hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ショウジョウバエのゲノムを用いた細胞形態を調節する因子の網羅的解析

ゲノム上に組み込まれた遺伝子の機能を網羅的に解析するひとつの指標として、われわれは細胞の形態変化の調節に注目している。細胞形態の変化は膨大な数の因子によって制御されているが、これらの因子は無秩序な集合体ではなく限られた数の情報伝達経路上に存在している。従って、ゲノム全体を対象として網羅的に細胞形態の変化を制御する因子を同定していくことにより、機能的に関連した多くのタンパク質をグループ化することが可能であり、生命システム解明に向けてのタンパク質機能をデータベース化する際に重要な貢献をするものと考えられる。われわれは今までにショウジョウバエを用いてシナプス形成や軸索伸長などを含む神経細胞の形態変化の問題を中心に解析をすすめてきていることから、スクリーニングの対象細胞として変化を示しやすい神経細胞に絞った。本研究のように遺伝子発現量に依存した細胞形態変化を指標としたスクリーニングを全ゲノムに対して行うことは新しい試みであり、ショウジョウバエゲノム中にコードされる特定の遺伝子群が網羅的に同定されていくことが期待される。本研究では都立大、相垣研究室で作成された遺伝子探索ライブラリーを用いてスクリーニングを進めた。このライブラリーの系統はゲノム上の任意の遺伝子を決まった組織ないし細胞で異所発現させることが可能である。そこで、このライブラリーの700系統を用いて注目するキノコ体内の神経細胞の形態を変化させる遺伝子を網羅的に解析した。その結果、40%以上の系統で形態変化が確認され、用いたシステムの感度の高さが示された。現在、これらの系統の中から神経繊維の形状に大きな変化を示す二系統に絞ってさらに解析を進めている。いずれの該当遺伝子も細胞骨格に関連したタンパク質をコードしている。
X線回折法による原子軌道・分子軌道解析

1.目的本研究は、回折X線強度を精密測定し、研究代表者が開発した軌道関数間の規格直交条件を満たす最小二乗法で解析し、結晶中の原子軌道または分子軌道を求めること、および、X線回折法による電子密度測定・解析法を、希土類等を含む重原子結晶にまで適用可能にすることを目的として行った。2.成果本研究では、X線回折法で測定した強度データから求められる電子密度分布を、再現するように原子軌道を求める方法(X線原子軌道解析法とよぶ。)を確立した。この研究により、理論計算以外の方法で、原子軌道・分子軌道を求める新しい道が開拓された。この方法で、^2原理的には分子軌道も求めうる(X線分子軌道解析法)が、大量の計算時間を要したためX線分子軌道解析は研究期間内に確立できなかった。しかし、以下の点により、X線分子軌道解析法の確立は時間の問題となった。(1)簡単な有機結晶では、多数の反射で、二中心電子の構造因子への寄与が測定誤差より大きい。(2)二中心電子に対する温度因子を定式化した。(3)X線原子軌道解析に適当な基底関数(Well-tempted GTF)が見つかった。解析法の高度化に伴い、測定精度の向上が必要となる。そこで冷却窒素気体吹き付け法による低温強度測定法を改善した。また、各反射につき数個から数10個の逆格子点が同時反射を起し、重原子結晶では容易に1%以上の誤差が生ずることをPtP_2結晶で示した。そこで同時反射を避ける強度測定法を開発した。これをCeB_6結晶の測定に適用し、X線原子軌道解析を行った所、フーリエ合成図上のCe原子近傍の山が、4f電子によることが分かり、f-電子密度分布がX線回折法で測定出来ることが世界で初めて明示された。本研究により、重原子結晶の電子密度分布研究は進展した。)を確立した。研究発表の項で示すように、X線原子軌道解析法を適用して、対称中心のみを有する低対称場中の3d軌道を遷移金属錯体、Cu(diazacyclooctane)_2(NO_3)_2中のCu^<2+>について求めた。さらに、平成5年度の研究実施計画に従い、同時反射を避けるX線回折強度測定法を確立した。これをPtP_2結晶のX線強度測定に適用し同時反射を避けた場合と避けない場合とで得られる変形密度図に、大きな差のあることを示した。特に、原子番号の大きな原子を含む結晶では、同時反射効果は重大な影響を及ぼすので、高温超伝導体等の重原子を含む結晶の電子密度分布測定では、同時反射は消衰効果と同等あるいはそれ以上に重要であることを明らかにした。この方法を希土類元素を含む結晶の電子密度分布測定および原子軌道解析に適用する予備的な実験として、希土類ガーネット結晶の構造解析を行った。今後、f電子の電子密度分布測定および原子軌道解析に発展させる予定である。また、PtP_2およびNiP_2結晶中のd電子のX線原子軌道解析を行い、これらの化合物中のd軌道を求めている(投稿準備中)。次に、X線分子軌道解析の準備として、ジフォルモヒドラジド((NHCHO)_2)の分子軌道をab initio MO法で計算した。また、同化合物結晶を顕微鏡下でエッチングして、球形に整形した。この結晶を使用して、昨年秋に納入された単結晶構造解析装置用吹きつけ型試料低温装置を用いて、現在、100KでX線回折強度測定を行っている。以前、作成したX線分子軌道解析用のプログラムを改良して、解析に使用する予定で平行して準備を進めている。

前年度で対称心のみを有する低対称場中の3d軌道を,遷移金属錯体、Cu(diazaoctane)_2(NO_3)_2中のCu^<2+>について求めることに成功し、X線原子軌道解析法を一般的に行うことができるようになった。そこで、本年度はX線分子軌道解析法の開発に全力を投入した。二中心電子に対応する温度因子等の定式化およびプログラム作成をほぼ終了した。本一般研究費で購入した単結晶構造解析装置用吹きつけ型試料低温度装置を用いて100Kで測定したジフォルモヒドラジド(NHCHO)_2のX線回折強度データの解析に、このプログラムを使用して、プログラムのデバッグを行っている。ab initio MO法で計算した分子軌道を出発パラメーターとしている。約3000個の反射の2中心散乱因子を計算するため、予想外に計算時間がかかるため、最終結果はまだえられていないが、簡単な有機化合物では二中心散乱因子は十分有意に測定できること、および、原子座標や温度因子の精密化の過程で、C-H及びN-H結合距離は、中性子回折法で求めた値に近づきつつあること等が明らかになった。一方、X線原子軌道解析法の適用対象を希土類元素等を含む結晶広げるための研究を行った。その結果、従来注目されていなかった多重反射効果が、重原子結晶の精密解析においては、無視できないことを明らかにし、多重反射を避ける強度測定法を確立した。この方法を使用して、PtP_2及びNiP_2のX線原子軌道解析を行い、各5d、3d軌道関数を決定したが、PtP_2では相対論効果が顕著であるので、相対論効果を考慮した原子軌道関数に基づく解析を更に行う予定である。CeB_6結晶のX線原子軌道解析を行ったところ、4f電子と思われる山を変形密度図上に見つけた。この山は原子核の近傍に位置するので、非調和熱振動による山と区別するため、現在、100K、165K、230K、298Kで、X線精密強度測定を行っている。本研究で対称心のみを有する低対称場中の3d軌道を、遷移金属錯体Cu(diazaoctane)_2(NO_3)_2で求めた。すなわち、X線回折法で求めた電子密度分布を、もっとも良く説明するように原子軌道関数を求める、X線原子軌道解析法の一般化に成功した。さらに、X線原子軌道解析法の適用対象を希土類元素等を含む結晶広げるための研究も行った。その結果、従来注目されていなかった多重反射効果が、重原子結晶の精密回析においては、無視できないことが明らかになり、多重反射を避ける強度測定法を確立した。この方法により、CeB_6結晶の回折X線強度を、165Kで測定した精密測定したところ、4f電子によると思われる山を変形密度図上に見つけた。さらに相対論効果を考慮した原子軌道関数に基づいて、X線原子軌道解析を行ったところ、この山は、CeのT_<1u>軌道上の4f電子によることが明らかになった。これは、量子論モデルに基づいて、f-電子密度分布を、定量的に解析した世界で最初の例である(投稿中)。高温超伝導体等の電子密度解析が射程に入ってきた。次に、X線回折実験から分子軌道を求める、X線分子軌道解析法の開発を行い、100Kで測定した(NHCHO)_2のX線回折強度データに適用し、以下の結果と問題点が明らかになった。(1).簡単な有機化合物では、2中心電子の回折強度への寄与は大きく、X線分子軌道解析法は適用可能である。(2).2中心電子に対応する温度因子を初めて定式化した。
ナノサイズ銅微粒子を利用した銅とポリイミド樹脂界面のナノスケール接合

界面ナノスケールインターロッキング構造に基づく銅配線形成プロセスの実現に向けて、銅ナノ粒子分散ポリイミド樹脂薄膜の微細構造制御および銅ナノ粒子形成、成長メカニズムについて検討を行った。その結果、熱処理に伴い表面改質層の再イミド化が進行し、改質層中で形成した銅原子やクラスターの拡散が重要な因子であることが示された。これらの結果は、本系を利用するにあたり、改質層の再イミド化および試料の微細構造制御におけるイオン、原子、クラスターの拡散挙動について重要な情報を与えるものであった。以上の結果から、部位選択的表面改質法というコンセプトが浮かび上がった。これは、本プロセスを実用レベルで動作させることを指向した場合、必然的に導入されることが予測される技術であると同時に、究極的な表面改質方法であるといえる。部位選択的表面改質法により樹脂上に銅回路パターンの形成が可能であることが確認され、新たな知見を得ることができた。還元剤としてアルカリ金属イオンを含有していない点に着目し、ジメチルアミンボランを採用したところ、本系における湿式法でははじめて、銅ナノ粒子を介したナノスケールインターロッキング構造が構築されていることが確認された。これは、還元条件あるいは還元剤そのものの選定により、樹脂表面における銅薄膜の形成状態、すなわち、改質層内から樹脂表面への銅(II)イオンの拡散挙動が異なることに起因している結果であると考えられる。この結果は非常に興味深く、ナノ粒子を介した界面密着構造制御に向けての新たな可能性を示すものである。微細加工性については、インクジェットプリント技術の発達が著しく、将来的に本手法に導入すれば微細加工性、量産性が飛躍的に向上することが予想される。本年度はまず予備的実験として、ポリイミド樹脂表面へ銅薄膜を形成させるための下地となる銅ナノ粒子分散ポリイミド薄膜の微細構造制御を試みた。その結果、表面改質、イオン交換反応および水素還元処理の各条件を変化させることによって、形成する銅ナノ粒子サイズ、体積充填率および複合体の膜厚を任意に制御できることが明らかとなった。形成した銅ナノ粒子分散複合薄膜を下地として、中性無電解めっき浴を用いて銅めっきを施したところ、銅めっきが発動し良好な密着性を有する銅薄膜が形成することがわかった。また複合薄膜の微細構造と形成した銅薄膜の密着強度の相関について検討したところ、密着強度は下地の複合体中の銅ナノ粒子サイズに依存することが明らかとなった。さらに、無電解銅めっきは、銀ナノ粒子分散薄膜を下地として用いた場合にも発動することがわかった。以上の知見をもとに、紫外線照射による銅および銀イオンの選択的還元を利用し銅薄膜のパターニングを試みたところ、紫外線照射部位に金属ナノ粒子が選択的に析出し、析出したナノ粒子めっき発動触媒として作用することがわかった。パターン形成を施したナノ粒子分散薄膜を用いて、選択的な無電解銅めっきにより微細銅回路パターンの形成に成功した。以上の成果は国内学会にて発表を行い、微細構造制御に関してまとめた論文を現在投稿中である。本年度は、前年度において得られた銅イオンドープポリイミド樹脂の微細構造変化に関する知見をもとに、金属薄膜とポリイミド樹脂界面のナノ構造制御に関する詳細な検討を行った。まず、銅、銀、ニッケルなど種々の金属イオンをドープしたポリイミド樹脂を作製し、気相および液層にて還元処理を施すことにより、ポリイミド樹脂表面に金属薄膜を析出させることに成功した。また、いずれの金属種においても、界面には金属ナノ粒子が多数分散し、ナノスケールのアンカーとして作用していることが明らかとなったことから、ナノ粒子を微少アンカーとして用いる本研究のコンセプトの一般性が見いだされた。さらに、銀イオンをドープした樹脂に紫外線照射を施すと表面に銀薄膜が析出し、無電解銅メッキによる増膜が可能であることがわかった。

また、光マスクを用いてサブミクロンスケールの微細配線パターンを形成させることに成功した。さらに予備的実験としてインクジェット法によりポリイミド樹脂上にアルカリ溶液を部位選択的に吐出し、部分的に表面改質を行うことに成功している。上述のように研究計画の2年目である本年度は、前年度に得られた微細構造制御法を利用し、金属とポリイミド樹脂の界面ナノ構造の最適化を試み、次世代電子部品の微細化、高機能化に対応した新しい密着力確保手段を構築することができた。以上の成果は国内および国際学会にて発表を行い、微細構造制御およびパターニングに関してまとめた論文をChem.Mater, LangmuirおよびTrans-MRS-J誌に公表し、成果の一部は著書としてまとめ、新聞発表も行った。最終年度である本年度は、界面ナノスケールインターロッキング構造の銅配線への応用に向けて、銅ナノ粒子分散ポリイミド樹脂薄膜の微細構造制御および銅ナノ粒子形成、成長メカニズムについて検討を行った。その結果、熱処理に伴い表面改質層の再イミド化が進行し、改質層中で形成した銅原子やクラスターの拡散が重要な因子であることが示された。これらの結果は、本系を利用するにあたり、改質層の再イミド化および試料の微細構造制御におけるイオン、原子、クラスターの拡散挙動について重要な情報を与えるものであった。以上の結果から、部位選択的表面改質法というひとつのコンセプトが浮かび上がった。これは、本プロセスを実用レベルで動作させることを指向した場合、必然的に導入されることが予測される技術であると同時に、究極的な表面改質方法であるといえる。部位選択的表面改質法により樹脂上に銅回路パターンの形成が可能であることが確認され、新たな知見を得ることができた。還元剤としてアルカリ金属イオンを含有していない点に着目し、ジメチルアミンボランを採用したところ、本系における湿式法でははじめて、銅ナノ粒子を介したナノスケールインターロッキング構造が構築されていることが確認された。これは、還元条件あるいは還元剤そのものの選定により、樹脂表面における銅薄膜の形成状態、すなわち、改質層内から樹脂表面への銅(II)イオンの拡散挙動が異なることに起因している結果であると考えられる。この結果は非常に興味深く、ナノ粒子を介した界面密着構造制御に向けての新たな可能性を示すものである。微細加工性については、インクジェットプリント技術の発達が著しく、将来的に本手法に導入すれば微細加工性、量産性が飛躍的に向上することが予想される。
無自覚性低血糖の発症機序の解明-アデノシンを介した脳内グリコーゲン増加の関与-

インスリン皮下注2時間後の脳内グリコーゲンは著明に減少していたが、インスリン皮下注6時間後の脳内グリコーゲンは低血糖誘導前のレベルまで回復し、インスリン皮下注24時間後の脳内グリコーゲンは元のレベルより増加していた。アデノシンシグナルをブロックするアデノシン受容体アンタゴニストの皮下投与や脳室内投与後に低血糖を誘導したが、いずれの投与でも脳内のグリコーゲン量はアンタゴニスト非投与群と有意差がなかった。以上の結果からインスリン誘導性の低血糖によって減少した脳内グリコーゲンは、低血糖回復後にアデノシンのシグナルを介さずに増加する可能性が示唆された。1.インスリンによる低血糖時に脳内のグリコーゲン量が減少するか検討するために、ラット皮下に6単位/kg体重のヒトインスリンを注射し、皮下投与90分後の大脳皮質及び視床下部のグリコーゲン量を測定したところ、生理食塩水を投与されたコントロールラットのそれぞれ29.1%、75.1%までグリコーゲン量が低下していた。2.インスリンによる低血糖からの回復後に脳内のグリコーゲン量が代償性に増加するか検討するために、ラット皮下に6単位/kg体重のヒトインスリンを注射し低血糖を誘導した後に、インスリン投与24時間後の大脳皮質と視床下部を摘出し、それぞれのグリコーゲン量を測定した。大脳皮質では生理食塩水を投与されたコントロールラットに比べて1.47倍のグリコーゲン量の増加を認め、視床下部では1.20倍のグリコーゲン増加が認められた。3.インスリン誘導性の低血糖からの回復後の脳内グリコーゲン量の増加がアデノシンを介しているかどうか検討するために、インスリン投与60分前に12mg/kg体重のアデノシン受容体アンタゴニスト8-phenyltheophylline (8-PT)を皮下注射した後にインスリン注射による低血糖を誘導し、低血糖回復後の脳内グリコーゲン量を測定した。インスリンによって低血糖を起こしたラットのインスリン投与24時間後の大脳皮質と視床下部のグリコーゲン量は、コントロールラットに比べてともに1.32倍増加していたが、8-PT前投与群では低血糖による大脳皮質と視床下部のグリコーゲン量の増加がそれぞれコントロールラットの1.00倍、1.11倍に留まっていた。以上の結果から、インスリンによる低血糖から回復した後の脳内グリコーゲンの代償的な増加は、アデノシンを介して引き起こされる可能性が示唆された。1.ラットに6単位/kg体重のヒトインスリンを皮下注射した場合、インスリン投与2時間後に最も血糖が低くなり、インスリン投与6時間後には投与前の血糖に回復するため、インスリン投与6時間後の脳内グリコーゲンを測定したところ、低血糖時に減少していた脳内(大脳皮質、視床下部、海馬)のグリコーゲンはいずれも低血糖前のレベルまで回復していた。2.インスリン皮下投与による低血糖からの回復後の脳内グリコーゲンの増加がアデノシンを介しているか検討するために、インスリン投与直前に250μgのアデノシン受容体アンタゴニスト8-sulfophenyltheophylline(8-SPT)を脳室内投与した後にインスリン皮下注射による低血糖を誘導し、低血糖後の脳内グリコーゲン量を測定した。インスリン投与2時間後の大脳皮質、視床下部及び海馬のグリコーゲン量は著明に低下し、インスリン投与6時間後のグリコーゲン量はいずれも低血糖前のレベルまで回復していた。8-SPT前投与群においても低血糖回復後の大脳皮質、視床下部及び海馬のグリコーゲン量は回復しており、8-SPT非投与群と比べても差がなかった。3.インスリン皮下投与による低血糖からの回復後の脳内グリコーゲンの増加にインスリン自体が関与しているか検討するために、インスリン投与直前に21nmolのPI3-kinase阻害剤であるLY294002を脳室内投与した後にインスリン皮下注射による低血糖を誘導し、低血糖回復後の脳内グリコーゲン量を測定した。インスリン投与6時間後の大脳皮質、視床下部及び海馬のグリコーゲン量は、LY294002投与群、LY294002非投与群で差がなかった。以上の結果から、インスリンによる低血糖から回復した後の脳内グリコーゲンの増加は、アデノシン受容体やPI3-kainseを介して引き起こされている可能性は低いと考えられた。
培養細胞を用いた慢性腰痛の発症機序に関する基礎的研究

腰痛は最も頻度の高い愁訴の一つであるが、時に慢性化し治療に難渋する場合も多い。我々はこれまで、疼痛発生機序として、線維輪周囲の神経が椎間板内部に進入(Nerve ingrowth)することを報告した。疼痛治療分野において、遺伝子治療の導入が試みられている。最近安全な遺伝子導入法として体外衝撃波にて効果的に筋組織、椎間板細胞、後根神経節細胞に遺伝子導入できることを示した。本研究はin vivo,in vitroにて椎間板のプロテオグリカンと変性椎間板より産生される神経栄養因子、炎症性サイトカイン、さらには神経のNerve ingrowthの関係を遺伝子導入の手法を用いて解明し、慢性腰痛発症の基礎的機序を解明することであった。主に椎間板細胞と後根神経節細胞を用いたin vitroでの検討を主体とした。1)ラット、マウス腰椎椎間板、ヒト椎間板を酵素処理後、単層培養を行った。2)次に胎生ラットより後根神経節を取り出し、同条件下に単層培養を行った。それらを混合培養し以下の実験を行った。3)培養椎間板に炎症性サイトカインであるtumor necrosis factor alpha(TNF alpha),IL-6を投与し、疼痛伝達物質(substance P, CGRP)の増加を免疫組織学的手法、ELISAにて確認した。それらの疼痛伝達物質、サイトカイン、神経栄養因子が培養後根神経節細胞を活性化しているかを神経突起の伸長度で調べ、特に、各種存在する神経栄養因子NGFが特に重要であることが判明した。4)以上の現象が各々の阻害剤で抑制されることを確認した。これらの研究を基盤とし、以上の現象を今後詳細に検討していく予定である。本研究はin vivo, in vitroにて椎間板のプロテオグリカンと変性椎間板より産生される神経栄養因子、炎症性サイトカイン、さらには神経のNerve ingrowthの関係を遺伝子導入の手法を用いて解明し、慢性腰痛発症の基礎的機序を解明することであった。1)ラット、マウス腰椎椎間板を採取する。ヒト椎間板は手術時に採取する。それぞれを酵素処理後、単層培養を行った。3)培養椎間板に炎症性サイトカインであるtumor necrosis factor alpha(TNF alpha), IL-6を投与し、疼痛伝達物質(substance P, CGRP)、他のサイトカイン(IL-1, COX-2)、神経栄養因子(NGF, BDNF, NT3)の増加を免疫組織学的手法、ELISAにて確認した。以上の現象を今後詳細に検討していく予定である。これらの阻害薬を用いての検討も行う予定である。
大腸癌の浸潤・転移におけるCdh1の役割の解明

代表的な大腸癌細胞株であるCaco2、HCT116においてsiRNAによるCdh1の抑制を行った。これらの細胞とコントロール細胞からRNAを抽出し、cDNAアレイ解析を行った結果、1.5倍以上発現に変化が認められた4891遺伝子が抽出された。さらにGSEAを用いた解析により、有意に変動した遺伝子候補を17個同定した。その中でも変化の大きかった遺伝子群として、Wntシグナル経路が抽出された。Cdh1が大腸癌においてWntシグナル経路を介して細胞骨格、細胞運動を調節する可能性が示唆された。上皮間葉転換(Epithelial-Mesenchimal Transition: EMT)は、上皮細胞が間葉系様の細胞に変化する現象であり、主に胎児の発生時期に観察される生理的現象である。Cdh1のホモノックアウトマウスは胎生致死であり、発生段階においてEMTの異常を来している可能性も考えられる。Cdh1が大腸癌のEMTに及ぼす影響を調べるために、まず、大腸癌細胞株を用いてCdh1の機能をin vitroで解析した。大腸癌細胞株には、KRAS変異やBRAF変異を有するものがあり、それら両方においてCdh1の発現をsiRNAにより抑制した。Cdh1の抑制の程度には、細胞間でかなりばらつきを認めた。これらCdh1を抑制した細胞で上皮系細胞のマーカーであるE-cadherinと、間葉系細胞のマーカーであるN-cadherinの発現についてウエスタンブロットにより評価した。その結果、Cdh1抑制のみによるcadherin発現の明瞭な変化は認められなかった。一方でCdh1リン酸化抑制マウスの解析については、Cdh1ホモリン酸化抑制マウスが胎生致死であることをこれまでに確認した。胎生のどの段階で致死であるか、交配後の日数に応じて、胎児の生死を確認することで、現在、胎生時期の同定を進めている。少なくとも、胎生致死マウスの胎盤では、野生型および、Cdh1ヘテロ抑制型マウスの胎盤には存在するtrophoblastgiant cellが欠損していることを、胎盤のH-E染色で確認している。本研究では、細胞周期の調節因子であるCdh1が大腸癌の浸潤、転移において果たす役割を明らかにすることを目的としている。昨年、大腸癌細胞株でsiRNAによりCdh1発現を抑制すると、その細胞形態に変化を来すことを実績概要に報告した。当該年度は、この現象に関わる分子を絞り込む実験を進めた。まず、代表的な大腸癌細胞株であるCaco2、HCT116においてCdh1をsiRNAにより抑制した。十分にCdh1の発現が抑制されたことをウエスタンブロットで確認し、これらの細胞より蛋白質、RNAをそれぞれ抽出した。蛋白質発現同様、RNAレベルでもCdh1の発現は抑えられており、RNAの品質はその後の解析に用いるに足るものであった。このRNAを基にRNAアレイ解析を行った。その結果、4,91遺伝子のうち、Cdh1の抑制で発現が1.5倍以上増加した1,633の遺伝子が抽出された。一方、発現が1.5倍以上低下した遺伝子は3,258抽出された。これらをさらにクラスター解析すると、いくつかの機能をもったグループとして捉えることが可能であった。現在、これら遺伝子群の中から、ネットワーク解析等により、目的である癌細胞の浸潤や転移に関わる遺伝子の絞り込みを行っている。1.当初予定していたもう1つの基礎的検討である、抽出蛋白質よる自動化2次元電気泳動(Auto-2D)で、現在のところ、Cdh1抑制による変化が大きいスポットを同定するに至っていない。2.動物実験では、Cdh1リン酸化抑制マウスの継代維持が困難となり、一時的に中断している。本研究では、大腸癌の浸潤・転移の過程においてCdh1が持っている役割を明らかにすることを目的としている。この目的のために我々はまず、2種類の代表的な大腸癌細胞株であるCaco2、HCT116細胞において、2つのCdh1 siRNAでCdh1の発現を抑制した。これらの細胞よりRNAを抽出し、cDNARNAアレイ解析を行った。その結果、2つのsiRNAに共通して1.5倍以上発現が増加した遺伝子として、1633個の遺伝子が抽出された。この1633個の遺伝子をGene Set Enrichment Analysis (GSEA)を用いて解析した結果、Cdh1抑制により有意に発現が変動した遺伝子の候補を17個同定した。その中には膜輸送やタンパク質の翻訳後修飾、アミノ酸代謝等に関する経路が含まれており、中でも変動の大きかった遺伝子群として、Wnt経路が抽出された。Wnt経路には代表的なWnt-βカテニン経路があるが、βカテニンとは独立して主に細胞骨格や極性、細胞運動を制御するβカテニン非依存性経路が存在する。この結果より、Cdh1はβカテニン非依存性のWnt経路を通して、大腸癌細胞の形態や運動を制御している可能性が示唆された。今後、Cdh1とWnt経路の関わりを明らかにすることで、大腸癌の浸潤・転移の制御につながる重要な結果と思われる。

Cdh1が大腸癌においてWntシグナル経路を介して細胞骨格、細胞運動を調節する可能性が示唆された。1培養細胞において、Cdh1を抑制することで、上皮系細胞と間葉系細胞のマーカーであるカドヘリンの発現に変化が現れると予想していたが、単純なCdh1抑制だけでは想定していたカドヘリンの発現変化を認めなかったため。2マウスの解析に時間がかかっている間に、親マウスが歳をとり、十分な産仔が得にくくなってしまったため。RNAアレイ解析と、それに引き続くネットワーク解析により絞り込まれた分子について、大腸癌細胞株において実際にCdh1抑制に連動した挙動を示すことを確認する。2次元電気泳動を継続し、蛋白質レベルでRNAアレイ解析で得られた分子の確認を行う。また、動物(Cdh1リン酸化抑制マウス)実験を再開し、生体におけるCdh1の役割についても解析を進める。消化器内科1単純なCdh1の抑制のみでは、カドヘリンの発現に変化がなかったことから、カドヘリン以外の上皮間葉転換のマーカーであるビメンチンやサイトケラチンを用いて評価をし直す。また、血清飢餓等の状況下にCdh1抑制を行うことで、上皮間葉転換の誘導を図る。2マウス産仔低下については、B6の若い雌をCdh1リン酸化ヘテロ抑制雄と交配し、Cdh1ヘテロの仔を増やす。それでも産仔が望めない場合には、再び凍結胚より発生させる。追加の試薬が必要であるため。培養細胞実験のための、培地、血清、試薬等が必要であるため。マウスの購入費、飼育費のため。単回の使用となる計画。培養細胞実験として:培地、血清、トランスフェクション試薬等。マウス実験として:主に維持費に充てる。
全部床義歯製作に筋形成を伴う精密印象は必要か?

被験者27名(男:11名、女:16名)をACP分類によって分類し、それをもとに2群に割付けを行った。a)精密印象法→概形印象法は14名、b)概形印象法→精密印象法は13名。1つ目の義歯が製作終了した時点で精密印象法と概形印象法を比較すると、精密印象法のほうが満足度が高いということが示唆された。現在、全部床義歯製作のために歯学部教育では、印象採得は2回(概形印象と精密印象)に分けて行うように指導している。しかし、筋形成による辺縁形成を伴う精密印象という手法にエビデンスはない。そこで、既製トレーを用いた概形印象のみによる方法と筋形成による辺縁形成を伴う精密印象による方法が完成義歯の満足度に与える影響と義歯製作における費用を算出し、費用対効果を分析することをこの研究の目的とした。研究はクロスオーバーのランダム化比較試験を行った。被験者数は20名に設定し、1人につき概形印象法と精密印象法の2つの方法により、上下2セットの全部床義歯を製作することとした。術者は2名、評価者は術者以外の2名の歯科医師によって行った。1つ目と2つ目の義歯製作の間は1ヵ月間のインターバルを設け、ウォッシュアウト期間とした。ウォッシュアウト期間中は旧義歯を使用し、2つの義歯完成後にどちらの義歯が良かったかを被験者に選択させた。義歯評価は義歯完成後、1週間ごと計4回の調整終了後に実施した。主要アウトカムの評価項目は、自己記入式質問票による主観的満足度、客観的咀嚼能力、時間、費用の4項目である。被験者はACP分類によってClassIClassIVに分類し、その分類を用いてランダムに2つのグループ(概形印象法と精密印象法)に割付けを行った。術者はどちらの方法で義歯製作を行っているか認識しているが、被験者と評価者は盲検化された状態で義歯製作した。現在、被験者は27名で男女比は男:女=11名:16名、ACP分類ではClassIIIが13名と一番多く、ClassIIとIVが6名ずつ、ClassIが2名という内訳になった。臨床試験を継続して実施中である。しかし筋形成による辺縁形成を伴う精密印象という手法にエビデンスはない。そこで、既製トレーを用いた概形印象のみによる方法と筋形成による辺縁形成を伴う精密印象による方法が完成義歯の満足度に与える影響と、義歯製作における費用を算出し、費用対効果分析をこの研究の目的として行う。1人につき概形印象法と精密印象法の2つの方法により、上下2セットの全部床義歯製作を行う。被験者は20名とし、どちらの方法から義歯を製作するかについては、最初に被験者をACP分類によってClassIClassIVまで分類し、その後ランダムに割り付けを行い、旧義歯の調整と評価後に新義歯の製作を開始する。術者は1人で臨床の全ての工程を行い、新義歯の評価は術者以外の評価者2名によって行う。新義歯の評価は1ヶ月間、1週間ごと計4回の調整後に行う。現在4名が新義歯製作の途中段階である。この研究では概形印象法と精密印象法の違いによる満足度の影響と費用対効果分析を行うことが目的であるため、印象法による違い以外は極力条件を同じように設定し、両者の印象法以外の違いをなくすことができるよう、術者は1人に設定した。義歯製作における臨床での時間と技工操作にかかった時間、また臨床でかかった直接の費用と技工操作でかかった直接の費用はすべて計測している。被験者を20名としているが、現在進行しているのが4名のみのため。被験者の確保に努め、義歯製作を進め必要なデータの収集を行っていく。義歯製作と評価に使用する物のための費用として研究費を使用する。
広域火山灰対比に基づく中部更新統の古環境復元

1.研究目的:中部地方から関東にかけての中部更新統中に挟在する,黒雲母・角閃石・石英・長石の結晶粒を多量に含有するB_1,B_2,B_3などの広域火山灰層を対比することによって時間軸を設定し,中部地方から関東地方にかけての中期更新世の古環境を復元しようというものである.同間面上の古環境の復元をすることによって,たとえば約40万年前と推定されている温暖期の中部地方の古環境が復元できる.最近,対比上の問題点もはっきりしてきたので,関係する研究者が協力して研究にあたる.2.本年度の研究計画とその成果:(1)研究の集約・討論:昨年来の研究を網羅し,それぞれの研究の方法論の検証や精度の程度,また,結果についての整理と研究結果どおしの対比等を行なう.岩相層序・生層序・古地磁気層序・放射年代などを総合化する.このために,11月23・24の両日研究打ち合せ会議を行い研究協力者を交えて広域火山灰層の層準について各地の対比試案を作成した。(2)現地調査と試料採取:従来の研究では,サンプル採集位置や研究方法が異なっていたので,これを同一の基準で分析するために房総半島を中心に各地において現地検討会と共同試料の採取による分析を行なった.(3)報告書作成:11月に実施したシンポで広域火山灰を中心にした中部地方から房総半島にかけての中・下部更新統の対比試案をもとに,各地域を繋ぐ層序対比に各地の気候変遷や古地理を入れて,この地域の前期更新世から中期更新世にかけての環境復元を試みた.1.研究目的:中部地方から関東にかけての中部更新統中に挟在する,黒雲母・角閃石・石英・長石の結晶粒を多量に含有するB_1,B_2,B_3などの広域火山灰層を対比することによって時間軸を設定し,中部地方から関東地方にかけての中期更新世の古環境を復元しようというものである.同間面上の古環境の復元をすることによって,たとえば約40万年前と推定されている温暖期の中部地方の古環境が復元できる.最近,対比上の問題点もはっきりしてきたので,関係する研究者が協力して研究にあたる.2.本年度の研究計画とその成果:(1)従来の研究の集約:従来の研究を網羅し,それぞれの研究の方法論の検証や制度の程度,また,結果についての整理と研究結果どおしの対比等を行なう.岩相層序・生層序・古地磁気層序・放射年代などを総合化する.このために,11月23・24の両日研究打ち合せ会議を行い研究協力者を交えて広域火山灰層の層準について各地の対比試案を作成した.(2)現地調査と試料採取:従来の研究では,サンプル採集位置や研究方法が異なっていたので,これを同一の基準で分析するために松本盆地と八ケ岳山麓において現地検討会と共同試料の採取による分析を行なう予定であったが,本研究費の内示が第2次補正予算であったために,八ケ岳山麓で1月13日から16日まで実施したほか,各地域ごとに予察を,各分担者が行なった.(3)火山ガラスの諸性質の統一的再検討と強磁性鉱物のキュリー温度の測定:給源に近い高山西方や松本盆地での本層のいくつかの層準では,すでに研究協力者によって火山灰層中の火山ガラスの性質や強磁性鉱物のキュリー温度が測定されており,対比の有力な要素のひとつとなっている.これを統一的に測定し,対比の資料とするために,万能写真顕微鏡での火山ガラスの形態分析法の検討を行い,実際の形態変化を写真をもちいて比較した.また,キュリー温度について研究協力者からの専門的知識の提供をうけ,来年度の研究目標を絞り込んだ.1.研究目的:中部地方から関東にかけての中部更新統中に挟在する,黒雲母・角閃石・石英・長石の結晶粒を多量に含有するB_1,B_2,B_3などの広域火山灰層を対比することによって時間軸を設定し,中部地方から関東地方にかけての中期更新世の古環境を復元しようというものである.同間面上の古環境の復元をすることによって,たとえば約40万年前と推定されている温暖期の中部地方の古環境が復元できる.最近,対比上の問題点もはっきりしてきたので,関係する研究者が協力して研究にあたる.2.本年度の研究計画とその成果:(1)研究の集約・討論:昨年来の研究を網羅し,それぞれの研究の方法論の検証や精度の程度,また,結果についての整理と研究結果どおしの対比等を行なう.岩相層序・生層序・古地磁気層序・放射年代などを総合化する.このために,11月23・24の両日研究打ち合せ会議を行い研究協力者を交えて広域火山灰層の層準について各地の対比試案を作成した。(2)現地調査と試料採取:従来の研究では,サンプル採集位置や研究方法が異なっていたので,これを同一の基準で分析するために房総半島を中心に各地において現地検討会と共同試料の採取による分析を行なった.(3)報告書

作成:11月に実施したシンポで広域火山灰を中心にした中部地方から房総半島にかけての中・下部更新統の対比試案をもとに,各地域を繋ぐ層序対比に各地の気候変遷や古地理を入れて,この地域の前期更新世から中期更新世にかけての環境復元を試みた.1.研究目的:中部地方から関東にかけての中部更新統中に挟在する,黒雲母・角閃石・石英・長石の結晶粒を多量に含有するB_1, B_2, B_3などの広域火山灰層を対比することによって時間軸を設定し,中部地方から関東地方にかけての中期更新世の古環境を復元しようというものである.同間面上の古環境の復元をすることによって,たとえば約40万年前と推定されている温暖期の中部地方の古環境が復元できる.最近,対比上の問題点もはっきりしてきたので,関係する研究者が協力して研究にあたる.2.本年度の研究計画とその成果:(1)研究の集約・討論:昨年来の研究を網羅し,それぞれの研究の方法論の検証や精度の程度,また,結果についての整理と研究結果どおしの対比等を行なう.岩相層序・生層序・古地磁気層序・放射年代などを総合化する.このために,11月23・24の両日研究打ち合せ会議を行い研究協力者を交えて広域火山灰層の層準について各地の対比試案を作成した.(2)現地調査と試料採取:従来の研究では,サンプル採集位置や研究方法が異なっていたので,これを同一の基準で分析するために房総半島を中心に各地において現地検討会と共同試料の採取による分析を行なった.(3)報告書作成:11月に実施したシンポで広域火山灰を中心にした中部地方から房総半島にかけての中・下部更新統の対比試案をもとに,各地域を繋ぐ層序対比に各地の気候変遷や古地理を入れて,この地域の前期更新世から中期更新世にかけての環境復元を試みた.
正常および悪性造血細胞に対する胸腺間質細胞の作用

胸腺の機能の中で、骨髄細胞の胸腺への移住の機構については未だ良く解っていないが、胸腺の間質細胞が走化因子を分泌し、前胸腺細胞を誘引していることが考えられた。そこで、ラットの胸腺を摘出し、短期間培養し、その上清を用い、骨髄細胞の走化性を検討したところ、走化活性があることが認められた。この活性は、肝臓や腎臓では弱く、また加熱処理により活性が低下した。BUFラットは胸腺腫が自然発生する系統であり、走化因子の分泌能は老化による低下が見られないが、他の系統のラットでは低下する。胸腺間質細胞の培養株でもこの因子の活性が見られた。この因子に反応する骨髄細胞は、比重1,077の分画に含まれていた。原発性あるいは可移植性の胸腺リンパ腫細胞を用い、走化性を検討した結果、いずれも走化因子に対し反応した。また可移植性リンパ腫細胞を皮下に移植し、その局所および転移先である胸腺中のリンパ腫細胞の反応性を検討したところ、胸腺に転移した腫瘍細胞の方が移植部位の細胞より、走化因子に良く反応することが見いだされた。即ち、転移の成立に走化因子が関与していることが示唆された。次に、この因子の精製のため種々の担体を用いて分離の条件を検討した。この結果、ヘパリンカラム、レクチンカラム、色素カラム、ハイドロキシアパタイトカラム等は無効で、DEAEカラム、疎水性ブチルカラム、およびゲル瀘過は有効であった。今後、他の担体の条件を決定し精製を進める必要がある。次に走化因子をコードする遺伝子が発がん感受性を決定する一要因であるとが想定され、ニトロソ尿素による胸腺リンパ腫発生の遺伝学的解析を行った。この結果、BUFラットとWKYラットの交雑系では、腫瘍発生の潜伏期間を決定する遺伝子(暫定的にT/s-3と命名)がGc遺伝子(血清中ヴィタミンD結合蛋白)にリンクしていた。今後、発がん感受性と走化因子との関連性も検討を続ける必要がある。平成5年度以前の研究では、胸腺腫自然高発系BUF/Mnaラットの胸腺腫由来培養細胞株の培養上清中には走化活性が常に再現性よく検出されることが判っていた。平成5年度には、この培養上清から、走化因子を精製するため、種々のアフィニティー担体について有効性を検討した。しかし、今のところ有効な担体は見つかっていない。一方、本因子の性状についても検索を行なった。この因子が胸腺特異的か否かを検定するために、BUF/Mnaラットから胸腺、肝臓、腎臓を摘出し、これらの臓器細胞を初代培養し、その培養上清中の走化活性を検討した。この結果、胸腺培養上清には活性があるが、肝細胞および腎細胞の培養上清にはその活性が低かった。ただし、初代培養ではそれらの細胞の増殖性に差があるため、細胞のコンディションが異なり、評価が難しいので、次に直接、細胞からの抽出液での検討を行なった。胸腺、肝臓、腎臓を凍結・融解あるいはホモジェナイザーにより破砕し、超遠心とフィルターにより細胞抽出液を作成した。これら細胞抽出液の走化活性を検討した。この結果、胸腺には高い活性を認めたが、肝臓、腎臓ではその活性が低かった。胸腺の抽出液を56゚C、30分処理したところ、その活性は約半分に減少した。

次に、胸腺の加齢による機能の変化との対応を考え、若齢(7週齢)ラットと老齢(42週齢)ラットから得た胸腺間質細胞を初代培養し、その上清中の走化活性を検討した。その結果、老齢ラットではその活性は減少しており、腺の老化に伴う機能の低下に対応する所見と考えられた。この結果は、この走化因子が胸腺の生理機能と密接に関連していることを示すものと考えられる。平成6年度には、引き続き、分離・精製のための手段の確立を目指すのと平行して、さらにこの因子の性質・機能についての解析も進める予定である。胸腺の機能の中で、骨髄細胞の胸腺への移住の機構については未だ良く解っていないが、胸腺の間質細胞が走化因子を分泌し、前胸腺細胞を誘引していることが考えられた。そこで、ラットの胸腺を摘出し、短期間培養し、その上清を用い、骨髄細胞の走化性を検討したところ、走化活性があることが認められた。この活性は、肝臓や腎臓では弱く、また加熱処理により活性が低下した。BUFラットは胸腺腫が自然発生する系統であり、走化因子の分泌能は老化による低下が見られないが、他の系統のラットでは低下する。胸腺間質細胞の培養株でもこの因子の活性が見られた。この因子に反応する骨髄細胞は比重1.077の分画に含まれていた。原発性あるいは可移植性の胸腺リンパ腫細胞を用い、走化性を検討した結果、いずれも走化因子に対し反応した。また可移植性リンパ腫細胞を皮下に移植し、その局所および転移先である胸腺中のリンパ腫細胞の反応性を検討したところ、胸腺に転移した腫瘍細胞の方が移植部位の細胞より、走化因子に良く反応することが見いだされた。即ち、転移の成立に走化因子が関与していることが示唆された。次に、この因子の精製のため種々の担体を用いて分離の条件を検討した。この結果、ヘパリンカラム、レクチンカラム、色素カラム、ハイドロキシアパタイトカラム等は無効で、DEAEカラム、疎水性ブチルカラム、およびゲル濾過は有効であった。今後、他の担体の条件を決定し精製を進める必要がある。次に走化因子をコードする遺伝子が発がん感受性を決定する一要因であるとが想定され、ニトロソ尿素による胸腺リンパ腫発生の遺伝学的解析を行った。この結果、BUFラットとWKYラットの交雑系では、腫瘍発生の潜伏期間を決定する遺伝子(暫定的にTls-3と命名)がGc遺伝子(血清中ヴィタミンD結合蛋白)にリンクしていた。今後、発がん感受性と走化因子との関連性も検討を続ける必要がある。
認知機能の老化を制御する新規脂肪組織-脳連関の研究

高齢者のquality of life (QOL)は、健康寿命と生命寿命とのギャップ期間中に著しく低下し、介護・医療費の大半がその期間に消費されている。超高齢化社会問題の解決には、健康寿命を延伸して、このギャップを短縮する事が不可欠である。加齢に伴う認知能力の低下(老化)は、栄養や衛生状態の劣化、各種合併症の増悪などの諸問題を引き起こして健康寿命を短縮する。本研究は、認知能力の老化を抑制、改善する方法を見出す事で、認知能力が老化するメカニズムへの理解を深めるとともに、健康寿命の延伸に寄与する認知能力老化治療の開発基盤を提供することが目的である。今年度は、我々のグループが見出した認知能力の老化が遅延する新しいモデルマウスの細胞を、高週齢正常マウス(レシピエントマウス)に移植して、レシピエントマウスの認知能力の変化を検討した。その結果、新しい脳老化制御メカニズムの存在を示すだけでなく、細胞移植による認知能力の抗老化治療の可能性を示す結果を得た。それと並行して、老化遅延マウスの各臓器の老化を解析して、老化遅延効果に臓器間での違いが見られる事を示す結果を得た。さらに、老化遅延マウスで老化抑制に関与する血中分子の同定を目指した解析を開始した。若週齢、高週齢の正常マウス、老化遅延マウスそれぞれから血清を得て、ELISA法を用いて目的タンパク質の血中濃度を測定した。その結果、いくつかの新たな老化制御因子の候補分子を見出した。当初の予定した目的、計画を果たしている。引き続き老化遅延マウスで老化抑制に関与する血中分子の同定を目指す。老化制御分子が同定されたなら、血管に影響して脳との物質交換を改善し、間接的に脳の老化を抑制するのか、老化制御分子が血液脳関門を通過して直接脳の老化を抑制するのかを検討し、老化制御分子の作用機序を示す。期待した高週齢マウスが入手できず、実験規模の縮小、若齢マウスを購入し飼育しての検討などで、当初の計画を実行した。その結果、次年度使用額が発生した。最近、高週齢マウスの供給が安定してきたので、規模を縮小した実験の再開などで使用する予定である。
屈折率・電荷同時検出ナノレーザセンサの開発と精神神経疾患バイオマーカ検出

本研究ではGaInAsP半導体の発光が表面電荷に応答する原理に基づき、蛍光や酵素などのラベルが不要で、スペクトル分析も不要な簡易なバイオセンサを提案、実証した。前年度は、GaInAsPナノレーザを用いて、精神神経疾患のバイオマーカとして期待されるCRMP2 (Collapsin Response Mediator Protein 2)の検出を検討し、実際の医療診断で求められる濃度と同程度の検出限界濃度での検出を達成した。本年度は、さらなる高感度化と信号対雑音比の向上を目指し、GaInAsP半導体のフォトニック結晶構造に工夫を加えることによる、イオン感応性の増大の理論の構築と高性能化を図った。まず、半導体に蜂の巣構造型フォトニック結晶構造を導入し、より大きな表面積体積比と光の取り出しが得られる構造を時間領域差分法によって予測した。その結果、蜂の巣構造の1つの円孔を6つの小円孔で置換した構造が有望であることが予想された。これは、表面電荷の応答性の由来である表面再結合の変化により生じる発光強度の変化を最大化できるためである。実際にこの構造を製作し、表面電荷への応答性に対応する、溶液のpHを変えたときのシグナル変化を測定した。フォトルミネッセンス、レーザ発振光のいずれの場合においても、pH感度はフォトニック結晶パターンのない場合と比べて増大し、前者の条件において、実用上の目標値であるpH分解能0.01を達成した。レーザ発振時においては、弱励起動作で約41倍の感度増大、強励起条件では最大で約5倍の信号対雑音比の増大を確認した。以上の結果から、GaInAsP半導体のフォトニック結晶構造に工夫を加えることによる高性能化を実証し、医療診断、化学分析などの幅広い応用に有望であることを示した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究ではGaInAsP半導体の発光が表面電荷によって変化するという新奇な原理に基づいて、光励起で動作するナノレーザのバイオセンサとしての応用検討と精神神経疾患バイオマーカ検出を目指している。特に、血液中のバイオマーカ診断デバイスとしてナノレーザセンサを研究しており、この原理を用いれば、蛍光や酵素標識などのラベルが不要で、スペクトル分析も不要な簡易なセンサになりうる。本年度は、アルツハイマー病や統合失調症などの精神神経疾患のバイオマーカとなる可能性が報告されているタンパク質であるCRMP2 (Collapsin Response Mediator Protein 2)の検出によって、本手法の有用性を実証すること、表面電荷への応答性であるイオン感応性の向上の検討を行った。本手法では、発振強度のSN比が比較的小さかったが、測定点の平均化処理や位置揺らぎに対するトレランスを向上させるための光学系を構築することで、ノイズを抑制した。また、タンパク質がセンサ表面に吸着する際の表面電荷を増大させるために、陰イオン性の界面活性剤をタンパク質と反応させ、強制的に負に帯電させる処理を加えることで、末梢血に含まれるCRMP2を検出するのに最低限必要な濃度で検出できることを確認した。さらに、GaInAsP半導体のフォトルミネッセンスに着目し、イオン感応性を向上させるための検討を行った。半導体に蜂の巣構造型フォトニック結晶構造を導入し、より大きな表面積体積比と光の取り出しが得られる構造を時間領域差分法によって予測した。その結果、表面電荷への応答が表面再結合レートに依存して変化する理論と実験がほぼ一致し、、フォトニック結晶がない構造と比較して6-7倍のイオン感応性の増大を確認した。以上から、本手法を用いた、より簡易で高感度な新規ナノバイオセンサへの展開を示唆する結果を得た。研究実施計画では、センサ表面の理論的な予測とそれに基づく感度の最適化、医療応用の加速であった。まず、センサ表面のイオン濃度やpHを変化させた変化を観測すると、理論から予測される表面電荷密度とほぼ一致する結果が得られ、センサの応答が確かに表面電荷密度変化に対応することがわかった。次に、GaInAsP半導体に蜂の巣構造型のフォトニック結晶構造を導入し、その構造パラメータを最適化することで、表面積体積比と光取り出し効率が増大することを確認し、この際に小さな励起パワーで動作させることで、表面再結合レートの増大により大きなイオン感応性が得られることを実証した。この結果から、より高感度なバイオセンシングが可能となることを示した。また、医療応用の加速として、精神神経疾患のバイオマーカとして期待されるCRMP2の検出を試みた結果、一度の採血で得られる末梢血中に発現しているCRMP2に対応する濃度での検出が可能であることを確認した。以上より、本研究の到達目標はおおむね達成し、順調に進展していると自己評価した。

その結果、蜂の巣構造の1つの円孔を6つの小円孔で置換した構造が有望であることが予想された。これは、表面電荷の応答性の由来である表面再結合の変化により生じる発光強度の変化を最大化できるためである。実際にこの構造を製作し、表面電荷への応答性に対応する、溶液のpHを変えたときのシグナル変化を測定した。フォトルミネッセンス、レーザ発振光のいずれの場合においても、pH感度はフォトニック結晶パターンのない場合と比べて増大し、前者の条件において、実用上の目標値であるpH分解能0.01を達成した。レーザ発振時においては、弱励起動作で約41倍の感度増大、強励起条件では最大で約5倍の信号対雑音比の増大を確認した。以上の結果から、GaInAsP半導体のフォトニック結晶構造に工夫を加えることによる高性能化を実証し、医療診断、化学分析などの幅広い応用に有望であることを示した。表面電荷センサとしてのGaInAsP半導体のセンシング原理の詳細な理論をまとめ、バイオマーカ検査デバイスとしての有効性を示すための実験をさらに進める。今回、GaInAsP半導体のフォトルミネッセンスにおいて、大きな光の取り出し、表面積体積比をもつフォトニック結晶構造の導入により、感度が増大することを確認し、理論とも一致する結果が得られたが、レーザ発振光においても、同様の結果が得られると考えられる。一方、センシング応用を考えたときに、どちらがより大きなSN比が得られるかどうかは今後検討が必要である。そこで、フォトルミネッセンス、レーザ発振光の両者についてセンサ特性を検討し、本手法の新規性、優位性を証明する。また、医療応用を加速させるため、CRMP2を実際にヒト検体から取得し、簡易で高感度に検出することを示す。現状、血液サンプルを用いる場合には、血液中の夾雑物などの影響を受けると考えられるため、センサ表面の最適化法を検討する。並行して、CRMP2のバイオマーカとしての有効性やその生物学的役割を明らかにする。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
高速鉄道トンネル出口から発生する微気圧波の消音シミュレーションと消音装置の開発

高速列車がトンネルに突入する際,トンネル内の空気を圧縮し圧縮進行波を生ずる。その進行波はトンネル内を音速で伝わるにつれ,先端の圧力勾配が切り立ち,出口に到達すると正のインパルス音(微気圧波)となって騒音となる列車速度230[km/h]の測定では坑口間近ではピーク値で150[Pa]以上になる。この圧縮進行波の伝播特性を調べ微気圧液との関係を調査し,その消音装置及び制御方法の開発のための基礎的な研究を行った。微気圧波のピーク音圧レベルは圧縮進行波の圧力勾配に比例する。このことに着目し,圧縮進行波の圧力勾配を制御し微気圧波を消音する。この方法は装置が非常に小型で済むことが特徴で実現の可能性が高い。圧力センサーで進行波を測定し,その波形から圧力タンクに取り付けた大口径バルブを制御し,トンネル出口付近で緩やかな圧力勾配を付加し消音する。消音実験のために,φ150[mm],長さ120[m]のトンネル模型を屋外に設置し,電源を敷設,開口面積80[cm2]のサーボバルブを2台開発した。一台は圧縮進行波発生用,もう一台は圧力勾配制御用に使用した。バルブ駆動回路の安定性が悪く開発に時間を要し,本年度は消音実験までには至らなかったが,測定装置も含めてすべてのシステムを動作させることができた。またコンピュータ上の消音シミュレーションにより,圧縮進行波に付加する圧力勾配の制御において,そのたち下がりの勾配は,圧縮進行波の先頭の圧力勾配と絶対値を等しくしなくとも消音可能てあり,タイミングも厳密に合わせなくともよいことが判明した。現在,消音実験に向け,その寛容性がどの程度であるか明らかにするため,トンネル模型を使用してデータを収集している。