hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
画像解析に基づく表面下散乱の数理モデル化に関する研究

本研究課題は,半透明物体の散乱パラメータや幾何情報を画像から取得するために,コンピュータビジョンによる画像解析に適した表面下散乱現象の新たな数理モデルを開発することが目的である.平成30年度は,実物体における不均一な表面下散乱現象を計測し,さらにコンピュータグラフィクスにより再現するため,新たに時間同期式のプロジェクターカメラシステムを構築した.表面下散乱を物理的に正しく扱う場合,半透明物体中を進む様々な光の経路を考慮する必要があり,従来,この経路長に応じた散乱光の強度の観測には膨大な計測時間が必要であった.本システムはラスタスキャン式のプロジェクタとローリングシャッターカメラからなり,プロジェクタの照明タイミングとカメラの露光タイミングとを小型マイコンによって同期制御することで,与えられた同期遅延時間に応じて異なる伝搬距離の散乱光成分が取得できる.従って,本システムを使用することで被写体内に広がる散乱光を少ない計測時間で取得することが可能となった.本研究は,コンピューテショナルフォトグラフィ分野のトップカンファレンスであるIEEE International Conference on Computational Photography (ICCP) 2018に採択され,またバーチャルリアリティ分野の有力なカンファレンスであるACM Virtual Reality Software and Technology (VRST) 2018にてベストポスター賞を受賞した.また,国内会議ではVC2018にて優秀研究発表賞,MIRU2018にてデモ発表賞を受賞した.平成27年度は,半透明物体を画像解析するための最初のステップとして,比較的シンプルな形状の半透明物体を被写体として用意し,解析を行った.被写体としてはロウと石鹸でできた様々な半径の球体を用意した.これらの素材は加熱によって容易に溶解し,また常温で凝固するため,カタを用意することで任意の形状に加工することが可能である.光源はその方向を2軸ステージを用いて制御することで,既知の光源環境下で被写体の画像をカメラを用いて撮影した.このときの表面下散乱の様子を解析し,「曲率に依存する反射関数(CDRF)」によってモデルフィッティングを実行したところ,観測方向によってフィッティング誤差が大きくなることがわかった.そこで,従来無視していたフレネル透過率の影響をモデルに追加したところ,近似精度が向上した.ここまでの研究成果を国内研究会で発表した.さらに,査読付き国際カンファレンスに投稿したところ,採録され,平成28年7月に発表予定である.また,半透明物体における表面下散乱現象を表す新たな指標として,物体の大局的な形状や閉塞度などに応じて算出される新たなパラメータである''Translucency Magnitude''を考案し,コンピュータグラフィクス分野のトップカンファレンスであるACM SIGGRAPH 2015のポスターセッションにて発表した.本手法は,従来のCDRFと比較して物体の背後から回り込んでくる透過光を良く表すことができ,薄い形状や凹んだ形状の半透明物体の表面下散乱現象のモデル化に適用可能と考えられる.平成27年度は,半透明物体を画像解析するための最初のステップとして,比較的シンプルな球形の半透明物体を被写体として用いることを予定していた.実際には,ロウや石鹸を溶かして球形のカタに流し込んだあと冷却することで,様々な半径のロウや石鹸の素材で出来た球形を用意することが出来た.これらの被写体を制御された光源環境下で撮影し,解析した結果を国内研究会(情報処理学会CVIM研究会)で発表済みであり,また査読付き国際カンファレンス(NICOGRAPH International2016)にて発表予定である.また,曲率に依存する反射関数(CDRF)による数理モデル化には,被写体の形状に応じて近似精度にばらつきが出ることがわかってきており,新たな修正モデルが今後は必要と考えられるものの,全体として本研究課題は概ね順調に進展していると言える.本研究課題は,半透明物体の散乱パラメータや幾何情報を画像から取得するために,コンピュータビジョンによる画像解析に適した表面下散乱現象の新たな数理モデルの開発が目的である.平成28年度は,形状が既知の任意の幾何形状の半透明物体に対してシミュレーションにより画像解析を試みた.さらに,形状が未知の場合についても挑戦を開始しており,画像から物体の法線方向を推定する手法として照度差ステレオ法が知られているが,被写体は不透明であることが前提であり,半透明物体に対して適用すると法線が空間方向に平滑化されたように誤った出力が得られる.そこで,従来の照度差ステレオ法により出力された法線を初期推定値として初期法線マップを生成する.次に初期法線マップをカメラ空間で微分して得られた曲率を使って,前年度の成果である表面下散乱のモデル式から散乱パラメータを推定する.さらに,前述のモデル式から新たな法線マップを推定することで,法線マップと散乱パラメータとを交互最適化により推定することが可能である.これにより,物体の散乱パラメータと法線情報がより精度良く求まることが確かめられた.本手法の交互最適化は,物体の形状や表面下散乱の程度にも依存するが,たかだか10回程度で収束することが実験的に確かめられ,現在はCPUによる実装であるが,GPUによるピクセルワイズの並列化を実装すれば,極めて短時間での処理が可能であることを示唆している.以上の成果をまとめたものが,査読付き国際会議NICOGRAPH Internationalおよび,画像ラボ(総論)に掲載された.平成28年度は,形状が既知の任意の幾何形状の半透明物体を扱うことを予定しており,これまでに達成した球体だけでなく,コンピュータビジョンやコンピュータグラフィクス分野でベンチマーク的に使用されるStanford Bunnyの形状や,データセットが広く公開されている牛型の形状での解析を行った.

このとき,素材の形状や特性によっては,これまでに開発した物体の曲率に基づく解析法だけでは誤差が大きくなることも確認されているため,数理モデルをより発展させることが必要であると考えられる.本研究課題は,半透明物体の散乱パラメータや幾何情報を画像から取得するために,コンピュータビジョンによる画像解析に適した表面下散乱現象の新たな数理モデルの開発が目的である.平成29年度は,コンピュータグラフィクス分野で近年急速に注目を集めているDirectional Dipoleモデルをコンピュータビジョン分野による画像解析に導入することで,散乱係数などの物理定数の推定を精度良く行うことが可能となった.また,散乱の方向依存性を示す「位相関数」と呼ばれるパラメータの推定を実物体から行うため,新たな数理モデルを提案した.位相関数は人が半透明物体の質感を認知する上で極めて重要な要素を担っている物理パラメータであることが知られており,これまではHG関数などよく知られたパラメトリックモデルへの当てはめで計測することが多かった.本研究では,単一の画像から位相関数をノンパラメトリックに計測することが可能であり,これまでの類似研究とは一線を画する.本研究はコンピュータグラフィクス分野のトップカンファレンスであるACM SIGGRAPH Asia 2017のTechnical Briefセッションに採択された.さらに,表面下散乱を物理的に正しく扱う場合,半透明物体中を進む様々な光の経路を考慮する必要があり,この経路の多さが半透明物体の解析を難しくしていることが知られている.この問題を解決するため,光学的最短経路長という新しい概念を導入し,本来は極めて複雑な光学現象である表面下散乱現象をよりシンプルなモデルで記述することを可能とした.なお,本研究成果は画像電子学会論文誌に掲載された.表面下散乱の画像解析を目的としてコンピュータグラフィクス分野の技術として知られるDirectional Dipoleモデルを導入し,物理パラメータの推定に一定の成果を挙げた.また,位相関数の推定にも着手し,新たな数理モデルを開発して査読付き国際学会で口頭発表を行った.さらに,表面下散乱現象のシンプルな数理モデルとして光学的最短経路長という概念を新たに導入し,もっともらしい描画結果をリアルタイムに得ることができるようになった.本研究課題は,半透明物体の散乱パラメータや幾何情報を画像から取得するために,コンピュータビジョンによる画像解析に適した表面下散乱現象の新たな数理モデルを開発することが目的である.平成30年度は,実物体における不均一な表面下散乱現象を計測し,さらにコンピュータグラフィクスにより再現するため,新たに時間同期式のプロジェクターカメラシステムを構築した.表面下散乱を物理的に正しく扱う場合,半透明物体中を進む様々な光の経路を考慮する必要があり,従来,この経路長に応じた散乱光の強度の観測には膨大な計測時間が必要であった.
ＮＫＴ細胞をベースとした新規抗腫瘍エフェクター細胞の構築と膵臓癌治療への応用

最近、癌抗原のT細胞エピトープをペプチドワクチンとして投与する臨床試験が実施されているが期待された効果が認められていないのが現状である。これを改善するために、インバリアントNKT (iNKT)細胞に着目し、これに癌抗原特異的TCRを導入して抗腫瘍エフェクター細胞を構築した。TCR導入DN iNKT細胞は、癌抗原特異的に強力な細胞傷害活性を示した。一方、TCR導入CD4iNKT細胞は、alpha-GalCer負荷樹状細胞に対して大量のIL-12p70産生を促進し、強力な免疫賦活効果を示した。以上より、iNKT細胞をベースとした抗腫瘍エフェクター細胞は癌の免疫療法に有用であることが示唆された。健常人末梢血単核球をα-GalCer刺激してα-GalCer特異的ヒトVα24インバリアントNKT (iNKT)細胞の増殖を誘導した。これからVα24+Vβ11+6B11+ヒトiNKT細胞を分離して7-9日おきに複数回刺激することで株化した。このiNKT細胞にCD8α/β鎖遺伝子、およびがん抗原(MAGE-A4)特異的TCRα/β鎖遺伝子をレトロウィルスを用いて導入した。CD8α/β鎖、TCRα/β鎖の発現はCD8α鎖、CD8β鎖に対する抗体、およびHLAテトラマーを用いたフローサイトメトリーにより確認した。さらにがん抗原特異的TCRを発現するCD4+CD8β- (CD4+ iNKT細胞サブセット), CD4-CD8β- (double negative (DN)iNKT細胞サブセット)を分離した。これらのiNKT細胞サブセットは、がん抗原特異的TCRの他に、α-GalCerを特異的に認識する内因性のインバリアントTCRを保持していた。一方、健常人末梢血単核球よりCD14陽性細胞を磁気分離してIL-4, GM-CSF存在下培養することでヒトモノサイト由来樹状細胞(DC)を誘導した。がん抗原特異的TCR発現CD4+ iNKT細胞とDCとの共培養において、がん特異抗原ペプチド(MAGE-A4ペプチド)を負荷したDCは、IL-12p70を産生しなかったが、α-GalCerを負荷したDCは、野生型のiNKT細胞を用いた場合の5倍以上のIL-12p70を産生した。この観察は、DN iNKT細胞をベースとしたものを用いた場合では観察されなかった。がん抗原特異的TCRを発現するCD4+ iNKT細胞は、α-GalCer特異的にDCのIL-12p70産生を促進する細胞アジュバントとしての機能に優れ、がん患者に認められる免疫抑制状態を解除しうることが示唆された。健常人末梢血単核球をα-GalCer刺激してα-GalCer特異的インバリアントNKT (iNKT)細胞株を樹立した。このiNKT細胞は、CD4+CD8β- (CD4サブセット)とCD4-CD8β- (double negative (DN)サブセット)の2つの主要なサブセットから構成されていた。これにCD8α/β鎖遺伝子、およびがん抗原(MAGE-A4)特異的TCRα/β鎖遺伝子を導入した。このiNKT細胞は、導入したがん抗原特異的TCRの他に、α-GalCerを特異的に認識する内因性のインバリアントTCRを保持し、HIVペプチドを負荷したHLA-A24陽性細胞株に細胞傷害性を示さなかったが、がん特異抗原ペプチド(MAGE-A4ペプチド)を負荷したものに対して細胞傷害活性を示した。また、ペプチドの段階希釈により、特にDN iNKT細胞サブセットは強力な細胞傷害活性を示すことが明らかになった。一方、がん抗原特異的TCR発現CD4 iNKT細胞とDCの共培養において、がん特異抗原ペプチド(MAGE-A4ペプチド)を負荷したDCは、IL-12p70を産生しなかったが、α-GalCerを負荷したDCは、野生型のiNKT細胞を用いた場合の5倍以上のIL-12p70を産生した。この観察は、DN iNKT細胞をベースとしたものを用いた場合では認められなかった。がん抗原特異的TCRを発現するCD4 iNKT細胞は、α-GalCer特異的にDCのIL-12p70産生を促進する細胞アジュバントとしての機能に優れ、がん患者に認められる免疫抑制状態を解除しうることが示唆された。以上より、がん抗原特異的TCRを発現するiNKT細胞は、がんに対する細胞傷害活性を示すと共に、DCとの相互作用により強力なアジュバント活性を示し、がんの排除に優れることが明らかになった。

以上より、iNKT細胞をベースとした抗腫瘍エフェクター細胞は癌の免疫療法に有用であることが示唆された。健常人末梢血単核球をα-GalCer刺激してα-GalCer特異的ヒトVα24インバリアントNKT (iNKT)細胞の増殖を誘導した。これからVα24+Vβ11+6B11+ヒトiNKT細胞を、高速自動セルソーターにより精製分離して7-9日おきに複数回刺激することで株化した。さらにiNKT細胞にCD8α/β鎖遺伝子、およびがん抗原(MAGE-A4)特異的TCRα/β鎖遺伝子を導入した。CD8α/β鎖、TCRα/β鎖の発現はCD8α鎖、CD8β鎖に対する抗体、およびHLAテトラマーを用いたフローサイトメトリーにより確認した。さらにがん抗原特異的TCRを発現するCD4+CD8β- (CD4+ iNKT細胞サブセット), CD4-CD8β- (double negative (DN)iNKT細胞サブセット)を精製分離して株化した。これらのiNKT細胞サブセットは、がん抗原特異的TCRの他に、α-GalCerを特異的に認識する内因性のインバリアントTCRを保持していた。これらがん抗原特異的TCR発現iNKT細胞は、HIVペプチドを負荷したHLA-A24陽性細胞株に細胞傷害性を示さなかったが、がん特異抗原ペプチド(MAGE-A4ペプチド)を負荷したものに対して細胞傷害活性を示した。また、ペプチドの段階希釈により、特にDN iNKT細胞サブセットは強力な細胞傷害活性を示すことが明らかになった。このエフェクター細胞は、がん抗原ペプチドを認識するTCRとα-GalCerを特異的に認識するインバリアントTCRをともに発現するため、がん抗原ペプチドあるいはα-GalCerを用いて生体内で増殖をコントロールすることが可能である。遺伝子を導入したCD4+ iNKT細胞が強力なアジュバント効果を示すことが明らかになり、これのメカニズムを解明する作業が必要となった。In vivoにおける抗腫瘍効果判定の準備は遅れている。レトロウィルスを用いることにより、TCRおよびCD8遺伝子を効率良く導入することができた。遺伝子導入に使用するレトロウィルスおよび導入TCR発現の確認に用いるテトラマーのロット間の影響が大きく、解析結果が安定しなかったが、予備実験を重ねることで克服している。今後、大量のDCを解析に使用するため、DCのソースであるCD14陽性細胞を早期に健常人ボランティアから採取・凍結保存する。in vivo実験で予想外のトラブルが生じる恐れがある為、早期からヒトがん細胞の移植実験を開始して条件検討を行う。異なるiNKT細胞サブセットをベースとしたエフェクター細胞が、DCに賦与する機能的修飾(アジュバント効果)を評価する。検討項目は、DCにおける液性因子(IL-10, IL-12, IL-23, IL-27, VEGF, sVEGFR)の産生、DCの成熟マーカー(CD83, CD86など)の発現である(ELISA,フローサイトメトリー,リアルタイムPCR)。一方、ルシフェラーゼ遺伝子導入がん細胞株を作製して、Balb/c-RJ (RAG2null, JAK3null)マウスに移植する。これに各種エフェクター細胞を輸注して抗腫瘍効果を比較検討する。
技術系専門職の教育とキャリアの形成に関する日中比較研究

本研究は、日本と中国で職業教育を受け、その後製造業に従事している者を対象とする調査を中心に、日本と中国の技術系専門職におけるキャリア形成のメカニズムを解明し、学校教育と企業内教育の関係を明らかにすることを課題としている。本年度(2006年4月2006年8月)は、計画に基づき主にデータの分析と現地調査を行った。具体的には次のようなことに取り組んだ。(1)日本と中国の高等教育に関するマクロデータの分析結果に基づき、日本高等教育学会第9回大会8回大会(2006年6月3日4日、東京日本国立大学財務・経営センター)に参加し、学会発表を行なった(タイトル:高等教育のマス化と構造変化--日本の経験と中国の展望)(2)6月末7月初めに、中国北京、山東省で補足調査を行い、今まで日本で行われた調査(東陶機器株式会社、日野自動車株式会社本社)、及び中国で実施した調査の結果をさらなる分析を行った。(3)研究結果を纏めている。今までの研究結果の一部をまとめ、雑誌論文の形で公表した(裏面を参照)。本年度(2004年9月2005年3月)で、計画のとおりで主に基礎データの整理・分析と現地調査の予備調査を行った。具体的に次のようなことに取り込んだ。(1)日本と中国の職業教育に関するマクロデータを整理・分析した。(2)上述の中国のデータに基づき、2004年10月17日18日九州大学で行われた第45回産業教育学会大会に参加し、「中国における短期高等教育段階の職業教育の発展と特質」というタイトルの学会発表をした。(3)上記の学会の間に、レストルーム商品やバス・キッチン・洗面商品の製造で有名な東陶機器株式会社(北九州)の見学をした。同社の人事担当者から、東陶機器の人材育成に関する取り組みを聞き取りし、東陶機器の技術開発の状況、社員の技術養成、評価システムについて簡単なインタビューと資料収集をした。4 11月上旬中国で調査を行った。青島市で青島酒店管理職業技術学院、青島調理学校、中国理工大学で学校の概要について聞き、予備調査を行った。また、青島市にある有名な電気製造企業のハイアールで企業の概要と人材養成システムについて聞き取り調査と資料収集を行い、企業内大学の海爾大学を見学した。本年度(2005年4月2006年3月)は、計画に基づき主にデータの分析と現地調査を行った。(1)日本と中国の職業教育に関するマクロデータを整理・分析を行った。(2)上述の中国のデータに基づき、日本高等教育学会第8回大会に参加し、「中国の高等教育マス化と短期高等教育の変容」というタイトルの学会発表をした。(3)2004年に既に予備調査を行っていた東陶機器株式会社(北九州)へのインタビュー調査。同社の人事担当者から、東陶機器の人材育成に関する取り組み、東陶機器の技術開発の状況、社員の技術養成、評価システムについてより詳細に聞き取りを行った。(4)2005年10月に東京都日野市日野台にある日野自動車株式会社本社工場と教育訓練施設(日野高等工業学園)を訪問し、予備調査を行った。(5)2005年8月、中国青島市・北京市で資料収集、調査を行い、国際比較教育学会大会に参加し、発表を行った。(6)今までの研究結果の一部をまとめ、雑誌論文の形で公表した(裏面を参照)。
塩蔵食品由来変異原2-クロロ-4-メチルチオ酪酸によるDNA損傷に関する研究

2-クロロ-4-メチルチオ酪酸(2-Chloro-4-methylthiobutanoic acid, CMBA)は、Salmonella typhimurium TA1535株、TA100株に対する直接変異原(エイムステスト、-S9)である。サンマの開きから初めて発見され、メチオニン、亜硝酸、塩を酸性条件下で反応させることによっても生成する。我々はCMBAのDNA損傷性について、これまでにヌクレオシド(dG)を用いて、DNA付加体N7-(3-carboxy-3-methylthiopropyl)dG(A1)およびN7-(1-carboxy-3-methylthiopropyl)dG(A2)が生成することを報告している。本研究では、ネズミチフス菌(S. typhimurium TA1535)および培養細胞(TK6細胞)を用いて、DNA付加体の生成について検討した。CMBAが誘発する2種類のN7-dG付加体A1、A2は、どちらもMRMトランジションをm/z400→284としてLC/ESI^+-MS/MS分析により検出した。復帰突然変異試験(エイムステスト)でCMBAに対して陽性を示すS. typhimurium TA1535株において、DNA付加体A1の生成量はCMBA濃度依存的に増加した。また、反応系にグルコースを添加することにより生成量が著しく増加した。A2生成はわずかであったが検出された。また、ヒト脾臓由来リンパ芽球様TK6細胞を用いた試験では、A1、A2生成量がCMBA濃度依存的に増加し、反応系へのグルコース添加によりどちらも生成量が増加した。S. typhimurium TA1535株を用いた試験で、グルコースの添加により、菌体内へのCMBAの取り込みが増大することがわかっており、TK6細胞においても同様に細胞内への取り込みが増大したのか、あるいは修復酵素系への影響等によるものか今後検討が必要である。
酸化エルビウム結晶におけるポピュレーション操作と量子メモリへの応用

酸化エルビウム単結晶薄膜を用いた量子光メモリの実現を目指し、結晶内エルビウムイオン中の電子ダイナミクスを明らかにした。特にエルビウムイオン間距離の依存性を元に、エルビウムイオン間相互作用による電子の移動(エネルギー移動)について明らかにした。またこのエネルギー移動はフォトニック結晶構造により制御可能であることを実証した。これらは、通信波長帯で動作する高効率な量子光メモリを実現するために非常に重要な結果である。STIRAPを効率的に実現するために、H24年度は(1)Er_2O_3結晶薄膜の高品質化、および(2)古典光パルス対によるSTIRAPのためのEr_2O_3結晶薄膜の各光学物性評価を行った。(1)Er_2O_3結晶薄膜の高品質化:従来のEr_2O_3結晶薄膜は単結晶ではなく、ドメイン成長した微結晶の集合体(多結晶)である。ドメイン境界はキャリアの非発光トラップとなるため、本年度はEr_2O_3結晶ドメインの拡大化を図った。Er_2O_3結晶の格子定数はsi(111)の格子定数の2倍と整合するために、良質な結晶が得られる事が期待できる。MBE法を用いてsi(111)上にEr_2O_3を膜厚約100nmで成長したところ、成長温度715°Cにおいて完全なエピタキシャル成長薄膜が得られた。これらは成長中のRHEEDおよび成長後の断面TEM像から確認された。これによりドメイン境界の無い良質なEr_2O_3結晶薄膜を得る事に成功した。(2)古典光パルス対によるSTIRAPのためのEr_2O_3結晶薄膜の各光学物性評価:H24年度ではEr_2O_3単結晶薄膜でSTIRAPを実現するための基礎的な光学物性、特に準位間エネルギー移動レート、縦緩和時間、不均一幅、g因子とスピン選択則破綻の程度について評価を行った。まず4KにおけるEr_2O_3単結晶薄膜のPLE測定の結果、^4I_<13/2>および^4I_<15/2>の各Stark準位を同定した。また均一な結晶場が実現されている事により、不均一幅が約200μeVと量子ドット程度に狭いことが分かった。さらにサイトおよびStark準位選択励起によるPLおよび寿命測定を行った結果、縦緩和時間は約150μs、Erイオン間での共鳴エネルギー移動が数μsで生じている事が明らかとなった。ただしSTIRAPは数nsで操作を完了できる事が理論解析から分かっており、この共鳴エネルギー移動はSTIRAPに影響しない。また磁場中でのPL測定を行った結果、実効的なg因子は6.62と比較的大きな値を示したが、Er間距離が非常に近い(2A)ことから状態の混同が生じスピン選択則が破綻していることが分かった。エネルギー移動およびスピン選択則破綻の抑制のために、今後結晶中でのEr間距離を制御する必要がある。本年度は1Erイオン間相互作用の制御、2Stark準位均一幅評価、3ナノ構造作製に向けたEr2O3加工条件の検討を行なった。1Erイオン間相互作用の制御:Er2O3結晶中ではErイオン間距離が数オングストロームと近接しているためエネルギー移動が高い確率で生じ、ポピュレーションが散逸してしまうということが昨年明らかとなっていた。そこで今年度はErイオン間距離を制御するため、スカンジウム(Sc)で混晶化することを検討した。その結果MBE法でEr濃度100-1%の間の(ErSc)2O3単結晶薄膜を得ることに成功し、またEr間相互作用の抑制によりエネルギー移動効率を1/100に低減することが可能となった。さらにStark準位の不均一幅の減少(1/3以下)および発光の長寿命化(10倍以上)も観測された。2Stark準位均一幅評価:STIRAP実現にはStark準位の均一幅が重要なパラメータの一つである。そのため今年度はスペクトルホールバーニングによる均一幅評価を試みた。しかしながらこれまでのところ明瞭なホール形成は確認できておらず、その原因として薄膜での測定であるため相互作用長が短く、かつ測定系の波長分解能が不足しているためと考えている。そのため現在試料構造および測定系について改善を進めている。3ナノ構造作製に向けたEr2O3加工条件の検討:Er2O3をフォトニック結晶共振器中に埋め込み、単一光子レベルでのSTIRAPを実現することを本課題の最終目標としている。しかしEr2O3単結晶薄膜の微細加工例は非常に少ないため、その条件を詳細に調べる必要がある。今年度はドライエッチングによるEr2O3の加工条件を最適化し、数ミクロン数十ナノの微細構造の作製に成功した。これまで(ErSc)2O3結晶において空間的に異なるErサイト間でのエネルギー移動の存在を明らかにしてきたが、これに加えポピュレーションの散逸パスとして同一サイト内での上位準位へのエネルギー移動(アップコンバージョン)が存在することを実験的に見出した。

これらエネルギー移動の過程をモデル化し解析することで、それぞれの移動速度のEr濃度依存性を明らかにした。これにより(ErSc)2O3結晶では超高濃度なEr濃度を維持しつつ、エネルギー移動速度を十万分の一から百万分の一に抑制できることを明らかにした。これら成果はチップ上の通信波長帯微小光素子の実現に大きく貢献するものである。26年度が最終年度であるため、記入しない。光物性26年度が最終年度であるため、記入しない。当初目標であった古典光パルス対によるSTIRAPは到達できなかったが、エピタキシャルEr_2O_3単結晶薄膜の作製に成功した事により、STIRAP実現のための光学物性を詳細に明らかにすることができ、また必要な実験パラメータを得る事ができたため。均一幅の測定に苦戦しており、予定のSTIRAP実証は達成できなかった。しかしErイオン間相互作用の制御や微細加工条件の最適化などは予想以上に進捗しており、若干の遅れは見られるものの次年度に向け着実に進展していると考える。・Er_2O_3単結晶薄膜におけるEr間距離の制御と古典光パルス対によるSTIRAPの実施・横緩和時間の評価・Er_2O_3埋め込み型Siフォトニック結晶構造の作製プロセス検討・高分解能測定系およびEr2O3導波路構造を用いた均一幅の評価・STIRAPの実証・Er2O3埋め込み型フォトニック結晶共振器の作製と特性評価26年度が最終年度であるため、記入しない。
超高感度・磁気異方性測定装置の開発と反磁性磁場整列現象の地

本研究では調和振動による新しい測定原理とした磁気異方性の測定システムを開発し、10^<-12>emuレベルの高感度で測定を実現した。これにより反磁性異方性の正確なデータが集積され、自然界の鉱物全般にわたり磁場整列特性を明らかにする基盤が確立された。今回開発した磁気異方性測定装置は従来のトルク法を出発点としながらも、磁気異方性エネルギーを極限まで増大させて行なう点で別の発想に基づいたものである。この原理による測定感度は、今後のマグネットの発達にともなう磁場強度の増加とともに、限りなく向上すると考えられる。本研究では測定対象を反磁性物質に限定したが、従来からのスピン系の測定についても問題なく進めることができる。特に反磁性体中に含まれる極微量の磁性イオンについての研究などに有効であると考えられる。また単に磁気的な性質にとどまらず、例えば岩石中における構成鉱物粒子の配向度の定量評価など、様々な物理測定に応用できる可能性もある。なおこのシステムで達成した10^<-12>emuという感度は、これまで検出さていない微弱なレベルの異方性であり、その意味での未知の極限領域である。従って、例えば異方性の高次項の解明や結晶の微弱な歪の評価など、新しいタイプの異方性に基づく研究が、今後展開される可能性がある。これと平行して自然条件における粒子の磁場整列現象を解明するため基礎的研究を進めた。その一例として、銀河面での固体微粒子の磁場整列機構を解明する目的で、Heガス中でのグラファイト粒子の磁場整列実験を行った。さらに反磁性粒子と分散媒体の分子の相互作用を理解するために、温度および分散媒体の粘性をパラメータとした測定を行った。この結果に基づいて、赤外線の天文観測に基づく既存の整列理論の妥当性を検証した。1.測定法の精度向上について本研究では、これまで解明が進んでいなかった反磁性の微弱な磁気異方性の正確な定量測定をすすめる。この目的のために、異方性エネルギーが吊り糸の剛性エネルギーを大きく上回る条件下で、磁気的エネルギーのみに依存する回転運動を実現させ、異方性を測定する。この条件を達成するために、横磁場の超伝導マグネットを導入した。これにより磁場強度は従来の1.7Tから5Tに増大し、測定感度を一桁向上させることが可能となった。また同じく感度向上のために、1モルサイズの単結晶試料が必要であり、その選定と整形を行なった。さらに吊糸のねじれ剛性を小さくすることによる感度向上を進めた。具体的には従来の90μmの線材に変えて、49μmの線材を用いることで、ねじれ剛性の項を従来の4分の1に減少させ感度を半桁向上させることに成功した。この線材は従来は、重量の上で1モルサイズの試料に耐えられないと考えられいたが、試行の結果、十分使用できることが分かった。この手法を新たに設置された超伝導マグネットと組み合わせることにより、磁気異方性の測定を、当初の目標よりさらに半桁高い精度で実現する可能性が出てきた。2.超伝導マグネットの企画変更当初の設計では、10mmφの径で磁場中心から鉛直上向き方向の空間を設計していた。しかしながら、測定システムの断熱空間の必要上、60mmφに変更した。これにより、測定システムへの磁場勾配の影響を、定量的に評価することが可能となった。3.測定系の開発サンプルセル内層は粘性抵抗や気流による運動の乱れを除く目的で常時排気する。このための装置製作を進めた。

また、あらたに試料の吊糸の保持部に超伝導浮上の軸受けを導入し、上記の精度をさらに向上させつつある。本研究では、試料の磁気的異方性エネルギーが保持線材の剛性エネルギーを大きく上回る条件を実現させることで、従来にない高感度の磁気異方性測定をめざした。既存の磁気異方性測定法(トルク法)では線材のネジレ復元力と磁気的異方性トルクの釣り合いを利用して測定を行うのに対して、本研究では試料は磁気的エネルギーのみに依存する調和振動を実現させるため、線材の特性に依存しない測定が可能となる。試料の磁気異方性エネルギーが、線材のネジレ剛性エネルギーを大きく上回る条件を実現するには、(1)試料サイズの増加、(2)吊糸のねじれ剛性の減少、(3)磁場強度の増加、などの方法が考えられる。(2)に関しては従来の90ミクロンの線材に変えて、8ミクロンの線材を用いることで、ねじれ剛性の項を従来の100分の1減少させ、感度を1桁向上させることに成功した。さらに(3)に関しては、昨年度導入された水平磁場型の超電導マグネット(最大磁場5T)を導入した。これらにより、既成のトルク法にくらべて3桁以上高い、2×10^<-11>emuの感度を達成しつつある。なお今回の手法を、現在達成されている世界最強の定常磁場(B=30T)と組み合わせれば、感度をさらに10^<-13 >emuまで向上しうる。宇宙および地球上の自然環境下では、これまで様々なタイプの磁場整列現象が報告されてきた。しかしながらこれまでの研究では専ら磁性イオンの寄与のみが扱われ、反磁性の特性に注目した例は皆無と言って良い。そこで自然界における反磁性整列の可能性を見直す意義は大きいと考えられる。その一例として銀河面での固体微粒子の磁場整列機構を解明する目的で、Heガス中でのグラファイト粒子の磁場整列実験を開始した。
大規模熱輸送解析データベースを活用した核融合プラズマの熱輸送モデリング

「実際に使える」核融合プラズマの熱輸送モデルを導出するため、第一原理に基づく従来の研究から発想を大きく転換して、大規模データ(多数の実験データ、多数の熱輸送解析データ)に向き合った手法を提唱、実践する。大型ヘリカル装置の実験解析用統合輸送解析スイートTASK3D-aの開発・運用の実績に基づく発想である。統計解析手法に基づいて、広範囲のパラメータにわたって有効かつ簡便な「使える」熱輸送モデルを提示する。さらに、得られた熱輸送モデルの実験検証を行い、その妥当性を検証する。その上で、トカマクを含めた他実験装置における同様の研究の呼びかけを行うとともに、核融合炉運転制御への活用を見据えた展開も図る。
小脳プルキンエ細胞上のシナプス構築形成に対する各分子の作用機序の解明

小脳プルキンエ細胞は平行線維と登上線維の2種類の興奮性入力を受け、前者はプルキンエ細胞の樹状突起の遠位領域に、後者は一本からなる線維が近位領域にシナプス結合していることを特徴としている。そのシナプス構築の形成には様々な分子が関与すると考えられるが、その中でグルタミン酸受容体δ2分子および代謝性グルタミン酸受容体1型分子に着目し、順行性標識法を用いてそれらの遺伝子欠損マウスの登上線維を選択的に発色させ登上線維と平行線維のプルキンエ細胞上におけるシナプス構築を調べ、そのデータをもとに各分子のシナプス構築形成に対する役割を検討した。登上線維を選択的に発色させた小脳について、軟膜に平行な電子顕微鏡用超薄切片をプルキンエ細胞の細胞体レベルから樹状突起の終端レベルまで連続して作製し、プルキンエ細胞上における登上線維シナプスと平行線維シナプスについて解析した。その結果、グルタミン酸受容体δ2の遺伝子欠損マウスのプルキンエ細胞については、1)平行線維シナプスが分布する樹状突起の遠位部においては、スパイン数は変わらないものの平行線維シナプス数が半減し登上線維が侵入しシナプスを形成していた。2)一本の樹状突起に複数本の登上線維の入力を示すシナプス構築像が遠位部で観察された。以上からグルタミン酸受容体δ2は平行線維シナプスを安定化しそれによって余剰な登上線維の侵入を抑える働きをすることを示唆していた。一方、代謝性グルタミン酸受容体1型分子の遺伝子欠損マウスでは、平行線維シナプス、登上線維シナプスの数と分布には変化がみられなかった。しかし、他のプルキンエ細胞を伴走する登上線維から分枝した側枝が樹状突起近位部に伸び、その側枝由来の登上線維によって支配されるプルキンエ細胞が存在した。そのことから、代謝性グルタミン酸受容体1型分子は平行線維と登上線維の相互作用には関与せず、登上線維と登上線維間の相互作用、つまりプルキンエ細胞への一重支配を形成するうえで不要な登上線維を削除する際に大きな役割をはたすと推察される。
金属/半導体/絶縁体 超ヘテロ構造による高機能電子デバイス材料の研究

本研究は、集積回路の更なる高密度化・微細化を推進するため、金属/半導体/絶縁体ヘテロ接合超格子の顕著な量子効果を利用した電子デバイスをシリコン基板上に形成し、高機能動作を達成することを目的して行い、以下の成果を得た。ポテンシャル障壁が高く、尖鋭な量子化準位が期待されることから、高いオン-オフ比や高機能動作デバイスの可能性を有するCaF_2/CdF_2/Siヘテロ接合材料系を選択し、共鳴トンネル構造の結晶成長を行った。成長を原子層厚レベルで制御するため、結晶成長領域を100nm程度の微細な領域に限定したナノ領域エピタキシーを提案し、これによって顕著な特性の均一化が得られるとともに、量子井戸層厚依存性に関する系統的な実験結果が初めて得られた。また、水素終端化処理したSi(100)基板上への成長を行い、(100)面上で初めて室温微分負性抵抗特性を得た。さらに、適当な基板オフ角の選択と原子ステップ制御プロセスをナノ領域エピタキシーと組み合わせることによって、アンチフェイズ界面による欠陥の少ない層構造を形成し、Si(100)基板上に再現性よく室温微分負性抵抗を得た。低消費電力・素子面積縮小が可能な集積素子構造として、CaF_2/CdF_2/Siヘテロ接合による低電流密度共鳴トンネルダイオードをゲートソース間へ集積した縦型MOSFETを提案し、SRAMを構成した場合、MOSFETのみの構成に比べ50%の素子面積縮小が可能であることを示した。縦型MOSFETとしてPtSiショットキーソース/ドレインMOSFETを考案し、電子ビーム露光を用いて、ゲート長55nm、ゲート酸化膜5および8nm、チャネル厚830nmの素子を作製し室温動作を達成した。さらに、CdF_2/CaF_2三重障壁RTDを縦型ショットキーソース/ドレインMOSFETに集積し、室温で共鳴トンネルに起因する電流電圧特性を得た。本研究は、集積回路の更なる高密度化・微細化を推進するため、金属/半導体/絶縁体ヘテロ接合超格子の顕著な量子効果を利用した電子デバイスをシリコン基板上に形成し、高機能動作を達成することを目的して行い、本年度は以下の成果を得た。低消費電力・素子面積縮小が可能な集積素子構造として、高ピークバレー比・低電流密度共鳴トンネルダイオード(RTD)をゲートソース間へ集積した縦型MOSFETを提案し、SRAMを構成した場合、MOSFETのみの構成に比べ50%の素子面積縮小が可能であることを示した。RTDとして、ポテンシャル障壁が高いことから提案した素子の動作に適したCaF_2/CdF_2/Siの絶縁体/半導体ヘテロ接合材料系を選択し、結晶成長を行った。ヘテロ構造の層厚を原子層レベルで制御するため、結晶成長を100nm程度の微細領域に限定するナノ領域エピタキシーを提案して二重障壁RTDを形成し、非常に均一性のよい微分負性抵抗特性を得た。さらに、水素終端化処理したSi(100)上へのCdF_2/CaF_2RTD形成を行い、(100)面上ではじめて室温微分負性抵抗特性を得た。理論解析との良い一致から、更なるゲート酸化膜薄膜化により十分な電流駆動能力が得られる見通しを得た。さらに、CdF_2/CaF_2三重障壁RTDを縦型ショットキーソース/ドレインMOSFETに集積し、室温でRTD構造に起因すると考えられる電流電圧特性を得た。

以上により、量子効果素子を用いたSi高集積回路素子として、低消費電力・素子面積縮小が期待できる新しい集積三端子素子実現の可能性を示した。本研究は、集積回路の更なる高密度化・微細化を推進するため、金属/半導体/絶縁体ヘテロ接合超格子の顕著な量子効果を利用した電子デバイスをシリコン基板上に形成し、高機能動作を達成することを目的して行い、本年度は以下の成果を得た。ポテンシャル障壁が高く、尖鋭な量子化準位が期待されることから、高いオン-オフ比や高機能動作デバイスの可能性を有するCaF_2/CdF_2/Siヘテロ接合材料系を選択し、共鳴トンネル構造の結晶成長を行った。成長を原子層厚レベルで制御するため、結晶成長領域を100nm程度の微細な領域に限定したナノ領域エピタキシーを提案し、これによって顕著な特性の均一化が得られるとともに、量子井戸層厚依存性に関する系統的な実験結果が初めて得られた。また、水素終端化処理したSi(100)基板上への成長を行い、(100)面上で初めて室温微分負性抵抗特性を得た。さらに、適当な基板オフ角の選択と原子ステップ制御プロセスをナノ領域エピタキシーと組み合わせることによって、アンチフェイズ界面による欠陥の少ない層構造を形成し、Si(100)基板上に再現性よく室温微分負性抵抗を得た。低消費電力・素子面積縮小が可能な集積素子構造として、CaF_2/CdF_2/Siヘテロ接合による低電流密度共鳴トンネルダイオードをゲートソース間へ集積した縦型MOSFETを提案し、SRAMを構成した場合、MOSFETのみの構成に比べ50%の素子面積縮小が可能であることを示した。縦型MOSFETとしてPtSiショットキーソース/ドレインMOSFETを考案し、電子ビーム露光を用いて、ゲート長55nm、ゲート酸化膜5および8nm、チャネル厚830nmの素子を作製し室温動作を達成した。さらに、CdF_2/CaF_2三重障壁RTDを縦型ショットキーソース/ドレインMOSFETに集積し、室温で共鳴トンネルに起因する電流電圧特性を得た。
ワトソン－クリック塩基対形成を可能にする蛍光核酸のデザインとＤＮＡプローブの開発

平成27年度は、8-アザ-3,7-ジデアザアデニン骨格を有する新規核酸分子を多段階反応により合成することに成功した。このヌクレオシド誘導体は3位(DNA二重鎖マイナーグルーブ側)および7位(DNA二重鎖メジャーグルーブ側)の2か所の位置での修飾(置換基導入)が可能である。そこで、まず、8-アザ-3,7-ジデアザ-2'-デオキシアデノシン誘導体の応用例として、3位にナフチルエチニル基を導入した蛍光ヌクレオシドを合成し、これらを含む蛍光DNAプローブの開発にも成功した。この誘導体は周辺の極性環境や立体構造等の微細環境の違いにより蛍光発光波長が大きく変化する(蛍光色の変化が見られる)化合物であり、蛍光DNAプローブ中で、アデニン(A)と同様な水素結合パターンを示すことを実験により確認した。さらに、新しく開発した蛍光DNAプローブは、相手塩基がチミン(T)の場合のみ蛍光発光波長を変化させることから、蛍光発光色の違いでチミン塩基の有無を識別できることを明らかにした。そこで、MTHFR遺伝子配列を識別するプローブへの応用を試みた。3位にナフチルエチニル基を導入した8-アザ-3,7-ジデアザ-2'-デオキシアデノシンを含むMTHFR遺伝子の相補鎖となる蛍光DNAプローブを作製し、正常遺伝子配列(C型)、変異遺伝子配列(T型)それぞれとハイブリダイズして、蛍光スペクトルの測定を行ったところ、MTHFR遺伝子の変異遺伝子であるT型を蛍光強度および発光波長の劇的な変化で識別することに成功した。このように、平成27年度で開発した新しい環境感応型蛍光核酸分子は、遺伝子検出試薬、遺伝子検出用蛍光DNAプローブとしての用途が期待できる。27年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、分子周辺の環境変化に伴って発光特性が変化するような新しい環境感応型蛍光核酸塩基のデザインおよびそれらの開発を行った。その中でも8-アザ-7-デアザアデニンに種々のナフチル基を導入した蛍光性核酸分子を含むオリゴヌクレオチド鎖は、完全相補鎖となる標的遺伝子と二重鎖を形成した際に、発光スペクトルの短波長シフトを示した。一方で、修飾塩基の対面塩基がミスマッチとなる不完全相補鎖とハイブリダイズした場合では発光波長シフトが観測されなかったことから、標的遺伝子の一塩基の違いを発光波長の違いにより識別できることに成功した。この内容はTetrahedron Lettersに掲載されている。このように分子周辺の粘度環境に応じて分子構造を変化させ、分子のねじれに応じた発光波長を示すという新しいコンセプトでDNA中の微細環境をモニタリングできることが示唆された。さらに鋭意検討した結果、3-デアザアデニンにエチニルナフタレンを連結させた蛍光性3-デアザ-2'-デオキシアデノシン(3nzA)は優れた一塩基識別プローブとして利用できることを見出した。その修飾塩基の対面塩基がチミンの場合にのみワトソン-クリック型の塩基対を形成し、ナフタレン部位がDNA二重鎖のマイナーグルーブ側に突き出され、核酸塩基部位全体が平面構造をとることで、発光波長の長波長シフトを示した。従って、対面塩基のマッチ-ミスマッチの違いを発光波長(蛍光色)の違いで識別することに成功した。この成果はChemBioChemに報告している。本研究で開発した人工核酸塩基はDNA中で相手塩基と安定なワトソン-クリック塩基対が形成可能なことに加えて、二重蛍光特性を用いることで発光波長変化によって一塩基変異を識別できるプローブへの応用が期待される。平成26年度は、新しい蛍光性核酸塩基を多数合成することに成功している。

合成して得られた種々の核酸分子は蛍光スペクトル測定により、様々な溶媒中で発光変化が見られることを明らかにした。すわなち、核酸分子周辺の極性環境が異なると蛍光強度や発光波長が大きく変化する現象が示されたことから、本研究の第一の狙いとする環境感応型蛍光核酸塩基を合成することができたと言える(新規の蛍光核酸塩基を開発するには有機合成的に反応段階も多いため合成するのが非常に難しい)。さらに、それらの中でも、分子周辺の粘度環境(高粘度溶媒のグリセロールなど)に応じて分子構造を変化させ、分子のねじれに応じた発光波長を示す、いわゆる粘性環境変化に応じて発光モードも変化する核酸分子は特に優れた性能を示すことを見出している。これらの研究成果は既に査読有りの学術雑誌に報告している。以上のことから、本研究課題の達成度はおおむね順調に進んでいると言える。27年度が最終年度であるため、記入しない。平成26年度は、極性や粘性などの環境変化に応じて発光特性が変化する人工蛍光核酸塩基を合成することに成功している。さらにDNA配列中の構造(特定の位置の塩基)の違いなどを発光波長の変化によって識別できるプローブとして利用できることが示唆された。今年度は、平成26年度で得られた蛍光核酸塩基を用いて、実際に存在する一塩基変異(SNP)を持つ遺伝子配列を発光波長の違いによって容易に識別できるDNAプローブの応用を試みる。それと同時に、一年目と同様に核酸塩基に修飾する置換基(蛍光分子)の更なる検討や新しい蛍光核酸塩基のデザインや開発を並行して研究を進めていく。現時点では、粘性環境変化に応じて発光モードが切り替わる特性を示すことができれば、DNAプローブとしての性能が極めて高いことが明らかとなっている。しかしながら、どのような分子設計をすれば、いわゆる二重蛍光性を示す蛍光核酸塩基を開発できるのかいまだ解明できていない。従って、光物理化学的(分子軌道計算など)に追及し、置換基効果等を解明する必要がある。そのうえで、環境感応型蛍光核酸プローブとして最適な構造を有する機能性分子を決定または改良を施していく予定である。
下顎頭軟骨の再生力に着目した機能的顎矯正治療方法の開発に向けた基礎研究

機能的顎矯正装置は臨床上優れた効果を齎してきたが、下顎骨の成長中心である下顎頭軟骨ついては未だ不明な点が多い。我々は、下顎頭軟骨と他の成長軟骨の遺伝子発現プロファイルを比較する事で下顎頭軟骨の特異性を明らかにしてきた。成体の下顎頭軟骨は、長管骨成長軟骨と比較して遺伝子発現に差異が認められた。さらに、骨への置換が早く欠損部の再生能が優れていた。成体の下顎頭軟骨は、長管骨成長軟骨と比較して神経堤幹細胞に関連深い遺伝子発現が強く認められた。以上より、これらが下顎頭軟骨の高い再生能に関与し、特異的な軟骨内骨化が存在する可能性が示唆された。下顎頭軟骨は神経堤細胞から発生し、四肢の関節における軟骨とは発生由来が異なり高い適応能力があると云われている。また、我々は、顎顔面領域の下顎頭軟骨が他の軟骨と遺伝子発現プロファイルが異なり、血管侵入抑制因子であり変形性関節症と関連性が高いChM-1の発現が下顎頭軟骨においては欠落していることを報告した[BONE, 42(6):1053-60, 2008]。一方、下顎頭軟骨に関しては、十分な理解がないままに様々な治療法(顎関節症の治療や機能的矯正装置)が行われ、その効果に関しても未だ不明な点が多い。そこで、本研究では、発生由来の観点から下顎頭軟骨を再考し、より深く理解し新しい顎位置の考え方や機能的顎矯正装置の開発ならびに使用方法に向けた基礎的研究を行う事とした。[研究期間内に明らかにすること]Step1:DNAchip、Real time-PCRを用いて網羅的に全遺伝子発現のプロファイル分析から下顎頭軟骨の特異的な特徴を明らかにする。Step2:In vitroにて軟骨細胞の培養を行い、長管骨成長軟骨と比較することで下顎頭軟骨の増殖能・多分化能の機能的評価を行う。Step3:In vivoにて軟骨移植実験を行い、長管骨成長軟骨と比較することで下顎頭軟骨の再生能の評価を行う。[本研究の予測される結果と意義]本研究によって、下顎頭軟骨が成体においても神経堤細胞の特徴を強く持ち、高い修復再生能と多分化能を持っている事が明らかになれば、下顎頭軟骨に対する古くからの臨床的疑問点の多くが解決されると期待される。さらには、下顎頭軟骨の高い再生力と多分化能を応用した新たな口腔領域特異的な再生療法の開発につながると期待している。演者らは、下顎頭軟骨と他の成長軟骨の遺伝子発現プロファイルを比較する事で下顎頭軟骨の特異性を明らかにしてきた(J Dent Res 83(3) : 245-249, 2004 & BONE, 42(6):1053-60, 2008)。下顎頭軟骨は、神経堤幹細胞から発生し四肢の関節における軟骨とは発生由来が異なり高い適応能力があると云われている。このことから、我々は下顎頭軟骨には特異的な骨代謝のメカニズムがあると仮定し、下顎頭軟骨と長管骨成長軟骨を比較、検討した。H25年度に行った実験結果より、C57BL/6Jマウスより採取した下顎頭軟骨、長管骨成長軟骨の免疫組織化学的解析および、遺伝子発現解析より、成体の下顎頭軟骨は、長管骨成長軟骨と比較して神経堤細胞マーカーであるWnt1、P75、神経系幹細胞マーカーであるMusashi-1、Nestinのタンパクの局在、遺伝子発現が強く認められた。また、平成26年度に行った軟骨移植実験は、頭蓋に形成した直径2.0mmの骨欠損部に行い、移植5、10週経過後のμCT画像、組織像から再生骨に関して評価を行った。軟骨移植実験によるCT所見、組織学的所見より、成体の下顎頭軟骨は、長管骨成長軟骨と比較して軟骨から骨への置換が早く欠損部の再生能が優れていた。また、骨形成量に関しても下顎頭軟骨移植群の方が優位であった。結果として、成体の下顎頭軟骨は、長管骨成長軟骨と比較して神経堤幹細胞に関連深い遺伝子発現が強く認められた。歯科矯正学下記の通り研究計画通りに概ね遂行出来ている。本年度は、3週齢マウスの下顎頭軟骨および長管骨成長軟骨における遺伝子発現量をReal time-PCR、タンパクの局在を免疫組織化学解析を用いて検討した。

マーカーとしては、神経堤細胞Wnt-1、Nestin、神経系幹細胞に関連するSox10、Musashi-1の遺伝子について正確な遺伝子発現定量評価を行い。かつ、遺伝子発現の認められた因子に関しては、免疫染色で組織学的な検討も行う。当初は、下記の研究計画通り遂行する予定であったが、軟骨培養の前に、まずは移植実験を行う予定である。1軟骨培養を行い、In vitroにて増殖能・多分化能の評価を行う。2我々が考案した発生由来が考慮された移植実験モデル(詳細を後述(Fig.3))を用いて軟骨移植実験を行い、In vivoにて下顎頭軟骨と他の成長軟骨との機能的特徴の違いを明らかにする。本年度、海外学会発表予定であったが、次年度に持ち越した為。次年度に海外学会発表をした際に生じる経費に使用する計画である。