hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
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

これに加えて、印加電流の方向を反転したあるピラーでは金属/ZnMgOの界面電子状態の変化により素子のMRが反転する。この特異な現象に関する研究成果は、より詳細的な検討を行ってうえで学術論文として発表する予定である。4.作製したZnMgOトンネルバリア-MTJでは磁場の配置が平行と反平行に設定したそれぞれの状態に於ける電圧バイアス又は印加電界を±500mVで往復させたて測定した抵抗の変化率はバイアス電圧又は電界強度によって大きく変化し、符号の反転も観測された。その結果、電界と磁場の制御により、MgドープZnO-MTJの磁気抵抗変化率を20%まで高めることに成功した。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。
文脈依存応答に関連する神経ネットワークの自己組織化の研究

第一次視覚野細胞は視野上に提示された視覚刺激の関係によって応答修飾を受けるが,この文脈依存応答に関連する神経ネットワークの自己組織化数理モデルを構築した.この数理モデルによって得られた神経ネットワークに対して,スパイク放電型や発火頻度型の神経モデルを適用し,プラッド錯視刺激に対する応答を調べた.その結果,コンポーネントとパターン知覚の交替には,抑制性の相互作用が重要な働きをしていることがわかった.第一次視覚野細胞は視野上に提示された視覚刺激の関係によって応答修飾を受けるが,この文脈依存応答に関連する神経ネットワークの自己組織化数理モデルを構築した.この数理モデルによって得られた神経ネットワークに対して,スパイク放電型や発火頻度型の神経モデルを適用し,プラッド錯視刺激に対する応答を調べた.その結果,コンポーネントとパターン知覚の交替には,抑制性の相互作用が重要な働きをしていることがわかった.カニッツアの三角形などに代表されるような、物理的には存在しない線分を補間して知覚する錯視現象は、大脳の初期視覚野における興奮性と抑制性の相互作用が関係していると考えられている。本年度は、はじめにサイン波状の視覚刺激をモデル網膜に提示して、網膜-外側膝状体(LGN)-視覚野4層経路の神経回路網の自己組織化シミュレーションを実行した。また、モデル視覚野4層における興奮・抑制性の相互作用の役割を調べるために、新たにスパイク放電型の神経モデルを構築した。文脈依存的応答特性は、視覚野での興奮・抑制性の相互作用によってもたらされると考えられるため、スパイク放電型の神経モデルは自己組織化モデルを2/3層まで拡張した場合での長距離水平結合を含めた細胞応答特性を調べるためにも重要な道具となる。本年度は、スパイク放電型の神経モデルを視覚野モデル4層までの経路に適用し、文脈依存に関係する刺激線分の長さチューニング特性や刺激コントラスト依存性について調べた。その結果、刺激コントラストが低い場合には、線分の長さを伸ばすと細胞応答はある線分長までは増加するが、さらに線分の長さを伸ばすと一定の値となることがわかった。一方、コントラストが高い場合には、線分の長さを一定以上に伸ばすと抑制性の相互作用の強度が興奮性よりも大きくなり、応答を最大とする刺激線分長があることがわかった。これらの結果は、生理実験とも良く一致している。また、4層からの入力を受ける2/3層には受容野構造に明暗の区別のない複雑型と呼ばれる細胞が存在するが、4層-2/3層間の神経回路網の自己組織化シミュレーションを実行し、2/3層の神経細胞の時空間出力特性を再現することに成功した。このシミュレーション結果に基づいて、2/3層における長距離水平結合の自己組織化数理モデルについて検討した。自己組織化数理モデルよって得られた網膜-外側膝状体(LGN)-視覚野入力層までの神経ネットワークに対し、新たに構築したスパイク神経モデルを適用して視覚野細胞の刺激のコントラストと文脈依存応答の1つである線分の長さチューニングに関する応答特性を調べた。ここでは、抑制性細胞の活動を抑制する脱抑制が、文脈依存的な細胞応答の安定性に関係することがわかったが、一方時間タイミングの異なる細胞間の相互作用が入り難いことがわかった。これは、スパイク神経モデルとしてLeaky Integrated Fireニューロンを適用した場合に、神経細胞の発火後に膜電位をリセットするためと考えられる。そこで、神経のモデルを発火確率モデルにおきかえ、膜電位の減衰定数の長い成分も取り込んだ。はじめに、このモデルによってスパイク神経モデルで考察した現象が再現できることを確認した。次に、視覚野における文脈依存性に関係する細胞応答をプレイド錯視現象を使って解析した。この錯視現象は、運動方向が90度異なる2種の格子を重ね合わせた刺激であり、コントラストが低い場合には2つの方向に運動する刺激がバラバラに知覚されるが、刺激コントラストを高くすると2つの格子の交点が移動するように知覚するものである。シミュレーションでは、低コントラスト刺激では、方向選択性マップにおいて、視覚刺激として提示した2つの方向に応答する細胞群のみが活動することがわかった。一方、高コントラスト刺激では、これらの細胞群の活動は抑圧され、交点の運動方向に応答する細胞群のみが活動していた。このことは、プレイド錯視現象が第一次視覚野で起きている可能性を示唆している。抑制性の結合をブロックした場合は、刺激として与えた運動方向ならびに交点の運動方向に応答する細胞群の両者が活動すること、また脱抑制を除いた場合には、高コントラスト刺激によって細胞の応答が完全に抑圧されることから、プレイド錯視現象は視覚野における抑制性細胞が重要な働きをしていると結論された。これまでに、スパイク放電型や発火頻度型の神経モデルを、自己組織化数理モデルよって得られた網膜-外側膝状体(LGN)-視覚野入力層の神経ネットワークに適用してきた。本年はFitzHugh-Nagumoモデルを適用し、視覚野における文脈依存性に関係する細胞応答をプレイド錯視現象に関する解析をした。その結果、低コントラスト刺激では、視覚刺激として提示した2つの方向に応答する細胞群のみが、また高コントラスト刺激では、これらの細胞群の活動が抑圧され、交点の運動方向に応答する細胞群のみが活動することが再現された。興奮/抑制の皮質内相互作用を除くと、このコンポーネントとパターンの交替が起こらなくなることから、この相互作用がプラッド錯視に重要な役割を果たしていること、皮質低コントラスト刺激時では神経活動を高めるように、高コントラスト刺激時では神経活動の発散を抑圧し、活動を一定レベルに保つ働きがあると結論された。さらに、文脈依存応答に関連する2/3層における長距離水平結合の自己組織化シミュレーションを実行した。

その結果、方位選択性がほぼ同一の細胞間に興奮性の結合が形成されることが示された。また、長距離水平結合を始めとする発達期における神経ネットワークの形成メカニズムを数理モデルによって明らかにするために、単一方位の視覚環境に相当する自己組織化シミュレーションを実行した。始めにLGN細胞の自発的活動のみを仮定したシミュレーションを実行し、正常飼育に相当する状態として一定のモンテカルロステップ数の間あらゆる方位刺激を与えたシミュレーションを実行した。その結果、正常飼育に相当する初期のステップ数が増加するほど、細胞の方位選択性は高くなることが示された、次に、各ステップ数で得られた結合を初期状態として、単一方位刺激のシミュレーションを継続した。その結果、正常飼育の相当するステップ数が増加すると、単一方位を呈示したことによる影響は抑えられ、ネコの視覚野の生理実験で知られているような感受性曲線を再現することに成功した。
中国における低炭素社会政策が大気環境改善にもたらす効果の定量的評価に関する研究

中国全土を省・自治区・直轄市など31の地域に分割し,多様な地域性を考慮した上で,各地域の中長期的な低炭素社会シナリオを構築し,それらの施策の大気汚染物質排出量削減効果と都市大気環境改善に対する副次的便益の定量的な評価を行うとともに,副次的な便益を含めた現世代及び将来世代の享受しうる便益が最大となるような革新的かつ実施可能な施策ロードマップの提案を行う。特に大気汚染物質の排出量が多く,健康影響の顕著な家庭部門の燃料別エネルギー需要を詳細に検討すると共に,省別大気汚染削減行動計画により大気汚染削減効果についても推計を行った。本年度は,研究計画に沿って,以下の研究を実施した。1)中国の33の省・直轄市を対象に,低炭素社会シナリオの構築を行った。多地域版スナップショットツールを用いて、各地域の特性ならびに地域間の交易を考慮し、地域間の整合性を保ちながら各地域の将来の低炭素社会ビジョンの下での環境負荷物質排出量及びCO2削減ポテンシャルを推計した。2030年の中国全土のCO2排出量がBaUケースに比べて対策ケースで26%削減できることが推計された。環境対策による削減効果としては、発電シェアの変化に伴って単位電力消費あたりのCO2排出量が大幅に減少したことによる削減効果が最も大きい事がわかった。2)低炭素社会像を叙述的に記述するためのスナップショットッールおよび施策介入を制御変数として動的数理計画法により求解するバックキャスティングツールを中国の省・自治区・直轄市レベルの地域に適用するために必要な改良・拡張の基本設計を行った。特に,急激な経済成長によってダイナミックに変化する社会・経済状況や都市構造,公共交通を含めた交通インフラの変化などが反映されるようモデルの拡張を行った。3)副次的効果としての都市大気汚染および室内汚染による健康影響の緩和効果を定量的に推計するための個人曝露推計モデルを構築し,中国の各省・直轄市レベルに適用して,特に道路交通と室内排出のPM2.5による個人曝露を推計した。道路交通起源の大気汚染物質の排出量の推計のために,省別の機関別交通需要用の推計や省内での各道路への交通量のダウンスケーリング手法などを開発した。また,室内汚染の影響を推計するために,調理や暖房などで使用される燃料種別や調理機器・暖房機器の種類,家屋構造による換気の強弱などを情報収集しモデルに適用した。本年度は、研究計画に沿って、以下の研究を実施した。1低炭素社会シナリオ構築ツールの開発を行った。昨年度に引き続いて,低炭素社会シナリオ構築ツール(多地域スナップショットツールおよびバックキャスティングツール)の拡張・開発を行った。特に大気汚染物質の排出量および排出源の空間分布に関連するモジュールを重点的に開発し,これらのモデル・ツール群を利用して,中国33地域の2030年における低炭素社会像の定量的な描写を行った。2大気汚染物質曝露・健康影響推計手法の基本設計を行った。PM2.5や光化学オキシダントなどの大気汚染物質の越境長距離輸送による広範囲な健康影響を考慮するため,大陸間スケール三次元大気化学輸送モデル(1000km)と都市スケール大気環境モデルを組み合わせることで,長距離輸送による寄与を扱うと同時に,都市近傍の大規模点源や都市内道路からの自動車排ガスによる高濃度曝露の寄与を総合的に取り扱えるようにモデルを構築・開発した。また,同時に調理時や暖房時の燃料使用(特に石炭・バイオマスなどの固形燃料)による室内汚染についても考慮した曝露評価および健康影響評価モデルを開発した。3都市構造の変革,公共交通機関の整備などの統合施策の大気環境保全効果の定量的評価を行った。低炭素社会シナリオ構築ツールおよび大気汚染曝露・健康影響推計ツールを組み合わせて,副次的便益を考慮に入れた総合的な施策ロードマップの構築手法を確立し,中国33地域に適用した。バックキャスティングツールでは,複数の低炭素社会施策について,社会的費用の制約下での動的数理計画法による便益最大化を実現する手法を開発した。1)昨年度の基本設計に引き続いて,低炭素社会シナリオ構築ツールの開発(多地域スナップショットツールおよびバックキャスティングツール)の拡張・開発を行った。また並行して,国レベルでの中・長期的な温室効果ガスの削減方策の定量的な検証を行うために応用一般均衡(CGE)モデルを用いた分析を行った。GDP当たりの一次エネルギー消費量の70%以上の低減や再生可能エネルギーの大幅な普及などで2050年に2005年比で40%以上のGHG削減が可能となることなどを明らかにした。2)副次的効果としての都市大気汚染および室内汚染による健康影響の緩和効果を定量的に推計するため,発電所・工場などの大規模点源と,道路からの自動車排ガスの発生量,家庭と中小規模の事業所からの面的な発生量の推計を行った。また,室内汚染の影響を推計するために,調理や暖房などで使用される燃料種別や調理機器・暖房機器の種類,家屋構造による換気の強弱などを情報収集して,家庭内での汚染物質の発生量を推計した。また,同時に調理時や暖房時の燃料使用(特に石炭・バイオマスなどの固形燃料)による室内汚染についても考慮した曝露評価および健康影響評価モデルを開発し,中国33地域を対象として現状の曝露影響の評価を行った。暖房で固形燃料を使用する中国東北部の省の農村部で深刻な健康影響の可能性があることが分かった。

3)総合的な便益の評価のために不可欠な,大気汚染物質の越境長距離輸送の影響を評価するために,大陸間スケール三次元大気化学輸送モデル(1000km)と都市スケール大気環境モデルを組み合わせて,長距離輸送による寄与を計算した。また,これらのモデル計算の結果を人工衛星からの微量大気汚染物質(NOx, CO, PM2.5)の鉛直カラム濃度と比較して,モデルの妥当性の検証を行った。本年度は,研究計画に沿って,以下の研究を実施した。1中国33地域の低炭素社会シナリオ・施策ロードマップの構築を行った。昨年度までに構築した低炭素社会シナリオツールを用いて,2030年までの中国33地域の低炭素社会シナリオと施策ロードマップを作成した。これを基に大気汚染物質の排出量の将来推計を行い大気汚染モデルへ入力した。2大気汚染物質曝露・健康影響推計ツールの開発・検証を行った。低炭素シナリオから導出した大気汚染物質排出量の将来推計を用いて,大陸間スケールの三次元大気化学輸送シミュレーションを実施し,空間濃度の変化を計算した。これに微環境個人曝露モデルを組み合わせ,室内大気汚染の変化を含めた,中国33地域別の年齢・個人属性別のPM2.5などの大気汚染物質の曝露濃度を推計した。中国の10の省・直轄市を対象として2008年に実施された時間利用調査の結果を利用して,補完・調整ツールによって33地域の年齢・個人属性別の生活時間利用を推計した。室内大気汚染の推計は,調理時や暖房時の燃料使用料を地域別に推計して利用した。3公共交通機関の整備などの統合施策による大気環境保全効果の定量的評価を行った。大気汚染の健康影響を考える際,排出源と曝露対象の位置関係が重要であるが,都市大気汚染の場合は,特に道路交通起源の大気汚染物質の影響が大きいため,今年度は中国の交通起源の大気汚染物質の排出量とその空気分布の推計手法を開発した。その上で,中国側の研究グループを通して,中国の都市圏で検討されている中長期的な都市計画に関する情報を収集・整理し,それらを組み合わせて温室効果ガスと大気汚染物質の排出量削減効果を計算し,個人曝露濃度の低減効果の定量的な評価を行った。本年度は、研究計画に沿って,以下の研究を実施した。【1中国33地域の低炭素施策と大気汚染防止行動計画を考慮した排出量シナリオの構築】昨年度までに構築した33地域の低炭素社会シナリオに加えて,各省や地域で策定されている大気汚染防止行動計画に示された2017年を目標年とした大気汚染物質の排出量削減策を,エネルギーエンドユース技術モデルなどを用いて定量化した上で大気汚染物質の排出量に反映させて,排出量シナリオを再構築した。また,これらのシナリオに基づいて大気化学輸送モデルを利用して通年のシミュレーションを実施して低炭素施策および大気汚染防止行動計画の効果を定量的に評価した。【2公共交通機関の整備などの統合施策に大気環境保全効果の定量的評価】昨年度に構築した道路交通起源の大気汚染物質排出量の詳細推計手法により様々な公共交通政策シナリオ下での交通起源の汚染物質の排出量とその空間分布を推計し,道路沿道での高濃度現象を簡易に扱うことができる沿道拡散モデルを組み合わせて,交通施策に関わる副次的便益を定量化した。【3地域大気環境保全効果を考慮した場合の温室効果ガス排出削減対策の総合的な費用ー便益分析】
ローマを訪れた北方画家のイタリア美術受容に関する研究

本研究の目的は、一般に17世紀オランダ絵画の黄金時代の先がけと見なされる、1570年代から1630年頃までの約半世紀の北方画家のイタリア美術受容について、とくに17世紀の美術文献に見られる記述を収集し、検討を加えることである。今年度は昨年度に引き続き、カーレル・ファン・マンデル『画家の書(絵画の書)』の読解、およびザンドラルトの『ドイツのアカデミー』、コルネリス・ド・ビー『黄金のキャビネット』に見られる関連記述の収集・分析を進めた。本来目標としていた網羅的な資料集の作成はまだ終了していないが、興味深い知見を集め、今後の見通しをたてることができた。ファン・マンデルの『画家の書』に関しては、昨年度より行なっている翻訳作業もさらに続行させた([原典資料翻訳]カーレル・ファン・マンデル『絵画の書』(1604)(九)として現在入稿済み)。また、プラド美術館において、メイフォーヘルという画家の作品を実見調査した。ネーデルラント出身でローマで没したこの画家は、ザンドラルトの『ドイツのアカデミー』のなかに記述があり、興味深い作品が彼の手に帰されている。この調査の結果、アトリビューションについても再検討する必要が感じられたが、こうした問題については今後さらに他作品との比較検討なども経て公にしたいと考えている。研究実施計画のうち、バリオーネ等イタリアの美術文献の検討については資料の収集と一部の分析は行ったが、作業を予定通りに終えられなかったが、ネーデルラント、ドイツの美術文献にみられる記録との比較は有益であることが予想されるため、今後継続して作業に当たりたい。1570年代から1630年頃までの約半世紀の間にイタリアを訪れた北方画家に関する情報を17世紀の美術文献から収集し、分析を加えることが本研究の課題である。本年度は、ファン・マンデルの著作やヨアヒム・フォン・ザンドラルトの『ドイツのアカデミー』を中心に読解作業を行なうとともに、関連する芸術家や時代状況についての研究をすすめた。ファン・マンデルの『画家の書』については、ノエやミーデマらの重要な二次文献も含め、フ検討が一段落したところである。北方の画人伝部分の一部を東北大学の尾崎彰宏教授と共訳したものが現在印刷中であるほか、伝記のタイトル(対象)にされている画家と、その伝記に登場するほかの人物たちとの関係性に着目してテクストを分析した研究ノートを『西洋美術研究』13号に執筆し、これも現在編集作業中である。こうした分析の結果、ファン・マンデルが伝える多くの情報のなかから、本研究と直接的に関わる興味深い部分を抜き出すととができた。例えば、イタリアでの北方画家の活躍のあり方や、風景画の評価、北方の版画家とイタリアの版画家に対する評価の差が顕著に表れている部分などである。これらについては、さらにイタリア美術受容に話を絞って、いずれ論文の形で成果をまとめることを考えている。現在はザンドラルトの『ドイツのアカデミー』(1675年)の読解を続行中である。またオランダでの調査では、17世紀の市誌や聖ルカ組合の文書記録などを収集し、これまでのファン・マンデル研究の批判などに役立てた。そのほか、ホルツィウスがイタリア旅行直前に制作した《ミダス王の審判》についての論文や、17世紀オランダにおける絵画取引の諸相について扱った論文なども発表した。
フラーレン分子を内包する単層カーボンナノチューブの電気化学的作製

C_<60>フラーレンをトルエン/ジメチルホルムアミド/過塩素酸リチウムを混合した溶液中に溶かし,電気化学的手法を用い,開端処理をした単層ナノチューブ中に効率よく一次元配列させる実験を遂行した.C_<60>フラーレンが還元される-0.5V程度の電位をかけ,陽極および陰極に取り付けたマット状に加工した単層ナノチューブ試料へのドーピングを行った.結果は,陽極に取り付けたナノチューブは多くのフラーレン分子をその内部に取り込み,効率よくピーポッド試料になっていたのに対し,陰極に取り付けたナノチューブにはほとんどフラーレン分子が取り込まれないという結果を得た.このことは還元されたフラーレン分子が陽極に到達し,効率よくチューブ内に取り込まれた結果として解釈できる.また,陰極に堆積した物質は,支持電解質として用いた過塩素酸リチウムが電離することによって析出したリチウムである.さらに,ピーポッド試料内で起こるフラーレンの熱重合反応についてもラマン散乱を用いて詳細に調べ,C_<60>分子の融合過程の詳細な検討を行った.その結果,まず,直径0.7nmのフラーレン分子と同じ大きさのチューブが成長し,その後,外側のチューブ壁と内側のチューブ壁との間隔がファンデルワールス距離に一致するように直径変換を起こすことをつきとめた.内側のチューブからのラマン散乱線の詳細な解析により,まずジグザグ型の(9,0)ナノチューブが生成し,その後,より安定な構造へと直径変換を起こすモデルを提唱した.ピーポッドから作製した二層ナノチューブへのハロゲン分子の化学ドーピングも試み,外側のチューブからBrへの電荷移動は起こるが,内側のチューブからは起こらないことをラマン散乱の実験で確認した.ペンシルバニア州立大学のグループとの共同研究としてこれらの実験事実の理論的解釈も試み,実験と一致する結論を得た.C_<60>フラーレンをトルエン/ジメチルホルムアミド/過塩素酸リチウムを混合した溶液中に溶かし,電気化学的手法を用い,開端処理をした単層ナノチューブ中に効率よく一次元配列させる実験を遂行した.C_<60>フラーレンが還元される-0.5V程度の電位をかけ,陽極および陰極に取り付けたマット状に加工した単層ナノチューブ試料へのドーピングを行った.結果は,陽極に取り付けたナノチューブは多くのフラーレン分子をその内部に取り込み,効率よくピーポッド試料になっていたのに対し,陰極に取り付けたナノチューブにはほとんどフラーレン分子が取り込まれないという結果を得た.このことは還元されたフラーレン分子が陽極に到達し,効率よくチューブ内に取り込まれた結果として解釈できる.また,陰極に堆積した物質は,支持電解質として用いた過塩素酸リチウムが電離することによって析出したリチウムである.さらに,ピーポッド試料内で起こるフラーレンの熱重合反応についてもラマン散乱を用いて詳細に調べ,C_<60>分子の融合過程の詳細な検討を行った.その結果,まず,直径0.7nmのフラーレン分子と同じ大きさのチューブが成長し,その後,外側のチューブ壁と内側のチューブ壁との間隔がファンデルワールス距離に一致するように直径変換を起こすことをつきとめた.内側のチューブからのラマン散乱線の詳細な解析により,まずジグザグ型の(9,0)ナノチューブが生成し,その後,より安定な構造へと直径変換を起こすモデルを提唱した.ピーポッドから作製した二層ナノチューブへのハロゲン分子の化学ドーピングも試み,外側のチューブからBrへの電荷移動は起こるが,内側のチューブからは起こらないことをラマン散乱の実験で確認した.ペンシルバニア州立大学のグループとの共同研究としてこれらの実験事実の理論的解釈も試み,実験と一致する結論を得た.本年度は,電気化学法によるナノチューブ内空間への異種分子導入に対する基礎実験を行った.実験を遂行するにあたり,申請していポテンショ・ガルバノメーターを購入し,電解セルを作製した.実験に用いた異種分子としては,ナノチューブ内に気相反応法で取り込むことが出来るフラーレン類分子を選んだ.それらの分子をトルェンに溶かし,テトラメチルアンモニウム系の電解質を加え,その濃度に応じてフラーレン分子の還元電流の振る舞いを詳細に調べた.これらの実験は,ナノチューブにフラーレン分子をドーピングする際の電圧設定に対する指針を得る目的で行った.ドーピング用の開端単層ナノチューブはレーザー蒸発法を用い作製し,硝酸処理を施してその純度を90%以上に高めたものを,紙状に加工した後,3×5mm^2程度の大きさに裁断したものである.この試料を,メッシュ状の白金電極に圧着し,使用する.現在,ドーピング効率の測定,得られたフラーレン内包ナノチューブの構造学的な情報を,透過電子顕微鏡で定量化中である.さらに,ラマン散乱分光による定量化も計画し,電子顕微鏡によるミクロ構造解析,ラマン散乱による振動構造解析と合わせて精度の高い評価を目指す.今回,電気化学的ドーピングを室温で実行したが,室温では,通常の拡散的な反応も起こり,電解によりドーピングされる割合と拡散によりドーピングされら割合とを区別することが出来るかどうかと言う疑問が新たに生じている.理科学的な見地からは,反応温度を下げ(0度以下),より精度の高い定量の必要性がある.C_<60>フラーレンをトルエン/ジメチルホルムアミド/過塩素酸リチウムを混合した溶液中に溶かし,電気化化学的手法を用いて開端処理をした単層ナノチューブ中に効率よく一次元配列させる実験を遂行した.C_<60>フラーレンが還元される-0.5 V程度の電位をかけ,陽極に取り付けたマット状に加工した単層ナノチューブ試料へのドーピングを行った.

ここで用いた単層ナノチューブはレーザー蒸発法で作製した試料を硝酸による還流処理後,マット丈に加工し,480度の乾燥空気中で熱処理をして開端したものである.また,同時にマット状単層ナノチューブ試料を陰極にも取り付け,陽極に取り付けたものと比較し,前年度問題となっていた,フラーレンが拡散的にチューブ内にドープされる効果との違いを,透過型電子顕微鏡を用いて調べ,比較検討した.その結果,陽極に取り付けた試料には,チューブ内にフラーレン分子がきれいに一次元配列したピーポッド試料が効率よく得られたが,陰極に取り付けた試料では,そのようなピーポッドとなっている試料はほとんど見つけることができなかった.このようにピーポッド構造の作製にはフラーレン分子をイオン化し,電気化学的にチューブ内空間にドープすることは有効であることがわかった.それに加え,陽極に取り付け作製した試料は電子顕微鏡観察により,その表面状態が陰極に取り付けたものよりはるかによく,ほとんどコンタミネーションのない状態になっているという情報も得られた.陰極に堆積した物質は,支持電解質として用いた過塩素酸リチウムの電界により析出したリチウムである.ピーポッド試料を加熱するとチューブ内に取り込まれたフラーレンが熱重合し,最終的にはチューブ状になり,二層ナノチューブができる.熱重合の初期過程で生じるフラーレン重合体を透過型電子顕微鏡,ラマン散乱により詳細に調べ,チューブ内空間で行われる熱重合反応経路の解析も試み,論文として発表した.
近藤効果を動作原理にもつ次世代超高速光磁気デバイスの基礎的研究

近藤物質の次世代超高速光デバイスへの応用可能性を探るために,光ポンプテラヘルツプローブ(OPTP)測定を中心に研究を行った.近藤半導体に適用して今年度得られた具体的な成果を以下に挙げる.(1)光伝導アンテナのTHz電磁波放射効率を改善することは,OPTP測定系にて光ポンプ強度を十分に確保するために必要である.放射効率の改善には,アンテナパターンの光照射部分の電気容量が大きい方が有利である.そこで,電気容量を増やしたパターンとして,5μmギャップの間隔を二つ有するくし型アンテナを採用した.その結果,今までのパターンより2倍近い強度が得られることが分かった.(2)ATR測定を固体試料に適用するときはプリズムとの接触が問題となる.屈折率整合剤を導入して接触を改善できるか試みたが,困難であるとわかった.従って現状では固体試料へのATR測定適用は断念した.(3)YbB_<12>のOPTP測定を50Kまでの低温にて行った.測定配置は標準的な反射型分光にて行った.ギャップ形成温度より十分高温の200Kや,形成温度付近の50Kでも,光ポンプの有無による反射THz電磁波の違いは観測されなかった.(4)CeRhAsに対してもギャップ形成温度より十分低温の30Kにて,同様の測定を行った.光ポンプのビーム系を15mmまで変えながら,光ポンプの有無における反射電磁波を詳細に調べたが,違いは確認できなかった.(5)YbB_<12>,CeRhAs共に,低温にて1.55eVのフェムト秒パルスレーザを照射してTHz電磁波が放射されるか試みたが,THz電磁波は観測されなかった.以上の結果から,近藤物質への光ポンプの影響をTHz電磁波で調べるには,バランス検出等高感度な測定が必要であると結論できる.次世代超高速光デバイス材料の開発を目指し,強相関電子系に属する近藤物質に着目した.このような観点から近藤物質は研究されておらず,まず近藤効果の超高速光デバイスに対する潜在能力を確認する必要がある.これは近藤効果の超高速光応答と超高速光制御可能性を調べることで見極めることができる.今年度は超高速光応答性に関して,近藤物質CeNiSnとYbB_<12>のTHz時間領域分光(THz-TDS)測定を行い,近藤効果のTHz領域での動的特性を明らかにすることを目的とした.具体的な成果を以下に挙げる.(1)現有の透過型THz分光系でATR反射測定ができるように,テフロンプリズムを自作し系を改造した.また低温環境下で測定できる様,Heガス循環式クライオスタットを導入した.またクライオスタット設置時に石英光学窓によるTHz電磁波の減衰が発生するため,高強度THz電磁波放射源をGaAs光伝導アンテナで作製した.(2)CeNiSnに関しては室温にて,YbB_<12>に関しては300Kから30Kまでの温度範囲でTHz-ATR測定を行った.ともに反射係数の振幅については精度良くデータを得ることが出来なかったが,位相に関してはデータを得ることができ,CeNiSnはDrudeモデルで説明できた.YbB_<12>も,2.5THz以上で報告されている光伝導度より推測される振舞いと定性的に一致した.(3)現段階では,反射率が1に極めて近い試料のATR信号の温度変化を測定した時,位相の変化は観測できても信号振幅の変化までは観測することは困難であると思われる.そこでプリズム-試料間に誘電体などを挟んだ改良型ATRの設計を行い,感度が向上することを計算で確かめた.近藤物質の次世代超高速光デバイスへの応用可能性を探るために,光ポンプテラヘルツプローブ(OPTP)測定を中心に研究を行った.近藤半導体に適用して今年度得られた具体的な成果を以下に挙げる.(1)光伝導アンテナのTHz電磁波放射効率を改善することは,OPTP測定系にて光ポンプ強度を十分に確保するために必要である.放射効率の改善には,アンテナパターンの光照射部分の電気容量が大きい方が有利である.そこで,電気容量を増やしたパターンとして,5μmギャップの間隔を二つ有するくし型アンテナを採用した.その結果,今までのパターンより2倍近い強度が得られることが分かった.(2)ATR測定を固体試料に適用するときはプリズムとの接触が問題となる.屈折率整合剤を導入して接触を改善できるか試みたが,困難であるとわかった.従って現状では固体試料へのATR測定適用は断念した.(3)YbB_<12>のOPTP測定を50Kまでの低温にて行った.測定配置は標準的な反射型分光にて行った.ギャップ形成温度より十分高温の200Kや,形成温度付近の50Kでも,光ポンプの有無による反射THz電磁波の違いは観測されなかった.(4)CeRhAsに対してもギャップ形成温度より十分低温の30Kにて,同様の測定を行った.光ポンプのビーム系を15mmまで変えながら,光ポンプの有無における反射電磁波を詳細に調べたが,違いは確認できなかった.(5)YbB_<12>,CeRhAs共に,低温にて1.55eVのフェムト秒パルスレーザを照射してTHz電磁波が放射されるか試みたが,THz電磁波は観測されなかった.以上の結果から,近藤物質への光ポンプの影響をTHz電磁波で調べるには,バランス検出等高感度な測定が必要であると結論できる.
造血器腫瘍の薬剤耐性における、小分子RNAによるクロマチン制御の役割の解明

クロマチン制御因子であるPIWIL4とMAELのそれぞれのコンディショナルノックアウト株を白血病細胞株(以下「親株」)と親株由来のアザシチジン耐性株(以下「耐性株」)で作成した。PIWIL4ノックダウンでは耐性株の方で著しく低下した。一方MAELノックダウンでは親株及び耐性株の通常培養下での生存率がやや低下した。PIWIL4とMAELが関与するpiRNA経路はレトロトランスポゾンのサイレンシングに関与することが知られていることから、アザシチジン(以下「AZA」)の働きの一つであるレトロトランスポゾン領域の脱メチル化に着目した。レトロトランスポゾン誘導因子であるLINE1の発現を解析した結果、親株ではAZA処理によりLINE1のmRNA量は48倍上昇したのに対し、耐性株では2倍程度であった。一方、LINE1タンパク質(L1ORF1)のユビキチン化比率は親株ではAZAの濃度に比例して上昇したものの、耐性株では不変だった。また、PIWIL4とMAELのAZA存在下でのタンパク質発現を再解析したところ、耐性株ではAZAの濃度関係なくPIWIL4とMAELの発現量はほぼ一定で高発現していたが(前年度の報告と不変)、親株ではPIWIL4はAZAの濃度依存的に低下したのに対し、MAELは逆に上昇したことが明らかとなった。以上の結果から、AZA感受性細胞(親株)ではAZAによるPIWIL4の抑制によりLINE1が発現し、一方でトランスポゾンを引き起こしながら、他方でユビキチンを介した分解によってゲノムの安定性制御に寄与しているが、AZA耐性細胞(耐性株)ではPIWIL4とMAELの高発現によるLINE1の恒常的サイレンシングを引き起こし、ゲノム安定性を維持していると考えられた。このことから、PIWIL4がAZA耐性における新しい分子標的になり得ることを示唆する。白血病細胞株(以下「親株」)由来のアザシチジン耐性細胞株(以下「耐性株」)で、クロマチン制御に関与するPIWIL4とMAELについて、タンパク質レベルでの発現上昇が認められた。このことは、本研究の交付申請書の作成時に記載した両遺伝子のmRNAの発現上昇を支持するものである。アザシチジンはエピジェネティクス標的薬として知られていることから、耐性株におけるPIWIL4/MAELの発現上昇は耐性獲得後のクロマチン制御機構に密接に関係することが予想される。言い換えれば、PIWIL4とMAELがアザシチジン不応性のバイオマーカーとなる可能性が一層高まったと考えられる。以下に実績の詳細について記述する。PIWIL4やMAELの発現がアザシチジンの濃度と関係を解析したところ、親株におけるPIWIL4に関して、mRNAレベルではアザシチジンの有無に関わらず一定の発現が認められたが、タンパク質レベルではアザシチジンの濃度依存的に発現は低下していた。親株におけるMAELに関しては、mRNAでベルではアザシチジンの存在下で著しく発現が誘導されたが、タンパク質レベルでは、全く発現が認められなかった。一方で、耐性株におけるPIWIL4とMAELに関しては、アザシチジンの有無に関わらず一律に高い発現が認められた。以上の結果から、親株ではクロマチン制御因子であるPIWIL4とMAELはアザシチジンに対して応答性を有することが明らかとなった。それにより、アザシチジンの投与で本来タンパク質レベルで抑制されるPIWIL4とMAELが、耐性株では恒常的に高発現並びにアザシチジンに対する応答性の消失が、薬剤耐性機序或いは薬剤存在下における腫瘍細胞の生存に寄与しているのではないかと考えられる。PIWIL4、MAELタンパク質の検出に用いる抗体の選別や条件検討で予定よりも時間がかかった。PIWIL4とMAELがタンパク質レベルエルで発現していることを確かめるのは本研究を遂行する上で重要なポイントであるため遂行した。結果的にPIWIL4とMAELの双方ともに耐性株v.s.親株で著しいタンパク質の発現上昇が認められた上、親株ではアザシチジンに対して応答していることが確認できたため予想よりも大きい収穫となった。PIWIL4やMAELのノックダウンについては、血球細胞を対象としているため、もっとも効率が良いとされるウイルスベクターを用いた系で各々の因子のノックダウン細胞株を作成中である。ウイルスベクターの納期が予定より大きく遅れたため、こちらもやや遅れての進行となっている。また、PIWIL

4とMAELのAZA存在下でのタンパク質発現を再解析したところ、耐性株ではAZAの濃度関係なくPIWIL4とMAELの発現量はほぼ一定で高発現していたが(前年度の報告と不変)、親株ではPIWIL4はAZAの濃度依存的に低下したのに対し、MAELは逆に上昇したことが明らかとなった。以上の結果から、AZA感受性細胞(親株)ではAZAによるPIWIL4の抑制によりLINE1が発現し、一方でトランスポゾンを引き起こしながら、他方でユビキチンを介した分解によってゲノムの安定性制御に寄与しているが、AZA耐性細胞(耐性株)ではPIWIL4とMAELの高発現によるLINE1の恒常的サイレンシングを引き起こし、ゲノム安定性を維持していると考えられた。このことから、PIWIL4がAZA耐性における新しい分子標的になり得ることを示唆する。本来PIWIL4と共に働くpiRNAに着目した研究を進める予定であったが、PIWIL4とMAELの親株におけるアザシチジンへの応答性と耐性株における恒常的高発現の結果を踏まえ、アザシチジン抵抗性におけるPIWIL4とMAELの働きに着目して今後進めていく予定である。具体的にはレトロトランスポゾン活性の制御に着目している。アザシチジンの作用機序の一つとして、レトロトランスポゾンの活性化が報告されており、同様にPIWIL4とMAELが欠損することでレトロトランスポゾンが活性化することが報告されている。レトロトランスポゾンはDNAダメージを引き起こし、細胞死を誘導する点から、耐性細胞ではPIWIL4とMAELを恒常的に高発現させることで、両因子のクロマチン制御機構の一環としてレトロトランスポゾンを常時抑制しているのではないかという仮説のもと、耐性株におけるレトロトランスポゾン遺伝子の発現解析や制御機序の解明を重点的に進める。それと並行してpiRNAの網羅的発現解析やプロファイリングを行う予定である。PIWIL4とMAELのタンパク質の検出やノックダウン細胞株の作成で時間が予定よりも要したことにより、一部の実験(高発現株の作成)を止めたことと、今後piRNAのRNAseqの予定をしており、次世代シーケンスに必要な試薬などの消耗品が高額なため、次年度使用額を充てることに決めた。
子宮体癌の発癌機構の解明と治療法の開発

本研究では、Aホルモン依存性腫瘍としての子宮体癌の発癌機構の解明と治療法の開発、B.幹細胞の発癌機構への関与の観点から、検討を進めた。A.子宮体癌細胞株Hec6,HHUAを用いて解析したところ、MDM2蛋白が過剰発現しており、MEK阻害剤の添加によりMDM2の発現は抑制され、p21が増加し、細胞老化が誘導された。また、MEK阻害剤の効果はERα機能に依存し、in vitro,in vivoで子宮体癌の増殖を抑制するが、その効果は抗エストロゲン剤の併用により増強された。また、MDM2のsiRNAでも増殖能は著明に抑制された。以上の効果は正常子宮内膜ではみられなかったことより、このシグナル経路の阻害は子宮体癌治療への臨床応用が期待される。活性化型K-Rasの造腫瘍能へのPR-Bの抑制機構の分子機序を検討した。PR-Bの過剰発現は、p27の発現を誘導し、GO/G1期集積を起こした。また、cAMPの添加によりPR-Bの発現が増加し、細胞増殖能は抑制された。PR-Bのこの作用には、non-genomic ER活性が関与していた。B.まず、組織幹細胞の同定に使用されるHoechst33342の取り込みの低い分画の細胞(side population cells,以下SP細胞)を分離する方法を用いて正常子宮内膜幹細胞の同定を試みた。正常子宮内膜細胞には、SP細胞が存在し長期培養により、腺上皮様・間質様構造を示したことより、これらのSP細胞は、前駆あるいは幹細胞様の細胞と考えられた。また、癌の初代培養細胞、子宮体癌細胞株(Hec1)にもSP細胞が存在し、nonSP細胞に比べ間葉系細胞の性質が強くなること、造腫能が亢進することを見いだしている。1.幹細胞の発癌機構への関与(1)同意の得られた患者から採取した正常子宮内膜を上皮と間質に分離後Hoechst33342で染色しFACSによりHoechst陰性のside population分画の細胞(以下SP細胞)を分取し、コラーゲンプレートや支持細胞上で培養した。上皮、間質ともに腺上皮マーカーCD9,間質マーカーCD13が陰性の分画にSP細胞が存在した。長期培養後、それぞれ腺上皮様(CD9陽性)、間質様(CD13陽性)の構造を形成した。よってこのSP細胞の中に、未分化な細胞が存在することが示された。(2)活性化型K-Ras導入ラット子宮内膜細胞のSP細胞、NSP細胞を分取し、培養したところ、SP細胞は充実性に、NSP細胞は腺管を形成しながら増殖した。ヌードマウスへ接種したところ、SP細胞はNSP細胞に比べ、サイズが大きく浸潤能が高い腫瘍を形成した。また、阻害剤の添加によりSP細胞の増殖にはエストロゲンやPI3Kを介する経路が重要であることが明らかになった。2.エストロゲン依存性腫瘍としての子宮体癌発癌機構の解明今年度は発癌に重要な経路としてRac経路とEstrogen Receptor(ER)機能の関連を解析した。活性化型K-Rasを導入した細胞ではRac活性が上昇し、ドミナントネガティブERを共発現させると低下した。活性化型RacはER機能抑制による細胞老化誘導を阻害した。以上より、Ras/ER/Racの経路の存在が示唆された。1)我々は、ヒト正常子宮内膜にHoechst33342の取り込みの低いside-population(SP)細胞が存在し、長期培養後にそれぞれの分化マーカーを発現する脈上皮様細胞や間質様細胞に分化することを明かにしたが、この変化が細胞分離時のコンタミネーションでないことを示すため、不死化ヒト子宮内膜細胞株を用いてFACSによりSP細胞とnon-SP細胞を分離し、幹細胞維持用培養液(MF-medium)と通常の培養液(DMEM)で培養した。

2週間後、MF-raediumでは分化マーカーはSP細胞の方が発現が低かったが、DMEMではSP細胞とnon-SP細胞の間に発現の差はなかった。また、マトリゲルで培養したところ、3ヶ月後、MF-mediumでは、SP細胞は散在性に増殖するのみであったが、DMEMは脈管構造や間質様構造を形成した。以上より、SP細胞は分化過程で分化マーカーを発現していくことが示され、stem-like cellの性質をもつことが明かとなった。2)子宮体癌細胞におけるRas/ER/MDM2経路の役割を明かにするため、子宮体癌細胞株のMDM2の発現を正常子宮内膜と比較したところ、亢進しており、siRNAで発現を抑制すると、細胞増殖が著明に抑制された。また、MEK阻害剤添加により、MDM2の発現は低下し、p53,p21の発現が増加し細胞老化が誘導された。このMEK阻害剤の効果はEstrogen Receptor活性に依存性であった。そこで、MEK阻害剤と抗エストロゲン剤を同時投与したところ、それぞれの単独投与に比べ、子宮体癌細胞株の細胞増殖能、造腫瘍能の抑制効果が増強された。この2剤の併用投与が子宮体癌の治療に有効であることが示唆された。今年度は子宮体癌細胞のSP細胞を分離しその特性の解析と特異的に発現する遺伝子の検索を行った。方法は1)子宮体癌細胞株Hec1、ラット子宮内膜細胞株RENT4細胞に活性化型[12Val]K-Rasを形質導入し造腫瘍能を獲得したRK12V細胞を用いた。2)各細胞をHoechst33342で染色後flow cytometryでSP及びnonSP細胞を分離後培養し、形態、細胞増殖能、ヌードマウス上の造腫瘍能を解析した。3)RK12V-SP細胞に特異的に発現している遺伝子群をmicroarray法で解析した。4)各SP及びnonSP細胞、ヌードマウス上の腫瘍の各種蛋白発現を免疫染色法で解析した。結果は1)ヒト子宮体癌細胞、RK12V細胞にSP細胞が存在し、nonSP細胞に比べ分化マーカーの発現の低下、不均等分裂、長期増殖能の性質を示した。2)各SP細胞はnonSP細胞に比べ造腫瘍能が著明に充進しており、上皮様構造と間質に富む腫瘍を形成しそれぞれの分化マーカーの発現もみとめられた。3)各SP細胞はnonSP細胞に比べ腫瘍間質形成に関与する遺伝子群の発現亢進がみとめられた。以上より1)子宮体癌細胞のSP細胞は.不均等分裂、上皮・間質への多分化能、著明な造腫瘍能、浸潤能を持ちcancer stem like cellと考えられ、2)腫瘍間質形成に関与する遺伝子群の機能が癌幹細胞の形質発現に重要であることが明らかとなった。
炭素繊維複合材料の非加熱分離による高次リサイクル技術の開発と超軽量機能材料の創製

本研究では、世界的に需要が急増しているもののリサイクルが極めて困難な炭素繊維複合材料を、超軽量かつナノ複合構造を有する高機能材料へと新規再生するための革新的循環システムを開発することを目的とする。まず、「非加熱・大気圧・微量水分共存下」で、強力な圧縮摩擦による機械的作用を炭素繊維複合材料に付与することで、炭素繊維とマトリックス樹脂界面に「局所的な高温・高圧、超臨界、亜臨界などの特異反応場」をつくり、繊維とマトリックスとの分離を可能とするための処理装置を試作する。さらに、この装置を用いて、炭素繊維とマトリックス界面の分離を促進するためのプロセス条件を見出す。このようにして分離生成された繊維、マトリックス樹脂新表面に、安価なカーボンナノ粒子を多様な形態で接合・複合化し、これらを集積することにより、ナノ構造体を試作するとともに、機能特性の評価を行い、超軽量で高機能特性を有する材料の革新的循環システム開発の可能性を見出す。平成22年度は、短繊維系の炭素繊維複合材料をモデルサンプルとして選定し、平成21年度に試作した装置を用いて、このサンプルを炭素繊維とマトリックス樹脂とに分離する実験を行った。その結果、処理容器の高速回転に伴い、サンプルは容器内壁に配向かつ圧密され、かつ炭素繊維とマトリックス樹脂界面に強力な分離力が作用することにより、両者を効果的に分離できた。さらに、ナノ粒子としてカーボンナノ粒子を撰定し、これを分離された粒子界面に積層複合化する実験を行った。その結果、適度なせん断力を繰り返し作用させることにより、カーボンナノ粒子が多孔質状に複合化できることを明らかにした。以上のプロセスで作製した複合粉体を加圧成形することにより、高気孔率を有する軽量材料を作製することができた。また、作製された材料の構造と機械的強度などとの関係について考察を行った。きらに、この装置を用いて、炭素繊維とマトリックス界面の分離を促進するためのプロセス条件を見出す。平成21年度は、強力な圧縮摩擦による機械的作用を炭素繊維複合材料に付与することで、炭素繊維とマトリックス樹脂界面に、局所的な高温・高圧、超臨界、亜臨界などの特異反応場の形成を可能とする処理装置の試作を行った。研究の第一ステップとして、まず短繊維系の炭素繊維複合材料をモデルサンプルとして撰定し、これを炭素繊維とマトリックス樹脂とに分離可能な装置の試作を行った。装置は、炭素繊維複合材料の粗砕粒子界面に、微量水分共存下で圧縮摩擦的作用を効果的に付与しうる構造とした。試作された装置を用いて、実際に炭素繊維複合材料の処理を行った結果、処理容器の高速回転に伴い、サンプルは容器内壁に配向かつ圧密され、炭素繊維とマトリックス樹脂界面に、強力な分離力を作用できることを明らかにした。
ホメオボックス蛋白質ＣＤＸ２による大腸癌細胞の増殖と生存の抑制機序の解析

本研究課題では、腸管上皮細胞に特異的に発現しているホメオボックス転写因子CDX2が、DNA結合領域であるホメオドメインを介して、オートファジーの必須酵素であるATG7と直接に結合して、オートファジーを活性化することや、オートファジー活性化を介して大腸癌細胞の増殖と生存を抑制することが分かった。その機序として、CDX2によるオートファジーの活性化により、活性酸素(ROS)を産生することにより細胞障害を発生することが分かった。とくに、大腸癌細胞が浮遊したときに、これらの機構が強く働くことから、CDX2が大腸癌細胞の腫瘍の成長過程だけではなく、転移などの悪性化過程を抑制することが分かった。これまでの解析から腸管上皮細胞に特異的に発現するホメオボックス転写因子CDX2が大腸腫瘍形成の発生初期段階を抑制することや、その機序としてCDX2が大腸癌細胞の細胞周期や細胞生存を負に制御することが明らかになった。最近の解析から、CDX2が転写活性を介した機能と、転写活性を介さない機能(オートファジーの活性化)の二つの異なる機能により細胞周期のG1期-S期移行と、細胞生存を負に制御することが明らかとなった。そこで、CDX2が細胞周期や細胞の生存を負に制御する分子機序を解明することにより、大腸癌細胞の増殖と生存をコントロールするための戦略の提案を目指す。CDX2の直接及び間接の制御遺伝子を同定するために、平成24年度に次の組み合わせにより、cDNAマイクロアレイの解析を行った。1)Tet-inducibleにCDX2を誘導する細胞のおいて、CDX2を誘導した場合と、誘導しない場合。2)Tet-inducibleにCDX2の転写活性欠損型を誘導する細胞において、CDX2を誘導した場合と、誘導しない場合。3)Tet-inducibleにCDX2を誘導する細胞のおいて、ATG7にたいするshRNAを用いて、オートファジーの活性を抑制した場合。その結果から次のことがわかった。1)CDX2の転写活性依存性に発現が制御される因子群には、活性酸素量を調節する因子が複数個、含まれていることが分かった。2)また、それらの中には、オートファジーによってもその発現が制御されると思われる遺伝子が含まれていた。そこで平成25年度は、これらの抽出した遺伝子の機能解析を行うことのより、CDX2の下流として大腸癌細胞の増殖や生存の制御に抑制的に働く遺伝子の同定を進める。これまでの解析から腸管上皮細胞に特異的に発現するホメオボックス転写因子CDX2が大腸腫瘍形成の発生初期段階を抑制することや、その機序としてCDX2が大腸癌細胞の細胞周期や細胞生存を負に制御することを明らかにした。そこで、H24年度に行ったcDNAマイクロアレイ解析の結果をさらにreal-time PCRなどを用いて発現の確認を行うとともに、CDX2の発現を誘導できるtransgenic mouse作成用のplasmid vectorの作成を行った。これらの解析から次のことが分かった。1)CDX2の転写活性依存性に発現を抑制している遺伝子群には、活性酸素量を調節し、かつ癌の進行において重要な役割を担うと考えられている遺伝子が複数個、含まれていた。real-time PCRによる解析によっても実際に、その発現量が強く制御されていることが分かった。2)また、CDX2によって活性化するオートファジーによって活性酸素の量が増加することがわかった。3)TetOn-Transgenic動物を作成するためのplasmid vectorをH24年度に作成したが、H24年度に作成したplasmid vectorには、不具合があることが分かったため、H25年度に新たに作成し直した。CDX1あとCDX2は、腸管上皮細胞の恒常性の維持に必須のホメオボックス転写因子である。これまでの解析から、CDX2が大腸腫瘍形成の初期段階を抑制することや、その機序としてCDX2が大腸癌細胞の細胞周期進行の抑制や、細胞生存を負に制御することを明らかにしてきた。H25年度までの解析から、CDX2の転写活性依存性に発現を制御している遺伝子群には、活性酸素量量を調節する可能性が想定される遺伝子が複数含まれていることがわかった。H26年度の解析から、それらの遺伝子群の中に活性酸素の調節に働く遺伝子があることがわかった。また、H25度までの解析からCDX2により活性化するオートファジーも活性酸素量の増加に働くことがわかった。H26年度の解析から、大腸癌細胞が浮遊したときに、CDX2がオートファジーの活性化を介して、細胞死を促すことがわかった。このことから、CDX2は、大腸癌の転移過程における、細胞浮遊時の細胞生存を抑制していると思われる。H27年度までの解析から、腸管の上皮細胞に特異的に発現しているホメオボックス転写因子であるCDX2による大腸腫瘍細胞の増殖と生存の抑制機構として、CDX2がATG7に結合することによってオートファジーを活性化することが分かった。さらに、CDX2は、オートファジーを活性化することによって、活性酸素の産生を促進することが分かった。これらの機序は、CDX2の転写活性には依存していない。一方で、CDX2は転写活性を介しても、活性酸素量の低下させる遺伝子の発現を抑制することで、活性酸素の調節を行っていることが分かった。近年の研究から、活性酸素の発生は、細胞内エネルギー代謝に影響を及ぼすことが分かっている。そこで、CDX2による活性酸素の発生が、細胞内エネルギー代謝を制御することで、細胞の増殖などを制御していると考えた。