hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
水供給システムにおける病原性ウイルスの挙動の解明および感染リスクの制御

昨年度に引き続き,水道水源となる河川におけるウイルスの存在状況を明らかにするため,首都圏住民の主要な水源である利根川水系を対象とした実態調査を実施した。調査地点は,利根川本川で2地点,1次支川の小山川で2地点,小山川の支川(2次支川)で3地点を選定し,さらに,この2次支川に流入する下水放流水を採収した。河川水2Lを濃縮してリアルタイムPCRに供した結果,86%の試料から検査ウイルスのいずれか1種類以上が検出された。ノロウイルスの陽性率は,ヒトに感染する主要な遺伝子群であるGIが71%およびGIIが36%,ウシに感染する遺伝子群であるGIIIが0%,新規の遺伝子群であるGIVが7%であった。サポウイルスは50%の試料から検出された。また,下水放流水2Lからもノロウイルスおよびサポウイルスが検出された。このことより,下水放流水の流入の影響を受けて河川水中にウイルスが存在していることが示唆された。しかしながら,下水処理場の上流に位置する2次支川の2地点からも腸管系ウイルスが検出されており,下水放流水以外にもウイルスの排出源が存在していると考えられた。指標微生物であるF特異大腸菌ファージについて,シャーレ上に形成したプラックを単離してリアルタイムPCRに供し,群別判定を行った。その結果,単離したプラック119試料のうち,F特異RNA大腸菌ファージは53試料から検出された。その内訳は,ヒト由来の群が49試料,ヒト以外の動物由来の群が4試料であり,ヒト由来の糞便汚染を強く受けていることが示唆された。ただし,66試料はいずれの群にも分類されておらず,本研究で採用したプライマーでは増幅されないものが多く存在していると考えられた。腸管系ウイルスは,感染者の糞便中に高濃度に排出される。そのため,下水処理場の下流に浄水場を有する地域では,水道原水に腸管系ウイルスが含まれる可能性がある。本年度は,水道水源となる河川における腸管系ウイルスの存在状況を明らかにするため,首都圏住民の主要な水源である利根川水系を対象とした実態調査を実施した。調査地点は,利根川中流域で4地点および支流の小山川で2地点を選定した。河川水2Lを濃縮してリアルタイムPCRに供した結果,89%(25/28)の試料から検査した腸管系ウイルスのいずれか1種類以上が検出された。ノロウイルスの陽性率は,ヒトに感染する主要な遺伝子群であるGIとGIIが各57%,ウシに感染する遺伝子群であるGIIIが0%,新規の遺伝子群であるGIVが7%であった。サポウイルスは,71%の試料から検出された。採水地点別では,いずれの腸管系ウイルスも小山川下流の高橋地点における平均濃度が最も高かった。高橋地点の上流に下水処理場が位置していることから,腸管系ウイルスの排出源として下水処理場の放流水の影響が大きいことが推察された。腸管系ウイルスと同時に測定した指標微生物(大腸菌群,大腸菌およびF特異大腸菌ファージ)についても同様の傾向が見られた。シャーレ上に形成したF特異大腸菌ファージのプラックを単離して群別判定を行った結果,140試料中78試料(56%)がF特異RNA大腸菌ファージであった。その内訳は,ヒト由来の群が39試料,ヒト以外の動物由来の群が39試料であった。ファージが高濃度で検出された高橋地点では,6月には動物由来群のみが検出されたが,その他の月にはヒト由来群が検出され,動物由来群は検出されなかった。このことから,ヒトに比べ,動物による糞便汚染の寄与率には大きな変動が存在することが示唆された。
形態知覚における画像分節化過程の動的特性

平成12年度の計画は、1)主観的輪郭/面知覚過程のタイムコース、2)画像分節化に関与する処理過程間の関係性、3)トップダウン処理による下位機構の状態変化、のそれぞれを精神物理学的実験によって検討すること、及び、画像分節化過程のダイナミクスを神経回路モデルを構築しシミュレーションによって検討することであった。実験では、pacman形状の図形を用いたmissing elements検出課題で、単一物体に統合される場合とされない場合の要素刺激のvisual persistenceを測定した。その結果、統合の有無に関係なく、visual persistenceは他の課題を用いた先行研究よりも大幅に短い(Takemoto & Ejima,1997など)ことがわかった。本実験の課題では、主観的輪郭そのものに注意を向ける必要がないこと、物体の数が通常の実験より多いことなどが、原因として考えられ、注意、トップダウン処理の主観的輪郭形成過程への影響を示すものと解釈できた。また、複合成分のキャリアをもつガボアパッチ刺激を用いたパス検出課題の実験を2種類行い(コントラストをパラメータとする複合波加算実験及びプラッド要素のパス検出実験)、統合のプリミティブはエッジという特徴なのか、V1ニューロン相当の2Dフィルター出力なのかを検討した。結果はいずれも後者を支持するものと解釈できた。さらに、1次機構と2次機構の基本特性を実装したシミュレータを作成し、単一スケールの刺激画像での実験データとの比較を行った。自然画像に近いものに対するシミュレータ出力を実験結果と比較検討する段階に現在入るところである。本研究の目的は、人間の形態知覚における画像分節化過程を動的システムとしてとらえて、そのプロセス、脳機構を明かにすることである。そのために、平成11年度の計画では、1)主観的輪郭/面知覚過程のタイムコース、2)画像分節化に関与する処理過程間の関係性、の2種類の精神物理学実験を行い、画像分節化に伴う視覚の諸過程間の時間特性、継起順序性を検討することであった。1)に関しては、主観的輪郭と呼ばれるものの多くが、基本的には、方位・空間周波数・位置にチューンした線形フィルター処理(1次機構)後、その出力に整流処理を施し、さらにそのプロフィールに対して第2段のフィルター処理(2次機構)を加えることによって抽出することが可能である。そこで、2次機構の時間特性、すなわち、下位チャンネル(2次の成分に対する方位・空間周波数選択性)間の相互作用と主観的輪郭の知覚タイムコースとの関係の検討を行うこととした。そのためには、2次機構の下位チャンネルの基本特性(帯域幅、1次機構との接続関係等)が必要であるが、先行研究では不明な点が多い。そこで、選択的順応の手法等を用いて、2次機構下位チャンネルの空間周波数・方位の帯域幅の推定、および、2次機構と1次機構の接続関係の検討を行った。この検討は、2)の多重解解像度フィルターの動的リンクの問題とも密接な関係を持つ。実験の結果、2次機構においても、1次機構とほぼ同じ程度の帯域幅の空間周波数選択性があるが、方位選択性はやや緩いこと、2次の各下位機構へ入力する1次機構の空間周波数性は限られているが、方位はそうでない可能性が高いことなどが明かになった。エッジやバーという特徴を形成するために、1次と2次の異スケール情報がどのような時間特性をもつプロセスの中で統合されるのか、現在検討中である。
唾液腺導管細胞における極性輸送機構の解明

唾液腺の細胞において血液循環の方向へと輸送される分子であるナトリウムポンプにHaloタグを融合した分子を培養細胞に発現させた。無蛍光および蛍光リガンドを組み合わせることにより、一定期間に合成された分子の輸送動態をリアルタイム解析し、ナトリウムポンプの大部分はエンドソームを経由せずに細胞膜へ輸送されることを明らかにした。この分子をアデノウイルスベクターを用いて顎下腺の細胞に発現させたところ、基底側膜への発現が免疫染色により確認された。遺伝子導入した顎下腺から酵素処理にて細胞を取り出し、蛍光リガンドでラベルしたところ、細胞膜の特異的な染色が認められた。基底側方向への小胞輸送を可視化するため、基底側への輸送のマーカータンパク質であるNa+/K+ ATPaseにHaloTagの遺伝子を融合したプラスミドを作製した。これをHeLa細胞に発現させてHaloTag TMR Ligandにてラベルしたところ、細胞膜に特異的なラベルが観察された。また、HaloTag TMR Ligandによる染色はHaloTag Coumarin Ligandの前処理によって抑制されたことから、これらのリガンドを組み合わせて用いてリアルタイムイメージングによるパルスチェイス解析を行った。HaloTagCoumarin Ligandにて細胞膜に発現しているHaloTag融合Na+/K+ ATPaseをブロッキングした後、HaloTag TMR Ligandを添加し、19°Cで2時間インキュベートした。さらに顕微鏡ステージ自動温度制御システムを用いて顕微鏡上でこの細胞を31°Cでインキュベートしたところ、ラベルされたHalo融合Na+/K+ ATPaseがゴルジ体から細胞膜へ輸送される様子がリアルタイムで観察された。次に、Haloタグ融合Na+/K+ ATPaseを唾液腺に発現させるため、Haloタグ融合Na+/K+ ATPaseを発現するアデノウイルスベクターを作製した。アデノウイルスベクターをラットの顎下腺開口部から逆行性に注入し、導管を介してトランスフェクションした。2日後に顎下腺を摘出し凍結切片を作製して、Haloタグ融合Na+/K+ ATPaseの局在を免疫組織化学により解析したところ、基底側のみに発現することが確認された。さらにHaloタグ融合Na+/K+ ATPaseをトランスフェクションした顎下腺から酵素処理により細胞を分離し、HaloTag TMR Ligandによりラベルしたところ、細胞膜への特異的にラベルが観察された。我々は基底側方向への小胞輸送を可視化するために、基底側への輸送マーカータンパク質であるNa+/K+ ATPaseに数種類の共有結合性のタグ(Halo tag,SNAPtag, FlAsH tag)を融合したベクターを作製してHeLa細胞に発現させ、蛍光リガンドでラベルをした。その結果、細胞膜に発現したHalo tag融合Na+/K+ ATPaseを蛍光リガンドにて特異的にラベルすることができた。無蛍光のブロッキングリガンドと蛍光リガンドを組み合わせて、新規に合成されたHalo tag融合Na+/K+ ATPaseの輸送を調べた。ゴルジ体で新規に合成されたHalo tag融合Na+/K+ ATPaseが、細胞膜へ小胞輸送される動態をリアルタイムで観察することができた。さらに細胞を固定し、エンドソームのマーカータンパク質の抗体を用いて免疫染色した結果、Na+/K+ ATPaseとの共局在はほとんど観察されず、Na+/K+ ATPaseはエンドソームを経由せずに細胞膜へ輸送されることがわかった。Halo tag融合Na+/K+ ATPaseを用いて唾液腺の細胞における輸送を解析するためにアデノウイルスベクターを作製した。アデノウイルスベクターをラットの顎下腺開口部から逆行性に注入し、導管を介して顎下腺細胞に遺伝子導入をした。2日後に顎下腺を摘出して免疫染色にてHalo tag融合Na+/K+ ATPaseの発現を確認したところ、基底側への発現が確認された。そこでHalo tag融合Na+/K+ ATPaseを発現させた顎下腺細胞を酵素処理し、細胞を調整した後、蛍光リガンドを用いてラベルしたところ、基底側だけではなく、腺腔側も含めた細胞膜全体へのラベルが観察された。極性輸送のマーカータンパク質であるNa+/K+ ATPaseとGPIのcDNAを譲渡により入手し、SNAPタグおよびCLIPタグのcDNAと結合させ、Na+/K+ ATPase -SNAPとCLIP-GPI発現ベクターを構築した。次にこれらをHeLa細胞に発現させ、蛍光標識リガンドにてラベルして共焦点顕微鏡にて観察したところ、いずれのリガンドでも特異的な蛍光像は観察されなかった。そこでSNAPタグと同様に蛍光リガンドを共有結合させるタイプのタグである、HaloタグまたはFlAsHタグを用いて同様の実験を行った。その結果Haloタグを融合した輸送マーカータンパク質は、Haloタグリガンドにより特異的にラベルさることがわかった。これらの結果から、極性輸送のイメージングにはHaloタグが適していることが示唆された。

さらに以前に作製した、蛍光タンパク質を融合させたカルシウム調節タンパク質(Stim1-mKO1)を発現するアデノウイルスベクター(Stim1-mKO1-Adeno)を用いて、顎下腺組織に外来遺伝子を発現させる条件を検討した。Stim1-mKO1-Adenoを顎下腺開口部から注入し、2日後の顎下腺を摘出し蛍光を観察しところ、Stim1-mKO1は腺房細胞に発現することが確認された。さらにカルシウムイメージングによる機能的解析から、Stim1-mKO1は腺房細胞において、カルシウム調節タンパク質として生理的に機能することが示された(Morita et al., Arch Oral Biol., 56(11): 1356-1365, 2011)。これらの実験から、アデノウイルスベクターを用いて腺房細胞に外来遺伝子を発現させるための基本的なプロトコールが確立された。平成24年度の計画としては、1アデノウイルスベクターをラットの顎下腺開口部から逆行性に注入することにより、in vivoで顎下腺導管細胞に共有結合性タグ融合基底側または腺腔側輸送マーカータンパク質を発現させる。2ラット顎下腺導管細胞に輸送マーカータンパク質を発現させ、それらの輸送経路を調べる。の2つの計画があった。これまでの研究で、ラット顎下腺にHaloTag融合Na+/K+ ATPaseを発現させそれらが基底側の細胞膜に特異的に発現することが確認された。さらにこれらのタンパク質を生細胞でHaloTag TMR Ligandを用いてラベルすることに成功した。また、Haloタグ融合輸送マーカータンパク質を2種類の蛍光標識が異なるHaloTagリガンド(HaloTag®TMRとCoumarin Ligand)を用いて時間差でラベルすることにより、細胞内輸送をリアルタイムイメージングによるパルスチェイス解析するプロトコールを確立した。平成23年度の計画としては、(1)極性輸送のマーカータンパク質を発現するベクターを作製することと、(2)培養細胞を用いて極性輸送のマーカータンパク質の細胞内輸送を解析することの2つの計画があった。これまでの研究で、蛍光リガンドを共有結合させることにより標的タンパク質をラベリングするタグである、SNAPタグ、CLIPタグ、Haloタグ、FlAsHタグの4種類のタグのcDNAにNa+/K+ ATPaseのβサブユニット(基底側輸送マーカータンパク質)またはGPI(腺腔側輸送マーカータンパク質)のcDNAを結合したプラスミドベクターを作製し、合計6種類のベクターを得ることができた。当初はSNAPタグまはたCLIPタグを融合したもののみを作製する予定であったが、計画よりも多種類のベクターを作製することができた。さらに、これらの6種類のプラスミドベクターからタグを結合させた輸送マーカータンパク質のcDNAを切り出してアデノウイルス用のシャトルベクターに組み込んだ。
魚類耳石の微量元素変動と輪紋形成に関する研究

本研究は、魚類耳石の微量元素特性や微細構造の特徴から個体の生息水域の変化(回遊経路)や発育に関する履歴を正確に復元するための解析手法を構築することが目的である。本年度は、昨年度に引き続きサケ科魚類やウナギ属魚類を用いて、飼育実験や野外で採集した魚を用いて耳石輪紋の形成周期や、成長段階あるいは生息環境の相違にともなった耳石微量元素濃度の変動過程を明らかにすることを目的とした。その研究成果の概要は以下の通りである。(1)サケO.ketaの耳石日周輪の検証:耳石蛍光標識を施したO.ketaの稚魚を用いて耳石輪紋形成の周期性を調べたところ、標識処理後の飼育日数と標識外側の輪紋数がほぼ一致し、本種の輪紋の日周性が確認された。これにより本種の生活履歴推定に耳石輪紋解析が有効であることが確認された。また、耳石輪紋間隔は低水温で飼育すると狭くなる傾向があることが明らかになった。(2)耳石Sr/Ca比による降海型ブラウントラウトの判別:海洋生活を経ない(淡水型)個体では耳石の中心から縁辺にいたるまでSr/Ca比は一貫して低かった。一方、北海道の千歳川で採集された個体は、耳石中心から1500μmの部分までは低く、その後Sr/Ca比の急激な増加がみられ、その後耳石の縁辺部分まで高値が続いた。以上のことからブラウントラウトの耳石のSr/Ca比の低い部分と高い部分は、生息環境水中のSr/Ca比を反映し、それぞれ河川生活期間と降海後の海洋生活期間に対応しているものと考えられた。(3)三陸沿岸における海ウナギの出現:宮古湾と大槌湾で採集したウナギA.japonicaの耳石のSr濃度とSr/Ca比から本種の回遊履歴を推定した。耳石Srの濃度はすべての個体で、淡水生活に相当する部位で高値が続いた。これらのウナギは河口ウナギか海ウナギと判断された。これらの結果は、Marine Biology誌140、141号、Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom誌82号やIchthyological Research誌49号などに公表した。本年度は、主にウナギ属魚類を用いて、飼育実験や野外で採集した魚を用いて耳石輪紋の形成周期や、成長段階あるいは生息環境の相違にともなった耳石微量元素濃度の変動過程を明らかにすることを目的とした。(1)熱帯ウナギA. marmorataの耳石日周輪の検証:耳石蛍光標識を施したA. marmorataのシラスウナギ30個体を用いて耳石輪紋形成の周期性を調べたところ、標識処理後の飼育日数と標識外側の輪紋数がほぼ一致し、本種の輪紋の日周性が確認された。(2)ウナギ属魚類の変態期推定:外洋で採集されたA. marmorata、A. bicolorpacificaのレプトケファルス計33尾の耳石微細構造とSr:Ca比の解析を行った。レプトケファルスの耳石には、シラスウナギに存在する輪幅の急増開始点とSr:Ca比の急減は認められなかった。したがって、輪幅の急増とこれと一致したSr:Ca比の急減は、変態期に相当すると考えられた。これにより熱帯ウナギでも耳石解析により変態期を正確に推定できることが証明された。(3)異なる塩分環境で採集したウナギの微量元素特性:淡水、汽水、海水で採集したウナギのSr:Ca比の解析を行った。通常ウナギは淡水で成長するが、沿岸域に接岸後、成長のために淡水域に遡河せず産卵回遊を行う直前まで一生を海あるいは汽水で過ごす集団が日本各地に生息していることが明らかになった。これらの結果は、Marine Ecology Progress Series誌213、216、220号やMarine Biology誌138号などに公表した。

一方、北海道の千歳川で採集された個体は、耳石中心から1500μmの部分までは低く、その後Sr/Ca比の急激な増加がみられ、その後耳石の縁辺部分まで高値が続いた。以上のことからブラウントラウトの耳石のSr/Ca比の低い部分と高い部分は、生息環境水中のSr/Ca比を反映し、それぞれ河川生活期間と降海後の海洋生活期間に対応しているものと考えられた。(3)三陸沿岸における海ウナギの出現:宮古湾と大槌湾で採集したウナギA.japonicaの耳石のSr濃度とSr/Ca比から本種の回遊履歴を推定した。耳石Srの濃度はすべての個体で、淡水生活に相当する部位で高値が続いた。これらのウナギは河口ウナギか海ウナギと判断された。これらの結果は、Marine Biology誌140、141号、Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom誌82号やIchthyological Research誌49号などに公表した。
Srcを標的分子とした小細胞肺癌の治療を開発するための実験的研究

小細胞肺癌の切除組織で幹細胞因子/c-kitならびにインスリン様増殖因子I(IGF-I)/ IGF-Iレセプターが認められた。H209小細胞肺癌細胞において、幹細胞因子ならびにIGF-Iの存在下でアムルビシン感受性が低下した。Src阻害剤であるダサチニブは幹細胞因子誘導性のアムルビシン耐性を低下させたが、IGF-I誘導性アムルビシン耐性には影響を与えなかった。平成22年度の研究計画に基づき、小細胞肺癌細胞株の増殖因子に対するレセプターの発現を検討した。H209細胞において幹細胞因子に対するレセプターであるc-kitの発現とインスリン様増殖因子I(IGF-I)レセプターの存在を確認した。この細胞を用いて、抗癌剤の感受性をMTTアッセイで検討した。H209細胞において幹細胞因子の存在下において、シスプラチン、イリノテカン、エトポシドに対する感受性は変化しなかったが、アムルビシンに対する抵抗性が増強した。Src阻害剤でもあるダサチニブは、幹細胞因子によるアムルビシン抵抗性を減弱し、その細胞増殖抑制作用を増強した。これらを総合すると、小細胞肺癌において複数のautocrine growth loopが機能し、それらは抗癌剤特にアムルビシンに対する耐性に関連する可能性を支持する。また、ダサチニブは小細胞肺癌のアムルビシンに感受性を高める可能性があることを示唆するものと考えられる。しかしながら、ダサチニブは種々のチロシンキナーゼを阻害するため、Src活性を阻害することで、アムルビシンに対する感受性を増強したかは現在のところ不明である。また、小細胞肺癌組織における免疫染色での検討は、2種類のautocrine growth loopの検討であり、他の候補についても評価する必要がある。小細胞肺癌細胞株N417細胞で、小細胞肺癌化学療法で用いられるアムルビシンとSrc阻害剤であるダサチニブとの併用で相乗効果が得られることが確認されている。異なる小細胞肺癌細胞株H69細胞において、autocrine growth factorの重要な候補であるstemcell factorの存在下で、MTTアッセイで評価すると、アムルビシンによる50%増殖阻止濃度(IC_<50>)の上昇が認められた。すなわち、H69細胞においてstem cell factorによりアムルビシン抵抗性が惹起される可能性を示す結果が得られている。H69細胞においてstem cell factorのレセプターであるc-kitの発現も確認されている。また、ダサチニブを併用することにより、stem cell factor誘導性アムルビシン抵抗性が解除される可能性が示唆された。小細胞肺癌組織で発現するIGF-1も、autocrinegrowth factorの重要な候補である。しかしながら、stem cell factorとは逆にIGF-1はアムルビシン感受性を増強する可能性を示す結果が得られている。また、別の小細胞肺癌細胞増殖因子の候補であるHGFはアムルビシン感受性に影響を与えなかった。これらの結果は、小細胞肺癌細胞株のアムルビシン感受性に対する増殖因子あるいは細胞特異性の可能性も示唆するものか、あるいは細胞培養条件により変化するものであるかは不明である。現時点では、小細胞肺癌のautocrinegrowth factorが普遍的に、癌細胞のアムルビシンを含む抗癌愛感受性に一定の影響を与えるかは不明であり、培養条件の変更や、他の増殖因子(gastrin-releasing peptide、neuromedinB、VEGFなど)のアムルビシン感受性に及ぼす影響を他の細胞株も含めて検討する必要がある。小細胞肺癌でインスリン様増殖因子I(IGF-I)レセプターの存在が示唆されている。小細胞肺癌細胞株H209細胞において、IGF-Iの存在下ではアムルビシンに対する感受性が低下するのが確認された。H69細胞において通常の10%ウシ胎児血清を含む培養条件下では、IGF-Iはアムルビシンに対する感受性に影響を与えなかった。しかし、1%ウシ胎児血清下の培養条件では、IGF-Iの添加によりアムルビシンに対する感受性低下が観察された。H209ならびに低ウシ胎児血清培養下H69細胞で、IGF-I誘導性のアムルビシン抵抗性に対するSrc阻害剤であるダサチニブの影響を検討したが、明らかな影響は認めなかった。H209ならびにH69細胞において、肝細胞増殖因子(HGF)のレセプターであるc-metの発現を確認後、それぞれの細胞においてHGFによるアムルビシン感受性の影響を検討したが、明らかな影響は認めなかった。さらに、H69細胞において、HGF存在下・非存在下で2種類のc-met阻害剤(PHA66572、SU11274)のアムルビシン感受性への影響を評価したが、明確な効果は認めなかった。さらに、有力なautocrinegrowthfactor候補であるneuromedin Bのアムルビシン感受性への影響をH69細胞で検討したが、明確な効果を認めなかった。

総合すると、小細胞肺癌においてstem cell factor/c-kitやIGF-I/IGF-Iレセプターなどの複数のautocrine growth loopがアムルビシン抵抗性に関与する可能性はある。ただし、どのautocrine growth factorがアムルビシン抵抗性に関与するかは、さらなる検討を要する。また、IGF-Iによるアムルビシン抵抗性をSrc阻害剤であるダサチニブで解除できる根拠は得られなかった。以前の研究結果では、種々の増殖因子はAktを活性化しすることが知られている。我々の小細胞肺癌細胞株の検討では、Aktの抑制はアムルビシン感受性の増強につながることが確認されている。今年度の結果は、以前の結果からは想定外であり、それらの結果が本質的であるのか、実験条件で変化するものか検討を要するため。24年度が最終年度であるため、記入しない。
うつ病の精神生理学的診断:他の主要な精神障害との比較による診断基準の作成

1.うつ病の病態生理に基づく分類(昭和60年度)うつ病の生理学的な分類を臨床診断(DSM-【III】)とCNV所見に基づいて検討した。臨床診断による病型では、双極型うつ病とメランコリー型(内因性)うつ病のCNV所見が他のうつ病の所見とは異なることからCNV所見を用いてもうつ病病型を比較的高い精度で予測することができた。次いで、臨床病型を無視して、純粋にCNV所見のみからクラスター分析を実施するとうつ病は3から4群に分類され、主に双極型うつ病とメランコリー型うつ病に対応する類型が抽出された。最後に、健康者から得たCNVとモーズレイ性格検査の外向性尺度(皮質の覚醒水準を反映)の逆U字相関にうつ病患者のCNV所見を適応したところ、双極型うつ病は覚醒低下に、メランコリー型うつ病は過剰覚醒にあることが示唆された。2.他の主要な精神障害と比較したうつ病の診断(昭和61年度)うつ病群70例の他に正常群105名、分裂病群33例、ヒステリー(身体表現性と解離性障害)群14例からCNVを記録した。うつ病群はCNV所見によって分裂病群とヒステリー群から分離できたが、正常群の所見とは区別できなかった。そこで、臨床診断にかかわらず、CNV所見のみからワラスター分析によって患者群を分類すると正常なCNV所見を示すうつ病群と異常なCNV減少を示すうつ病,精神分裂病,ヒステリー群に分割できた。この結果は比較的厳密な臨床症候評価によって診断されたうつ病群にも病態生理の異なる類型が存在し、生理学的な検査の重要性を示唆していた。さらに、この2群を判別するための基準を判別分析によって求め、精神障害【I】類と【II】類に分類できると共に、【I】類の精神障害が反応性の軽症型である一方、【II】類が中枢性起源の障害を持つ重症型であることを検討した。
脊椎脊髄疾患の治療アシストシステムの開発

本研究では個々の脊椎脊髄疾患患者に最適な治療方針決定を支援する新たなシミュレーション開発を目指す。そのためには組織の物理的特性の解明と、シミュレーションモデルの精確性と臨床例との整合性が課題となる。本研究ではヒト・動物実験から組織学的強度のデータを収集・解析し、患者自身の医用画像からの脊椎の形態や形状と組み合わせ、シミュレーションを行う。シミュレーション精緻化と計算量について人工知能を活用し高速化を図るとともに、解析結果を臨床例に対して評価する。脊椎脊髄疾患モデルと手法の確立により、脊椎脊髄疾患治療効果の向上と患者の社会生活維持に貢献できる。
警察官における睡眠呼吸障害の実態と客観的指標を用いた注意力に関する疫学研究

中高年の警察官の肥満度が一般国民の平均値を大きく上回ることから、警察官の睡眠呼吸障害罹患のリスクが高いと考えられる。また、睡眠呼吸障害は、居眠りのリスクや循環器疾患発症のリスクを高めることが知られている。そこで、本研究では、警察官を対象に、睡眠呼吸障害の有病率を算出し、その後、肥満度や主観的な眠気、さらに客観的覚醒度・注意力との関連について明らかにした。本研究の結果、警察官の中等度以上の睡眠呼吸障害罹患の割合は約20%、肥満者の有病率は過半数であった。また、年齢や肥満度(BMI)が高くなるにつれ、睡眠呼吸障害の重症度の高い者の割合が高くなる傾向がみられた。さらに、主観的な眠気ならびに客観的覚醒度・注意力は、それぞれ睡眠呼吸障害との関連が認められたが、その予測能については、有意差はみられなかった。中高年の警察官の肥満度が一般国民の平均値を大きく上回ることから、警察官の睡眠時無呼吸症候群のリスクが高いと考えられる。また睡眠呼吸障害は、勤務中の居眠りのリスクや循環器疾患発症のリスクを高めることが知られている。そこで、本研究では、警察官を対象に、睡眠呼吸障害の有病率をみて、その後、肥満度や主観的、ならびに客観的覚醒度・注意力との関連について明らかにすることとした。1193名の警察官を対象に分析した結果、警察官の中程度以上の睡眠呼吸障害の割合は約20%、肥満者は過半数であった。20歳代では中等度以上の睡眠呼吸障害は10%未満であったのに対し、50歳以上では30.4%と多く、高齢になるほど、睡眠呼吸障害の重症度が高くなる傾向がみられた。同様に、BMI(Body Mass Index)が25.0未満の者では、中等度以上の睡眠呼吸障害の者は10%程度であったのに対し、BMI 25.0以上30.0未満では22.3%、BMIが30以上では49.7%と、睡眠呼吸障害の重症度が高くなる傾向がみられた。また、質問紙で評価した主観的眠気ならびにPsychomotor Vigilance Task検査で評価した客観的覚醒度・注意力は、その評価スコアが高くなるほど中等度以上の睡眠呼吸障害のオッズ比が高くなる傾向がみられた(最小群に対する最大群のオッズ比(95%信頼区間):1.53 (0.95-2.46))。同様に、いくつかの客観的覚醒度・注意力、特に「平均反応時間」や「反応時間下位10%の反応時間の逆数の平均値」は、有意な関連性を示した(0.69 (0.44-1.08)、1.60 (1.01-2.55))。しかしながら、主観的眠気と客観的覚醒度・注意力の、中等度以上の睡眠呼吸障害に対する予測能については、有意差はみられなかった。平成23年度は、愛媛県警職員、男性574名、女性20名、計594名について睡眠呼吸障害の調査を実施した。年齢22-59歳、男性平均41.8歳、女性32.5歳であった。パルスオキシメトリ法により、就寝中に動脈血酸素飽和度(SpO2)の3%以上の低下がみられた回数(3% oxygen desaturation index: 3%ODI)を計測し、睡眠時無呼吸症候群のスクリーニングを行った結果、中等症の睡眠時無呼吸が疑われる者(3%ODI 15-30回/時間未満)は男性91人(15.9%)、女性は1人(5.0%)、重症の睡眠時無呼吸が疑われる者(3%ODI 30回/時間以上)は男性25人(4.4%)、女性は0人であった。また睡眠中の平均SpO2は男性95.6%、女性97%、日勤、夜勤、当務及び休日それぞれの平均睡眠時間は、男性6.6、3.4、3.3、7.4時間、女性6.3、2.7、3.4、7.9時間、Epworth Sleepiness Scale得点の平均は男性5.5点、女性6.2点であった。客観的覚醒度・注意力を測定する、10分間のPsychomotor Vigilance Task(PVT)検査における、平均反応時間は男性246ミリ秒、女性251ミリ秒、間違って反応した回数は男性0.6回、女性0.9回であった。

3%ODIが5回/時間未満、5ー15回/時間未満、15回/時間以上の3区分に分け、性・年齢を調整し、PVTの指標、BMI、血圧値、飲酒・喫煙習慣との関連を分析した結果、3%ODI5回/時間未満群に比べ、15回/時間以上のほうが、PVTの平均反応時間、BMI、最高・最低血圧、脈拍、喫煙習慣者の割合について、それぞれ有意に高値を示した。愛媛県警の全面的な協力もあり、対象者数は目標であった600人にほぼ達している。また、データの欠損もほとんどない。睡眠呼吸障害と身体所見などの関係についても、先行研究と一致しており、妥当な結果が得られた。警察官は県の公務員であり、3月に大きな人事異動があるため、対象者情報を収集し整理するのに時間を要するため、現在愛媛県警厚生課に協力を仰いでいる。PSG検査については、検査対象者である重症の睡眠呼吸障害の疑いがある者に対し、研究者が産業医の立場から、健康面だけでなく、仕事のパフォーマンス向上にまで言及し、受診を勧奨する。その際、愛媛県警厚生課からも、検査対象者が受診しやすい病院を紹介する等協力体制を敷き、受診率の向上を目指す。本研究では2年間で1000名の調査を目標としているが、平成23年度は警察官という緊急性を常に伴う職種を対象にしているため、柔軟に対応できるよう、初年度で1000名調査をできる体制を整えるため予算として、人件費や物品費を計上した。実際に、平成23年度は当該年度目標数の約600名に対し調査を行った。次年度使用額及び平成24年度に請求する研究費は、平成24年度調査予定の残り約400名の調査に必要な人件費・物品費として使用する。
腫瘍溶解性ウイルスによる新規消化管癌治療法の開発

HER2陽性胃癌に対してはHER2の分子標的薬トラスツズマブと抗癌剤の併用療法が第一選択となっているが,十分な治療効果が得られていないのが現状である.近年,新たな抗腫瘍療法として腫瘍溶解ウイルスが期待されている.今回我々はHER2陽性胃癌細胞におけるトラスツズマブと腫瘍溶解性レオウイルスの併用による抗腫瘍効果を検討した.HER2陽性胃癌細胞に対するトラスツズマブとレオウイルスの併用は,カスパーゼ3/7を介したアポトーシス誘導により抗腫瘍効果を増強すると考えられた.【方法】(1)HER2高発現胃癌細胞株(NCI-N87細胞)に対するレオウイルスおよびトラスツズマブ併用による殺細胞効果をWST-8アッセイにて検討した.(2)アポトーシス誘導効果をCaspase3/7活性の測定にて検討した.(3)マウス皮下移植xenograftモデルを用いてレオウイルスおよびトラスツズマブ併用による腫瘍縮小効果を検討した.(4)マウス腫瘍ホルマリン固定パラフィン包埋切片を抗Ki67抗体で免疫染色を行い、Ki67発現量を検討した。(5)ウェスタンブロット法を用いて、アポトーシス誘導経路であるカスパーゼシグナル経路について検討した。【結果】(1)トラスツズマブ単独群よりトラスツズマブ+レオウイルス併用群の方が有意に殺細胞効果を示した.(2)トラスツズマブ+レオウイルス併用群ではトラスツズマブ単独群より有意にCaspase3/7活性の上昇を誘導した.(3) xenograftモデルにおいてもin vitroと同様に,トラスツズマブ+レオウイルス併用群でトラスツズマブ単独群より有意に強力な腫瘍縮小効果が認められた(腫瘍完全消失2例を含む).(4)トラスツズマブ+レオウイルス併用群においてはKi67発現細胞がトラスツズマブ単独群より有意に減少していた。(5)レオウイルス単独群、レオウイルス+トラスツズマブ併用群ではウェスタンブロット法でCleaved PARPの発現を認めた。HER2陽性胃癌細胞におけるトラスツズマブと腫瘍溶解性レオウイルスの併用による抗腫瘍効果を検討した.方法:(1)HER2高発現胃癌細胞株(NCI-N87細胞)に対するレオウイルスおよびトラスツズマブ併用による殺細胞効果をWST-8アッセイを用いて検討した.(2)アポトーシス誘導効果をカスパーゼ3/7活性の測定にて検討した.(3)マウス皮下移植xenograftモデルを用いて腫瘍縮小効果を検討した.(4)PCRマイクロアレイにて併用抗腫瘍効果に重要な役割を果たす遺伝子を検索した.結果:(1)トラスツズマブ単独群より併用群の方が有意に殺細胞効果を示した.(2)併用群ではトラスツズマブ単独群より有意にカスパーゼ3/7活性の上昇を誘導した.(3) xenograftモデルにおいてもin vitroと同様に,併用群でトラスツズマブ単独群より有意に強力な腫瘍縮小効果が認められた(腫瘍完全消失2例を含む).(4)併用群においてはBIRC8,CIDEA,TNFSF10,Caspase-1 mRNAの発現が上昇していた.結論:HER2陽性胃癌細胞に対するトラスツズマブとレオウイルスの併用は,カスパーゼ3/7を介したアポトーシス誘導により抗腫瘍効果を増強すると考えられた.HER2陽性胃癌に対してはHER2の分子標的薬トラスツズマブと抗癌剤の併用療法が第一選択となっているが,十分な治療効果が得られていないのが現状である.近年,新たな抗腫瘍療法として腫瘍溶解ウイルスが期待されている.今回我々はHER2陽性胃癌細胞におけるトラスツズマブと腫瘍溶解性レオウイルスの併用による抗腫瘍効果を検討した.HER2陽性胃癌細胞に対するトラスツズマブとレオウイルスの併用は,カスパーゼ3/7を介したアポトーシス誘導により抗腫瘍効果を増強すると考えられた.レオウイルスはRas signaling pathwayをターゲットとして特異的に感染し、このpathwayが活性化している癌細胞を特異的に細胞死に導くという特長を持つ。近年、抗HER2抗体療法(Trastuzumab)を用いた消化管癌治療が行われているが、十分な効果が得られているとは言い難い。いわゆるRas癌に特異的に作用するレオウイルスと抗HER2抗体療法を併用した場合、作用機序的に相乗効果が期待できると考えられた。胃癌細胞株におけるHER2発現を調べたところ、NCI-N87細胞に強く発現していることを見い出した。このためヒト胃癌細胞株NCI-N87を実験に用いた。コントロール群(UVにて不活性化されたレオウイルスを用いる)、抗HER2抗体単剤投与、レオウイルス単剤投与、抗HER2抗体とレオウイルスの併用群に分け、WST-1 assayによりcell viabilityを測定した。抗HER2抗体とレオウイルス併用群において有意に殺細胞効果が得られた。またこの胃癌細胞株NCI-N87を用いてマウスxenograftモデルを作成した。マウスをコントロール群(UVにて不活性化されたレオウイルスを用いる)、抗HER2抗体単剤投与、レオウイルス単剤投与、抗HER2抗体とレオウイルスの併用群に分け、3-4日毎に腫瘍径を測定し、治療の効果を測定した。4週間後に腫瘍を摘出した。抗HER2抗体とレオウイルス併用群において有意に腫瘍の縮小を認めた。一時in vitroの実験が想定通りにならず、進行が遅くなったが、徐々に結果が出始めている。申請時から所属が変わり、臨床業務がかなり多くなったため。

アポトーシスについてPCRアレイによる方法などにより追加実験を行う予定。レオウイルスによる新規消化管癌治療の開発を引き続き進めていく。臨床業務がやや軽減される見込みであり、更に実験を進める予定である。上記実験試薬などの購入にあてる予定。臨床業務が多忙のため、一部計画通りに実験を進めることができず、平成24年度に繰越金が生じました。動物実験、試薬などの購入にあてる予定。
アンチマイシンA類の持つ電子伝達系阻害活性とアポトーシス誘導活性の活性分離研究

最近,天然型Antimycin A(AA)類は正常細胞に対してアポトーシス誘導活性と電子伝達系阻害活性を同時に発現することが報告された.この二つの活性を分離する事は,それぞれの研究領域にとって火急の問題である.しかし,研究に必要な化合物供給には重大な問題がある.すなわち,1)分離困難な多数の異性体が存在するため,培養法では純粋なものを大量に供給できないこと,2)化合物の構造的特徴のため,天然物を原料とした誘導体合成にはかなりの制約があることなどである.一方,応募者はすでにAntimycin A_<3b>(AA_<3b>)及びAA_<3a>の化学合成に成功し,活性試験を行うのに十分な量を供給できる方法を確立している.そこで本研究では,数多くのAA類縁体の合成を当面の目的として研究を行ってきた.そして最終的にはAA類の2つの生物活性,a)アポトーシス誘導活性,b)電子伝達系阻害活性を完全に分離した化合物の創製をめざした.AA_3は多くのAA類の中で最も活性が強いと知られているが,市販品として入手できるAA_3は二種の化合物の混合物である.本研究により合成した純粋なAA_<3a>とAA_<3b>を用いて,MTTアッセイによるHL-60細胞に対する細胞毒性試験を行った.結果,両者の活性に有意な差は認められなかった.2.AA類のエステル側鎖の構造変換これまでに確立していた合成ルートにより,数種類の誘導体が合成できた.これらの活性評価は現在検討中である.3.より効率的なAA類大量合成ルートの確立立体構築の方法にサルタムを用いたアルドール反応を利用することにより,これまでのものよりも短段階,高効率な合成ルートを開発できた.そして新たにブチル基を9員環側鎖に持つもの4種とヘキシル基を側鎖に持つもの5種,計11種の天然型AA類の全合成を完了した.これらの活性評価は現在検討中である.一般にAntimycin A_3として市販されているものには,Antimycin A_<3a>とA_<3b>が含まれていることがこれまでの研究により明らかにされている.しかし,これらは互いに非常に似かよった構造をしているため単離精製することは非常に困難である.また,市販品のAA_3には,本来AA_3として知られているAA_<3b>よりもAA_<3a>のほうが多く含まれている.そこで,どちらが活性本体であるのかを決定するめ,本研究により合成した純粋なAA_<3a>とAA_<3b>を用いて,MTTアッセイによるヒト前骨髄性白血病細胞に対する細胞毒性試験を行った.しかし,両者の活性に有意な差は認められなかった.活性本体を決定するためには本来の作用である抗真菌活性や,ミトコンドリアの呼吸阻害活性など,さらなる検討を行う必要がある.これまでに確立した合成ルートにより,ある程度の種類の誘導体が合成できた.これらの活性評価は現在検討中である.しかし,より多くの誘導体合成となると,これまでの合成ルートを大幅に改善する必要がでてきた.現在,立体構築の方法にサルタムを用いたアルドール反応を利用することにより,これまでのものよりも短段階,高効率な合成ルートの開発中であり,これは間もなく完成する予定である.これからこの新合成ルートを利用してさらに多くの誘導体を合成する予定である.最近,天然型Antimycin A(AA)類は正常細胞に対してアポトーシス誘導活性と電子伝達系阻害活性を同時に発現することが報告された.この二つの活性を分離する事は,それぞれの研究領域にとって火急の問題である.しかし,研究に必要な化合物供給には重大な問題がある.すなわち,1)分離困難な多数の異性体が存在するため,培養法では純粋なものを大量に供給できないこと,2)化合物の構造的特徴のため,天然物を原料とした誘導体合成にはかなりの制約があることなどである.一方,応募者はすでにAntimycin A_<3b>(AA_<3b>)及びAA_<3a>の化学合成に成功し,活性試験を行うのに十分な量を供給できる方法を確立している.そこで本研究では,数多くのAA類縁体の合成を当面の目的として研究を行ってきた.そして最終的にはAA類の2つの生物活性,a)アポトーシス誘導活性,b)電子伝達系阻害活性を完全に分離した化合物の創製をめざした.AA_3は多くのAA類の中で最も活性が強いと知られているが,市販品として入手できるAA_3は二種の化合物の混合物である.本研究により合成した純粋なAA_<3a>とAA_<3b>を用いて,MTTアッセイによるHL-60細胞に対する細胞毒性試験を行った.結果,両者の活性に有意な差は認められなかった.2.AA類のエステル側鎖の構造変換これまでに確立していた合成ルートにより,数種類の誘導体が合成できた.これらの活性評価は現在検討中である.3.より効率的なAA類大量合成ルートの確立立体構築の方法にサルタムを用いたアルドール反応を利用することにより,これまでのものよりも短段階,高効率な合成ルートを開発できた.そして新たにブチル基を9員環側鎖に持つもの4種とヘキシル基を側鎖に持つもの5種,計11種の天然型AA類の全合成を完了した.これらの活性評価は現在検討中である.
p53ノックアウトマウスを用いた新規口唇口蓋裂感受性遺伝子の検索

MSM系統p53ノックアウトマウス製作に難渋し、引き続いて研究を継続し目的を達成する考えである。一方で、マイクロサテライトマーカーによるp53タイピングにおけるPCRの条件設定はほぼ定まり、順次条件を調整して安定したタイピングを目指している。新規口唇口蓋裂感受遺伝子の同定には至っていないが、今後、本研究を継続することにより、該当遺伝子群の同定、解析、臨床面への寄与の可能性が示された。(目的)口唇口蓋裂は先天異常のうちで発症率の最も高い外表奇形である。発症原因は、遺伝要因と環境要因の相互作用と周知されているが、疫学的・形態学的・遺伝学的知見の一致はまだない。一方、がん抑制遺伝子として知られるp53遺伝子は、修復不能のDNA障害をもつ細胞が発生初期の胎児に生じると、アポトーシスを誘導して奇形の発症を防ぐことが知られている。つまりp53がん抑制遺伝子は環境要因に対して機能を発揮する遺伝要因の1つであると言える。本研究の目的は、p53遺伝子欠損口唇口蓋裂感受性マウスを使用して、口唇口蓋裂発症におけるp53遺伝子依存性アポトーシスの影響を考察することである。(結果)人工受精は本学脳研動物資源開発研究分野の協力のもとで行い、その準備は既に終了している。現在、凍結受精卵を母マウスに移植(移植日を妊娠2日目と規定する)し、妊娠8日、9日、10日、11日、12日、13日目に本学アイソトープセンターにてγ線照射を行うため個体数を増やしている最中であるが、p53遺伝子多型の再確認に難渋している。今後、新たなマイクロサテライトマーカーを用い、p53遺伝子のヘテロ接合性を確認し、当初の計画通りに実験を遂行する予定である。(結果)現在、凍結受精卵を母マウスに移植(移植日を妊娠2日目と規定する)し、妊娠8日、9日、10日、11日、12日、13日目に本学アイソトープセンターにてγ照射を行うため個体数を増やしている最中であるが、p53遺伝子多型の再確認に難渋している。今後、新たなマイクロサテライトマーカーを用い、p53遺伝子のへテロ接合性を確認し、当初の計画通りに実験を遂行する予定である。B6系統、MSM系統、Balb/c系統においてタイピングが問題なく遂行できるなった時点で、凍結胚移植に取り掛かる予定である。(結果)現在、凍結受精卵を母マウスに移植(移植日を妊娠2日目と規定する)し、妊娠8日、9日、10日、11日、12日、13日目に本学アイソトープセンターにてγ線照射を行うため個体数を増やしている最中であるが、p53遺伝子多型の再確認に難渋している。今後、新たなマイクロサテライトマーカーを用い、p53遺伝子のヘテロ接合性を確認し、当初の計画より遅れてはいるが、実験を継続している。B6系統、MSM系統、Balb/c系統においてタイピングが問題なく遂行できるなった時点で、凍結胚移植に取り掛かり、計画した実験を完遂する。
多値多層記録と超解像再生を同時に達成するInSb不定比酸化物薄膜の作製と機構評価

光ディスクの記録層多層化と超解像再生の組み合わせを目指した研究を実施した。具体的には、超解像再生が可能なInSbを起点に、その酸化物(In-Sb-O)に着目して、記録と超解像再生の検討を行った。酸化物とすることにより光透過性が増し、多層化が可能となった。ZnS-SiO2薄膜で挟んだ状態では、加熱に伴い膜厚が増加し、記録の一因となることがわかった。900°Cで熱処理を行ったIn-Sb-O薄膜については、室温と600°Cの間で可逆的な光学的変化が観測された。この変化は、バンドギャップシフトに由来し、超解像再生の起源となることが考えられる。光ディスクを利用した情報アーカイブに関して、記録の多値多層化や超解像再生が共に可能な機能性材料(InSbOx, x<4)を用いた高密度大容量化を検討している。予め一定量の酸素を含むターゲットをAr雰囲気下でスパッタリングすることで成膜の再現性は向上する傾向にある。多層化と超解像再生を両立させるため、波長405 nm付近における光透過性が高くなるようInSb/O比を調整した結果、ラザフォード後方散乱分光法及び蛍光X線分析法で評価した組成比がIn:Sb:O=21:17:62 (at%)のとき、屈折率が約2.6、消衰係数が約0.5の薄膜が得られた。昇温時の二値化に係わる光学特性変化について、これまでのところInSbOx薄膜の組成比変化及び結晶性変化との関連性は認められていない。InSbOx薄膜(膜厚:20 nm)をZnS-SiO2薄膜で挟んだ3層構造(総膜厚:145 nm)では、600°C加熱時に総膜厚が5%増加する結果が得られており、光ディスク試料において凸の変形記録が成されている可能性がある。InSbOx薄膜を予め300°Cまで加熱した後では、少なくとも波長500-800 nmの範囲において、室温と200°Cの間で可逆的な光学特性変化があることを見出した。InSbOx薄膜による超解像再生は、その半導体的性質[1]に起因した昇温時のバンドギャップシフト効果[2]に由来する可能性が指摘され、今後レーザ光波長の405 nmにおける効果の有無を検証していく。InSbOx薄膜の記録/超解像再生機構が徐々にわかり始めた段階であり、今後その基礎物性をより詳細に明らかにするとともに、大容量化へのコンセプト構築に向けた取り組みを進める。[1] N. Kikuchi et al., Vacuum 65 (2002) 81, [2]M. Yamamoto et al., Jpn. J. Appl. Phys. 43 (2004) 4959.光ディスクを利用した情報アーカイブに関して、記録の多値化、多層化、超解像再生がともに期待される機能性材料(InSbOx,組成比x≦4)を用いた大容量化の検討を進めている。これまでに、予め一定量の酸素を含むターゲットをアルゴン雰囲気下でスパッタリングすることで機能性薄膜の成膜再現性を十分に確保した。多層化と超解像再生が光学的に両立し得る酸素比条件の一例(x=3程度)を導出し、そのときの光学定数(屈折率=2.6,消衰係数≦0.5)など、基礎的な物性を評価した。また記録機構の一因として、ZnS-SiO2膜との積層時に600°C加熱で5%の膜厚増加があることを明らかにし、変形記録が成される可能性を見出した。また超解像再生機構として機能性薄膜の昇温に伴うバンドギャップシフト[1]に由来する可能性を指摘していたが、波長405 nmにおける特性評価を行ったところ、薄膜を900°Cで2時間加熱後は、室温と600°Cの間で可逆的な光学特性変化があることを実験的に明らかにした。併せて、成膜直後は電気的に絶縁性を示していたが、同条件で加熱処理後は、材料系本来の特長である電気伝導性[2]が現れることを確認した。最終年度は記録多値化の可能性を中心に検討を進め、記録大容量化へのコンセプト構築に向けた取り組みをまとめる。[1]M. Yamamoto et al., Jpn. J. Appl. Phys. 43(2004)4959, [2] N. Kikuchi et al., Vacuum 65(2002)81.InSbOx薄膜はスパッタリング法により室温で成膜した。InSbOx薄膜を600°Cまで加熱する過程において、波長405 nmにおける反射光強度は、一旦減少した後に上昇に転じ、元の反射光強度よりも増加する特徴があったことから、3値記録(元の反射率、減少時の反射率、増加時の反射率)の可能性が指摘された。この600°C加熱に伴う薄膜の物性変化について調べたが、X線回折測定から薄膜はアモルファス状態のままであり、またRBS及びXRF測定から酸素比xもほぼ変化はなかった。

前記実験からは反射光強度が変化した理由が明らかでなく、それを用いた多値記録の検討は困難が予想されたことから、InSbOxを用いた別の多値記録をシミュレーションにより検討したところ、2つのInSbOx層の間に空隙層を設け、その空隙の厚みを変化させることで、前記のような3値記録は可能であるとの結果を得た。具体的には、ディスク基板/InSbOx 20 nm/空隙層y nm/InSbOx 100 nmの3層構造において、基板側から波長405 nmのレーザ光が入射する場合、空隙層厚yが54 nm以下(以上)のときは、空隙層がないときに比べて反射率は減少(増加)した。空隙層は例えば、酸化白金など熱分解してガスを放出する材料を用いれば、レーザ光照射時に形成が見込める[1]。実験にて検証するため、静的環境下で405 nmレーザ光を集光して照射できる装置を組み上げた。[1]T. Shima et al., Jpn. J. Appl. Phys. 42(2003)3479.光ディスクの記録層多層化と超解像再生の組み合わせを目指した研究を実施した。具体的には、超解像再生が可能なInSbを起点に、その酸化物(In-Sb-O)に着目して、記録と超解像再生の検討を行った。酸化物とすることにより光透過性が増し、多層化が可能となった。ZnS-SiO2薄膜で挟んだ状態では、加熱に伴い膜厚が増加し、記録の一因となることがわかった。900°Cで熱処理を行ったIn-Sb-O薄膜については、室温と600°Cの間で可逆的な光学的変化が観測された。この変化は、バンドギャップシフトに由来し、超解像再生の起源となることが考えられる。多値記録に係わる研究テーマ以外は、一定程度の研究成果が得られており、おおむね順調に進展していると考える。光記録、光センサ多値記録に係わる研究テーマの検討に早期に取り組み、多値化、多層化、超解像再生の3つを同時に達成する可能性についてまとめていく。平成25年度は、「薄膜作製プロセスに関する研究」と「短時間熱処理による物性変化に関する研究」の2テーマを計画していた。「薄膜作製プロセス」について、InSbターゲットをAr/O2雰囲気中で反応性スパッタリングにて成膜したときは、消衰係数kの値が導入する酸素ガス条件に強く依存することが一因となり、作製時期が少し異なると、酸素ガス導入条件の再調整が必要な状況にあった。予め酸素を含むターゲット(In:Sb:O=20:20:60 at%からInSbチップ添付で組成比微調整)をAr雰囲気中でスパッタリング成膜することで、成膜条件の簡素化及び環境の均質化が図られた結果、作製時期が異なる場合でもプリスパッタリングを経ることで、光学特性がほぼ同じ薄膜を再現性良く作製できるようになり、課題は解決した。「短時間熱処理」について、20°C/分の速度で600°Cまで昇温したときに観測される二値化に係わる光学特性変化について、ラザフォード後方散乱分光法及びX線回折法により評価を行ったが、還元と結晶化はともに確認されなかった。現時点でこの二値化に係わる光学特性変化の起源は不明であり、この点で課題を残した。しかしながら、平成26-27年度に実施予定の「光学非線形性の起源に関する研究」のテーマにおいて、ZnS-SiO2との組み合わせ時に変形記録の可能性がある結果を得、またInSbOxの半導体的性質を反映したと考えられる超解像再生機構に関する知見を先んじて得たことは大きな成果である。総じて見れば、おおむね順調に進展していると考えられる。定常的に購入している消耗品等で研究テーマの遂行が一定程度できたことに加え、昨年10月から本課題とは別の業務も担当することになったことから、当初予定していた予算使用計画に変更が生じた。