hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
嗅覚の後天的発達可能性の探索及び嗅覚障害併発疾患の新規治療法開発研究

2:上記の反応性については、個人差も存在しており、特に匂いに関わる仕事を行っているなど、日常的に匂いに触れている対象者については上記の結果からの予測を逸脱する可能性がある。この点を踏まえて、さらに以下の2点について検討を行った。1:匂いについての脳の部位の内、多くの匂いに共通するのは前頭前野近傍部の活性であったが、機能性として例えば集中力を向上させると考えられている匂いと、その逆にリラクゼーション作用をもたらすような匂いでは明確に異なるパターンを示すか。2:上記に加えて、機能性をもたらすとされる先行研究の多くでは簡易脳波計などを用いた生理学的変化から機能性を示していたが、匂いを嗅いだときの脳波のパターンにも変化があるか。上記を検討するために、スペクトラテック社OEG-16装置を用いて、前頭前野近傍部周辺のオキシヘモグロビンの変化を、ペパーミント、フェンネル、ローズマリーの三種の匂いを嗅いだときにどう変化するかを検討した。この時同時に、対象者の匂い機能が正常であるかどうかを検査し、匂いについての嗜好性も検討した。さらに、簡易脳波計(ヒューテックエレクトロニクス社FM929)を用いて、このときの有意脳波の傾向について調査した。結果として、OEG-16における結果では、機能性が異なるとオキシヘモグロビンの動態のパターンも変化することが分かった。さらに簡易脳波における優性脳波も異なるパターンを示すことが分かった。しかし、嗜好性とのはっきりとした相関は無かった。従って、香りによる機能性を得て、医学的に何らかの治療などに結びつけるためには、機能性を発揮するかどうかを検討するとともに、NIRSなどの簡便な脳機能評価法を行うべきであることが分かった。近年、我が国では認知症の治療効果をはじめとして、匂いの持つ機能性(嗅ぐことによって心身に与えられる影響)に注目が集まっています。しかし、特に脳に対する機能性についてメディア等で広く知られている状態にも関わらず、匂いが脳のどのような部位に作用するかや、個々人の体質によって効果に差があるのかははっきりと分かっていません。そこで、脳機能イメージング技術を用いて匂いが脳のどのような場所に影響を与えるかを可視化しました。さらに匂いによく触れる機会がある人について、匂いが脳に与える影響が異なることも観察しました。この結果を活かし、匂いによる機能性がより有益かつ効果的に利用される為の一助となれば幸いです。家族の持病が悪化した為、一時的に介護が必要になり、そのために予定の実験の一部を行うことができなかったので、やや遅れていると判断した。神経心理学健常一般職成人対象者群(一般職群)と匂いを職業上頻繁に利用する健常成人対象者群(芳香職群)とで匂いに対する反応性に変化があるか否かについてさらに例数を増やした実験を実施する。また、NIRSについてポータブル型NIRSの導入を行い、健常者と有病者の反応性の変化について検討を行う。特に中枢性嗅覚障害を呈することがよく知られているアルツハイマー病患者と健常対象者の間にどのような差があるか検討する。前年度作成した装置について、本体耐久性とソフトウェアの脆弱性が発見され、全体の見通しの修正を余儀なくされている状況である。
炎症性免疫応答を標的とする脳梗塞治療の研究

我々は最近、脳梗塞増悪過程におけるインターロイキン(IL) 23-17 axisの重要性を明らかにしている。本研究では、この上位シグナルについて遺伝子改変動物を用いて解析を行った。浸潤炎症細胞からのIL-23の放出に、Toll like受容体(TLR)であるTLR2およびTLR4が寄与すること、傷害脳組織から放出されてTLR2/4を刺激する物質が、従来抗酸化物質と認識されてきたperoxiredoxin familyであり、新規のdanger signalとして、脳虚血後の炎症惹起物質として働くことを示し、免疫担当細胞とそのメディエーターが脳梗塞治療の標的となることを明らかにした。高齢化社会を迎えてますます臨床的な重要性を増している脳血管障害であるが、その後遺症を軽減する画期的な治療法は未だ開発されていない。脳血管障害の7割を占めている脳梗塞は、急性期に拡大・増悪し、時に致死的状態をもたらすが、近年急性期脳梗塞における分子機構・シグナル伝達が徐々に明らかになり、脳虚血発症後に脳血流以外の因子が脳梗塞を拡大・増悪させることも示唆されている。近年脳梗塞における免疫応答の役割が注目されているが、我々は最近、脳梗塞増悪過程におけるインターロイキン23-17 axisの重要性を明らかにしている。本研究では、遺伝子改変動物ならびにin vivo遺伝子導入法を駆使して、脳梗塞における同axisを中心とした免疫応答・炎症反応の詳細な機構と治療標的としての意義を探究するとともに、国産遺伝子導入ベクターの有用性を検討することを目的としている。初年度に引き続き、当該年度では、脳梗塞の増悪機構における免疫応答、特にIL23-IL17 axisの活性化をもたらす炎症シグナルを検討した。このために、初期免疫応答に関連するシグナルの遺伝子改変動物を用い、脳虚血早期の段階における自然免疫機構の解明を試みた。特にToll like受容体(TLR)やその下流シグナルの遺伝子改変動物とその免疫担当細胞を用いて、IL23の発現誘導をもたらす刺激について検討した。脳虚血の作製には、栓糸閉塞モデルを用い、脳血流量などの生理学的パラメーターを測定し、再現性に優れた脳虚血モデルを作製した。治療効果を判定するために、組織傷害のみならず、神経機能への影響も評価した。近年脳梗塞における免疫応答の役割が注目されているが、我々は最近脳梗塞増悪過程におけるインターロイキン(IL) 23-17 axisの重要性を明らかにしている。すなわち、IL-17を産生する細胞が虚血脳で増加し、その浸潤にはIL-23の刺激が必要であること、IL-17産生細胞が当初想定されたCD4陽性Th17細胞ではなくγδT細胞であること、さらに脳虚血導入1日後からの治療開始によるIL-17の抑制であっても脳梗塞を縮小できることを報告している(Nat Med 2009)。本研究では、このIL-17の発現をもたらす上流シグナルについて遺伝子改変動物を用いて解析した。また、培養樹状細胞を用いた刺激実験による解析も行った。浸潤炎症細胞からのIL-23の放出に、Toll様受容体の内TLR2およびTLR4が寄与することを初年度に明らかにし、次年度には、傷害脳組織から放出されてTLR2/4を刺激する物質が、従来抗酸化物質と認識されてきたperoxiredoxin familyであり、新規のdamage-associated molecular patternsとして、脳虚血後の炎症惹起物質として働くこと、その阻害抗体の虚血後投与により、脳梗塞の縮小と神経徴候の改善が認められることを明らかとした(Nat Med 2012)。これらの成果を踏まえ、研究者が日本側責任者として日米の第一線脳虚血研究者30名を招いてNew Orleansで開催したTranspacific Workshop on Strokeで、詳細な内容を講演発表した(Ann NY Acad Sci 2013)。最終年度には脳虚血後に浸潤する免疫担当細胞の特性をさらに検討し、骨髄由来マクロファージおよび内在性ミクログリアが発現する炎症性遺伝子の解析を行い、脳梗塞治療の標的となる免疫担当細胞の役割についての基礎的データを得た。

当該年度の目標は、脳梗塞の増悪機構における免疫応答、特にIL23-IL17 axisに関連する炎症シグナルを詳細に検討することであった。このために、初期免疫応答に関連するToll like受容体(TLR)の遺伝子改変動物を用い、脳虚血に対する炎症性サイトカイン・ケモカインを中心とした炎症関連蛋白の発現・産生と、関連するT細胞サブタイプや抗原提示細胞、浸潤炎症細胞について解析を行った。脳虚血の作製には、栓糸閉塞モデルを用い、脳血流量などの生理学的パラメーターを測定し、再現性に優れた脳虚血モデルを作製した。治療効果を判定するために、組織傷害、神経機能への影響を評価した。近年、種々の炎症性疾患での重要性が注目されているIL-17であるが、我々はIL-17を産生する細胞が虚血脳で増加し、その浸潤にはIL23の刺激が必要であること、IL17産生細胞が当初想定されたCD4陽性Th17細胞ではなく、γδT細胞であること、しかも、その浸潤が脳虚血後3日をピークとすること、さらに、脳虚血導入1日後からの治療開始によるIL-17の抑制であっても脳梗塞を縮小できることを報告している(Nat Med 2009)。初年度および当該年度では、このIL-17の発現をもたらす上流シグナルの解析を主として行った。すでに、マクロファージから放出されるIL-23によるγδT細胞の刺激が重要であることを報告しているが、今回は、さらにその上流シグナルについての系統的な検討を、遺伝子改変動物でのFACS解析などで行った。また、培養樹状細胞を用いた刺激実験による解析も行った。浸潤炎症細胞からのIL-23の放出に、TLR2およびTLR4が寄与することを初年度に明らかにしたが、当該年度では、傷害脳組織から放出されてTLR2/4を刺激する物質が、従来抗酸化物質と認識されてきたperoxiredoxin familyであり、新規のdamage-associated molecular patternsとして、脳虚血後の炎症惹起物質として働くこと、その阻害抗体の虚血後投与により、脳梗塞の縮小と神経徴候の改善が認められることを明らかとした(Nat Med 2012)。また、研究者が日本側責任者として日米の第一線脳虚血研究者30名を招いてNew Orleansで開催したTranspacific Workshop on Strokeで、詳細な内容を講演発表した。近年、種々の炎症性疾患での重要性が注目されているIL-17であるが、我々はIL-17を産生する細胞が虚血脳で増加し、その細胞が当初想定されたTh17細胞ではなく、γδT細胞であること、しかも、その浸潤が脳虚血後3日をピークとすること、さらに、IL-17の抑制は脳虚血導入1日後からの治療開始であっても脳梗塞を縮小できることを報告している(Nat Med 2009)。当該年度では、このIL-17の発現をもたらす上流シグナルの解析を主として行った。すでに、IL-23によるγδT細胞の刺激が重要であることを報告しているが、今回は、さらにその上流シグナルについての系統的な検討を、遺伝子改変動物でのFACS解析などで行った。
電子面とホール面を持つ相関電子系の近藤効果と超伝導

ランタノイドやアクチナイドを含む化合物中では、局在f電子の持つ多極子自由度が近藤効果を通して伝導電子と量子力学的に相互作用することにより、非従来型超伝導に代表される興味深い現象を引き起こす。通常の相関電子系における超伝導は、強いクーロン斥力を避けるために空間的に異方的なクーパー対の形成が起こる。一方で最近、CeCu2Si2やUBe13では空間等方的なフルギャップ超伝導を示唆する結果が実験的に得られた。本研究では、重い電子系特有のフルギャップ超伝導発現機構の理論的提案を目指し、半金属的な伝導バンド構造をもつ近藤格子を解析した。理論手法としては、近藤系で基底状態を記述できることが確立している平均場理論を用い、超伝導秩序変数や熱力学量を調べた。低エネルギー極限のモデルを解析した結果、複合体ペア振幅という3体の束縛状態に由来する物理量が超伝導状態を特徴づけていることを明らかにした。これは局在f電子の自由度を巻き込んだ形をしているために、通常の超伝導状態とは異なり電磁応答に影響を及ぼすことができない。そこで、本研究ではさらに高エネルギーの効果(伝導バンドのカットオフエネルギー)を摂動的に取り込むことで、通常のペア振幅が誘起され、それがマイスナー応答を導くことを明らかにした。このような結果はタイトバインディングモデルを直接解析することでも得られると考えられるが、フェルミ面付近に注目した低エネルギー理論に基づくことで直観的な物理的描像を確立することができた。研究計画では半金属的な伝導バンドを持つ近藤不純物系を調べ、さらに近藤格子において平均場理論を構築することを予定していた。本研究では、不純物系がマルチチャンネル不純物近藤系と同等であることを示すことや、研究実績で記述したように平均場理論を近藤格子に対して適用し特徴的な物理的描像を確立することができた。さらに、磁場下の超伝導体で実現するような非一様な系に対する理論構築も進んでおり、当初の計画よりも研究が進展している。これまでの研究において空間一様な系における平均場理論を確立することができたので、非一様な系の解析を行う。具体的にはEilenberger方程式やGinzburg-Landau理論を導出し、それら駆使して量子渦に対して物理量の計算を実行する。また、平均場理論は弱相関に基づく理論であるので、その逆の極限である強相関極限からの理論を構築することや、動的平均場理論を用いて有効理論の妥当性を裏付ける。さらに、どのような実際の物質系で実現しうるかを、第一原理計算を駆使して検証する。
高輝度YFP融合ライブラリーを用いた核内受容体制御タンパク質の網羅的同定

1.ステロイドホルモン受容体が形成する核内fociの形成意義に関する検討ステロイドホルモン受容体のリガンド依存性foci形成が、転写に先立って起こるものではないことを明らかにし、その形成は細胞内のコアクチベーターとコリプレッサーの発現量の比に依存するものと推測された。2.転写コリプレッサーN-CoRのドメイン解析転写コリプレッサーであるN-CoRの様々な欠失ミュータントを作製したところ、中央部分の1133-1798アミノ酸に相当する部分が、ステロイドホルモン受容体の転写活性化抑制および受容体との共局在の双方に重要であることが明らかになった。3.骨芽細胞分化増殖に必須である転写因子Runx2とアンドロゲン受容体の相互転写抑制効果ステロイドホルモンの骨代謝における役割を明らかにするために、ステロイドホルモン受容体とRunx2の相互作用について解析した。Runx2とARは、相手のタンパク質を、核内の局在すべき場所から引っ張り出すことで、転写活性化能をお互いに阻害し合っている可能性が示唆された。4.高輝度YFP融合cDNAライブラリーの作製および細胞への導入ヒト培養細胞株であるHeLa細胞のmRNAからcDNA合成を行い、高輝度YFPであるVenusを融合したcDNAライブラリーを作製した。このcDNAライブラリーを培養細胞株COS-7に、アンドロゲン受容体遺伝子を発現するプラスミドとコトランスフェクトして、リガンド処理を行ったあとに、特徴的な核内シグナルを示す細胞を回収することを試みた。しかしながら、核内に局在してfoci様のパターンを示す細胞は極めて少なく、細胞の回収は困難であった。1.ステロイドホルモン受容体が形成する核内fociの形成意義に関する検討ステロイドホルモン受容体は、リガンド依存性に核内で細かい均一なfociを形成し、転写活性化と相関することが示されてきたが、このfoci形成の生理学的な意義については不明であった。本年度の研究では、まずこのfoci形成が、転写阻害剤であるアクチノマイシンDやα-アマニチンで阻害されるため、foci形成は転写に先立って起こるものではないことを明らかにした。また転写コリプレッサーであるN-CoRを共発現させると、ステロイドホルモン受容体と共局在するもののfoci形成は抑制される。さらに転写コアクチベーターを発現させると、N-CoRは受容体から解離して元の場所に戻り、ステロイドホルモン受容体のfociは回復する。以上の結果から、ステロイドホルモン受容体のfociは、活性化した受容体と転写コアクチベーターの複合体が一時的に貯蔵される場所で、その形成は細胞内のコアクチベーターとコリプレッサーの発現量の比に依存するものと推測された。2.転写コリプレッサーN-CoRのドメイン解析転写コリプレッサーであるN-CoRは、ステロイドホルモン受容体の転写活性化を抑制し、ステロイドホルモン受容体と核内で共局在することを明らかにした。様々なN-CoRの欠失ミュータントを作製したところ、中央部分の1133-1798アミノ酸に相当する部分が、ステロイドホルモン受容体の転写活性化抑制および受容体との共局在の双方に重要であることが明らかになった。培養細胞からmRNAを調製して、cDNA合成を行い、高輝度YFPであるVenusを融合したcDNAライブラリーを作製中である。今後このcDNAライブラリーを培養細胞にトランスフェクトして、ステロイドホルモンで処理後に特徴的な核内シグナルを示す細胞を回収する予定である。1.骨芽細胞分化増殖に必須である転写因子Runx2とアンドロゲン受容体の相互転写抑制効果ステロイドホルモンの骨代謝における役割を明らかにするために、ステロイドホルモン受容体とRunx2の相互作用について解析した。Runx2の発現により、ステロイドホルモン受容体を介する転写活性化は抑制された。これらのタンパク質の細胞内での局在を調べるために、GFP融合タンパク質を用いて観察したところ、Runx2は、リガンド依存性に形成されるアンドロゲン受容体の核内fociの形成を抑制することが明らかになった。

一方、ARを発現させてリガンド処理を行うと、Runx2を介する転写活性化が抑制された。Runx2も核内でdotを形成するが、リガンドが結合したARの発現の有無で、Runx2のdotのパターンが変化していた。これらの結果から、Runx2とARは、相手のタンパク質を、核内の局在すべき場所から引っ張り出すことで、転写活性化能をお互いに阻害し合っている可能性が示唆された。2.高輝度YFP-cDNAライブラリーの作製および細胞への導入ヒト培養細胞株であるHeLa細胞のmRNAからcDNA合成を行い、高輝度YFPであるVenusを融合したcDNAライブラリーを作製した。このcDNAライブラリーを培養細胞株COS-7に、アンドロゲン受容体遺伝子を発現するプラスミドとコトランスフェクトして、リガンド処理を行ったあとに、特徴的な核内シグナルを示す細胞を回収することを試みた。しかしながら、核内に局在してfoci様のパターンを示す細胞は極めて少なく、細胞の回収は困難であった。
地殻の微細不均質性の新しいイメージング法および物性量の推定法の開発とその応用

高周波地震波形記録から地殻内の微細不均質構造による散乱波をアレイ解析などの手法を組み合わせ、その強度の空間分布に留まらず、散乱理論・シミュレーションとの比較により物性量の推定の可能性を示した。また、地震学では不均質性が低速度と高速度に対応して位相が遅延・先行のどちらも生じるという光学・電磁気学・音響学といった他分野には見られない特徴から、散乱による時間遅延だけでなく、時間反転も含めた新しい概念を考察した。微細不均質構造をもつ媒質での波動伝搬の数値的な研究として、空隙をランダムに分布させた媒質における減衰および分散の周波数依存性を詳細に考察した。特に、散乱現象において幅広い分野で用いられている幾つかの散乱理論は空隙の数密度が数%程度の弱い不均質媒質でしか有効ではないが、数値実験による高い数密度の媒質での結果と比較することで、これらの散乱理論の適用範囲や優劣の判定が可能となった。検証の結果、数密度が20%程度の非常に強い不均質媒質でも、古典的なFoldyモデルでは減衰と分散を十分な精度で再現できることがわかった。この成果は地震学に限らず、波動伝搬の広範な分野として初めての成果であり、Kawahara et al.(2009)にまとめられ発表された。固体地球科学においては、不均質性は空隙のような速度が背景媒質に比べて遅くなるばかりでなく、正負のどちらの擾刮もある媒質を想定する。そこで、背景媒質より速度が遅い、または速い含有物をランダムに分布させた媒質における波動伝搬の減衰および分散の周期依存性を新たに考察した。速度の遅い含有物を含む媒質では、空隙の場合と同様に、減衰も分散も十分な精度でFoldyモデルと一致することが確認された。また、因果律に基づく、減衰と分散の相互関係であるKramers-Kronigの関係式も成り立つことがわかった。これに対して、速度が速い含有物を含む媒質の場合には、上記2つの場合と異なり、分散においては低周波領域の速度が速くなり、Kramers-Kronigの関係式と全く相容れない。Foldyモデルはこの場合でもよく数値実験の結果を指示している。これは不均質性の導入が波動伝搬の位相を進めるため、因果律では時間が通常とは逆に進む、つまりこれまでの概念を時間を反転することにより適用できるという非常に重要な結果が得られた。微細不均質構造をもつ媒質での波動伝搬の数値的・理論的な研究として、これまでの空隙をランダムに分布させた媒質から低速度あるいは高速度の含有物を不均質性とする媒質に拡張し、そこでの減衰および分散の周波数依存性を詳細に考察した。固体地球科学においては、不均質性は空隙のような速度が背景媒質に比べて遅くなるばかりでなく、正負のどちらの擾乱もある媒質を想定するが、他分野では非弾性内部減衰効果と同じく遅延のみがある不均質性媒質での研究のみ詳細に行われてきた。速度の遅い含有物を含む媒質では、減衰も分散も十分な精度でFoldyの散乱モデルと一致し、因果律に基づく減衰と分散の相互関係であるKramers-Kronigの関係式も確認された。一方で、速度が速い含有物を含む媒質の場合、Foldyモデルと一致するが、分散では低周波領域の速度が速くなり、Kramers-Kronigの関係式と全く相容れない。不均質性が波動伝搬の位相を進めるため、通常の因果律とは時間のずれが逆になる、この符号を交換した減衰・分散関係が成り立つという非常に重要な結果が得られた。しかし、それでも高速度含有物の媒質では、そこらの分散関係において若干のずれが生じる。含有物の速度を固定して、密度を変動させた詳細な検証の結果、前方散乱が支配的な条件下でそのずれは小さくなった。高速度の不均質性からの散乱波でも前方散乱の方向からはずれるにつれて位相が遅れていき、時間の符号を逆にした減衰・分散関係と食い違う結果を生じさせる。このような二次的なずれの効果と要因も判明した。その他に、日本列島付近の表面波解析による大規模スケールの不均質性のマッピングの成果を出版した。特に、データが十分でないオホーツク海周辺のロシア極東地域の構造と、北海道周辺での沈み込むスラブの形状を精度よく求めたことは重要である。高周波地震散乱波の周波数依存性やP/S変換波の特性を用いて、微細不均質性のサイズや流体の有無を推定したが、これに加えて、観測データのアレイ処理から求められるスペクトログラムの形状と大きさからより詳細な散乱隊の物性量の推定が可能であることが示された。形状は散乱体の速度の大小を選別し、大きさは一つの散乱体内部の階層性のレベルに対応することが初めて示されたことは重要である。また、従来の波線理論によるイメージング手法から、最近の物理探査領域で再評価されているガウンシアンビーム法を適用し、観測点がまばらな現実的な場合でもより安定して散乱体の空間分布を推定できる手法を提案した。

特に、アレイ観測によるf-kスペクトルでの散乱波成分の広がりを初期条件として用いることで、観測データの質が自然に重みとして考慮されるイメージングとなり、これは他の研究分野でも全く考慮されてこなかった独創的な手法である。なお、本年度開始直前に東北地方太平洋沖地震が発生し、これに関係した研究に緊急に従事する必要を迫られた。海域での地震であったため、現在の状況では高周波の散乱波の解析に適するデータは見いだせないが、これまでの研究成果を応用し、高周波地震波の励起の視点から沈み込み帯における超巨大地震の重要な特徴をこの地震から見出しました。また、強震動加速度波形記録の特徴を利用して、散乱波と同じ手法で高周波地震波の励起源の位置の同定だけでなく、その周波数依存性の定量化を行った。このように、本研究で進めてきた手法は、微細不均質構造だけでなく、高周波地震波の励起の研究にも幅広く応用できることが示された。
糖尿病の療養を楽にするための認知変容セルフコントロールツールの開発と検証

糖尿病療養の際に生じるものの見方(療養の認知)の歪みが糖尿病療養の負担感に影響するため、歪んだ認知を糖尿病患者自身が変えていくための認知変容セルフコントロールツールの開発と有用性の検証を目的とした。専門家のコンセンサスを得て認知を修正するツールを作成し介入研究により有用性の検証を行った。その結果、認知が変容し、良好な血糖値が維持され、ツールの効果があった。さらに認知行動療法を活用したケアを知ってもらうために、医療者に対する研修会を開催した。その結果、認知へ注目したケアの重要性に気づくことができていた。平成24年度の計画は3点であった。1.アメリカボストンのジョスリン糖尿病センターへの研修・見学を行った。糖尿病教育プログラムの特徴や研究について示唆が得られた。2.糖尿病ケアに携わる専門職が日常のケアに認知行動療法を活用していくための研修会を開催した。研修会の目的は認知行動療法の理論の理解と臨床での活用の方法についてであった。認知行動療法への理解が深まり、認知の変容に関わることが重要であることが参加者へのアンケートで分かった。3.認知変容セルフコントロールツールの有効性を検証するための介入研究を開始した。ツールへの記載内容から、認知の変容が療養への感情を変えることや療養の目標を立てる・継続することに効果があることが示唆された。継続して実施していく。患者自身が自らの認知の歪みに気づき、認知を変え、認知と行動の評価をすることができる簡単な認知変容セルフコントロールツールを作成した.ツール内容は糖尿病患者の認知の特徴、1)成功体験を見出すことができにくいという過少評価、2)「すべきである」「しなければならない」と物事を考えるすべき思考、3)「良いか悪いか」だけで物事を判断する全か無かの思考、4)できないことの原因を自分に帰属して罪の意識をもつ個人化などからなる。作成したツールは、糖尿病看護・糖尿病看護教育・心理学のエキスパートのコンセンサスを得て修正を加え、さらに2型糖尿病患者数名に実際に記載してもらい、分りにくい箇所を修正し改良を加えた。さらにツールの検証を行うために、同意が得られたクリニックに通院している糖尿病患者女性3名に、認知変容セルフ・チェックツールを3ヶ月間使用してもらい、介入前、介入終了直後のツールへの記載内容、気分の変化、認知に影響を与える自動思考の変化、糖尿病療養負担感、自尊感情、および血糖コントロール状況によりツールの効果を検証した。糖尿病療養負担感は、低下がみられた。自動思考では、否定的自動思考に低下がみられた。一方で肯定的自動思考の低下があった。自尊感情はやや高くなった。血糖コントロールは、良好な状態を維持できた。これからの結果から、一定の認知変容セルフマネジメントツールの効果はあったと考えることができる。しかし、3名のみの測定であり一般化できるものではないことから今後さらに対象数を増やして検証を確認してく必要がある。認知の変容を支援していくための医療者に対する認知行動療法を活用した関わりの研修会を開催した。医療者への研修会によって、これまで認知行動療法を活用した関わりに注目していなかった医療者が興味をもったなどの意見があり重要な意味がある。平成23年度の計画である、認知変容セルフコントロールツール案を作成した。認知が感情や行動を決定するという認知モデルに基づくアーロン・ベック(1979)が作った「歪んだ考えの日常記録」を参考に、これまでの研究で得られた糖尿病患者に特徴的な認知を組み入れて認知変容セルフ・チェックツール案を開発した。その後糖尿病専門医、糖尿病認定看護師、糖尿病療養指導士、臨床心理専門家、糖尿病教育研究者によるエキスパートのコンセンサスを得て内容を修正した。《気分》《自分を尊重する思考》《自分らしい目標》など8つのステップからなるツール(案)を開発した。また、2つめの計画である、認知の変容を支援していくために、医療者に対する認知行動療法を活用した関わりの研修会を開催した。参加者は、看護師、管理栄養士、医師20名であった。研修後の意見交換では、認知に注目する重要性を実際に体験して実感できた、自分自身の認知に気づき変えることで感情が楽になることを実感できた、認知変容への関わりで糖尿病患者も楽に生活できると感じた等の感想があった。認知へ注目したケアの重要性に興味を持てたと考える。セルフコントロール・ツール案を研究者だけではなく、糖尿病の診療や看護に関わる専門職からの意見を聞くことで実践に即したツールの開発ができたと考える。そして、医療者への研修によって、これまで認知行動療法を活用した関わりに注目していなかった医療者が興味をもったことは重要な意味がある。ジョスリン糖尿病センターでの専門職との意見交換によって、エヂュケーターと患者が対等な立場でいることから信頼が生まれ、療養継続に繋がることが分かり、目的は達成できた。

糖尿病ケアに携わる専門職が日常のケアに認知行動療法を活用していくための研修会を開催し、認知にかかわっていくことを糖尿病の療養継続を支える看護活用していきたいと活用の重要性を認識できていたことから研修会に効果があったと考える。認知変容セルフコントロールツールの有効性を検証するための介入研究を開始した。24年度の研究目的は達成できた。平成23年度の計画である、認知変容セルフコントロールツール案を作成し、糖尿病ケアに携わる専門職の意見を取り入れ修正したことで、実践に即したものを作成できた。さらに医療者への認知変容研修会を開催し、参加者の体験を交えてのプログラムであたことで認知へ注目したケアの重要性に興味を持てたと考える。しかし、予定であったアメリカボストンのジョスリン糖尿病センターでの見学・研修により今後行う介入研究での示唆を得ることは、施設との期日が合わず遂行できなった。平成24年度には遂行する計画を立てている。以上のことからおおむね順調に進展していると自己評価できる。専門職者の研修会は継続して開催する。事例検討等も含めた研修会を開催するなどの工夫が必要になる。介入研究を継続して行い、ツールの効果の検証をする。以上2点を最終年度の目標とする。今後の研究計画は、1.昨年遂行できなかったアメリカボストンのジョスリン糖尿病センターへの研修・見学を行う。その目的は、メリカでの糖尿病教育プログラムの特徴や教育プログラム研究について学ぶ。認知変容への関わりと方法そして検証について示唆を得ることを目的とする。2.作成した認知変容セルフコントロール・ツールの有効性を検証するために介入研究を開始すること。以上2点を今年度目標とする。専門職者の研修会開催のための講師の旅費が必要ツールの印刷費や謝品・施設までの旅費が必要成果発表のための学会参加への旅費・参加費が必要(4名分)研究計画1.アメリカボストンのジョスリン糖尿病センターへの研修・見学では、研究者3名が参加するためその旅費等が必要である。(35万×3名)2.認知変容セルフコントロール・ツールの有効性を検証するために介入研究を開始するためのに、協力者への謝礼やツールの印刷費・施設までの旅費等が必要である。
材料深部き裂の検出とき裂近傍ひずみマッピングを可能とする白色X線システムの開発

シンクロトロン放射光から得られる高エネルギーの白色X線を利用して、破壊の原因となる材料内部のき裂をCTで非破壊検出し、その近傍のひずみマッピングを同じ装置環境で行うことを可能とする測定システムを検討した。その結果、白色X線を用いたCTによる内部き裂検出と内部き裂近傍のひずみマッピングのための個々の測定技術が開発できた。統合した測定システムの構築には至らなかったが、その可能性を示すことができた。稼働中の構造部材に生じたき裂による破壊事故が続いている。人命にかかわる重大な事故となることも多いため、き裂の発生原因や進展メカニズムの解明と対策の確立が急がれている。そこで本研究では、シンクロトロン放射光から得られる高エネルギーの白色X線を利用して、さまぎまな構造部材の破壊の原因となる材料内部のき裂をCTで非破壊検出して位置を特定し、その近傍のひずみマッピングを同じ装置環境で行うことを可能とする測定システムを開発する。平成21年度に得られた主な成果を下記に示す。1)白色X線を用いたCTによる内部き裂検出の自動化のため、き裂を検出するプログラムを検討した。き裂などの欠陥ではCT画像の輝度が変化する。それを利用して欠陥を検出するプログラムを作成した。その結果、1枚の断面画像からでは判別が困難だったため、画像上の1点の輝度値を、上下の画像を含め周囲合計27点の輝度値の平均値に置き換える平滑化を行った。さらにき裂進展方向に直交するライン上で±25列の輝度値を積算する平均化を行った。その結果、き裂先端位置を明らかにすることができた。しかし、この処理によるき裂先端検出時の測定分解能は18μm程度となり、実用的にはもう1桁の分解能向上を検討する。2)測定データ解析システムの検討を行った。き裂先端近傍のひずみマッピングでは多くの測定点を必要とするため、解析時間の増大や処理時のヒューマンエラーの発生などがあり改善すべき課題となった。そこで、ピーク検出やバックグラウンド除去を自動的に行うプログラムを作成しデータ解析の効率化とデータ処理条件の統一化を図った。その結果、エネルギー分散法では同時に測定される多くの回折ピークを自動的に判別しガウス曲線近似で求めることができた。これまでの方法と比較し、ほぼ同様の結果が得られた。今後はインターフェイスを整理し使いやすいプログラムを検討する。白色X線による内部き裂近傍のひずみマッピングの高精度化やCTによる内部き裂検出とき裂近傍ひずみマッピングの統合測定システムの検討を行う過程で得られた主な成果を以下に示す。1)塑性変形によるNbTiNi系複相合金の相ひずみと結晶構造の変化白色X線法の利点の一つである「同時に複数の異なる結晶系材料のひずみ測定」の可能性を検証した。その結果、(Nb,Ti)相が先に降伏しTiNi相がその分荷重を負担する挙動や(Nb,Ti)相の顕著な塑性異方性を明らかにすることができた。また、B2構造のTiNi相がひずみ5%以前から一部B19'構造へ変態していることが示唆された。CTにより各相の分離を試みたが、コントラスト不足のため分布を明らかにすることは困難であった。2)ノッチを有するアルミ単結晶の延性破壊進展延性破壊の進展の結晶方位依存性を検証するため、結晶方位が明らかで片側ノッチを有するアルミ単結晶の引張り試験を行いノッチ先端近傍のひずみと半価幅の変化を追跡した。その結果、結晶損傷と密接な関係を持つ回折X線プロファイルの半価幅の増大領域がノッチ先端近傍から約45°方向に進展していることが明らかになった。この進展方向は有限要素解析により得られた延性損傷進展方向や実験後に視認できたすべり帯とほぼ一致した。3)骨組織内部のチタンネジ先端近傍のひずみ測定牛大腿の皮質骨から採取した幅15mmの試験片にβチタン製のM3ネジを埋入し圧縮力を負荷しながらネジ山近傍の負荷方向ひずみをマッピングした。その結果、骨組織側ではチタンネジ山近傍に圧縮ひずみが測定された。しかし本実験で用いた回折角が5°であったため、得られた結果は極めて細長い測定領域の平均値となった。測定分解能を高めるための検討を引き続き行う。1.き裂などの延性損傷進展挙動の検討実験にはアルミ単結晶をI字型に加工し平行部片側にノッチを導入した引張試験片を用いた。試験片に引張り荷重による塑性変形を生じさせながらノッチ近傍で透過回折X線の測定を行い、回折プロファィル積分幅の変化などからアルミ単結晶の延性損傷進展を検討した。その結果、負荷ひずみが1.1%の段階でノッチ底から斜め約45。の方向にひずみの増大がみられた。不均一ひずみに関連する回折プロファイル積分幅のガウス成分も同様の傾向を示した。ノッチ近傍のマッピング測定の結果より、延性損傷に関する各値の変化はノッチ近傍より斜め45。

方向に進展する傾向にあり、材料損傷評価を可能とした有限要素法によるシミュレーション結果と定性的に一致した。2.CTによる内部き裂検出とき裂近傍ひずみマッピングの統合測定システムの構築と検証高エネルギーX線を利用する場合、回折角が低角となるため、現状の実験環境では両者が干渉しあい同時に稼働させることが困難であった。しかし、CCDカメラを光軸上の最後部に固定することで、装置の載せ替えなしにCCDカメラでのCT撮影とSSD検出器による回折X線の測定が交互に可能となった。このことから、CCDカメラとSSD検出器の同一制御の可能性を確認できた。3.研究成果のまとめ本研究では、シンクロトロン放射光から得られる高エネルギーの白色X線を利用して、構造部材の破壊の原因となる材料内部のき裂をCTで非破壊検出して位置を特定し、その近傍のひずみマッピングを同じ装置環境で行うことを可能とする測定システムを検討した。その結果、白色X線を用いたCTによる内部き裂検出を可能とし、内部き裂近傍のひずみマッピングの微細化を図ることができた。CTによる内部き裂検出とき裂近傍ひずみマッピングの統合測定システムの構築には至らなかったが、その可能性を示すことができた。
Cutis laxa類似病態の肺気腫：エクソソームによる診断とLTBP4補充療法

弾性線維のミクロフィブリルに存在することが知られている。LTBP-4のノックアウトマウスの肺では、肺気腫の表現型を呈する事が知られている。また肺の弾性線維におけるエラスチンは、喫煙刺激により好中球などから分泌されるエラスターゼによる分解を受けることで、肺気腫が誘発されることが知られている。しかしながら、肺の弾性線維形成におけるLTBP-4とエラスチンの相互作用については、現在のところ明らかになっていない。そこで、本研究では、肺の弾性線維における重要な因子として考えられるLTBP-4とエラスチンとの相互作用の仕組みを明らかにすべく、これまで行われていないヒトの肺線維芽細胞培養での弾性線維形成系についての実験系を検討した。ヒト肺線維芽細胞(L299)を使用して、siRNAを用いてLTBP-4のノックダウンを行い、エラスチンおよびLTBP-4の抗体で蛍光染色を行ったところ、LTBP-4のみならずエラスチンの発現抑制の傾向が認められた。またLTBP-4のノックダウンにより、炎症性サイトカイン(MMIP-2、IP-10、MCP-1など)の発現量が増加する傾向を認めた。また東京都健康長寿医療センターでは、「老化に伴う呼吸器・血管の形態変化と関連する老年病の病理学的検討」の研究名で、同センター病理診断科で保存されている剖検例・外科切除例を使用する事の倫理委員会からの承認が得られた。これまで連続剖検1189例の検討から、肺気腫患者には肺癌、大動脈瘤、胃潰瘍の併存率が有意に高いことが示された。また、肺気腫の比率は70歳以上の群では加齢による変化はみられず、喫煙率との関連がみられた。本年度は研究分担者である石井正紀を中心に、in vitroの研究のための実験準備ならびに実験系の作成を行った。弾性線維のミクロフィブリルに存在することが知られているLTBP-4のノックアウトマウスの肺では、肺気腫の表現型を呈することが知られている。そこで、本研究では、肺の弾性線維における重要な因子として考えられるLTBP-4とエラスチンとの相互作用の仕組みを明らかにすべく、これまで行われていないヒトの肺線維芽細胞培養での弾性線維形成系についての実験系の構築の準備を進め、必要な物品の購入などは完了した。またヒト検体を用いた臨床研究を行うための倫理委員会への申請準備中である。In vivoの系の確立に難渋していることが主な原因です。今後はヒト肺線維芽細胞を使用して、siRNAを用いてLTBP-4のノックダウンを行い、エラスチンおよびLTBP-4の抗体で蛍光染色を行なう。また、LTBP-4をノックダウンした状態で、リコンビナントLTBP-4を濃度別に添加し、エラスチンおよびLTBP-4の抗体で染色して、蛍光顕微鏡でこれらの発現状況を確認する。さらに、LTBP-4のノックダウンに伴う炎症との関連を明らかにするために、炎症性サイトカイン(MIP-1α、MIP-2、IP-10、MCP-1など)の発現量をRT-PCRを用いて検討する予定である。またin vivoの系でエクソソーム解析の実験系の確立を行う。さらに倫理委員会での審査通過次第、肺気腫型COPD患者の血中および痰中のエラスチン単量体などの凝集塊含有exosomeの増加の検討を行うために、検体採取を行う。購入予定の試薬を買わずに、既存の試薬で実験を行うことができた為です。
頭頸部癌特異的なマイクロRNAの解析と治療標的としての可能性

喉頭癌の臨床検体から特有のmiRNAs発現傾向がわかった。この成果を踏まえて、miRNAを用いたバイオマーカーの開発を目的として研究を行った。まず、臨床検体を用いたマイクロRNAの定量的発現解析を行い、続いて扁平上皮癌細胞株に特異的なmiRNAを遺伝子導入した。結果、いくつかの細胞株において増殖抑制効果を認めた。次に喉頭癌細胞株を用いてin vivo腫瘍モデルを作製し、miRNA遺伝子導入を行った結果、腫瘍抑制効果を認めた。頭頸部癌の発症・予後の予測に有用なバイオマーカーは現在のところ存在しない。研究代表者の所属する研究室ではマイクロRNA(miRNA)に着目し、頭頸部癌、特に喉頭癌の臨床検体を解析して、特有のmiRNAs発現傾向(6種類のmiRNA発現上昇と3種類のmiRNA発現低下)をつきとめた。この成果を踏まえて、miRNAを用いたバイオマーカーの開発、更には新しい癌治療の可能性が広がると考え、miRNAと癌の悪性度や発症・進展との関連、更には関連するmiRNAの作用抑制または作用促進による腫瘍抑制効果について研究を行った。まず、臨床検体を用いたmiRNA定量的発現解析を行った。喉頭疾患患者の臨床検体の中から、良性組織、喉頭前癌病変(軽度・中等度・高度異型性組織)、喉頭癌組織(早期癌から進行癌まで)を50検体および5種類の扁平上皮癌細胞株について、喉頭癌組織において発現が増加または減少していたマイクロRNAの定量的発現解析を行った。結果、腫瘍の悪性度に関連してmiR-196aは増加傾向を、miR-133bおよびmiR-375は減少傾向を示すことをつきとめた。続いて、扁平上皮癌細胞株にmiR-196a inhibitorまたはmiR-133b,miR-375mimicを遺伝子導入し、細胞の増殖抑制効果について検討を行った。結果、それぞれいくつかの細胞株において増殖抑制効果を認めた。特に喉頭癌細胞株JHU-011において、miR-196a inhibitor遺伝子導入による増殖抑制効果が顕著であった。さらに、JHU-011細胞株を用いてin vivo腫瘍モデルを作製し、miR-196a inhibitor遺伝子導入による腫瘍抑制効果について検討した。結果、in vivoにおいてもmiR-196a inhibitorは腫瘍抑制効果を示し、治療的意義を持つ可能性があることを示した。続いて、いくつかの扁平上皮癌細胞株にmiR-196a inhibitorまたはmiR-133b,miR-375mimicを遺伝子導入し、特に喉頭癌細胞株JHU-011において、miR-196a inhibitor遺伝子導入による増殖抑制効果が顕著であることをつきとめ、さらにin vivo腫瘍モデルにおいてもmiR-196a inhibitorは腫瘍抑制効果を示し、治療的意義を持つ可能性があることを示した。今年度は同様の手法を用いて、下咽頭癌細胞株FaDuにおいてmiR106b*inhibitor遺伝子導入による細胞増殖抑制効果を確認したが、in vivo腫瘍モデルにおいては一定の効果は得られなかった。
新奇青色光センサー分子(光活性化アデニル酸シクラーゼ)の構造と機能の研究

単細胞鞭毛藻ミドリムシ(Euglena gracilis)から全く新しいタイプの青色光センサーを同定することに成功した:ミドリムシは光回避反応や光集合反応を示し、その作用スペクトルは紫外一青色域にピークを持ち、フラビンの吸収スペクトルによく対応する.また,細胞の鞭毛基部付近にはフラビン特有の蛍光を示し光受容器官候補のPFBという粒が一個存在する。我々は、PFBを単離する方法を開発し、得られた標品を溶解してフラビンタンパク質の精製を進め、分子量約40万の画分を得た。蛍光スペクトル特性と薄層クロマトグラフィーからフラビンはFADと判断された。このタンパク質は,分子量約10.5万と約9万の2種類のサブユニットから成るヘテロ四量体で、それらサブユニットはいずれも、フラビン結合領域とサイクリックAMP(cAMP)を産生する酵素であるアデニル酸シクラーゼの触媒領域をそれぞれ交互に2箇所ずつ含む。精製したタンパク質は確かにcAMPを産生する活性があり、この活性は青色光照射により数十倍にも増大したので、光活性化アデニル酸シクラーゼ(PAC : Photoactivated Adenylyl Cyclase)と名付け、構成サブユニットをPACα,PACβと名付けた。RNAiの手法でミドリムシにおけるPACの発現を抑えたところ、PFBが消失し、さらに光回避反応を全く示さなくなった。一方,光集合反応は正常であったことから,PACはミドリムシの光回避反応の光センサーとして機能していることが証明された。cAMPの関与する信号伝達系は,多くの場合3種類のタンパク質で構成されるが,PACは単独でこれらを合わせたような機能を発揮するユニークな分子であるので、cAMPの関与する様々な生体機能、例えば軸索ガイダンスや記憶、発生分化等を光でスイッチングする、「細胞機能光スイッチ」としての応用も期待される。単細胞鞭毛藻ミドリムシは、周囲の光強度の変化に応じて運動方向を転換する明瞭な光驚動反応を示し、それに基づく光集合行動や光逃避行動の能力を持つ。この反応には紫外青色光が有効で、その作用スペクトル的研究からフラビンタンパク質の関与が示唆されてきた。さらに、顕微照射実験や顕微分光学的研究から鞭毛基部の膨らみ(副鞭毛体)に存在するフラビンタンパク質が光受容体として機能していると考えられ、その実体の解明が長年の課題とされてきた。そこで我々はミドリムシから副鞭毛体を単離する方法を新たに開発し、副鞭毛体に含まれるフラビンタンパク質の同定を行った。単離された副鞭毛体から精製されたフラビンタンパク質は分子量約40万で、発色団としてFADを結合しており、大小2種類のサブユニットからなるヘテロ四量体であると推測された。それぞれのサブユニットのアミノ酸配列は互いによく似ており、既知のFAD結合領域に相同性のある領域と、サイクリックAMP生成酵素であるアデニル酸シクラーゼの触媒領域に相同性のある領域が含まれていた。実際、このフラビンタンパク質のアデニル酸シクラーゼ活性を測定したところ、顕著な活性がみとめられ、さらにこの活性は青色光照射により劇的に上昇した。すなわち、このフラビンタンパク質は光受容体としての機能とアデニル酸シクラーゼとしての機能を兼ね備えた全く新しいタイプの青色光センサーであることが明らかになった。青色光は細胞の運動や様々な生物の遺伝子発現等に大きな影響を及ぼす。その光センサー分子は作用スペクトルからフラビンタンパク質であることが推定されながらも、多くの生物で未同定であった。我々は単細胞鞭毛藻ミドリムシ(Euglena gracilis)において青色光受容部位が細胞内に1個だけ存在する顆粒である事に着目し、その効率良い単離から始めて、全く新しい光センサー分子を発見し下記(1)-(4)の新知見を得た:

(1)得られた光受容顆粒を溶解し,液体クロマトグラフィーで精製し,分子量約40万のフラビンタンパク質を得た.蛍光スペクトルや薄層クロマトグラフィーにより、このタンパク質はFADを含有することが示された.(2)この分子量約40万のフラビンタンパク質は,分子量約10.5万と約9万の2種類のサブユニットから成るヘテロ四量体であると推定された.これらのサブユニットをコードするcDNAの塩基配列からアミノ酸配列を推定したところ,それらは互いによく似ており,フラビン結合領域とアデニル酸シクラーゼ触媒領域がそれぞれ交互に2箇所ずつ存在していた.(3)実際、このフラビンタンパク質はATPを基質としてcAMPを産生するアデニル酸シクラーゼ活性を示し,青色光照射でこの活性は数十倍増大したので,光活性化アデニル酸シクラーゼ(PAC:Photoactivated Adenylyl Cyclase)と名付け,構成サブユニットをPACα,PACβと名付けた.(4)RNAiの手法を用いてミドリムシ細胞におけるPACの発現を抑えると,光受容顆粒が消失し,光回避反応を全く示さなくなった.一方,光集合反応は正常であったことから,PACはミドリムシの光回避反応の光センサーとして機能していることが証明された。(5)将来的にはcAMPなど環状ヌクレオチドの関与する様々な生体機能,例えば軸索ガイダンスや記憶,発生分化等を光でスイッチングする,「細胞機能光スイッチ」としての応用も期待される.単細胞鞭毛藻ミドリムシ(Euglena gracilis)は周囲の光環境の変化に敏感に応答することから、古くより光感覚のモデル生物として扱われてきた。ミドリムシの光運動反応の作用スペクトルは紫外青色域にピークを持ち,フラビンの吸収スペクトルによく対応する.また,ミドリムシの鞭毛基部にはフラビン特有の自家蛍光を発するPFB(paraflagellar body)と呼ばれる構造が存在し、これが光受容器官であると考えられてきた。そこで我々はPFBを単離し、その中に含まれるフラビンタンパク質を新しい青色光センサーとして同定することに成功した。精製されたフラビンタンパク質は分子量約40万で、発色団としてFADを結合した大小2種類のサブユニットからなるヘテロ四量体であると推測された。それぞれのサブユニットのアミノ酸配列は互いによく似ており、既知のFAD結合領域に類似性のある領域と、アデニル酸シクラーゼの触媒領域に類似性のある領域が各サブユニットに交互に2箇所ずつ含まれていた。このフラビンタンパク質のアデニル酸シクラーゼ活性を測定したところ、顕著な活性がみとめられ、さらにこの活性は青色光照射により劇的に上昇した。すなわち、このフラビンタンパク質は、受容した光信号をGタンパク質等を介さず直接cAMPの産生という形で伝達可能な全く新しいタイプの光センサーであることが明らかになった。
結合共振器における非線形光学

小さな空間に光を閉じ込めることができる,微小光共振器を複数結合させる,結合共振器系を構築し,様々な機能を実現した.初めに性能が極めて高い(高Q値)シリカトロイド微小光共振器の結合系を構築し,高い光閉じ込め性能を活用して,従来では実現できなかった20ナノ秒の光閉じ込めや,波長確度が極めて高いブリリュアン散乱を利用したブリリュアンレーザを実現させた.また,制御性に優れたフォトニック結晶微小光共振器を用いて,それにテーパナノファイバを結合させることで,動的に共振器を形成させたり,これまでにない高い効率で光を取り出すことに成功した.最後にフォトニック結晶とシリカトロイド微小光共振器の結合を実現させた.光共振器のスペクトル領域の透過特性は単純なローレンツ関数で表されるため,共振器に光を入出力しても線形応答するのみであるので,線形領域では高度な機能を発現させることは難しい.しかし,結合共振器を用いて,結合強度や共振周波数をダイナミックに変化させると,様々な機能を実現することができる.例えば,片方の共振器をゲートとして用いて,もう片方の共振器をメモリとして用いれば,光の保持と読み出しが実現できる.こうした機能を高度に得るために,異種プラットフォーム間での結合共振器系を実現することを目指す.本年度は,まずは同種共振器での結合系を達成し,光メモリ機能等の高度な機能のシステムを実現した.具体的には2つのトロイド微小光共振器を強く結合させ,その結合共振器の片方の共振器の共振波長を制御することで,光メモリ動作を実現させた.この系では光カ効果を利用することができるので,キャリアプラズマ効果を利用した先行研究とは異なり,ゲートのON/OFFを複数回行うことができる.また,フォトニック結晶導波路にテーパ光ファイバを近接させると,フォトニック結晶導波路を導波する光が感じる実効屈折率がシフトするため,導波モードが周波数シフトし,その結果光が局在化する.その原理実証実験を行い,ガラステーパとシリコンフォトニック結晶の結合系を実現することに成功した.さらにトロイド微小光共振器をフォトニック結晶導波路に近接させると,テーパ光ファイバの時同様にフォトニック結晶導波路の導波モードがシフトし,光が局在化することが期待される.本年度は本実験に必要な系を構築し,さらに透過特性評価を行った.その結果,従来ピークが無かった周波数で共振ピークが観測されるようになり,トロイド共振器を近接させることでフォトニック結晶による局在モードが発現したことが示唆させる結果が得られた.同種材料による結合共振器に関しては,トロイド微小光共振器を用いて結合共振器系を構築し,GHzを超える強い結合が実現された.光メモリ動作やブリリュアンレーザ発振などが確認され,予定以上の進展がみられている.一方で異種材料による結合共振器に関しては,テーパ光ファイバとフォトニック結晶導波路を結合させ,フォトニック結晶導波路に局在モードを発現させることに成功している.複数の局在が観測されており,結合系が実現されていることを示唆する実験結果が得られている.また,ガラス製のトロイド微小光共振器との結合のための実験系を構築し,2つの素子を光学的に結合した結果,やはりフォトニック結晶の局在モードが存在することを示唆する観測結果が得られた.これらの成果は国際会議にて発表しており,おおむね順調に進展しているといえる.光を強く閉じ込めることができる微小光共振器を用いると,究極的な光物質相互作用が得られる.しかし,単純に一つの共振器を用いたのでは,ローレンツ関数以外のスペクトル特性を得ることは難しく,共振器特性の設計をすることが困難である.そこで,複数の共振器を結合させた,結合共振器系を構築して,共振器の特性を設計することで,様々な,高度機能を実現させる.今期は,初めにシリカトロイド微小光共振器の結合共振器系を用いて,Q値の動的制御を実現した.光共振器を活用すると光を長時間捕捉することができる.しかし,単純に高Q値共振器を用いただけでは,光の入出力に時間がかかってしまう.光をシステムに入出力する際は低Q値として高速に光をシステムに出し入れし,光を保持する際には高Q値に切り替えることが求められる.これまでもフォトニック結晶共振器を用いた動的Q値制御が実現されてきたが,今回シリカトロイド微小光共振器の結合共振器を用いて実現することで,光の保持時間を10 nsを超える時間を達成し大幅に延長した.次に,結合共振器の反交差スペクトルを活用し,ブリリュアンレーザ発振のデモンストレーションを行った.2つの共振器の結合強度を適切に設計することで,反交差スペクトルのスプリット幅シリカのブリリュアン利得の11 GHzに合わせることが可能である.その結果,誘導ブリリュアン散乱を誘起できる.従来の微小光共振器を用いたブリリュアンレーザでは,共振器の自由スペクトル領域を精密に設計する必要があり,実験で実現するのは作製誤差の関係で簡単ではなかった.今回結合共振器を用いることで,結合強度を自由に設計することが可能となり,比較的容易にブリリュアンレーザを実現できる.また小さい共振器を用いることも可能となり,レーザ発振閾値を大幅に低減できる可能性が拓けた.これらの成果は国際学術論文誌で発表し,国内外より多くの反響を得ている.