとゲストイオンを一つずつ含む。ここで籠にゆるく束縛されているイオンをゲストイオンと呼ぶ)に対して、自己無撞着調和近似を用いて計算した。籠状構造に由来して、ブリルアン域境界上に広くに渡って平らな分散関係が存在する。以降、この振動をアインシュタイン振動と呼ぶ。非調和性により、温度を下げるとともにアインシュタイン振動数が低下するが、これを定量的に計算するとともに、その漸近的な振る舞いを導出した。同様にして、弾性定数とイオンの平均二乗変位の温度依存性も導出した。また、格子振動の偏極ベクトルと振動数の温度依存性を調べることで、ゲストイオンの成分が主である基準振動に対して籠状構造における非調和性が大きな影響を与えることが分かった。しかし、籠イオンが主である基準振動も僅かながら温度依存性を示す。これは弾性定数の温度依存性を生む。平均二乗変位にも同様の振る舞いが現れる。つまり、非調和性により平均二乗変位の温度依存性は下に凸ではなく、上に凸になるが、この振る舞いはゲストイオンには強く表れる一方で、籠イオンにはほとんど現れないことが分かった。以上が模型から得られた結果である。これらと実験の結果を比較し議論した。PrOs4Sb12はアインシュタイン振動数が室温から10Kにかけて30%も低下する物質であるが、この温度依存性の形は本研究から得られるものと整合する。また、Sr8Ga16Ge30の超音波を用いて測定された弾性定数の温度依存性の形と、ラマン散乱から決定されたアインシュタイン振動数の関係は本研究の結果と定性的に一致している。本年度は研究課題「籠状構造を持つ系における異常な格子振動の理論」の進展はなかったが、トポロジカル絶縁体における輸送現象に関する、特に、二次元のトポロジカル絶縁体であるグラフェンとテルル化水銀/テルル化カドミウム水銀で作られる量子井戸における接合、およびアンダーソン局在の問題を研究し、以下に示す幾つかの重要な結果を得た:(i)グラフェン接合においてはRashbaスピン軌道相互作用を制御することで、電子の透過率を0から1まで連続的に制御できること、(ii)接合面に沿って局在したスピン流を生成できること、また、これをゲート電圧によって向きまで含めて大きさを制御できること、(iii)テルル化水銀量子井戸において、(11)面(以降ではジグザグと呼ぶ)には従来知られていなかったスピン流を運ぶ端状態が存在すること、(iv)同物質においてバンドギャップが小さい極限においても乱れに対して十分に堅牢な量子スピンホール相が存在できることが明らかにされた。二次元のトポロジカル絶縁体は現在のところ、端状態の電気伝導度測定のみによってその実在を確認されているが、本研究によればこの系の非自明性に由来して特徴的な輸送現象が起きることが期待でき、それを観測することでトポロジカル絶縁体のさらなる特徴付けになる。また、乱れに関する研究によって、トポロジカル絶緑体に固有のアンダーソン局在の振る舞いが明らかにされつつある。特に、トポロジカル絶縁体がより堅牢になる条件が調べられ、物質設計にも指針を与えることができると期待できる。

これに伴ってコンダクタンスも大きく制御できることを示した。これを対称性の観点から理解できることも分かった。これにより、このような振る舞いを示す系を見つける一つの指針が与えられ、また界面の詳細によらず生じる現象であることが分かる。この接合系では界面に平行にスピンホール流が誘起され、その大きさを向きまで含めて制御することができることも示した。これはスピンを用いた新デバイスのきっかけとなりうる。次に二次元のトポロジカル絶縁体における乱れとラシュバスピン軌道相互作用の効果を解析し、通常絶縁体の乱れが大きくなっていくと、通常絶縁体→金属→トポロジカル絶縁体→金属→通常絶縁体、という四回もの多重転移が可能なことが分かった。ラシュバスピン軌道相互作用の効果により、一度金属になってから乱れ誘起のトポロジカル絶縁体になる。この一連の相転移を自己無撞着ボルン近似から求めたバンドパラメーターのくりこみから理解できることも示した。二次元のトポロジカル絶縁体であるHgTe量子井戸においては、ゲート電極によりラシュバスピン軌道相互作用の大きさとフェルミエネルギーを連続的に変化させられるので、本研究により明らかになった多重転移を実験的にも検証できると期待される。この他に、トポロジカル絶縁体における端状態の詳細な振る舞いを解析し、ブリルアン域境界の近傍にも端状態があることを見出し、また、格子系における端状態を解析的に導出することにも成功した。
炭酸基組成が炭酸アパタイトの骨置換速度に及ぼす影響の解析

申請者らは骨の無機組成が炭酸アパタイトであることに着目し、前駆体を用いた溶解析出反応による炭酸アパタイトの調製法を確立した。炭酸アパタイトが破骨細胞に吸収され、骨リモデリングに調和して骨に置換される原因はアパタイトに炭酸基が存在し、破骨細胞が形成する弱酸性環境において溶解度が高いためであると考えられるが、炭酸アパタイト中の炭酸基含有量が、炭酸アパタイトの破骨細胞性吸収に及ぼす影響は検討されていない。本研究は、炭酸アパタイトブロック中の炭酸基含有量を制御し、炭酸基組成が炭酸アパタイトの骨置換速度に及ぼす影響を解析するとともに、骨置換速度を飛躍的に加速した炭酸アパタイト骨置換材を創製することである。前年度は炭酸基含有量が異なる炭酸アパタイトを調製することが可能であるか検討を行った。当該年度は試料の追加解析および炭酸アパタイト中の炭酸基含有量が細胞実験において骨芽細胞のup-regulationに及ぼす影響の検討を行った。追加解析の結果、炭酸アパタイト中の炭酸基含有量と硫酸基含有量が反比例の関係にあり、また炭酸基含有量の増加とともに機械的強度が低下することが判明した。また細胞実験では近交系ラットの大腿骨から骨髄細胞の細胞懸濁液を調製し、骨芽細胞様細胞に分化させ、炭酸アパタイトディスク表面に骨芽細胞懸濁液を播種し、培地中で一定期間培養した。結果として、材料表面に播種された骨芽細胞のmRNA発現レベルは水酸アパタイトと比較して骨芽細胞の分化マーカーであるI型コラーゲンおよびオステオポンチンはup-regulationしているものの、炭酸含有量の差で優位差は認めなかった。本研究は、石膏(硫酸カルシウム)を前駆体として溶解析出型組成変換反応で炭酸アパタイトブロックを調製する系において、炭酸アパタイト中の炭酸基含有量が、1)破骨細胞性吸収に及ぼす影響、2)骨芽細胞のup-regulationに及ぼす影響、3)炭酸アパタイト人工骨置換材の骨置換速度に及ぼす影響を検討することを目的とする。当該年度は作製した試料の追加解析および細胞実験での評価を重点的に調査したため、予定していた動物実験を次年度に行うこととした。今後は細胞実験を継続するとともに作製した試料を動物実験に埋入し、病理組織標本での検討を行う。動物実験ではラット頭蓋骨に骨欠損を作成し、調製した骨補填材で再建を行う。組織標本は一般組織染色(H&E染色)を行い、補填材の吸収程度、新生骨のリモデリングを評価する。また補填材の吸収が見られた場合、破骨細胞性によるものかを判断するために、TRAP染色を行い破骨細胞が生じているかを確認する。また、骨の形成速度はテトラサイクリン、カルセイン、キシレノールオレンジなどの骨ラベリング法により検討する。当該年度は炭酸基含有量が異なる炭酸アパタイトを調製することが可能であるか検討を行った。炭酸アパタイトの前駆体となる石膏硬化体を、硫酸カルシウム半水塩を蒸留水で練和し、分割金型(直径6ミリ、厚さ3ミリ)に入れて調製した。次に、前駆体である石膏硬化体を種々のリン酸ー炭酸混合溶液中に浸漬し、溶解析出型組成変換反応で前駆体の形態を保ったまま、組成を炭酸基含有量が異なる炭酸アパタイトに変換が可能か検討した。調製した炭酸アパタイトの組成分析は粉末X線回折装置および赤外分光分析、CHNコーダーを用いて、炭酸含有量を含めて解析を行った。結果、石膏硬化体をいかなるリン酸炭酸混合溶液中に浸漬した場合でも,形態を保ったまま組成変換が可能であり、また炭酸ナトリウムを用いた場合、炭酸水素ナトリウムを用いた場合と比較して炭酸含有量が2倍に増加することが判明した。本研究においては、石膏(硫酸カルシウム)を前駆体として溶解析出型組成変換反応で炭酸アパタイトブロックを調製する系において、炭酸アパタイト中の炭酸基含有量が、1)破骨細胞性吸収に及ぼす影響、2)骨芽細胞のup-regulationに及ぼす影響、3)炭酸アパタイト人工骨置換材の骨置換速度に及ぼす影響を検討することを目的とする。結果として、石膏前駆体を種々の炭酸ーリン酸混合溶液に浸漬することで炭酸含有量の異なる炭酸アパタイトの調製が可能であることを確認した。当該年度では異なる炭酸基含有量を持つ炭酸アパタイトの調製が可能か重点的に調査したため、予定していた細胞実験を来年度に行うこととした。

炭酸アパタイトが破骨細胞に吸収され、骨リモデリングに調和して骨に置換される原因はアパタイトに炭酸基が存在し、破骨細胞が形成する弱酸性環境において溶解度が高いためであると考えられるが、炭酸アパタイト中の炭酸基含有量が、炭酸アパタイトの破骨細胞性吸収に及ぼす影響は検討されていない。本研究は、炭酸アパタイトブロック中の炭酸基含有量を制御し、炭酸基組成が炭酸アパタイトの骨置換速度に及ぼす影響を解析するとともに、骨置換速度を飛躍的に加速した炭酸アパタイト骨置換材を創製することである。前年度は炭酸基含有量が異なる炭酸アパタイトを調製することが可能であるか検討を行った。当該年度は試料の追加解析および炭酸アパタイト中の炭酸基含有量が細胞実験において骨芽細胞のup-regulationに及ぼす影響の検討を行った。追加解析の結果、炭酸アパタイト中の炭酸基含有量と硫酸基含有量が反比例の関係にあり、また炭酸基含有量の増加とともに機械的強度が低下することが判明した。また細胞実験では近交系ラットの大腿骨から骨髄細胞の細胞懸濁液を調製し、骨芽細胞様細胞に分化させ、炭酸アパタイトディスク表面に骨芽細胞懸濁液を播種し、培地中で一定期間培養した。結果として、材料表面に播種された骨芽細胞のmRNA発現レベルは水酸アパタイトと比較して骨芽細胞の分化マーカーであるI型コラーゲンおよびオステオポンチンはup-regulationしているものの、炭酸含有量の差で優位差は認めなかった。本研究は、石膏(硫酸カルシウム)を前駆体として溶解析出型組成変換反応で炭酸アパタイトブロックを調製する系において、炭酸アパタイト中の炭酸基含有量が、1)破骨細胞性吸収に及ぼす影響、2)骨芽細胞のup-regulationに及ぼす影響、3)炭酸アパタイト人工骨置換材の骨置換速度に及ぼす影響を検討することを目的とする。当該年度は作製した試料の追加解析および細胞実験での評価を重点的に調査したため、予定していた動物実験を次年度に行うこととした。次年度は1実験試料の追加解析2細胞実験3動物実験を行う。1に関しては本年度組成分析を行ったため、次年度は物性の追加検討を行う。2に関しては、炭酸アパタイト(CO3Ap)中の炭酸含有量が骨芽細胞の分化と破骨細胞による吸収に及ぼす影響を調べる。CO3Apディスク表面に骨芽細胞懸濁液を播種し、細胞の初期接着性を測定するとともに、経時的な細胞増殖を計測する。また、破骨細胞への分化誘導能と吸収活性からCO3Apの吸収性を解析するために、RAW264細胞を炭酸基含有量の異なるCO3Ap上に播種し、RANKLを含むα-MEM中で培養して分化を誘導し、培養後に細胞固定した後、TRAP染色を行う。形成されたTRAP陽性の多核の破骨細胞数を計測すると共に、破骨細胞分化のマーカーであるTRAPとカルシトニンレセプターおよびカテプシンKのmRNAの発現をRT-PCRで評価する。破骨細胞の吸収活性の測定には、ウサギ大腿骨より採取した破骨細胞をCO3Apディスク上に播種、培養し、TRAP染色された試料表面上の多核巨細胞の数を測定するとともに、試料表面に形成される破骨細胞による吸収窩数および吸収窩面積を計測し定量化する。3に関しては炭酸アパタイト中の炭酸基含有量が炭酸アパタイトの組織親和性、骨伝導性、骨置換速度に及ぼす影響の病理組織学的検索を行う。ラット頭蓋骨に骨欠損を作成し、調製した炭酸含有量の異なるCO3Apで再建する。
インスリン分泌顆粒細胞内ロジスティクスのイメージング解析

1.膵β細胞は刺激に応じてインスリンを分泌すると同時に、インスリン受容体を介してインスリンを受容しPI3Kを活性化している。インスリンによる膵β細胞からのインスリン分泌制御機構を明らかにする目的で、膵β細胞からのインスリン分泌におけるPI3Kの役割について検討を行った。膵β細胞およびMin6細胞をインスリン処理するとグルコース刺激開始から開口放出応答および細胞内Ca^<2+>応答までの潜時がPI3K活性依存的に短縮された。Ca^<2+>透過性チャネルであるTrpV2の細胞膜上における量がインスリン処理によりPI3K活性依存的に増加した。TrpV2阻害剤処理およびRNA干渉(RNAi)によりTrpV2タンパク量を減少させたMIN6細胞ではインスリン処理による開口放出応答潜時の短縮は観察されなかった。以上の結果より、インスリンはPI3K活性を介して細胞膜表面のTrpV2量を増加させることにより、Ca^<2+>応答潜時を短縮し、第1相インスリン開口放出を促進的に制御していることがわかった。2.CDKAL1遺伝子の変異は第1相インスリン分泌障害を介して、2型糖尿病の一要因を成していると考えられるが、その分子機構は不明である。本研究では、CDKAL1ノックアウト(KO)マウスにおけるインスリン分泌機構を解析した。KOβ細胞では第1相インスリン開口放出の低下が見られ、グルコース刺激に対する細胞内Ca^<2+>上昇の遅延、K_<ATP>チャネルの応答性の低下、ATP生成の低下が観察された。一方、KO細胞におけるCDK5活性は、野生型細胞との間で違いは認められなかった。以上の結果より、CDKAL1はCDK5以外の経路を介して、ATP生成、K_<ATP>チャネルの応答性、細胞内Ca^<2+>上昇を促進することにより、第1相インスリン分泌をコントロールしていることが明らかとなった。1.グルコース刺激よる膵β細胞からのインスリン分泌は2相性を示すが、インスリン分泌第1相は主に予め形質膜上のSyntaxin1A上にドッキングしている顆粒(previously docked granules)からの開口放出であり、第2相は細胞質から形質膜へ新たに移動した顆粒(newcomers)からの開口放出であることを私達はすでに明らかにしている。本研究では未だ不明である分泌第2相でのインスリン分泌機構解明を目指し、第2相を担っているnewcomer顆粒の細胞内輸送機構を入射角可変式VTIRF顕微鏡を用いてイメージング解析した。その結果、newcomer顆粒は形質膜より400-500nm細胞内部に位置しているアクチンネットワーク層内に貯蔵されており、顆粒とアクチンとの相互作用にMyosin Vaが関与することでnewcomer顆粒の細胞内輸送を制御していることを、Myosin Va欠損ラット、およびマウスを用いて明らかにした。2.インスリン受容体およびPI3Kは膵β細胞にも発現が認められることから、膵β細胞は刺激に応じてインスリンを分泌すると同時に、インスリン受容体を介してインスリンを受容しPI3Kを活性化している。このインスリンによる膵β細胞からのインスリン分泌制御機構を明らかにする目的で、膵β細胞からのインスリン分泌におけるPI3Kの役割について検討を行ったところ、インスリンはPI3K活性化を介して、グルコース刺激に対するCa^<2+>応答潜時を短縮することにより、膵β細胞からの第1相インスリン分泌を促進的に制御している一方、第2相インスリン分泌に対しては細胞内Ca^<2+>動態変化を伴わない機構により抑制的に働いていることを明らかにした。
双対理論による資産価格評価の研究

本研究では、一般的な制約を持つ多期間の投資決定問題を扱った。これは、離散時点における条件付き請求権評価問題をふくむようなクラスの問題である。これらの問題に対しては、連続モデルによる解析的な解法が存在しているが、取り引きに関する制約が無い、あるいは1資産のみの単純な制約下で適用が可能である。一方、離散モデルによる数値的な解法については、実務においても一定の成功を納めているものの、確定的等価な問題へ変換する手法は、期間数を大きくとれない欠点がある。これらの点を克服すべく、ポートフォリオの価値を状態変数としてとる多期間モデルを構築し、分割型の解法を提案した。解法は、以下の通りである。1.最終期末時点のポートフォリオの価値wが与えられたもとで問題を解く。すべてのwについて最適値を得たならば、これをwの関数と見なす。2.一時点前のポートフォリオの価値wが与えられたもとで、f(w)を目的関数として問題を解くwについてパラメトリックに解き、あらためてwと最適値の対応を関数f(w)とする。3.この手続きを初期時点までバックワードに行うことにより、初期保有額から出発する最適戦略が得られる。この手法においては、問題の規模は期間数に対して線形にしか増加しない。また、各期毎に独立した一般的な制約についても対応することができる。これらの特徴は、実データを用いた数値実験を通じて実際に確認することができた。上記の方法は、各期の問題が資産価値wのみに依存している構造を利用している。したがって、それ以外の変数に依存するような構造を導入すると機能しない。これは多資産の取り引きコストを導入する際に障害となる。そこで、近似的に取り引きコストの影響を資産価値の変動に反映させるようなモデルについても考察を行った。本研究において、以下の点が明らかになった。離散時点における条件付き請求権評価問題を、複数コスト最小化問題として定式化した。これは、動的な2次関数最小化問題として表現されることを意味する。この問題は、連続型、離散型を問わず広く研究されているが、制約を含んだ形での取り組みは始まったばかりである。なぜなら、この問題は、各資産への配分額を変数とする非凸的な数理計画問題となり、従来の知見においては、一般的な制約のもとでは解くのが困難とされてきたからである。本研究では、資産収益の変動に独立で同一な分布を仮定した場合、最適資産仮定が陽に求まることを利用して、問題が最適資産決定と最適戦略決定の2つのフェイズに分割可能であることを示した。最適資産課程は、期末の最適性の条件からバックワードに各期の最適資産価値を求めることにより導出される。これはn次元2次形式の分数関数で表現される。最適資産課程は各期ごとに分割が可能であり、この分割を利用して、資産配分の決定問題を導くことができる。この問題は、そのままでは、2次形式の分数関数最小化問題で、通常の方法では解くことは難しい。しかし、本研究ではパラメトリック2次計画法を用いて手法を提案し、極めて効率的に解くことが可能であることを示した。この結果、最適運用戦略は、定数で表現される目標水準が存在して、それに対する増減を制御する形で行われることが示せた。また、資産配分決定問題が1期間の問題に帰着するため、従来の相対理論を用いた価格づけの枠組みが適用できることがわかった。
ケモカインeotaxin-3/CCL26の新規受容体同定と機能解析

ケモカインeotaxin-3/CCL26は、好酸球に高発現するCCR3のリガンドであり、炎症局所への好酸球浸潤に重要な役割を果たすことが報告されている.本研究において研究代表者は、CCL26が細胞傷害性リンパ球に高発現するCX3CL1受容体/CX3CR1の新しい機能的リガンドであることを見出した.CCL26は好酸球だけでなく細胞傷害性リンパ球も同時に炎症巣に誘導することにより、アレルギー性疾患の病態形成においてこれまで理解されていた以上の役割を果たすことが示唆された.ケモカインeotaxin-3/CCL26は、好酸球に高発現するCCR3のリガンドであり、炎症局所への好酸球浸潤に重要な役割を果たすことが報告されている.本研究において研究代表者は、CCL26が細胞傷害性リンパ球に高発現するCX3CL1受容体/CX3CR1の新しい機能的リガンドであることを見出した.CCL26は好酸球だけでなく細胞傷害性リンパ球も同時に炎症巣に誘導することにより、アレルギー性疾患の病態形成においてこれまで理解されていた以上の役割を果たすことが示唆された.eotaxin-3/CCL26は、好酸球に高発現するCCR3のリガンドとして我々のグループが同定したCCケモカインである。CCL26は、IL-4刺激した血管内皮細胞で選択的に誘導される最もドミナントなCCR3リガンドであることが報告されている。このことからCCL26は、アレルギー性炎症における好酸球の血管外浸潤において主要な役割を果たすと考えられ、アトピー性皮膚炎や喘息などのアレルギー性疾患において、炎症局所への好酸球浸潤に重要な役割を果たすことが示唆されている。本研究において研究代表者は、CCL26に新規受容体が存在することを見出した。そこで、本研究では、CCL26とその新規受容体との相互作用解析を通じて、CCL26の新規受容体を介した新たな生理的および病理的機能を解明する。新規CCL26受容体の安定発現細胞を作製し、CCL26による新規受容体を介した細胞内カルシウム濃度上昇と細胞遊走を確認した。また、FACS解析により、新規受容体はCCR3とは全く異なるリンパ球サブセットに発現することが明らかとなった。CCL26は新規受容体を発現するヒトリンパ球サブセットに特異的に結合し、優位な遊走反応を誘導した。今後、さらにアレルギー性疾患におけるCCL26および新規受容体の役割を明らかにするために、アトピー性皮膚炎や喘息などの臨床検体を用いたreal-time PCR解析や免疫染色によりこれらの発現と細胞浸潤や病態との相関性を明らかにする。さらに、アレルギー性疾患モデル動物におけるこれらの中和抗体を用いた治療効果についても検討する。eotaxin-3/CCL26は、好酸球に高発現するCCR3のリガンドとして我々のグループが同定したCCケモカインである。CCL26は、IL-4刺激した血管内皮細胞で選択的に誘導される最もドミナントなCCR3リガンドであり、アトピー性皮膚炎や喘息などのアレルギー性疾患において、炎症局所への好酸球浸潤に重要な役割を果たすことが示唆されている。本研究において研究代表者は、CCL26が細胞傷害性リンパ球に高発現するCX3CL1受容体/CX3CR1の機能的リガンドであることを見出した。CCL26は、CCR3安定発現細胞と同様にCX3CR1安定発現細胞、およびCX3CR1陽性のヒト細胞傷害性リンパ球の細胞遊走反応を誘導した。さらに、CCL26はヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)のIL-4刺激により大量に産生され、CX3CR1発現細胞のHUVECへの接着反応を促進した。また、この接着反応は抗CCL26抗体により優位に抑制された。つぎにアレルギー性疾患におけるCCL26とCX3CR1の役割を明らかにするために、アトピー性皮膚炎患者の臨床検体を用いてCCL26、CX3CL1およびCX3CR1のreal-time PCR解析を行った。その結果、CX3CL1の発現は、正常人と比べて一部のアトピー性皮膚炎患者の皮膚組織においてのみ増強されていたが、CCL26とCX3CR1の発現は全てのアトピー性皮膚炎患者の皮膚組織において増強されていることが明らかとなった。これらの結果より、アレルギー炎症の場において炎症血管で産生されたCCL26は、好酸球だけでなく細胞傷害性リンパ球も同時に誘導することによりアレルギー性疾患の病態形成においてこれまで理解されていた以上の役割を果たすことが示唆された。
東西文献からみたモンゴル、ポスト・モンゴル時代の軍事と外交

東西の二大資料群ー漢籍とペルシア語資料を中心に、典籍、文書、石刻、地図・ミニアチュール等の図像資料、多言語辞書・対訳資料、考古資料、美術工芸品などあらゆる形態のものを可能な限り収集・分析して、13ー15世紀のモンゴル、ポスト・モンゴルの興亡を正確に把握し、かつユーラシア中央域の歴史をも描出する。北のモンゴルと西のモンゴルに挟まれながら国家を経営せねばならなかった明代の軍事と外交の歴史を見直す。
変形性顎関節症における下顎頭軟骨吸収の抑制をめざした治療体系の確立

そこで我々は滑膜や軟骨などの関節組織への過剰な機械的負荷が滑液中のHA代謝に及ぼす影響について検討を行った。過剰な機械的負荷は、滑膜細胞のHYAL2遣伝子発現およびHAase活性を増強することが明らかになった。軟骨細胞においても、過剰な機械的負荷によりHYAL2遺伝子発現は増強したものの、HAase活性についてはほとんど変化が認められなかった。また、HYAL2遺伝子を特異的に抑制するsiRNAを作製し、実験系において添加したところ、siRNAを添加していないコントロールでは機械的負荷によりHAase活性が増強したのに対し、HYAL2 siRNA添加群ではヒアルロニダーゼ活性がほとんど認められないことが明らかになった。以上のことより、関節疾患に認められるHAの低分子化は軟骨破壊に直接関与し、滑液中のHA低分子化の原因として過度な機械的負荷により誘導されるHYAL2遺伝子の関与が示唆された。また、TGF-βは高分子量HA酸の産生を誘導することから、HAの断片化に伴う軟骨破壊の阻害剤として有効であり、臨床応用の可能性が強く示唆された。本研究において我々は,in vitroでヒアルロン酸(HA)の低分子化を生じるモデルを用いた.まず,このモデルで実際にHA低分子化が生じているかを確認するため,培養軟骨細胞をヒアルロニダーゼ(HAase)で処置した後,培養上清中のHAの分子量を,現有するHPLCにて検討した.その結果,HAaseを添加していない正常培養軟骨細胞の培養上清中には1.0x10^5Da以下の低分子量壬仏は存在しなかったが,100unit/mlのHAaseを12時間処置した培養上清中には1.0x10^5Da以下の低分子量HAが存在することが明らかになった.なお,すべての実験には4週齢の雄性ウサギ膝関節より単離した初代軟骨細胞を用いた.培養軟骨細胞を0200U/mのHAaseで12時間処置したところ,CD44,CD44v mRNAの発現は濃度依存的に増強され,100U/mlで最大となることが明らかになった.また,培養軟骨細胞を100U/mlのHAaseで012時間処置したところ,CD44およびCD44v mRNA発現は,6時間で誘導が認められ,12時間で最大となることが明らかになった.さらに,MMP-1,-3,-9mRNA発現も100U/mlのHAaseを12時間処置することにより顕著に増強されたが,TIMP mRNAの発現は変化しなかった.HAaseによる軟骨細胞のCD44,CD44v mRNA発現誘導に対するCD44抗体の影響を検討した結果,CD44抗体は単独ではCD44,CD44v mRNA発現レベルに影響しなかったが,HAase存在下で,CD44抗体は濃度依存的にCD44,CD44vおよびMMP-1,-3,-9mRNAの発現誘導を抑制することが明らかになった.本研究結果より,HAaseにより分解されたHAのフラグメントが,CD44を介して,軟骨基質分解酵素であるMMPの遺伝子発現を誘導し,関節軟骨破壊を惹起する可能性があることが強く示唆された.本年度、我々は過剰な機械的伸張力が培養ウサギ滑膜細胞のヒアルロン酸代謝に及ぼす影響について検討を行った。4週齢雄性日本白色家兎膝関節より滑膜細胞を採取した後、outgrowth法にて培養し、継代5代目の培養滑膜細胞を実験に用いた。まず、継代5代目の滑膜細胞に対して、線維芽細胞、マクロファージ、ビメンチン、それぞれの抗体を用いて免疫染色を行い、実験に使用する継代細胞が線維芽細胞の性質を有しているかを確認した。次に、培養滑膜細胞に15kPaの周期的伸張力を3,6,12,24,48時間負荷した後、ヒアルロニダーゼ遺伝子の発現およびヒアルロニダーゼ活性を定量PCR、ヒアルロン酸ザイモグラフィーでそれぞれ検討した。また、培養上清中のヒアルロン酸量をELISA法により検討した。滑膜細胞におけるヒアルロニダーゼ遺伝子の1つであるHYAL2遺伝子発現は、周期的伸張力負荷3,6,12時間後にコントロールと比較してそれぞれ、約1.7,3.5,4.5倍と有意に増加した。また,ヒアルロン酸ザイモグラフィーでは、周期的伸張力によりヒアルロニダーゼ活性が認められ、48時間でコントロールと比較して顕著な増加が認められた。