hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高リスクUGT1A1遺伝子多型保有患者におけるイリノテカン投与量設定に向けた研究

【研究目的】イリノテカン塩酸塩(CPT-11)には、主な副作用として骨髄抑制が認められ、日本人においてはUGT1A1^*6やUGT1A1^*28の遺伝子多型が、重篤な好中球減少の発現と関連していることが明らかにされている。本研究は、我々がこれまでに遺伝子多型解析を行った患者(300名)の臨床経過に関するデータを活用し、ハイリスクUGT1A1遺伝子多型保有患者におけるCPT-11の投与量設定のための指針確立を目的とした。【研究方法】遺伝子多型解析を行った300名のうち、CPT-11投与歴がない患者、1クール投与継続できなかった患者等を除外した266名を対象とした。電子カルテ情報を基にCPT-11投与量と有害事象の発現や抗腫瘍効果・生存期間の関連について電子カルテ情報をもとにレトロスペクティブに調査した。また、Grade3以上の好中球減少発生の有無によってハイリスクUGT1A1遺伝子多型保有患者を2群に分類し、好中球減少発現の有無に影響を及ぼす非遺伝的要因(がん腫、レジメンの種類、既治療レジメン数、併用薬剤など)について検討した。【研究成果】ハイリスクUGT1A1遺伝子多型保有患者は266名中27名(^*6/^*6:14名、^*28/^*28:5名、^*6/^*28:8名)(10%)であった。ハイリスク患者では27名中16名(^*6/^*6:9名、^*28/^*28:2名、^*6/^*28:5名)(59%)で1コース期間中にgrade3以上の好中球減少症が発現した。ハイリスクUGT1A1遺伝子多型を有さない患者(^*1/^*1、^*1/^*6及び^*1/^*28)における発現頻度は239名中52名(22%)であり、遺伝子多型の有無が好中球減少に大きく寄与していることが示唆された。非遺伝的要因との関連については現在解析中であり、解析結果については今後関連学会で報告する予定である。
エンハンセオソーム解析を通じたライディッヒ細胞の分化・機能発現機構の解明

ライディッヒ細胞におけるAd4BP/SF-1遺伝子の発現制御機構の解析を行った結果、Ad4BP/SF-1遺伝子の発現はAd4BP/SF-1自身により制御されることが明らかとなった°さらにAd4BP/SF-1の結合領域のゲノムワイドな同定を行った結果、Ad4BP/SF-1はこれまでに知られている標的遺伝子座に加え、解糖系に関与する遺伝子座に結合していることが分かった°ライディッヒ細胞におけるAd4BP/SF-1遺伝子の発現制御機構の解析を行った結果、Ad4BP/SF-1遺伝子の発現はAd4BP/SF-1自身により制御されることが明らかとなった°さらにAd4BP/SF-1の結合領域のゲノムワイドな同定を行った結果、Ad4BP/SF-1はこれまでに知られている標的遺伝子座に加え、解糖系に関与する遺伝子座に結合していることが分かった°1.ライディッヒ細胞を分取するためのトランスジェニックマウス系統の作出;ライディッヒ細胞におけるAd4BP/SF-1遺伝子座のクロマチン構造を明らかにするためには、クロマチン免疫沈降法に供するための純粋なライディッヒ細胞を生体内から分取する必要がある。ライディッヒ細胞は、他の細胞(セルトリ細胞、生殖細胞等)とともに組織(精巣)を形成しているため、その分取には工夫が必要である。申請者は、ライディッヒ細胞を含む全てのステロイド産生細胞で発現するStAR遺伝子に着目し、この遺伝子の発現制御下でEGFPを発現させるトランスジェニックマウス(StAR-EGFP)を作製し、ステロイド産生細胞を標識する方法を試みた。しかしながら、本トランスジェニックマウスのEGFP発現強度は比較的弱く、セルソーターを用いた細胞分取には適さなかった。そこで、StAR遺伝子の発現制御下でCREリコンビナーゼを発現するトランスジェニックマウスを作製し、CAG-loxP-EGFP-loxPマウスと交配することにより、ライディッヒ細胞にEGFPの発現を強く誘導するトランスジェニックマウス系統を作出した。2.クロマチン免疫沈降によるAd4BP/SF-1遺伝子のライディッヒ細胞特異的エンハンサー候補領域の同定;エンハンサーの目印を認識する抗体を用いたクロマチン免疫沈降により、Ad4BP/SF-1遺伝子のエンハンサー候補領域の同定を行った。StAR-EGFPトランスジェニックマウスより純粋なライディッヒ細胞を分取する計画が遅れているため、ライディッヒ細胞は代替法としてPercoll密度勾配遠心法により調製した。この方法で調製した細胞の純度はおよそ80%程度であったが、予備的なデータを得ることが出来た。ライディッヒ細胞の単離・培養法の確立;ライディッヒ細胞特異的にGFPを発現する複数のトランスジェニックマウスの作出を行い、GFP陽性細胞(ライディッヒ細胞)のセルソーターによる分取を試みた。その結果、GFPはライディッヒ細胞に特異的に発現するものの、その蛍光強度はセルソーターによる細胞分取には不十分であった。そこで、精巣を構成する全ての細胞から密度勾配遠心によりライディッヒ細胞のみを単離する方法の確立を試みた。その結果、90%以上の純度でライディッヒ細胞を単離し、その性質を保ったまま培養することに成功した。クロマチン免疫沈降法によるAd4BP/SF-1遺伝子のライディッヒ細胞特異的エンハンサーの同定;上記の方法で単離したライディッヒ細胞を用いて、全ゲノムレベルでのエンハンサーの同定を行った。エンハンサーの同定は、エンハンサーの目印となるヒストン修飾・ヒストンバリアント等を認識する抗体を用いたChIP-Sequenceにより行った。これまでに、いずれもエンハンサーのマークとして報告されているH3K4mel,H3K27Ac,H2A.Z,およびAd4BP/SF-1の抗体を用いたChIP-Sequenceを行い、Ad4BP/SF-1遺伝子内のライディッヒ細胞特異的エンハンサーの候補領域を明らかにした。エンハンセオソームの固定;ライディッヒ細胞におけるAd4BP/SF-1遺伝子の発現は、Ad4BP/SF-1が自身の遺伝子領域内のエンハンサーに結合することにより制御されている可能性が示唆された。そこで、Ad4BP/SF-1を足場として形成される複合体の精製を行ったところ、いくつかの興味深い複合体が得られた.Ad4BP/SF-1は細胞外からのさまざまな刺激に応答して機能することが知られているが、Ad4BP/SF-1複合体の構成因子も刺激に応答して変化することが明らかとなった。精巣からパーコール密度勾配遠心法で調製したライディッヒ細胞を用い、ChIP-seqによりAd4BP/SF-1の標的遺伝子の網羅的な同定を行った。その結果、Ad4BP/SF-1遺伝子が標的遺伝子のひとつとして同定され、Ad4BP/SF-1によるオートレギュレーションが示された。さらに興味深いことに、解糖系、コレステロール合成等のエネルギー代謝に関連する一連の遺伝子群をAd4BP/SF-1の標的遺伝子として同定した。組織特異的な発現を示す転写因子であるAd4BP/SF-1が、ハウスキーピングなエネルギー代謝遺伝子を制御しているという事実は、組織特異的なエネルギー代謝制御の分子機構を示唆するものであった。・Ad4BP/SF-1によるエネルギー代謝制御を通じた細胞増殖制御これまでの研究からAd4BP/SF-1は細胞増殖を亢進させることが知られているが、その分子機構は不明である。

Ad4BP/SF-1が細胞内のエネルギー代謝の活性化を通じて細胞増殖の亢進に働くという仮説を、著しい細胞増殖能を示す副腎皮質腫瘍由来の細胞株で検証した。その結果、1Ad4BP/SF-1のノックダウンにより、細胞増殖が顕著に低下すること、2また、グルコース代謝能が著しく低下すること、3グルコース代謝阻害剤は細胞増殖を低下させるが、Ad4BP/SF-1ノックダウンにより低下した細胞増殖は、グルコース代謝阻害剤の影響を受けないことが示された。以上の結果から、Ad4BP/SF-1はグルコース代謝制御を通じて、細胞増殖の調節を行っていることが示された。実験材料となる高純度のライディッヒ細胞の単離・培養に成功した。この細胞から調製したクロマチンを用いてChIP-Sequenceを行うことにより、ライディッヒ細胞特異的エンハンサーの候補を同定した.さらにAd4BP/SF-1遺伝子内に存在するライディッヒ細胞特異的エンハンサーにはAd4BP/SF-1自身が結合しその活性を制御する可能性を示唆するデータが得られた。このように、本研究は研究計画に従いおおむね順調に進展している。24年度が最終年度であるため、記入しない。Ad4BP/SF-1遺伝子のライディッヒ細胞特異的エンハンサーの機能解析;これまでにAd4BP/SF-1遺伝子内にエンハンサー候補領域を同定した。そこで、この領域がたしかに機能を持つことをトランスジェニックマウスを用いたin vivoの解析で明らかにする。エンハンセオソームの構成因子の同定;昨年度までの研究で、ライディッヒ細胞特異的エンハンサーに結合すると考えられる複合体の精製を行うことが出来た。今年度は複合体の構成因子を全て明らかにすることにより、複合体の実体、およびその機能発現機構の解明を目指す。
バイオ燃料電池用電極の分子デザイン

酵素的グルコースバイオ燃料電池は、生物に悪影響を与える材料を使用せずに中性条件下で作動するため、人工臓器の電源のような、体内に埋め込まれる装置に適用することが期待されている。長期間にわたってエネルギーを供給することができるバイオ燃料電池を開発することが望まれているが、実用に耐えることができる安定性および発電能力を有することは開発されていない。本研究では、将来的にin vivoで恒久的に使用できる実用的なバイオ燃料電池の開発を目指し、中性条件および酵素と血糖値(1 g / L)程度のグルコース濃度で作用する酵素電極を開発した。特に注力した点は、酵素と電極の間の電子のやり取りを支援するメディエーター分子の開発である。酸化還元特性を有するキノン分子の骨格を変え、酸化還元電位と安定性を適切に調節することにより、従来のメディエーターを超える性能が発現することを明らかにした。バイオ燃料電池のメディエーター分子として,官能基を変えたナフトキノンに着目した。量子科学計算(Gaussian 09)を用いて,メディエーター候補分子の酸化還元電位を計算し,その中から合成に値する分子を抽出した。無置換のナフトキノンに対して,アルコールを銀触媒存在下で反応させると,アルコールの炭素鎖が一つ短くなった状態で官能基を導入できることを見いだした。この方法を用いて,11種類のナフトキノン誘導体を合成した。それらのサイクリックボルタンメトリーを測定したところ,バイオ燃料電池のメディエーターとして適した酸化還元電位を有することが分かった。また,導入した官能基により,繰り返しの電位走査においても分解が起こらず,安定性が増加した。計算と実験をうまく融合することにより,優れたメディエーター分子を合成するための設計指針を構築できた。次年度は,このメディエーター分子を電極に固定化して,実際のバイオ燃料電池を組み上げる計画である。今年度は,カーボン材料の使用量が少なく,無償提供を受けた。次年度は,バイオ燃料電池を組み上げるため,研究の大部分でカーボン材料を使用する。そのため,カーボンの購入費が当初計画よりも嵩むと考えており,この費用に充てる。
データ圧縮に基づく高速パラメタ化文字列照合技法の開発

機械可読なデータの多くは,文字列とみなすことができる.大規模データの効率的な処理・活用を実現するため,本研究では,高速かつ省領域に動作する文字列処理アルゴリズムを開発した.特に,SLPという圧縮形式で表現された大規模文字列に対して,高度情報処理を高速かつ省領域に行うアルゴリズムを複数開発した.圧縮データを陽に展開することなく処理することで,高速化と省領域化を同時に達成した点が,本研究の最大の特徴である.本研究の成果を,国内・国際会議,国際論文誌において発表し,国内外に発信した.文字列とは,記号の連鎖のことである.コンピュータ上で取り扱うデータの多くは,文字列とみなすことができる.そのため,文字列データを高速かつ省領域で処理する基盤技術の開発は,情報爆発時代における喫緊の課題となっている.近年,爆発的に増加した非構造データの集まりを俗にビッグデータと呼ぶようになり,ビッグデータの省領域な格納方法,および有効な活用方法の開発に注目が集まっている.本研究では,データに内在する冗長性を削除し,データの記述長を短縮するデータ圧縮技術を活用する.特に,直線的プログラム(Straight Line Program, SLP)と呼ばれる,単一の文字列のみを導出するチョムスキー標準形の文脈自由文法でデータを圧縮表現する方法に着目した.SLPのサイズをnとしたとき,展開文字列長がnに対して指数的に大きくなる場合が存在する.したがって,入力SLPを陽に展開することなく,様々な処理をnの多項式時間で行うアルゴリズムは,大規模データの省領域な格納と,高速な検索・知識発見に有用である.今年度は主に,以下の高度な処理を入力SLPサイズnの多項式時間で行う手法を開発した.(1) SLP圧縮文字列が反復文字列(squares)を含むかどうかの判定,(2) SLP圧縮文字列からLZ78分解への変換,(3) SLP圧縮文字列と非圧縮パターンの畳み込みの計算,(4) SLP圧縮文字列中の全qグラムの出現頻度の計算.文字列とは,記号の連鎖のことである.コンピュータ上で取り扱うデータの多くは,文字列とみなすことができる.そのため,文字列データを高速かつ省領域で処理する基盤技術の開発は,情報爆発時代における喫緊の課題となっている.本研究では,文法圧縮と呼ばれる圧縮形式で記述されたデータに対し,それを陽に展開することなく,高度な情報処理を行うための基盤技術を開発した.今年度は特に,入力文法圧縮サイズの低次多項式時間で,高度情報処理を実行可能なアルゴリズムを開発した.具体的には,以下の研究成果を得た.(1) SLP圧縮文字列上で動作するLyndon分解アルゴリズム,(2) LZ78圧縮文字列上で動作するLyndon分解アルゴリズム,(3) SLP圧縮文字列上で動作する連(繰り返し構造)発見アルゴリズム,(4) SLP圧縮文字列上で動作するギャップ着き回文発見アルゴリズム,(5) SLP圧縮文字列上で動作するLZ78分解アルゴリズム,(6) SLP圧縮文字列上で動作する畳み込み計算アルゴリズム.機械可読なデータの多くは,文字列とみなすことができる.大規模データの効率的な処理・活用を実現するため,本研究では,高速かつ省領域に動作する文字列処理アルゴリズムを開発した.特に,SLPという圧縮形式で表現された大規模文字列に対して,高度情報処理を高速かつ省領域に行うアルゴリズムを複数開発した.圧縮データを陽に展開することなく処理することで,高速化と省領域化を同時に達成した点が,本研究の最大の特徴である.本研究の成果を,国内・国際会議,国際論文誌において発表し,国内外に発信した.文字列とは,記号の連鎖のことである.コンピュータ上で取り扱うデータの多くは,文字列とみなすことができる.そのため,文字列データを高速かつ省領域で処理する基盤技術の開発は,情報爆発時代における喫緊の課題となっている.本研究では,テキストTとパターンPの2つの文字列が与えられたとき,TにおけるPの出現位置を求める文字列照合問題を取り扱う.特に,パラメタ化文字列照合問題という,文字の置換を許した照合問題に対する高速なアルゴリズムの開発に取り組む.文字列X中の文字を置き換えることで,文字列Yと合致するとき,文字列XとYはパラメタ化合致するという.パラメタ化文字列照合問題とは,テキスト文字列Tとパターン文字列Pが与えられたとき,PがT中でパラメタ化合致する位置の集合を求める問題である.パラメタ化文字列照合は,ソフトウェアメンテナンスや盗作検出,RNA配列の2次構造照合など,計算機科学やバイオ情報学の重要課題の基盤となるものである.しかしながら,素朴な方法では,パラメタ化文字列照合問題を解くために膨大な時間を要してしまう.今年度は,パラメタ化文字列照合問題と密接な関係を持つ,回文照合問題に取り組み,これを高速に解くアルゴリズムの開発に成功した.既存研究において,アルファベットサイズが3以下のとき,回文照合問題を線形時間で解くアルゴリズムが提案されていたが,より大きなアルファベットサイズにおいては,効率的な手法は知られていなかった.本研究では,これを線形時間で解く世界初のアルゴリズムの開発に成功した.H23年度は,回文照合問題という新たな問題を提案し,それを最適時間で解くアルゴリズムを開発した.また,パラメタ化文字列照合との密接な関係性を明らかにした.また,H24年度には,研究実績の概要の欄でも述べたとおり,SLPで圧縮表現された文字列に対して,様々な処理を高速かつ省領域で行う技術の開発に立て続けに成功しており,当初の計画を上回るものとなっている.研究実績の概要で述べたとおり,任意のサイズのアルファベットに対して,回文照合問題を線形時間で解くアルゴリズムの開発に成功している.

このアルゴリズムの実行時間は,理論的にはこれ以上の高速化が望めない最適なものである.パラメタ化文字列照合と同様に,回文照合もまたRNAの2次構造発見等への応用が可能である.しかしながら,既存の回文照合手法はアルファベットサイズが3以下の場合にのみ適用可能であり,アルファベットサイズが4であるRNA配列に適用できないという課題があった.本研究の成果は,この課題を正面から解決したものであり,その意義は極めて大きい.今後は,研究実績の概要で述べたアルゴリズムのさらなる高速化・省領域化に取り組む.また,より高度な処理を行うことができるように改良を重ねていく予定である.次年度以降は,圧縮された文字列データ上で高速に動作するアルゴリズムの開発を行う.圧縮データを陽に展開することなく,様々な処理を行うことができれば,データの保存領域の大幅な節減に繋がる.また,圧縮データに内在する組み合わせ的性質を利用することで,領域の節約だけでなく,処理時間の高速化をも達成できる可能性がある.提案手法のさらなる高速化・省領域化の実現ために,当該分野の第一線で活躍する研究者が集う会議に積極的に参加し,最新の研究成果を網羅するとともに,新技術開発のためのディスカッションを行う.このため,国際会議参加や研究打ち合わせを目的として,数度の海外出張を予定している.また,東北大学の共同研究グループとの研究打ち合わせや,国内の会議への参加も積極的に行う予定である.研究成果をまとめるために,計算機や周辺機器の購入も適宜行う予定である.圧縮データ上で動作する高速アルゴリズムの開発のために,既存技術の徹底的なサーベイを行う.当該分野の第一線で活躍する研究者が集う会議に積極的に参加し,最新の研究成果を網羅するとともに,新技術開発のためのディスカッションを行う.このため,国際会議参加や研究打ち合わせを目的として,数度の海外出張を予定している.また,東北大学の共同研究グループとの研究打ち合わせや,国内の会議への参加も積極的に行う予定である.研究成果をまとめるために,計算機や周辺機器の購入も適宜行う予定である.
新生児皮下脂肪壊死症は褐色脂肪組織のアポトーシスにより生じる

新生児皮下脂肪壊死症は、仮死、低酸素血症などを契機に、生後1ー3週間以内に、上背部、頚部、上腕、などに好発する。この疾患は褐色脂肪細胞の変性であるとの仮説を立てて、病理組織標本のUCP-1染色を行なったところ、UCP-1染色陽性の細胞が認められた。電子顕微鏡標本でも小さい脂肪滴とミトコンドリアを有する変性過程の褐色脂肪細胞と思われる細胞を多数認めた。患児の18FDG(18F-fluorodeoxyglucose)PET-CTで、18FDGの病変部への取込みを測定し、その低下を認めた。これは病変部の褐色脂肪組織の減少を示唆した。この事から、この疾患の病変の主座は褐色脂肪組織であると推論した。新生児皮下脂肪壊死症は、仮死、低酸素血症、低体温、出生時の外傷などを契機に、生後1ー3週間以内に生じ、上背部、頚部、上腕、腋窩、臀部などに好発する。この疾患になぜ好発部位が存在するのか?なぜ成人の脂肪壊死病変には見られない特徴的な病理組織像をとるのか?という疑問を考察するうちに、この好発部位は新生児期の褐色脂肪組織の解剖学的分布と一致することに気付いた。褐色脂肪組織とは、分娩時に胎児が母体の暖かい環境から離れて外界の低温環境に曝露される際に、多量の熱産生が必要となるが、その際の非ふるえ熱産生と呼ばれる現象をつかさどる組織である。新生児期では、上背部、頚部、上腕、腋窩などに豊富に存在するが、成人になるにつれて、次第に退縮していき、頚部、心臓、大動脈・腎周囲にのみ残存すると言われる。通常の白色脂肪組織とは異なり、1個の細胞内に小さい脂肪滴が多数あり、その脂肪滴の間に網の目状にミトコンドリアが豊富に存在する。ミトコンドリアの膜上には、UCP-1(uncoupling protein 1)と呼ばれる蛋白質が存在し、酸化時にATPを産生せず、熱を産生するのに寄与している。そこで、新生児皮下脂肪壊死症は褐色脂肪細胞の変性であるとの仮説を立てて、病理組織標本のUCP-1染色を行なった。1ー2個のUCP-1染色陽性の細胞が認められた。また電子顕微鏡標本でも小さい脂肪滴とミトコンドリアを有する変性過程の褐色脂肪細胞と思われる細胞が多数認められた(Dermatol、2011;223:207ー210)。さらに我々は、患児の18FDG(18F-fluorodeoxyglucose)PET-CTを用いて、18FDGの病変部への取込みを測定し、その低下を認めた。以上の結果から、新生児皮下脂肪壊死症の病変の主座は褐色脂肪組織であると推論した。この疾患の好発部位は新生児期の褐色脂肪組織の解剖学的分布と一致することに気付いた。また電子顕微鏡標本でも小さい脂肪滴とミトコンドリアを有する変性過程の褐色脂肪細胞と思われる細胞が多数認められた。今後新生児皮下脂肪壊死症患者について細胞内中性脂肪分解の必須酵素であるadipose triglyceride lipase (ATGL)の遺伝子変異の有無について確認する。ATGL遺伝子の欠損変異は、2008年平野賢一らが、心筋、冠動脈に中性脂肪が蓄積する結果、重症心不全、不整脈、虚血性心疾患などを呈する難病として見出した中性脂肪蓄積心筋血管症を惹起する。

患児の18FDG(18F-fluorodeoxyglucose)PET-CTで、18FDGの病変部への取込みを測定し、その低下を認めた。これは病変部の褐色脂肪組織の減少を示唆した。この事から、この疾患の病変の主座は褐色脂肪組織であると推論した。新生児皮下脂肪壊死症は、仮死、低酸素血症、低体温、出生時の外傷などを契機に、生後1ー3週間以内に生じ、上背部、頚部、上腕、腋窩、臀部などに好発する。この疾患になぜ好発部位が存在するのか?なぜ成人の脂肪壊死病変には見られない特徴的な病理組織像をとるのか?という疑問を考察するうちに、この好発部位は新生児期の褐色脂肪組織の解剖学的分布と一致することに気付いた。褐色脂肪組織とは、分娩時に胎児が母体の暖かい環境から離れて外界の低温環境に曝露される際に、多量の熱産生が必要となるが、その際の非ふるえ熱産生と呼ばれる現象をつかさどる組織である。新生児期では、上背部、頚部、上腕、腋窩などに豊富に存在するが、成人になるにつれて、次第に退縮していき、頚部、心臓、大動脈・腎周囲にのみ残存すると言われる。通常の白色脂肪組織とは異なり、1個の細胞内に小さい脂肪滴が多数あり、その脂肪滴の間に網の目状にミトコンドリアが豊富に存在する。ミトコンドリアの膜上には、UCP-1(uncoupling protein 1)と呼ばれる蛋白質が存在し、酸化時にATPを産生せず、熱を産生するのに寄与している。そこで、新生児皮下脂肪壊死症は褐色脂肪細胞の変性であるとの仮説を立てて、病理組織標本のUCP-1染色を行なった。1ー2個のUCP-1染色陽性の細胞が認められた。また電子顕微鏡標本でも小さい脂肪滴とミトコンドリアを有する変性過程の褐色脂肪細胞と思われる細胞が多数認められた(Dermatol、2011;223:207ー210)。さらに我々は、患児の18FDG(18F-fluorodeoxyglucose)PET-CTを用いて、18FDGの病変部への取込みを測定し、その低下を認めた。以上の結果から、新生児皮下脂肪壊死症の病変の主座は褐色脂肪組織であると推論した。マクロファージの型を調べるべく、抗マクロファージマンノース受容体抗体(抗CD206抗体)やオステオポンチンで染色を試みたが、成功しなかった。PET-CT撮影装置は、2011年秋本学に設置されたが、対照となる、新生児の18FDG PET-CTの撮影対象者はなかなか見出せない。また腎摘出患者から、褐色脂肪の分離を試みたが、白色脂肪組織のみであった。本疾患の最近の症例報告は少なく、材料が入手可能な患者さんが少ない。予定を変更して、下記の項目について重点的に研究を行う。(1)新生児皮下脂肪壊死症患者について細胞内中性脂肪分解の必須酵素であるadipose triglyceride lipase (ATGL)の遺伝子変異の有無について確認する。ATGL遺伝子の欠損変異は、2008年平野賢一らが、心筋、冠動脈に中性脂肪が蓄積する結果、重症心不全、不整脈、虚血性心疾患などを呈する難病として見出した中性脂肪蓄積心筋血管症(Triglyceride deposit cardiomyovasculopathy, TCGV)を惹起する。(2)ヒト褐色脂肪、ならびに褐色脂肪細胞の性状の検討
比較ゲノム解析および遺伝子発現プロファイルに基づいたプロモータ情報構造の解析

生物システムの体系的理解のためには、遺伝子の発現制御を担うプロモータの情報構造の解明は極めて重要な課題である。本研究では、プロモータ領域に潜む特徴や規則性と発現制御との関係を明らかにすることを目的に、ヒトやマウスをはじめとする様々な生物種間の比較ゲノム解析を通して、ヒト遺伝子のコアプロモータ領域の詳細な解析を行った。ヒト遺伝子の多くはCpGアイランドを持っており、遺伝子のユビキタスな発現に関与しているといわれている。本研究では約7,000遺伝子のプロモータをCpGアイランドを持つもの(6,000個)と持たないもの(1,000個)に分類して解析を行った。DNAマイクロアレイを用いた発現プロファイル解析では、CpGアイランドを持たない遺伝子の方がCpGアイランドを持つものと比較してより組織特異的に発現する傾向が認められた。特に、1数組織でのみ発現している遺伝子はすべてプロモータ領域にCpGアイランドを持たないものであった。次に、これらのヒトプロモータ配列を、マウス、ラット、イヌのゲノム配列と比較解析した。全体的に、転写開始点近傍での保存度は高く、50bpのウインドウでpercent identity (PID)を調べたところ、9割のプロモータが70%以上のPIDを持つことが分かった。転写開始点から上流に離れるほど保存度は低くなるが、CpGアイランドを持つものと持たないものでその傾向には大きな違いが認められた。ヒトとげっ歯類との比較では、転写開始点から上流-200bpあたりまでの保存度がCpGアイランドを持たない遺伝子で有意に高いことが分かった。ヒトとイヌの比較ではより顕著で、上流-500bpから下流+500bp以上の広い領域で、CpGアイランドを持たないプロモータの方が持つものと比較しても、またげっ歯類のプロモータと比較しても保存度が高いことが分かった。
用途混在型都市開発及び更新における地域主体の成長管理の可能性に関する研究

本研究では、渋谷区代官山地域を対象とし、1)用途混在型市街地の形成とその変容、2)地域主体の成長管理の実態の解明を目的とし、以下の点が明らかとなった。(1)明治末期からの山本氏、朝倉氏、西郷氏等の大土地所有者の土地が、旧華族や政治家、文化人の邸宅地、企業の社宅群や公的住宅団地に用途転換し、ヒルサイドテラス、ノースウェスト航空社宅、エバーグリーンホームズ、鶯住宅団地、乗泉寺、鉢山中学校、都立第一商業高校、西郷山公園等の地域空間となった。(2)街区・建物レベルの用途混在化の傾向は、1980年以降にみられ、駅に近い代官山町・猿楽町で、業務・商業・住商併用の建物が増え、代官山アドレス周辺の街区での用途混在化の傾向が顕著となる。住宅団地や寺院の立地する鶯谷町・鉢山町では、戸建・低中層ビルが混在化した街区潜多く、鶯住宅団地・エバーグリーン周辺街区で住居用途の建物が多くみられた。(3)重層的に存在する地域活動団体一町内会等の地縁型組織、まちづくりを対象とした生活環境系、商業を含む地域活性化系、来街者を含むサークル系の地域活動団体の発足及び活動経緯の追跡から、各団体の連携や交流が希薄で、とくにまちづくり団体と地縁型組織、行政との相互理解が不足している。(4)商業・業務のオーナー等への営業やまちに対する意識調査から、新規参入の店舗経営者は期待と現実の営業実績との落差に困惑し、旧来からの店舗や事業者はテナントの流動化への不安を抱え、伝統的商店街組織と新規参入の店舗の交流不足による地域環境の劣化、地域解体への危機感を感じている。(5)渋谷区まちづくり条例登録のわがまちルールによる近隣住民及び認定まちづくり協議会、行政、事業者の開発事業に関する事前協議の運用実態から、財産権や採算性の面での計画内容に関する調整が困難であり、地域の住民や専門家の立場からは、計画建築物の高さ・用途・周辺環境との関係性が、協議のポイントとなる。本年度は、用途混在型市街地における変容過程と更新プロセスの解明について、渋谷区代官山地域を対象とし、以下の調査及び分析を行った。1.大規模土地所有を中心とした市街地形成・変容過程に関して、地積図・地形図・住宅地図・地主総覧・旧土地台帳等により、整理・分析した。その結果、明治末期には、山本氏、朝倉氏、西郷氏等が大土地所有者として存在し、昭和末期までに、これら大土地所有者により道路や学校用地への土地提供がなされ、その後旧華族や政治家、文化人の邸宅地、企業の社宅群や公的住宅団地として用途転換してきた経緯が明らかとなった、これらは、現在、ヒルサイドテラス、渋谷会議所(重要文化財)、ノースウェスト航空社宅、エバーグリーンホームズ、鶯住宅団地、乗泉寺、鉢山中学校、都立第一商業高校、西郷山公園、菅刈公園、菅刈小学校等として、地域の貴重な空間となっているものの、大規模開発用地としての今後の展開が地域の変化に大きな影響を与えることがわかった。2.従来より重層的に存在する地域活動団体、建築紛争等をめぐり設立したまちづくり活動団体等の発足及び活動の経緯をインタビュー調査等により整理・分析した。

町内会等の地縁型組織、まちづくりを対象とした生活環境系、商業を含めた地域活性化系、来街者を交えたサークル系の地域活動団体の発足及び活動経緯を把握し、これらの相関関係を先進的まちづくりを展開している地域(神楽坂・谷中)と比較した結果、各団体の連携や交流が希薄であり、とくにまちづくり団体と地縁型組織、行政との相互理解が不足していることが明らかとなった。本年度は、代官山地域の用途混在型市街地の形成経緯とその動態を明らかにするため、以下の調査及び分析を行なった。対象地域は、八幡通り及び旧山手通りを中心とした代官山町・猿楽町・鶯谷町・鉢山町のエリアとした。対象地域の住宅市街地の変容過程を住宅地図により整理・分析した結果、主な用途混在等の変容は1983年以降に多く、その変容タイプは以下のように分類できた。建物形式等により、(1)住居系から事務所・商業・住商併用へと街区内が中層ビル化している街区、(2)同じく徐々に密度があがっていき、中層ビル化している街区、(3)戸建と低中層ビルが混在化している街区、(4)同じく徐々に密度があがっていき、戸建と低中層ビルが混在化している街区、(5)全体に共同住宅・業務ビル化している街区、(6)全体に戸建と共同住宅で構成されている街区、(7)高層ビル化している街区、(8)変化のない街区に分けられた。猿楽町と代官山町は、住居系から事務所・商業・住商併用へと街区内が中層ビル化している街区((1))が全街区の半分以上を占め、事務所・商業・住商併用の建物が多くなっている傾向がみられた。とくに、代官山アドレス周辺の街区内での用途混在化の傾向が顕著であった。一方、鶯谷町と鉢山町は、住居系から事務所・商業・住商併用へと街区内が中層ビル化している街区((1))と、同じく徐々に密度があがり、中層ビル化している街区((2))と戸建と低中層ビルが混在化している街区((3))の3つのタイプが多く、なかでもタイプ(3)の戸建・低中層ビルが混在化している街区が猿楽町や代官山町に比べて多くみられ、とくに鶯谷団地・エバーグリーン周辺の街区で住居用途の建物が多く存在していることが確認された。以上、街区レベルでの混在化の傾向や建物規模・建物内の立体的な混在用途の特性は、駅に近い代官山町・猿楽町と住宅団地や寺院の立地する鶯谷町・鉢山町とでは異なっていることが明らかとなった。(1)代官山地域における商業・業務主体を対象とした幹線街路沿道や路地に展開する店舗やオフィスのオーナーおよび営業者(テナント)に対するヒアリング・アンケート調査を実施し、用途混在地区における営業者のまちに対する意識について把握・分析した。その結果、新規参入の店舗経営者は期待と現実の営業実績との落差に困惑している、長く営業してきた店舗や事業者はテナントの流動化への不安を抱えている、伝統的商店街組織と新規参入の店舗の交流不足による地域環境の劣化、地域解体への危機感を感じていることが、明らかとなった。(2)大規模団地や社宅等の建替え・更新などの開発動向が進行する中、渋谷区まちづくり条例に登録されたわがまちルール(代官山ルール)による近隣住民及び地域の関連主体(区認定のまちづくり協議会、町会)、行政、事業者の事前協議の実態を、これら開発・更新をめぐる各主体の意識・行動の追跡調査を行った。その結果、マンションや団地の建替計画には関係権利者、オーナーの意思が強く反映されることから、財産権や採算性の面からの計画内容に関する周辺住民との協議の難しさがあること、地域の住民や専門家の立場からは、当該地域における計画建築物の高さ・用途・周辺環境との関係性が、とくに協議のポイントとなることが、明らかとなった。(3)海外及び我が国における成長管理施策の事例のレビュー整備された成長管理施策で著名な米国ワシントン州シアトル市、オレゴン州ポートランド市について、行政や関連機関へのヒアリングおよびフィールド見学を実施した。
バクテリアゲノムにおける組換え促進配列(x配列)の解析

大腸菌において、Chi配列(5'-GCTGGTGG-3')は、RecBCDタンパクと相互作用し相同組換えを促進するゲノム中の8塩基の配列である。これらは大腸菌MG1655の場合、全ゲノム中に1009個存在しており、8塩基配列の配列としては高出現頻度の配列である。そのうち989個はORF領域に見られる。以前の大会に於いては、大腸菌内で多用されている2コドン(ctg-gtg)の出現頻度が多いために、結果としてChi配列の出現頻度が高くなったのであり、進化の過程の選択圧によってChi配列が増えたわけではないという仮説を導き出した。今回は、全ゲノム配列がBlattnerらにより解読された3種の大腸菌(MG1655,O157,CFT)を使用し、Chi配列の数や出現頻度の比較解析を行った。Chi配列は8塩基の配列の中でも高い出現頻度を持っていることから、進化の過程においてChi配列が増加するような進化的圧力があったのかどうかを明らかとするために、3種の大腸菌で共通の遺伝子を持つ領域と非共通領域とに分けて解析を行った。増える圧力が存在すればChi配列の出現頻度は各領域で異なると考えられ、それぞれの領域でChi配列,ctg-gtgの2コドンの出現頻度を比較した。またコントロールとして2コドンの読み枠にならないctggtgの6塩基配列の出現頻度やChi配列としては機能しないChi-likeな配列も同様に比較した。その結果、Chi配列の出現頻度はctg-gtgの2コドンの変化率と近似する値を示しており、Chi配列の出現頻度はctg-gtgの2コドン使用の増加に伴う影響であってChi配列そのものの機能によって進化の過程で増えたものではないという我々の仮説を支持する結果となった。大腸菌においてχ配列(5'-GCTGGTGG-3')はRecBCDにより認識され相同組換えを促進するホットスポットである。K12株(MG1655)においては1009個のχ配列が大腸菌ゲノム内に存在する。また遺伝子領域内に存在する989個ものχ配列のうち7割はg-ctg-gtg-gという大腸菌内で多用されているコドンの読み枠に偏って翻訳される。組換え促進の役割を果たすχ配列は、特に大腸菌ではマルコフ解析などで求められる期待値以上に存在することから、進化の過程においてゲノム中にχ配列が増える選択圧がかかっているといわれている。しかし我々はχ配列そのものに増える選択圧がかかったのではなく、コドンやアミノ酸の必要性から、χ配列と相互作用を起こすタンパク側(RecBCD)が大腸菌で多用されるコドンをχ配列として認識するようにタンパク側が配列認識機構を進化させたという仮説を立てた。二種の大腸菌:O157株とK12株よりBlastプログラムを用いて「相同領域」と「固有領域」を定義し、これらの領域でのχ配列の出現頻度とコドン使用やアミノ酸使用を求めた。χ配列を作り出す選択圧が進化の過程において存在するのであれば、二つの大腸菌を比較して相同部分がない(もしくは少ない)「固有領域」が外来性由来の領域であることが十分示唆されるため(=時系列的に後から挿入された可能性が高い)領域ごとのχ配列の出現頻度を分けて算出することで、χ配列にかかった進化的圧力がどれくらいであるかを求めた。その結果、それぞれの大腸菌に「固有領域」においてはχ配列の出現頻度が低く「共通領域」と比較すると約2倍の出現頻度の差が見られることからχ配列を増やす圧力が存在している可能性が高いが、同様に各領域におけるコドン使用を比較した結果、χ配列の一部として高頻度に使用されている[ctg]コドンも領域によって割合が異なることが明らかになった。各領域におけるχ配列の出現頻度の差は二つの大腸菌が分化したといわれる系統樹より「450万年前」と考えると、χ配列を増やす進化的圧力がかかったとしても非常に弱い選択圧であると考えられる。その結果、Chi配列の出現頻度はctg-

gtgの2コドンの変化率と近似する値を示しており、Chi配列の出現頻度はctg-gtgの2コドン使用の増加に伴う影響であってChi配列そのものの機能によって進化の過程で増えたものではないという我々の仮説を支持する結果となった。
マウスT/t変異の構造とその進化的起源の解析

マウスt変異は第17染色体上のH-2複合体を含む2ヶ所の逆位によりもので、ホモで発生異常を示すと同時に、その精子による伝達率が90%以上と高く、野生にも比較的広く分布することが知られている。このt変異にはいくつかのタイプがあり、それぞれ致死となる発生段階が異なっている。t^<w32>変異では胚発生初期におけるサイトケラチン、endoA、endoBの合成が抑制されることが知られている。このような種々のも変異がどのようにして起こったかその進化的起源を知るために、我々はt変異領域にマップされているTcp^<-1>遺伝子の塩基配列を比較し検討した。その結果、次のことが明らかになった。1.正常マウスとt^<w32>変異マウスの間ではTcp^<-1>遺伝子に関して97%のホモロジーが認められ、正常とt変異マウスの分岐が比較的最近(数百万年前)起こったものであることが示唆された。2.正常マウスにもt変異マウスにもTcp^<-1>遺伝子の他に、プロセスされた偽遺伝が存在することがわかった。この偽遺伝子についてはサザンブロット解析によりTcp^<-1>遺伝子のあるt変異領域には連鎖していないと考えられた。3.Tcp^<-1>偽遺伝子の塩基配列はTcp^<-1>遺伝子とのホモロジーが低く(約74%)、その進化速度が速いと考えても、正常とt変異マウスの分岐以前に起こったと考えられる。さらにこの偽遺伝子の塩基配列はt変異由来Tcp^<-1>遺伝子より正常マウス由来のTcp^<-1>に近く、正常マウス集団からt変異が起こったと考えられる。t変異由来Tcp^<-1>遺伝子の方がより古いという説もあり、これと対立する結果となった。今後、t^<w73>変異のTcp^<-1>遺伝子の塩基配列やマウス以外の種についても比較を行い、t変異の起源を検討したい。
骨細胞の咬合力応答に着目したインプラント周囲骨代謝バランスの解明

口腔インプラント治療の最大の目的は、咬合、咀嚼の機能回復であり、インプラント周囲骨が咬合力によりメカニカルストレスに適正に応答し、患者の歯として長く機能することが求められている。しかし、インプラント周囲骨代謝に関しては未解明な点が多い。そこで、骨におけるメカノセンサーである骨細胞に着目し、インプラント周囲骨代謝を解明する研究を行っている。本年度の発表実績としては、昨年度までのin vitro、in vivoの解析結果をまとめて、咬合力がインプラント周囲骨代謝を活性化する可能性を示唆する英語論文として発表することができた。実験実績としては、昨年度に引き続き、骨細胞細胞株MLO-Y4の三次元ゲル包埋培養を行い、反復刺激を付与した際の骨細胞の応答を観察した。刺激時間を短くし、細胞の初期応答に関して解析を進めているところである。また、ラット顎骨に純チタン製インプラントを埋入したモデルを作製した。インプラント体埋入後4週間の免荷期間を置いてインプラント体がオッセオインテグレーションを獲得した後に、適正荷重、過荷重、非荷重として高さを変えた上部構造を装着したモデルを作製した。今後サンプル数を増やしていく必要があるが、それぞれのモデルを作製する手技は確立しつつある。解析としては、従来行ってきた凍結切片作製やパラフィン切片作製に加え、非脱灰凍結切片の作製にもチャレンジし、より硬組織の状態を新鮮な状態で鮮明に解析できたらと考え、手技の確立に努めている。細胞実験においては、刺激装置をインキュベーターに設置している装置の構造上、コンタミネーションが生じ十分なサンプル数を得るのに時間がかかった。また昨年度、産前、産後の休暇を取得していたが、本年度も育児等で研究に費やせる時間が限られていたため研究が遅れたと考えている。研究の延長ができたので、その分を次年度進めていく予定である。ラット顎骨インプラント体埋入モデルの作製に関しては手技が確立しつつあるので、今後は骨代謝バランスの破綻に関連する起点に着目し、咬合様式を変化させたモデルの作製を進めていきたい。それにより、インプラント周囲骨と咬合力との関連の解明が進むと考えている。また、有限要素解析の方法を学び、インプラント周囲骨ひずみと重ね合わせを行うことで、応力ー骨代謝動態をより視覚的に理解できると考えている。口腔インプラント治療では、咬合、咀嚼の機能回復のため、インプラント体を通じて伝えられる咬合力に適正に応答してインプラント周囲骨代謝を行うことが求められる。しかしながら、咬合力を受容した際のインプラント周囲骨動態については未解明な点が多い。そこで、患者の口腔内においてインプラントが長く機能するための骨代謝メカニズムを解明することを目的として研究を進めている。骨における応力感知細胞(メカノセンサー)としては、骨細胞が注目されている。骨細胞は、骨組織内に骨細胞突起を張り巡らせ、三次元ネットワーク構造を構成し、応力の感知を行いやすいシステムを構築している。そこで、骨細胞に注目し解析を進めた。細胞実験においては、骨細胞の三次元ネットワーク構造を再現したモデルを作製した。骨細胞様細胞株の三次元ゲル包埋培養を行い、インプラント体の材料であるチタンを用いたプレートを用いて反復刺激を付与した。刺激を付与すると、骨細胞死に関連する骨吸収を誘導する反応を認めた。骨細胞死は骨リモデリングのトリガーとなると考えられており、今後、骨形成に関与する因子についても解析を進めることで、骨吸収、骨形成のバランスを解析していく予定である。動物実験においては、ラット顎骨に純チタン製インプラントを埋入したモデルを作製した。インプラント体への咬合負荷の様式を変えたモデルを作製し、検討を行った。今後、おのおののモデルについて標本作製を行い、免疫組織学的検討や遺伝子発現解析を行い、咬合力と骨代謝の関係について解析を進めていく。細胞実験においては、刺激装置をインキュベーター内に設置している装置の構造上、コンタミネーションが生じやすく、十分なn数を確保するのに至らなかったため、継続して反復実験を行っていく必要がある。コンタミネーションについては、装置の構造を工夫することにより、頻度を減らすことに成功した。また今年度後半においては産前、産後の休暇を取得し、研究を進めることができなかった。次年度その分の研究を進める予定である。

解析としては、従来行ってきた凍結切片作製やパラフィン切片作製に加え、非脱灰凍結切片の作製にもチャレンジし、より硬組織の状態を新鮮な状態で鮮明に解析できたらと考え、手技の確立に努めている。細胞実験においては、刺激装置をインキュベーターに設置している装置の構造上、コンタミネーションが生じ十分なサンプル数を得るのに時間がかかった。また昨年度、産前、産後の休暇を取得していたが、本年度も育児等で研究に費やせる時間が限られていたため研究が遅れたと考えている。研究の延長ができたので、その分を次年度進めていく予定である。動物実験、細胞実験ともに、手技は確立しつつあるので、今後は解析に力を入れていく。動物実験においては、非脱灰凍結切片の作製手技を習得したため、新たにレーザーマイクロダイセクションを用いた、局所的な遺伝子発現解析を行い、よりインプラント周囲に限局した反応を解析していく。また、ALP活性等、骨形成に関与する因子についての解析を進めていく予定である。細胞実験においては、三次元培養の利点を活かし、レーザー顕微鏡を用いた三次元解析を進めていく。細胞突起の構造について三次元的に解析することで、刺激の伝達機構等について理解を深めることができると考えている。また、最終的に動物実験、細胞実験の結果を総合して、インプラント周囲骨動態について解明することを最終目標とする。ラット顎骨インプラント体埋入モデルの作製に関しては手技が確立しつつあるので、今後は骨代謝バランスの破綻に関連する起点に着目し、咬合様式を変化させたモデルの作製を進めていきたい。それにより、インプラント周囲骨と咬合力との関連の解明が進むと考えている。また、有限要素解析の方法を学び、インプラント周囲骨ひずみと重ね合わせを行うことで、応力ー骨代謝動態をより視覚的に理解できると考えている。次年度使用額が生じた理由としては、12月3月にかけて産前、産後休暇を取得し、研究を行うことができなかったことが挙げられる。そのため研究計画を一年延長し、研究調書の内容を進めていく予定である。今年度は初年度ということもあり、モデルの検討等に費やした時間が長かったため、次年度以降n数を確保して実験を進めていく予定である。また次年度はレーザー顕微鏡の使用料等、装置使用の経費がかかる予定である。また、取得したデータの解析用ソフト等の整備も行う予定である。また、本年度は国内学会発表のみであったため、次年度以降は国際学会での発表、また国際学会誌への投稿を進めていく。昨年度後半は産前、産後休暇を取得し、研究をできなかった分の繰越があり、それが本年度も残金として残ったため繰越金額が生じた。また、研究を海外にて発表する予定としていたが、育児のため本年度は海外出張ができずに学会参加費が削減されたことも繰越金額が生じた理由であると考えられる。今後の使用計画としては、遅れた分を次年度しっかりと研究して進めると共に、国内、海外での研究発表、情報収集に努めていきたいと考えている。
大気圧プラズマジェットを用いたフレキシブル基板上単結晶シリコンCMOS技術

大気圧熱プラズマジェット(TPJ)をアモルファスシリコンに照射しつつ高速走査することで、シリコン溶融領域からの横方向結晶成長を誘起する手法において、従来の4m/sの走査速度を大幅に上回る成長速度の達成を目指した。このために、1ArにN2を少量添加したN2添加TPJでは最大125 kW/cm2のハイパワー化を達成し、超ハイパワーTPJ発生技術を開発、2回転ステージでアモルファスシリコン試料を走査しつつTPJ照射する手法を開発した。上記1および2の実現によって超高速成長の実験をおこなった結果、従来の走査速度4 m/sに対して18 m/sの超高速で結晶化が可能であることを確認した。また、回転ステージで溶融結晶化を行ないつつ、各走査における結晶成長領域の重なりを50%とすることで、(111)結晶方位に揃った結晶が連続成長していることが分かり、この成長方法で大面積に渡って面方位制御された結晶を成長できる可能性があることを明らかにした。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、融液からの半導体結晶高速成長過程に関して、独自のその場観察手法に基づいた実験的アプローチにより粒内欠陥(intragrain defects)形成および面方位選択性発現メカニズムの解明と、それらの制御法を明らかにすることを目的としている。特にH28年度はこれまでよりも高速での結晶成長を実現するために、大気圧熱プラズマジェット(TPJ)の高パワー化に取組んだ。DCアーク放電における投入電流を増加させても放電電圧が殆ど変わらず効率的高パワー化ができないのに対して、Arガス流量を従来の2L/minから18L/minに増加させると放電電圧が12.9Vから26.5Vへと大幅に増加し、この結果最大投入電力4.6kWのハイパワーTPJの発生に成功した。ガス流量増大による電極冷却効果および熱ピンチ効果によるプラズマ集中がハイパワーTPJの発生の重要な要因であることが明らかになった。発生したハイパワーTPJを用いることで最大8000mm/sの超高速走査でアモルファスシリコン膜を溶融結晶化可能となった。この時3000mm/s以上の高速走査では、溶融シリコン領域の移動に伴って横方向に長距離結晶成長が生じる従来の成長様式(HSLC)に加えて、ハイパワーTPJ照射中心部に於いて粒状の結晶成長領域が生じることを見出した。これは従来より高い加熱・冷却速度でシリコン融液が形成された結果、過冷却状態の融液中での高密度核生成により生じた新たな結晶成長様式であると推測された。このモデルに基づき、アモルファスシリコン膜を一辺が350ミクロンの正方形孤立パターンに形成した後にハイパワーTPJ照射したところ、6ミクロン以下のパターンに於いて核発生を1回に制御できることが明らかになり、3ミクロンのパターンではほぼすべてが単一核からの結晶成長とすることができた。H28年度は超高速結晶成長に重点を置くことでこれまでにない新たな結晶成長様式を見出した。これは極めて高い加熱・冷却速度でシリコン融液を形成した結果、過冷却状態の融液中での高密度核生成により生じた新たな結晶成長様式であることを明らかにした。この知見に基づき、アモルファスシリコン膜を一辺が350ミクロンの正方形孤立パターンに形成した後にハイパワーTPJ照射したところ、6ミクロン以下のパターンに於いて核発生を1回に制御できることが明らかになり、3ミクロンのパターンではほぼすべてが単一核からの結晶成長とすることができた。以上のことから、当初予想していなかった新たな結晶成長を見出し、更にこれを実用上重要な単結晶化へと結び付ける道筋が明らかになったことから、現在のところ研究は順調に進んでいる。本年度は従来のプラズマジェット結晶化の最高速度4m/sを大幅に上回るで10m/s以上の結晶成長速度を達成することを目的として研究をおこなった。まずプラズマジェットの高パワー化に関しては、放電ガスのアルゴンに窒素を添加することで大幅な高密度化を達成できることを見出した。従来のプラズマジェットによる被処理基板表面でのパワー密度がおよそ60kWcm-2であったのに対して、窒素添加により125kWcm-2にまで高パワー化に成功した。また、特定のアルゴン/窒素混合条件において、プラズマジェットがビーム状に噴出する現象を見出した。この結果、約300mmに達するビーム状大気圧プラズマジェットを得ることに成功した。一方、10m/s以上の走査速度を得るために円筒型回転ステージを導入し、円筒ステージ表面極薄ガラスのフレキシブル基板を固定し、これを回転させながらプラズマジェットを照射し結晶化することに成功した。特定の条件下でプラズマジェットによるアモルファスシリコン薄膜の溶融・結晶成長実験をおこなったところ、(111)に優先配向した結晶を見出した。更にこれに重ね照射をおこなうことで、初めに成長した結晶を種として(111)結晶の連続成長を達成できることを実験的に実証し、大面積化への可能性を得ることに成功した。当初の計画通り、10m/sを超える超高速結晶成長を高密度大気圧プラズマジェットならびに円筒型回転ステージの開発により達成した。更にガラス上のシリコン薄膜結晶成長において(111)優先配向の達成に成功した。よって、当初の計画に対しておおむね順調に進展していると言える。

大気圧熱プラズマジェット(TPJ)をアモルファスシリコンに照射しつつ高速走査することで、シリコン溶融領域からの横方向結晶成長を誘起する手法において、従来の4m/sの走査速度を大幅に上回る成長速度の達成を目指した。このために、1ArにN2を少量添加したN2添加TPJでは最大125 kW/cm2のハイパワー化を達成し、超ハイパワーTPJ発生技術を開発、2回転ステージでアモルファスシリコン試料を走査しつつTPJ照射する手法を開発した。上記1および2の実現によって超高速成長の実験をおこなった結果、従来の走査速度4 m/sに対して18 m/sの超高速で結晶化が可能であることを確認した。また、回転ステージで溶融結晶化を行ないつつ、各走査における結晶成長領域の重なりを50%とすることで、(111)結晶方位に揃った結晶が連続成長していることが分かり、この成長方法で大面積に渡って面方位制御された結晶を成長できる可能性があることを明らかにした。今後はこれまでに蓄積した高速結晶成長の知見を基に、フレキシブルガラス基板上での結晶成長に取組む。フレキシブルガラスであれば円筒型ドラムに貼り付けて回転させながらハイパワーTPJ照射することが可能である。8000mm/s以上の超高速走査で結晶成長を達成するには従来の一軸走査型のリニアステージでは機械的に限界があるため、回転ステージを新たに設計・製作し、これを用いた結晶成長の実験を推進する。実験設備を整備した後、更なる高速走査実験ならびに核発生制御に有効なアモルファスシリコンパターンの考案をおこなう。将来的には、成長制御したシリコン結晶を用いてトランジスタ動作、更にはトランジスタを集積化して回路動作を目指す。平成29年度に得られた研究成果に基づき、シリコン結晶成長における優先配向が誘起される条件を実験的に明らかにする。特に支配的な要因を明確にし、更に高速度カメラを用いたその場観察実験を併用することで配向制御に向けた基礎的な知見を蓄積する。これにより大面積にわたり面方位制御されたシリコン結晶薄膜の成長を達成し、更にこれをチャネルに用いたトランジスタを試作することで、電気特性とその均一性の評価から、本研究の成果を実証することを目指す。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。