hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
幹細胞から神経・グリアへの分化機構解明

神経幹細胞発生における神経・グリア細胞分化のスイッチングの分子機構を解明するために、転写因子であるCoup-TFI/IIの下流および平行して機能している遺伝子の探索を行った。その結果、1)Coup-TFI/IIの下流でその発現が抑制されるmiRNAの1ファミリーであるmiR-17/106が、その機能標的遺伝子の1つであるp38MAP-Kinaseの発現抑制を介して神経・グリア細胞分化のスイッチングに主要な役割を果たしていることを見出した。2)miR-153がグリア分化に必須である転写因子NFIA/Bの発現制御を通して神経幹細胞のグリアへの分化のタイミング制御に寄与していることが明らにした。マウス胎仔期の神経幹細胞において、Coup-TFI/II等の転写因子がその下流遺伝子の発現をどのように調節し、時期依存的な神経・グリア細胞分化のスイッチングや神経細胞のサブタイプ形成を制御しているかを解明することを目的として、これまで、マウスES細胞分化系を利用したCoup-TFI/IIの遺伝子ノックダウン実験とDNAマイクロアレイによる包括的遺伝子発現解析を行った。その結果、発生後期のグリアへの分化能を持つ神経幹細胞よりも初期のグリアへの分化能をまだ獲得していない神経幹細胞での発現が有意(>2倍)に高く、Coup-TFI/IIの下流で発現が抑制される遺伝子群を多数同定することができた。次に、抗Coup-TFI/II抗体を用いたChIP-Seq解析により発生初期型の神経幹細胞中でCoup-TFI/IIが結合しているゲノム部位も解析した。その結果、Coup-TFI/IIの下流標的遺伝子の候補の絞り込みがある程度できた。そこで、マウスES細胞分化系を用いた機能解析、すなわち、初期型神経幹細胞および後期型神経幹細胞におけるレンチウイルスベクターを用いた候補遺伝子のノックダウンおよび強制発現を行い、それらの時系列特異的なニューロンおよびグリアへの分化能をin vitroで検定するスクリーニングを行って、さらなる絞り込みをした。マウス胎仔期の神経幹細胞において、Coup-TFI/II等の転写因子がその下流遺伝子の発現をどのように調節し、時期依存的な神経・グリア細胞分化のスイッチングや神経細胞のサブタイプ形成を制御しているかを解明することを目的として、Coup-TFI/IIの下流遺伝子の候補のマウスES細胞分化系を用いた機能解析、すなわち、初期型神経幹細胞および後期型神経幹細胞におけるレンチウイルスベクターを用いた候補遺伝子のノックダウンおよび強制発現を行った。その結果、複数のmiRNAがCoup-TFI/IIの下流で神経・グリア細胞分化のスイッチングに関与していることを見出した。具体的には、これらの強制発現によって、神経・グリア細胞分化のスイッチングが阻害され、Tough Decoyベクターシステムを用いた機能阻害によって、初期型神経幹細胞におけるグリアの早期分化が起きた。さらに、これらのうちの1つは、グリア分化誘導因子の1つであり、発生期の中枢神経系におけるグリア分化の時期を制御していると考えられているNFIAの強制発現によって、その発現が抑制された。これらの結果は、神経幹細胞の時期依存的な分化能制御のうち、神経・グリア細胞分化のスイッチングに関しては、複数の転写因子とmiRNAが協調的に制御していることを示している。本研究では、哺乳類神経幹細胞において、Coup-TFI/II等の転写因子がその下流遺伝子の発現をどのように調節し、時期依存的な神経・グリア細胞分化のスイッチングや神経細胞のサブタイプ形成を制御しているかを解明することを目的として行われている。これまで、Coup-TFI/IIの下流で発現が抑制される遺伝子群を多数同定、機能スクリーニングを行った結果、複数のmicroRNA (miRNA)がCoup-TFI/IIの下流で神経・グリア細胞分化のスイッチングに関与していることを見出した。さらに、これらのうち、同じファミリーmiRNAで、共通の標的認識配列を持つmiR-17, 106bに関してはその機能標的遺伝子の1つがp38MAP-Kinaseであることを見出した。すなわち、p38を強制発現させると初期型神経幹細胞におけるグリアの早期分化が起き、特異的阻害剤やshRNAによる遺伝子ノックダウンによる機能阻害によって、高い神経分化能が維持された。そして驚いたことに、グリアへの分化傾向が極度に高まった後期型神経幹細胞にmiR-17を強制発現させると、初期型にように高い神経分化能示し、p38の機能阻害でも同様の表現型が見られた。尚、神経幹細胞におけるmiR-17/106bの発現は発生初期で高く、発生が進むにしたがって低下していくのに対して、p38のタンパク質レベルはその逆のパターンを示した。

これらのことは、Coup-TFI/IIの下流で、miR-17/106b-p38系による制御が神経・グリア細胞分化のスイッチングに主要な役割を果たしていることを示している。本研究は、哺乳類神経幹細胞(NSC)において、Coup-TFI/II等の転写因子がその下流遺伝子の発現をどのように調節し、時期依存的な分化能変化を制御しているかを解明することを目的として行われてきた。Coup-TFI/IIやグリア分化調節因子の1つである転写因子Nuclear Factor I A(NFIA)の下流で神経・グリア細胞分化のスイッチングに関与している遺伝子を探索してきた結果、新たに3つのマイクロRNA(miR-124、153、および219)がNSCsにおける神経・グリア細胞分化のスイッチングに関与していることを見出した。そして、これらのうちmiR-153は、NSCsを含む未分化細胞においては、発生初期の神経新生期で高発現し、成体に至るまで神経新生を活発に行っている外側基底核原基を除くほとんどの中枢神経系の領域で胎生中期以降急激のその発現が低下するが、マウス胎仔大脳皮質に強制発現させると、アストロサイトへの分化が抑制された。続いて、バイオインフォマティクスやDNAマイクロアレイ解析による遺伝子発現プロファイリングによる探索によりmiR-153の標的遺伝子候補を絞り込み、それらの3'UTRのレポーターアッセイと、マウスES細胞分化系を用いた機能解析を行ったところ、NFIAとNFIBを標的としてそれらの発現を抑制することを見出した。さらに、マウス胎仔大脳皮質に強制発現させるとNFIAおよびNFIBタンパク質の発現が低下し、逆にmiR-153に特異的に結合する2本鎖の2'-O-Methyl RNAを利用した機能阻害を行うと、NFIAおよびNFIBタンパク質の発現が亢進し、アストロサイト分化が促進された。これらのことから、miR-153はNFIA/Bタンパク質の発現制御を通してグリア分化のタイミング制御に寄与していることが明らかとなった。本研究では、哺乳類神経幹細胞において、Coup-TFI/II等の転写因子がその下流遺伝子の発現をどのように調節し、時期依存的な神経・グリア細胞分化のスイッチングや神経細胞のサブタイプ形成を制御しているかを解明することを目的として行われている。これまで、Coup-TFI/IIの下流で発現が抑制される遺伝子群を多数同定すし、抗Coup-TFI/II抗体を用いたChIP-Seq解析により発生初期型の神経幹細胞中でCoup-TFI/IIが結合しているゲノム部位も解析し、Coup-TFI/IIの下流標的遺伝子の候補の絞り込みを行った後、マウスES細胞分化系を用いた機能解析、すなわち、発生初期型神経幹細胞および後期型神経幹細胞におけるレンチウイルスベクターを用いた候補遺伝子のノックダウンおよび強制発現を行い、それらの時系列特異的なニューロンおよびグリアへの分化能をin vitroで検定するスクリーニングを行った。その結果、複数のmicroRNA(miRNA)(miR-17, 106b, 124, 153, 219)がCoup-TFI/IIの下流で神経・グリア細胞分化のスイッチングに関与していることを見出した。
嗅神経細胞の再生医療

嗅上皮再生過程における嗅神経細胞の分化、増殖、成熟には様々な転写因子や神経栄養因子が関与している。そこで、神経栄養因子を局所投与(点鼻)することによる嗅上皮再生促進効果を検討し、成果を論文にて発表した。神経栄養因子としてはFGF (fibroblast growth factor)、IGF1 (insulin-like growthfactor-1)を用い、局所投与においては徐放性に優れたゼラチンベースのハイドロゲルを用いた。【方法】ICRマウス(7か月齢)に抗甲状腺薬メチマゾールの腹腔内投与を行い、嗅上皮傷害モデルを作成した。メチマゾール投与後3日目に、FGF2またはIGF1を徐放用ハイドロゲルに含浸させ経鼻投与した。コントロール群には生食を用いた。局所投与は1回のみで、片側(右側)鼻腔に行った。メチマゾール投与後18日目に嗅上皮を採取し、嗅球を通る冠状断で鼻腔の薄切標本を作製した。免疫染色を行い、生食点鼻群、FGF2点鼻群、IGF1点鼻群における嗅上皮の厚さ、成熟嗅神経細胞数、幼若な嗅神経細胞数の比較を行った。なお、測定は個体ごとに鼻腔の同側嗅上皮の任意の3点で行った。点鼻は片側鼻腔に行ったが、全ての群で両側鼻腔の成熟嗅神経細胞数、上皮の厚さに有意な差を認めなかった。FGF2点鼻群、IGF1点鼻群間では、いずれの項目においても有意差を認めなかった。論文発表にて、成果を広く認知することができている。神経栄養因子(FGF2, IGF1)を高齢マウスの傷害嗅上皮へ経鼻的に投与することにより、基底細胞の増殖を促進し、未分化な嗅神経細胞から成熟した嗅神経細胞への分化を促進させる可能性が示唆された。徐放用ハイドロゲルの使用により、持続的な効果が確認された。FGF2およびIGF1は他領域の再生医療において既に臨床応用されている。傷害された嗅上皮の再生を促進するという意味で、嗅覚障害の治療薬の有力な候補と考えられた。経鼻投与は外来耳鼻咽喉科において容易に行えると考えられ、また局所徐放剤のため全身副作用の懸念も少ない。臨床応用のためにこの成果が生かされるよう何らかの働きかけをすべきである。神経栄養因子/細胞増殖因子をマウスの嗅上皮障害後に局所投与し、コントロール群と嗅上皮の組織学的な改善度、および嗅覚行動の改善を検討した。嗅上皮傷害モデルとしてはまず6週齢相当の雄ICRマウスを使用した。チアマゾール腹腔内投与による嗅上皮傷害後、4日目に鼻腔にbFGF(basic fibroblast growth factor)単独、IGF-I(insulin like growth factor type1)単独、NGF(nerve growth factor、BDNF(brain derived nerve growth factor)およびそれらの混合を点鼻した。各神経栄養因子はハイドロゲルに浸し点鼻を行った。チアマゾール傷害後11日、18日、25日後の組織を採取した。その結果、いずれの群においても嗅上皮の基底細胞、未熟な嗅神経細胞、成熟嗅神経細胞とも、組織学的な改善を認めなかった。嗅覚行動においても有意な差を認めなかった。嗅覚行動実験においては、実現性・再現性に乏しく検討の余地が見られた。続いて高齢マウスに対するbFGF点鼻を行った。以前の当科の研究とは異なり、神経栄養因子はハイドロゲルに浸して点鼻を行った。点鼻後14日、21日、28日の組織を採取した。その結果、いずれの群においても未熟な嗅神経細胞の個数が有意に増加していた。以前の当科における研究と同じ結果となった。以前の当科の研究が1日2回の連日点鼻であったのに対し、ハイドロゲルに浸した神経栄養因子の点鼻は単回投与であり、ハイドロゲルの徐放能の有用性が示された。若齢マウスのチアマゾール傷害モデルマウス、高齢マウスともに研究が終了しており、概ね順調、あるいは当初の計画以上に進展している。7か月齢の高齢マウスを作成し、嗅上皮障害後に神経栄養因子/細胞増殖因子を局所投与し、コントロール群と嗅上皮の組織学的な改善度、および嗅覚行動の改善を検討した。チアマゾール腹腔内投与による嗅上皮傷害後、4日目に鼻腔にbFGF(basic fibroblast growth factor、フィブラスト)単独、IGF-I(insulin like growthfactor type 1、ソマゾン)単独、およびそれらの混合を点鼻した。我々の以前の嗅上皮のマイクロアレイ解析にて、チアマゾール傷害後1週間以内にこれら神経栄養因子の発現上昇が認められたため、1週間以内にこれらの因子を補充することが有効と考えられた。各神経栄養因子は既に市販されている薬品を用い、濃度は、添付文書通りに配合したものを用いた。チアマゾール傷害後11日、18日、25日後の嗅上皮組織を採取した。その結果、18日目、25日目の群においても嗅上皮の厚さ、成熟嗅神経細胞に、組織学的な改善を認めた。嗅覚行動においては有意な差を認めなかった。

嗅覚行動実験はBuried Food Test(空腹にしたマウスに、チップに埋もれたエサを探索させる)やバニリンの嗜好性を利用した飲水テスト(飲水量の差を検討)、油のにおいによる嗅行動回数の比較試験等検討したが、いずれも実現性・再現性に乏しく検討の余地が見られた。高齢マウスに対する点鼻において、実施手技が個人の感覚によるものが大きいが、一定の量が入れば安定した効果が得られると考えられた。少なくとも組織学的な改善効果を示すことができたため。嗅上皮再生過程における嗅神経細胞の分化、増殖、成熟には様々な転写因子や神経栄養因子が関与している。そこで、神経栄養因子を局所投与(点鼻)することによる嗅上皮再生促進効果を検討し、成果を論文にて発表した。神経栄養因子としてはFGF (fibroblast growth factor)、IGF1 (insulin-like growthfactor-1)を用い、局所投与においては徐放性に優れたゼラチンベースのハイドロゲルを用いた。【方法】ICRマウス(7か月齢)に抗甲状腺薬メチマゾールの腹腔内投与を行い、嗅上皮傷害モデルを作成した。メチマゾール投与後3日目に、FGF2またはIGF1を徐放用ハイドロゲルに含浸させ経鼻投与した。コントロール群には生食を用いた。局所投与は1回のみで、片側(右側)鼻腔に行った。メチマゾール投与後18日目に嗅上皮を採取し、嗅球を通る冠状断で鼻腔の薄切標本を作製した。免疫染色を行い、生食点鼻群、FGF2点鼻群、IGF1点鼻群における嗅上皮の厚さ、成熟嗅神経細胞数、幼若な嗅神経細胞数の比較を行った。なお、測定は個体ごとに鼻腔の同側嗅上皮の任意の3点で行った。点鼻は片側鼻腔に行ったが、全ての群で両側鼻腔の成熟嗅神経細胞数、上皮の厚さに有意な差を認めなかった。FGF2点鼻群、IGF1点鼻群間では、いずれの項目においても有意差を認めなかった。論文発表にて、成果を広く認知することができている。高齢のチアマゾール傷害モデルについても検討を行うとともに、余裕があればNGF、BDNFなどの他の神経栄養因子、あるいはそれらの組み合わせについても検討を行う。組織学的に効果が認められた場合、嗅覚行動実験についても検討を行い、嗅覚行動について確立できるようにする。ハイドロゲルに浸した神経栄養因子の濃度依存性の効果の検討。嗅覚行動実験については、再検討の余地がある。点鼻の統一した手技の確立神経栄養因子(FGF2, IGF1)を高齢マウスの傷害嗅上皮へ経鼻的に投与することにより、基底細胞の増殖を促進し、未分化な嗅神経細胞から成熟した嗅神経細胞への分化を促進させる可能性が示唆された。徐放用ハイドロゲルの使用により、持続的な効果が確認された。FGF2およびIGF1は他領域の再生医療において既に臨床応用されている。傷害された嗅上皮の再生を促進するという意味で、嗅覚障害の治療薬の有力な候補と考えられた。経鼻投与は外来耳鼻咽喉科において容易に行えると考えられ、また局所徐放剤のため全身副作用の懸念も少ない。臨床応用のためにこの成果が生かされるよう何らかの働きかけをすべきである。
触読し易い浮き出し文字の表示法の確立

本研究は,浮き出し文字の触読性に関する客観的な実証データを国内外において収集することを目的として浮き出し文字の触読性の評価実験を行ったものである.本研究の成果として,浮き出し文字の触読性に関する基礎的知見を得ることができた.本研究による触知覚特性の知見は,今後触覚を活用した視覚障害者の為の国内外における関連規格作成の際にも有用な知見となるであろう.本研究では,3つの研究課題を設けている.1つ目の実験(実験I:中途視覚障害者を想定した晴眼若年者及び高齢者を対象とした浮き出し文字の触読性評価実験(日本人))では,浮き出し文字の大きさの条件を絞り込む予備実験を行い,実験条件を絞り込んだ.そのために,実験に必要なテストピースを作製した.作製したテストピースは,必要に応じて研究分担者が所有する「触覚刺激表面形状計測装置(三次元データ形状計測装置)」で形状を確認した.そして,触読中の浮き出し文字に触れる力や触れている間の時間を精度よく計測する装置も作製した.2つ目の実験では(実験II:先天盲視覚障害者を対象とした浮き出し文字の触読性評価実験(日本人))では,研究協力機関である日本点字図書館の協力を得て,先天盲視覚障害者を対象として実験Iと同様の方法で予備実験を実施し,実験Iの結果を踏まえ実験IIの本実験の実験条件を検討した.3つ目の実験(実験III:実験I及び実験IIの結果を踏まえた外国人の晴眼者及び視覚障害者を対象とした浮き出し文字の触読性評価実験)では,実験Iと実験IIの進捗状況を確認しつつ,外国人の被験者を対象とした実験の準備を行った.申請者らは,最優先で標準化の対策が必要であるといわれる視覚障害者への配慮に関するJIS化にこれまで長年関わってきている.しかし,今後急増する中途視覚障害者も含めてより多くの視覚障害者が利用可能である浮き出し文字のIS化に向けて,触読し易い浮き出し文字の実証データが十分ではない.そこで本研究では,浮き出し文字の触読性に関する客観的な実証データを収集することを目的とする.具体的には,実験Iとして中途視覚障害者を想定した晴眼若年者及び晴眼高齢者を対象とした浮き出し文字の触読性評価実験(日本人)を実施する.また,実験IIとして先天盲視覚障害者を対象とした浮き出し文字の触読性評価実験(日本人)を行う.そして,実験IIIとして実験I及び実験IIの結果を踏まえた外国人の晴眼者を対象とした浮き出し文字の触読性評価実験を実施する.平成26年度は,実験Iでは,2年目は1年目の実験結果を整理し,中途視覚障害者にとって触読し易い浮き出し文字を明らかにした.実験IIでは,先天盲視覚障害者を対象とした浮き出し文字の触読性評価実験(日本人)の本実験を実施した.そして実験I・IIの研究成果を学術雑誌で発表した.そして,実験IIIでは日本国内に留学で在籍する学生(若年者)を対象とした予備実験を行うことができた.本年度は,当該領域の学術雑誌に研究成果が掲載され,研究を順調に進めることができた.次年度も研究計画に合わせて着実に研究を推進する予定である.申請者らは,最優先で対策が必要であるといわれる視覚障害者への配慮に関するJIS化にこれまで長年関わってきている.しかし,今後急増する中途視覚障害者も含めてより多くの視覚障害者が利用可能である浮き出し文字のIS化に向けて,触読し易い浮き出し文字の実証データが十分ではない.そこで本研究では,浮き出し文字の触読性に関する客観的な実証データを国内外において収集することを目的とする.実験Iでは,実験Iでは中途視覚障害者を想定した晴眼若年者及び高齢者を対象とした浮き出し文字の触読性を評価した.実験IIでは先天盲視覚障害者を対象とした浮き出し文字の触読性を評価した.実験IIIでは,実験I及び実験IIの結果を踏まえ,外国人の被験者を対象とした浮き出し文字の触読性を評価する実験を行い,浮き出し文字の触読性の国際比較を行った.本研究を通じて得たこれらの結果は,浮き出し文字を設計時や類似の規格を検討する際に有用な知見となるであろう.本研究は,浮き出し文字の触読性に関する客観的な実証データを国内外において収集することを目的として浮き出し文字の触読性の評価実験を行ったものである.本研究の成果として,浮き出し文字の触読性に関する基礎的知見を得ることができた.本研究による触知覚特性の知見は,今後触覚を活用した視覚障害者の為の国内外における関連規格作成の際にも有用な知見となるであろう.平成26年度は,実験I・IIの研究成果を学術雑誌で発表することができた.そして,実験IIIでは日本国内に留学で在籍する学生(若年者)を対象とした予備実験を行うことができた.それ故,研究を順調に進めることができているといえる.27年度が最終年度であるため、記入しない。福祉工学平成27年度は,実験Iは論文を精査し,追実験が必要かどうかを検討する.実験IIでは.先天盲視覚障害者を対象とした浮き出し文字の触読性評価実験を行う.実験IIIは.外国人の晴眼者を対象とした浮き出し文字の触読性評価の本実験を推進する.それぞれの実験がバランスよく進展しているため.27年度が最終年度であるため、記入しない。次年度使用額が生じた理由は,実社会で浮き出し文字が使用されている状況を詳細に実験に反映させるために次年度の実験に使用する提示刺激の実験条件を再考することにしたためである.

改めて次年度の研究計画も照らし合わせて提示刺激を作成する.とにかく,本研究で得られる知見をより広く実社会に還元するために,提示刺激の実験条件を再考することにした.27年度が最終年度であるため、記入しない。初年度はそれぞれの実験の予備実験と実験条件の検討を集中的に行った.2年目は,1年目の知見を踏まえ,各実験を推進する予定である.視覚障害者を対象として浮き出し文字の識別実験を実施する.その際に,今回提示刺激の実験条件を再考したバージョンで実験を行う計画である.27年度が最終年度であるため、記入しない。直接経費次年度使用額に関しては,次年度行う触読実験で用いる提示刺激の作成費として計上する.直接経費次年度使用額364,903円については,次年度行う触読実験で用いる提示刺激の作成費として計上し,有効に活用する.具体的には,実験に必要な浮き出し文字の提示刺激を上半期中に作成する.
CIDP惹起性自己反応性Th17細胞の認識抗原の同定

我々は蛍光ビーズを用いたフローサイトメトリー法により、CIDP患者および健常者における髄液サイトカイン・ケモカインの測定比較を行い、IL-17に加えて、IL-8およびMCP-1の上昇を見出した。この結果からCIDPにおいてIL-8/IL-17系が亢進している可能性が示唆された。一方で一部のCIDP患者ではIL-10の測定感度以下の低下を認め、CIDPにおいてはTh17細胞系の亢進に加えて炎症制御性T細胞系の低下というヘルパーT細胞バランスの破綻が病態に関与している可能性が考えられた。CIDPの末梢血を用いたフローサイトメトリーによる解析にて、無刺激下においてはCIDP患者、健常者ともにTh17細胞を示唆するIL-17産生細胞は認めなかった。細胞内サイトカイン測定においても、IL-17陽性細胞はCIDP患者、健常者ともに認めなかった。しかし、PMAおよびIonomycinでの刺激下での解析では、一部のCIDP患者においてCD4陽性IL-17陽性リンパ球の増加を認め、CIDP患者末梢血においてTh17細胞を同定した。これら結果からTh17細胞がCIDPにおいて存在し、その複雑な病態に寄与している可能性が示唆された。慢性炎症性脱髄性多発根神経炎(CIDP)は慢性、再発性に脱髄、炎症をきたす末梢神経疾患であり、免疫療法の一定の有効性から末梢神経を特異的に標的とした自己免疫的な機序が想定されている。近年、一部の自己免疫疾患ではhelperT細胞のTh1/Th2バランスに加えてTh17細胞の重要性が認識されつつある。本研究はCIDPにおける自己反応性Th17細胞の病態への関与の検討とその認識抗原の同定を目的とした。まず、CIDP症例の髄液におけるTh17サイトカインであるIL-17の測定を行い、対照群との比較において有意な髄液中IL-17の上昇を認めている。この結果からCIDPにおいてもTh17細胞がその病態に関与している可能性が示唆された。さらに、CIDP患者の末梢血単核球のPMA/inonomysinでの刺激を行い、一部の患者においてCD4 (+)、IL-17 (+)、IFNγ(-)細胞の頻度の増加を明らかにした。この結果から一部のCIDPではTh17細胞が病態に関与している可能性が示唆された。今後はこれらの結果と臨床病型、重症度、治療効果などの各種の臨床パラメーターとの相関関係を調べ、CIDPの臨床的および免疫学的なheterogeneityについての検討を行う。CIDPにおけるTh17細胞の認識抗原同定のために、末梢神経の特異的発現蛋白であるPO、PMP22、Claudin19のリコンビナント蛋白および蛋白発現HEK細胞を作製した。現在これらの蛋白および発現細胞を用いてTh17細胞を介したCIDPに特異的な自己免疫応答に関して検討中である。本研究ではCIDPにおけるTh17細胞の病態への関与およびその認識抗原の同定に関する検討を行った。蛍光ビーズを用いたフローサイトメトリー法によるCIDP患者および健常者における髄液サイトカイン・ケモカインの多項目測定およびその比較検討を行い、IL-17に加えて、IL-8およびMCP-1の上昇を見出した。一方、一部のCIDP患者ではIL-10の測定感度以下の低下を認め、CIDPにおいてはTh17細胞系の亢進に加えて炎症制御性T細胞系の低下がみられた。これらの結果からTh17細胞や制御性T細胞などのヘルパーT細胞分画のバランスの破綻が病態に関与している可能性が考えられた。さらにCIDPの末梢血を用いたフローサイトメトリーによる解析を行い、無刺激下においてはCIDP患者、健常者ともにTh17細胞を示唆するIL-17産生細胞は認めなかった。末梢血単核球における細胞内サイトカイン測定においても、IL-17陽性細胞はCIDP患者、健常者ともに認めなかった。しかしPMAおよびIonomycinでの刺激下でのフローサイトメトリーによる解析では、一部のCIDP患者においてCD4陽性IL-17陽性リンパ球の増加を認め、CIDP患者末梢血においてTh17細胞を同定した。
菌根圏生態系における元素移動・生物間相互作用の可視化

植物の根域生態系におけるCおよびNの生物間の受け渡しを細胞・組織・生態レベルで明らかにする新規手法を確立した.細胞・組織レベルでは,安定同位体をトレーサーとして植物との真菌の共生である菌根を用い,樹脂切片法-同位体顕微鏡観察法により元素の流れを解析した.また,土壌微生物間機能解析系は,果樹類白紋羽病の温水処理による抑止現象を用い,菌糸圏土壌細菌作用の関与を明らかにし,環境中のDNAによる菌糸圏細菌群の分析法,分離株による加温処理を組み合わせた発病抑止試験,細胞レベルでの生死判定および抗菌活性試験法を確立した.植物の根域生態系におけるCおよびNの生物間の受け渡しを細胞・組織・生態レベルで明らかにする新規手法を確立した.細胞・組織レベルでは,安定同位体をトレーサーとして植物との真菌の共生である菌根を用い,樹脂切片法-同位体顕微鏡観察法により元素の流れを解析した.また,土壌微生物間機能解析系は,果樹類白紋羽病の温水処理による抑止現象を用い,菌糸圏土壌細菌作用の関与を明らかにし,環境中のDNAによる菌糸圏細菌群の分析法,分離株による加温処理を組み合わせた発病抑止試験,細胞レベルでの生死判定および抗菌活性試験法を確立した.自然界において植物の根は糸状菌との共生器官である菌根を形成している.菌根は,陸上植物とともに共進化したと考えられているもっとも普遍的で,陸上生態系の一次生産の基盤となっている共生である.本研究は,植物を介するCの地球化学的循環に重要な役割をもつ菌根における,糸状菌と植物の異生物間の元素の受け渡し機構を組織・細胞レベルで明らかにすることを目的とした.実験はモデルシステムとして、Cを含む全ての栄養元素が共生菌から宿主植物に渡されるラン科植物の共生発芽を用いた.共生プロトコームから伸長している菌糸のみに13C(グルコース)を与え,3日間培養後のプロトコームを定法により樹脂包埋試料とした.試料は切片とし,組織内の12C,13C,12C14N等同位体の局在を同位体顕微鏡(北海道大学)およびnanoSIMS50により取得した.ROI分析を行った結果,13C/12C比は,菌毬(コイル状菌糸)菌糸内で約6-10%,消化された菌毬周囲においても上昇が観察され,宿主構造では,細胞壁(感染・非感染細胞),細胞質(感染・非感染細胞),アミロプラスト(非感染細胞)で上昇した.生きている菌糸を含む宿主細胞で13C/12C比が上昇していたことは,菌毬の消化が養分交換プロセスと考えられていた定説を覆す結果となった.本研究により,安定同位体を用いた生物の細胞・細胞小器官レベルでの元素移動の評価法那確立し,さらに菌根共生として全く新規の機能が明らかとなった.今後菌根共生機能の解明が進むのみならず,本手法の適用により,生命科学において,細胞レベルでの物質移動・代謝に関わる新規の情報が得られる可能性が示唆された.自然界において植物の根は糸状菌との共生器官である菌根を形成している.本研究は植物を介するCの地球化学的循環に重要な役割をもつ菌根における,糸状菌と植物の異生物間の元素の受け渡し機構を組織・細胞レベルで明らかにすることを目的とする.課題I「細胞・組織内における元素移動の可視化」においては,昨年度構築したラン科植物の共生プロトコーム-樹脂切片法-同位体顕微鏡観察法を用い,本年度は外生菌糸への^<13>C(グルコース)および^<15>N(硝酸アンモニウム)による多重ラベルを行い,さらに1日6日まで経時的調査を行った.その結果,菌糸由来CおよびNは1日目ですでに共生プロトコームの分裂組織に達し,核小体,アミロプラストへの選択的な集積が観察された.さらに菌毬(コイル状細胞内菌糸構造)の成熟に伴い,菌糸内両同位体比の急激な上昇がみられ,同過程における新規現象が明らかになった.さらに共生実生への^<13>CO_2ラベルでは,内生および外生菌糸へのCの移動が観察されたが,実生外生菌糸に添加した^<13>C(グルコース)の宿主への輸送も観察され,独立栄養期において,両方向のC輸送が機能することが明らかになった.これら同位体ラベルを行った共生組織のEF-TEM観察により,同位体元素の膜構造への集積が示唆された.菌糸内の異なる細胞構造に蓄積・存在するCd-Kの放射光により取得したXANESスペクトルのフィッティング解析を行い,同スペクトルに第二近接元素情報が含まれる可能性が示唆された.課題II「土壌生態系内元素移動の可視化」では,同位体ラベルを行った白紋羽病菌と拮抗的な放線菌との培地上対峙培養により放線菌へのC取り込みが観察された.菌根共生における細胞学的元素輸送機能について新規情報が得られたことにより,本研究手法が菌根学のみならず,生物学的に重要な解析法であることが示された.

本研究は植物の根域生態系におけるCおよびNの生物間の受け渡しを細胞・組織・生態レベルで明らかにすることを目的とした.課題I「細胞・組織内における元素移動の可視化」においては,植物との真菌の共生であるラン科植物の共生プロトコームおよび菌根系を用い,13Cおよび15N等安定同位体をトレーサーとして,樹脂切片法-同位体顕微鏡観察法により元素の流れを解析する新規手法を確立した.従属栄養期である共生プロトコームにおいて13C-グルコースおよび15N-硝酸アンモニウムの移動解析により,Cが宿主細胞の退化菌糸塊-宿主膜の界面および非感染細胞に限定した細胞壁領域に蓄積し,さらに脱分化中のアミロプラストへの一過的な流入することが観察された.さらにこれらの局在が独立栄養である菌根組織において宿主由来(13CO2)のCにおいても観察されたことから,Cの共生細胞間の移動は宿主の栄養期に関わらず両方向に起こりえることが示唆された.本研究により手法の確立とともに,細胞学的・生物学的新規情報を得た.課題II「土壌生態系内元素移動の可視化」では,土壌微生物間相互作用の局所解析モデル系を確立した.すなわち,温水処理による土壌伝染性病害である白紋羽病の抑止現象を用い,菌糸圏に焦点を当てることにより,白紋羽病菌の衰退には熱による直接的な死滅効果のほかに土壌微生物作用が関わっていることを明らかにした.この作用に関わる細菌群について16S rDNAのPCR-DGGE解析および分離培養により推定し,その特異性を16S rDNAの次世代シークエンスにより確認した.これら細菌群のうち分離株の白紋羽病菌抑制について加温処理を加えた発病試験・抗菌活性試験等細胞レベルでの微生物間機能解析に用いるための系を確立した.自然界において植物の根は糸状菌との共生器官である菌根を形成している.本研究は植物を介するCの地球化学的循環に重要な役割をもつ菌根における,糸状菌と植物の異生物間の元素の受け渡し機構を組織・細胞レベルで明らかにすることを目的とする.課題I「細胞・組織内における元素移動の可視化」においては,構築したラン科植物の共生プロトコーム-樹脂切片法-同位体顕微鏡観察法を用い,13C(グルコース)および15N(硝酸アンモニウム)による多重ラベルの10hおよび20h処理を行い,受け渡し初期の解析を行った.その結果,切片全面解析では,非感染細胞にCおよびNが集積することが明らかになるとともに,共生菌感染により宿主細胞の炭素輸送に関わる代謝が大きく変化することが明らかになった.さらに輸送程度が非常に低いプロトコームの生菌糸が感染している細胞の分析において,アミロプラストへのCの一過的な流入,生菌糸と宿主細胞質の各同位体比の間に統計的に有意な正の相関がみられたことから,生きている菌糸からの元素の輸送が明らかになった.さらに,独立栄養に移行した緑色ランの実生における13Cラベル物質(CO2,グルコース)の移動解析により,膜面でのCの両方向の移動がある可能性が示唆された.課題II「土壌生態系内元素移動の可視化」では,温水処理による白紋羽病菌の衰退現象には熱による直接的な死滅効果のほかに土壌微生物作用が関わっていること,さらにその作用に関わる細菌群の一部がDGGE解析,接種試験,抗菌活性試験等により推定された.安定同位体をトレーサーとして細胞学的に検出する新規手法により,菌根共生における元素輸送機能における新しい視点・情報が得られた.細胞・組織内における元素移動の可視化については,プロトコーム共生モデルを用いた系で,計画以上に進んでいる.しかし,アーバスキュラー菌根においてラベルを2回行ったがラベル,接種系等の検討が必要である.遺伝子解析については,さらに検討が必要である.放射光施設を用いた重金属輸送については,XANES分析で新たな知見が得られ,また土壌生態系における元素移動については培地上ではあるが微生物間輸送を観察することができた.25年度が最終年度であるため、記入しない。細胞・組織内における元素移動の可視化については,プロトコーム共生モデルを用いた系で得た研究成果をもとに,次世代シークエンスによる遺伝子解析に着手している.ラベルされたアーバスキュラー菌根における測定・解析の準備も進んでいる.
偏光IR、可視分光によるV字型反転液晶分子の配向決定とその発現に関する研究

昨年度の偏光赤外分光による結果で、V字型反転液晶の電場0Vの状態と電場を十分印加して強誘電相に電場誘起相転移させた状態での分子長軸の配向秩序がSmA相の場合と同様の高い秩序を示すことがわかった。そしてその解析の際、層構造の情報が必要、かつ重要であることがわかった。そこで当初の計画から少し進路変更して、放射光のX線ビームを使って三角波印加時の層構造の静的・時分割測定を行った。静的な測定では、V字型反転を示す液晶セルでは電場印加中に層はセル厚方向に「く」の字に折れ曲がったシェブロン構造を概ね保っており、反強誘電性液晶のような大きな層変形は起こっていないことがわかった。一方時分割測定を行い、詳細な解析を行った結果、交流電場が0Vを横切る付近でシェブロン構造を示す回折ビークの他に基板に垂直な方向に配向している層の成分があることが初めて検出できた。この結果から基本的にはシェブロン構造を保っているものの、印加電場に対し、協同的な分子の反転を行うため、折れ曲がり付近の層の不連続性をわずかな変形によって解消してるものと推測される。この結果を論文にまとめ、投稿、受理された。時分割の赤外分光測定に関しては装置の改良が遅れ、未だ測定に至っていないが、電場0Vから徐々に直流を印加したときの偏光赤外分光測定は行うことができた。その結果、反転途中でも大きな2色比の偏光特性が得られ、静的ではあるが反転途中でも配向は一様でこれまでの推測通り分子は協調的に反転していることが直接確認できた。2月現在定量的な解析を進めている。当初偏光赤外光の派数を広い範囲にわたり分光できる、赤外領域の可変バンドパスフィルタを購入する予定であったが、これが販売中止となったので購入をとりやめ、偏光子の回転ホルダーとこれをパルスモータで制御するコントロールドライバを変わりに購入した。測定に関しては、まず静的な測定から行うこととし、電場OVの状態と、電場を十分印加して強誘電相に電場誘起相移転させた状態でのフェニル環C-C伸縮振動に対応する赤外吸収強度の偏光角依存性を測定したところ、いずれも非常に大きな2色比を示す偏光特性が得られた。このことはV字反転を示す液晶の電場OVでの配向状態が、当初考えられていた分子の傾く方位のランダムな配向ではなく、非常に秩序だってその投影方向が基板面内層方線方向に配向していることを示している。また始状態(電場OV)の状態と終状態(強誘電相状態)の偏光特性が同じことから反転過程においても分子は協調的に一様な方位各方向を回転しているものと考えられる。この推測はすでに報告されているSHG測定の結果とも整合する。今後は時間分解測定によって赤外吸収強度の偏光特性を測定し、電場応答中の配向についても知見を得る。また、フェニル環の伸縮振動以外、特にキラル側末端鎖の配向の違いについても他の反強誘電性液晶材料などと比較する予定である。可視分光測定に関しては当初測定を始めていたが、理想的なV字反転はセル厚が2μm以下の状態で達成されていることがわかり、そういう意味では分光測定によるリタデーション変化がよりでにくい状態となっている。さらに4×4マトリクスによるシミュレーションの結果、そのセル厚ではわずかな違いを見るのに難しいことがわかり、現在は中断している。
間質微細環境変化からみたp53非依存性炎症性発癌の解明及び発癌予測システムの構築

潰瘍性大腸炎を代表とする慢性炎症性疾患は長期罹患により高頻度に悪性腫瘍を併発する。その機序を明らかにするために、炎症巣の間質微細環境変化を遺伝子発現プロファイルの差異から抽出を試みた。間質組織マイクロダイセクションからのマイクロアレイ解析は条件が整わなかったが、炎症巣のin vitro再現系において潰瘍性大腸炎特異的発現を示す遺伝子CITED2を明らかにした。CITED2は炎症巣において早期に発現し、CBP/p300と協同してp53をアセチル化を介した安定化をもたらし、その下流分子の発現誘導を導きアポトーシスを惹き起こすことを明らかにした。潰瘍性大腸炎炎症巣においてもそのCITED2発現は炎症の活動性と相関していた。潰瘍性大腸炎においては腸内細菌が産生する酪酸によってCITED2-p53系が活性化して上皮細胞の細胞死・びらんを来し、その炎症のトリガーとなっている可能性が明らかになった潰瘍性大腸炎を代表とする慢性炎症性疾患は長期罹患により高頻度に悪性腫瘍を併発する。潰瘍性大腸炎においては腸内細菌が産生する酪酸によってCITED2-p53系が活性化して上皮細胞の細胞死・びらんを来し、その炎症のトリガーとなっている可能性が明らかになった潰瘍性大腸炎(UC)関連発癌は、UC長期罹患に伴って高頻度にみられ、その経路には我々を含めた過去の報告により、p53の早期変異を伴う「p53依存性発癌経路」が主であると考えられてきた。しかしながら、我々が潰瘍性大腸炎関連癌におけるp53変異を検討したところ、その頻度は50%程度であり、「p53非依存性発癌経路」の存在も有意に考える必要があった。我々はこの「p53非依存性発癌経路」に関連して間質微細環境の変化が上皮に与える影響について解析を続けており、間質組織のゲノム不安定性がUC関連癌では有意に高いことを報告した。本研究は腫瘍組織を特異的に採取するlaser capture microdissection(LCM)とDNA microarrayを組み合わせて、UC関連癌と通常の孤発性大腸癌におけるmRNA発現プロファイルを比較し、p53非依存性発癌経路における特徴的・特異的な遺伝子の同定・解析を行い、UC関連癌からの発癌リスクを間質微細環境の変化に着目して同定し、発癌リスクの予測システムの構築を目的としている。平成18年度においてはその前段階としてOCTコンパウンド包埋凍結腫瘍組織から腫瘍細胞のみをLCMで採取し、RNAの抽出-増幅-genechip hybridizationを行い、実験系の検討を行った。その結果、当初の想定よりも組織量が必要であり、現時点では腫瘍組織の場合、LCM cap(Arcturus)20個程度の組織量が必要と考えられる。また、得られたRNAのクォリティーについてBioanalyzer(Agilent)で検討したところ、LCM後の組織染色法によってはRNAの分解が著しい場合が明らかとなった。マウス新鮮臓器組織を用いた検討によって、極力水系を避けることでRNA分解を回避できることから、組織の核染色にはLCM staining kit(Ambion)を用いることとした。これらの条件検討を経てLCM-RNA増幅(2回)-Human array U133 plus 2.0(Affymetrix)を用いてPercellome法(国立医薬品食品衛生研究所毒性部が開発した、細胞当たりの絶対的mRNA発現量測定を基盤としたcDNA microarray解析方法)にてmRNA発現プロファイルを解析する系を確立できた。現在はこの系を用いて、人材料(孤発性大腸癌、潰瘍性大腸炎関連癌及びそれぞれの非腫瘍組織)におけるmicroarrayの解析を行っている。潰瘍性大腸炎(UC)関連発癌は、UC長期罹患に伴って高頻度にみられ、その経路には我々を含めた過去の報告により、p53の早期変異を伴う「p53依存性発癌経路」が主であると考えられてきた。本研究は腫瘍組織を特異的に採取するlaser capture microdissection(LCM)とDNAmicroarrayを組み合わせて、UC関連癌と通常の孤発性大腸癌におけるmRNA発現プロファイルを比較し、p53非依存性発癌経路における特徴的・特異的な遺伝子の同定・解析を行い、UC関連癌からの発癌リスクを間質微細環境の変化に着目して同定し、発癌リスクの予測システムの構築を目的としている。

平成19年度においては前年度の解析に引き続き、UC関連癌組織における上皮細胞と間質細胞を別個にLCMを行い、その抽出RNAの評価とpercellome法による予備解析を行ったが、特に間質組織において充分な品質・量のRNAを得ることは困難であった。p53変異の有無にかかわらず、UCにおいてp53系に負荷がかかっていることはこれまでに我々が明らかにしているので、その負荷を酪酸刺激によりin vitroで再現させた系を用い、培養細胞系で酪酸刺激による遺伝子発現変化をpercellome法で網羅的に検索したところ、UC関連癌由来細胞で共通に発現上昇を認める候補遺伝子を複数得た。それらのRNAi解析により、p53の上流に位置すると考えられる遺伝子を絞り込み、現在、機能解析を行っている。この候補遺伝子はp53依存性・非依存性発癌いずれにも関与しうる因子として検索している。平成20年度においては、潰瘍性大腸炎(UC)におけるp53系の負荷状態をUC関連癌細胞株に対する酪酸刺激というin vitro再現系における遺伝子発現変化をcDNA microarray-Percellome法で解析し、そこから得られた候補遺伝子のうち、定量RT-PCR、ウエスタンブロッティング及びsiRNAによる抑制実験により、CITED2(CBP/p300-interacting transactivator, with Glu/Asp-rlch carboxy-termianl domain,2)がp53系を活性化することを見出した。すなわち、(1)酪酸刺激によりCITED2発現が誘導される、(2)酪酸刺激及びCITED2強制発現により(1)p53のアセチル化が認められ、p53蛋白質の安定化が見られる、(2)p53下流分子のmRNA、蛋白質発現が誘導されること、(3)p53依存性アポトーシスを誘導すること、が明らかとなった。また酪酸刺激によるp53依存性アポトーシスは酪酸の細胞内取り込みを担うMCTiの阻害剤によって抑制された。CITED2がCBP/p300と酪酸刺激下で結合することを免疫沈降で確認した。以上の結果は酪酸刺激によるp53活性化にCITED2が直接関わっていること示したものであり、UC患者大腸炎組織において、その炎症・活動性とCITED2の陰窩上層上皮における発現性が相関を示すことも新たに明らかにした。UCにおいて腸内細菌に由来する局所の高濃度酪酸が陰窩上皮のびらんを誘導することの機序を明らかにしたと考えられる。このびらんにより細菌が間質に存在するマクロファージへ曝露され、炎症性サイトカインの誘導により好中球を遊走させることがUCの病態の一つと考えられる。これらの結果はUC炎症機序にCITED2が重要な役割を果たすことを示すものであり、UC炎症に対する新たな治療標的にも成りうる貴重な成果である。この結果は現在学術誌に投稿中である。
異種原子導入によるＳｉＣ／絶縁膜界面欠陥の消滅とパワーＭＯＳＦＥＴの革新

高性能SiCパワーMOSFETを実現するためには、SiC/絶縁膜界面欠陥を徹底的に低減する必要がある。本研究では、申請者らが見出した界面へのリン導入を追及することに加え、窒素や水素を含むガスで複合処理することで界面欠陥の徹底的な低減を試み、MOSデバイスのチャネル移動度やしきい値電圧の変動および絶縁膜の信頼性などに与える影響を調査した。その結果、リンと水素の複合処理によりチャネル移動度は大きく向上し、リンと窒素の複合処理やリンを界面に局在させることにより、酸化膜への電子注入耐性の向上に成功した。また、種々のバイアス条件や温度におけるしきい値電圧変動の特性から、界面のトラップモデルを構築した。本研究では、申請者らが見出したSiC/絶縁膜界面へのリン(P)原子導入による界面欠陥低減を徹底的に追及することを目的としている。平成24年度は、前年度に引き続き1:超低欠陥界面・超高チャネル移動度の実現を進めることに加え、2:リン導入MOSデバイスの信頼性評価に関した研究を中心に行った。3:1kV級超低損失パワーDMOSFET作製については、イオン注入層の評価用サンプルの準備を始めた。以下に平成24年度の研究実績の概要を記す。1:これまではSiC上に熱酸化膜を形成してからPOCl3アニールにより界面にリンを導入していたが、SiCに対して直接POCl3処理を行うことを試み、その後堆積膜を形成することでゲート絶縁膜を形成した。この手法では、より多くのリンが界面に導入されると考えたが、SIMSで評価したところ、従来法と同程度のリン濃度であり、明確な差は見られなかった。界面準位密度は従来法(熱酸化膜へのPOCl3アニール)よりやや多く、MOSFETのチャネル移動度も51cm2/Vsであり、従来法の84cm2/Vsを下回った。界面付近の酸化膜にCが検出されたことから、低温で直接POCl3処理する際に抜け切れないCが欠陥の原因であると考えることができる。2:従来の熱酸化膜にPOCl3アニールした試料構造では、酸化膜中に一様にリンが導入されており、これが原因となり高電界で注入された電子を捕獲してしきい値(フラットバンド)電圧を変動させると考えた。上で記した構造、すなわち界面付近にリンを局在化させることで、定電流ストレス試験において、フラットバンド電圧シフト量を大幅に抑制することに成功した。従来のPOCl3アニール試料を含め、NOアニールした試料についてゲート電圧の掃引幅によるしきい値電圧の変化や、チャージポンピング法による界面特性評価にも取り組み、界面特性を評価した。本研究では、申請者らが見出したSiC/絶縁膜界面へリンを導入することにより界面欠陥の徹底的低減を行い、その特性を詳細に調査している。最終年度の平成25年度は、[2]リン導入SiC-MOSFETのしきい値(Vth)安定性および[3]1kV級超低損失パワーMOSFETの実現に関する研究を行った。[2]リン導入MOSFETのVth安定性について、室温200°Cにおいて種々のゲートバイアス掃引条件におけるヒステリシスからVth変動量とした。従来法である窒素導入試料と比べるとリン導入試料ではVth変動は小さい。窒素導入試料では100°Cで大きなVth変動(1.2V)が発生するが、リン導入試料では150°Cでも0.3Vと小さい。しかし200°Cになると変動量が増大した。特に大きな負のゲートバイアスを印加すると変動が大きくなる。この現象は、酸化膜中トラップへの正孔捕獲が原因であると判断される。これらの試料のVth変動から、SiC-MOS界面におけるトラップモデルを提案した。窒素導入法では浅い界面準位および界面近傍酸化膜トラップ(NIT)が形成されているのに対し、リン導入法では浅い界面準位やNITはほぼ消滅しているものの、深いエネルギーの界面準位や酸化膜中に電子および正孔トラップが発生していると考えられる。[3]パワーMOSFETのチャネル部のラフネスが特性に与える影響を調べるため、界面ラフネスの異なるMOSFETを作製し評価した。ラフネスにより界面準位密度はほとんど変わらないものの、ドレイン電流値に異方性が観測された。マクロステップ端部では酸化膜厚が局所的に厚く形成され、チャネル内の反転層電子密度が小さくなり局所的に高抵抗な領域が形成されるためと考えられる。パワーMOSFETの作製は行えなかったが、本研究を通して超低損失実現のために基礎的かつ重要なデータを取得できたと考えている。本研究では、申請者らが見出したSiC/絶縁膜界面へのリン(P)原子導入による界面欠陥低減を徹底的に追及することを目的とした。平成23年度は、(1)超低欠陥界面・超高チャネル移動度の実現を中心に研究し、また(2)リン導入MOSデバイスの信頼性評価についても研究を開始した。

以下に、平成23年度の研究実績の概要を記す。(1)POCl3アニールによる界面へのリン導入だけでは除去できない欠陥があると考え、追加でH2処理を行ったところ、MOSFETのチャネル移動度が86cm2/Vsから101cm2/Vsと向上した。水素によるダングリングボンド終端の効果が表れたと考えられる。100を超える移動度を実現したことは意義が大きい。また、界面欠陥低減効果のあるNOアニールによる界面窒化とPOCl3アニールを組み合わせたところ、予想に反してチャネル移動度は47cm2/Vsと小さくなった。NOアニールで形成された強固なSiーN結合により、POCl3アニールによる界面歪の緩和効果が抑制されてためと考えられる。NOアニールとPOCl3アニールの組み合わせでは、チャネル移動度向上に効果はなかったが、しきい値電圧(またはフラットバンド電圧)の安定性が増すという重要な結果が得られた。(2)リン導入を行った酸化膜の瞬時絶縁破壊電界は未導入試料と比較して著しい劣化は見られなかった。定電流TDDB試験を行ったところ、非常にばらつきの小さいQbdが得られたが、その値は小さい。酸化膜内部の捕獲準位の影響により、注入された電子が捕獲され、そのために印加電界が増加する現象が確認された。リン導入酸化膜では、酸化膜電界が小さい場合は捕獲電荷の増加は見られないが、高電界となりFN電子注入してしまうと急激に捕獲電荷が増加するという重要な知見が得られた。リン複合処理による界面欠陥の低減およびチャネル移動度の向上については、平成23年度を超えるさらなる改善を達成することはできなかった。しかし、リン・水素・窒素の役割がかなり明確になり、処理の組み合わせ及び順番に最適なものがあることが分かってきた。また、移動度の向上は見られなくても、TDDB耐性およびしきい値電圧の安定性、すなわち信頼性の向上に大きな進展がみられた。これらは、界面に一様にリンを分布させるのではなく、界面付近にのみリンを含ませた構造にすることで、電子注入耐性の向上を達成した。窒化と組み合わせることで、さらなるしきい値電圧の安定性向上が期待できる。移動度と信頼性・しきい値安定性をある程度高いレベルで両立する条件を見つけることで、さらなるチャネル移動度および信頼性の向上が可能と考えられる。また、DMOSFETを見据えた時にはイオン注入を用いるので、チャネル表面の不純物濃度を低くすることでチャネル移動度の向上が期待できる。リンと水素、およびリンと窒素の組み合わせによる複合処理を行い、界面欠陥の低減および信頼性の向上を達成している。まだ目標とした数値(チャネル移動度200cm2/Vs)に到達していないが、リン・水素・窒素の役割を明確にした上で導入量を最適化することで、目標に近づけると考えている。また、信頼性評価を始めたところ、従来の酸化膜とは異なる特性が得られ、その解析を進めている。酸化膜中に一様に分布したリンにより、注入電子が捕獲されることがわかってきた。その結果をもとに、電子注入耐性を高める手法を考案し、現在試みている。また、これとは別に、窒素とリンを組み合わせることで信頼性が改善することに成功している。