hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
菌根性きのこの高度利用を目指した子実体内ヘルパー細菌の役割解明

クロマツと共生するきのこ(ショウロ)子実体から,ショウロ菌糸生育を促進するヘルパー細菌を偶然見出した.本年度は,多数のヘルパー細菌を分離し,ヘルパー細菌系統の拡充を目指した.次いで,多様なきのこ(外生菌根菌)とヘルパー細菌との特異性解析をした.分離源となるショウロ子実体採取地としては,石川県金沢市および鳥取県鳥取市の2カ所を選定した.収集した41個のショウロ子実体から49菌株の細菌を分離した.分離菌株のショウロ菌糸体の生育に及ぼす効果を調査したところ24菌株で,菌糸生育促進効果が認められた.これらの分離細菌系統について分子生物学的手法を用いて同定中である.一方,多様なきのこ(外生菌根菌)とヘルパー細菌との特異性解析には,15属36種56菌株の外生菌根菌を用いた.外生菌根菌の菌糸生育に対する分離細菌系統の影響について調査したところ,アミタケとチチアワタケの菌糸生育が促進された.最も菌糸生育が促進されたのはTUFC31988アミタケであった.反対に,最も菌糸生育が抑制されたのはTUFC100861イボラシャタケ,TUFC100672アジアカラマツイグチであった.また,対照区と比較して菌糸生育に影響を及ぼさないきのこ種としたオオキツネタケ,ガンタケ等が認められた.宿主がクロマツ由来の5菌株(ヌメリイグチ属)のきのこでは,菌糸生育が促進される傾向があり,逆に宿主がカラマツ属,五針葉マツのきのこに対して,菌糸生育を抑制する傾向が認められた.以上の結果から,ショウロ子実体から分離したヘルパー細菌はショウロを含め,宿主クロマツと共生している外生菌根菌に対して特異的に生育を促進する作用を有すると思われた.ヘルパー細菌系統と外生菌根菌との特異性を明らかにできた点は高く評価できる.しかし, 50菌株系統のヘルパー細菌の分離を目指したが,その目標値をクリアーしていないのでやや遅れていると判定した.今後は,ヘルパー細菌の追加分離を進めるとともに,外生菌根菌との特異性解析を継続し,それぞれの外生菌根菌に対して親和性の高い細菌系統を提案する.また,ヘルパー細菌系統に突然変異誘発処理をして,ヘルパー機能欠損細菌系統を分離し,解析ツールを確立する.ヘルパー細菌系統の培養ろ液より,ショウロ菌糸の生育促進物質を単離し,化学構造を解明する研究に着手する.クロマツと共生するきのこ(ショウロ)子実体から,ショウロ菌糸生育を促進するヘルパー細菌を偶然見出した.本年度は,多数のヘルパー細菌を分離し,ヘルパー細菌系統の拡充を目指した.次いで,多様なきのこ(外生菌根菌)とヘルパー細菌との特異性解析をした.分離源となるショウロ子実体採取地としては,石川県金沢市および鳥取県鳥取市の2カ所を選定した.収集した41個のショウロ子実体から49菌株の細菌を分離した.分離菌株のショウロ菌糸体の生育に及ぼす効果を調査したところ24菌株で,菌糸生育促進効果が認められた.これらの分離細菌系統について分子生物学的手法を用いて同定中である.一方,多様なきのこ(外生菌根菌)とヘルパー細菌との特異性解析には,15属36種56菌株の外生菌根菌を用いた.外生菌根菌の菌糸生育に対する分離細菌系統の影響について調査したところ,アミタケとチチアワタケの菌糸生育が促進された.最も菌糸生育が促進されたのはTUFC31988アミタケであった.反対に,最も菌糸生育が抑制されたのはTUFC100861イボラシャタケ,TUFC100672アジアカラマツイグチであった.また,対照区と比較して菌糸生育に影響を及ぼさないきのこ種としたオオキツネタケ,ガンタケ等が認められた.宿主がクロマツ由来の5菌株(ヌメリイグチ属)のきのこでは,菌糸生育が促進される傾向があり,逆に宿主がカラマツ属,五針葉マツのきのこに対して,菌糸生育を抑制する傾向が認められた.以上の結果から,ショウロ子実体から分離したヘルパー細菌はショウロを含め,宿主クロマツと共生している外生菌根菌に対して特異的に生育を促進する作用を有すると思われた.ヘルパー細菌系統と外生菌根菌との特異性を明らかにできた点は高く評価できる.しかし, 50菌株系統のヘルパー細菌の分離を目指したが,その目標値をクリアーしていないのでやや遅れていると判定した.今後は,ヘルパー細菌の追加分離を進めるとともに,外生菌根菌との特異性解析を継続し,それぞれの外生菌根菌に対して親和性の高い細菌系統を提案する.また,ヘルパー細菌系統に突然変異誘発処理をして,ヘルパー機能欠損細菌系統を分離し,解析ツールを確立する.ヘルパー細菌系統の培養ろ液より,ショウロ菌糸の生育促進物質を単離し,化学構造を解明する研究に着手する.理由:概ね予算を使用したが,12,165円の端数残額が生じた.使用計画:次年度使用額は物品費として使用予定である.
新規の葉緑体タンパク質分解系:RCB経路の分子機構

本研究では、窒素転流機構と光合成機能維持の両面から植物の生長に深く関わる老化葉における葉緑体タンパク質の分解機構について分子レベルで明らかにすることを目的とし、本年度は以下の2項目について実験を行った。(1)RCB経路に関わるプロテオーム解析先に確立した葉緑体移行GFP発現シロイヌナズナと共焦点レーザー顕微鏡を用いたRCBの生葉における可視化法を用いて、RCBが蓄積した液胞を単離し、これとRCBが蓄積していない液胞を2次元電気泳動に供し、両者で差異の見られるポリペプチドのスポット群を特定することを試みた。まずRCBを含む液胞を単離する方法について検討した。RCBを形成させた葉からセルラーゼとペクチナーゼを用いた酵素法によりプロトプラストを単離した。その後、プロトプラストを破砕し液胞を遊離させた後、パーコールによる密度勾配超遠心法により液胞を単離した。単離した液胞にはRCBの存在が確認された。しかし、液胞画分には少量ながら葉緑体の混入が認められた。よってRCBのプロテオーム解析を行うためにはさらなる精製方法の確立が必要であることがわかった。(2)ストロミュール形成変異体の選抜葉緑体移行GFP発現シロイヌナズナの種子にEMS処理を行い、突然変異体のプールを作成した。この中からストロミュールの形成に異常の見られる変異体を共焦点レーザー顕微鏡により選抜する方法を確立した。17000個体のM2植物から、複数の変異個体を得た。さらに得られた変異個体について戻し交配、異なるエコタイプとの交配を進め、原因遺伝子同定のための材料を整備した。実験1.二重蛍光標識によるRCB形成機構の形態学的解析RCBの液胞への輸送がオートファゴソームを介したマクロオートファジーの経路によるのか、あるいは液胞膜の陥入によるミクロオートファジー様の経路によるのかについて調べるため、RCBの二重蛍光標識を行った。葉緑体ストロマがGFPとは蛍光波長領域が大きく異なる赤色蛍光タンパク質DsRED2で標識され、かつオートファゴソームがGFPで標識される形質転換体AtATG8-GFPを交配により作出した。この形質転換体の葉における蛍光タンパク質の挙動について共焦点レーザー顕微鏡で解析した。その結果、コンカナマイシンA処理した葉ではDsRED2とGFPが液胞内に蓄積したRCB上に共局在していた。またAtATG8GFPのシグナルは葉緑体から突出したストロミュールにも見られた。以上の結果はRCBがマクロオートファジーを介して液胞に輸送、分解されていることを強く示唆した。実験2.オートファジーや葉緑体分裂に関わる突然変異体を用いた解析RCBがマクロオートファジー様の経路で形成される場合、オートファゴソームに加えて、RCBを葉緑体から切り離す何らかの装置が介在すると考えられた。まずオートファジーに必須な遺伝子ATGの変異体でRCBが形成されるかどうかについて調べた。その結果オートファジー欠損変異体Atatg5-1ではRCBの蓄積は観察されなかった。この結果は実験1の結論を裏付けるものである。また葉緑体の分裂が進行せず葉肉細胞に巨大な葉緑体が存在するARC mutants(arc5, arc6)においてRCBが形成されるかどうかについて調べた。その結果、ARC mutantsでもRCBの蓄積は観察された。この結果は葉緑体の分裂装置とは直接関係のない因子が葉緑体からのRCBの切り離しに関与している可能性を示唆した。
消費財メーカーにおける高付加価値商品のマーケティング・マネジメント

日本の消費財メーカーにおいては同業他社との熾烈な競争に加え、製造を担う小売業者の躍進、大型店舗の積極的な出店により購買力を増大させる総合スーパーといった流通業者からの圧力、またインターネットを活用し、広範囲において詳細な情報収集を行うオンラインショッパーなどに代表される消費者からの圧力により、適正な利益の確保を困難とするレベルでの低価格競争を余儀なくされている。本研究では、脱低価格競争を目的とする、消費財メーカーにおける機能的価値の高い高付加価値商品の創造および、その価値を長期にわたり持続させるマーケティング・マネジメント手法について検討している。市場の成熟化やコンペティターとの熾烈な競争などの結果から生じる商品の低価格化は、確かに消費者に対しては大きな恩恵をもたらすものの、企業が提供する価値に対して適正な利益を得ることができなければ、革新的な商品やサービスの提供、安定した雇用の創出などは実現せず、過度の安売りが社会全体に及ぼす負の影響は計り知れない。本研究では、機能的価値の高い高付加価値商品の創造および、その価値を長期にわたり、持続させるマーケティング・マネジメント手法の一般化を目的としている。初年度となる本年は、機能的価値の高い高付加価値商品の創造および、その価値を持続させるマーケティング・マネジメント手法の仮説を構築するための情報収集として、消費者への質問票調査、高付加価値商品を扱う消費財メーカーとリテーラーへの個別訪問面接調査を実施した。消費者への質問票調査では、720名を対象に高付加価値商品への意識、機能的価値の各要素への評価や機能的価値の向上と価格受容性の関係など、消費者の意識を明確化させた。なお、こうしたニーズがより明確に把握できるように、カスタマーゼーションと関連する枠組みも取り入れた。消費財メーカーの個別訪問面接調査においては、高付加価値商品の開発、マーケティングの実際に関する情報収集を行った。リテーラーへの個別訪問面接調査では、高付加価値商品に対する消費者ニーズに加え、高付加価値化するPBに対する消費者ニーズやメーカーとの協業についても確認した。こうした調査結果は学会報告および論文にて公表することができた。市場の成熟化やコンペティターとの熾烈な競争などの結果から生じる商品の低価格化は、確かに消費者にとっては大きな恩恵をもたらすものの、企業が提供する価値に対して適正な利益を得ることができなければ、革新的な商品やサービスの提供、安定した雇用の創出などは実現せず、過度の安売りが社会全体に及ぼす負の影響は計り知れない。本研究では、高付加価値商品の創造および、その価値を長期にわたり持続させるマーケティング・マネジメント手法の一般化を目的としている。2年目となる本年は、高付加価値商品の創造および、その価値を持続させるマーケティング・マネジメント手法の仮説を構築するための情報収集として、高付加価値商品を扱う消費財メーカーとリテーラーへの個別訪問面接調査を実施した。消費財メーカーへの個別訪問面接調査は中小食品メーカーなどを対象に実施し、製品開発、市場への投入、投入後における消費者との関係性構築・維持という一連のプロセスに関する情報を取集した。再購買に大きな影響を与える消費者との関係性構築・維持に関しては、サービスマーケティングの知見を踏まえた視点からの情報収集も行った。リテーラーへの個別訪問面接調査は大手GMSなどを対象に実施し、高付加価値ナショナルブランド商品の調達から販売に至るプロセスに関する情報を収集した。さらに比較対象として、自社で展開している高付加価値プライベートブランド商品の製品開発、市場への投入、投入後における消費者との関係性構築・維持という一連のプロセスに関する情報収集も実施した。こうした情報を踏まえて構築した高付加価値商品の創造および、その価値を持続させるマーケティング・マネジメント手法の仮説を検証するための消費者への質問票調査に関する枠組は完成した。今年度に実施した調査結果の一部は学会報告および論文にて公表することができた。消費財メーカーにおける機能的価値の高い高付加価値商品の創造および、その価値を長期にわたり持続させるマーケティング・マネジメント手法に関して検討することが本研究の目的である。最終年度となる本年度においては、515名の消費者を対象に質問票調査を実施した。また、中小メーカーおよびリテイラーを中心に個別訪問面接調査を実施し、研究の総括を行った。研究成果の要旨は以下の通りである。(1)高い機能的価値を有する高付加価値商品への消費者の意識:しばしば消費者の低価格志向が強調されるが、質問票調査において自らのニーズに適した商品であれば2割以上高い価格でもよいとする消費者は半数を占めていることが明らかになった。また、重視するポイントとして機能的価値が確認できた。個別の消費者ニーズへの対応に有効であると考えられるカスタマイズされた商品に対しては、2割以上の価格アップとなっても購入すると回答した消費者は4割を超え、重視するポイントとしてサイズや素材など、機能的価値に関する要素が明らかになった。(2)高い機能的価値を有する高付加価値商品の開発および市場への投入:文献調査や個別訪問面接調査を踏まえ、高付加価値商品の開発および市場への投入に関して、もちろんプロダクト・プライス・プレイス・プロモーションといったマーケティング・ミックスは重要であるものの、これらの土台となる組織体制やリーダーシップやコミットメントの影響の大きさがより強調される結果となった。その他、流通業者との協力関係も重要なポイントになることが明らかになった。本研究に関連して高付加価値PBの事例研究も実施したが、高付加価値PBの成功要因の1つに自店であるため店頭における消費者の説得に柔軟に対応できるというポイントが明確化している。こうした研究の成果の一部は論文などにおいて公表することができた。

日本の消費財メーカーにおいては同業他社との熾烈な競争に加え、製造を担う小売業者の躍進、大型店舗の積極的な出店により購買力を増大させる総合スーパーといった流通業者からの圧力、またインターネットを活用し、広範囲において詳細な情報収集を行うオンラインショッパーなどに代表される消費者からの圧力により、適正な利益の確保を困難とするレベルでの低価格競争を余儀なくされている。本研究では、脱低価格競争を目的とする、消費財メーカーにおける機能的価値の高い高付加価値商品の創造および、その価値を長期にわたり持続させるマーケティング・マネジメント手法について検討している。高付加価値商品を扱う消費財メーカーとリテーラーへの個別訪問面接調査を実施し、取りまとめた成果を学会報告および論文にて公表することができた。しかしながら、今年度に実施予定であった高付加価値商品の創造および、その価値を持続させるマーケティング・マネジメント手法の仮説を検証するための消費者への質問票調査に関して、枠組は構築することができたが、実施までには至っておらず、次年度前半までに実施および分析を完了させる予定である。マーケティング高付加価値商品の創造および、その価値を持続させるマーケティング・マネジメント手法の仮説を検証するための消費者への質問票調査を実施・分析する。さらに、この結果を消費財メーカーおよびリテーラーにフィードバックし、ディスカッションを重ね、多くの企業に適用可能な一般化された結論を導出する。こうして得られた成果を国内外の学会で報告する予定である。消費者への質問票調査、高付加価値商品を扱う消費財メーカーとリテーラーへの個別訪問面接調査を実施し、取りまとめた成果を学会報告および論文にて公表することができた。しかしながら、個別訪問面接調査は想定通りの数に満たず、次年度前半に集中して行う予定である。次年度への繰り越しが生じた理由は消費者への質問票調査が実施できなかったことによる。消費財メーカーとリテーラーに対する個別訪問面接調査を追加し、高付加価値商品のマーケティング・マネジメント手法に関する仮説を抽出する。その後、仮説に基づくディスカッションを消費財メーカーおよびリテーラーへの個別訪問面接調査を通じて実施し、仮説の再構築を行う。さらに、仮説の検証のために消費者への質問票調査を実施する。こうした成果を国内外の学会で報告する予定である。次年度に実施する消費者への質問票調査に使用する予定である。次年度への繰り越しが生じた理由は個別訪問面接調査が計画ほどの数は実施できなかったこと、消費者への質問票調査が当初の計画より低コストで実施できたことなどによる。次年度の研究費は消費財メーカーとリテーラーに対する個別訪問面接調査と学会報告のための旅費、消費者への質問票調査費などに使用する予定である。
超音速フリージェットＰＶＤによるナノ結晶Ｓｉ半導体膜の開発

本研究では,超音速フリージェットPVDを用いて無酸素銅およびガラス基板上にナノ結晶Si膜の形成を試みた.本法は,超音速ガス流により加速させたナノ粒子を基材に堆積させることで皮膜を形成させるコーティング技術であり,厚膜の形成が可能な手法である.本法を用いて緻密なSi膜の形成に成功した.形成させた膜の結晶性は,XRDおよびラマン分光法により分析した.本法により形成させたSi膜は512nmの結晶粒を呈しており,基板の加熱や熱処理を施すこと無くナノ結晶膜の形成を達成した.シリコン薄膜(Si膜)は,各種半導体デバイス,薄膜太陽電池やリチウムイオン2次電池の負極などへの適用が盛んに研究されている.従来の成膜法によるSi膜の主流はアモルファスSi(a-Si)であるが,その電子移動度は多結晶Siの100分の1以下であるため,より高電子移動度を有するデバイスを形成するためにa-Si膜から微結晶Si膜への転換が必要不可欠であると指摘されている.a-Si膜の結晶化技術としてレーザーアニール法や金属誘起結晶化法など様々な手法が用いられているが,工程が複雑になる上,大面積の多結晶Si膜の形成が困難であることや,基板にダメージを与えること等が技術的課題となっている.したがって,後処理工程が必要なくas depositの状態で良質な微結晶Si膜を形成する技術の確立が重要であり,新しいコーティングプロセスの開発が模索されている.超音速フリージェットPVD(Supersonic Free-Jet PVD: SFJ-PVD)は,生成直後の活性なナノサイズの粒子(ナノ粒子)を5km/s以上の超音速ガス流によって加速・基板まで搬送し,高い速度を付加したナノ粒子を基板上に堆積させることより膜形成させる新しいコーティング法である.H25年度は,超音速フリージェットPVDにより,Si膜を石英ガラス基板及び銅箔基板上に形成させ,成膜条件が及ぼすSi膜の組織・構造への影響を評価検討することを研究目的とし,基板材質の差異(ガラス/銅)に関わらず,本法により形成されるSi膜が(1)緻密な多結晶体を呈していること,(2)膜組織が数nm10nm程度の微結晶膜組織であることを明らかとした.また,成膜条件が及ぼす成膜速度への影響を調査し,数μm数百μmの範囲で膜厚制御したナノ結晶Si膜を形成できることも示した.本研究では,超音速フリージェットPVDを用いて無酸素銅およびガラス基板上にナノ結晶Si膜の形成を試みた.本法は,超音速ガス流により加速させたナノ粒子を基材に堆積させることで皮膜を形成させるコーティング技術であり,厚膜の形成が可能な手法である.本法を用いて緻密なSi膜の形成に成功した.形成させた膜の結晶性は,XRDおよびラマン分光法により分析した.本法により形成させたSi膜は512nmの結晶粒を呈しており,基板の加熱や熱処理を施すこと無くナノ結晶膜の形成を達成した.現在,様々な半導体デバイスとしてアモルファスシリコン(a-Si)膜が主に使用されているが,その電子移動度は多結晶Siの100分の1以下であるため,より高電子移動度を有するデバイスを形成するためにa-Si膜から微結晶Si膜への転換が必要不可欠であると指摘されている.a-Si膜の結晶化技術としてレーザーアニール法や金属誘起結晶化法など様々な手法が用いられているが,工程が複雑になる上,大面積の多結晶Si膜の形成が困難であることや,基板にダメージを与えること等が技術的課題となっている.したがって,後処理工程が必要なくas depositの状態で良質な微結晶Si膜を形成する技術の確立が重要であり,新しいコーティングプロセスの開発が模索されている.超音速フリージェットPVD(Supersonic Free-Jet PVD: SFJ-PVD)は,生成直後の活性なナノサイズの粒子(ナノ粒子)を5km/s以上の超音速ガス流によって加速・基板まで搬送し,高い速度を付加したナノ粒子を基板上に堆積させることより膜形成させる新しいコーティング法である.H24年度は,超音速フリージェットPVDにより,ガラス基板上にSi膜を形成させ,形成させた膜の組織観察することを研究目的とした.H24年度の研究成果は,超音速フリージェットPVDにより石英ガラス基板上にSi膜の形成を試み,本法により形成されるSi膜が(1)緻密な多結晶体を呈していること,(2)膜組織が数nm10nm程度の微結晶膜組織であること,をSEM観察,TEM観察およびラマン分光分析から明らかとした.シリコン薄膜(Si膜)は,各種半導体デバイス,薄膜太陽電池,リチウムイオン2次電池の負極などへの適用が盛んに研究されている.従来の成膜法によるSi膜の主流はアモルファスSi(a-Si)であるが,その電子移動度は多結晶Siの100分の1以下であるため,より高電子移動度を有するデバイスを形成するためにa-Si膜から微結晶Si膜への転換が必要不可欠であると指摘されている.a-Si膜の結晶化技術としてレーザーアニール法や金属誘起結晶化法など様々な手法が用いられているが,工程が複雑になる上,大面積の多結晶Si膜の形成が困難であることや,基板にダメージを与えること等が技術的課題となっている.したがって,後処理工程が必要なくas depositの状態で良質な微結晶Si膜を形成する技術の確立が重要であり,新しいコーティングプロセスの開発が模索されている.

超音速フリージェットPVD(Supersonic Free-Jet PVD: SFJ-PVD)は,生成直後の活性なナノサイズの粒子(ナノ粒子)を5km/s以上の超音速ガス流によって加速・基板まで搬送し,高い速度を付加したナノ粒子を基板上に堆積させることより膜形成させる新しいコーティング法である.超音速フリージェットPVDにより,Si膜を石英ガラス基板及び銅箔基板上に形成させ,成膜条件が及ぼすSi膜の組織・構造への影響を評価検討することを研究目的とし,H24及びH25年度において,基板材質の差異(ガラス/銅)に関わらず,本法により形成されるSi膜が(1)緻密な多結晶体を呈していること,(2)膜組織が数nm10nm程度の微結晶膜組織であることを明らかとし,成膜条件が及ぼす成膜速度への影響を調査し,数μm数百μmの範囲で膜厚制御したナノ結晶Si膜を形成できることも示した.また,H26年度は,Liイオン二次電池用負極として本法によるナノ結晶Si膜の活用を検討するため,コインセルによる充放電特性を評価し,膜厚が及ぼす充放電特性の差異について明らかとした.薄膜工学,材料加工処理(1)超音速フリージェットPVDにより,ガラス及び銅基板上に膜厚数μm数百μmのナノ結晶Si膜が形成可能であることを示し,50μm以上の厚膜Si膜においても数nm10nm程度の微結晶組織を呈する皮膜を形成させることに成功した.(2) Si膜が適用・応用される各種デバイスに多く用いられるガラス及び銅を基板として,基材材質の差異に関わらず高い密着性を有する緻密なSi膜の形成を達成した.(3)成膜条件が及ぼすSi膜性状(組織及び構造)への影響並びに成膜速度の詳細を明らかとし,膜厚数μm数百μmの範囲で膜厚を制御したSi膜を形成させることに成功した.以上の研究成果は,設定した研究計画に対して順調に推移していると判断でき,良好な研究進捗状況と言える.H24年度は,超音速フリージェットPVDにより,ガラス基板上にSi膜を形成させ,形成させた膜の組織観察することを計画しており,本法による緻密なナノ結晶Si膜の形成が達成できることを明らかとしており,概ね順調に進捗していると考えている.今後は,Si膜の応用・デバイス化を検討することを予定している.特に,これまでの研究成果・知見であるガラス及び銅基板に対して高い密着性で緻密なナノ結晶Si膜を高い膜厚制御性で形成できること,また,既存の成膜プロセスと比較して高い成膜速度で皮膜形成が可能であるという超音速フリージェットPVDの最大の特徴をいかし,薄膜太陽電池への応用デバイス化への検討,並びにリチウムイオン2次電池の負極への応用を検討することを計画している.1.ポリイミド(PI)フィルム上へのSi膜の形成PIフィルムを基板とし,Si膜の成膜を試みる.なお,成膜後の膜の評価は前年と同様とし,研究の進め方,担当・連帯に関しても前年と同様とする.米国スタンフォード大学Dauskardt教授のリサーチグループ渡邊誠氏(NIMS所属)に協力・補助を頂き,薄膜DCB試験により界面の界面破壊靱性を評価検討する.
先端的植物生産に資する温室内蒸散要求度・水耕養液管理の新展開

効率化・集約化・高度化した植物生産システム(園芸施設、大規模温室、植物工場)に多くの期待が集まっている。本研究では、これら先端的植物生産の課題に挙げられる統合環境制御と環境調和に対応するために、温室内蒸散要求度の確立とその環境調節への利用、根による有機態窒素の直接吸収特性の評価、および根の養水分吸収特性の評価・モデル化を行い、栽培管理の新展開に寄与する多くの知見を得た。本研究では,先端的植物生産における課題(統合的環境制御と環境調和)に対応した栽培管理の新展開を図るために,以下の各課題について研究を実施した.1.統合的指標"温室内蒸散要求度"の確立と蒸散速度評価・環境制御への利用温室内での利用を目的とする超音波式小型パン蒸発計を新規作製して,その性能を調査した.パン蒸発速度(E_<pan>)の日変化の評価が可能となり,各微気象要素に対する感度が示された.また長期観測によって,とくに夏季・冬季の温室内微気象とE_<pan>の特徴が示された.さらに,E_<pan>と植物の蒸散速度の日変化の比較から,両者には相関関係が認められた.作製したパン蒸発計は,温室内蒸散要求度の動態解析や植物の蒸散速度の推定に有用であった.2.根による有機態窒素の直接吸収特性の評価と効果的な有機養液栽培の検討ルートプレッシャーチャンバシステムを用いて,根による有機態窒素成分の吸収に関するいくつかの定量的な特性(吸水速度との関係,根圏の有機態窒素濃度との関係)を調べた.有機態窒素としてグリシンとアラニンの吸収速度は,吸水速度が増すほど増加する傾向を示し,また,全窒素吸収に占める有機態窒素吸収の割合も増加した.さらに,根圏の有機態窒素濃度が増すほど,それらの吸収速度も直線的に増した.3.根の養分吸収特性の評価・モデル化と低投入低排出型の水耕養液の管理インタクトの根群の吸水速度,イオン吸収速度および呼吸速度を計測するための養液栽培システムを構築し,根の吸水およびイオン吸収速度が,広い測定範囲において相対誤差3.5%以内で評価可能であることを示した.また,イオン吸収速度と吸水速度の同時計測により,根の導管内のイオン濃度の推定を可能にした.本研究では,先端的植物生産における課題(統合的環境制御と環境調和)に対応した栽培管理の新展開を図るために,以下の各課題について研究を実施した.1.統合的指標"温室内蒸散要求度"の確立と蒸散速度評価・環境制御への利用温室でパン蒸発速度を長期間(約2年半)に渡って観測し,温室内蒸散要求度の特性とその形成機構を解析した.また,基準蒸発散速度とパン蒸発速度との間に強い線形関係があるこを確認したことから,より安価に利用できる超音波式パン蒸発計の有用性を示した.さらに,異なる季節(春,夏,秋,冬)にキュウリ植物を栽培し,温室内蒸散要求度と葉のガス交換特性との関係を調べた.その結果,ガス交換特性に対する蒸散要求度のインパクトが季節によって異なること,また,夏季においては過度の蒸散要求度が植物にストレスを及ぼしている可能性を指摘した.2.根による有機態窒素の直接吸収特性の評価と効果的な有機養液栽培の検討根による有機態窒素の直接吸収速度と根圏温度との関係を調べた.根圏温度の上昇に伴い吸水速度は増加した.一方,導管中の有機態窒素濃度は5°Cから25°Cにかけて増加したが,その後40°Cにかけては減少した.結果として,有機態窒素の吸収速度は,低温下(5°C)では極めて小さい値であるが,25°Cまでは温度上昇と伴に増加し,40°Cにかけてはほぼ横ばいとなる傾向を示した.また,有機態窒素の種類による吸収速度の違いも見られた.3.根の養分吸収特性の評価・モデル化と低投入低排出型の水耕養液の管理根の吸水は,膜輸送タンパク質とイオンの邂逅頻度への作用を通してイオン吸収速度に影響するとの考えのもとに,蒸散統合型イオン吸収モデルを新規に提案した.本モデルに基づいたイオン吸収に対する環境作用の解析により,イオン吸収に対する多様な環境要素および蒸散(根の吸水)の作用を定量的に評価することが可能となった.先端的植物生産における「統合環境制御」と「環境調和」に対応した栽培管理の新展開を図るために,以下3つの課題に取り組んだ.課題I(統合的指標“温室内蒸散要求度"の確立と蒸散速度評価・環境制御への利用)では,温室内の日中の不適切な環境(乾燥と低風速)が気孔伝導度や葉面境界層伝導度を抑制し得ることに着目し,湿度・気流環境を調節するための新たなシステム(細霧器と循環扇)を導入して,その性能と葉のガス交換特性に及ぼす影響を調べた.先ず,導入システムの最適な運転スケジュールを決定した(細霧器は1分運転/3分停止,循環線は常時運転).次に,導入システムの使用によって,時間的・空間的な温室環境への影響を確認した.その結果,葉伝導度が約50%上昇することが確認された.

課題II(根による有機態窒素の直接吸収特性の評価と効果的な有機養液栽培の検討)では,根の有機態窒素濃度の吸収特性に対する根圏濃度の影響を調べた.根域濃度が増すにつれて,有機態窒素の吸収速度は増加し,やがて頭打ちになる飽和型曲線の変化を示した.この特性は,主に導管液中の有機態窒素濃度の変化に起因していた.これらの情報は,有機養液栽培時の適切な養液濃度管理に貢献すると考える.課題III(根の養分吸収特性の評価・モデル化と低投入低排出型の水耕養液の管理)では,水ストレス下において蒸散統合型イオン吸収モデルが適用できるのか検証することを目的とした栽培実験とモデル解析を行った.NaとCl以外の各イオンの吸収速度は水ストレス区において対照区よりも小さい値となった.これらは,植物に対する水ストレスの影響だと思われる.得られた各イオンの吸収速度のデータをモデル解析した結果,両処理区における最大イオン吸収速度および根圏のイオンのマスフローに対する親和性は同程度であることが示された.これらの成果は,適切な水耕養液管理に貢献すると考える.本研究を構築する3つの課題について,昨年度の取り組み(実験装置の構築,準備など)に基づいて本年度はデータの蓄積を行い,その成果も複数報の論文として報告する事が出来たため,達成度を(2)(おおむね順調に進展している)とした.24年度が最終年度であるため、記入しない。課題1については,温室内の特性をおおむね把握する事が出来たので,今後は環境調節技術の導入とその効果に取り組む予定である.課題2については,根圏の有機態窒素の濃度が直接吸収速度に及ぼす影響について実測し,その結果を反応速度論モデルによって解析する予定である.課題3については,本年度の成果は実験室の制御環境下でのデータであったため,今後は,温室の変動環境下においても蒸散統合型イオン吸収モデルが適用可能かどうかを調査する予定である.24年度が最終年度であるため、記入しない。
慢性腎障害における自家単核球細胞移植による腎微小血管再生

腎障害の慢性期では初期の障害原因にかかわらず腎間質病変の進展が共通した病態として観察され、その程度が腎機能の予後を規定する。本研究ではラット腎障害モデルを用いて、自家単核球移植による慢性期腎間質障害での微小血管再生とその再生機序ならびに臨床的効果にっいて検討を試みることを当初の目的としていた。まず、慢性モデルとして用いたハブ毒およびアンジオテンシンII低用量持続投与ラットでは、血圧の上昇を来たすことなく、明らかな糸球体および尿細管間質障害が比較的短期(6週)に観察された。また、腎機能変化も血中尿素窒素、血清クレアチニンの有意な上昇を観察し得た。移植実験であるが、PKH2-G1で細胞表面をグリーンラベルされた骨髄細胞では、腎組織においてはFITC波長での自家発光が高度であるために特異的シグナルの同定が困難であった。そこで最終的に移植に用いた細胞はLacZ遺伝子を導入したヒト末梢血由来単核球であった。すなわち、ヒト末梢血より単離後、培養7日目の細胞に、超音波造影剤を用いた非ウィルスベクター法によってLacZ遺伝子を導入したところ、約50%の遺伝子導入が可能であった。同細胞を開腹後、経腎静脈的に片腎に移植した。細胞の生着を観察するために行ったヌードラット虚血再環流モデルにおいて、移植後4日目の腎組織で、β-galacosidase陽性細胞は尿細管に分布しており、当初のFITCでの観察では不明確であった尿細管周囲血管網への生着は認めなかった。尿細管に分布したβ-galacosidase陽性細胞の分化を同定するために移植後7日目に免疫染色を施行したが、AQP-1がβ-galacosidaseと共染色された。第8因子と共染色される部位は見いだせなかった。ラット慢性腎障害モデル(ハブ毒+AngII持続注入)で同様の実験を行い、移植後最長6週までの観察を行ったが、組織変化および腎機能の改善効果は見いだせなかった。しかしながら、ヒト末梢血由来単核球細胞は経腎静脈的な移植によって、腎尿細管に生着可能であり、また、その少なくとも一部は尿細管細胞に分化することが観察されたことは、今回の基盤研究での大きな成果であったと考える。移植骨髄単核球細胞による腎障害ラットの間質組織における血管再生法の確立(1)慢性腎疾患モデルの作成近交系ラット(WKAH/Hkm:体重200g250g)にハブ毒単回投与およびアンジオテンシンII(AngII)持続投与により、腎不全モデルを作成した。すなわち、片腎を摘出し、約24時間後にハブ毒(3.5mg/kg)を大腿部皮静脈より静注。同時にアンジオテンシンII溶液を含んだ浸透圧ポンプを皮下に植え込み、低用量持続投与(80ng/min)した。処置後4週でラットを屠殺し、腎組織を検討したところ、約30%の糸球体に全硬化がみられ、残りの糸球体にも分節状にメサンギウム増殖を認めた。また、中等度から高度の尿細管間質障害があり、同部位の線維化が観察された。

なお、屠殺する直前にに血中尿素窒素、血清クレアチニンの検討を行ったが、無処置対照ラットの約2ないし3倍の高値であった。また、尿蛋白は11.5g/日出現していた。(以上、森泰清担当)(2)細胞移植次に、上記モデルラットでハブ毒およびAngII持続投与開始後2週後に下記により単離した10^6個の骨髄単核細胞を大腿静脈からの静脈内投与により移植した。骨髄単核球は近交系ラットの大腿骨・脛骨より得た骨髄細胞を比重遠心法(Lymphoprep^<【○!R】>)にて単核球分画を回収し、移植前にPKH2-G1で細胞表面をグリーンラベルしたを上記週令で各モデルラットに移植した。2ないし4週間後に腎を摘出し、FITC波長蛍光下で腎組織内に生着した細胞数を観察した。FlTC波長で確認された細胞は主に尿細管周囲の毛細血管網に集積されていた。現在、検体数を増やし、定量的に検討中である。(以上、森泰清、松原弘明)腎障害ラットの間質組織における移植骨髄単核球細胞の生着と分化平成14年度の研究によって(1)ハブ毒単回+アンジオテンシンII持続投与による慢性腎疾患モデルラットの作成(2)骨髄単核球細胞の移植を行った。平成15年度は、(2)の移植細胞の生着と分化を検討した。ここまでの方法では、PKH2-G1で移植細胞表面をラベルしていたため、FITC波長蛍光下での観察を行っていた。当初はそれにより、腎組織内に生着した細胞数を追跡し、尿細管周囲に陽性細胞を見受ける傾向にあった。しかしながら、腎尿細管・間質はレーザー顕微鏡での観察における自家発光が強いために、実験を繰り返す過程で特異的陽性細胞の判定に困難を呈することが多くなり、実験の結果の安定性に非常な疑問を生じた。そこで、LacZ遺伝子を導入した細胞を移植し、β-galactosidase(gal)染色による追跡を行う以下の実験系に計画を修正した。ヒト末梢血由来単核球細胞の腎障害ラットへの移植ここでは、(1)遺伝子導入を行うために培養細胞を用いる必要があること、(2)比較的多量の細胞を必要とすることから、浅原・村澤らのヒト末梢血由来単核球細胞の分離・培養法を用いた(Circulation 106:1133,2003)。実験の協力に承諾を得た健常ボランティアの末梢血(200ml)より比重遠心法(Histopaque 1.077【○!R】)にて単核球分画を回収し、2%FBS含有培地にて培養した。7日目にmicrobubble(Optison【○!R】)と超音波照射によるpCGAAS-LacZ遺伝子導入を行った。この細胞群を免疫不全ヌードラット(F344/N mu/rnu、100200g),に経腎静脈的に投与した。腎尿細管障害を惹起しておくために、移植4時間前に移植予定側の腎動脈を40分間クランプし、開放、すなわち虚血再還流障害を施した。7日目に腎組織を採取し、移植細胞の生着をβ-gal染色で追跡した。結果、尿細管上皮細胞の領域に、β-gal陽性細胞を散在性ではあるが明確に確認でき、蛍光抗体法でも同様の腎組織内分布がみられた。間質、血管、糸球体には陽性細胞を見出せなかった。よって、虚血回復時の腎においては、ヒト末梢血単核球由来細胞の少なくとも一部が血管ではなく、尿細管上皮に分化する可能性を新たに示唆する結果となった。
有孔虫の殻に残る古生態情報は「最後の深海生底生群集の絶滅事件」を解明するか?

更新世中期に絶滅した深海底生有孔虫の古生態情報を解析して、絶滅に至る理由を解明することが目的である。殻内部の構造物(歯板)の特徴と起源から、殻の内部構造を有する他の有孔虫とは異なる系統関係が示唆された。殻の光学的組織の類似性から、絶滅有孔虫は深内生種で低酸素環境に耐性を持つ過去の生態が示唆された。この絶滅イベントは第四紀の汎世界的な深海底の低水温化や酸化的環境への変化と関連していると考えられる。本研究の目的は,1.約60万年前に世界的に同時絶滅した深海生底生有孔虫(Pleurostomellidae科)の殻の内部構造(歯板の形態,起源,層構造)を明らかにすること.2.絶滅有孔虫殻の光学的性質・殻の安定同位体比を解析して堆積物中での生息深度や水温との関係を明らかにすること.3.最終的に絶滅するに至った原因が汎世界的な深海底の低水温化や酸化的環境の変化と如何に関連しているのかを古海洋学的に解明するための古生態情報を提示することである。19年度は,国際深海掘削計画(ODP)で採取された世界中の深海底コア堆積物について,保存状態の良い絶滅深海生底生有孔虫(Pleurostomellidae科)の化石を多く産出するコア地点および層準(鮮新世-更新世の地質時代)を選定し,コア冷蔵保管所(ブレーメン、高知)から堆積物試料を入手した.これらの試料を処理し,解析に必要な個体数の絶滅有孔虫化石の摘出作業を継続中である.今後、有孔虫化石の薄片または部分的に殻を取り除いた標本を個々に作成して,生物顕微鏡または電子顕微鏡を使用して、上記目的の1.で示した殻の内部構造(特に歯板の起源や層構造)を明らかにする予定である.この解析から、絶滅有孔虫と形態的に類似する殻の内部構造物(歯板)を持つ他の有孔虫グループの系統関係と、後者の示す生態から絶滅有孔虫の生態を推定できると考えられる。本研究によって、謎に満ちた深海底生物の生命現象を理解するための基礎情報を提供することの意義は大きいと考えている.本研究の目的は、1.約60万年前に世界的に同時絶滅した深海生底生有孔虫(Pleurostomellidae科)の殻の内部構造(歯板の形態,起源,層構造)を明らかにすること、2.絶滅有孔虫殻の光学的性質・殻の安定同位体比を解析して堆積物中での生態を明らかにすること、3.最終的に絶滅するに至った原因が汎世界的な深海底の低水温化や酸化的環境の変化と如何に関連しているのかを古海洋学的に解明するための古生態情報を提示することである。20年度は、国際深海掘削計画(ODP)によってインド洋で採取された深海底コア中の絶滅深海生底生有孔虫(Pleurostomellidae科)の化石を摘出し、炭酸塩の殻が続成作用で変質していない、比較的大型の種(P. brevis)について、殻薄片または部分的に殻を取り除いた観察用標本を作成した。生物顕微鏡と電子顕微鏡を使用して、上記目的の1.で示した殻の内部構造(特に歯板の起源や層構造)を観察したところ、他の有孔虫グループに見られる内部構造物(歯板)のつくりや起源とは異なることが明らかになってきた。これまでの観察からは、歯板の層構造は観察されておらず、その起源も殻の延長が殻内部に延伸して歯板を形成しているのではないと思われるが、なお多くの標本の観察を要する。また、インド洋で採取された深海底コア中の絶滅深海生底生有孔虫殻の酸素・炭素安定同位体比測定を行なうための測定標本の摘出を行なった。21年度(最終年度)に測定する予定である。本研究の目的は、1.約60万年前に世界的に同時絶滅した深海生底生有孔虫(Pleurostomellidae科)の殻の内部構造(歯板の形態,起源,層構造)を明らかにすること、2.絶滅有孔虫殻の光学的性質・殻の安定同位体比を解析して堆積物中での生態を明らかにすること、3.最終的に絶滅するに至った原因が汎世界的な深海底の低水温化や酸化的環境の変化と如何に関連しているのかを古海洋学的に解明するための古生態情報を提示することである。21年度は、国際深海掘削計画(ODP)によってカリブ海および南西太平洋で採取された深海底コア中の絶滅深海生底生有孔虫(Pleurostomellidae科)の化石を摘出し、炭酸塩の殻が続成作用で変質していない、比較的大型の種(Pleurostomella sp., P. brevis, P. alternans)について、殻薄片または部分的に殻を取り除いた観察用標本を作成した。しかしながらこれらの種は産出個体数が少ないことに加えて保存の良い個体数が少なかったため、標本の作製に多くの時間を要した。

生物顕微鏡と電子顕微鏡を使用して、上記目的の1.で示した殻の内部構造(特に歯板の起源や層構造)を観察した。他の有孔虫グループに見られる内部構造物(歯板)の層構造は観察できず、その起源も殻の延長が殻内部に延伸して歯板を形成しているように見えることから、殻の内部構造を有する有孔虫の異なる系統関係が示唆される。また、カリブ海および南西太平洋で採取された深海底コア中の絶滅深海生底生有孔虫殻の酸素・炭素安定同位体比測定を行なうための標本の摘出に多くの時間を要したために測定は完了していない。しかしながら産出する群集構成の変化から、海洋循環および深海底環境の変化と密接な関係があることが示唆される。
発癌遺伝子産物の機能阻害を指標とした制癌剤の開発

我々は、癌遺伝子産物および増殖因子受容体のチロシキンキナーゼ活性阻害剤を探索し、イソフラボンの一種ゲニステインがEGF受容体や【pp60^(src)】のチロシンキナーゼ活性を特異的に阻害することを明らかにしてきた。今年度は、ひき続きチロシンキナーゼ阻害剤の探索を継続すると同時に、ゲニステインの培養細胞への作用の解析および誘導体の合成とその作用の解折をおこなった。(1)増殖因子によりひきおこされる細胞膜脂質代謝回転の亢進は細胞増殖のシグナル伝達機構に重要な役割を果たしていると考えられているが、ゲニステインはEGFによるヒト・カルシノーマA431細胞のリン脂質代謝回転の亢進および、PDGF,バゾプレッシン,ボンベシンによるSwiss3T3細胞のリン脂質代謝回転の亢進を顕著に阻害した。ゲニステインの誘導体を種々合成し、チロシンキナーゼ阻害活性とリン脂質代謝亢進阻害活性とを検討したところ、両者の間に相関がみられた。(2)ゲニステインはRous sarcomaウイルスでトランスフォームしたラット3Y1細胞,A431細胞,マウス・サイモーマEL4細胞,マウス・マストサイモーマP815細胞の増殖を顕著に阻害した。また、リンパ球のConA,PWA,LPSによるblast化も強く阻害した。誘導体について同様の実験をおこなうと、in vitroおよびin vivoでゲニステインと同様にチロシンキナーゼ活性を阻害するが細胞毒性を示さないものが数種見出された。特に2位に-COOH,-COO【C_2】【H_5】,-【CH_2】S【CH_2】CH(OH)【CH_2】OHをもつ誘導体はほとんど細胞毒性を示さないにもかかわらず、マウスに投与すると抗体産生を顕著に抑制し、免疫抑制剤としての観点から検討に価すると考えられた。(3)数種の微生物がチロシンキナーゼ阻害物質を生産していることを見出し、そのうちの一種を精製・構造決定したところ、やはりイソフラボンの一種であることが明らかとなった。
組織工学とマイクロゲルビーズの融合による血管化複合肝組織の構築

本研究は、細胞スケールでコラーゲンゲルビーズを作製し、肝臓組織工学の研究と融合することで、毛細血管網を含む三次元複合肝組織を構築することを目的としている。すなわち、細胞スケールのマイクロゲルビーズを作製し、細胞と混合してマイクロ流体デバイスに注入することによってゲルビーズが三次元組織内部において血管形成のためのスペーサーとして働き、複合三次元組織を形成させるために重要な役割をもつと考えられる。本仮説を検証するために、平成2526年度はマイクロゲルビーズの作製条件を検討し、平成27年度は細胞培養実験への応用を中心に研究を遂行した。その結果、以下の研究成果を得た。マイクロゲルビーズの作製法は、1マイクロ流体デバイスを用いた方法、2インクジェットノズルを用いた方法、3エマルジョンを利用した方法、の3つの手法を検討し、3の手法において所望の大きさである細胞スケールのマイクロゲルビーズを作製することに成功した。さらに、粒径分布を制御するパラメータを見出し、細胞スケールで3つの異なるサイズのコラーゲンゲルビーズを作製した。次に、この3つのサイズのマイクロゲルビーズを肝細胞に混合して培養した。培養結果より、1本研究で開発したコラーゲンゲルビーズは細胞毒性の問題がないこと、2細胞と同等のサイズのビーズと混合培養することによって肝細胞の三次元組織化が誘導されること、3ゲルビーズとの混合培養によって肝細胞の機能も向上すること、を明らかにした。最後に、マイクロ流体デバイスにおいても混合培養を実現し、ゲルビーズと肝細胞の三次元複合組織を構築できることを確認した。以上より、本研究で開発したマイクロゲルビーズが肝細胞組織の血管化に役立つことを実証した。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、細胞スケールでコラーゲンゲルビーズを作成し、肝臓組織工学の研究と融合することで、毛細血管網を含む三次元複合肝組織を構築することを目的としている。すなわち、細胞スケールのマイクロゲルビーズを作成し、細胞と混合してマイクロ流体デバイスに注入することによってゲルビーズが三次元組織内部において血管形成のためのスペーサーとして働き、複合三次元組織を形成させるために重要な役割をもつと考えられる。そこで、H25年度は肝細胞の培養を行う上で必要となるマイクロゲルビーズの作成を中心に進めた。具体的には、マイクロ流体デバイスを用いたコラーゲンゲルマイクロビーズの作成法とインクジェットノズルを用いたゲルビーズの作成法を検討した。マイクロ流体デバイスを用いた作成法ではマイクロ流路内部で所望のサイズの液滴ができることがわかったが、液滴形成後にマイクロ流路の内壁に接着することで、ビーズとして回収することが困難であることがわかった。この課題を解消するためには、マイクロ流路表面の状態(疎水性、親水性)が作成したゲルビーズの保持において重要な環境条件であることがわかった。一方、インクジェットノズルを用いた作成法では、ゲル化する前のコラーゲン溶液を所望のサイズで液滴にすることが可能であることまでは確認できたが、その後ゲル化させる段階でマイクロゲルビーズの形状を保持することに課題があることがわかった。この課題を解消するためには、マイクロゲルビーズを回収する溶液に界面活性剤などを添加して条件を最適化して検討する必要があることがわかった。これらの条件を明らかにし、所望のマイクロゲルビーズを作成することができるようになることが、次の段階の細胞と混合する実験を実現するうえできわめて重要である。当該研究課題の実現のために、平成26年度は平成25年度の研究成果も踏まえ、引き続きマイクロゲルビーズの作成条件を検討すると同時に、マイクロ流体デバイスを用いた細胞培養実験への応用も始めた。具体的には、マイクロゲルビーズの作成および細胞培養に関して以下の研究成果を得た。マイクロゲルビーズの作成法に関しては、1マイクロ流体デバイスを用いた方法、2インクジェットノズルを用いた方法、3エマルジョンを利用した方法、の3つの手法を並行して検討した。その結果、3の手法において所望の大きさである細胞スケールのマイクロゲルビーズを作成することに成功した。さらに、より効率的にビーズを作成するための実験パラメータを明らかにした。一方、細胞培養実験に関しては、マイクロ流体デバイスの作製、肝細胞の初代培養、および血管内皮細胞の培養を行った。特に、本研究において作成に成功したマイクロゲルビーズが、肝細胞および血管内皮細胞の培養に用いることができるかどうか検討し、培養中におけるゲルビーズの安定性、細胞毒性および細胞接着の観点から、本研究で目的としている肝臓組織工学の研究に十分利用しうることを確認した。

本仮説を検証するために、平成2526年度はマイクロゲルビーズの作製条件を検討し、平成27年度は細胞培養実験への応用を中心に研究を遂行した。その結果、以下の研究成果を得た。マイクロゲルビーズの作製法は、1マイクロ流体デバイスを用いた方法、2インクジェットノズルを用いた方法、3エマルジョンを利用した方法、の3つの手法を検討し、3の手法において所望の大きさである細胞スケールのマイクロゲルビーズを作製することに成功した。さらに、粒径分布を制御するパラメータを見出し、細胞スケールで3つの異なるサイズのコラーゲンゲルビーズを作製した。次に、この3つのサイズのマイクロゲルビーズを肝細胞に混合して培養した。培養結果より、1本研究で開発したコラーゲンゲルビーズは細胞毒性の問題がないこと、2細胞と同等のサイズのビーズと混合培養することによって肝細胞の三次元組織化が誘導されること、3ゲルビーズとの混合培養によって肝細胞の機能も向上すること、を明らかにした。最後に、マイクロ流体デバイスにおいても混合培養を実現し、ゲルビーズと肝細胞の三次元複合組織を構築できることを確認した。以上より、本研究で開発したマイクロゲルビーズが肝細胞組織の血管化に役立つことを実証した。H26年度の研究成果によって、本研究において最も重要な位置づけとなるマイクロゲルビーズの作成に成功し、細胞と混合した培養も始めることができているため、おおむね順調に進展している。27年度が最終年度であるため、記入しない。これまでの研究成果によってマイクロゲルビーズの作成に成功し、細胞培養にも利用可能であることを確認している。そのため、今後の研究では、肝細胞および血管内皮細胞と混合しマイクロ流体デバイスでの組織形成に応用していく計画である。H25年度に予定していたマイクロゲルビーズの作成が計画通りに進まず、実験条件の最適化や代替案も含めて検討しているから。マイクロゲルビーズの作成について当初予定していた方法に問題があり、工夫する必要があることがH25年度の研究によって明らかになった。そこで、代替案も含めて3つのアプローチでマイクロゲルビーズを作成することを検討している。
変調光照射ケルビンフォース顕微鏡による半導体光励起キャリアの動的挙動マッピング

本研究の目的は、走査型プローブ顕微鏡(SPM)の一種で材料表面の電位や仕事関数をナノスケールで観察できるケルビンフォース顕微鏡(KFM)に強度変調した光照射を組み合わせることで、半導体材料内部におけるキャリアの動的挙動を高分解能でマッピングする手法の確立を目指すものである。本研究は、以下のフェーズ1、2に従って実施する計画となっている。フェーズ1:《変調光照射機構と変調光応答成分抽出回路の既存KFM装置への組込み》フェーズ2:《各種半導体デバイスにおける表面電位光応答マッピング》本年度は、初年度および次年度で実施する計画のフェーズ1における最初の段階として、従来型のKFM装置をベースとした機能付加作業を行った。既存のKFM装置に新たな付加機構として、強度変調した単色光の照射機構、カンチレバーの振動信号からから照射光変調周波数に同期した成分を抽出・増幅するためのロックインアンプを組み込んだ。光照射は、各種半導体のバンド構造・表面準位に対応した波長の光を選択照射するため、500WのXeランプとモノクロメータを組み合わせたモノクロ光源に試料の測定部位に光を導く光ファイバー光学系を作製して組み合わせた。照射光の波長範囲は250nm近赤外となっている。また、照射光を変調するために周波数可変のメカニカルチョッパ式の光変調器を導入した。変調周波数は現状1kHzまでとなっている。上記構成にて測定試料付近への変調光照射の確認を行った。本研究における研究計画のフェーズ1:《変調光照射機構と変調光応答成分抽出回路の既存KFM装置への組込み》は、初年度および次年度の2年間を当てる予定となっており、本年度において装置への物理的付加機能搭載を行ったことろである。本年度において、研究計画のフェーズ1の、装置への物理的付加機能搭載を行った。次年度はテスト試料を用いてシステムの動作確認と調整を行う。機能検証のための試料には、スパッタ法を用いて作製した酸化チタン薄膜試料等を用い、光変調周波数に対する信号応答が得られることの確認と、変調光照射機構の最適化を行う。最終年度には、フェース2《各種半導体デバイスにおける表面電位光応答マッピング》へ移行する予定。