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小児悪性固形腫瘍癌幹細胞におけるアルデヒド脱水素酵素1の発現に関する研究

近年アルデヒド脱水素酵素1(ALDH1)が癌幹細胞マーカーとなることが報告されている。しかし小児悪性固形腫瘍における報告はないため、新たな癌幹細胞マーカーとしてALDH1に着目し、横紋筋肉腫におけるALDH1活性上昇細胞群のコロニー形成能、多分化能、薬剤耐性能を検討した。胎児型横紋筋肉腫の細胞株であるRDおよびKYM-1において、活性上昇群のコロニー形成能、脂肪細胞への分化能、薬剤耐性能は活性低下群に比べ全て亢進していたため、横紋筋肉腫においてALDH1活性上昇細胞群は癌幹細胞の性格を有する可能性が示唆され、新たな治療標的となると考えられた。平成25年度の研究計画として「小児悪性固形腫瘍におけるALDH1活性と臨床背景との相関を明らかにし、細胞株におけるALDH1の役割を検討する」ことを立案した。まず「臨床検体での癌幹細胞の検出と臨床背景との相関」について、当科の横紋筋肉腫の検体を抗ALDH1抗体による免疫染色を行った。その結果胎児型と胞巣型の検体において、ともに抗ALDH1抗体で染色された。特に化学療法後の検体では染色される細胞が増加しており、ALDH1活性上昇細胞が高い薬剤耐性能を持つ可能性が示唆された。次に胎児型横紋筋肉腫において、ALDH1活性上昇細胞群が癌幹細胞の性格を有するとの仮説に基づいて、活性上昇群におけるコロニー形成能、多分化能、薬剤耐性能を検討した。胎児型横紋筋肉腫の細胞株RDを用いてフローサイトメトリーによりALDH1活性上昇群と活性低下群に分離したところ、活性上昇群の割合は5.8%であった。コロニー形成能は、活性低下群では6 1well(6 well plate)あたり平均21.3個であったのに対し活性上昇群では平均36.3個と亢進していた。また脂肪細胞への分化を表すoil red O染色細胞は、活性非上昇群に比べ活性上昇群で増加した。薬剤耐性能は、各薬剤ともに活性上昇群の生存率が有意に亢進した。造腫瘍能は、1000個および10000個の活性上昇群を皮下注したNOD/SCIDマウスでは腫瘍形成を認めたが、活性非上昇群では10000個を皮下注したマウスでも腫瘍形成を認めなかった。以上よりRDにおいて、ALDH1活性上昇群は高いコロニー形成能、薬剤耐性能、多分化能を持ち、さらに造腫瘍能の亢進を認めることから、癌幹細胞の性質を有する可能性が示唆された。平成26年度の研究計画として「小児悪性固形腫瘍におけるALDH1活性と遺伝子変化に関する検討、およびALDH活性阻害による抗腫瘍効果を検討する」ことを立案した。前年度までの実験(胎児型横紋筋肉腫の細胞株RD)に加え、同じく胎児型横紋筋肉腫の細胞株であるKYM-1を用いて同様の実験を行い、RDおよびKYM-1においてALDH1活性上昇群は高いコロニー形成能、薬剤耐性能、多分化能を持ち、さらに造腫瘍能の亢進を認めることから、癌幹細胞の性質を有する可能性が示唆された。これまでの結果をまとめ、国内学会(日本外科学会、日本がん転移学会、日本小児血液・がん学会)および海外学会(International Society of Paediatric Oncology)で発表した。また現在海外雑誌(PLoS One)に投稿中である。小児悪性固形腫瘍における遺伝子変化については、リアルタイムPCRを用いて、RD細胞の活性上昇群と活性非上昇群との間でStemness geneおよびOncogene(癌遺伝子)の発現を比較した。その結果Oncogeneであるc-Mycの発現に差は認めなかったが、活性上昇群においてStemness geneであるSox2の発現の上昇を認めた。このことからもALDH1活性上昇群が癌幹細胞としての性質を有する可能性が示唆された。前年度までの実験(胎児型横紋筋肉腫の細胞株RD)に加え、同じく胎児型横紋筋肉腫の細胞株であるKYM-1を用いて同様の実験を行い、胎児型横紋筋肉腫においてALDH1活性上昇群は癌幹細胞の性質を有することを海外雑誌(PLoS One)で報告した。平成27年度の研究計画として「ALDH活性阻害による抗腫瘍効果を検討する」ことを立案した。最近成人領域の腫瘍において、慢性アルコール中毒に対する抗酒療法に用いるジスルフィラム(DSF)が、ALDH阻害作用により癌幹細胞に対する増殖抑制効果を持つことが報告されており、胎児型横紋筋肉腫癌幹細胞に対するDSFの増殖抑制効果を検討した。その結果、DSFはALDH1活性上昇細胞群の割合を有意に減少させ、またヌードマウスの皮下に移植した腫瘍の増殖を抑制した。これらの結果から、DSFは胎児型横紋筋肉腫の癌幹細胞の自己複製能および造腫瘍能を抑制し、横紋筋肉腫癌幹細胞を標的とした新規治療薬として有用である可能性が示唆された。またジスルフィラムは抗癌剤と比較して安価であり安全性が高いため、早い段階での臨床応用が期待できる。

胎児型横紋筋肉腫の細胞株であるRDおよびKYM-1において、活性上昇群のコロニー形成能、脂肪細胞への分化能、薬剤耐性能は活性低下群に比べ全て亢進していたため、横紋筋肉腫においてALDH1活性上昇細胞群は癌幹細胞の性格を有する可能性が示唆され、新たな治療標的となると考えられた。上記の通り胎児型横紋筋肉腫の細胞株においては、RDおよびKYM-1を用いて上記の結果を得ることができたため、研究はおおむね順調に進展していると考える。その一方で横紋筋肉腫におけるもう一つの組織型である胞巣型の細胞株においては、同様の結果は得られていないのが現状である。胎児型横紋筋肉腫の臨床検体を用いた研究を継続していくとともに、胞巣型の細胞株においても、ALDH1活性上昇群の性質を解明していく予定である。小児がん現在ALDH1活性上昇群において特異的に上昇している新たなマーカーの同定を検討中である。具体的な方法としては、ALDH1活性上昇群における遺伝子発現および細胞表面マーカーの発現を、DNAマイクロアレイや抗体アレイを用いて網羅的に解析を施行する予定である。最近の成人領域の腫瘍において、慢性アルコール中毒に対する抗酒療法に用いるジスルフィラムが抗腫瘍効果を持つことが報告されている。またジスルフィラムはALDHを阻害する薬剤であることから、ALDH1活性上昇群の細胞を標的とする治療につながることが期待されるため、現在RDおよびKYM-1を用いて実験を施行中である。上記の通り胎児型横紋筋肉腫の細胞株においては研究はおおむね順調に進展していると考えるが、横紋筋肉腫におけるもう一つの組織型である胞巣型の細胞株においては、同様の結果は得られていないのが現状である。ALDH1は横紋筋肉腫において癌幹細胞マーカーとして有用であると考えられるが、その一方でALDH1は正常細胞でも発現しているため、ALDH1単独では治療対象とならない可能性がある。そのため、ALDH1活性上昇群において特異的に上昇している新たなマーカーの同定を検討している。次年度に必要な試薬を購入するのに必要であるため。臨床応用可能な癌幹細胞マーカーを同定するための抗体を購入する。
成人期の軽度発達障害患者における聴覚性感覚記憶の障害に関する研究

本研究は、成人期の軽度発達障害、主に注意欠陥/多動性障害(以下、AD/HD)と広汎性発達障害(以下、PDD)における認知の障害をミスマッチ陰性電位(mismatch negativity、以下MMN)などの事象関連電位(ERP)を用いて明らか}こすることを目的とする。MMNは、聴覚性感覚記憶を基盤とした自動的な無意識認知を反映する精神生理学的反応である。対象となる軽度発達障害は、かつては小児期だけの問題と捉えられていたが、近年、成人期でもその行動特性が持続して、様々な精神疾患を合併しやすいと言われて精神科臨床場面において注目されてきている。しかしながら成人期の発達障害に対するERP研究は数えるほどであり、今回成人期に持続する軽度発達障害の脳病態の解明にMMNをはじめとした脚を測定することは、診断治療効果判定の進歩に大いに寄与すると考えられる。また、PDDと鑑別困難例も散見される統合失調症との比較対照を行うことで、両者の鑑別診断の補助となることも期待できる。今年度は事象関連電位の正常対照群を作成することを目的とした。機器としては日本光電NeruroPack MEB2200を用いた。計測は専門のスタッフが施行した。計測は聴性Oddball課題、聴性Attention課題、聴性Reading課題とした。Oddball課題よりN2bとP300を、Attention課題よりNdを、Reading課題よりMMNを求めることとした。今年度の参加者は、精神疾患の既往が無く、今まで向精神薬投薬を受けたことのない成人であり、男性8名、女性7名の計15名である。平均年齢は30.4歳(S.D.=7.9歳)であった。結果については、集計中に東北関東大震災の被害にあい、現在データは解析中である。本研究は、成人期の軽度発達障害、主に注意欠陥/多動性障害(以下、AD/HD)と広汎性発達障害(以下、PDD)における認知の障害をミスマッチ陰性電位(mismatch negativity、以下MMN)などの事象関連電位(ERP)を用いて明らかにすることを目的とする。しかしながら成人期の発達障害に対するERP研究は数えるほどであり、電気生理学的所見を得ることには意義があると考えられる。今年度は論文報告1件と学会発表1件を行った。論文報告では54名のAD/HD、43名の統合失調症(以下、SZ)、40名の健常対象群(以下、HC)のERPの比較検討を行った。結果としてlate Nd(選択的注意の指標)においてletency SZ>HC、N2b(刺激に対する意識的注意)においてletency SZ>HC、P300(随意的情報処理)においてletency SZ>HC、amplitude HC>ADHD>SZと有意差が出た。このことから、小児AD/HDではP300の振幅の減衰、潜時の延長という報告が散見されるが、今回のadult AD/HD群では潜時の延長がみられず、成長により認知機能のスピードが回復している可能性を示唆した。また、第41回日本臨床神経生理学会のシンポジウム7"ミスマッチ陰性電位の有用性"において「MMNと発達障害」というテーマで成人AD/HD19名、HC群15名のMMNの比較検討を提示した。結果は左耳刺激MMNではAD/HD群の有意な潜時の延長を認めたが、振幅の減衰は認めなかった。これは従来報告されてきた小児AD/HDのMMNの振幅減衰と異なる結果であり、成長によりMMN振幅の減衰が改善する可能性を示唆した。MMNは聴覚性感覚記憶を基盤とした自動的な無意識認知を反映する精神生理学的反応である。対象となる軽度発達障害は、小児期だけにとどまらず、近年、成人期でもその行動特性が持続して、様々な精神疾患を合併しやすいと言われてきている。今年度は学会発表2件を行った。2013/11/08に第43回日本臨床神経生理学会学術大会にて「成人期注意欠陥多動障害患者における塩酸メチルフェニデート投薬によるミスマッチ陰性電位の変化」を報告した。これは成人期AD/HD患者16名に対して塩酸メチルフェニデートを投与して聴覚性感覚記憶の指標とされるMMNの変化を報告したもので、結果としては同薬の投薬によってMMNの振幅、潜時とも有意な変化はみられなかった。これは小児における先行研究のWinsbergら(1993)と同様であったがSawadaら(2010)とは異なる結果であった。同学会の11/09にはシンポジウムとして「精神障害の病態解明への神経生理学の貢献精神障害診断バッテリーPsycopros-F08の取り組み」について報告し、我々の施設におけるERPの臨床応用の可能性について報告した。

本研究は、成人期の軽度発達障害、主に注意欠陥/多動性障害(以下、AD/HD)と広汎性発達障害(以下、PDD)における認知の障害をミスマッチ陰性電位(mismatch negativity、以下MMN)などの事象関連電位(ERP)を用いて明らかにすることを目的とする。MMNは、聴覚性感覚記憶を基盤とした自動的な無意識認知を反映する精神生理学的反応である。対象となる軽度発達障害は、かつては小児期だけの問題と捉えられていたが、近年、成人期でもその行動特性が持続して、様々な精神疾患を合併しやすいと言われて精神科臨床場面において注目されてきている。しかしながら成人期の発達障害に対するERP研究は数えるほどであり、電気生理学的所見を得ることには意義があると考えられる。今年度は論文報告を1件、学会発表を1件行うことが出来た。新たなデータ集計も健常対象群、AD/HD群それぞれ10数例と統計解析を掛けることが可能なだけの一定の数が集まってきており引き続き目標20例を目指す予定である。その一方で、PDD群のデータ集積は予定通り進行していない。そのため、全体としてはおおむね順調であると判断する。25年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は学会発表を2件行うことが出来て、そのうち1件は目標としていた国際学会でのポスター発表であった。そのため、研究報告の英文化に一定のめどがついたが、昨年度のように論文掲載までは至らなかった。そのため現在の進捗状況はおおむね順調であるが、尚、努力を要すると判断する。AD/HD症例の集積はおおむね順調であるが、健常対象群とPDD症例を集めることをさらに推進する必要がある。また、研究成果の発表を国内学会のみならず、国際学会でも行い、英文論文化の作業を引き続き進める必要があると考える。AD/HD症例の研究報告はおおむね順調である。これまでAD/HD症例群において、メチルフェニデート投薬前後の事象関連電位データが集積されてきているが、報告まで至っていない。そのため、この解析と研究報告を行う予定である。また最終年度にあたる平成25年度は研究成果早急に英文論文し、雑誌掲載を目指す必要がある。そのため、論文投稿を2編行うことを目標とする。
酸素原子による有機金属化合物の化学活性化反応-non-RRKM挙動の解明-

励起状態の関与した化学反応においては,分子の内部エネルギーのランダム化と反応過程の相互関係が未だ十分に理解されておらず,また非断熱遷移が反応動力学に及ぼす効果についても不完全な理解に留まっている.これらの現象については,中心に重原子を含む有機金属化合物と,基底状態が三重項である酸素原子や関連する酸素活性種との反応を化学活性化の反応系として選ぶことにより,新規な理解の糸口が得られるものと期待される.この反応系は今までの検討例がごく限られており,それ自体としても興味深い研究対象である.本年度は以下のような計画・方法によって研究を進行させた.1.自然発火性の有機金属化合物(特にシラン)と酸素化学種との総括的な反応機構を理解し,以後に行う,より詳細な素反応の検討の為の基礎を造る.このために,対向噴流拡散火炎法を用いて,発火や消炎の現象は解明し,更に添加物効果等に基ずいて反応機構の理解を計る.また化学発光を測定する.2.低圧の反応セル中でシランとオゾンとの反応について速度論的な検討と励起化学種の生成過程の解明を計る.以上のような検討により,シランと酸素,オゾンとの反応の総括的な反応機構が考察できる,化学発光の解析等によって,シリルラジカルと酸素の反応の後続反応,シリレンの電子励起状態の同定とその生成過程等が今後,素反応として検討すべぎ課題である事も明らかにした.更に,化学活性化反応として興味深い,シランと励起酸素原子の反応の検討のための反応システムうを試作,整備した.励起状態の関与した化学反応においては,分子の内部エネルギーのランダム化と反応過程の相互関係が未だ十分に理解されておらず,また非断熱遷移が反応動力学に及ぼす効果についても不完全な理解に留まっている.これらの現象については,中心に重原子を含む有機金属化合物と,基底状態が三重項である酸素原子や関連する酸素活性種との反応を化学活性化の反応系として選ぶことにより,新規な理解の糸口が得られるものと期待される.この反応系は今までの検討例がごく限られており,それ自体としても興味深い研究対象である.本年度は以下のような計画・方法によって研究を進行させた.1.自然発火性の有機金属化合物(特にシラン)と酸素化学種との総括的な反応機構を理解し,以後に行う,より詳細な素反応の検討の為の基礎を造る.このために,対向噴流拡散火炎法を用いて,発火や消炎の現象は解明し,更に添加物効果等に基ずいて反応機構の理解を計る.また化学発光を測定する.2.低圧の反応セル中でシランとオゾンとの反応について速度論的な検討と励起化学種の生成過程の解明を計る.以上のような検討により,シランと酸素,オゾンとの反応の総括的な反応機構が考察できる,化学発光の解析等によって,シリルラジカルと酸素の反応の後続反応,シリレンの電子励起状態の同定とその生成過程等が今後,素反応として検討すべぎ課題である事も明らかにした.更に,化学活性化反応として興味深い,シランと励起酸素原子の反応の検討のための反応システムうを試作,整備した.
アルツハイマー病のインスリン抵抗性を標的とするアポモルフィン治療法の開発

アルツハイマー病(AD)は認知症の主因である。近年、ADは「3型糖尿病」と言われている。私たちは以前、神経細胞内のアミロイドβ(Aβ)の分解促進薬としてアポモルフィン(APO)を同定した。APOはインスリン抵抗性を改善させる。本研究では、3xTg-ADマウスにstreptozotocin (STZ)注射で1型糖尿病、また高フルクトース食(HFuD)で2型糖尿病を誘導した。HFuD群よりもSTZ群で認知障害悪化や毒性ターンAβ42の増加があきらかであった。さらに、毒性ターンAβ42は神経細胞内でタウ蛋白オリゴマーと共凝集していた。今後、糖尿病+ADマウスにおいて新規のAD治療法開発を進めていく。Streptozotocin (STZ)注射による1型DM誘導については、致死的でない至適用量を決定し、長期にわたって安定的に高血糖となるマウスモデルを作成した。また、高脂肪食飼育(HFaD)では耐糖能異常の個体差が大きいため、高フルクトース食飼育(HFrD)に切り替えて、安定的なインスリン抵抗性上昇モデルを作成した。現在、記憶機能を解析中で、さらに病理学的解析を進める予定である。【3xTg-ADマウスにおける末梢インスリン抵抗性・分泌能と記憶障害の相関】アルツハイマー病(AD)モデルの3xTg-ADマウスの6ヶ月齢9匹および16ヶ月齢の19匹で、空腹時インスリンレベル、インスリン負荷試験、モリス水迷路(MWM)による記憶機能を解析した。6ヶ月齢マウス群においては、MWMにおける記憶機能障害と空腹時インスリンCペプチドレベルが相関し、記憶障害に対する末梢インスリン抵抗性上昇の影響が示唆された。一方、16ヶ月齢では、インスリン反応性と記憶障害の相関はあきらかでなかったが、インスリン分泌低下と記憶障害の相関傾向が見られた。従って、若年期はインスリン抵抗性が、高齢期はむしろインスリン分泌低下が記憶障害に影響していると推察された。【AD患者におけるインスリン抵抗性と認知症の進行】アルツハイマー病(AD)モデルの3xTg-ADマウスの6ヶ月齢8匹に対して、インスリン分泌低下型の1型糖尿病(DM)を誘導するstreptozotocinを連続5日間注射した。注射3ヶ月後のモリス水迷路(MWM)で8匹中4匹の記憶障害が悪化しており、インスリン分泌低下と認知障害が相関していた。一方、6ヶ月齢3xTg-AD 5匹に高フルクトース食(60%)・水(10%)を3ヶ月間与えて2型DMを誘導したところ、予想に反して4匹で記憶機能の改善が見られ、記憶障害が悪化した1匹では末梢インスリン反応性の低下が見られた。従って、インスリン抵抗性上昇及びインスリン分泌低下ともADマウスの記憶障害を促進すると推察された。【アポモルフィン(APO)治療とAD神経細胞のインスリン抵抗性】6か月及び12か月齢の3xTg-AD (各n=8)に対してAPO 5 mg/kgを週一回計5回皮下注射し、治療前後のMWMで有意な記憶力の改善を認めた。また、脳組織のウェスタンブロット及び免疫染色で、インスリン分解酵素(IDE)レベルの上昇及びセリンリン酸化インスリン受容体基質-1 (pS616-, pS636+639-IRS-1)レベルの低下を認め、APOによる神経細胞のインスリンシグナリング及びインスリン抵抗性の改善が示唆された(Nakamura et al,投稿中, 2016)。【AD患者に対するアポモルフィン治療】NHO大牟田病院において、AD患者5名に対してAPO注射を週一回3ヶ月間実施し、ADAS-Jcogの言語記憶で一定の改善を認め、実際のAD患者に対するAPO治療の有用性が示唆された。1型糖尿病あるいは2型糖尿病合併の3xTg-ADマウス作成は安定してきたので、解析のN数を増やしているところである。また、AD患者に対するアポモルフィンがある程度奏効することを確認できた。さらに糖尿病合併3xTg-ADマウスに対するアポモルフィンの有効性を確認することで、AD患者に対する臨床治験とともに近い将来の事業化へ向けた成果を得られると考えている。アルツハイマー病(AD)モデルの3xTg-ADマウスの6ヶ月齢に対して、インスリン分泌低下型の1型糖尿病(DM)を誘導するstreptozotocin (STZ)連続5日間注射モデル、高フルクトース食(HFuD)を3ヶ月間与えた2型DMモデル、および正常対象食を与えた対照群を各n=12で作成した。STZ注射3ヶ月後のモリス水迷路(MWM)で記憶障害が悪化し、対照的にHFuD群では記憶機能の有意な改善が見られた。【DM合併3xTg-ADマウスにおける毒性ターンAβ42の形成促進】Aβ42のターン構造変化により分解抵抗性が上昇し、神経毒性が増強されることが知られている。上記のマウスでは、HFuDよりもSTZ処理で認知障害と毒性ターン構造Aβ42レベルが相関しており、同時にリン酸化タウ蛋白蓄積とも相関していた。従って、インスリン分泌低下によりタウ蛋白リン酸化と細胞内Aβ42の毒性ターン構造形成が同時に促進されることが示唆された。【アポモルフィン(APO)治療とAD神経細胞のインスリン抵抗性】アルツハイマー病(AD)は認知症の主因である。

本研究では、3xTg-ADマウスにstreptozotocin (STZ)注射で1型糖尿病、また高フルクトース食(HFuD)で2型糖尿病を誘導した。HFuD群よりもSTZ群で認知障害悪化や毒性ターンAβ42の増加があきらかであった。さらに、毒性ターンAβ42は神経細胞内でタウ蛋白オリゴマーと共凝集していた。今後、糖尿病+ADマウスにおいて新規のAD治療法開発を進めていく。STZ注射および高フルクトース食飼育により、それぞれ1型糖尿病および2型糖尿病を併発するアルツハイマー病モデルの3xTg-ADマウスを作成する予定だったが、安全性・再現性を両立する条件設定に予定よりも時間を要した。研究計画に従って、今後はDM合併3xTg-ADマウスに対するAPO治療の有効性の検討、及びさらに精度の高いAPO治療の臨床治験を予定している。神経内科学最近、安定的なマウス実験の条件設定が出来たので、27年度に糖尿病合併3xTg-ADマウスの解析を進めている状況です。平成27年5月1日付けで、研究代表者が愛媛大学大学院医学系研究科老年・神経・総合診療内科学の教授に着任した。本研究計画に関しては、前所属機関の九州大学大学院医学研究院神経内科学の大学院生と共同研究を継続しているが、平行して愛媛大学の研究室をセットアップしているところである。そのため、当該年度では物品などの購入が予定よりもかなり少ない状況であった。マウス実験条件の見直しが必要になったため、当初の計画よりも研究進捗が若干遅れています。そのため、平成26年度に購入予定だった消耗品の一部が平成27年度にかかったためです。平成28年度は愛媛大学の実験室のセットアップが整い、また研究スタッフも安定してきたため、必要な抗体やキットなどの購入を勧める予定である。全体の研究計画は予定通り進行しており、平成27年度の研究費として使用予定です。
Actinomyces naeslundiiの血清シアロ蛋白質被膜への吸着現象

Actinomyces naeslundii(A.naeslundii)の,ヒトの歯肉溝の内面への吸着現象の一面を,in vitroにおいて検討した。すなわち,申請時においては,本研究によってA.naeslundiiの歯根面および歯肉溝上皮の表面両面への吸着の機序を検討しようと企画していた。しかし,予期せぬしかし看過できぬ発見があったため,これに伴い研究が当初とは多少異なった方向に発展した。このため報告時点においては,提出した研究実施計画の一部であるA.naeslundiiの歯根面への吸着現象の解析に止まっている。今回の検討において,歯根面の代替としてhydroxyapatite beads(HA)の表面を,また,ヒト歯肉溝滲出液の代替としてヒト血清を採用する計画を立てた。そこでまず,HAの表面に吸着する血清蛋白質を回収し,それの分離精製を行った。しかし,この時点で,自らの実験系に採用したHA,すなわち,永らく研究者達の間で繁用されてきた定番のHA標品がHAとは異なったリン酸カルシウムの結晶である可能性が示唆された。これに伴い,結晶構造が異なることによって結晶表面に形成される蛋白質の被膜を構成する蛋白質の組成が異なってしまう可能性およびそれへのA.naeslundiiの吸着態度が変化してしまう可能性が懸念された。そこで,件のHA標品の結晶解析を行い,それがHAではないことを確認した後、回収蛋白質の組成を典型的なHA上に形成させた被膜のそれと比較して,両者が大きく異なっていることを発見した。また,両被膜へのA.naeslundiiの吸着態度も異なっていることを知った。以上の知見の一部は,第38回歯科基礎医学会において発表した。さらに,これらに新しい知見を加え,第75回IADRにおいて発表する予定である。また,これらの内容は,本年中に国際医学雑誌へ投稿されるべくまとめられ,その原稿が現在執筆中となっている。今後は,回収蛋白質の中でのA.naeslundiiの吸着を起こす画分を特定し,その画分を用いて形成させた典型的なHA上に形成された被膜へのA.naeslundiiの吸着吸着現象を検討し,併せて,歯肉溝上皮の表面上の蛋白質被膜に対するA.naeslundiiの吸着吸着現象を検討していくつもりである。
北極振動の成因解明と長周期変動の力学プロセスの研究

近年の異常気象や地球温暖化の研究において、北極振動が特に注目されている。初年度の平成18年度には、2006年7月8-9日に第1回北極振動研究集会を筑波大学で開催し、約30名の参加を集めて最新の情報提供や活発な議論が行われた。研究代表者は2007年2月19-20日にアラスカ大学で開催された第7回極域気候変動に関する国際会議(GCCA-7)に主催者のひとりとして参加し、北極振動研究に関するレビュー講演を行った。2007年3月2-3日には筑波大学で第2回北極振動研究会を開催し、約40名の参加者を集めて、研究成果報告と今後の研究計画について議論した。2年目の平成19年度には、5月に開始された地球惑星科学連合大会で「北極域の科学」ユニオンセッションを企画して、研究成果報告を行った。そして日本気象学会の査読付き国際学術誌である気象集誌の12月号に、北極振動研究の成果を集めた「北極振動特集号」を企画し、本研究実績のまとめとして12編の論文およびノートが発刊された。北極振動は、任意の定常外力に共鳴して起こる大気大循環の力学的な特異固有モードとして理解される一方で、それを励起する太平洋と大西洋のストームトラックの活動が互いに独立に大振幅でNAOとNPOのテレコネクションを励起するため、統計的な見かけのモードに見えるという理解に至った。北極振動(Arctic Oscillation : AO)とは1998年に米国ワシントン大学のThompsonとWallaceにより提唱された概念で、北極圏とそれを取り巻く中緯度帯の間に見られる気圧場の南北振動のことである。近年の異常気象や地球温暖化の研究において、この北極振動が特に注目されている。2001年の寒冬や2002年の暖冬(桜の早期開花)、2003年の冷夏、2005年の平成18年豪雪、そして2006年の異常暖冬などは、北極振動が主要な原因であるとされており、低緯度のENSOと並んで重要な高緯度の大気現象とされている。これまで異常気象といえば低緯度のエルニーニョ・南方振動(ENSO)との関係に研究の重点がおかれていたが、エルニーニョが熱帯の海洋変動の最大卓越モードとして重要視されるように、北半球中高緯度における大気変動の最大卓越モードは北極振動であり、その物理的メカニズムや力学的成因を解明することは、気候変動や異常気象の研究およびその予測において重要な研究課題である。初年度の平成18年度には、第1回北極振動研究集会を2006年7月8-9日に筑波大学で開催し、約30名の参加者を集めて最新の情報提供や活発な議論が行われた。主なテーマは(1)北極振動の最前線、(2)異常気象と地球温暖化との関係、(3)観測事実と理論的研究、(4)今後の研究の新展開、とした。2007年3月2-3日には筑波大学で第2回北極振動研究会を開催し、約40名の参加者を集めて、今年度の研究成果報告と次年度の研究計画について議論した。そして、日本気象学会の査読付き国際学術誌である気象集誌に、北極振動研究の成果を集めた「北極振動特集号」の発刊を企画し、2007年度地球惑星科学連合大会で「北極域の科学」ユニオンセッションを企画して、研究成果報告を行うことを決めた。初年度の平成18年度には、2006年7月8-9日に第1回北極振動研究集会を筑波大学で開催し、約30名の参加者を集めて最新の情報提供や活発な議論が行われた。

研究代表者は2007年2月19-20日にアラスカ大学で開催された第7回極域気候変動に関する国際会議(GCCA-7)に主催者のひとりとして参加し、北極振動研究に関するレビュー講演を行った。2007年3月2-3日には筑波大学で第2回北極振動研究会を開催し、約40名の参加者を集めて、研究成果報告と今後の研究計画について議論した。2年目の平成19年度には、5月に開始された地球惑星科学連合大会で「北極域の科学」ユニオンセッションを企画して、研究成果報告を行った。そして日本気象学会の査読付き国際学術誌である気象集誌の12月号に、北極振動研究の成果を集めた「北極振動特集号」を企画し、本研究実績のまとめとして12編の論文およびノートが発刊された。北極振動は、任意の定常外力に共鳴して起こる大気大循環の力学的な特異固有モードとして理解される一方で、それを励起する太平洋と大西洋のストームトラックの活動が互いに独立に大振幅でNAOとNPOのテレコネクションを励起するため、統計的な見かけのモードに見えるという理解に至った。
ウイルス性下痢症の病態、分子疫学と予防に関する研究

わが国のウイルス性下痢症を中心として、疫学、診断、治療、予防病態の面で研究を行った。1年を通じてみるとウイルス性下痢症は冬季を中心に見られるが、初冬はカリシウイルス(CV)の頻度が高く、晩冬から初春にかけロタウイルス(RV)が高い2峰性を示した。(1)RVの血清型は通年では1型だが、9型が多くなってきていた。9型流行は世界的な傾向であり、新興感染症といえ。るRVワクチン開発が副反応が見られたため中断されているが、わが国の小児科医にアンケートを行ったところ開発の希望の意見が多かった。ワクチンの経済効果は米'国と同じであった。RVの外来の診断としてラテックス凝集法と共に、イムノクロマト法を開発した。精度感度も良く外来で最も使いやすかった、G血清型、P遺伝子型、NSP4遺伝子型、遺伝子解析などでリアソータント・サブタイプの存在が明らかとなった。治療薬(硫酸化コロミン、カカオハスク)も検討した。(2)アデノウイルスについては型特異プライマーを用いたPCR法と制限酵素での型別する方法を組み合わせた。41型が多く、また亜型が見られた。(3)アストロウイルスはPCR用の1-8型特異プライマーを考案し、型別を可能とした。総じて1型が多かった。(4)CVはRT-PCRを用いてRVに次に極めて多いことがわかった。GIIが多かったが年によってゲノタイプが変わった。カプシド蛋白を遺伝子工学的に作り、EIAに応用した。(5)一般保育園での糞便を毎週採取し、CVが2回、アストロウイルスが2回、アデノウイルスが1回、集団で見られた。遺伝子型の解析も行った。また、地方衛生研究所の協力を得て、食品からのCVの解析を行い食品の衛生の問題点が明らかとなった。施設内での流行が単に糞口感染のみならず空気感染が示唆された。また世界的な同遺伝子型の流行も一方では見られ今後とも分子疫学の必要性が認められた。インフルエンザウイルスのワクチン、診断治療の成功が下痢症ウイルスでも望まれる。現在、非細菌性下痢症ウイルスの診断は、ロタウイルス、アデノウィルスではラテックス凝集法・酵素抗体法で、アストロウイルスおよびカリシウイルスはRT-PCRでスクリーニングを行っている。また型決定は型特異モノクローナル抗体を用いた酵素抗体法、型特異プライマーを用いたRT-PCRで行っている。我々はアストロウイルスの1-8型特異プライマーを開発した。またカリシウイルスウイルスにも新しいプライマーを作製した。また、アストロウイルスの簡易診断のためラテックス凝集法を開発したこれらを用いて国内の糞便検体からウイルス診断と分子疫学を行った。1)1984年から1997年の我が国7地域のロタウイルスの血清疫学では3756検体中1型が2649検体、2型が362検体、3型が232検体、4型が196検体であった。1型が優位である。1995年から1997年で9型も見出された。2)アデノウイルスの型別をPCR産物の制限酵素による切断パターンから行い40、41型が我国の糞便から見出された。糞便検体のみならず、アデノウイルス角結膜炎の診断も可能となった

3)わが国の下痢症ウイルスの月別の変動を見るとカリシウイルスが年の終わり(11-12月)に、ロタウイルスが(2月-3月)にピークが見られた。しかし10年前位は12月-2月を中心としており、理由は不明であるが変動が見られた。4)ロタウイルスワクチンが米国で使用されて来ているが、わが国に導入することの経済効果について舞鶴の2病院での検討を行った。この成績からわが国でもワクチンの導入に関しては米国と同等の状況にあることがわかった。5)カカオハスク(カカオの廃材)が抗ロタウイルス活性を有することがわかった。この作用はミックス感染のみならずポスト感染にも効果が見いだされた。6)アストロウイルスは1型が多かったが3、4型も僅かに見いだされた。4型に亜型を見いだした。7)これらの成果は感染症学会、小児感染症学会、日米ウイルス専門部会などで報告した。研究経費の備品ではPCRの機械が不足しているために来年度の購入を本年度とした。また-70°Cの冷凍庫は必要ではあるが保管場所が手狭で来年度以降に場所を考えることとし今年度は見合わせた。ウイルス性下痢症による死亡はわが国では少ないものの、乳幼児の個別的な感染、家族・学校・施設での集団感染、集団食中毒が相変わらず、あるいはむしろ多く認められている。本年度は(1)迅速診断としてラテックス凝集法をアストロウイルスに関して開発した。しかし1型に関して作成したために他の型に関する反応は弱かった。1型が臨床的には多くを占めるので使用できると考えた。同時に、現在我々が解析した遺伝子配列から、1-8型共通の合成ペプチドを作成し、家兎に免役した。これを用いて抗体を作成中である。合成ペプチドを用いて血清抗体の検出は可能であった。カリシウイルスに関しては2属のカプシド領域のcDNAを作りバキュロウイルスを用いて蛾細胞に発現を可能とした。これを精製し、抗体の作成、ラテックス化を行っている。(2)わが国の下痢症ウイルス分子疫学の10数年の研究の間で初めて9型が20%ぐらいを示した。東京・札幌では過半数の症例で9型を示した。9型は世界的に流行しているのでわが国にも反映してきていると思われる。またロタウイルス2型で酵素抗体法で型別できず遺伝子解析を行い変異が認められる株が見られた。現在この事に絞って広く調べている。(3)わが国の100床以上の入院施設をもつ病院に小児の下痢症での入院患者の実体、その中での原因ウイルスの検索、合併症を調査した。約400の回答が得られ下痢症での入院が10%を占めること、診断は1/3で決められ、ロタウイルスが多かった。下痢に痙攣、肝障害を伴うのは下痢症で入院する患者の1%、3%であった。(4)抗ロタウイルスとしてのシアル酸に類似する硫酸化コロミン酸が吸着阻害作用だけでなく、感染後数時間は感染阻止作用を有していることがわかった。(5)保育園にて週1回下痢症糞便を採取し、、現在まで1年ぐらい続いている。ロタウイルス、アデノウイルス、カリシウイルス、アストロウイルスそれぞれの集団感染がとらえられた。(6)腸管アデノウイルスをファイバーを中心に解析を行っている。下痢症ウイルスの分子疫学的研究を続けた。我が国で昨年度にロタウイルスの9型の流行を札幌で見出したが、今年度は佐賀に認めた。舞鶴、東京、大阪ではほとんどが1型で9型は認められなかった。
時間論理に基づく通信規約記述言語に関する研究

通信規約(プロトコル)を記述する計算機言語として,有限状態オートマトンモデルに基づくものと,時間順序関係を中心とした記述法(時間論理)に基づく計算機言語とが検討されている.本研究は,後者の時間論理に基づく言語を対象としたものであるが,その言語の効用を評価するために,有限状態オートマトンモデルに基づく言語についても検討を加えている.第一年次並びに第二年次には,両方式の言語の「論理仕様」と「言語仕様」とを完成させ,さらにこれら言語をOSIのトランスポートプロトコルに具体的に適用し,その記述性の裏付けを得ている.最終年次である第三年次には,以上の成果を受けて,言語仕様のコンパイラと実行時の処理系を司るシステム設計に関する検討を実施した.先づ有限状態オートマトンに従った言語にはPASCAL言語の体系を準用しているが,プロトコルデータの記述等に用いる抽象形データの動的処理に関し拡張が図られ,またプロセスの動的な発生と消滅についても配慮されている.一方,時間論理に基づく言語に対しても,動的な変数処理方式,並列処理記述に関する拡張と実行時処理に係わる基本設計を行った.さらにこれらの検討の後に,時間論理に基づく言語の論理的完備性(フォーマリティ)に着目し,プロトコルを実現した製品がプロトコル規定に正確に準拠するかを検査する適合性検証のための検査系列を導出することが可能であることを確認した.この実証のために,検査系列導出を模擬し,導出結果の妥当性を確認すると共に,系列自体も提案した言語仕様により記述できるという一環性を提示した.この点に於て,本研究が対象とした時間論理に基づく言語に優位性があると結論付けている.尚本研究は, 3ヶ年にわたって,国外の研究者と交流しつつ実施され,その成果が国際標準化検討に反映された.通信規約(プロトコル)を記述する計算機言語として,有限状態オートマトンモデルに基づくものと,時間順序関係を中心とした記述法(時間論理)に基づく計算機言語とが検討されている.本研究は,後者の時間論理に基づく言語を対象としたものであるが,その言語の効用を評価するために,有限状態オートマトンモデルに基づく言語についても検討を加えている.第一年次並びに第二年次には,両方式の言語の「論理仕様」と「言語仕様」とを完成させ,さらにこれら言語をOSIのトランスポートプロトコルに具体的に適用し,その記述性の裏付けを得ている.最終年次である第三年次には,以上の成果を受けて,言語仕様のコンパイラと実行時の処理系を司るシステム設計に関する検討を実施した.先づ有限状態オートマトンに従った言語にはPASCAL言語の体系を準用しているが,プロトコルデータの記述等に用いる抽象形データの動的処理に関し拡張が図られ,またプロセスの動的な発生と消滅についても配慮されている.一方,時間論理に基づく言語に対しても,動的な変数処理方式,並列処理記述に関する拡張と実行時処理に係わる基本設計を行った.さらにこれらの検討の後に,時間論理に基づく言語の論理的完備性(フォーマリティ)に着目し,プロトコルを実現した製品がプロトコル規定に正確に準拠するかを検査する適合性検証のための検査系列を導出することが可能であることを確認した.この実証のために,検査系列導出を模擬し,導出結果の妥当性を確認すると共に,系列自体も提案した言語仕様により記述できるという一環性を提示した.この点に於て,本研究が対象とした時間論理に基づく言語に優位性があると結論付けている.尚本研究は, 3ヶ年にわたって,国外の研究者と交流しつつ実施され,その成果が国際標準化検討に反映された.通信規約(プロトコル)を記述する計算機言語として、有限状態オートマトン・モデルに基づくものと、時間順序関係を中心とした記述法(時間論理)に基づく計算機言語とが検討されている。本研究は、後者の時間論理に基づく言語を対象としたものであるが、その言語の効用を評価するために、有限状態オートマトン・モデルに基づく言語についても検討を加えている。昨年度は研究の第一年次として、両方式の言語の「論理仕様並びに「言語仕様の設計を行った。今年度は昨年の成果を受けて、既存の標準通信規約(プロトコル)に対して、プロトコル・ソフトウェアを両言語により記述する作業を行った。プロトコルとしてはOSI(開放型システム間相互接続)のトランスボート・プロトコルを対象とした。これは本プロトコルが典型的な技術要素を含包していること、時間順序関係に基づく記述を必要とする要素を有すること、プロトコル・ソフトウェアの動的発生・消滅並びにソフトウェア間インタフェース(サービス・エレメント)の記述を必要とするものであること、を選択の理由としている。尚同様にセション・プロトコルについても作業が行われている。以上の作業に対して、評価検討が行われた。評価の視点としては、プロトコル・ソフトウェア実行時の処理の一意性、言語実行時の処理系への要件とその困難度、言語記述の可視性・了解度等に亘っている。これらの作業は研究分担者が行うとともに、国際標準化検討に参加している諸外国専門家並びに同分野の研究者の協力を得て行われている。今年度の成果と次年度のコンパイラ並びに処理系の検討に活用してゆくことを予定している。
アダマント材料によるナノ構造メカニカルコーティング

アダマント材料の合成及びこれを用いたコーティングについて広範囲かつ詳細な調査研究を行った.アダマント耐熱性コーティング,アダマント膜の生体内利用についての結果を代表として以下に示す.1.アダマント膜による耐熱性コーティングについて耐熱性の向上はアダマントコーティング膜の用途拡大のために重要である.DLC系アダマント膜については400°C以上での水素の脱離とグラファイト化の進行が確認されている.また,水素の含まれないtaCでは600°C程度と耐熱性が高いこと,Siを15at.%程度加えることにより500°C程度まで耐える水素化DLC膜が作製できることが示唆されていると言える.このように第2元素,第3元素を添加したアダマントであるdoped-DLC膜は今後耐熱性の向上のために有効な手法であろうと考えられる.その一環として行ったBCN系アモルファスアダマントでは,DLCと比較して耐熱性が向上したことが確認でき,さらに膜中の炭素量を増加させる,酸素量を減少させる等による耐熱性の向上が期待されることがわかった.2.アダマント膜の医療機器及び生体材料への応用DLC系アダマン`ト膜をコートしたステントは従来のステンレス製のステントと比較して耐食性や抗血栓性に優れている.これまで日本が取り組んでこなかった「手術用・治療用機器」といった高リスク医療機器は,今後,世界的な需要拡大が見込まれている.また,DLC系アダマント膜が応用されている医療用デバイス(「処置用機械器具」・「生体補助機能・代行器」)に対する医療側からのニーズは,技術の高度化であり,DLC系アダマント膜はこの要請に応えるものといえる.診断・計測分野や治療・生体機能代行分野を対象に炭素系高機能材料の特徴である化学的特性(生体適合性),機械的特性(強度,低摩擦係数)を生かした医療用デバイスへの応用は,医療の要請に応えるとともにビジネス展開の可能性も高く,今後積極的な技術開発が望まれる.これらの成果をふまえ,平成14年度の科学研究費特定領域研究に申請中である.アダマント材料の合成及びこれを用いたコーティングについて広範囲かつ詳細な調査研究を行った.アダマント耐熱性コーティング,アダマント膜の生体内利用についての結果を代表として以下に示す.1.アダマント膜による耐熱性コーティングについて耐熱性の向上はアダマントコーティング膜の用途拡大のために重要である.DLC系アダマント膜については400°C以上での水素の脱離とグラファイト化の進行が確認されている.また,水素の含まれないtaCでは600°C程度と耐熱性が高いこと,Siを15at.%程度加えることにより500°C程度まで耐える水素化DLC膜が作製できることが示唆されていると言える.このように第2元素,第3元素を添加したアダマントであるdoped-DLC膜は今後耐熱性の向上のために有効な手法であろうと考えられる.その一環として行ったBCN系アモルファスアダマントでは,DLCと比較して耐熱性が向上したことが確認でき,さらに膜中の炭素量を増加させる,酸素量を減少させる等による耐熱性の向上が期待されることがわかった.2.アダマント膜の医療機器及び生体材料への応用DLC系アダマン`ト膜をコートしたステントは従来のステンレス製のステントと比較して耐食性や抗血栓性に優れている.これまで日本が取り組んでこなかった「手術用・治療用機器」といった高リスク医療機器は,今後,世界的な需要拡大が見込まれている.また,DLC系アダマント膜が応用されている医療用デバイス(「処置用機械器具」・「生体補助機能・代行器」)に対する医療側からのニーズは,技術の高度化であり,DLC系アダマント膜はこの要請に応えるものといえる.診断・計測分野や治療・生体機能代行分野を対象に炭素系高機能材料の特徴である化学的特性(生体適合性),機械的特性(強度,低摩擦係数)を生かした医療用デバイスへの応用は,医療の要請に応えるとともにビジネス展開の可能性も高く,今後積極的な技術開発が望まれる.これらの成果をふまえ,平成14年度の科学研究費特定領域研究に申請中である.
オンサイト・オンデマンド多波長レーザーチップの開発

平成16年レーザーを多層構造で縦励起する技術に関する研究を主に行った。まずは基本設計のためのシミュレーションと、最適条件の理論的解析を行い、実際には試作を繰り返して実証試験を行った。その結果、導波路を多層構造にして励起光を伝搬する層とレーザーを発振させる層を屈折率制御しつつ重ね合わせることで、縦方向の表面実装型励起(擬似縦励起)方が実際可能であることを示した。さらに、こうした多層構造・屈折率制御技術を活用し、散乱媒質で色素レーザーの発光効率を改善しながら独立したDFB導波路構造で波長を制御する新しいレーザーの開発にも成功した。新しい発光材料を用いたレーザーの発振も行った。平成17年平成16年より予備実験を行ってきた熱光学効果を適用した屈折率制御機構を作製し、まず、DFBレーザーのプラッグ波長をスイッチすることに成功した。これを元に有機フィルムとアルミ加熱電極の組み合わせによる動的な加熱のプロセスとシミュレーションを行い、設計指針を得た。並行して、DFBレーザーの作製プロセスの効率改善を目指して、244nm干渉露光と表面レリーフグレーティングの試作を行った。また、同年度より、ペン描画を利用した新プロセスの予備実験を開始し、これを利用してマイクロフローサイトメートリーチップにオンデマンドでレーザーをオンサイト実装する実験も開始した。平成18年平成16,17年の成果を背景に、擬似縦励起法と熱光学屈折率制御を利用した動的レーザースイッチングの研究を行った。しかしながら、このシステムは非常に複雑で平成17年度におけるプロセスの改良をもってしても作製歩留まりがあがらず、実験的に再現性の高いデータが得られなかった。一方、本テーマの途中で発案されたペン描画法については着実にプロセスとして確立してきており、フローサイトメトリーとの融合などは試作を繰り返し行い性能評価を実施できるまでになった。平成19年度以降は、新しいプロセスを活用して平成18年度に十分確認できなかった、擬似縦励起の熱光学制御について再度検証実験を行い、成果を上げていきたいと考えている。レーザーを擬似的に縦励起で励起する擬似縦励起法の開発を本年度はおこなった。・コア・サブコアを二重スピンコートで構成する技術の開発溶媒を用いる通常めスピンコーティングではなく、モノマーを重合し、重合完了直前でスピンコートする手法で、溶媒の使用量をほぼゼロにすることで、2重の導波路構造を作成した。・擬似縦励起法の原理検証と特性のシミュレーションBPM法によるシミュレーションを行い、理論的に擬似縦励起が可能であることを検証した。屈折率差を薬0.005にし、サブコア導波路厚を10ミクロン程度にするなどの設計指針を得た。・二層構造を3次元導波路化するためのリソグラフィー技術の開発パルスエキシマーレーザー露光を利用することで、二層構造のまま、20ミクロン程度の深いエッチングを達成した。・擬似縦励起の検証実験の実施サブコア層からコア層へのエネルギー注入のプロファイルを評価し、実際に擬似縦励起が作用してレーザー発振が起こることを確認した。また、横励起不可能な理想的色素濃度として、2mM程度のローダミン6Gの導波路を利用し、この濃度でも導波型DFB色素レーザーの擬似縦励起発振が可能であり、且つスロープ効率が改善することをしました。・擬似縦励起のシミュレーションと検証実験の比較を元に、設計指針の知見を得た。

特に、屈折率差の変動が特異的な励起光吸収状態の変化を生み出すことを見いだした。屈折率がわずか0.002異なるだけで、擬似縦励起における励起光の浸透する長さが10倍に変化することを計算的に見いだした。また実験に於いても、その特性を確認することに成功した。オンサイトレーザーを制御する機構である熱光学(TO)効果の導入について本年度は研究をおこなった。TO効果はマトリクスであるPMMAを加熱することによる屈折率変動を利用した各種の導波路制御である。1)アルミ電極をPMMAプラスチック基板上に蒸着・パターニングし、その上にバッファ層およびレーザー導波路を構築し、さらにDFBレーザーを紫外緩衝露光で作製するプロセスを開発し、試作をおこなった。2)TO効果を利用したレーザー制御の第一弾として、DFBレーザー導波路の瞬間加熱によりDFB部のブラッグ波長をシフトしてレーザーの発振波長を切り替える実験を行った。アルミ電極に電流をパルス印加するCW印加の場合にくらべて数段大きな1%移譲の屈折率変化を得ることができ、600nm動作のDFBレーザー波長を7nm近く瞬間的に短くできることを示した。また、熱緩和時間も導波路化によってmsレベルの速度を達成し、100Hzで波長4nmの2波長交互発振などを実現した。3)TO効果による波長変調実験により、最適な印加パルス条件や励起光との最適遅延時間などを明らかにし、同時に導波路内での温度の時間変化を推定した。その結果、内部温度は瞬間的にガラス転移温度を超えているにもかかわらずDFB構造が維持され、ガラス転移領域では温度に対する屈折率変化量が大きいことが確認できた。4)TO効果を利用して横方向マルチモード導波路でのY次導波スイッチの開発をおこなった。BPM法による基礎シミュレーションによる設計指標の検討を行った後、実際にアルミ電極とバッファ層、導波層の積層とUVリソグラフィーによってTO光Y字スイッチを構築し、動作確認実験を行った。その結果、消光比など不十分な点は有るものの、励起光の導波方向の切り替えが可能であることを確認した。このスイッチについては今後最適化を行っていく。5)多波長化の一端としてCN-MBEを利用したレーザーの開発を行い、可変波長域430-500nmを確認すると同時に寿命58000ショットを得た。平成16年のレーザーを多層構造で縦励起する技術と平成17年の熱光学(TO)効果による導波路屈折率制御の研究を受け、平成18年度は両者の融合による縦励起制御の試みを行った。これはこれまでのプラスチック導波路レーザーの中でも格段に複雑な構造が要求される。1)基板上へのアルミヒーターの蒸着・パターニングを行い、この上に低屈折率ポリマーによるバッファ層、励起光を導入するポンプ層、レーザー色素をドープし回折格子構造を刻み込んだレーザー層を屈折率を0.01、膜厚を1ミクロンレベルで制御しつつ積層し、リソグラフィーにより3次元導波路化した。さらに、ファイバーを結合するために導波路の両端面を光学研磨した。以上の工程を可能にする技術を開発した。2)TO効果による屈折率制御設計については前年度よりもより膜厚の厚い構造の、内部の温度を見積もる必要がある。
植物の硝酸代謝において亜硝酸還元酵素は必須酵素と言えるか?

亜硝酸還元酵素(NiR)は、高等植物の葉や根における硝酸還元の第二番目の酵素であり、NiRは亜硝酸→アンモニア還元反応を触媒する必須の酵素である。しかし、申請者はNiR活性を大幅に欠損したタバコ(NiRcDNAをアンチセンス方向に発現させNiRのmRNAを欠く)が(少なくとも8時間-2週間の間では)野生株と同程度の硝酸還元能を持つことを示す事実を発見した。本研究は、「NiRは亜硝酸→アンモニア還元反応を触媒する必須の酵素であるか」を目的とし、本年度以下の成果を得た。NiRcDNAをアンチセンス方向に発現させたタバコclone271の葉や根のNiR活性は検出限界に等しく、またノザン分析ではNiRmRNAを検出できないとの結果を得た。clone271の硝酸同化量(8時間-2週間栽培)は野生株と同程度であった。また、野生株に匹敵する重窒素ラベルのアンモニアの生成が認められた。これらの結果は、本クローンが、亜硝酸還元酵素活性が野生株に比して大幅に低下しているにもかかわらず、野生株と同程度の硝酸還元能を持っていること、またその代謝産物としてアンモニアを生成することを示すものである。NiR酵素の活性染色を行い、野生株とclone271の両者において、NiR酵素活性を示すバンドが少なくとも二本検出され、両バンドの電気泳動移動度は、野生株とclone271の両者で、ほぼ一致した。この内一つのバンドは、抗NiR抗体と反応した。この結果はclone271において、「残留」NiR酵素が存在することを示唆するものである。野生株とclone271において、抗SiR抗体と反応する明瞭なバンドが一つ検出されたが、このバンドは、上述のNiR以外のもう一つの活性染色バンドと一致すると断定できず、さらに詳細な研究が必須である。