hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Zicファミリーによる血管再生制御技術の開発

申請者らが研究対象としてきたZnフィンガー型転写因子Zicファミリーは脳の血管構成細胞に発現している可能性があり、動脈硬化に関わるApoeの発現レベルを制御する。そこで、Zicファミリーが脳血管を構成する細胞でどのような役割を持つのか、動脈硬化、脳虚血時にZicファミリーがどのような発現変化を示すのかについて検討した。その結果、Zicファミリータンパク質がサブタイプ選択的に、ペリサイト、血管内皮細胞、血管構成細胞の前駆細胞に強く発現していること、ペリサイトの発生制御について重要な役割を持つことが明らかになった。これらはZicの生物活性を利用した血管再生制御技術の開発につながる知見である。本研究では脳の毛細血管を構成する細胞の増殖分化を制御する転写因子を標的にした血管細胞の制御技術を開発することを目的とする。そのために血管前駆細胞、血管内皮細胞、血管周皮細胞に発現する幹細胞分化制御因子Zic2, Zic3, Zic1の生理的役割と病態生理的役割をZic条件変異動物と動脈硬化モデルマウスの解析により明らかにして、血管内からこれら転写因子の活性に影響を与えるツールを開発する。平成27年度は以下の点についての研究を進めた。1.脳血管系におけるZicファミリー遺伝子の発現解析。げっ歯類および霊長類の脳血管由来の組織材料を用いて、定量PCR解析によりZicファミリー遺伝子の発現を比較検討した。その結果、血管内皮細胞、ペリサイトに強く発現するZicファミリーのメンバーを同定することができた。また、発生過程の個体で、免疫染色により血管の前駆細胞に発現するメンバーを同定することができた。2.脳血管発生を標的としたZic条件変異マウスの作成。Zic1,Zic2,Zic3について、脳血管系の発生における役割を知るために、条件変異マウス、複合変異マウスの作出を行った。このために血管に選択的に外来遺伝子を導入するトランスジェニックマウスを新たに導入した。一部について、形態学的な解析を行った。3.動脈硬化モデルマウスの導入と解析。動脈硬化の病態へZicファミリー遺伝子がどのように関わるのかを明らかにするために、遺伝性高脂血症モデルマウスを導入して、繁殖を行った。4.血管透過性Zicの開発。いくつかの血管透過性構造を付加した人工Zicタンパク質のデザインを行った。解析に必要な遺伝子変異マウスの導入と繁殖、それらを利用した解析は予定通りに進行している。本研究では脳の血管前駆細胞、血管内皮細胞、血管周皮細胞に発現する幹細胞分化制御因子Zic2, Zic3, Zic1の生理的役割と病態生理的役割をZic条件変異動物と動脈硬化モデルマウスの解析により明らかにして、血管内からこれら転写因子の活性に影響を与えるツールを開発することを目的とした。発生過程のマウス脳および髄膜前駆細胞ではZic1, Zic2の発現が高く、Zic3の発現は低く、またそれ以外のZic4、Zic5タンパク質の発現量は極めて少ない。また、Zic1,Zic2のヌル型変異ホモ接合体の表現型は重篤であり、出生後の解析は難しい。そこで本研究では(Zic1flox/flox,Zic2flox/flox,Zic3null/Y)の個体を作出し、これとWnt1-Cre系統またはTie2-Cre系統のトランスジェニックマウスとの交配により、脳の血管で選択的にZicファミリーの遺伝子を不活化することを試みた。その結果、特定の組み合わせで胎児性致死になる場合があったが、生後まで表現型を観察可能な遺伝子型を見いだすことができた。これらの個体を用いて、定量的な解析を行った結果、Zic2が神経血管ユニットの発生に重要な役割を示すことを見いだすことができた。また、動脈硬化モデルとなるApoe欠損マウスを導入して、Zic欠損が動脈硬化に及ぼす影響を解析するための複合変異マウスの作製に着手した。脳虚血時状態におけるZic遺伝子の役割について検討するために、中大脳動脈閉塞モデルマウスを作製して、Zicファミリーの発現に対する影響を評価する実験、に、脳血管内皮細胞を低酸素、低グルコース条件下で培養し(虚血状態を培養系で解析するため)、Zicファミリーの発現に対する影響を評価する実験を行った。条件変異・複合変異マウスについての形態学的な解析を三次元画像解析を用いて、定量的に進める。高脂血症モデルマウスを用いた解析、血管透過性分子の開発を効率的に進める。神経生物学、薬理学
構造系を持つ全行列多元環の研究

構造系を持つ全行列多元環に関して得られた研究成果は、以下の1と2に要約できる。1.一般の構造系に対して、(0,1)-極限を導入した。全行列多元環のサイズn=3の場合は、任意の構造系を持つ全行列多元環はその(0,1)-極限に同型で同型類は5個。n〓4の場合は、同じ(0,1)-極限を持つが非同型なFrobenius全行列多元環の無限系列を構成。一般の構造系を持つ全行列多元環がFrobenius多元環であることは、その(0,1)-極限がFrobenius多元環であることと同値など、(0,1)-極限は一般の構造系を持つ全行列多元環を研究する有効な手段である。また構造系を代数多様体とみなし、群軌道で全行列多元環の同型類を捉えることができた。2.離散付値環上のタイル整環に関して「大局次元有限ならばneat原始ベキ等元を持つ」という予想(Fujita, J. Algebra(2002))があった。この度、この予想に反例が見つかった。当該研究の出発点はこの予想解決のための道具作りであったが、この様に解決することは予想外であった。また、この例は構造系を持つ全行列多元環の研究に、基礎体の標数が関与することを示す重要な例にもなる。体K上のn×n全行列多元環から、ある条件を満たすn個のn×n行列の組(=構造系)で積構造を退化させて定義する「構造系を持つ全行列多元環」について、以下の研究成果を得た。1.構造系を持つ全行列多元環から、構造系の成分が0または1に限る(0、1)-構造系を持つ全行列多元環が定義できる。これを(0、1)-極限と呼ぶ。n=3の場合は、任意の構造系を持つ全行列多元環はその(0、1)-極限に同型であり、同型類は5個である。しかしnが4以上になると、非同型な無限系列を持つFrobenius全行列多元環が構成できる。全行列多元環がFrobeniusであることとその(0、1)-極限がFrobeniusであることは同値であるなど、(0、1)-極限は一般の構造系を持つ全行列多元環を研究する有効な手段であることが分かった。一番構造の簡単なNayayama多元環の場合は、任意のnに対して(0、1)-極限と同型になることも分かる。Jacobson根基の3乗が0となるFrobenius全行列多元環は特徴的な性質を持ち、その表現型を明らかにした。2.(0、1)-構造系を持つ全行列多元環が対応するタイル整環を持つ場合、タイル整環の直既約射影加群を包含関係で順序付けた無限順序集合が定まる。これは構造系を持つ全行列多元環の被覆として捉えることができる。この無限順序集合の有限次元表現のカテゴリーはアーベル圏ではないが、有界な表現は射影被覆を持ちホモロジー次元が定義できる。このホモロジー次元と全行列多元環上の加群のホモロジー次元には関係がある。これにより、体Kの標数に依存して自己入射次元が異なる構造系を持つ全行列多元環の例を構成できた。「構造系を持つ全行列多元環」の原型はタイル整環の剰余多元環であり、タイル整環のホモロジー代数的性質は剰余多元環に凝縮されている。その様な剰余多元環を研究する枠組みとして、構造系を持つ全行列環の研究は始まった。今年度は、以下の研究成果を得た。離散付値環上のn×nタイル整環で大局次元有限なものは、nを固定すると有限個である。しかしその有限個の様相を決定することは難しい。三角タイル整環の場合に限定すればnに関する帰納法で決定できる(Jategaonkar,Proc.AMS(1973))ことが知られていた。

一般の場合もnに関する帰納法で決定できるとすれば「大局次元有限なタイル整環はneat原始ベキ等元を持つ」という予想(Fujita,J.Algebra(2002))が尤もらしかった。しかし、この予想に反例が見つかった。即ち、任意の素数pに対してn=4p+5のタイル整環で離散付値環の剰余体の標数がpでなければ大局次元が有限でneat原始ベキ等元を持たないものが構成できた。標数がpの場合は大局次元は無限大になる。計算は、タイル整環に付随する無限半順序集合の有限次元表現圏を介するRump(Comm.Algebra,1996)の方法を修正して行った。この例により今後構造系を持つ全行列多元環の研究には、基礎体の標数との関係が意味を持ってくる。
マルチモダリティ画像誘導小線源治療による巨大子宮頸癌治療戦略

研究目的は子宮頸癌患者に対するマルチモダリティ画像誘導小線源治療システムの確立である。1.小線源治療と同一寝台上におけるエコー画像に基づく高線量率小線源治療システムの完成:従来の簡素な2次元腔内照射から現在のCTに基づく3次元画像誘導小線源治療に移行しつつある。エコーとMRI画像を参照し、CT画像に反映させ、治療計画を行う。MRI画像はアプリケーター装着状態でのCT画像にdeformable image registrationを施行し、臓器の輪郭描出を正確なものにする。本年度の時点では子宮頸部病変で一致させることでhigh risk clinical target volumeの同定は容易になったが、直腸・S状結腸・小腸・膀胱の一致に依然として改善の余地がある。2.組織内照射併用腔内照射対応アプリケーターの開発:現在の画像誘導小線源治療はタンデム・オボイドといった定型的アプリケーターと必要に応じ、組織内照射用アプリケーターを追加して線量分布の改善を図る。組織内照射用アプリケーターの必要な本数・線源配置など適応基準は確立されていない。特に組織内照射用アプリケーターの刺入位置・深さ・方向に関しては経験のある治療医の主観にゆだねられている現状である。小線源治療用アプリケーターも含めて、各アプリケーターの最適な挿入・刺入、そして治療計画が同一寝台上で完結させることができれば、同室CTを使用せずとも高精度画像誘導小線源治療の施行が可能となる。1.アプリケーターの装着状態のdeformable image registrationを施行時に子宮頸部病変以外の腸管の一致度が目標に達していない。2.組織内照射併用腔内照射対応アプリケーターの開発は試作費用と本研究予算とで医用器具会社と折り合いが合わない現状である。1.アプリケーターの装着状態のdeformable image registrationを各腸管に合わせ、一致度向上を図る。2.アプリケーターの小型化により製作費コストダウンを図りたい。
児童期・思春期における不安愁訴症候群とライフスタイルの家族内相関の構造解析

1.近年急速に生活時間の深夜化が進み、中学生では昭和30年代と比較すると約2時間も就寝時刻が遅くなり、それに伴ってライフスタイル全般が睡眠不足、運動不足の影響を受けている。2.3,422組のデータから親と子のライフスタイル変数間の相関を見ると、就寝時刻、起床時刻、就寝の習慣、目覚めの方法、目覚めの状態、入浴の習慣、排便習慣、運動習慣などの変数で全て有意の関係を示している。つまり母子のライフスタイルは互いに依存しあい、影響しあっている。3.不定愁訴の有症状の頻度からみた母子の相関は有意であって、母のOD陽性率が高くなると子の陽性率も高くなる。例えば5個以上の有症状をもつ母親の子は35%がOD陽性であるのに対して、親の有症状が4個あると、その子は33.2%、3個では24.4%、そして親の陽性個数が0個だとその子は17.7%しかOD陽性とならず、その確率は有症状5個の親の子の1/2であった。4.起立性調節障害(ODの疑いのある者)は小学生では少ないが、中学生では男子14.0%、女子26.4%、高校生では男子18.2%、女子29.7%で以前の調査結果と比べると増加傾向にあり、憂慮される。5.パソコンやテレビゲームをした時間が90分を越えると、立ちくらみや動悸を訴える者が増加する。6.テレビやビデオを見た時間が4時間を越えると、OD症状が増悪する。7.運動時間が短いものは朝起きが不良になる傾向がある。また、全般に男子では運動時間が一週間で2時間未満の者は疲労感が高くなる傾向がある。8.運動時間が少ない生徒は活動性が低い傾向にある。研究者は従来よりODの母子相関に注目し今迄にパイロットスタディを行ってきたが、その結果OD児はOD傾向をもつ母親の子供である確率が高いことが明らかになっていた。このことはOD児が遺伝的に説明されるということを意味するのではなく、同一の家族内で同様のライフスタイルをとることや親の養育態度、躾に大きく依存するものと考えられた。本研究では同一家族内に生活する児童生徒と親のライフスタイルと不定愁訴症候群の相互作用及び関係を明らかにし、家族がもつ児童生徒の心身の健康への影響を構造として析出しモデル化するつもりである。そこでこの研究の初年度の作業として、宮城、新潟、千葉、愛知、島根、広島各県の児童生徒約6,000名を対象として、ライフスタイル、運動、学習、食事・栄養、不定愁訴、いじめや学校拒否、血圧、体格などの項目の調査結果を解析した。まず因子分析を施して13因子が抽出されたが、その中で明確な結論が得られたものは以下の点である。まず不定愁訴因子が第1因子として抽出された。この因子の個人毎の因子得点の学年変化は学年とともに高くなる傾向にあり、年齢とともにOD傾向が強くなる。一方、女子は男子よりもOD傾向はいずれの学年でも高かった。これに対して第2因子の就寝、習慣等のライフスタイルに関した因子得点は学年とともに確実に低くなっていた。つまりライフスタイルは年齢とともに乱れODは増加するのである。この明瞭な結果から年齢階梯とライフスタイル及びODが逆の相関関係にあることが知られた。(1)不定愁訴とライフスタイルとの相互作用について疫学的研究を行っているが、その中でも特に家庭内相関が重要なキーワードとなっていることを実証的に確認した。全国規模のデータを収集してこの問題に接近しているが、年少の児童程家庭内相関が強く、同一家族内のライフスタイルが児童のライフスタイルを規定している。特に就寝、睡眠などの基本的な生活習慣ほど強く影響される。(2)OD症状の母子相関が存在することが確認された。

それによると「立ちくらみ」「脳貧血」「悪心」「動悸・息切れ」「朝起き不良」のいずれも相関をもっており、さらにOD症状の陽性個数の家庭内相関(母子相関)も低くないことが明らかであった。母親のライフスタイルと児童のライフスタイルの間には目ざめの方法、目ざめの状況、就寝習慣、歯磨き、排便、食物の好き嫌い、スポーツ習慣などでも相関が得られている。(3)このようにODの母子相関に注目して研究を行ってきたが、その結果OD児はOD傾向をもつ母親の子供である確率が高いことが明らかになりつつある。このことはOD児が遺伝的に説明されるということを意味するのではなく、同一の家族内で同様のライフスタイルをとることや親の養育態度、躾に大きく依存するものである。(1)近年急速に生活時間の深夜化が進み、中学生では昭和30年代と比較すると約2時間も就寝時刻が遅くなり、それに伴ってライフスタイル全般が睡眠不足、運動不足の影響を受けている。(2)3,422組のデータから親と子のライフスタイル変数間の相関を見ると、就寝時刻、起床時刻、就寝の習慣、目覚めの方法、目覚めの状態、入浴の習慣、排便習慣、運動習慣などの変数で全て有意の関係を示している。つまり母子のライフスタイルは互いに依存しあい、影響しあっている。(3)不定愁訴の有症状の頻度からみた母子の相関は有意であって、母のOD陽性率が高くなると子の陽性率も高くなる。例えば5個以上の有症状をもつ母親の子は35%がOD陽性であるのに対して4個では子は33.2%、3個では子は24.4%、そして親の陽性個数が0個だとその子は17.7%しかOD陽性とならず、有症状5個の親の子のOD陽性率の1/2であった。1.近年急速に生活時間の深夜化が進み、中学生では昭和30年代と比較すると約2時間も就寝時刻が遅くなり、それに伴ってライフスタイル全箱が睡眠不足、運動不足の影響を受けている。2.3,422組のデータから親と子のライフスタイル変数間の相関を見ると、就寝時刻、起床時刻、就寝の習慣、目覚めの方法、目覚めの状態、入浴の習慣、排便習慣、運動習慣などの変数で全て有意の関係を示している。3.不定愁訴の有症状の頻度からみた母子の相関は有意であって、母のOD陽性率が高くなると子の陽性率も高くなる。例えば5個以上の有症状をもつ母親の子は35%がOD陽性であるのに対して、親の有症状が4個あると、その子は33.2%、3個では24.4%、そして親の陽性個数が0個だとその子は17.7%しかOD陽性とならず、その確率は有症状5個の親の子の1/2であった。4.起立性調節障害(ODの疑いのある者)は小学生では少ないが、中学生では男子14.0%、女子26.4%、高校生では男子18.2%、女子29.7%で以前の調査結旺と比べると増加傾向にあり、憂慮される。5.パソコンやテレビゲームをした時間が90分を越えると、立ちくらみや動悸を訴える者が増加する。6.テレビやビデオを見た時間が4時間を越えると、OD症状が増悪する。7.運動時間が短いものは朝起きが不良になる傾向がある。また、全箱に男子では運動時間が一週間で2時間未満の者は疲労感が高くなる傾向がある。8.運動時間が少ない生徒は活動性が低い傾向にある。
波長可変型遠赤外レーザー装置の製作と応用

遠赤外領域(波長401000μm)での高分解能,高感度分光は主に波長固定のレーザー線を用いたレーザー磁気共鳴法で行なわれてきたが,対象が常磁性の分子に制限されていた.本研究ではCO_2レーザー励起遠赤外レーザーとマイクロ波をショットキーバリアーダイオード上で混合し,サイドバンドを発生させ,マイクロ波の発振周波数を変えることにより遠赤外領域における波長可変性を実現する.装置は高出力CO_2レーザー,遠赤外レーザー共振器,マイクロ波,偏光型干渉計,吸収セルの部分よりなる. CO_2レーザーは本研究所設置のアポロ社のものを用いたが,出力,周波数安定度が悪かったので,新たに製作することにし,現在レーザー管を購入し,組立てを行っている.遠赤外レーザーの高出力化を行い,現在CO_2レーザー光30Wで数mWの遠赤外光出力(CH_2F_2レーザー)を得ている.干渉計のためのコーナーキューブ反射鏡,遠赤外偏光板の設置及び光学系の整備を行った.申請時の計画にはいっていなかったが,遠赤外レーザーの調整のため,ストレージオシロスコープを購入した.また放電型吸収セルも設計,製作し磁気共鳴法に使用し, X^3Σ^-のOH^+の吸収線を観測できた.この放電セルでは,水素と酸素の化合物で,従来報告されていない吸収線がいくつか観測されたので,分子種の帰属を検討している.遠赤外領域(波長401000μm)での高分解能,高感度分光は主に波長固定のレーザー線を用いたレーザー磁気共鳴法で行なわれてきたが,対象が常磁性の分子に制限されていた.本研究ではCO_2レーザー励起遠赤外レーザーとマイクロ波をショットキーバリアーダイオード上で混合し,サイドバンドを発生させ,マイクロ波の発振周波数を変えることにより遠赤外領域における波長可変性を実現する.装置は高出力CO_2レーザー,遠赤外レーザー共振器,マイクロ波,偏光型干渉計,吸収セルの部分よりなる. CO_2レーザーは本研究所設置のアポロ社のものを用いたが,出力,周波数安定度が悪かったので,新たに製作することにし,現在レーザー管を購入し,組立てを行っている.遠赤外レーザーの高出力化を行い,現在CO_2レーザー光30Wで数mWの遠赤外光出力(CH_2F_2レーザー)を得ている.干渉計のためのコーナーキューブ反射鏡,遠赤外偏光板の設置及び光学系の整備を行った.申請時の計画にはいっていなかったが,遠赤外レーザーの調整のため,ストレージオシロスコープを購入した.また放電型吸収セルも設計,製作し磁気共鳴法に使用し, X^3Σ^-のOH^+の吸収線を観測できた.この放電セルでは,水素と酸素の化合物で,従来報告されていない吸収線がいくつか観測されたので,分子種の帰属を検討している.
リンパ器官形成の分子機構と制御

本研究ではまず、胸腺ストローマ細胞におけるWntの機能とシグナルの場の空間的制御の理解を目指した。その結果、胸腺皮質辺縁部に未分化な皮質細胞が存在し、Wntシグナルがその増殖を促進することが示唆されるとともに、Wntの拡散様式を規定する要因が細胞外に分泌されたWntの会合状態並びに細胞外基質におけるへパラン硫酸鎖の修飾状態にあることが示された。さらに胸腺の初期発生機構の理解を目指し、胸腺原基が発生する咽頭嚢の形成機構を解析した。その結果、細胞外基質との接着に関わる複数のLIMドメインタンパク質とRipply3との相互作用により、咽頭上皮が秩序正しく屈曲し咽頭嚢が形成されるものと考えられた。胸腺内におけるシグナル伝達の空間的制御に関して以下の研究を行った。1胸腺内におけるWnt産生細胞の空間配置を、胎生15日および生後1日の胸腺において解析するとともに、胸腺での明瞭な発現が確認できたWnt4に対する抗体の作製に成功した。以上の結果により、Wntタンパク質とシグナル伝達の空間的解析を行う基盤の構築が進んだ。また、胸腺におけるWntシグナル伝達を時空間的に解析することを目的に、ライブイメージング系の確立を試みた。Wntタンパクの可視化のために作成したEGFP-Wnt3aノックインマウスでは、EGFPの発現量が予想に反して低く、検出方法等の改良等が必要であることがわかった。一方、2光子顕微鏡による胸腺のイメージング系を目指し、胸腺ストローマ細胞でEGFPを発現するβ5tーEGFPマウス(徳島大学の高浜研究室より導入)を用いて、観察条件の検討を行った。さらに、Wntシグナルが活性化する細胞を可視化するために、高感度のWntレポーターマウスを用いて、胸腺組織において実際にWntの活性化を検出できることを確認した。複数の培養細胞を用いて細胞外に分泌されたWntを解析し、Wntの種類ならびに細胞の種類等により、異なるフォームのWntタンパク質が分泌されているという結果を得た。Wntの局在を制御することが予想されるヘパラン硫酸に着目し、その硫酸基転移酵素をアフリカツメガエルの上皮細胞系において過剰発現ならびに機能阻害することにより、細胞外におけるWntの局在はこの修飾によって大きく影響を受けることを明らかにした。咽頭弓形成に必須の因子であるRipply3と相互作用するタンパク質を酵母ツーハイブリッド法により探索した。その結果得られた2つの候補分子については咽頭弓での発現を確認するとともに、免疫沈降法によりRipply3と結合することを確認した。1:胸腺皮質細胞におけるWntの機能と空間分布についての解析;胸腺におけるWnt発現細胞の同定のため、胸腺皮質上皮細胞(cTEC)においてWntの分泌を抑制するコンディショナルノックアウトマウスを樹立した。生後4週においてはT細胞と胸腺上皮細胞双方の数が減少し、胸腺上皮細胞におけるWntの活性化の低下が観察された。しかしながら、Wntシグナルの活性化は上皮細胞には認められたものの、T細胞には認められなかった。従ってcTECから分泌されるWntの主な作用点は、T細胞ではなく胸腺上皮細胞であることが示唆された。2:Wntタンパク質の可視化とイメージング系の構築:すでに作製した抗Wnt抗体の多くが、これまで困難とされてきた内在性Wntタンパク質の検出もできることを確認した。また、Wntタンパク質の動態をイメージングするために、蛍光標識した2次抗体とともに抗Wnt抗体をアフリカツメガエル胚の胞胚腔に注入し、シグナルの検出に成功した。3:Wntタンパク質の構造多様性の検討:昨年度までの研究により見いだされた新規フォームのWntの発現量や活性を複数種の培養細胞を用いて測定した。4:Wntの局在、挙動、活性に影響をもたらす分子の解明:抗Wnt8抗体による免疫染色により、内在のWntが細胞膜の局所にクラスター状に局在化することが確認された。さらに、ヘパラン硫酸の糖鎖修飾が細胞外空間でのWntの局在制御とそれに伴うシグナル伝達の基盤となることが強く示唆された。5:咽頭内胚葉の発生機構の解析:Ripply3と相互作用する因子について機能解析を進めた結果、Ripplyを介した転写制御には影響せず、むしろRipply3の細胞内局在を核から細胞膜近傍へと変化させることが明らかになり、咽頭弓の発生過程において、Ripply3および相互作用因子が転写制御以外に重要な働きをしていることが示唆された。1胸腺皮質細胞におけるWntの機能と空間分布についての解析:Wntレポーターマウス等を用いて、胸腺上皮細胞におけるWntシグナルの作用点を解析した結果、胸腺皮質においては約半数の上皮細胞においてWntの活性化が起きていることが明らかになった。これらWnt活性化細胞においては、未分化マーカータンパク質が発現していたことから、Wntは未分化な胸腺皮質上皮細胞にて機能しているものと考えられた。2 Wntタンパク質のイメージング系の構築:アフリカツメガエル胚をモデル系に内在性Wnt8とWnt11タンパク質の空間分布を解析した。Wnt8は組織レベルでは濃度勾配を作って分布し、細胞周囲においては局所的にクラスタを形成していた。一方、Wnt11はそれとは異なる特徴的な分布パターンを示した。また、Wnt11のライブイメージングを行い、Wnt11の極性化と細胞の変形との間に相関性があることが明らかになった。3 Wntの局在、挙動、活性に影響をもたらす分子の解明

:Wnt8のクラスタ化については、ヘパラン硫酸の硫酸基転移酵素が内在性のWnt8のクラスタ化とシグナル伝達因子の集合に必須であることを明確にした。この硫酸基転移酵素の活性量が内在性Wnt8の空間分布を制御する可能性についても検討したが、実験系における検出感度の問題等から、明確な回答を得ることは難しいものと判断した。一方、Wnt11の空間局在については、Wnt8とは異なるヘパラン硫酸鎖が関与することが示唆された。4咽頭内胚葉の発生機構の解析:Ripply3と相互作用する因子の機能を検討するため、同因子とRipply3に対する抗体を調製し、細胞内局在を解析した。また、咽頭弓形成におけるRipply3とレチノイン酸の相互作用についても明らかにした。一方、魚類ではPax1が咽頭弓形成の鍵因子であることを変異体を用いて明らかにした。以下に示す個別項目ごとの成果を総合的に判断した結果、本研究はおおむね順調に進展していると考えられた。1:胸腺皮質細胞におけるWntの機能と空間分布についての解析については、Wnt活性化細胞の特定に成功したことから、胸腺皮質細胞の分化・増殖に対するWntの作用点がほぼ同定できたと考えられる。このことは、胸腺におけるWntの機能解析を進める上で着目すべき点が明確になったことを意味しており、研究は順調に進んでいるものと考えられる。2:Wntタンパク質のイメージング系の構築については、Wnt11のライブイメージングに成功したことから、当初の目的の達成できたものと判断した。3:Wntの局在、挙動、活性に影響をもたらす分子の解明については、Wnt8の他に、Wnt11においても空間分布の制御に関わる因子の候補が特定できたことから、順調に進展していると考えられる。4:咽頭内胚葉の発生機構の解析については、Ripply3と相互作用する因子の解析に重要な抗体の調製に成功し、今後の研究を進めるための基盤が形成できた。また、小型魚類を用いた研究においては、咽頭弓形成の鍵をにぎる因子の同定と機能解析にも成功し、予想以上の成果を得ることができた。リンパ器官という「場」の作用を理解する上では、ストローマ細胞やその作用の分子的実体であるシグナル分子がはたす役割を解明することと同時に、ストローマ細胞の空間配置や分泌性のシグナル因子の空間分布がどのように制御されるのかを知ることが必要である。本研究では、胸腺内におけるストローマ細胞の空間配置と、分泌性シグナル因子の空間分布の制御に関して、Wntを分泌するストローマ細胞の空間配置の実態と「Wntシグナルの場」の規定に関わる分子基盤の解明と胸腺構造の構築とストローマ細胞の分化に関わるしくみの理解の2点から研究を進めている。平成24年度においては以下のような成果が得られた。(1)生理的条件下でのWntタンパク質の空間分布を解析するためには組織免疫染色が1つの有効な手段であるが、これまでに作成された抗Wnt抗体のうち入手可能なものには組織免疫染色に適したものがない。それに対して、我々のグループで作成した抗Wnt3a抗体が組織免疫染色に適用可能なことから、これと同様な方法により複数のWntにおいて抗体作成に必要なタンパク質の調製を行った。(2)免疫組織染色に加え、EGFP-Wnt3aをWnt-
レチノイン酸とニューレギュリンによる減数分裂開始機構の解明

我々は、マウス生殖巣における減数分裂の開始機構を調べるため、neuregulin (NRG)1やErbB4の変異体マウスの解析、精巣の器官培養や精原細胞の再凝集培養におけるレチノイン酸(RA)やNRG1の機能解析を行った。その結果、RAはセルトリ細胞に働いてNRGの発現を促進し、NRG1は精原細胞とセルトリ細胞のERBB4受容体に働き、増殖と精母細胞への分化を直接、間接に促進することを示唆する。また、HeLa細胞において、ErbB4受容体から生じるp80はα-enolaseと結合し、c-mycの遺伝子発現を阻害することによってNRG1による細胞増殖を抑制することが示唆された。1)NRG1のconditionalノックアウト(KO)マウスの生後精巣における解析生後精巣における精原細胞の増殖、分化におけるNRG1の機能を解析するため、セルトリ細胞特異的にNRG1遺伝子を欠損させ得るConditional KOマウスを作製した。そこで、生後14日目のKOマウスにタモキシフェンを投与したところ、1ヶ月後に精細管内に空洞が見られ、BrdUの取り込みの低下、STRA8陽性細胞数の低下等が見られたことから、NRG1は精原細胞の増殖と減数分裂開始に重要であることが示唆された。2)GC-1細胞におけるErbB4の機能解析GC-1細胞がどのような特徴を持つのか知るため、減数分裂関連因子の発現について解析した結果、精母細胞マーカーのSpo11、Scp3、Stra8mRNA、およびScp3タンパク質の発現が検出され、GC-1細胞は初期精母細胞の、ザイゴテン期からパキテン期の性質の一部を示すことが分かった。GC-1細胞にErbB4タンパク質の発現が見られなかったので、ErbB4またはp80をトランスフェクションしたところ、どちらの場合もmockの細胞と比較して有意に増殖を促進させた。3)精原細胞の増殖や分化におけるERBB4の細胞内ドメインp80の機能Neuregulin(NRG)1のチロシンキナーゼ型受容体ERBB4は、プロテアーゼでその細胞内ドメインp80が切り出され、核に移行し、転写因子として機能することが知られている。HeLa細胞に高濃度のNRG1を作用させると、細胞の増殖活性が抑制され、p80が核に蓄積された。p80と結合するタンパク質を免疫沈降、プロテオミクスで単離、同定したところ、その一つとして、近年c-mycのプロモーター配列に結合して転写因子として働くことが報告されているα-enolaseが見出された。NRG1は分化型A-type精原細胞の増殖や減数分裂開始を促進することが分かった(Zhang et aL,2011)が、未分化精原細胞の増殖や分化を促進するかどうかは不明であった。そこで、NRGIの条件付きノックアウトマウスにtamoxifenを注射したところ、PLZF Positiveな未分化精原細胞の増殖が低下した。また、未分化精原細胞しか存在しない生後3日目の精巣の器官培養にATRAやNRG1を加えたところ、c.kit-Positiveな分化型A-type精原細胞やSYCP3-Positiveな精母細胞が出現した。以上のごとから、ATRAやNRG1は未分化精原紳胞の増殖や分化にも働くことが示唆された。発生再生科学研究所との共同研究により、Mis promoterによってセルトリ細砲特異的にNrg1を発現させるtransgenicmouseを作製した。生後6日目精巣の器官培養にATRAやNRG1を加えて3日間培養したものから抽出したRNAを用いてmicroarryを行い、発現が変化する遺伝子を検出した。4.ERBB4の細胞内ドメインp80とその結合タンパク質α-enolaseの過剰発現系の構築ERBB4の細胞内ドメインp80は、α-enolaseと結合して細胞増殖の抑制と寧接に関係し、α-enolaseは細胞増殖を司る転写因子c-mycのプロモーター配列に結合する。しかし、p80、α-enolaseがどのように細胞増殖を抑制するかは不明である。1そこで、p80、(レenolaseの機能を解析するために、p80g)核移行シグナルを付与した変異型、チロシンキナーゼ活性を欠損させた変異型、及びα-enolaseのc-mycプロモーターとの結合に関与する領域を欠損させた変異型を作製し、細胞に過剰発現させる系を構築した。生殖細胞分化過程における減数分裂開始機構の詳細な機構は不明である。我々はRetinoic acid, Neuregulin(Nrg)による精原細胞の増殖促進機構及び減数分裂開始機構を解明することを目的とする。1) Nrg1 transgenic mouse (Tg)の解析: Nrg1をセルトリ細胞に強制発現させるため、Mis promoterの下流にNrg1をつないだTgを作製した。

その結果、genome typingではTg-NRG1遺伝子の発現を確認したが、6-dpp Tgとwildマウス精原細胞の増殖活性は、有意差が見られなかった。また減数分裂開始markerであるStra8も、発現量の増加は認められなかった。2)精原細胞の増殖と精母細胞への分化におけるERBBの機能:生後2、4週目のErbB4 domi-nega double-Tg (DT)とcontrolのsingle Tg(ST)にtamoxifenを注射し、それぞれ2、4週目にBrdUを注射し、増殖活性を調べた。DTにおけるC-kit positiveな細胞の増殖活性は、STに比べて約34割減少していた。また、DTにおける精細管あたりのSTRA8の細胞数は、STに比べて約25%減少していた。これらの結果は、ErbB4が分化型精原細胞の増殖に関与していることを示唆する。3) HeLa細胞の増殖におけるp80とα-enolaseの機能解析:これまでに、ERBB4の細胞内ドメインp80がα-enolaseと結合し、細胞増殖を抑制することを示した。そこで、p80のα-enolaseとの結合がc-myc遺伝子の転写へ及ぼす効果を調べた結果、その結合がc-myc遺伝子の転写を阻害すること、また、その転写阻害は、核でのc-mycタンパク質の減少をもたらし、c-mycによる細胞増殖促進を抑制することを明らかにした。Retinoic acidとNeuregulin(Nrg)による精原細胞の増殖促進機構及び減数分裂開始機構を解明することを目的とする。1) Nrg1 transgenic mouse (Tg)の解析:NRG1が精原細胞の増殖と減数分裂開始に重要であることをNrg1 knockout mouseや器官培養を用いて示したので、Nrg1をセルトリ細胞に強制発現させるために、Mis promoterの下流にNrg1をつないだTgを作製した。6-dppのTgを調べた結果、genome typingではTg-NRG1遺伝子の発現を確認したが、精原細胞の増殖活性は、wildマウスと有意差が見られなかった。また減数分裂開始markerであるSTRA8の発現量も差が認められなかった。解析したTgでは、過剰発現されたNRG1タンパクが精原細胞の増殖や減数分裂開始に機能するのに十分な発現量に足してないのではないかと考えられる。2) ERBBの機能:ERBB2/4タンパク質は生殖細胞に発現が見られた。生後2、4週目のErbB4 domi-nega double-Tg (DT)とcontrolのsingle Tg(ST)にtamoxifenを注射し、精原細胞の増殖活性を調べた結果、DTではSTに比べて約34割減少していた。また、STRA8の細胞数は、DTではSTに比べて約25%減少していた。これらの結果は、ErbB4が分化型精原細胞の増殖と減数分裂開始に関与することを示唆する。3)p80とα-enolaseの機能解析:低濃度のNRG1はHeLa細胞の増殖を促進するが、高濃度のNRG1はp80を出現させ、細胞増殖を阻害する。p80はα-enolaseと結合し、c-myc遺伝子の転写を阻害すること、また、その転写阻害は核でのc-mycタンパク質を減少させ、細胞増殖を抑制することを明らかにした。
オホーツク海・北極域における大気海洋海氷相互作用

冬季の季節海氷域の形成、および夏季のオホーツク海高気圧とそれに伴う下層雲の発生という、オホーツク海・北極圏における特徴的な季節性に関わる大気海洋(海氷)相互作用について探求した。夏季のオホーツク海では下層雲ー海面水温フィードバックにより、海面水温が低く維持されることが明らかとなった。また、冬季のオホーツク海に特徴的なのは、その海氷変動が北極海・東シベリア海における先行する夏の海氷変動と連動している、ということである。気圧偏差の年平均で定義した北極振動(Annual AO)という新しい視点から、北極域・オホーツク海域における、海域・季節を越えてリンクするフィードバックシステムの解明を進めた。オホーツク海における大気・海洋・海氷相互作用の解明に向け、以下の結果を得た。1.オホーツク海における高解像海氷-海洋結合シミュレーションを行い、当海域で特徴的な海氷分布や、東サハリン海流、北西陸棚域での高密度水生成を再現した。特に、氷縁で海洋海氷間の大きな熱交換が生じており、このため海氷域の拡大はオホーツク海東部から流入する北太平洋水による融解によって強く制御されていることを示した。これは、衛星データや水温・塩分データから得られた知見とも良く対応する。2.ロシア水文気象研究所と協力しロシア未公表データを含むデータセットから、オホーツク海における新たな気候値を作成した。データ量は従来のデータセットに比して2倍以上に増加した。その結果、冬季に北太平洋からオホーック海東部へ流入する海水の季節変動を初めて明瞭にとらえることができた。また、中央部では、冬季混合層の痕跡が夏季水温極小層として残っていることを示され、その変動から大気・海氷との相互作用が示唆された。3.冬季、北海道オホーツク海沿岸ではしばしば帯状雲が形成され、道東オホーツク海側に降雪をもたらす。その形成過程を、領域モデルを用いて再現に成功した。4.夏季の北日本気候に大きく影響するオホーツク海高気圧と下層雲の相互作用を、領域数値モデルを用いて再現した。その結果、冷たい海面水温と下層雲上部の放射冷却が相侯って、オホーツク海上での低温の大気境界層を維持し、海面気圧の高圧化を促していることが明らかとなった。オホーック海・北極圏の大気海洋海氷相互作用の解明を目指し、以下を行った。1.ロシア水文気象研究所(FERHRI)と協力し、ベーリング海およびオホーック海における新たな海洋データセットを作成した。その結果、ベーリング海西部の表層(0約150m深)を起源とし、東カムチャツカ海流を経由してオホーツク海および親潮域の中層(約150300m深)にかけて伝播する塩分の十年規模変動を見出した。この塩分変動に対し、アリューシャン低気圧の変動がさらに数年先行していることも分かった。2.地球シミュレータ全球結合モデル(CFES)ではオホーツク海海氷面積に顕著な十年規模変動が再現されており、秋から晩冬にかけての季節進行の特徴が観測されたものとよく対応していることがわかった。CFESと観測データを併用してさらに解析したころ、この経年十年規模変動は、夏から秋にかけて持続する北極海東シベリア沿岸の海氷変動から強く影響を受けていることが明らかとなった。北極海沿岸で多氷のとき東シベリア沿岸に高気圧が生じ、それが晩秋の寒気移流を強化してオホーツク海に多氷をもたらすことが見出された。領域モデルを用いた数値実験から、その形成には北海道オホーツク沿岸の陸風(陸上での冷却による地上高気圧偏差に伴う風)に加えて、サハリンで冷却された気塊の移流による地上高気圧偏差の形成が重要であることを明らかにした。4.夏季の北日本気候に大きく影響するオホーツク海高気圧と下層雲の相互作用を、領域大気シミュレーションおよび結合シミュレーションにより再現した。下層雲が発達すると、日射の遮蔽や放射冷却を通して海面水温の低下を引き起こし、下層雲-海面水温フィードバックが働きうることを示唆した。1.オホーツク海の海氷域面積の変動は冬季のアリューシャン低気圧に変動をもたらすと考えられている。その海氷変動の要因として、北太平洋からの高温高塩水の流入量が重要である。H25年度はオホーツク海を非常に細かく解像した北太平洋の海洋海氷結合モデルを用いてトレーサー実験を行い、高温高塩水の流入過程を考察した。その結果、海流が詳細に再現され、ベーリング海から千島列島通過まで12年、通過後に海氷生成域へと向かう時間スケールが約1年であることが分かった。これは、ロシアデータを用いた解析による、塩分移流の時間スケールとよく一致している。この解析をさらに北太平洋全域に広げ、亜寒帯循環の塩分変動に対して亜熱帯循環からの塩分流入が重要であることを見出した。2.オホーツク海海氷変動のもうひとつの要因である晩秋の寒気

移流は、夏から秋にかけての北極海東シベリア沖海氷変動からの影響を密接に受けていることが、前年度までに本研究により見出されている。H25年度はそのメカニズムの解明を、全球結合モデルを用いた数値実験により進めた。特に、秋季北極海東シベリア沿岸に海氷が多い場合に形成される局所的な高気圧性偏差と、それに伴う寒気吹き出し強化のメカニズムに注目した。また、氷縁における海氷融解過程に重要な海氷バンドの形成メカニズム理論をさらに進めた。3.夏季オホーツク海高気圧から吹き出す北東風は北海道・東北地方にしばしばヤマセのような寒冷な気象現象をもたらす。北東風が冷涼である要因に千島列島周辺の表面水温が非常に低いことが挙げられる。千島列島近傍における冷水帯と下層雲形成の関係を調べるためにロシア船に乗船して冷水帯の観測を行い、その要因である潮汐混合と混合層下の冷水の湧昇を観測した。1.冬季のアリューシャン低気圧に年々変動をもたらすオホーツク海の海氷域面積の変動には、北太平洋からの高温高塩水の流入量が関係する。海面高度の変動に伴う流入量の増加と海氷域拡大の抑制という関係が、特に1月に顕著であることが見出された。2.北太平洋からオホーツク海への高温高塩水流入の変動は海氷生成に伴う沈み込みを通して子午面循環の変動をもたらし、ひいては地球規模の気候変動を引き起こす可能性がある。オホーツク海を非常に細かく解像(3km7km)した北太平洋海洋海氷結合モデルにより子午面循環を現実的に再現した。さらに風を変動させる実験を行ったところ、風の強度によって亜熱帯から亜寒帯への塩分輸送が変動し、それがオホーツク海まで流入して沈み込む海水の密度を変化させ、子午面循環が大きく変化することを示した。また、現実的な風で駆動した海洋モデルの出力を解析したところ、最近50年の北太平洋中層塩分に低下傾向があり、現実をよく再現していた。風が強化されることで亜寒帯中層から亜熱帯中層に低塩水が流入し、北太平洋中層水の低塩化が生じることが分かった。3.オホーツク海の海氷面積の年々変動と、夏から秋にかけての北極海東シベリア沖の海氷変動の関係について、前冬を基点とする「年間持続する北極振動」という観点から説明できることを示した。さらにこの持続する北極振動が、北極海における前冬2月の海氷漂流場の収束発散とも関係することを示唆した。全球結合モデルを用い、夏季北極海で海氷面積を人為的に増減させた初期値を適用してアンサンブル実験を行うと、海氷の多寡に応じて北極振動がデータ解析で見られるような変動を示し、北極振動の持続性を支持した。亜寒帯域特有の大気-海洋(-海氷)相互作用の解明を目指し、以下の研究を行ってきた。1.オホーツク海の最大海氷面積(3月)の年々変動は、北太平洋からの高温高塩水の流入量が重要な要因となっている。流入量が増加すると海氷融解が促進され、オホーツク海海氷域が抑制される、という関係である。ロシア国内を含むカムチャツカ半島からオホーツク海沿岸の水位と衛星高度計の観測から、その流入量に対して沿岸に捕捉された地形性波動が重要であることが分かった。
細胞分化過程における生体微量元素変動とその分子制御機構の解明

生体と金属との関係を解明しようとする研究では、対象とする金属元素の存在量が微量であったために、実験動物を対象とした研究や組換えタンパク質を利用したin vitroの研究が多かった。しかし、金属元素の関与する細胞機能を分子レベルで解明するのは、培養細胞を利用したメタロプロテオーム・メタロメタボローム研究が必要となる。しかし、これまで細胞全体の金属や類金属元素の網羅的な解析を行ってはこなかった。そこで、ゲノムにおけるDNAマイクロアレイのように、細胞内の元素量の変化をエレメンタルアレイとして評価することを着想し、実現することに成功した。さらに、細胞内の新規活性分子種として活性シアン種を提唱した。本年度は、当初の計画通り、いくつかの細胞種において分化誘導を行った際の微量元素の変動を網羅的に解析する手法の確立に、まず着手した。当初から想定されていたことではあるが、分析の際に、どのように測定を標準化するかが大きな検討事項となった。種々の検討の結果、分化誘導の前後において、DNA量は変動しないことに着目し、DNAの構成成分であるリン酸に着目し、リンの量を内部標準として設定する手法を確立した。これにより、分化誘導前後での微量元素の網羅的変動解析が、より定量的に実施できることを示すことができた。また重金属による転写誘導の機構を明らかにする項目では、重金属依存性転写因子の機能とその支配下にある金属結合タンパク質の機能とがクロストークをしているのではないかということを示唆する結果を得ている。外来性のレポーター遺伝子と内在性の支配下にある複数の遺伝子の発現をさらに検討することを次年度に計画している。生体微量元素の高感度微量分析法の開発においては、各種の質量分析器を用いて微量元素測定を行う際の感度や精度について比較を行い、これまで漫然と使用されてきた機器分析法について、利点と欠点を明確に示す結果を報告した。細胞内の銅をイメージングするための蛍光プローブは、従来型のものと改良型のものを独自に合成することに成功し、実際の培養細胞を用いて評価する段階に入ることができた。次年度にはオルガネラ指向性を持たせるなど、さらなる改良型の開発を行う予定である。本年度は、昨年度に開発した分化誘導手法並びに元素の網羅的分析法を利用し、分化に伴う微量元素量の変動を解析することに成功した。この成果は原著論文として公表するに至った。特に、脂肪細胞への分化の際に、これまで知られていた亜鉛の変動に加えて、銅の細胞内存在量が著しく増加することを見出した。この点については、引き続き最終年度にその分子機構を解明するための研究を実施する。セレンはその存在量が超微量であるために、これまで培養細胞内での挙動は余り正確に知られていなかった。そこで、培養細胞内におけるセレンの挙動を併せて検討したところ、これまでに報告の無い新たなセレン代謝物を同定することができ、新しいセレンの代謝経路の提唱を行った。さらに詳細の分子機構については引き続き最終年度に検討する予定である。当初の目標の一つとしていた原著論文の発表に至った。従って、ここまではおおむね順調に進展していると判断した。研究代表者らは、細胞内の金属含有全タンパク質および代謝産物(メタロプロテオームおよびメタロメタボローム)を定性的かつ定量的に解析し、遺伝子機能やタンパク質機能と対応させて、理解することを研究の全体構想としている。その中で本研究では、その基盤となる研究手法の開発・改良と、特定の生命現象と金属との関連に焦点を絞った研究展開を行うこととしている。具体的には、1)動物細胞における網羅的な元素動態のプロファイリング分析を行うため、高感度質量分析計を用いた精密ハイスループット解析法の開発、および2)動物培養細胞でのストレス応答および細胞分化に伴うメタロプロテオームおよびメタロメタボローム解析とその制御を担う分子機構の解明を駆使して行うことを目指している。CuやZnを含め生体微量元素が、ストレス応答や分化の過程でどのような変動をとるのかを網羅的に明らかにした例は、意外にも無い。分析機器の感度の向上に伴って多くの元素の同時分析が可能となり、網羅的な解析が現実的になってきたところであり、これまでの分析上のノウハウをうまく取り入れることにより、これまで得られなかった成果を得ることが可能となってきた。また生体超微量元素であるマンガン、コバルト、セレン、モリブデンなど必須性は確かめられているものの、詳細な機能や動態の明らかとなっていなかったこれら元素についても、高感度分析が可能なことから、本研究では新たな知見を集積できる可能性を有している。さらに、網羅的な解析を行うことから、単一元素の変動のみならず、元素間の相互作用を含めた多元素間の連携的変動すなわち多変量解析による情報の集積も可能となり、独自性の高い成果が期待できる。最終年度にあたる本年度は、金属特異的蛍光プローブによる細胞内金属のイメージングを果たし、レーザーアブレーションーICP-MSによるイメージング法の構築も行った。

さらに、細胞内の新規活性分子種として活性シアン種を提唱した。それぞれの実施項目について、明確な進展があり、論文発表も順調に進んでいる。次年度は全ての項目で論文発表が可能となるように、さらに加速したい。当初の研究計画に沿った研究推進を基本方針とする。次年度は最終年度となるため、特に注目すべき生体微量元素のイメージングについて分化前後の変化に着目して、検討していくこととしたい。併せて、これまでの結果から銅の変動が著しいため、細胞内の銅の変動に関与する因子の変化に着目した研究を展開していく。今のところ、研究計画の変更を考慮しなければならないほどの問題点は無い。28年度が最終年度であるため、記入しない。毒性学当初の研究計画に基づき研究を推進していくことを基本方針とする。今のところ、研究計画の変更を考慮しなければならないほどの課題等は想定していない。網羅的な微量元素の測定を行うために高品質の純水が必要であることがわかり、超純水製造装置を購入する必要が生じたが、昨年度からの研究費の効率的な使用により、購入に必要な費用を、研究計画の変更を伴わずに、捻出することができている。年度内に異動があり、また当該年度内に計画していた研究が目標通り進んでいたため、最後の部分の研究計画を次年度に移行したため。一部年度を移行した研究計画については、異動後に速やかに着手予定であるため、当初の執行計画に従って、次年度以降の予算とともに使用する計画である。
高分子強誘電デバイスによるロボット用アレイ触覚センサの開発

高分子薄膜強誘電デバイスを作製するために、高分子強誘電材料P(VDF-TrFE)(フッ化ビニリデンと3フッ化エチレンの共重合体)を使用した。この材料を薄膜化するために、キャスト法を採用した。これは、一旦、高分子強誘電材料を有機溶媒(ジメチルホルムアミド)に溶かし、フッラットシャーレに流し込んだ後、溶媒だけを真空乾燥装置により取り除く方法である。膜厚は溶媒に溶かす圧電材料の質量によって制御した。膜厚を均一にするため、真空乾燥装置内のフラットシャーレを水平に調整した。この結果、約1700mm^2の面積で均一(膜厚むら:±1μm以内)な強誘電薄膜の作製ができた。しかしながら、20μmより薄い膜になると、膜厚分布に不均一な部分が見られた。これは、溶液を流し込んだ後の流動性の不均一やほこりが原因と考えられる。また、膜厚が薄くなると、フラットシャーレから圧電膜を分離させることが困難であることも確認した。このため、この手法は20μmより厚い圧電デバイスの作製に適していることがわかった。そこで、20μmより薄い圧電膜の作製には、スピンコート装置による製膜を試みた。これは、有機溶媒に溶かした高分子圧電材料の溶液を遠心力で薄く均一に広げるという手法である。膜厚の制御は溶液濃度と回転速度で行った。この手法により、数μmの厚さまで膜厚を制御でき、その結果、数Hz数百MHzの周波数帯域をもつ強誘電デバイスが任意に作製できた。次に、強誘電薄膜デバイスのアレイ化に関する実験を試みた。プリント基板上に強誘電薄膜デバイスをアレイ状に作製し、これら各々のデバイスが超音波素子として働くかどうかで評価した。まずプリント基板上に31個のアレイ電極を作製し、キャスト法で作製し分極処理を行った強誘電薄膜をこのプリント基板に接着剤で接着させた。その結果、強誘電膜を機械的に分割することなく31素子のアレイ超音波トランスデューサを簡単に作製することができた。また、高分子強誘電デバイスの広周波数帯域特性の結果、隣接する素子間でクロストークが生じないことも確認した。以上のように、任意の膜厚、つまり任意の周波数特性を持つ高分子圧電デバイスの作製が可能なシステムが本研究により構築でき、このデバイスの優位性も確認できた。今後、このアレイデバイスを触覚センサに応用し、圧力と温度の計測を試みる。