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シリコン結晶異方性エッチングを用いたMEMSの先進的設計とプロセス技術開発

シリコンをTetra Methyl Ammonium Hydroxide (TMAH)水溶液でエッチングするさいに添加された微量の界面活性剤が,エッチング特性,特に,エッチングの異方性を変えてしまう現象について研究した.H19年度までに当該研究室では,界面活性剤添加によるエッチレートの結晶方位依存性の変化を把握してきた.本テーマの第1年目である平成20年度の研究では,界面活性剤(Triton X100)がシリコンの特定の結晶方位に吸着してエッチングを妨げる結果,エッチング異方性が激変するという事実を実験的に明らかにした.これに続く平成21年度は,結晶面方位によって界面活性剤が選択的に吸着する現象を,エリプソメトリ法によって定量的に評価し,上記のエッチング異方性変化のメカニズムを確認した.これと並行してMEMS加工技術への応用を研究し,TMAH水溶液によるウェットプロセスだけで多様な3次元構造体を形成する新しいプロセスを提案・実証した.TMAH水溶液に界面活性剤を加えた場合と,加えない場合で大きく異なるエッチング特性を使い分け,それぞれ異なるマスクパターンにしたがって,異なる特性のエッチングを実施することで,従来,加工できなかった形状の微細構造を実現した,異なる領域を分割して保護するマスキング法として,2種類のマスク材料(シリコン窒化膜とシリコン酸化膜)を使い分けたLOCOS (Local Oxidization of Silicon)プロセスを導入し,これと特性の違うエッチングを組み合わせたプロセスを特許出願した.以上の平成21年度の成果は,学術会議論文7件,学術雑誌論文8件,図書1件,特許出願1件,として公表済み,あるいは掲載決定している.シリコンをTetra Methyl Ammonium Hydroxide(TMAH)水溶液でエッチングするさいに,微量の界面活性剤がエッチング特性,特に,エッチングの異方性を変えてしまう現象について研究した.H19年度までに当該研究室では,界面活性剤添加によるエッチレートの結晶方位依存性の変化をすでに把握してきたが,平成20年度に新たに実施した本研究により,界面活性剤(Triton X100)がどのようにしてエッチングの異方性を変化させるのか,そのメカニズムの一端を解明した.すなわち,この界面活性剤はエッチング中にシリコンの特定の結晶方位に選択的に吸着してエッチング反応,すなわち,エッチング速度を低下させることを,世界ではじめて観測した.吸着の観測には,in-situ FTIR(Fourier Transform Infra-Red)Spectroscopyを用いたが,これは,FTIR装置の使用許可ならびに使用ノウハウを提供していただいた東北大庭野研究室の協力に依るところが大きい.PremPalは数週間にわたって同大学に滞在し,上記の実験を遂行した.一方,この現象のMEMS加工技術への応用として,任意の曲線パターンを有するシリコン単結晶梁構造を,TMAH水溶液によるウェットプロセスだけで製作できることを見出した.これまで考えられてきた,結晶異方性エッチングではSi(100)基板上には矩形のエッチピットしかできないという常識をくつがえし,任意のマスクパターンの輪郭を保ったエッチピットがSi(100)基板上にできることを可視化して示すことができた.この事実を利用したマイクロ構造体作成プロセスを,特許として平成20年度に出願した.以上の成果は,国際会議論文3件,学術雑誌論文4件として公表済み,あるいは発表決定している.シリコンをTetra Methyl Ammonium Hydroxide (TMAH)水溶液でエッチングするさいに添加された微量の界面活性剤が,エッチング特性,特に,エッチングの異方性を変えてしまう現象について研究した.H19年度までに当該研究室では,界面活性剤添加によるエッチレートの結晶方位依存性の変化を把握してきた.本テーマの第1年目である平成20年度の研究では,界面活性剤(Triton X100)がシリコンの特定の結晶方位に吸着してエッチングを妨げる結果,エッチング異方性が激変するという事実を実験的に明らかにした.これに続く平成21年度は,結晶面方位によって界面活性剤が選択的に吸着する現象を,エリプソメトリ法によって定量的に評価し,上記のエッチング異方性変化のメカニズムを確認した.これと並行してMEMS加工技術への応用を研究し,TMAH水溶液によるウェットプロセスだけで多様な3次元構造体を形成する新しいプロセスを提案・実証した.TMAH水溶液に界面活性剤を加えた場合と,加えない場合で大きく異なるエッチング特性を使い分け,それぞれ異なるマスクパターンにしたがって,異なる特性のエッチングを実施することで,従来,加工できなかった形状の微細構造を実現した,異なる領域を分割して保護するマスキング法として,2種類のマスク材料(シリコン窒化膜とシリコン酸化膜)を使い分けたLOCOS (Local Oxidization of Silicon)プロセスを導入し,これと特性の違うエッチングを組み合わせたプロセスを特許出願した.以上の平成21年度の成果は,学術会議論文7件,学術雑誌論文8件,図書1件,特許出願1件,として公表済み,あるいは掲載決定している.
遺伝子ノックアウトマウスを用いるアレルギー治療法の開発に関する研究

本研究計画はFc受容体(FcγRII)のアレルギーにおける興味ある役割を明らかにするために遺伝子ノックアウト法を用いるところに特徴を有する。具体的には以下の手順で計画を遂行した。マウスFcγRII遺伝子をネオマイシン耐性遺伝子の挿入により破壊し、ヘルペスウイルス・チミジンキナーゼ遺伝子を連結したターゲッティングベクターを構築した。これをES細胞に遺伝子導入し、G418、FIAU選択により、相同組替え体を選択した。FcγRII遺伝子がノックアウトされたES細胞をマウスの胚盤胞期胚に注入し、偽妊娠マウス支給に戻してキメラマウスを得、このうちノックアウト遺伝子がgermlineに移行したマウスを選別した。さらに交配によりホモ接合体のマウスを作出した。このような変位マウスのBリンパ球、マクロファージなどにおいてはFcγRIIが実際に欠損していることををフローサイトメトリーにより確認した。この変異マウスの性質を次のような観点から検討した。1)B細胞上のFcγRIIはB細胞に抑制シグナルを送ると予想されている。そこでFcを有する完全な抗IgM抗体でB細胞を刺激すると、野性マウスのB細胞は活性化れないが、変位マウスではF (ab')2断片で刺激した場合と同等の活性化が見られたので、この仮説が正しいことが確認された。2)変位マウスの肥満細胞はIgG免疫複合体で刺激した場合、野性型の肥満細胞に比べてはるかに、脱顆粒を起こしやすく、FcγRIIが肥満細胞においても、やはり抑制的に働いていることが示唆された。これらの結果より、この変異マウスがアレルギーのモデル動物として有用であることが示され、アレルギの原因や治療法の解明に大きな貢献が期待できると考えられる。アレルギーの主たる原因は生体内に侵入してくる花粉やダニなどの抗原に対してIgE抗体が産生されることにあり、IgE産生を特異的に抑制する手段があればアレルギーの根本的治療につながると考えられる。この目的のために、我々はマウスリンパ球を用いるIgE産生系を開発し、IgE産生調節機構を多面的に解析してきた。最近この研究の過程で、抗原に特異的なIgG1モノクローナル抗体をマウスにあらかじめ投与しておくと、IgEの産生が強く抑制されることを見いだした。この現象をin vitroのリンパ球培養系で解析したところ、IgG1と抗原の複合体がB細胞上のIgG1のFcに対するII型受容体(FCγRII)への結合を介して、B細胞の分化を抑制していることが示された。これらの結果はIgEの産生をFcγRIIを介して制御できる可能性示唆しており、アレルギー疾患の新規な治療法の開発につながるものとして重要である。この機構を解析するために遺伝的にFcγRIIを欠損したマウスを遺伝子ターゲッティングにより作製しこの現象を詳細に検討することを計画した。その概要は以下の2点である。(1)ジーンターゲッティング法によりマウス胚性幹(ES)細胞においてFcγRII遺伝子をノックアウト(破壊)し、胚盤胞期胚に注入することにより発生させ、交配によってFcγRII遺伝子の欠損したノックアウトマウスを作製する。(2)このマウスにおいて,IgEへのクラススイッチおよびIgG1抗体によるIgE産生の抑制が対照マウスに比較してどのような変化を受けるかを解析する。今年度は(1)のノックアウトマウスの樹立に成功したので、現在その解析に取りかかっているところである。本研究計画はFc受容体(FcγR II)のアレルギーにおける興味ある役割を明らかにするために遺伝子ノックアウト法を用いるところに特徴を有する。マウスFcγR II遺伝子をネオマイシン耐性遺伝子の挿入により破壊し、ヘルペスウイルス・チミジンキナーゼ遺伝子を連結したターゲッティングベクターを構築した。

これをES細胞に遺伝子導入し,G418、FIAU選択により、相同組換え体を選択した。FcγR II遺伝子がノックアウトされたES細胞をマウスの胚盤胞期胚に注入し、偽妊娠マウス子宮に戻してキメラマウスを得、このうちノックアウト遺伝子がgermlineに移行したマウスを選別した。さらに交配によりホモ接合体のマウスを作出した。このような変異マウスのBリンパ球、マクロファージなどにおいてはFcγR IIが実際に欠損していることををフローサイトメトリーにより確認した。この変異マウスの性質を次のような観点から検討した。1)B細胞上のFcγR IIはB細胞に抑制シグナルを送ると予想されている。そこでFcを有する完全な抗IgM抗体でB細胞を刺激すると、野性マウスのB細胞は活性化されないが、変異マウスではF(ab′)2断片で刺激した場合と同等の活性化が見られたので、この仮説が正しいことが確認された。2)変異マウスの肥満細胞はIgG免疫複合体で刺激した場合、野性型の肥満細胞に比べてはるかに,脱顆粒を起こしやすく、FcγR IIが肥満細胞においても、やはり抑制的に働いていることが示唆された。これらの結果より、この変異マウスがアレルギーのモデル動物として有用であることが示され、アレルギの原因や治療法の解明に大きな貢献が期待できると考えられる。
高齢慢性心不全患者に対する遠隔看護の有用性の検証

心不全は、65歳以上の高齢者における入院の主因となっており、心不全患者の再入院率は3割以上と高く(土橋,2000.;筒井,2001.et)、特に高齢者の場合には6割近いという報告も見られ(Business Information Market Survey,2009)、高齢の心不全患者が再入院を繰り返しているという現状がある。そこで本研究では、最も慢性心不全の患者数が多く、再入院率の高い65歳以上の慢性心不全患者に対して、情報通信機器を利用した遠隔看護が、再入院率の低下や心不全症状の悪化予防に有用であるかを明らかにすることである。そこで平成25年度は、予備調査および本調査を実施した。1.予備調査の実施:平成24年度から引き続き、作成した「高齢慢性心不全患者への遠隔看護介入モデル」に基づいた介入を3か月間実施した。その結果、3か月間、i phone4sとface timeを使用し、遠隔看護介入モデルを用いた介入を行うことができた。作成した遠隔看護介入モデルと、使用したスマートフォンやテレビ電話の操作性について確認を行った結果、作成した遠隔介入モデルが使用できることが確認でき、本調査での実行可能性に対する示唆を得ることができた。しかし、i phone4sについては、操作性については問題なかったが、3G回線を使用しているため音声や映像が途切れることが多く、検討が必要であることが明らかとなった。2.本調査の実施:対象者のリクルートを3病院で行い、作成した「高齢慢性心不全患者への遠隔看護介入モデル」を用いて看護介入を実施した。予備調査で明らかとなった結果を踏まえ、使用するスマートフォンについては、4G回線であるi phone5sとすることで音声や画像に問題なく実施することができた。3.学会における成果発表:予備調査の結果について、第17回EAFONSにて、示説による発表を行った。そこで平成24年度は、遠隔看護介入モデルの作成と遠隔看護に使用する情報通信機器の選定を行い、予備調査を実施した。1.「高齢慢性心不全患者への遠隔看護介入モデル」の作成:文献検討を行い、Wideら(2007)および服部ら(2010)による心不全患者のセルフモニタリングの概念モデルを基盤とした遠隔看護介入モデルを作成した。2.遠隔看護に使用する情報通信機器の選定と看護介入方法の中心であるテレビ電話に使用するアプリの選定:今まで情報通信機器を使用したことのない高齢者でも容易に使用できることを条件に検討を行い、通信状態、経費等も考慮した結果、情報通信機器にi phone4s、使用アプリにface timeを選定し、運用試験を実施した。3.予備調査の実施:作成した「高齢慢性心不全患者への遠隔看護介入モデル」に基づいた介入を対象者1名に3か月間実施した。作成した遠隔看護介入モデルと、使用したスマートフォンやテレビ電話の操作性について確認を行い、本調査での実行可能性に対する示唆を得ることができた。平成24年度中に予備調査を終了する予定であったが、予定対象者数である35名を確保することができず、1名のみの実施に終わった。

通信機器会社との契約の遅れによる調査開始時期の遅れと対象者のリクルートにおいて、家族の反対等があるなど想定外の事由により対象者の確保が困難であったため、平成24年度の達成度としては「やや遅れている。」となった。1.予備調査の実施:平成24年度は協力施設2施設で対象者のリクルートを行ったが、予定対象者数を確保することが困難であったため、今年度は協力施設数を増やし、対象者数を確保する。2.本調査の実施:予備調査の結果を踏まえ、遠隔看護介入を20名程度に実施し、データ収集を行う。平成24年度の予備調査時の対象者数確保の実態を踏まえ、多施設に研究協力依頼を行い、対象者数を確保する。3.研究成果の発表:予備調査を実施した結果、得られた研究成果について学術集会および学術誌上での発表を行う。1.遠隔看護に使用する情報通信機器にかかる費用:契約事務手数料、月々の通信費等2.調査実施にかかる経費:研究協力依頼および研究協力説明のための出張旅費、研究貸し出し用機器(情報通信機器、血圧計、体重計等)の購入費用、調査票作成費用等3.学会発表にかかる経費:参加費、旅費、ポスター作製費用等4.その他:雑費
有機テンプレートを用いない高シリカケージ型大空間ゼオライトの革新的合成手法の開拓

ケージ型大空間ゼオライトはその特徴的な結晶細孔構造から吸着剤や触媒としての工業的利用価値が高いが、多くの場合、従来合成法において高価で複雑な有機テンプレート(骨格を制御するための有機物)の利用が必須であるため、合成プロセスの高コスト化、煩雑化、高環境負荷が問題となっている。このため、有機テンプレートを用いずに有用なゼオライト結晶構造を制御する方法の確立が望まれている。本研究は、種結晶添加法を駆使してケージ型大空間ゼオライトをはじめとする種々のゼオライトの有機テンプレートフリー合成を行い、得られたゼオライトの特性などについて考察する。高シリカケージ型大空間ゼオライトの一つであるCHA型ゼオライトを種結晶添加法により有機テンプレートフリーで合成することを目標とする。これを達成するため、平成26年度は、種結晶および種結晶を添加するためのアルミノシリケート反応混合物の調製と条件探索を実施した。CHA型ゼオライトの種結晶は、有機テンプレートをNa型アルミノシリケート反応混合物に添加し、高温高圧環境下において水熱処理を施すことによって合成を行った。得られた生成物のキャラクタリゼーションを行った結果、生成物はCHA型骨格構造に由来するX線回折パターンを示し、生成物の骨格内シリコンアルミニウム比は約10-12の範囲であることがわかった。今後は、得られたCHA型ゼオライトを種結晶として利用する予定である。一方で、CHA型種結晶を添加するためのアルミノシリケート反応混合物を調製する必要があるため、反応混合物の組成条件探索、およびそこから得られるゼオライトの合成を並行して行った。本研究の目的および研究計画で記載したように、種結晶ゼオライトと様々な組成で調製したアルミノシリケート反応混合物から結晶化するゼオライトの構造類似性に着目した新規コンセプトに基づいて、種結晶添加法を実施する予定である。このことから、CHA型ゼオライト(種結晶)とビルディングユニットレベルでの類似構造を有するゼオライトは、第一候補としてはOFF型ゼオライトであり、このOFF型ゼオライトを合成するための組成および反応条件探索を行った。OFF型ゼオライトはNa型ではなく、有機テンプレートを含まないNa,K型またはK型アルミノシリケート反応混合物を高温高圧環境下で水熱処理を施すことで、合成できることがわかった。そして、OFF型ゼオライトが結晶化する反応混合物の組成条件の最適化に成功した。高シリカケージ型大空間ゼオライトの一つであるCHA型ゼオライトを種結晶添加法により完全な有機テンプレートフリー条件下で合成することを目標とする。過去のゼオライトのテンプレートフリー合成に関する文献を参照しながら、テンプレートを用いて合成したCHA型ゼオライトを種結晶(第一世代)として、テンプレートを含まない反応混合物ゲルに添加した。その後水熱処理を施すことで、CHA型構造を有するゼオライトをテンプレートフリーで合成した(第二世代)。更に、得られた生成物(第二世代)の一部を種結晶としてテンプレートを含まない同組成の反応混合物ゲルに添加し、水熱処理を施した結果、再度CHA型構造を有するゼオライト(第三世代)を結晶化させることに成功した。この結果は、CHA型を完全なテンプレートフリー条件下で繰返し合成できる、低コスト、低環境負荷な“グリーン"合成技術になると期待される。また、第二および第三世代のCHA型は、種結晶と同様にミクロ細孔を有していることを確認した。しかし、種結晶と比較すると第二および第三世代のCHA型の結晶性が低く、ミクロ細孔容積が小さいことがわかった。今後も結晶化メカニズムの解明を含め、合成条件の最適化を行い、高い結晶性と細孔特性を有するCHA型をテンプレートフリーで合成し、CO2等の吸着性能評価を実施する。本研究に関連して、モデルゼオライトとして結晶性が高いβ型ゼオライトを選択し、これにCO2をプローブ分子として骨格に吸着させて吸着熱を評価した。NMR等の結果と併せて考察した結果、β型の骨格中Alの分布がテンプレートを用いる従来法とテンプレートフリー合成法で異なることを発見した。Alの分布はゼオライトの耐久性、触媒特性、吸着特性等に影響するため、結晶性の高い第二および第三世代のCHA型ゼオライトを合成した後、上記の評価手法を応用して性能評価を実施する。平成26年度は、種結晶添加法を用いたCHA型ゼオライトのテンプレートフリー合成を実施するため、CHA型種結晶の合成および種結晶を添加するアルミノシリケート反応混合物組成条件の探索に大幅な研究時間を費やした。まだ、CHA型ゼオライトの種結晶添加法はまだ実施できていないため(次年度に実施予定)、研究進捗状況に関しては、おおむね順調に進展していると判断した。材料化学今後は、昨年度得られた種結晶と反応混合物組成を用いて、CHA型ゼオライトの有機テンプレートフリー合成を検討する。

CHA型の結晶化に成功した後、CHA型ゼオライトを再現性良く結晶化させるための合成条件(反応温度や時間等)の最適化を行う。得られた良好なCHA型ゼオライトに対してはキャラクタリゼーションを行い、産業分野への応用も考慮してCO2をはじめ様々なガス種の吸着性能評価も実施する。このとき、比較としてCHA型以外の有用なゼオライトに関しても吸着性能評価を実施する。並行して、キャラクタリゼーションの結果をもとに、反応混合物中に存在するビルディングユニットや前駆体の役割と結晶化過程における種結晶の役割を推察し、結晶化メカニズムを解明する。次年度での消耗品購入に割り当てるため。次年度での研究遂行に必要な試薬の購入に使用する。
脳の老化過程の二元論的解析に関する基礎的検討

ヒトの老化機構を解明するため、サル類を用いたモデル作出の基礎的検討を行うことが本研究の目的であった。方法としては、MRIを用いた画像解析を主に用い、肉眼的解剖所見、組織学的所見を加えた。その結果、本年度を含むこれまでの研究で、マカク属サルの脳の正常老化の様相が明確になった。サル類の脳の老化像はヒトと現象的にはかなり異なる。すなわち、加齢サルにおいては脳の萎縮や脳室の拡大が極めて微弱である、また血管性の異常も殆ど見られない。対象としたカニクイザルなどのマカク属サルは系統発生学的にヒトに近縁であり、同じ霊長類であり、30年度の寿命を持つ長寿動物であることを考慮に入れると、脳の老化像におけるヒトとサルの違いはヒトの脳の老化に重大な問題を提起している。第一に、血管性の異常がヒトにのみ見られ、サル類には観察されないことであるが、血管の老化が寿命に比例せず、絶対年齢を反映する可能性、何らかの理由でサル類の血管は老化しにくい可能性、あるいはヒトもサルも脳の血管は一般に考えられているほどには老朽化しないが、身体部の血管の老朽化がヒトではサルに比し、早く進行し二次的に脳の血管異常として現れる可能性の三つが考えられた。第二の問題は脳の萎縮がサルで殆ど観察されない理由である。脳の萎縮、脳室の拡大が血管系の老化による栄養補給不全、あるいは老廃物の代謝、分解処理不全によるのであれば、二次的現象として第一の問題に包含される。一方、神経細胞の寿命に起因するとすれば、血管の老化と同様サルとヒトの神経細胞またそれを支持する細胞の生物学的違いがなければならないことになる。本研究は、結果的に比較生物学手法によって、ヒトの脳の老化の特殊性を明確にした。またその結果個体の寿命と脳における血管および神経細胞の寿命の乖離または、一致という課題を提起し、ヒトの脳の老化防止への新たな可能性を示唆したと考えられる。各種霊長類の脳のMRI像ツパイ、リスザル、ミドリザル、カニクイザル、アカゲザル、ニホンザルの脳について多様な条件で撮像し、各種霊長類の生物学的特性とモデルとしての特性の評価を行った。3種のマカク属サルの脳は、大きさこそ違うがよく似ている。しかし全体的バランスからニホンザルでは、大脳特に前頭葉が発達しており、脳の大きな動物ほど解像力が増すこともあって、ヒトのモデルとして用いることにメリットがあるものと考えられた。高齢ニホンザル脳で異常所見を発見ーヒトの老化との異同?ー本年度までの知見では、老齢カニクイザルの脳の老化像はヒトと著しく異なり、動脈硬化に起因するlacunaeやPVHIが全く見られず、脳の萎縮も殆ど見られない。淡蒼球や被殻などにあたる部位に、paramagneticな物質の集積が見られる。サル類では老化しても、ヒトの様な老化像が見られない理由は、ヒトの脳の老化は、動脈硬化などを原因とする血管系の老化と、神経細胞を中心とする脳細胞群の老化(脱落、萎縮)の二元性の現象であるが、サルでは前者が遅れて発現するからであると仮定した。以上の知見が、マカク属サルに普遍的な現象か、また一層加齢の進んだサルではどうかについて検討するため、本年は老齢ニホンザルを用いた。その結果23才齢のサル(♀)では、老齢カニクイザルとほぼ同様の結果が得られ、萎縮、lacunaeやPVHIなどは観察されず、また淡蒼球や被殻などにあたる部位にparamagneticな物質の集積が見られた。ところが28才齢のサル(♀)では、大脳後頭葉から側頭葉にかけて皮質灰白質部に信号強度の低下を示す画像を得た。この異常信号は、T1延長画像で著しくT2延長画像ではあまり顕著ではない。この現象がサル類の脳の加齢に伴う現象であることは確実である。一般的にヒトの老化脳では、白質部の変化を原因とするT2信号強度の増加が見られるので、今回得られた知見はサル特異的現象と思われ、局所になんらかの物質的変化(代謝異常など)が生じている可能性を示唆する。また26才齢ごろのカニクイザルや23才齢のニホンザルでは、このような現象を認めなかったから、サル類の脳の加齢過程では血管の老化が相対的に遅れ、ヒトの脳の老化とは異なった所見を呈する傾向があるとしても、臨界期を過ぎると、急激に脳の実質の退行性変性が進行するものと考えた。マカタ属サルを中心とした研究;前年度の研究で28才齢のニホンザルの脳のMRI像で、萋循と思われる画像が得られたので、今年はその点をさらに解析した。これまでのところ、同様の画像がより若いサルでも存在していることが判明し、28才齢ニホンザルに見られた画像がヒトの脳の萋循と同様か否か疑問となってきた。最終的にはこのサルを実験殺し組織学的に検討しない限り結論は出せないと考える。リスザルを用いた研究;今年度から、リスザルに犬ジステンバーウィルスを投与(脳)し、実験的な脳の萋循モデルを作出する事を目的としたプロジェクトを開始した。現在のことろ、4頭のリスザルのウィルス投与前の正常MRI像を揚存した段階である。コビトキツネザルを用いた研究;

フランスの研究者には、コビトキツネザル(Microcebus)の老化個体において、人間のアルツハイマー病に見られるsenile praqoeや神経原〓〓の変性が、多く見られると報告している。筆者は共同研究の了解を得ており、(主として免疫機構の老化を担当)近々開始する事になっている。その他の研究;本研究はヒトの老化(脳の)のモデルをサルに求め、また相異点の原因を解明することによって、老化機構の解明をはかる事を目的としている。これまでの研究で、サル類の脳の老化がヒトに比し相対的に遅延する理由として、血管の動脈硬化がサルでは、生じにくいと考えて来た。しかし、脳の血管の動脈硬化は、サルのみならずヒトにおいてもこれまでは考えられてきた程には、脳の動脈硬化は生じていないという可能性が出てきた。次年度はこれらの点についても、検討を加えたい。ヒトの老化機構を解明するため、サル類を用いたモデル作出の基礎的検討を行うことが本研究の目的であった。方法としては、MRIを用いた画像解析を主に用い、肉眼的解剖所見、組織学的所見を加えた。その結果、本年度を含むこれまでの研究で、マカク属サルの脳の正常老化の様相が明確になった。サル類の脳の老化像はヒトと現象的にはかなり異なる。すなわち、加齢サルにおいては脳の萎縮や脳室の拡大が極めて微弱である、また血管性の異常も殆ど見られない。対象としたカニクイザルなどのマカク属サルは系統発生学的にヒトに近縁であり、同じ霊長類であり、30年度の寿命を持つ長寿動物であることを考慮に入れると、脳の老化像におけるヒトとサルの違いはヒトの脳の老化に重大な問題を提起している。第一に、血管性の異常がヒトにのみ見られ、サル類には観察されないことであるが、血管の老化が寿命に比例せず、絶対年齢を反映する可能性、何らかの理由でサル類の血管は老化しにくい可能性、あるいはヒトもサルも脳の血管は一般に考えられているほどには老朽化しないが、身体部の血管の老朽化がヒトではサルに比し、早く進行し二次的に脳の血管異常として現れる可能性の三つが考えられた。第二の問題は脳の萎縮がサルで殆ど観察されない理由である。脳の萎縮、脳室の拡大が血管系の老化による栄養補給不全、あるいは老廃物の代謝、分解処理不全によるのであれば、二次的現象として第一の問題に包含される。一方、神経細胞の寿命に起因するとすれば、血管の老化と同様サルとヒトの神経細胞またそれを支持する細胞の生物学的違いがなければならないことになる。本研究は、結果的に比較生物学手法によって、ヒトの脳の老化の特殊性を明確にした。またその結果個体の寿命と脳における血管および神経細胞の寿命の乖離または、一致という課題を提起し、ヒトの脳の老化防止への新たな可能性を示唆したと考えられる。
アスリートの運動時における脳内神経基盤ネットワークの解明

アスリートは高速で動くボールや相手および味方選手の情報を確認して、瞬時に意思決定してプレーに移らなければならない。すなわち、最高の競技パフォーマンスを発揮するためには、注意力、判断力、情報処理能力などの認知実行機能が影響すると考えられている。これまでに、アスリートの認知実行機能は一般健常者と比べて優れていることが明らかにされているが、その生理学的機序は明らかにされていなかった。本研究では機能的磁気共鳴装置(functional Magnetic Resonance Imaging: fMRI)を用いた脳機能イメージング手法に着目して、アスリートが優れた認知実行機能を発揮する生理学的機序の解明を目指している。本年度は、一般健常者8名を対象に安静時における認知実行機能中の脳活動状態にて測定した。認知実行機能の評価には単純課題と実行課題から構成されるストループテストを実施して、それぞれの課題の反応時間やストループ干渉を測定した。脳活動の評価には、3T MRI装置を用いて、認知実行課題中におけるfMRIの撮影を実施し、脳活動部位を特定した。単純課題と実行課題で、脳活動が変化せず同一のパターンを示す非反応群(NON群)と単純課題より実行課題時に有意な脳活動増加を示した反応群(RES群)の2群に分けて、ストループテストの反応時間を検討した。単純課題の反応時間は両群で有意な差は認められなかった。NON群における実行課題の反応時間はRES群に比べて有意に短い値を示した。これらのことから、実行課題における脳活動の増加が少ない者は速く反応できており、脳活動賦活と反応時間は関連する可能性が示唆された。本年度は、fMRIを用いて認知実行機能に関わる脳活動状態を検討することができて、おおむね順調に進展していると考えられる。2018年度は安静時における脳活動状態を検討してきた。2019年度は一過性の運動負荷試験を実施し、その前後にて変化する脳活動状態を検討することが課題となると考えられる。予定していた機器の購入や消耗品の支出が少なく済んだために、次年度使用額が生じた。次年度は、予定よりも被験者を多く募集することができる。また、研究打合せや学会参加費に使用する予定である。
官・民・市民協働による街路樹の多面的な価値創出と管理の可能性

平成30年度は,都市環境の保全,景観形成,生物多様性,防災機能といった街路樹の「存在効果」について,既往文献(E.G.McPherson et.al, 2016)を参考に,北米で普及しつつあるU.S.FOREST SERVICE提供の街路樹データベース・分析ソフト“i-Tree"およびその内部指標を用いて試算する準備を行った。I-Treeの開発者である平林聡氏(Davey Tree/U.S.FOREST SERVICE)を招いた研究会および打ち合わせを行い,日本のデータでの試算方法を検討した。現時点では,京都市,吹田市,神戸市などが比較的データが揃っており,市域地区レベルで試算できる可能性がある。調査実施に向けて,令和元年度も調整を進める。一方,令和元年度以降に維持管理計画への展開方法を探るべく,官民協働の可能性についてアンケート調査を実施し,その成果を『沿道住民の街路樹の維持管理への参加意欲に影響する要因の構造』(川口ら,2018)として発表した。本研究では,沿道住民の地域や街路樹に対する意識を把握し,そこから街路樹の維持管理への参加意欲に影響する要因の構造を,沿道住民へのアンケート調査結果を用いた共分散構造分析によって探った。その結果,「地域の価値認識」の意識が高まると「街路樹の価値認識」に対する意識も同時に高まり,互いに影響を及ぼし合いながら正の強い影響を与え合うことがわかった。「街路樹の維持管理への参加意欲」は,「街路樹の価値認識」に強く影響を受け,「街路樹の価値認識」は,「街路樹の課題認識」に及ぼす影響が弱く,「街路樹の管理状態に対する評価意識」,「街路樹の果たす役割に対する認識」に強く影響を及ぼす構造であることがわかった。i-Treeが既に実装されている米国と我が国では,街路樹の価値の試算に用いるデータの整備状況が大きく異なる。その補正のため,i-Tree開発者と研究会を開催し,完全では無いながらもI-Treeを用いた試算方法が確認された。この確認作業に加えて,試算に足る街路樹データを持つ自治体の確認および提供依頼に時間を要し,平成30年度内に試算するまでは至らなかった。一方,令和元年度以降の維持換地計画への展開検討に向けて,その基盤となる研究は進み,査読付き論文『沿道住民の街路樹の維持管理への参加意欲に影響する要因の構造』(川口ら,2018)として発表するに至った。以上のように,研究の進捗に関する年度間の入れ替えが若干あるものの,概ね計画どおり研究は進捗している。2年目となる令和元年度は,初年度に予定していたi-Treeでの街路樹の存在価値の試算を行う。加えて,i-Treeには実装されていない街路樹の利用価値の試算を,CVMを用いて行う。加えて,海外における街路樹評価およびその維持管理計画への反映について,実践自治体の実態を把握すべく,1街路樹の維持管理計画の類型化(文献調査)と,2典型事例への街路樹管理の市民・事業者の協働手法に関するヒアリング調査を実施する。典型事例は1の結果から決定するが,事前調査からi-Treeのデータおよび分析によって街路樹管理戦略(2016)を立案・実践しているカナダ・オークビル市,官・民・市民の協働による街路樹管理を推進している米国シアトル市を現時点では想定している。

一方,令和元年度以降の維持換地計画への展開検討に向けて,その基盤となる研究は進み,査読付き論文『沿道住民の街路樹の維持管理への参加意欲に影響する要因の構造』(川口ら,2018)として発表するに至った。以上のように,研究の進捗に関する年度間の入れ替えが若干あるものの,概ね計画どおり研究は進捗している。2年目となる令和元年度は,初年度に予定していたi-Treeでの街路樹の存在価値の試算を行う。加えて,i-Treeには実装されていない街路樹の利用価値の試算を,CVMを用いて行う。加えて,海外における街路樹評価およびその維持管理計画への反映について,実践自治体の実態を把握すべく,1街路樹の維持管理計画の類型化(文献調査)と,2典型事例への街路樹管理の市民・事業者の協働手法に関するヒアリング調査を実施する。典型事例は1の結果から決定するが,事前調査からi-Treeのデータおよび分析によって街路樹管理戦略(2016)を立案・実践しているカナダ・オークビル市,官・民・市民の協働による街路樹管理を推進している米国シアトル市を現時点では想定している。街路樹データの入力作業に用いるモバイルPCを,2年目となる令和元年度に購入することとしたため。
ポルフィリンを含む両親媒性高分子電解質による光誘起電子移動反応の制御に関する研究

両親媒性ポリスルホン酸に結合したシクロドデシル基(Cd)は水溶液中において自己会合して疎水性クラスターを形成する.亜鉛テトラフェニルポルフィリン(ZuTPP)をこのCdクラスター中に封じ込める(「個室化」)と,通常では全く見られない特異な光化学的挙動を示すようになることを見い出した.特に顕著な効果として,励起三重項状態が著しく長寿命化することが挙げられる.通常は2ミリ秒程度の寿命が25ミリ秒にも達する寿命となり1桁も長寿命化した。著しい長寿命励起三重項に由来する顕著な現象として,室温以上の高温においてもリン光が認められた.さらに,リン光と共に強い遅延ケイ光も認められた。発光強度の温度依存性を詳しく調べた結果,長寿命励起三重項状態に基づく遅延熱ケイ光であることが判明した.NMRの緩和時間やスピンラベル法によるESRの研究から,Cdクラスターは局所的な分子運動が著しく抑制された硬い組織体であることを明らかにした.個室化されたZuTPPの異常に長い励起三重項寿命は,ZuTPPが硬い微環境中に固定され,運動性が著しく抑制されているとともに外界との相互作用がしゃへいされているためと推定される.長寿命化した励起三重項状態からの電子移動反応をしらべるために,アクセプターとして一連のスルホニウム塩を用い,水系でレーザーホトリシスを行った結果,効率の良い光誘起電子移動反応が認められた.スルホン酸由来のラジカル及びZuTPPのカチオンラジカルは,通常ただちに反応して消失するが,個室化系では両者がCdクラスターの内部と外部に隔てられているため消失が防止されることを認めた.特筆すべき個室化効果として,光誘起電子移動反応の結果生成したZuTPPカチオンラジカルは,Cdクラスター内で著しく長寿命となり,室温の水溶液中でも数時間にわたって存在できることをESRで確認した.両親媒性ポリスルホン酸に結合したシクロドデシル基(Cd)は水溶液中において自己会合して疎水性クラスターを形成する.亜鉛テトラフェニルポルフィリン(ZuTPP)をこのCdクラスター中に封じ込める(「個室化」)と,通常では全く見られない特異な光化学的挙動を示すようになることを見い出した.特に顕著な効果として,励起三重項状態が著しく長寿命化することが挙げられる.通常は2ミリ秒程度の寿命が25ミリ秒にも達する寿命となり1桁も長寿命化した。発光強度の温度依存性を詳しく調べた結果,長寿命励起三重項状態に基づく遅延熱ケイ光であることが判明した.NMRの緩和時間やスピンラベル法によるESRの研究から,Cdクラスターは局所的な分子運動が著しく抑制された硬い組織体であることを明らかにした.個室化されたZuTPPの異常に長い励起三重項寿命は,ZuTPPが硬い微環境中に固定され,運動性が著しく抑制されているとともに外界との相互作用がしゃへいされているためと推定される.長寿命化した励起三重項状態からの電子移動反応をしらべるために,アクセプターとして一連のスルホニウム塩を用い,水系でレーザーホトリシスを行った結果,効率の良い光誘起電子移動反応が認められた.スルホン酸由来のラジカル及びZuTPPのカチオンラジカルは,通常ただちに反応して消失するが,個室化系では両者がCdクラスターの内部と外部に隔てられているため消失が防止されることを認めた.特筆すべき個室化効果として,光誘起電子移動反応の結果生成したZuTPPカチオンラジカルは,Cdクラスター内で著しく長寿命となり,室温の水溶液中でも数時間にわたって存在できることをESRで確認した.これまでの研究から,かさ高い疎水基を含む両親媒性高分子電解質は水溶液中において疎水基が会合してクラスターを形成し,その周囲を荷電セグメントが取りかこんだミセル状の構造を形成することがわかっている。また,このような両親媒性高分子電解質に極く少量共有結合した疎水性発色団は,疎水性相互作用により,クラスター内に包接され,いわゆる「個室化」現象が生じることもわかっている。発色団を効果的に個室化するためには疎水基の大きさ,形状,硬さ等の構造要因が重要である。以上の,当研究代表者らのこれまでの知見に基づき,テトラフェニルポルフィリンを発色団として用いて,これを効率的に個室化するための研究を行った。モノマーとしてテトラフェニルポルフィリン亜鉛錯体(ZuTPP)を側鎔結合したメタクリルアミドを合成し,このモノマーと,種々な疎水基を同様に側鎔結合したメタクリルアミド,及び電解質モノマーとして2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸とを3元ランダム共重合した。こゝで用いた疎水基はラウリル基,ミクロドデシル基アダマンチル基,ナフチルメチル基である。個室化構造の確認には主としてNMRを用いた。また個室化の効果は,水溶液中の吸収・蛍光スペクトル,リン光スペクトル,レーザーホトリシスによる励起3重項吸収により調らべた。これらの結果から,シクロドデシル基が疎水基としてZuTPPの個室化には最も効果的であるという結論を得た。ミクロドデジル基のクラスター内に個室化されたZuTPPの光物理的挙動を調らべた結果,室温でもリン光を発っすること,室温以上の高温で強い遅遅蛍光を出すこと,励起3重項状態の寿命が著しく長いこと等極めて特異な個室化効果を見い出した。

著しい長寿命励起3重項の化学反応への利用を研究中であり,光誘起電子移動反応において有効な電荷分離現象が認められている。両親媒性ポリスルホン酸に結合したシクロドデシル装は水溶液中において自己会合して疎水性のラスターを形成する.亜鉛テトラフェニルポルフィリンをこのクラスター中に「個室化」すると、顕著な効果が発現し,励起三重項状態の寿命が著しく長くなり室温の水溶液状態においても約25ミリ秒にも達することを発見した.低分子のポルフィリンや個室化していない比較系のポルフィリンでは2ミリ秒程度の寿命なので,個室化により1桁も長寿命化したことになる。この著しい長寿命励起三重項に由来する顕著な現象として,室温においてもリン光が認められた。さらに,リン光とともに遅延蛍光が認められ、温度依存性を詳しく調べた結果、長寿命励起三重項状態に基づく遅延熱蛍光であることが判明した。NMRの緩和時間並びにスピンラベル法によるESRの研究から、シクロドデシル基クラスターは高所的な分子運動が抑制された硬い組織体であることを明らかにした。個室化されたポルフィリンの異常に長い励起三重項寿命は、ポルフィリンが硬い微環境中に固定され,運動性が著しく抑制されているとともに外界との相互作用がしゃへいされているためと推定される。長寿命化した励起三重項状態からの電子移動反応を調べるために,アクセプターとして種々なレドックスポテンシャルを有する一連のスルホニウム塩を用い,水溶液中でレーザーホトリシスを行った結果,効果的な光誘起電子移動反応が起こることが認められ,スルホニウム塩由来のラジカルとポルフィリンカチオンラジカルの生成を過渡吸収スペクトルおよびESRスペクトルにより確認した。特筆すべき個室化効果として,光誘起電子移動反応の結果生成したポルフィリンカチオンラジカルの寿命が著しく長くなり,室温の水溶液状態で数時間存在することを認めた.
自己組織化ナノホールによる量子ドット多重トンネル接合形成とスピントロニクス応用

本研究ではナノスピントロニクス素子を形成するために、ナノホール配列中に強磁性体を埋め込み堆積し、これを量子ドットと見なした磁性多重トンネル接合素子の形成の検討、及びその輸送特性の解析などを行った。ナノホールへの強磁性体埋め込みに関しては、陽極酸化電圧を20Vから5Vの範囲で変化することにより、磁性体を直径40nmから10nm程度の範囲で制御可能であることを見出した。また、ナノホール間のアルミナ隔壁をトンネル絶縁膜に用いるのが当初の予定であったが、陽極酸化直後のアルミナ隔壁膜はリーク電流が多く、熱処理後(500-700°C)ではリーク電流の低減はあるものの欠陥準位を介したプール・フレンケル伝導が主体であることがわかった。従って、さらに良好なトンネル特性を得るためには、絶縁膜中の欠陥の低減が必要であることが判明した。また、トンネル磁気抵抗素子のスイッチング特性を高精度にコントロールするため、磁性量子ドットの結晶性の向上および磁気異方性の制御を試みた。そのため、ポーラスアルミナ・ナノホール配列を単結晶シリコン基板上に形成し、ナノホール底部のアモルファスアルミナ層を除去して、ホール底部からの磁性体ナノドットのヘテロエピタキシャル成長を行う方法を検討した。また理論面からは、TMR比の増大に対する信頼性の高い理論を得るべく,クーロン・ブロッケイド制御のための基本構造である強磁性量子ドット(C-SET構造)に対し,高次のコトンネリングを考慮したトンネル電流およびトンネルコンダクタンスの解析的な表式を求めた。また、トンネルモードから純粋接合まで系統的に記述しうるよう非平衡グリーン関数法を用いて上記理論の拡張を行い、TMR比の増大に対する最適化の条件を理論的に詰める手法を開拓した。実験的アプローチでは、シリコン基板上にシリコン酸化膜を形成し、その上部に陽極酸化アルミナナノホール自己組織配列を形成した。陽極酸化電圧を10V以下に下げた場合、著しいナノホール直径及び間隔の微細化が起き、平均間隔20nmが5Vで達成されることを確認した。このような極微細ナノホールへのコバルトの電解めっき埋め込みを行い、平均直径15nmのコバルト柱配列形成に成功した。また、平均間隔90nmでの高規則化ナノホールにおいて、シリコン基板上への直接成長にて、底部バリア膜の完全除去と側壁バリア膜の残存の両立が可能であることを見出した。これにより、シリコン基板上へのナノホール内部へのヘテロエピタキシャル成長ナノワイヤ配列形成への道が開かれた。また、シリコン基板上のナノホール配列の900°C熱処理後での安定性が確認でき、高安定なトンネルバリア膜形成が可能であることがわかった。理論面からは、ナノ構造でのトンネル伝導特性の解析に供するものとして、いくつかの考察を行った。第1は1次元的と考えてよい中央電極(アイランド)を持つ二重トンネル接合でのクーロン・ブロッケイドを記述する理論である。これは、電極すべてが1次元的と考えてよい状況へ容易に拡張可能であるが、非常に細いナノホール系でのトンネル伝導の基礎検討に対応する。この研究は、伝統ある国際会議であるEP2DS-15(岩渕はこの組織委員の一人)で発表されるとともに、論文として第一報が現在in-pressの状態であり、その後の検討が進行中である。第2はクーロン・ブロッケイドの理論的枠組みとして、いわゆるC-SET理論の完成であり、これは現在accepted状態にある。さらに、第3として、強磁性2重トンネル接合でのクーロン・ブロッケイドの記述に必須の高次のトンネル効果の考慮を経路積分法で行う理論の定式化に成功した。これは、現在細部を詰め、来年度の論文発表等に向け種々検討段階に来ている。

実験的アプローチでは,シリコン基板上にシリコン酸化膜を形成し、その上部に陽極酸化アルミナナノホール自己組織配列を形成し、さらにナノホール下部のアモルファス絶縁膜の選択的除去に成功した。これにより、シリコン基板上へのナノホール内部へのヘテロエピタキシャル成長ナノワイヤ配列形成への道が開かれた。また、シリコン基板上のナノホール配列の900°C熱処理後での安定性が確認でき、高安定なトンネルバリア膜形成が可能であることがわかった。また、陽極酸化電圧を2Vから10Vの範囲で変化させ、ナノホール直径及び密度の電圧依存性を評価した結果、平均ホール径10nm以下、平均ピッチ20nm以下が3V以下で達成可能であることがわかった。また、強磁性体の電解めっき堆積に関して、本年度新たにFePt合金薄膜の堆積を行い、高保磁力化対応可能なナノ磁性体形成技術を確立した。理論面からは、ナノ構造でのトンネル伝導特性の解析に供するものとして、特に以下の二点について研究を進めた:(1)ナノサイズの1次元金属をアイランドとする2重トンネル接合でのクーロン・ブロッケイド理論を有限温度に拡張し,帯電エネルギー、ラッテインジャーパラメター、アイランドの大きさに加え,温度をパラメターとして系のトンネル伝導特性を解析できるようにした(発表済)。(2)ナノサイズ強磁性トンネル接合でのクーロン・ブロッケイドに起因する巨大磁気抵抗変化率の出現を解析すべく,高次のトンネル効果を取り込んだ経路積分法に基く理論の構築を行った(投稿準備中)本研究ではナノメーターサイズのスピントロニクス素子を形成するために、自己組織化法であるアルミニウム陽極酸化ナノホール配列を利用した新規なトンネル接合素子の形成、単一電子効果、多重トンネル接合での電子輸送特性の解析・評価などを通して、新規なスピントロニクス素子の実現への道を切り拓くことを目的とする。本年度においては、トンネル磁気抵抗素子のスイッチング特性を高精度にコントロールするため、磁性量子ドットの結晶性の向上および磁気異方性の制御を試みた。そのため、ポーラスアルミナ・ナノホール配列を単結晶シリコン基板上に形成し、ナノホールの底部のアモルファスアルミナ層を除去してホール底部にシリコン基板を露出させ、ホール底部からの磁性体ナノドットのヘテロエピタキシャル成長を試みた。様々な検討の結果、鉄シリサイド及び銅のエピタキシャル成長に成功した。また、磁性単電子トランジスタの形成に必要不可欠なトンネルバリア膜に関して、ナノホール隔壁膜(アルミナ)の電子輸送特性に関して、陽極酸化後の熱処理温度依存性、膜厚依存性などの基礎特性を評価した。その結果、陽極酸化直後のアルミナ隔壁膜はリーク電流が多く、熱処理温度500-700°Cではリーク電流の低減はあるものの欠陥準位を介したプール・フレンケル伝導が主体であることがわかった。良好なトンネル特性を得るためには、絶縁膜中の欠陥の低減が必要であり、さらなる高温熱処理あるいは酸素ラジカル照射などを検討すべきと考えられる。また理論面からは、TMR比の増大に対する信頼性の高い理論を得るべく,クーロン・ブロッケイド制御のための基本構造である強磁性量子ドット(C-SET構造)に対し,高次のコトンネリングを考慮したトンネル電流およびトンネルコンダクタンスの解析的な表式を場の理論に基づく経路積分法により求めた。
自然免疫ネットワークを応用した口腔感染症と口腔癌における新しい治療の展開

自然免疫機構に関連する様々な宿主防御ペプチドを用いた、抗菌効果と抗腫瘍効果について検討した。また、カセリシジン・ファミリーで唯一ヒトに発現している塩基性抗菌蛋白質(hCAP18)ペプチドによる細胞内伝達経路の解析を行った。その結果、hCAP18とデイフェンシン、乳酸菌由来ペプチドのラクタシンとの併用効果により抗菌及び抗腫瘍効果の増強作用が示された。また、hCAP18をコードするCAMP遺伝子が、腫瘍抑制遺伝子として働くことを明らかにした。1.hCAP18/LL-37合成ペプチドと他の抗菌蛋白質およびペプチドの併用効果による口腔感染症の制御生体内では,単独の抗菌ペプチドで殺菌効果を示すことはなく,多くは様々な抗菌ペプチドによる相互作用で,殺菌作用が有効になされるものと推測される.そこで,hCAP18/LL-37とdefensin,lactacin,lactferrinの単独及び併用による歯周炎関連菌に対する殺菌効果を検討した.その結果,lactferrin以外は,殺菌効果の増強を認めた.hCAP18/LL-37にlactacinを併用することにより,相加的な,または,defensinとの併用により相乗的な殺菌効果を示した.2.hCAP18/LL-37による抗腫瘍効果増強の試みhCAP18/LL-37 27残基合成ペプチドを用いて,癌細胞に対する選択性を保持したまま殺細胞効果を増強する試みを検討した.hCAP18/LL-37とdefensin,lactacin,lactferrinの併用による殺細胞効果への相加および相乗作用の有無について検証した.その結果,defensinは抗腫瘍効果の増強がみられなかったが,lactacinまたはlactferrinとの併用により,相加的に抗腫瘍効果が増強した.2つの抗菌物質を用いることで,単独に比べ,濃度を低く抑えられることが示唆された.3.抗菌ペプチドによる樹状細胞の分化誘導とTリンパ球誘導作用hCAP18/LL-37の27残基合成ペプチドが,樹状細胞の表面抗原のHLA-DRやCD86分子の発現の増強を検討した.その結果,hCAP18/LL-37濃度依存性に樹状細胞に発現するHLA-DRやCD86分子を発現増強することを確認した.このことから,癌細胞をすみやかに認識させ生体内免疫機構による癌細胞の排除を促進する可能性が推測された.また,hCAP18/LL-37は,T細胞の異常増殖による免疫異常をきたした際に,活性化T細胞に選択的に殺細胞効果を発揮することを明らかにした.この効果は,癌細胞で認められたアポトーシスの増強によることを示した.1)-2.hCAP18/LL-37発現誘導による健常上皮細胞と扁平上皮癌細胞の抗菌作用増強効果の検討hCAP18/LL-37の発現制御について,培養ヒト細胞において,活性型ビタミンD3処理によるhCAP18/LL-37mRNAの誘導を試み,健常上皮と癌細胞の反応性の差を検討した.その結果ヒト2倍体健常上皮細胞HaCaTでは,活性型ビタミンD3処理でhCAP18/LL-37mRNAが誘導されたが,ヒト培養口腔扁平上皮癌細胞株11種では,活性型ビタミンD3処理でhCAP18/LL-37mRNAが誘導されなかった.そこで,活性型ビタミンD3でhCAP18/LL-37mRNAが誘導されたHaCaT細胞を鋳型にして,口腔扁平上皮癌細胞SAS-H1に遺伝子導入を行い,G418の選択培地でhCAP18/LL-37高発現癌細胞安定株を得た.本細胞を用いてhCAP18/LL-37の産生分泌をウエスタンブロット法で確認したところ,細胞質画分で約14kDaのhCAP18蛋白質とプロセッシング後の5kDaペプチドが確認され,培養上清でも同様の5kDaペプチドであるLL-37が検出された.そこで,この培養上清を用いて,Streptococcus mutans BHTおよびStreptococcus mutans Ingbrittに対する抗菌効果を検討し,殺菌効果が得られることを確認した.2)-2.hCAP18/LL-37ペプチドの健常上皮細胞と癌細胞における取り込み経路の解析とシグナル伝達への修飾hCAP18/LL-37による細胞情報伝達機構の解析を進めるため,上記のhCAP18/LL-37遺伝子導入癌細胞を用いて,hCAP18/LL-37peptideによる反応性をみたところ,Mock細胞では,ペプチドによる殺細胞効果が得られたが,導入癌細胞では反応性が消失した.このことは,hCAP18/LL-37を自ら産生分泌をする細胞では,細胞の維持にhCAP18/LL-37が役割を担っており,また,癌細胞にhCAP18/LL-37を発現させることにより,細胞浸潤や基質分解酵素産生低下をみることから,hCAP18/LL-37が癌抑制遺伝子と同様の機能を担う可能性が示唆された.hCAP18/LL-37による健常細胞と癌細胞の選択的効果の解析健常上皮細胞と癌細胞におけるhCAP

18/LL-37合成27残基ペプチドによる細胞効果の違いを、細胞内Ca^<2+>反応を中心に検討した。Ca^<2+>共存または非依存下でのペプチド処理を行った際の両細胞間での反応性の違いをFura-2AMでラベルした細胞を用い,Arugus HSCA蛍光イメージング装置により観察した。その結果、扁平上皮癌細胞SAS-H1とヒト2倍体上皮細胞HaCaTは、ともに細胞内Ca^<2+>ストアである小胞体からCa^<2+>放出がみちれた。しかし、SAS-H1細胞ではペプチドによる細胞膜ポア形成がみられたが、HaCaT細胞ではポア形成をみる細胞は少数に過ぎなかった。SAS-H1細胞ではthapsigarginで小胞体Ca^<2+>ストアを枯渇しても細胞膜ポア形成は抑制できなかった。従って、細胞膜ポア形成能と小胞体からのCa^<2+>放出は同時並行的に起きており、両者は関連しないことが示唆された。そこで、ペプチド処理によるネクローシスの可能性を検討したところ、Ca^<2+>非依存化での処理で細胞膜ポアを形成して、ネクローシスを来すことが示された。このことから、hCAP18/LL-37合成27残基ペプチドがアポトーシスとともにネクローシスの誘導を行い、抗腫瘍効果の増強に寄与することが推測された。抗菌ペプチドによる核内シグナル促進機構の解明ヒト樹状細胞および扁平上皮癌細胞SAS-H1と2倍体上皮細胞HaCaTにおけるhCAP18/LL-37合成27残基ペプチドの核内蛋白への移行を検討した。その結果、核分画で蛍光ラベルを行ったペプチドが移行することが樹状細胞で確認されたが、SAS-H1とHaCaT細胞では認めることができなかった。一方、hCAP18/LL-37による転写因子としてNFκ-Bの制御についてCATレポーターアッセイによる転写活性を検討しが、転写活性の増強はみられなかった。このことから、本ペプチドによる未知の転写因子の可能性を含めて検討することが必要とされた。