hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
機能的電気刺激による排尿制御に関する研究

膀胱容量は4.9±2.6ml,収縮圧は22.3±8.0cm【H_2】Oであった。次に、膀胱容量を膀胱収縮が生じる直前の容量に設定して橋の微小電気刺激を行なうと、膀胱収縮と尿道括約筋の抑制反応が生じ、排尿が起こった。この時の収縮圧は22.5±7.9cm【H_2】Oであった。排尿が生じた部位に直流通電を行ない、微小破壊巣を作製した後、脳幹を取り出して、10%ホルマリンで固定して、50μmの凍結切片として、刺激部位を固定すると微小破壊巣の部位は青班核αに相当した。本研究は青斑核αに存在する排尿中枢が排出時の膀胱と尿道との相反性活動に重要な部位であることを明らかにするものである。昨年度検討を加えた橋排尿中枢の近くに括約筋活動を高める部位があるとする報告が見受けられることから,本年度はこの部位の機能について除脳イヌを対象として,検討を加えた.膀胱頂部より2腔カテーテルを膀胱内に挿入し,一方の経路から内圧を測定し,他方からは生理的食塩水を注入できるようにした.尿道壁内にはワイヤー電極を刺入し,筋電図を導出した.頭部を脳固定装置に固定し,体位を四足立位としたKuruらやHolstegeらが報告した括約筋活動を高める部位に先端直径が510μmのwood合成封入微小ガラス電極を刺入して刺激を行い,それに対して括約筋の電気的活動に増強反応が得られたら,この部位に電極を固定して,種々の検討を行った.括約筋中枢の電気刺激により,生理的食塩水の膀胱内注入に対して生じる膀胱収縮が抑制され,膀胱用量も増加した.さらに,電気刺激により括約筋の活動が高まり,尿失禁が消失したり,膀胱内圧が高い場合には膀胱弛緩が生じた.以上から,刺激部位は蓄尿時に積極的に働いており,蓄尿中枢と言うべき部位と思われた.刺激部位に直流通電による微小破壊巣を作製した後,脳幹を取り出して10%ホルマリンで固定して50μmの凍結切片として脳幹前額断面上で組織額的検討を加えると,その部位は吻側橋網様核,ケリカフューズ核,青斑下核などに認められた.これらの成績から橋には排尿中枢と蓄尿中枢が存在し,蓄尿時には蓄尿中枢が排尿中枢に抑制に作用して,膀胱の弛緩が起こり,一方,排出時には排尿中枢が蓄尿中枢に抑制的に作用して尿道の弛緩が生じることが示唆された.昨年度の検討で、青斑下核が蓄尿に関与する部位であることが示唆されたために、本年度はこの部位の機能について除脳ネコを対象として、依り詳細な検討を加えた。膀胱頂部より2腔カテーテルを膀胱内に挿入し、一方の経路から内圧を測定し、他方からは生理的食塩水を注入できるようにした。尿道壁内にはワイヤー電極を刺入し、筋電図を導出した。頭部を脳固定装置に同定し、体位を四足立〓とした。Horsley-Clarke軸上でP3.04.0、H-3.0-3.5の領域内に先端直径が510μmのwood合成封入微小ガラス電極を刺入して同部に持続電気刺激を行いつつ、膀胱ない生理的食塩水を注入して排尿反射を誘発し、持続電気刺激時の膀胱内圧曲線と外尿道括約筋電図記録結果を刺激前と比較して、その部位の電気刺激が反射性排尿に及ぼす影響を検討した。この部位に対する電気刺激により、全例で膀胱容量が増加したが、約60%の例では電気刺激中は完全に膀胱収縮が抑制され、刺激中止と同時に膀胱収縮が出現した。刺激部位に直流通電による微小破壊巣を作製した後、脳幹を取り出して、10%ホルマリンで固定して、50μmの凍結切片として、脳幹前額断面上で組織額的検討を加えると、その部位は青斑下核腹内側部に限局していた。以上から、吻側部橋にある青斑核複合体は、排尿反射機構において重要な役割を演じており、青斑核αは尿の排出機構に関与しているのに対し、青斑下核は主として蓄尿機構に働いているものと考えられる。
経口標識化DNAを用いた組換え反応の速度論的解析

遺伝情報の編成やDNA修復において重要である相同的組換え反応は,細菌ではRecA蛋白質が担っている。組換え反応の全容解明には,各々の素反応の詳細な解析,特に速度論的な解析が必要である。しかし,RecAの場合,反応過程を経時的に研究した報告はほとんどない。本研究では,複数の蛍光プローブを導入したDNAを用いて,蛍光の共鳴エネルギー転移を利用したDNA鎖の相互の配置の動的変化すなわち組換えの速度を推定し,組換え反応過程の経時的な変化を追跡することを試みた。まず,標識可能なアミノ基やチオール基を持つデオキシヌクレオチドを用いて二種類の蛍光標識化DNA(50-mer)を人工的に合成した。一方は分子中央にテトラメチルローダミン(R)を,もう1つは5端にフルオレセイン(F),3'にテキサスレッド(T)を導入した。大腸菌RecA蛋白質は,すでに構築してある大量発現系を用いて調製した。次に,R一本鎖DNAとRecAの相互過程を蛍光スペクトルを用いて測定したところ,少なくとも2つの結合相が観察された。このR-一本鎖DNA-RecA複合体にF/T-二本鎖DNAを加え,Rの励起光で励起したところ有意な蛍光スペクトル変化が見られた。反応前後の差スペクトルは,ほぼTのものに相当した。さらに,Tの蛍光波長で時間変化を測定したところ,大きく2つの相が見られた。このように,今回構築した測定系でRecA-一本鎖DNA複合体と二本鎖DNAとのペアリング反応を,蛍光エネルギー転移を利用して実際に測定できることが示された。
光合成細菌の電子伝達系の遺伝子工学的制御による水素発生系の構築

紅色光合成細菌の電子伝達系の遺伝子に突然変異を導入することによって光合成細菌の水素発生能を増強するという、光エネルギーと水素燃料とを結びつける研究をおこなった。近年の研究により、ニトロゲナーゼを支配するnifD遺伝子を改変することによってニトロゲナーゼが触媒する反応の特異性を制御できる可能性が示唆された。また、ニトロゲナーゼの詳細な三次元構造も明らかになってきた。さらに、取り込みヒドロゲナーゼの存在はニトロゲナーゼの水素発生の障害となるので、これをコードするhupSL遺伝子を欠失させることでも水素発生の増強が期待できる。本研究では、これら最新の知見を統合して光合成細菌に複数の突然変異を導入し、単一の細胞内で連係させて電子伝達系を制御し、水素発生能を増強した細菌株を作成している。紅色光合成細菌RhodopseudomonaspalustrisのnifD遺伝子とhupSL遺伝子のクローニングを完了したので、二重相同組換えを利用して以下の遺伝子操作をおこなった。まず、クローニングされたnifD遺伝子にカナマイシン耐性遺伝子カセットを挿入し、nifD遺伝子を欠きカナマイシン耐性遺伝子を有する株を作成した。これを親株として、ニトロゲナーゼの水素発生反応への特異性を高めると予想される点突然変異をnifD遺伝子に導入する予定である。また、クローニングされたhupSL遺伝子を利用して、取り込みヒドロゲナーゼを欠いた株を作成した。現在、得られた突然変異株の水素発生能を解析しており、投稿論文を準備中である。これと並行して、各種培養条件における水素発生反応を評価し、最適な条件を模索した。ガスクロマトグラフなどにより、培養から発生する水素の定量をおこなった結果、何種類かの有機酸が有望であることが示唆された。また、培養液のpHの影響についても解析し、水素発生に適したpHを見出した。紅色光合成細菌の電子伝達系の遺伝子に突然変異を導入することによって光合成細菌の水素発生能を増強するという、光エネルギーと水素燃料とを結びつける研究をおこなっている。近年の研究により、ニトロゲナーゼを支配するnifN遺伝子やnifD遺伝子を改変することによってニトロゲナーゼが触媒する反応の特異性を制御できる可能性が示唆された。何種かの紅色光合成細菌においてnifD遺伝子とhupSL遺伝子のクローニングを完了したので、二重相同組換えを利用して以下の遺伝子操作をおこなっている。まず、クローニングされたnifD遺伝子にカナマイシン耐性遺伝子カセットを挿入し、nifD遺伝子を欠きカナマイシン耐性遺伝子を有する株を作成している。また、クローニングされたhupSL遺伝子を利用して、取り込みヒドロゲナーゼを欠いた株を作成中である。
分泌型TSHレセプターに関する研究

我々は、TSHレセプターのN端側に近い部分のペプチドに対する抗体を用い、ヒト末梢血中に分子量約6万のTSHレセプター様物質が存在することを見出し、バセドウ病の病因に関与する可能性を報告した。本研究においては、血中のTSHレセプター様物質の性質を明かにするとともに分泌型TSHレセプターの存在について検討することを目的とした。ヒト甲状腺組織を用いてTSHレセプターのnorthern解析を行うとfull lengthの4. 3kbのバンドの他に1. 3kbと1. 7kbのbandが検出される。我々は、Gravesらの報告した1. 3kbのvariantをクローニングしたが、その特有なC端側のアミノ酸配列に対する抗体を作成し、そのRIA系を確立した。しかしながら、ヒト末梢血中においても、1. 3kbのvariantを発現させたCHO細胞のmedium中においても、1. 3kbのvariantの免疫活性は測定感度以下であった。我々は、独自にバセドウ病患者甲状腺のcDNAライブラリーを作成しスクリーニングを行い1. 7kbのvariantのクローニングを試みていたが、最近Huntらがこのクローニングに成功したとの報告がり、現在その確認を行っている。血中のTSHレセプター様物質の精製については、現在TSHレセプターのペプチドに対する家兎抗体を精製し、その抗体を用いて血中のTSHレセプター様物質の精製を行っている。本研究の過程で、ヒトTSHレセプターを発現させたCHO細胞を用いてバセドウ病患者IgGの刺激活性を測定し、バセドウ病の診断ならびに経過観察に極めて有用であることを見出し報告した。また、血中のTSHレセプター様物質を認識する抗体すなわちTSHレセプター細胞外部分のN端側のペプチドに対する抗体は、ヒトTSHレセプター発現CHO細胞を有意に刺激する一方、C端側のペプチドに対する抗体は、ヒトTSHレセプター発現CHO細胞を有意に抑制することを見出し報告した。バセドウ病の病因として甲状腺刺激ホルモン(TSH)レセプターに対する自己抗体が重要とされている。我々は,ヒト末梢血中にTSHレセプター様物質が存在し,それが抗原となってTSHレセプター抗体が出現しバセドウ病を発症するのではないかとの仮説のもとに末梢血中にTSHレセプター様物質が存在するか否かについて検討を試みた。TSHレセプターのN端側に近い部分のペプチドに対する抗体を作成しこれを用いて解析した結果,ヒト末梢血中にTSHレセプターの細胞外部分に相当すると考えられる分子量約6万の物質が存在し,またこの物質が未治療バセドウ病患者で高値を示すことを発見した。この物質の由来として一つは,膜貫通部位を欠くtruncated formのTSHレセプターが存在しこれが分泌される可能性,もう一つはTSHレセプターの細胞外部分がproteolysisを受けこれが末梢血中に出現するという可能性等が考えられる。本研究においては、血中のTSHレセプター様物質の性質を明かにするとともに分泌型TSHレセプターの存在の存在について検討することを目的とする。Full lengthのTSHレセプターのproteolysisの可能性については,TSHレセプターを発現ベクターpCXN2に組み込込みCHO-K1細胞に発現させることに成功し,この細胞がTSHおよびバセドウ病患者IgGに極めて良好な反応を示すことを確認した。これがproteolysisを受け、medium中に放出されるか否かについてTSHレセプターのペプチドに対する抗体によるRIAおよびWestern blottingにより検討を行っている。

一方,truncated formのTSHレセプターについてはGravesら(BBRC 187:1135-1143,1992)の報告した膜貫通部位を欠いた1.3kbのTSHレセプターのvariantをPCR法によりヒト甲状腺cDNAよりクローニングし,発現ベクターpCXN2に組み込みCHO-K1細胞に形質導入し発現させることに成功した。これがmedium中に分泌されるか否かを上記の方法により検討を行っている。また,Northern blot解析によれば1.3kbの他に1.7kbのvariantも存在する可能性があるため,これをクローニングする目的でバセドウ病患者甲状腺組織からcDNAライブラリーを作成することを試みこれに成功した。現在TSHレセプターcDNAプローブを用いてスクリーニングを行い,その解析を行っている。我々は,TSHレセプターのN端側に近い部分のペプチドに対する抗体を作成しこれを用いて解析した結果,ヒト末梢血中にTSHレセププターの細胞外部分に相当すると考えられる分子量約6万の物質が存在し,この物質が未治療バセドウ病患者で高値を示すことから,その病因に関わっていることが示唆された。本研究においては,血中のTSHレセプター様物質の性質を明らかにするとともに分泌型TSHレセプターの存在の存在について検討することを目的とする。本年の研究において,血中のTSHレセプター様物質を認識する抗体すなわちTSHレセプターN端側に対する抗体はヒトTSHレセプター発現CHO細胞を有意に刺激したが,この事実は血中のTSHレセプター様物質のバセドウ病発症における重要な役割を示唆するものと考えられる。また,我々は,Gravesらの報告したTSHレセプターのvariantと同一のものをすでにクローニングしたが,そのC端側のアミノ酸配列は,full lengthのTSHレセプターには存在しない。我々は,このC端側の20個のアミノ酸に対する特異的な極めて高力価の家兎抗体を作成することに成功し,そのradioimmunoassay系を確立した。このradioimmunoassayや抗体を用いたWesternblot法により,このvariantの甲状腺組織や血中における存在について検討を行っている。一方,新たなTSHレセプターのvariantをクローニングする目的でバセドウ病患者甲状腺組織からcDNAライブラリーを作成し,ヒトTSHレセプターcDNAプローブを用いてスクリーニングを行った。その結果,fulllengthのTSHレセプター以外の陽性クローンを数個得ることに成功し,現在その塩基配列の決定を行っている。また,我々は高発現ベクターであるpCXN2により,CHO細胞にヒトTSHレセプターを発現させたが,この細胞を用いてバセドウ病患者IgGによる刺激活性を測定し,その診断ならびに経過観察に有用であることを報告した。我々は、TSHレセプターのN端側に近い部分のペプチドに対する抗体を用い、ヒト末梢血中に分子量約6万のTSHレセプター様物質が存在することを見出し、バセドウ病の原因に関与する可能性を報告した。
糖尿病性腎症における末梢単球中マイクロRNAの発現とその病態的意義の解明

[研究目的]糖尿病性腎症は、毎年人工透析導入例が増加してきており、大きな問題となっている。その治療や予後予測には、良好な疾患感受性検査マーカーが求められている。糖尿病性腎症の発症や増悪には多くの因子が関与しているが、単球由来炎症関連分子群の関与が重要視されている。一方、マイクロRNA(miRNA)は翻訳レベルでタンパク質の発現を制御している短いnon-codingのRNAであり、ヒト遺伝子1/3以上の発現を幅広く制御していると推測されている。マイクロRNAの病態的意義については、現在、多方面で研究が進んでいるところである。特に、罹患率の高い疾患においてその役割が明らかになれば、臨床検査医学上有益な検査マーカーとなりうる可能性が生まれ、分子標的として創薬の対象となりうる。本研究では、糖尿病性腎症を伴う2型糖尿病と伴わない2型糖尿病症例の末梢単球において、糖尿病性腎症の進展をよく反映するマイクロRNAの網羅的な解析を行った。[研究計画]糖尿病性腎症を合併しその進展度に応じて層別化された1型糖尿病と合併症を伴わない1型糖尿病を対象として静脈血を採取し、免疫磁気ビーズ法を用いて単球を単離した。得られた単球よりtotal RNAを抽出後、miRNAを濃縮・精製し、mirVanaTMmiRNALabeling Kit(Ambion)を用いてマイクロアレイ解析用のサンプルを調整した。このサンプルを既知のヒト、マウス、ラットのmiRNAの包括的なパネルに対応するプローブをスポットしたマイクロアレイmirVanaTM miRNA Bioarrays(Ambion)とハイブリダイズさせた。これをスキャナーで取り込み、糖尿病症例間のmiRNA発現を比較解析し、糖尿病性腎症感受性miRNAを抽出した。[研究結果]今後例数を増やしてさらに検討する必要があるが、これらのマイクロRNAが糖尿病性腎症の進展を反映している可能性が示唆された。
各抗アレルギー薬によるアトピー性皮膚炎患者血中サブスタンスP値の乖離機序

抗アレルギー剤のもつ抗ヒスタミン作用以外の免疫調整作用は多種多様である。我々はこれまでに抗アレルギー剤をポジショニングする上で、表皮におけるケラチノサイトおよびランゲルハンス細胞に注目し、それぞれに対する抗アレルギー剤の持つ免疫調整作用に報告してきた。アトピー性皮膚炎(以下ADと略す)患者では末梢性の痒みはマスト細胞の産生するヒスタミンがC線維を刺激することで生じるが、このときにC線維からサブスタンスP(SP)に代表される神経ペプチドが産生される。SPの産生・遊離を抑制することは、痒みの悪循環および痒み刺激伝播の遮断につながる。今回我々は、抗アレルギー剤とSPの関連に注目した。対象及び方法:重症度が中等症までの24名のAD患者を対象とした。ステロイド外用剤、タクロリムス外用剤および保湿剤の外用療法に加えて、4種類の抗アレルギー剤を内服併用した。内服開始時および内服開始2週間後に皮疹重症度の判定と採血を行い、ADの各種血中マーカーおよび血中SP値を測定した。結果:治療開始して2週間後の血中マーカーの推移では好酸球数、sIL-2R、sE-selectin、sVCAM-1、が有意に低下を示した。血中SP値の推移は、血中SP値を上昇させるグループと低下させるグループに大別できた。前者は塩酸セチジリン、塩酸フェキソフェナジンそして塩酸エピナスチンであった。対して、後者の結果を示したのは塩酸オロパタジンのみであった。これまでに当教室から報告した抗アレルギー剤の抗ヒスタミン作用以外のイベントに今回の血中SP値に対する作用を加えて、"抗アレルギー剤のポジショニング"と称して、抗アレルギー剤を抗ヒスタミン作用以外の免疫調整作用の点から分類・整理を行った。これらの結果は、発症メカニズムや患者の症状などに合わせた抗アレルギー剤の選択において重要なデータとなり得る。サブスタンスPは、末梢神経性の痒みの軸索反射に関与する起痒物質の一つである。アトピー性皮膚炎の病態に関与する各種サイトカインやサブスタンスPなどの化学伝達物質に対して、抗アレルギー剤がどの様に作用しているかは、解明されていない点が多い。今回我々は、アトピー性皮膚炎患者に各種抗アレルギー剤を投与し、治療開始時と投与後2週間の2点で皮疹重症度と末梢血中の既知の各種マーカーおよびサブスタンスP,可溶性(soluble ; s) ICAM-1,sVCAM-1,sE-セレクチン,sIL-2RおよびIL-18を測定した。抗アレルギー剤はセチリジン、エピナスチン、オロパタジンそしてフェキソフェナジンを使用した。その結果、すべての抗アレルギー剤において皮疹の改善と相関し白血球数,好酸球数,sVCAM-1,sE-セレクチンおよびsIL-2Rが優位に低下した。しかしサブスタンスPは、臨床症状が改善しているにもかかわらず、抗アレルギー剤によって3つのパターンに分類できた。1つはサブスタンスP値が上昇するグループで、これにあてはまる薬剤は、セチリジンとフェキソフェナジンであった。これら薬剤は、神経ペプチドのレセプターをブロックすることによって血中濃度を上昇すると考えられた。2つめのグループはサブスタンスP値が低下するグループで、これにあてはまる薬剤はオロパタジンであった。本剤にはサブスタンスP分泌抑制作用に加えてレセプターの増加などのサブスタンスP代謝亢進の機序も生じていることが予測された。3つめのグループはサブスタンスP値の変動がないグループである。これにあてはまる薬剤はエピナスチンであった。本薬剤にはサブスタンスPのレセプターブロック作用はなく、また産生抑制作用もないことが推察された。本研究は抗アレルギー剤の持つ抗ヒスタミン作用以外の作用機序を明確にするものである。

これまでに当教室から報告した抗アレルギー剤の抗ヒスタミン作用以外のイベントに今回の血中SP値に対する作用を加えて、"抗アレルギー剤のポジショニング"と称して、抗アレルギー剤を抗ヒスタミン作用以外の免疫調整作用の点から分類・整理を行った。これらの結果は、発症メカニズムや患者の症状などに合わせた抗アレルギー剤の選択において重要なデータとなり得る。
昆虫の過変態の分子機構の解明

昆虫の幼虫は数回の脱皮をするが、脱皮をしても形はほとんど変わらないのが普通である。しかし、蛹を持つタイプの変態(完全変態)をする昆虫の中には、幼虫期に脱皮の前後で形態を劇的に変化させる「過変態」をする昆虫がいる。マメハンミョウも過変態をする昆虫の一種で、幼虫期に擬蛹(特異な形をした5齢幼虫)になることで知られている。通常の変態をする昆虫では、幼若ホルモンやその早期応答性転写因子のKr-h1によって、変態(蛹化)が抑制されていることが知られている。本研究では、擬蛹化の分子機構について調べた。その結果、擬蛹化は蛹化と同様にJH/Kr-h1系により抑制されることが示唆された。昆虫の変態の遺伝子による制御機構はいくつかのモデル昆虫において知見が得られているだけである。昆虫の中には「過変態」という幼虫期に形を大きく変化させる様式の変態をするものがいる。この過変態の昆虫の分子機構を解明するために、過変態昆虫の1つであるマメハンミョウについてモデル昆虫を参考にしながら変態に関与していると考えられている遺伝子の発現を調べた。マメハンミョウは温度や光周期を調節することによって、一般の完全変態昆虫と同じように通常の幼虫から直接蛹化させたり、擬蛹という過変態特有のステージ(幼虫期の1ステージ)を経て蛹化させたり調節することが可能である。これらの2つの発育パターンの間で遺伝子の発現変動を比較して、擬蛹化のキーとなっている遺伝子や遺伝子発現カスケードを特定できると考えている。モデル昆虫において変態に関与していることが知られている転写調節遺伝子であるBr-C,Kr-h1,E93などをマメハンミョウについてクローニングを行い、2つの発育パターンにおける幼虫期における発現変動を調べた。その結果、直接蛹化する場合はモデル昆虫の蛹化時と似たような発現変動を示すが、擬蛹を経て蛹化する場合はこれとは異なる発現変動を示すものがあることが明らかとなった。また、擬蛹に特有の形態(硬い殻)の形成に関与していると考えられる甲殻類の殻と相同な遺伝子をクローニングした。今後は、このような擬蛹化と関与している可能性のある遺伝子をノックダウンした個体を作出し、その発育パターンや表現型を観察する。研究課題の進展に重要である遺伝子のクローニングや発現変動の解明が進んでいるため。ツチハンミョウ科の昆虫は過変態をする。この科の一種のマメハンミョウの過変態、特に4齢幼虫から特異な形態をした5齢(擬蛹)への変態に焦点を当て、その分子機構を調べた。マメハンミョウの発育課程は、温度や光周期、餌条件によって制御することが可能で、25°Cの長日条件で4齢序盤で絶食させると、蛹化が誘導されるのに対して、同じ温度で短日条件で同じように絶食させると、擬蛹化が誘導される。このように蛹化予定、擬蛹化予定の幼虫が得られることから、擬蛹化に関与している遺伝子をRNA-seqで得られた塩基配列データ及びモデル昆虫で知られている情報をもとにして探索した。他昆虫において変態に関係することが明らかとなっている遺伝子について2つの発育パターンの間で発現プロファイルを比較すると異なっているものがあった。また、他昆虫で蛹化を誘導することが知られている遺伝子についてRNAi法によって発現を抑制した場合に、蛹化が抑制された。したがって、通常の昆虫の蛹化とマメハンミョウの蛹化は共通する分子機構によって制御されていることが示唆された。他昆虫においては幼若ホルモンの存在が、幼虫形質を維持し蛹化を抑制することがよく知られている。マメハンミョウにおいて蛹化予定、擬蛹化予定のそれぞれの幼虫に幼若ホルモンアナログを塗布処理したところ、擬蛹化も蛹化も抑制された。よって、蛹化だけではなく、擬蛹も幼若ホルモンによって制御されていることが示唆された。幼若ホルモンの早期応答遺伝子であるKr-h1の発現について、処理個体と無処理個体を比較したところ、無処理個体では、蛹化や擬蛹化の直前にいったん発現が低下したのに対し、処理個体では高発現のままであった。よって、本種の過変態は蛹化と同じ幼若ホルモン分泌ーKr-h1発現という系が関与していると考えられる。モデル昆虫で変態に関係していることが知られている転写因子をクローニングし、蛹化予定、擬蛹化予定のそれぞれについて発現プロファイルを調べた。この結果をもとにして擬蛹化に特異的に関与している遺伝子を特定する予定であったが、幼若ホルモン早期応答遺伝子であるKr-h1遺伝子が擬蛹化時において、蛹化時と同じような発現プロファイルを示すことがわかり、幼若ホルモンアナログ塗布によって、蛹化、擬蛹化の両方が抑えられることや、Kr-h1の発現が高いまま維持されることを明らかにした。昆虫はその生活環の中に変態を組み込んでいる。一般の完全変態昆虫においては、モデル昆虫を中心として変態の分子機構が明らかにされつつある。完全変態昆虫の中には、幼虫期に脱皮をすると劇的に形態が変わる発育過程(過変態)を経るものがいる。

ツチハンミョウ科は過変態をする昆虫の一つで、その中にマメハンミョウがいる。本種は、温度や光周期、餌の条件を調節することによって、コガネムシ型の4齢幼虫から直接蛹になる個体と、この科の過変態に特有の休眠態である5齢(擬蛹)になる個体に分けることができる。本研究では、過変態の分子機構の解明を試みた。昆虫では幼虫期の発生を制御するホルモンとして幼若ホルモン(JH)が知られている。血中JH濃度が高い若齢幼虫ではJH早期応答性のKr-h1が蛹化を抑制している。マメハンミョウでもJH/Kr-h1系が蛹化を抑制することを示唆するデータが得られたため、本研究ではマメハンミョウの過変態における幼若ホルモンの関与について調べた。擬蛹化条件の幼虫にJHアナログ(JHA)を処理したところ、擬蛹化は抑制された。蛹化の抑制と同様に、擬蛹化の抑制にもKr-h1が関与しているかを調べるため、Kr-h1発現量を測定した。擬蛹化条件の幼虫は擬蛹化に先立ちにKr-h1発現量が低下した。JHA処理した擬蛹化条件の幼虫はKr-h1の高発現が維持され続けていた。よって、擬蛹化は蛹化と同様にJH/Kr-h1系により抑制されることが示唆された。また、先行研究で報告されていた餌条件による過変態の調節について野外での適応的意義を調べたところ、餌が不足した小さな個体は蛹化してその年のうちに成虫となり繁殖し、2世代を経過する生活環を実現していた。これは、餌が不足した個体は擬蛹化して休眠しても生存でき確率が低いためだと考えられる。つまり、本種の餌条件に対する柔軟な反応は、餌の不足を繁殖機会の増大で補う適応現象だと考えられる。昆虫の幼虫は数回の脱皮をするが、脱皮をしても形はほとんど変わらないのが普通である。しかし、蛹を持つタイプの変態(完全変態)をする昆虫の中には、幼虫期に脱皮の前後で形態を劇的に変化させる「過変態」をする昆虫がいる。マメハンミョウも過変態をする昆虫の一種で、幼虫期に擬蛹(特異な形をした5齢幼虫)になることで知られている。通常の変態をする昆虫では、幼若ホルモンやその早期応答性転写因子のKr-h1によって、変態(蛹化)が抑制されていることが知られている。本研究では、擬蛹化の分子機構について調べた。その結果、擬蛹化は蛹化と同様にJH/Kr-h1系により抑制されることが示唆された。クローニングしたり発現変動を調べて過変態と関係がありそうな遺伝子の候補が上がったので、その機能を確認するためにノックダウンを行う。幼若ホルモンが擬蛹化の制御に関与していることが明らかとなったので、幼若モルモン合成酵素及び幼若ホルモン受容体遺伝子のクローニングを試みる。クローニングができたなら、蛹化予定個体、擬蛹化予定個体のそれぞれについてRNAiによって発現を抑制し、表現型を観察する。これによって、蛹化や擬蛹化を制御している系の全体像が明らかとなる可能性がある。同時に、RNA-seqの結果をもとにして、擬蛹化特異的に発現する遺伝子の探索を続ける。昆虫生理生態学研究補助員の雇用を行わずに研究を行ったことが次年度使用額が生じた理由である。予定外に、前年度に大量に購入した物品のあまりを使用することで対応できたから。昆虫の飼育や遺伝子発現解析などを行うことができる研究補助員の雇用に助成金を使用する予定である。研究補助員の雇用を続けるのに使用する予定。
緊張型頭痛罹患者の痛みに対する破局的思考をターゲットとした心身医学的治療法の開発

本年度は,治療プログラムの開発を目的として研究を実施した。まず,海外において腰背部痛などの一般的な慢性疼痛罹患者を対象に,痛みに対する破局的思考の減少を目的とした治療プログラムの介入研究や文献(例えば,Smeets et al.,2006)を収集し,これまでの治療プログラムの構成要素を整理した。並行する形で,慢性疼痛や慢性頭痛に対する認知行動的介入の研究と臨床実践を報告している学会(例えば,The 43rd Annual Convention of the Association for Behavioral and Cognitive Therapies)に参加し,治療プログラム開発に関する知見を得た。また,痛みに対する破局的思考の各要素が頭痛の臨床症状と痛みの維持・悪化要因に与える影響を明らかにするため,緊張型頭痛罹患者を対象に質問紙調査で得たデータを用いて検討した。その結果,緊張型頭痛罹患者へ痛みに対する破局的思考の減少を目的とした介入を行う場合には,特に反すうと無力感に着目する必要性が示された。以上の結果を踏まえて,全3回(週1回60分)の治療プログラムを開発した。具体的なプログラム内容としては,1週目に心理教育,セルフモニタリング,リラクセーション法,2週目には痛みに対する破局的思考と感情,日常生活支障度との関連の理解と破局的思考の特定に焦点をあてたセッション,そして3週目では痛みに対して適応的な思考への転換を目的としたセッションである。なお,完成したプログラムは,頭痛専門医に内容を確認してもらい,修正点や改善点について議論した。今後は,実際に本プログラムを対象者に実施し,治療プログラムの短期的効果と長期的効果を検討するとともに,それらの効果を先行研究で確認されている他の治療法の効果と比較検討する予定である。
カーボンナノ材料を用いたフォノンダイオードの設計

本年度は、研究計画の時点ではグラフェンシートに対して、フォノンの分散関係および、欠陥を導入した場合の熱コンダクタンスの数値シミュレーションを行う予定であったが、現時点での研究の話題性および重要性から、単層カーボンナノチューブに関する研究を前倒しでおこなった。グラフェンシートについては、カーボンナノチューブの研究後に行う。まず、最初に、格子力学モデルの中の、斎藤らによって提案されたフォースコンスタントモデルを用いて、欠陥のないカーボンナノチューブのフォノンモードの分散関係を求めた。また、熱コンダクタンスを求める際には、ランダウワーの公式を用いるため、透過率の周波数依存性が必要となる。透過率は、フォースコンスタントモデルで得られた時間発展方程式(運動方程式)をもとに数値シミュレーションを実行することで求めることができる。より具体的には、カーボンナノチューブを欠陥領域とその領域の前後の2つの領域、合わせて、3つの領域に分け、欠陥領域の前の領域で弾性波を励起し、欠陥を通過した弾性波がどれだけ欠陥領域の後ろの領域で検出されたかを調べることで得られる。結果として、炭素原子を1個抜くことで得られる格子欠陥を1つだけ導入した場合、入射方向の違いによる熱コンダクタンスの差は、3%程度となり、熱整流器として、あまり実用性は期待できなかった。ここまで計算した時点で明らかになったことだが、使用したフォースコンスタントモデルは、得られた分散関係を見ると、たわみモードの分散関係が十分記述されなかった。この部分を修正したMahanらによって提案されたフォースコンスタントモデルを用いて、分散関係を計算した。得られた結果は、たわみモードも低周波数領域で、たわみモードが正確に記述できており、今後はこのモデルを用いて、熱コンダクタンスの計算および解析を続行する。[研究実績の概要]でも示したように、カーボンナノチューブにおけるフォノンモードおよび熱コンダクタンスの計算の際に使用したモデルに不都合が生じていることがわかり、その不都合を修正したMahanらが提案したモデルを用いて、計算をやり直している状況であるため。また、研究の話題性および重要性から、当初、グラフェンシートに対して、フォノンの分散関係および、欠陥を導入した場合の熱コンダクタンスの数値シミュレーションを行う予定であったが、現時点での研究の話題性および重要性から、単層カーボンナノチューブに関する研究を前倒しでおこなったため。今後は、現在行っているMahanらが提案したモデルを用いての熱コンダクタンスの再計算を継続して行う。カーボンナノチューブにおいては、欠陥の並べ方、個数、欠陥を構成する原子数、および、カイラリティに対して自由度を持つので、これらのパラメータを系統的に変えながら、熱伝導特性を詳細に調べる。この場合、熱流に対する整流効果が現れるかどうかを検討し、効果が現れた場合には上記のパラメータに対して最適化を行い、欠陥を有するカーボンナノチューブからなるフォノンダイオードの高効率化を図る。さらに、欠陥を1列に周期的に並べた構造をもつグラフェンシートについて、解析および数値シミュレーションを行い、熱伝導特性を明らかにする。具体的には、欠陥間の間隔および1つの欠陥を構成する原子の数を系統的に変化させて、その熱コンダクタンスの違いを明らかにする。さらに、熱流に対する整流効果が現れるかどうかを検討し、効果が現れた場合には上記のパラメータに対して最適化を行い、周期的境界条件を課した無限系からなるフォノンダイオードの高効率化を図る。

また、研究の話題性および重要性から、当初、グラフェンシートに対して、フォノンの分散関係および、欠陥を導入した場合の熱コンダクタンスの数値シミュレーションを行う予定であったが、現時点での研究の話題性および重要性から、単層カーボンナノチューブに関する研究を前倒しでおこなったため。今後は、現在行っているMahanらが提案したモデルを用いての熱コンダクタンスの再計算を継続して行う。カーボンナノチューブにおいては、欠陥の並べ方、個数、欠陥を構成する原子数、および、カイラリティに対して自由度を持つので、これらのパラメータを系統的に変えながら、熱伝導特性を詳細に調べる。この場合、熱流に対する整流効果が現れるかどうかを検討し、効果が現れた場合には上記のパラメータに対して最適化を行い、欠陥を有するカーボンナノチューブからなるフォノンダイオードの高効率化を図る。さらに、欠陥を1列に周期的に並べた構造をもつグラフェンシートについて、解析および数値シミュレーションを行い、熱伝導特性を明らかにする。具体的には、欠陥間の間隔および1つの欠陥を構成する原子の数を系統的に変化させて、その熱コンダクタンスの違いを明らかにする。さらに、熱流に対する整流効果が現れるかどうかを検討し、効果が現れた場合には上記のパラメータに対して最適化を行い、周期的境界条件を課した無限系からなるフォノンダイオードの高効率化を図る。計画予定より、進捗状況が遅れているため、学会参加および論文発表が制限されてしまったため。本年度使用できなかった助成金は、論文等の投稿料に充てるつもりである。また、次年度の助成金は、申請時の計画通りに使用する予定である。
異常横磁界効果を利用した高温超伝導テープ線の遮蔽電流磁化の消去法の検討

高温超伝導テープ線材を用いたレイヤー巻きコイルおよびパンケーキコイルにおいて、付与した消磁コイルにより微小な交流磁界を印加することにより、異常横磁界効果に基づいてテープ幅広面内に誘起された遮蔽電流を除去可能なことを実証した。また、実規模サイズの核磁気共鳴用高温超伝導インサートコイルにおいても、高温超伝導テープ巻線に誘起された遮蔽電流が、微小な外部交流磁界の印加により低減可能なことを確認した。高温超伝導テープ線を巻いたコイルを励磁すると、各ターン自身に流れる通電電流による自己磁界だけでなく、他のターンに流れる電流が作る外部磁界にも巻線がさらされ、これらの磁界の重ね合わせによりテープ幅方向の電流分布は不均一となる。このテープ幅方向の電流分布の不均一性に起因して、コイル中心部の磁界の不均一性も非常に大きくなる。そこで、異常横磁界効果を利用した新しい電流分布均一化法を提案した。異常横磁界効果は、直流磁化に対して垂直に外部交流磁界を印加すると直流磁化が緩和する現象であり、高温超伝導コイルの周囲に銅コイルを別途付与して中心到達磁界よりも大きな交流電流を通電することで、一定時間の経過後にテープ幅方向の電流分布を均一化できることを理論的に明らかとした。次に、提案手法の妥当性を検証するために、市販の高温超伝導テープ線材の幅広面に垂直に外部直流磁界を印加した状態で、テープ幅広面に平行に外部交流磁界を印加した際の直流磁化の緩和の様子をホール素子により計測した。試料線材は大気圧下の液体窒素中で浸漬冷却した。その結果、一定の振幅の外部交流磁界を印加すると、直流磁化の大きさは時間とともに減少していき、やがて一定値に飽和することがわかった。つまり、異常横磁界効果が有効に作用していることがわかった。そこで、印加する外部交流磁界の振幅を大きくしていくと、中心到達磁界に相当する磁界振幅以上で直流磁化は時間とともに指数関数的に減少していき、やがてゼロとなることがわかった。また、印加する外部交流磁界の振幅が大きいほど、直流磁化の減少速度が早くなることもわかった。実規模サイズのNMR(核磁気共鳴)マグネットの一部を構成する巻線に用いたテープ線材に誘起された遮蔽電流による磁化の効果的な除去が可能かどうかを検証するために、過去に製作された500 MHz NMR用LTS(低温超伝導)インサートを置き換えるためのHTS(高温超伝導)インサートを設計した。HTSインサート用の線材としてRE(希土類)系HTS薄膜導体を想定し、励磁後に巻線内に誘起される遮蔽電流を除去するための補償コイルも設計した。補償コイルは、銅製の平角導体を2層巻いたものをHTSインサートの内外に同軸配置する構成とした。RE系薄膜導体における臨界電流の磁界強度・印加角度依存性に基づいて、HTSインサート内の臨界電流分布を評価し、遮蔽電流の除去に必要な交流磁界振幅を発生する銅補償コイルの諸元を決定した。また、巻線の一部が熱暴走に至った場合の一定時間内の最大許容温度の観点から、RE系薄膜導体に必要となる安定化銅の厚さも見積った。その結果、設計した銅補償コイルにより振幅0.1 Tの交流磁界を発生すると、液体ヘリウム中で約100 Wのジュール発熱が生じることがわかった。次に、NMRマグネットにおいて貴重なボア空間を有効活用し、かつ液体ヘリウム中での発熱を抑制するために、RE系薄膜導体を巻線した補償コイルをHTSインサートの外側のみに配置する構成について検討した。HTS補償コイルが発生する交流磁界の均一性を可能な限り確保するために、1層巻きの外側に2層目を部分的に巻いたノッチ付き構造を採用した。大口径の超伝導マグネットを励減磁することにより予めHTSインサートに遮蔽電流を誘起し、コイル中心部における遮蔽電流磁界の時間変化を観測した。その結果、HTS補償コイルを用いてHTSインサートに交流磁界を印加することにより、遮蔽電流磁界が時間とともに指数関数的に減少することを確認した。高温超伝導テープ線材を巻いたパンケーキコイルにおける遮蔽電流磁化の消去法について検討した。まず、市販の高温超伝導テープ線材を用いて積層型パンケーキコイルを設計・製作した。その巻線方法として、ジョイントレスダブルパンケーキコイル巻きを採用した。その後、テープ線材の長手方向に微小交流磁界を印加するために、製作した高温超伝導コイルの周囲にトロイド型消磁コイルを銅線により巻線した。これら試料コイル全体を液体窒素中に浸漬し、高温超伝導コイルが作る中心磁界の時間変化を極低温用ホール素子により計測した。まず、高温超伝導コイルをある一定の通電電流まで励磁して保持した後、振幅の異なる一定の交流電流をトロイド型消磁コイルに通電した。

その結果、中心磁界は時間とともにわずかに増加した後にほぼ一定となった。また、電流振幅が比較的大きい場合、交流磁界印加後の中心磁界はほぼ一定値に飽和した。この最大飽和値との差分を遮蔽電流磁界として片対数プロットすると、電流振幅が比較的大きい場合は、時間に関して上に凸な曲線となり、やがてゼロに漸近した。一方、電流振幅が比較的小さい場合は下に凸となり、最終的に有限な値に漸近した。次に、高温超伝導コイルの通電電流を繰り返し励減磁する一連の過程における中心磁界を計測した。その結果、交流磁界を印加しない場合はヒステリシスな曲線となり、遮蔽電流の影響を無視できないことがわかった。一方、高温超伝導コイルの通電電流を保持した後、振幅および周波数が一定の交流磁界を短時間だけ印加すると、ヒステリシスが消滅した。以上のことから、高温超伝導コイルの周方向に微小交流磁界を印加して遮蔽電流を低減する方法の妥当性が検証できた。26年度が最終年度であるため、記入しない。超伝導工学26年度が最終年度であるため、記入しない。高温超伝導テープ線を巻いたコイルを単に励磁した際に生じる中心磁界の不均一性を除去するために、交流磁界を印加する銅コイルを別途付与することで異常横磁界効果により中心磁界の均一性を確保できることを理論的に明らかとした。また、液体窒素中で実施した一連の実験結果より、提案手法の妥当性を検証することができた。実規模サイズのNMRマグネットにHTSテープ線材を使用した際に誘起される遮蔽電流磁化を提案手法により除去可能かどうかを検証した。その結果、銅補償コイルでは多少の発熱が予想されるが、十分許容できる値であることを明らかとした。また、HTS補償コイルを用いた新構成の補償コイルも提案し、遮蔽電流磁化を低減可能なことを実験的に明らかとした。異常横磁界効果に基づいて高温超伝導テープ線内に生じた電流分布の不均一性を取り除くことができることを理論的および実験的に明らかにしたので、当初の計画に従って着実に研究を推進していく。実規模サイズのNMRマグネットにおいてもHTSテープ線材に誘起された遮蔽電流による磁化を提案手法により除去可能なことを明らかにしたので、当初の計画に従って着実に研究を推進していく。当初の計画に従った着実な研究の進展により、多少節約した助成金の使用状況を達成することができた。次年度以降も当初の計画に従って研究を進展することにより、研究費に見合った研究成果を着実に挙げていく予定である。次年度についても、当初の計画に従って研究を進展することにより、研究費に見合った研究成果を着実に挙げていく予定である。
精子細胞膜マイクロドメインの解析による精子と卵の相互作用に関する新しい理論構築

各種組織由来の細胞膜にはスフィンゴ糖脂質やコレステロールに富み,GPIアンカー型をはじめとするさまざまな膜結合型タンパク質を含むマイクロドメインが存在することが明らかとなっている。そのマイクロドメインは細胞内でのタンパク質輸送やシグナル伝達の場としてだけでなく,それを介した細胞間相互作用でも機能していると考えられている。精子細胞膜にマイクロドメインが存在し,それが精子と卵の相互作用で機能している可能性を見いだすことを目的として研究を行った。まず,マウス精巣上体尾部精子を1%トリトンX-100で抽出し,ショ糖密度勾配遠心にょらて低密度の界面活性剤不溶性膜(マイクロドメイン)画分を調製した。すでに作製して精子膜タンパク質ADAM2とADAM3やGPIアンカータンパク質TESP5とPH20などに対する抗体を用いて,マイクロドメイン画分のウエスタンブロット分析を行い,上記タンパク質が精子マイクロドメインに存在していることを明らかにした。これらのタンパク質は精子の卵丘細胞層通過や卵子透明帯通過,および透明帯結合で機能していると考えられており,マイクロドメイン自体が機能ドメインであると判断することもできる。事実,精巣上体精子のマイクロドメインが受精能獲得にしたがって精子赤道部から先体部へと徐々に移動していた。また,精子の卵透明帯通過に関与すると考えられるTESP5も,大部分が活性型としてマイクロドメインに存在していた。次いで,精子マイクロドメイン上にあるタンパク質複合体を上記の抗体を用いて単離することを試みたが,明確な結果を得ることができなかった。おそらく,強固な複合体が形成されており,抗体のエピトープをマスクしている可能性があると考えられる。精子細胞膜にマイクロドメインが存在し,それが精子と卵の相互作用で機能している可能性を見いだすことを目的として研究を行い,以下のような結果を得ることができた。1.マウス精巣上体尾部精子を1%トリトンX-100中で抽出した後にショ糖密度勾配遠心を行い,低密度の界面活性剤不溶性膜(マイクロドメイン)画分を調整し,SDSポリアクリルアミド電気泳動後のウエスタンブロット分析を行った。精子アクロソーム中に局在するアクロシンやsp32はトリトンX-100可溶性画分に見いだされたが,膜タンパク質であるADAM2やADAM3では一部が,またGPIアンカータンパク質であるPH20はすべてがマイクロドメインに存在していることが明確となった。2.精子の受精能獲得前後でのマイクロドメインの変化を調べ,受精能獲得にしたがいマイクロドメインが精子赤道部から先体部へと徐々に移行することも明らかとなった。3.精子の卵透明帯通過に関与すると考えられるTESP5も,大部分が活性型としてマイクロドメインに存在していた。以上の結果から,精子マイクロドメインに含まれるタンパク質を同定できたが,今後はこれら個々のタンパク質がどのようにクラスターを形成しているかについて調べていきたい。
魚類始原生殖細胞の細胞工学的改変による育種技術の開発

本研究は、細胞工学的育種を魚類へ適用することを目的としている。育種の素材として始原生殖細胞(PGCs)に注目し、PGCsに対する細胞工学的技術の開発を目指した。平成18年度では、以下の項目に重点を置き、研究を行った。1.細胞融合ゼブラフィッシュの受精卵にGFP-nos1 3'UTR mRNAを顕微注入し、PGCsを可視化した。10体節期の胚細胞を解離し、電気細胞融合装置による融合実験に供した。蛍光顕微鏡下で、GFP-PGCsと胚細胞との融合を試みた。その結果、細胞同士を融合させることは可能であったが、操作直後に破裂し機能的な融合細胞を得るととが出来なかった。一方、キンギョの胚細胞では生存性の融合細胞が得られることから、魚種による胚細胞の性状の違いが融合条件に影響を与えていると考えられる。いずれにせよ、胚細胞のPGCsの数は極めて少なく、大量に調整した細胞をランダムに融合させその中から融合したPGCsだけを選択する、といった操作は出来なかった。セルソーターによりPGCsを分取しても数千個レベルの濃縮が限度であり、効率的な細胞融合は困難であった。2.移動能力を失った生殖系列細胞への移動能の付加細胞融合技術は効率的に個体を改変できる、極めて重要な技術である。今後は、大量に増殖できる生殖系列の培養細胞株を用いて融合実験を行うことで、本研究が明らかにした手法上の問題を克服できると考えられる。しかし、培養した生殖系列細胞は移動能力が極めて低く、移植による生殖系列キメラの作出は困難である。そこで本研究では、生殖腺への移動に重要な役割を果たしているcxcr4に注目し、この因子により移動能力を失った細胞に移動能力を付加する方法を考えた。生殖系列細胞でcxcr4を強制発現させるために、cxcr4-nos1 3'UTRコンストラクトを作製した。具体的には、育種の素材として始原生殖細胞(PGCs)に注目し、PGCsに対する細胞工学的技術の開発を目指している。平成17年度では、以下の項目に重点を置き、研究を行った。1、機能的なPGCsを大量に分取する手法の開発(1)PGCs分取法の確立ひとつの胚に含まれるPGCsは極めて少ない。そこで、PGCsを解析し操作するために、これらの細胞を濃縮し純化する必要がある。ゼブラフィッシュ、キンギョ、ドジョウのPGCsをGFP-nos1 3'UTR mRNAの顕微注入により標識し、セルソーターを用いての大量分取技術の開発を行った。その結果、純度98%以上の割合でPGCsを精製することができた。(2)大量に調整したPGCsの機能解析一般的に、大量分取した細胞はダメージにより細胸機能を失う場合が多いことが知られている。そこで、分取したPGCsを他胚へ移植することにより、移動能が保持されているか否かの検討を行った。その結果、分取・移植したPGCsも宿主の生殖巣へと移動したことから、これらのPGCsは完全な細胞機能が保持されていることが明らかとなった。このことは、本研究で確立したPGCs分取条件が適切であったことを示している。2、PGCsに関する基礎的知見の集積キンギョの様々な発生段階のPGCsを単離し、胞胚期宿主胚に移植することにより、PGCsの移動能と発生段階との関係を詳細に調べた。その結果、PGCsの移動能はPGCsに内在する要因によって制御されていることが明らかとなった。このような知見に関しては現在までどの動物種においても報告はない。この結果は、現在、投稿準備中である。

そこで本研究では、生殖腺への移動に重要な役割を果たしているcxcr4に注目し、この因子により移動能力を失った細胞に移動能力を付加する方法を考えた。生殖系列細胞でcxcr4を強制発現させるために、cxcr4-nos1 3'UTRコンストラクトを作製した。
ウルツ鉱型ZnOスペーサを持つMTJの作製と電界によるMRの制御に関する研究

本研究の目的は非中心対称性を持つウルツ鉱型ZnO膜に発現する自発分極を利用して、ウルツ鉱型ZnO系スペーサを持つMTJ(磁気トンネル接合)素子における外部低電界によるTMR(トンネル磁気抵抗)制御の実現である。このように低電界印加によるTMR制御が可能となれば、メモリの1つのセルで多値状態を実現することができるようになり、不揮発磁気記録デバイスであるMRAMの記録密度が向上されることが期待される。平成26年度は特別研究員として実施した研究活動と実績を以下のようにまとめた。1. c-Al_2O_3/Pt/CoPt/ZnMgO(7nm)/Co/IrMn/Ru構造を持つMTJ試料を作製した。微細化技術を用いたMTJ素子の作製を行い、4端子法で室温(300K)と低温(5K)でTMRの評価を行った。評価の成果は、再現性良く2535%のTMRの観測ができており、今まで未だ報告されていない強磁性金属/酸化亜鉛系トンネル薄膜/強磁性金属の接合に於けるTMRの実現に成功した。2.これに加えて、MgZnOトンネルバリアに於いて抵抗スイッチング効果の確認ができた。これは360Kから2Kまで±1V印加中冷却方法を用いて検討した。観測したトンネル抵抗変化率の最大値が360%であり、温度依存性と数式的な見積りから成膜したMgZnO薄膜はを強誘電体的な振舞いを持つと明かになった(分極2.5μC/cm2)。3.作製したZnMgO-MTJでは+1Vと-1Vの印加で発生した低抵抗と高抵抗状態で、つまり電気分極の反転により、TMR(2K)がそれぞれ4%と35%と観測した。その結果、電界と磁場の制御により、MgドープZnO-MTJのTMRを制御して4値状態を持つ不揮発的な磁気記録デバイスの検証ができた。このデバイス重要な利点は室温を越える下部の磁性層のTcと、低いバリア(MgZnO)の成膜温度(400°C)を有するので、かなり他の4値状態-MTJデバイスよりもCMOS技術に準拠となっている。分子線エピタクシャル法とスパッタ法を利用して最適化されたZnMgOトンネルバリアMTJの作製に成功した。更に、期待通りにMgZnOトンネルバリアの抵抗スイッチングと強誘電体の振る舞いが確認できた。大きな成果としては最初に設定した目的となった低電界による4値-TMRの検証に成功した。本研究課題の今後の推進方策は以下のように予定を考えている:1. ZnMgOトンネルバリアMTJで界面の影響を調べるためにZnMgO薄膜の成膜温度を最適化する。ここで、成膜温度を変えてZnMgO薄膜の結晶性と電気特性は主な検討対象となるものである。2. ZnMgOトンネルバリアの影響に関して、ZnMgOの膜厚とMg組成を変更してぞれぞれのZnMgOトンネルバリアMTJの特性への影響を調査する。3.下部の磁性層であるCo-Ptの膜厚を変更してMgZnOの分極反転による磁性特性の変化を調べる。4.動作温度を室温まで改善するためにはCo-Pt/MgZnO界面の特性を調べる必要がある。本研究の目的は非中心対称性を持つウルツ鉱型ZnO膜に発現する自発分極を利用して、ウルツ鉱型ZnO系スペーサを持つMTJ(磁気トンネル接合)素子における外部低電界によるMR(磁気抵抗)制御の実現である。このように低電界印加によるMR制御が可能となれば、メモリの1つのセルで多値状態を実現することができるようになり、不揮発磁気記録デバイスであるMRAMの記録密度が向上されることが期待される。平成25年度では特別研究員として実施した研究活動と実績を以下のようにまとめた。1. MTI素子のスペーサとなるウルツ鉱型ZnOに関して格子不整合の比較的小さいCo_<0.3>Pt_<0.7>薄膜上にMBE(分子線エピタクシャル)法を用いて良質な薄膜を作製することに成功した。ZnO結晶が自発分極を有するc軸配向を保ちながら下部磁気電極の磁化の悪化がされていないことが確認できた。2.ウルツ鉱型ZnO膜がトンネル層の役割を果たすためには高抵抗率が必要となるので、ZnO結晶へのMgドープによりMgとZnイオン半径の差を利用した高抵抗率の実現を達成した。Co_<0.3>Pt_<0.7>薄膜上のウルツ鉱型ZNMgO固溶体の抵抗率が100kΩ. cmまで観測ができており、ウルツ鉱型ZnMgOがMTJのトンネル層として利用することを決定した。3. c-Al_2O_3/Pt/CoPt/ZnMgO (7nm)/Co/Ru構造を持つMTJ試料を作製した。微細化技術を用いたMTJ素子の作製を行い、4端子法で室温(300K)と低温(5K)で磁界印加中MRの評価を行った。評価の成果は、再現性良く36%の磁気抵抗の観測ができており、今まで未だ報告されていない強磁性金属/酸化亜鉛系トンネル薄膜/強磁性金属の合に於ける磁気抵の実に成功した。