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新興国の自律的ビジネス生態系と日系企業のソーシャル・ビジネスモデルに関する研究

本研究は、発展途上国の貧困解消という問題に対する新たなアプローチを日系企業とNGOとの協働の視点から提起している点にある。特にここでの特色は、日系企業と現地NGOとの協働によるローカル企業の「持続可能なビジネス生態系モデル」の開発に置かれている。研究成果としては、「フィリピンのインフォーマル・セクターとフォーマル・セクターの分析」、「貧困層消費市場の構図」、「NGOのマイクロファイナンスとサリサリストアの分析」および「多国籍企業とNGOのBOP戦略の有効性と限界」、等に関する論文として、28年度11月出版予定の『新興国市場と貧困解消のBOP戦略』(林倬史著、文眞堂)に収録されている。本研究は、多国籍企業が事業活動をグローバルな規模で展開する中で、新興経済圏の市場開発と貧困解消とをどのように解決していくのか、その理論的解明と実践的モデル化を追及することを狙いとしている。その中心的中身は、フィリピン最大のマイクロファイナンス事業を行っているNGO組織(CARD MRI)の「貧困の土地なし女性」への小口金融戦略とMicroビジネスの育成戦略を調査することによって、日系企業とフィリピン同NGOとの協働による「民衆の知恵」と「科学技術的知識」との融合によって、日系企業独自の現地の「自律的ビジネス生態系」を基盤としたビジネスモデルの理論的基盤の構築と具体的提起を目指すことにある。H26年度は、期間内に明らかにすることを目指し田6点のうち(1)多国籍企業の国際経営戦略と新興国におけるBOP戦略の理論的位置づけ、(2)フィリピン貧困層の実態とそのメカニズム、および現地企業の自立的経済基盤と多国籍企業との取引構造の解明。(3)貧困削減に果たすフィリピンNGO(PBSPとCARD)と現地企業との役割と協働の現状の分析に力点が置かれた。この間、代表者と分担者3名は、フィリピンのマイクロファイナンス銀行のNGO組織CARD MRI本部(San Pablo市)が融資しているLaguna州の伝統的小売ビジネスのサリサリストア、および零細生産企業への調査訪問を部分的に開始してきた。その結果、現地NGO組織によるPB製品の開発の重要性とその技術・マーケティングに関する知識的限界が明らかになってきた。本研究は、発展途上国の貧困解消という問題に対する新たなアプローチを日系企業とNGOとの協働の視点から提起している点にあり、特に、日系企業と現地NGOとの協働によるローカル企業の「持続可能なビジネス生態系モデル」の開発に置かれている。今回の研究プロジェクトでは、、日系企業によるソーシャル・ビジネス型BOP戦略モデルを、フィリピンでの事例を軸に、日系企業固有のビジネス生態系モデルとして理論的構築を計ってきた。メンバーは、2009年以降、フィリピン現地を毎年訪問して、国際的にも評価の高い同国最大のNGOであるPBSP(Philippine Business for Social Progress)との協力のもとに、同NGOが協賛企業275社と共同で行っている「貧困解消プログラム」、およびマイクロファイナンス業務を行っているNGOのCARD(Center for Agricultural and Rural Development:以下、CARD)によるサリサリストアを中心とした現地でのビジネス生態系と経済的自立化政策について現地調査をしてきた。その結果、従来の欧米系多国籍企業をベースとしたBOP論を乗り越えた、ものづくり型日系企業独自のBOP論の提起と貧困削減を可能にするビジネス生態系モデルの提起が可能となってきた。ここでの本研究の最大の特色は、企業サイドというミクロの視点から、発展途上国の貧困解消というマクロ的諸問題に対する新たなアプローチを日系企業とNGOとの協働の視点から提起していく点にある。インタビュー担当者の体調不良による海外出張のキャンセル、および出張先で予定していたインタビュー日程が急遽予定変更となった。そのため、現地でのヒアリングとアンケート調査が次年度に繰り延べになったことにある。国際経営今年度は、代表者、分担者、および訪問先との日程調整を事前に行っており、予定しているヒアリング、インタビュー、アンケート等の現地調査を8月に行う予定となっており、9月以降は、それまでに行ってきた国内での調査と理論研究と併せて所定の研究課題を推進できるものと確信している。インタビュー調査担当の分担者Aの体調不良による海外出張キャンセル、および海外出張先でのインタビュー相手予定者のスケジュール変更、以上の2点が大きな変更理由です。本年、8月ないし来年2月に取りやめた海外出張を行う計画となっております。
カルボニルストレスによる統合失調症発症機構の解明

Glo1遺伝子欠損(遺伝要因)とVB6欠乏(環境要因)を組み合わせ、よりカルボニルストレス性統合失調症の病態に即した新たなモデルマウスを作成した。実際には、Glo1 KO・WTマウスに、上述のVB6欠乏餌(ビタミンB6含有量5ug/100gペレット)・コントロール餌(ビタミンB6含有量1.4mg/100gペレット)を4週間給餌することにより、下記1から4の4群のマウスモデルを作成する(VB6(+)はコントロール餌、VB6(-)はVB6欠乏餌給餌群を意味する)。4週間の給餌後、VB6欠乏餌を給餌されたマウスでは、血漿中のVB6濃度がコントロール餌を給餌されたマウスの3%程度にまで減少していた。また、KO/VB6(+)群、及びWT/VB6(-)群で体重の減少が認められ、KO/VB6(-)群ではさらなる体重の減少が認められた。さらに、一連の行動解析を行った結果、KO/VB6(+)群、及びWT/VB6(-)群では認められなかったプレパルスインヒビション(PPI)の障害が、それらを組み合わせたKO/VB6(-)群で初めて認められることが明らかとなった。さらに、HPLCを用いて、反応性カルボニル化合物のひとつであるメチルグリオキサールの脳内含有量の測定を行ったところ、KO/VB6(-)群においてのみ、前頭皮質、海馬、線条体での蓄積が認められた。順調である。本年度に予定していた、マウスモデルの作成、行動学的解析、及びカルボニルストレスの評価を着実に終えた。来年度以降は計画通り、マウスモデルの脳サンプルを用いた網羅的な遺伝子発現解析を行い、カルボニルストレスにより引き起こされる疾患関連分子メカニズムの解明を行う予定である。順調である。概ね計画通りに使用している。残額は来年度の物品購入に充てる。
新規アルツハイマー病診断マーカー候補ｐ３－Ａｌｃの解析

認知症最大の疾患であるアルツハイマー病(AD)の発症機構には未解明な点が多く残されており、また発症初期段階における診断法や根本的な治療法はいまだ確立されていない。本研究ではAD患者の脳脊髄液および血液中のp3-Alcの定量解析を行った。その結果、一定数の患者ではγセクレターゼ切断機能変化が起こっていることを示唆するデータを得られた。p3-Alcは発症メカニズムの解明のためのツールだけではなく、γセクレターゼによる切断変化が起こっている患者を捉えられることから新規診断マーカーや治療薬選択のためのマーカーとしても有力である可能性が示唆された。アルツハイマー病(AD)の大部分を占める孤発性ADの発症機構には未解明な点が多く残されている。家族性ADの発症には、原因遺伝子の変異によるAβ42の産生量・量比の増加が関与していると考えられるが、Aβ42は凝集性が高く、Aβの生体内における正味の質的・量的変化を捉えるのは難しいという問題点がある。私は孤発性AD患者にもおいてもγセクレターゼ切断変化が起こっているのではないかと考え、これを検証するためにAβの前駆体タンパク質APP以外のγセクレターゼ基質であるAlcadein(Alc)の切断産物p3-Alcを解析した。p3-AlcはAβとは異なり凝集性が低く、生体内においてもγセクレターゼの切断機能変化を捉えられるペプチドである。本研究では孤発性AD患者の脳脊髄液および血液中のp3-Alcの定量解析を行った。その結果、発症メカニズムが多様である孤発性AD患者において、一定数の患者ではγセクレターゼ切断機能変化が起こっていることを示唆するデータを得られた。本研究によって、遺伝子変異を持たない孤発性ADに患者でもγセクレターゼの機能変化が起こり、それが発症に関わる患者がいる可能性があることがわかった。また発症の初期段階からp3-Alcが質的にも量的にも変化することや、治療薬の有無によっても量的に変化したことから、p3-Alcは発症メカニズムの解明のためのツールだけではなく、γセクレターゼによる切断変化が起こっている患者を捉えられることから新規診断マーカーや治療薬選択のためのマーカーとしても有力であり、またp3-Alc値の定量・定性によってAD発症予備群を検出できる可能性も示唆された。アルツハイマー病(AD)患者の増加が社会的な問題となっているが、根本的な治療法は未だない。治療法開発が遅れている原因の1つとして、ADでは脳内で病態変化が起こってから、認知症を発症するまでの期間が長く、認知症発症後は脳内の神経変性が進んでいる状態であると考えられるため、効果的な治療を行うことが難しいことが挙げられる。そのため、根本的治療法開発のためには、認知症を発症する前段階、あるいは発症初期段階においてADの脳内病態変化を捉えられる方法を確立することが重要である。本研究では「p3-Alc」というAD発症の初期段階から質的な変化が起こるペプチドに着目した。ADの病理学的所見として脳への老人斑の形成があげられる。老人斑の主要構成成分であるAβのオリゴマー体が神経毒性を有するため、AD発症に深く関与していると考えられるが、神経毒性の高いAβ分子種は凝集性が高いため、その質的変化を捉えることは難しい。一方、非凝集性ペプチドであるp3-Alcは、Aβの質的変化を反映しうるペプチドであるため、p3-Alcの質的・量的解析により脳内の病態変化を知ることができる可能性がある。本申請研究では、AD患者サンプルを用いたp3-Alcペプチドの定量系の確立し定量解析を行うことによって、p3-AlcをAD診断の生化学的マーカーとして応用できるかを検証した。さらにp3-Alcの解析から、発症原因が多様であると考えられるADの発症メカニズムの一端を明らかにすることができるのではないかと考え、解析を行った。p3-Alcは前駆体であるAlcadeinが二段階の切断を受けることによって産生される。AlcadeinにはAlcadeinα、Alcadeinβ、Alcadeinγの3つのファミリー分子があり、それぞれから産生されるp3-Alcを、p3-Alcα、p3-Alcβ、p3-Alcγと呼ぶ。これらのうち脳脊髄液(CSF)中で数ng/mL程度存在することが確認できているp3-Alcαとp3-Alcβに関して、定量測定系の確立を行った。これまでに以下のことを行った。1CSF中におけるp3-Alcαの定量測定系を作成2CSF中におけるp3-Alcβの定量測定系の作成(二種類の長さの異なるp3-Alcβ分子種それぞれを特異的に定量可能な系の作成)3血漿中におけるp3-Alcαの定量測定系の作成

4少数AD患者サンプルを用いたCSF中p3-Alcα、p3-Alcβ、血漿中p3-Alcα量の定量解析以上のことを達成できたため、研究計画は順調に進展していると考える。今後は以下のことを行う。1定量系を確立できたものに関して、AD患者のCSFおよび血漿を用いたp3-Alcの定量解析を引き続き行う。2p3-Alcβの血液中における定量法を確立する。p3-Alcβは診断マーカーとして有力である可能性が示唆されているが、現在までに血液サンプル中のp3-Alcβの定量法は確立していない。これまでの解析からp3-Alcβの抗原抗体反応を阻害する物質の存在が示唆されているため、この阻害物質の除去、またはp3-Alcβ抽出・濃縮できる方法の検討を行う。3Alcのγセクレターゼによる切断解析を行う。AlcおよびAPPのγセクレターゼによる切断は、p3-AlcおよびAβを切り出す切断サイトよりもC末部位(εサイト)で先に切断を受けた後に、その部位よりもN末部位(γサイト)で再度切断を受けることによって、p3-AlcおよびAβが細胞外に、ICDが細胞内に分泌される。Alcのεサイトにおける切断解析を行い、APPのγセクレターゼ切断と比較することによって、その切断機構を解析することによってAD発症機構の解明を目指す。3月納品分の支払は4月に行われたため、次年度使用額は実質0円である。
パイルド・ラフト基礎を有する地盤の液状化時における力学挙動の解明

パイルド・ラフト基礎は上部構造物の沈下量低減のために用いられる基礎形式である。本研究では液状化時における上部構造物への被害低減と言う観点から、パイルド・ラフト基礎による砂地盤の液状化抑止の有効性について水土連成計算を用いて検討した。ゆるい砂から密な砂までの圧縮・せん断挙動を統一的かつ合理的に説明できる弾塑性構成式を用い、パイルド・ラフト基礎による地盤強化を、砂地盤の変形束縛に求め、これらの基礎にかかる地盤からの反力は、変形拘束の束縛力として求めた。また、砂地盤の下部から部分的に浸透カを載荷することによって砂地盤を液状化させた。べた基礎の場合との比較から、(1)パイルド・ラフト基礎は、基礎に作用する上載荷重を地盤深部へ伝達することによって液状化域を上部構造物から離れた部分へ移動させること、(2)砂地盤の液状化により基礎構造物が傾斜する場合、べた基礎よりパイルド・ラフト基礎の方が傾斜量は少ないこと、を明らかにした。しかし、パイルド・ラフト基礎近傍では液状化は抑止できても、その周辺地盤では依然、液状化が発生するので、液状化対策としては、やはり周辺の砂質地盤全体の締固めも必要と考えられる。そこで、地震時の飽和砂質地盤の液状化対策として用いられる、地盤深部からのケーシングの「静的な」押込みと引抜きの繰り返しによる砂杭打設を通じて地盤を締め固める工法に着目し、砂杭打設に伴う地盤の円筒拡径過程の水土連成解析を行い、ゆるい砂質地盤の締固めメカニズムについて調べた。この結果、ケーシングの押込み・引抜きが順次繰り返される砂杭造成過程においては、ケーシング押込み時の地盤の拡径過程によるゆるい砂の構造低位化・大圧縮と、ケーシング引抜き時の除荷過程の繰返しによって過圧密比が増加・蓄積し、砂地盤は改良され、その改良効果は非排水せん断特性の著しい改善に現れることが明らかになった。ベた基礎に摩擦杭を併用した「パイルド・ラフト基礎(摩擦杭付きラフト基礎)」を砂質地盤に設置した場合の液状化抑止の有効性について検討した。本来、パイルド・ラフト基礎は、上部構造物の荷重が作用したときの沈下量低減や傾斜(不同沈下)を低減する目的で用いられるが、砂質地盤に設置することにより、液状化時には、上部構造物の被害を低減させるとともに、地盤との一体化を図ることによって液状化そのものの抑止を同時に期待する方法が考えられる。そこで本研究では、飽和地盤が水土骨格2相系の弾塑性材料であることに着目し、液状化を起こしやすいゆるい砂質地盤に設置されたパイルド・ラフト基礎が、液状化時にどのように地盤に働きかけ、液状化抑止や沈下量低減に対してどの程度の効果があるのかを水土連成有限変形解析によって検討した。砂質地盤の挙動を表現するため、砂の構成式には「上負荷面カムクレイモデル」を用いた。なお、パイルド・ラフト基礎の役割を第一近似として、長さ不変・角度不変の制約条件を土骨格の変形場に導入して表現した。また、液状化については、砂質地盤の下部から部分的に浸透力を載荷することによって表現し、この時の地盤の変形挙動を調べ、パイルド・ラフト基礎の液状化抑止に関する有効性をべた基礎のみの場合と比較することによって、以下の点を明らかにした。(1)上負荷面カムクレイモデルを用いた水土連成解析により、浸透力による液状化の表現と、液状化時の地盤内部の時間経過による変化を示した。(2)砂質地盤において、パイルド・ラフト基礎は荷重を杭先端に伝えることにより地盤深部で変形が生じ、地盤上部の構造が壊れず比体積変化が少ないため沈下量をべた基礎の半分程度に低減する。(3)液状化する砂質地盤において、パイルド・ラフト基礎は基礎直下及び基礎付近の液状化を抑止し、液状化域を構造物から遠ざける。(4)特に大荷重載荷時にパイルド・ラフト基礎は沈下量や不同沈下量をよく低減するため、大規模構造物の建設時に有用である。通常は沈下量低減効果が期待されるパイルド・ラフト基礎だが、砂質地盤の液状化時に、液状化域を構造物から離れた部分へ移動させるともに、上部構造物への被害低減に対して有効な基礎形式であることが分かった。

しかし、パイルド・ラフト基礎近傍では液状化は抑止できても、その周辺地盤では依然、液状化が発生するので、液状化対策としては、やはり周辺の砂質地盤全体の締固めも必要と考えられる。そこで、地震時の飽和砂質地盤の液状化対策として用いられる、地盤深部からのケーシングの「静的な」押込みと引抜きの繰り返しによる砂杭打設を通じて地盤を締め固める工法に着目し、砂杭打設に伴う地盤の円筒拡径過程の水土連成解析を行い、ゆるい砂質地盤の締固めメカニズムについて調べた。この結果、ケーシングの押込み・引抜きが順次繰り返される砂杭造成過程においては、ケーシング押込み時の地盤の拡径過程によるゆるい砂の構造低位化・大圧縮と、ケーシング引抜き時の除荷過程の繰返しによって過圧密比が増加・蓄積し、砂地盤は改良され、その改良効果は非排水せん断特性の著しい改善に現れることが明らかになった。
βーケトチオラ-ゼ欠損症の分子生物学的検討

βーケトチオラ-ゼ欠損症は間歇的に起こるケト-シス発作を主徴とする有機酸代謝異常症である。本症は、哺乳類で知られている4種類のチオラ-ゼのうち、ミトコンドリア・アセトアセチルーCoAチオラ-ゼ(T2)の欠損によって起こり、遺伝形式は常染色体劣性遺伝であることが知られている。我々は本症の病因を分子生物学的な面から解明することを目的として、免疫生化学的手法で酵素をタンパクレベルで解析し、さらにヒトのT2cDNA,および遺伝子のクロ-ニングを行い、遺伝子レベルでの解析を行った。本研究によって得られた主な成果は以下の通りであった。(1)12例の患者の細胞を用いて、タンパクレベルでの解析を行った結果、検出されたT2タンパクの分子サイズ、量、寿命のちがいから、少なくとも6つの群に分けられた。(2)比較的採取しやすいリンパ球、直腸粘膜を用いても、酵素活性、イムノブロットによって本症の酵素診断が可能なことを確認した。(3)ヒトのT2cDNA,およびT2遺伝子のクロ-ニングを行った。この結果、T2cDNAは427個のアミノ酸をコ-ドする1281個の塩基から成っていること、T2遺伝子は全長約27万塩基からなり、12個のエクソンを含んでいることがわかった。(4)患者のRNA発現を調べたところ(ノ-ザンブロット)、その発現量は患者によって差がみられ、RNA発現のレベルでも異質性のあることがわかった。(5)PCR法を用いて遺伝子解析を行ったところ、1例の患者において、一方のalleleではエクソン6上の点変異、他方のalleleではエクソン8のスキッピングからなるヘテロ接合体を見いだした。(6)このエクソンスキップの原因はイントロン8の5'スプライスサイトにおける点変異であることも判明した。今後さらに患者および家族の解析を進め、本症の病因および遺伝的背景を明かにしてゆきたい。β-ケトチオラ-ゼ欠損症は、イソロイシンおよびケトン体の代謝過程の先天的障害に基づいて起こる有機酸代謝異常症である。最近我々は、本症の病因が、知られている4種類のチオラ-ゼのうち、ミトコンドリアの短鎖型チオラ-ゼ(以下チオラ-ゼ)の生合成障害によることを、初めて明らかにした(J.Clin.Invest、1988)。今年度は複数の患者の細胞を用いて、その酸素生合成障害メカニズムにおける遺伝的異質性を明らかにした。さらに末梢血液を用いて行う簡便な酸素診断法について検討した。これまでの研究結果は以下の通りである。(1)本症患者5例の細胞を受け入れ、免疫生化学的手法によって酸素欠損メカニズムを調べた。さらに今年度新たに2症例を発見した。(2)7例全例ともにチオラ-ゼ活性は欠如していた。しかし全例に少量のチオラ-ゼタンパクが検出された。(3)それらの異常チオラ-ゼタンパクの分子サイズ、タンパク寿命は患者によって差がみられ、酸素欠損メタニズムに異質性のあることが示された。(4)患者にみられた異常チオラ-ゼタンパクは、7例ともにミトコンドリア内に局在していた。(5)異常チオラ-ゼタンパクの前駆体の検索を試みたが、全例ともに検出感度以下であった。(6)末梢血リンパ球を用いて、チオラ-ゼ酸素活性、およびイムノブロッティングによる酸素診断の可能なことを確かめた。(7)さらに羊水細胞でも酸素診断の可能なことを確かめた。

このことは、本症の出生前診断の可能性を示唆した。最近、我々は本酸素のcDNAクロ-ニングにも成功したので、以上の酸素タンパクレベルでの欠損メカニズムの異質性をふまえて、RNA、DNAレベルでの以上解析も可能になるものと思われる。βーケトチオラ-ゼ欠損症は間歇的に起こるケト-シス発作を主徴とする有機酸代謝異常症である。本症は、哺乳類で知られている4種類のチオラ-ゼのうち、ミトコンドリア・アセトアセチルーCoAチオラ-ゼ(T2)の欠損によって起こり、遺伝形式は常染色体劣性遺伝であることが知られている。我々は本症の病因を分子生物学的な面から解明することを目的として、欠損酵素について免疫生化学的手法を用いてで酵素をタンパクレベルで解析し、さらにヒトのT2cDNA,および遺伝子のクロ-ニングを行い、遺伝子レベルでの解析を行った。本研究によって得られた主な成果を以下に要約する。(1)12例の患者の細胞を用いて、酵素欠損機構をタンパクレベルでの解析を行った結果、検出されたT2タンパクの分子サイズ、量、寿命のちがいから、少なくとも6つの群に分けられた。(2)比較的採取しやすいリンパ球、直腸粘膜を用いても、酵素活性、イムノブロットによる酵素診断が可能なことを確認した。(3)ヒトのT2cDNA.およびT2遺伝子のクロ-ニングを行った。この結果、T2cDNAの翻訳領域は227個のアミノ酸をコ-ドする1281個の塩基から成っていること、T2遺伝子は全長約2.7万塩基からなり、12個のエクソンを含んでいることがわかった。(4)患者のRNA発現を調べたところ(ノ-ザンブロット)、その発現量は患者によって差がみられ、RNA発現のレベルでも異質性のあることがわかった。(5)PCR法を用いて遺伝子解析を行ったところ、1例の患者において、一方のalleleではエクソン6内の点変異、他方のalleleではエクソン8のスキッピングからなるヘテロ接合体を明らかにした。(6)このエクソンスキップの原因はイントロン8の5'スプライスサイトにおける点変異であることも判明した。今後さらに患者および家族の解析を進め、本症の病因および遺伝的背景を明かにしてゆきたい。
自閉症児における自己表現支援のための「デジタル聴覚教材」の開発とその評価

本研究の目的である自閉症児における自己思考表現をより促進するための「デジタル聴覚教材」を開発した。民話『かさじぞう』を素材に,「デジタル絵本『かさじぞう』をつくろう」を題材として,学習を設定した。デジタル聴覚教材「デジタル絵本『かさじぞう』」とは,パソコン上に,音声,効果音を取り入れて作る絵本である。このデジタル絵本を生徒自身が作成することを,生徒の課題とした。生徒は,『かさじぞう』本文を音読した音声をICレコーダーに録音し,その音声をパソコンに取り込む。さらに,本文から連想される効果音を録音し,パソコン上で編集する。こうした活動を重ね,集めて,1冊の「デジタル絵本」を作成した。次に,この「デジタル聴覚教材」による授業実践を通して,自己思考表現をより促進することができたかについて,生徒(中学部3名)の音読活動に着目し,評価した。評価は,学習開始前,学習途中(3回),終了後の計5回にわたって,『かさじぞう』全文を生徒一人一人に音読させた。この音読の様子を,デジタルビデオとICレコーダーによって,映像・音声とともに録画・録音した。授業実践の前後で,生徒の音読活動に関する7項目がどのように変化したか,また「視覚デジタル教材」「手書き教材」とではどのように違うのかの二つの観点から行った。音読活動に関する7項目は,(1)読み飛ばし(2)読み間違い(3)読み速度(4)読みの姿勢(5)声の大きさ(6)読みの抑揚(7)読みの継続性とした。(1)(2)に関しては回数の増加/減少,(3)に関しては,時間を計測しての速/遅,(4)に関しては体の向きから上向き/下向き,(5)(6)に関しては音量,音域の幅の大/小,(7)に関しては,継続した回数の増減を分析した。結果は,(1)(2)(4)(6)(7)について,3名ともに期待された学習効果を得ることができた。また「視覚デジタル教材」「手書き教材」との比較においては,「視覚デジタル教材」ほどの効果はみられなかったものの,「手書き教材」よりも「デジタル聴覚教材」に対する興味・関心は高く,そのため語彙数や音読活動への影響がみられたと考えられる。本研究では生徒の音読技能,意欲の変化を通して,「デジタル聴覚教材(デジタル絵本『かさじぞう』)」の学習効果を確認することができた。今回の研究では,単にデジタル聴覚機器を利用して学習を行うという体験よりも,デジタル聴覚機器を操作して絵本を作成したという主体性の感覚が生じたところに,音読の変化を促進する効果(自己思考表現力の向上)がみられたと思われる。今後は,この研究成果を活かし,自己表現活動の支援について再考し,そのための具体的指導方法について,詳細に指導方略・評価のポイントを明確にする必要があろう。
高精度窒素同位体比分析による水圏溶存有機物の生成源の新指標確立

本研究では、溶存有機窒素を無機窒素から分離・精製して、その窒素同位体比を微量かつ高精度に分析する手法を開発し、水圏環境中の溶存有機物の分解性や生成源の指標として確立することを目的としている。2018年度は、研究環境の整備と、分析手法に関する基礎的条件の検討を主に進めた。まず、湖水試料から溶存有機物と粒子状有機物を効率的に回収するための濾過手法を検討した。数百mL数Lスケールでは、ナイロン製プランクトンネット、ガラス製GF/Fフィルター、ポリカーボネート製メンブレンフィルターの三段階濾過で、細菌細胞を除去した溶存有機物画分を効率的に回収できた。10Lスケール以上では、ポリエーテルスルホン製カートリッジフィルターを用いることで、大容量の濾過が可能になった。それぞれフィルターや濾過器具の洗浄手法も検討し、低ブランクでの濾過が可能になった。次に、窒素同位体比の微量測定法として、脱窒菌法と細管EA-IRMS分析を検討した。湿式分解による有機窒素から硝酸塩への変換時のブランクや、EA-IRMS分析でのCO2ピークの干渉が、それぞれ問題になったので、2019年度以降に解決策を検討する。さらに、有機窒素の分解性や生成源を推定するための補完的手法として、ガスクロマトグラフ質量分析計(GC-MS)を用いた湖水溶存有機物中アミノ酸の鏡像異性体別定量法を確立した。加水分解や誘導体化、GC-MS分析等の条件を検討し、10 fmol程度の検出限界でアミノ酸鏡像異性体を定量できた。さらに、小規模(Lスケール)なパイロット実験として、琵琶湖北湖の湖水を用いた有機物長期分解実験を開始し、時系列で溶存有機物と粒子状有機物を濾過回収して分析を進めた。本研究の1年目であるので、研究環境の整備と、分析手法に関する基礎的条件の検討を主に進めた。まず、有機物分析のための様々な前処理機器や設備、クリーン環境を、研究室に整備できた。さらに、溶存有機窒素の窒素同位体比分析のための、第一段階である効率的かつ低ブランクな濾過法を確立できた。第二段階である溶存有機窒素の無機窒素からの分離・精製と、第三段階である微量窒素同位体比測定法については、課題が残った。また、アミノ酸分析は前倒しで2018年度に手法を確立した。さらに、小規模スケールでの有機物分解実験を行ったことで、2019年度以降に予定している、大規模(数十Lスケール)での実験に向けた知見が得られた。2019年度には、溶存有機窒素の無機窒素からの分離・精製と、微量窒素同位体比測定法について分析法の開発を重点的に進める。2019年度には、限外濾過システムと固相抽出システムを研究室に導入できる予定であり、溶存有機物を湖水から大量に濃縮する手法について、条件検討を進める。また、サイズ排除クロマトグラフィーを用いた溶存有機物分画についても条件検討をさらに進める。さらに、他の研究機関の研究者と協力し、有機窒素湿式分解のブランクの低減と、EA-IRMS分析でのピーク干渉の低減に取り組み、有機窒素の微量窒素同位体比測定を可能にする。

また、アミノ酸分析は前倒しで2018年度に手法を確立した。さらに、小規模スケールでの有機物分解実験を行ったことで、2019年度以降に予定している、大規模(数十Lスケール)での実験に向けた知見が得られた。2019年度には、溶存有機窒素の無機窒素からの分離・精製と、微量窒素同位体比測定法について分析法の開発を重点的に進める。2019年度には、限外濾過システムと固相抽出システムを研究室に導入できる予定であり、溶存有機物を湖水から大量に濃縮する手法について、条件検討を進める。また、サイズ排除クロマトグラフィーを用いた溶存有機物分画についても条件検討をさらに進める。さらに、他の研究機関の研究者と協力し、有機窒素湿式分解のブランクの低減と、EA-IRMS分析でのピーク干渉の低減に取り組み、有機窒素の微量窒素同位体比測定を可能にする。湖水濾過や溶存有機物精製、同位体比分析、アミノ酸分析等に関する消耗品は、分析前処理過程の数や方法によって変動するため。2019年度の溶存有機物精製と同位体比分析のための消耗品に充当する予定。
プラスミドベクターの肺高血圧症に対する遺伝子治療への応用

肺高血圧ラットの肺組織中において神経伝達物質VIP, PACAPの発現低下とその受容体の亢進を発見した。VIP, PACAPは血管拡張、臓器保護作用が報告されており、肺高血圧ではこれらの低下に対し、受容体が代償的に増加していると推定された。PACAP発現誘導により肺高血圧症の改善を図れると仮説を立てた。肺組織に持続的に発現させるため、PACAP発現プラスミドベクター及びレンチウイルスベクターを作成し、導入条件を検討した。本研究は肺高血圧症に対するウイルスを使用しない安全な遺伝子治療として、プラスミドベクターをラット肺ヘエレクトロポレーション等により持続的に発現させる基礎的実験、更に肺高血圧モデルを用い肺組織におけるeNOS, HO-1の持続的発現による実験的治療の検討を行っている。1)ラット肺高血圧モデル作成;モノクロタリン投与4週間後に右室圧/血圧比、右室/左室重量比より肺高血圧、右室肥大を来たしていることを確認した。2)HO-1の肺高血圧における役割、機能検討;肺高血圧ラット肺組織において生化学的及び免疫組織学的手法によりHO-1発現の肺上皮細胞、マクロファージでの増加を観察した。HEMIN等投与によるHO-1発現の更なる増加により肺高血圧、右心肥大の改善が見られHO-1が肺高血圧に対し抑制的働くことを確認した。この結果はAmerican society of anesthesiologist2009annual meetingで発表した。3)HO-1,eNOS,VIP,発現プラスミドベクター作成;マウス、ラット組織mRNAからcDNAを得、PCRによりeNOS,VIP,HO-1をクローニングした後、哺乳動物細胞で発現するベクターに組み込み作成している。4)プラスミドベクター導入方法検討;肺組織へのベクター導入にエレクトロポレーション、またはtransfection regentとの静注等の導入条件の検討中である。本研究は肺高血圧症に対するウイルスを使用しない安全な遺伝子治療として、プラスミドベクターをラット肺ヘエレクトロポレーション等により持続的に発現させる基礎的実験、更に肺高血圧モデルを用い肺組織におけるHO-1, VIP, PACAPの持続的発現による実験的治療の検討を行っている。2)Western blot analysis、免疫組織学的検討により肺高血圧ラット肺組織中のVIP受容体VPAC2、PACAP受容体PAC 1の発現量の有意な増加を認めたが、VPAC1は不変であった。またmRNA発現量も同様の結果であった。VIP, PACAPのmRNAは肺高血圧ラット肺組織中では低下していた。この結果よりVIP, PACAP発現減少に対し代償的VPAC2, PAC1が増加していると推定し、この仮説を検証するため,VIP, PACAP補充により肺高血圧の治療効果の検討を行っている。3)H0-1, VIP,発現プラスミドベクター作成;マウス、ラット組織mRNAからcDNAを得、PCRによりeNOS, VIP, H0-1をクローニングした後、哺乳動物細胞で発現するベクターに組み込み作成している。本研究は肺高血圧症に対するウイルスを使用しない安全な遺伝子治療として、プラスミドベクターをラット肺へ持続的に発現させる基礎的実験、更に肺高血圧モデルを用い肺組織におけるVIP,PACAPの発現による実験的治療の検討を行った。2)Western blot analysis、免疫組織学的検討により肺高血圧ラット肺組織中のVIP受容体VPAC2、PACAP受容体PAC1の発現量の有意な増加を認めたが、VPAC1は不変であった。VIP,PACAPのmRNAは肺高血圧ラット肺組織中では低下していた。これらの結果よりVIP,PACAP発現減少に対し代償的VPAC2,PAC1が増加していると推定し、この仮説を検証するため,VIP,PACAP補充により肺高血圧の治療効果の検討を行った。3)VIP及びPACAP発現プラスミドベクター作成;マウス組織mRNAからcDNAを得、PCRによりVIP,PACAPをクローニングした後、哺乳動物細胞で発現するベクターに組み込み作成した。4)ベクター導入方法検討;肺組織へのプラスミドベクターを用い、静脈注射、エレクトロポレーション,及びアデノウイルスベクターによる導入法の検討を行った。
てんかん発症に関連する変異型ナトリウムチャネルの機能喪失機序の解明

難治てんかんの一種である乳児重症ミオクロニーてんかんに認められる電位依存性ナトリウムチャネル・1サブユニット(Na_v1.1)をコードするSCN1A遺伝子変異をもとに、その機能喪失メカニズムを解明した。変異の種類により、蛋白は合成されているが細胞膜へ移行できない障害とチャネル蛋白は膜に移行してきているがナトリウムイオンを透過することができない障害があることが推測された。蛋白が細胞膜へ移行できないある種の変異については、抗てんかん薬によって膜への移行が促進されることが分かった。これらの知見は、てんかん患者の遺伝子情報から、効果の高い治療薬を選択するテーラーメイド治療の開発に資することができると思われる。乳児重症ミオクロニーてんかん患者に電位依存性ナトリウムチャネルNav1.1をコードするSCN1A遺伝子異常が約80%の高率で検出される。変異型チャネルの機能解析を行うと、そのほとんどが機能喪失型であった。変異型ナトリウムチャネルNav1.1が機能を喪失する機序として、細胞内での蛋白合成障害、蛋白の細胞膜へ移行障害、チャネル蛋白のナトリウムイオン透過性障害、チャネル結合蛋白が変異型チャネル蛋白に結合できないための機能障害などが考えられる。個々の患者において、どのような機序で変異型ナトリウムチャネルNav1.1が機能を喪失しているか検索するため、下記の手順で実験を行った。(1)てんかん患者で発見されたSCN1A遺伝子異常をもとに、6種類の変異SCN1A遺伝子のcDNAを構築。これら各々の変異型SCN1A遺伝子のcDNAに抗原認識できるためのエピトープ(FLAG)を組み入れる。(2)ヒト腎細胞HEK293細胞に、各プラスミドをトランスフェクション試薬を用いて、強制発現させる。(3)強制発現させた細胞の免疫細胞染色を行う。すなわち、カバーグラス上に細胞を培養した後、固定、エピトープに対する一次抗体、蛍光結合二次抗体で反応させる。共焦点顕微鏡下で変異チャネル蛋白の細胞内局在を検索する。SCN1A遺伝子のHEK293細胞内での発現量が非常に低いため、免疫細胞染色では、特異度の高い画像がえられなかった。そこで、SCN1A遺伝子と相同性が非常に高いSCN5A遺伝子を用い、相応する変異を作成した。緑蛍光蛋白EGFP付加SCN5Aでは、細胞膜局在タイプ、細胞質局在タイプの識別が可能になった。乳児重症ミオクロニーてんかん患者に電位依存性ナトリウムチャネルNavl.1をコードするSCN1A遺伝子異常が約80%の高率で検出される。変異型ナトリウムチャネルNavl.1が機能を喪失する機序として、細胞内での蛋白合成障害、蛋白の細胞膜へ移行障害、チャネル蛋白のナトリウムイオン透過性障害、チャネル結合蛋白が変異型チャネル蛋白に結合できないための機能障害などが考えられる。個々の患者において、どのような機序で変異型ナトリウムチャネルNavl.1が機能を喪失しているか検索した。てんかん患者で発見されたSCN1A遺伝子異常をもとに、6種類の変異SCN1A遺伝子のcDNAを構築。これら各々の変異型SCN1A遺伝子のcDNAに抗原認識できるためのエピトープ(FLAG)を組み入れた。ついで、ヒト腎細胞HEK293細胞に、各プラスミドをトランスフェクション試薬を用いて、強制発現させた。しかし、SCN1A遺伝子のHEK293細胞内での発現量が非常に低いため、免疫細胞染色では、特異度の高い画像がえられなかった。SCN1A遺伝子解析を臨床応用させるために、1歳未満の病初期に乳児重症ミオクロニーてんかん患者を検出するスクリーニングテストを開発した。これは、1歳未満の時点での臨床症状と遺伝子解析結果をスコア化することによって、合計点で判定する方法である。このテストにより、低コストで本疾患の疑いがある患者を選別することが可能になった。さらに、SCN1A遺伝子変異は乳児重症ミオクロニーてんかん以外にも、慢性脳炎患者にも発見されることを見出した。慢性脳炎の原因は、ウイルス感染や予防接種などが従来考えられてきたが、素因としてのけいれん感受性と環境要因の相互作用によっておきている可能性があり、新たな脳炎の発症機序として報告した。乳児車症ミオクロニーてんかん患者に電位依存性ナトリウムチャネルNav1.1をコードするSCN1A遺伝子異常が約80%の高率で検出される。

変異型ナトリウムチャネルNav1.1が機能を喪失する機序として、細胞内での蛋白合成障害、蛋白の細胞膜へ移行障害、チャネル蛋白のナトリウムイオン透過性障害、チャネル結合蛋白が変異型チャネル蛋白に結合できないための機能障害などが考えられる。個々の患者において、どのような機序で変異型ナトリウムチャネルNav1.1が機能を喪失しているか検索した。てんかん患者で発見されたSCNIA遺伝子異常をもとに、SCNIA遺伝子と相同性が非常に高いSCN5A遺伝子を用い、緑蛍光蛋白EGFP付加SCN5Aでは、細胞膜局在タイプ、細胞質局在タイプの識別が可能になった。パッチクランプ法でチャネル機能の喪失を確認したSCN1A-R568X, SCN1A-K1027X, SCN1A-R931C変異に対して、相同性の高いSCN5A遺伝子に相応する変異を作成した。cDNAにEGFPを付加し、HEK細胞に強制発現させた後、共焦点顕微鏡で変異蛋白の細胞内局在を検索した。EGFP付加SCN1A-R568Xと-K1027Xは、細胞質内に蛋白の局在が認められ、EGFP付加SCN1A-R931Cでは、変異蛋白の膜への移行が観察された。SCN1A-R568XとSCN1A-K1027Xは、細胞内での蛋白合成障害、蛋白の細胞膜へ移行障害が起きていると考えられ、R931C変異は膜にまで移行しているもののチャネル蛋白のナトリウムイオン透過性障害が存在していると考えられた。SCN1A遺伝子変異が、特殊な脳炎患者にも認められることやSCNlA遺伝子変異をもつ患者を早期に発見するスクリーニングテストの開発もおこなった。また、SCN1A遺伝子変異の修飾因子の報告も行った。これらの知見は、早期診断、的確な早期治療に資するもであると考える。
半導体超格子におけるテラヘルツ利得の増強と電場効果制御

GaAsとAlAsをナノレベルの厚さで交互に積層した半導体超格子において,テラヘルツ電磁波への増幅作用(利得)を高温での物理的性質と制御性に重点を置きながら調べた。80 K(-193°C)から298 K(25°C)までの温度範囲に亘って,積層方向の直流電圧下で光パルスによって作られた電子は,電圧制御される振動周波数と特殊な初期位相を持つテラヘルツ放射時間波形を示すことが分かった。位相情報を利用して得られた複素伝導度スペクトルから,半導体超格子における電子系のコンデンサー的な性質(従来の反転分布の概念には基づかない)に由来した室温テラヘルツ利得の存在を実証した。本補助金・助成金で購入されたフェムト秒レーザーを用いて,テラヘルツ時間領域放射分光システムを構築した。この分光システムは,設計・作製された様々なGaAs系超格子のミニバンド構造に合わせて,励起光パルスの中心波長およびスペクトル幅を広く変化させることができるという特徴を有する。本年度は,キャリアの高速運動であるブロッホ振動からのテラヘルツ放射波形を室温において測定し,直流印加電場に対する複素伝導度スペクトルの振る舞いを調べた。最大エントロピー法に基づいて放射波形の時間原点を定めた上で,複素フーリエ変換を施して伝導度スペクトルを求めたところ,キャリアの室温ブロッホ振動に由来して負値の実部をもつ(電磁波の増幅作用をもつ)利得領域が現れた。直流印加電場の増加にしたがって,利得領域が高周波数側へ拡大していく様子が観測された。このテラヘルツ利得は,キャリアの反転分布を伴わない機構によって発生していると考えられており,反転分布の形成が原理的に困難な室温における半導体素子の性質として大きな利点をもつ。現在,テラヘルツ放射波形の検出に用いられる電気光学結晶の厚さを段階的に薄くすることによって,分光システムの広帯域化を進めている。次年度もそれを継続してさらに高いブロッホ周波数へ対応できるようにし,テラヘルツ利得に対する電場効果の物理的理解を深める。また,超格子試料の温度を調節できるように上記分光システムを拡張することにより,温度に対する複素伝導度スペクトルの振る舞いを調べ,キャリアの熱励起や散乱がテラヘルツ利得特性へどのように影響するかについての詳細な情報を引き出す。本年度の補助金で購入された顕微測定用クライオスタットをテラヘルツ時間領域放射分光システムへ挿入し,半導体超格子の試料温度を摂氏-269度から227度までの範囲で調節できるようにした。これと併せて測定周波数範囲を広げることを図りつつ,分光システムを拡張した。異なる複数の試料温度でテラヘルツ放射波形を測定することによって,キャリアの複素伝導度スペクトルに対する熱励起や散乱の影響を調べた。直流電場の印加された超格子試料において,フェムト秒光パルスで作られたキャリアは高速にブロッホ振動を行い,複素伝導度スペクトルの実部に負の領域(電磁波の増幅利得を意味する領域)をもたらす。昨年度までに得られた室温での実験結果を補強するため,段階的に試料温度を下げながらテラヘルツ放射波形を測定したところ,直流印加電場に対するパワースペクトルの変化がより明確に現れた。さらに,励起波長に対するブロッホ振動の位相の振る舞いが試料温度によって異なることが分かってきた。この結果は,温度と共に割合の増えるキャリアの熱励起や散乱の影響を反映していると考えられ,キャリアの反転分布を伴わないブロッホ振動が持つ増幅利得の本質を解き明かす上で重要である。現在,ブロッホ周波数にプランク定数を掛けた量と絶対温度にボルツマン定数を掛けた量の関係等に着目しながら,印加電場依存性および温度依存性の実験と解析を進めている。それを次年度へ継続し,得られる知見を試料構造にフィードバックしながら,テラヘルツ利得を制御していく。温度可変のテラヘルツ時間領域放射分光システムを用いて,半導体超格子におけるブロッホ振動の位相および複素伝導度スペクトルを系統的に調べた。本年度は,昨年度までの結果を踏まえて複数のGaAs系超格子構造を用意した上で,直流印加電場を変化させることによってブロッホ周波数を変化させながら,初期位相と位相緩和時間が試料温度へどのように依存するかについて定量的な測定・解析を進めた。それらの振る舞いを反映した複素伝導度スペクトルを求めることによって,テラヘルツ利得特性を議論した。また,超格子構造における膜厚や界面状態がテラヘルツ利得特性に及ぼす影響を把握するために,走査トンネル顕微鏡を用いた断面観察にも着手した。重点的に実験を行った摂氏-193度から室温までの各試料温度において,測定されたテラヘルツ放射波形に時間原点決定法(最大エントロピー法)を適用し,ブロッホ振動による減衰振動の信号を解析した。その結果,低温から室温までの温度範囲で,ブロッホ振動が特殊な初期位相を維持していることが示唆された。これは,室温において複素伝導度スペクトルの実部に負の領域(電磁波の増幅利得を意味する領域)が現れることの背後にある本質的な理由であると考えられる。位相緩和時間は試料温度の上昇と共に短くなっており,キャリアが格子振動による散乱を受けていることが示唆された。複数の超格子試料について同様の結果が得られたことから,室温においても直流印加電場の下で,等間隔なエネルギー準位がブロードニングを伴いながら形成され,キャリアが特殊な初期位相からブロッホ振動を開始するという共通の物理的性質が抽出されたと理解できる。上記の成果を日本物理学会第71回年次大会で報告した。

温度可変のテラヘルツ時間領域放射分光システムを駆使し,GaAsおよび関連の半導体材料をベースにした複数の超格子構造において,ブロッホ振動の位相に関する新たな物理的知見を得ることができた。これは,テラヘルツ増幅利得を室温で直流電場の印加により幅広く制御するために本質的である。次年度に,データの信号雑音比を向上させるための追加実験を行ったあと,成果の英語論文を専門誌に投稿できる見通しである。また,得られた知見に基づいて,超格子構造をさらに工夫していくことができる状態である。以上のことから,総合的に,目的の達成に向けて研究が順調に進展していると評価される。昨年度に引き続き,光パルス励起されたGaAs系超格子のテラヘルツ放射波形の温度依存性を調べた。特に,直流バイアス電場下において形成される等間隔のエネルギー準位(シュタルク梯子)に着目し,ボルツマン定数kと絶対温度Tの積が準位間隔を下回る状況から上回る状況へ移り変わるときに,電子のブロッホ振動を反映したテラヘルツ信号がどのように振る舞うかを精査した。超格子試料において準位間隔が110Kに相当するようにバイアス電場を印加し,試料温度Tを80K(摂氏-193度)から150K(摂氏-123度)へ変化させたところ,テラヘルツ放射波形は-sin型の減衰振動を保ってほとんど変化しないことが分かった。これは,kTと準位間隔の間の大小関係にかかわらずブロッホ振動の初期位相が定まっており,シュタルク梯子上へ並進対称的に分布した電子がコンデンサーに類似した応答をしていることを意味する。さらに試料温度Tを298K(摂氏25度)まで上昇させたところ,ブロッホ振動の初期位相はほとんど変化せず,一方で減衰時間(位相緩和時間)は格子振動による電子散乱の影響で徐々に短くなることが分かった。テラヘルツ放射波形から求められた複素伝導度スペクトルには,室温までブロッホ振動の初期位相が定まっていることを反映して,実部が負となる周波数領域が明確に現れた。これは,半導体超格子がその領域で負の抵抗率(または負の吸収係数)をもつ媒質として働くことを意味するので,室温までテラヘルツ電磁波の増幅利得を有することの直接的証拠である。キャリアの反転分布に基づく従来の増幅機構が基本的に準位間隔より大きいkTにおいて機能しづらくなるのと比べて,本研究成果は小型テラヘルツレーザーの室温動作と波長可変動作に向けて有望である。上記の内容を応用物理系の専門速報誌上で論文報告した。GaAsとAlAsをナノレベルの厚さで交互に積層した半導体超格子において,テラヘルツ電磁波への増幅作用(利得)を高温での物理的性質と制御性に重点を置きながら調べた。80 K(-193°C)から298 K(25°C)までの温度範囲に亘って,積層方向の直流電圧下で光パルスによって作られた電子は,電圧制御される振動周波数と特殊な初期位相を持つテラヘルツ放射時間波形を示すことが分かった。位相情報を利用して得られた複素伝導度スペクトルから,半導体超格子における電子系のコンデンサー的な性質(従来の反転分布の概念には基づかない)に由来した室温テラヘルツ利得の存在を実証した。
垂直磁化膜を用いたスピン注入磁気メモリの研究

本研究は固体メモリの高速性,磁気記録の不揮発性,さらには低電力での書き換え特性を兼備した固体メモリデバイスの開発を目的とし,微細加工した希土類遷移金属(RE-TM)垂直磁化膜への熱磁気記録, RE-TM膜へのスピン注入磁気記録を試みた. RE-TM膜を用いることで十分実現可能なパワー密度で高速の熱アシスト磁化反転が可能であることが分かった.さらに.RE-TM垂直磁化膜へのスピン注入による磁化反転を確認することに成功し,低電力での磁化反転の可能性を示すことができた.本研究は固体メモリの高速性,磁気記録の不揮発性,さらには低電力での書き換え特性を兼備した固体メモリデバイスの開発を目的とし,微細加工した希土類遷移金属(RE-TM)垂直磁化膜への熱磁気記録, RE-TM膜へのスピン注入磁気記録を試みた. RE-TM膜を用いることで十分実現可能なパワー密度で高速の熱アシスト磁化反転が可能であることが分かった.さらに.RE-TM垂直磁化膜へのスピン注入による磁化反転を確認することに成功し,低電力での磁化反転の可能性を示すことができた.熱アシスト型MRAMの原理実験として微細加工を施したTbFe膜に磁界中でパルス電流を印加し,ジュール熱による熱磁気書き込みを検討している。TbFeパターン膜はリソグラフィーと電子サイクロトロン(ECR)プラズマによるArイオンエッチングにより作製した。加工形状は電流が集中するような狭さく構造とした。微細加工を施した素子に対して,外部磁界中でパルス電流を印加し、磁気力顕微鏡によって書き込み後の素子の磁区形状を観察した。外部磁場中で素子に流す電流がある閾値を超えると狭さく部の磁化のみが反転することを確認し,ジュール熱による熱磁気書き込みが可能であることを確認した。熱磁気書き込みの閾値電流(電力、エネルギー)の素子サイズ依存性とパルス幅依存性を理解するためにTbFeパターンの熱解析を行っている。実験を再現するために,多層構造の3次元熱伝導方程式を,交互方向陰解法によりシミュレーション解析している。検討された範囲の電流パルス幅(0.01 nsから1 μsまで)では,断熱過程と熱拡散過程の二つの領域が存在することがわかった。また,シミュレーションで得られた電力(エネルギー)密度のパルス幅依存性と素子サイズ依存性を実験と比較し、実験結果をよく再現でしていることがわかった。TbFe記録層を使用したTMR素子の面積抵抗(RA)を100Ωμm^2と仮定すると、2mW/μm^2の電力密度を得るためには、電流密度がおよそ4.5x10^5 A/cm^2になる。この値は,ある程度の熱安定性を有したスピン注入磁化反転方式のMTJにおける反転電流密度閾値より小さな値であり、熱アシストMRAMの優位性を示す結果が得られている。垂直磁化膜にスピン注入するための素子は,現在作製中であり,TbFeを用いた巨大磁気抵抗効果型の素子で0.2%程度の磁気抵抗変化を得ている。この値はCoFe系素子と同程度であり,TbFeにおいても十分高いスピン偏極率が得られていることを示唆する結果を得ている。GdFeCo垂直磁化膜を用いたスピン注入素子を作成し,素子にパルス電流を印加し,スピン注入磁化反転を確認した.Ta (5nm)/Cu (5nm)/GdFeCo (5nm)/Cu (3nm)/CoFeB (1nm)/TbFeCo (20nm)/CuAl (150nm)/Ta (5nm)/熱酸化膜付Si基板という構成の垂直磁化の巨大磁気抵抗効果(GMR)膜を多元マグネトロンスパッタ装置により作成した.電子ビームリソグラフィー,Arイオンエッチングにより100nm×150nm程度の素子を作成し,他研究の面内GMR素子と同程度のMR比0.05%が得られることを確認した.この素子にパルス幅100msecの電流を加え,スピン注入反転を確認した.必要な臨界電流密度Jcは7×10^7A/cm^2程度と他の面内GMR素子と同程度となったが,今回の素子のGdFeCo層厚が5nmと他研究の3倍程度であることを考慮すると,比較的小さなJcが得られたと言える.
免疫担当細胞の遺伝子発現プロファイル解析による癌免疫の解明

C57BL/6マウス由来の大腸癌細胞株MC38を同系マウスへ経脾経門脈的に接種し成立させた肝内播種巣には浸潤リンパ球がほとんど認められなかった。そのため、よりヒト悪性腫瘍に類似した免疫応答を伴う癌モデルの開発を試みた。C57Lマウス由来の肝細胞癌株Hepa1-6を経脾経門脈的に2x10^6個のHepa1-6細胞を投与したC57B1/6マウスの一部に、56日後にHepa1-6腫瘍の肝への著明な播種を認め播種癌部へのリンパ球浸潤が認められた。このHepa1-6肝内播種巣を回収し、in vitroにて、2種類の細胞株Hepa1-6clone Aおよびclone Bを樹立した。Hepa1-6 clone Aは、ケモカインCCL20、CCL2、またinterleukin 13 receptor,alpha、IL-4 receptor,alpha、IL-12 receptor,beta、CDld、CD81の発現低下が認められ、宿主の免疫防御機構に対する抵抗性が推測された。Hepa 1-6 clone Aを脾臓へ5x10^6個接種させたC57BL/6マウス(♀、8週齢)を接種後23日後に開腹、肝内に播種された腫瘍には組織学的にリンパ球の浸潤が認められた。本研究において、免疫担当細胞の遺伝子発現プロファイル解析による癌に対する免疫応答を解析するより有用なモデルが確立された。同マウスの末梢血液をRNA安定化剤へ収集しRNAを抽出し、DNAマイクロアレイを用いて担癌状態におけるマウスの末梢血液細胞の遺伝子発現を解析中である。免疫機能に関して末梢血液細胞の遺伝子発現プロファイルを用いた解析を目的としているが、マウスモデルについて、大腸癌細胞株MC38を脾臓に2x10^6個を接種し、肝への播種を確認した。同細胞を皮下に5x10^5個接種したマウスでは、腫瘍組織へのマクロファージの著明な浸潤を認めた。前者の肝播種モデルにおいては、炎症細胞浸潤は、皮下形成腫瘍に比較し極めて弱い。かつ、投与マウスは約2週間にて、肝全体への著明な播種のため、ほぼ全例死亡する。よりヒト悪性腫瘍に類似したモデルの開発のため、マウス肝癌細胞株Hepa1-6を経門脈的に投与し播種するモデルの作製を試みた。皮下腫瘍の形成は極めて困難であったが、経門脈的に2x10^6個のHepa1-6細胞を投与したマウスは、56日後にHepa1-6腫瘍の肝への著明な播種を認めた。この動物モデルを用いて、免疫機能の解明をさらにすすめる予定である。また、担癌状態において血液中細胞が癌より影響をうけ遺伝子発現変化を来たすか検討を行う目的として、まず、in vitroにおいて、肝癌細胞株との共培養下と非共培養下の末梢血液単核球細胞の遺伝子発現プロファイルを解析したところ、interleukin(IL)-1β、IL-2、IL-7、IL-20受容体α、IL-1 receptor associated kinaseの遺伝子発現亢進が見られる一方、IL-10の遺伝子発現の低下が認められた。このことは、末梢血液細胞の遺伝子発現プロファイルは、癌の存在によって免疫関連遺伝子の発現変化をきたすことを示唆する。今後、遺伝子発現プロファイルのさらなる解析によって免疫機能との関連についての研究をさらにすすめる。