hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
老化に伴う学習・記憶障害発症機序とその予防-自然発症老年期脳障害モデルSAMを用いた総合的研究

1.P/8を用い受動的回避反応における潜時と脳幹部空胞変性を精査したところ、脳幹網様体大細胞群の脊内側部の海綿状変性と記憶障害が密接に関連することが分かった。R/1の脳幹網様体大細胞群を両側破壊し受動的及び自動的回避反応をテストしたところP/8と同様に学習・記憶障害を認め、脳幹網様体と学習・記憶機能との間に密接な関連があることが分かった。2.合成ヒトβ/A4_<1-24>ペプチドに対する抗体を用いP/8脳の免疫組織化学的研究の結果、中隔野、大脳皮質深層・海馬、小脳、脳神経核及び根部等広汎な部位に径1.52.5μmのβ/A4様免疫活性陽性顆粒(β-LIGS)を認めた。本顆粒は加齢と共に増加し、特にP/8脳では著しい。β-LIGSの構成成分はβ/A4部位を含む1418kDaのAPP断片の可能性が高い。3.画像解析装置を用い、P/10脳の萎縮部位を同定した。加齢に伴い最も強い萎縮をみたのは大脳前頭野新皮質でその他の皮質領野、嗅脳系皮質、扁桃体にも広範に萎縮をみた。大脳皮質萎縮は大型ニューロンの脱落と細胞体萎縮による。正常老化R/1脳では生後24ヶ月齢で頭頂野新皮質の軽度の萎縮をみる程度である。以上アルツハイマー病との類似はP/10のモデル動物としての重要性を示唆する。4.P/10マウスを用い、T-迷路を使用した条件回避学習テストを行ったところ、対照のR/1に比べP/10マウスでは、T-迷路にて左・右の弁別能力は維持しているが、条件刺激と無条件刺激を関連さすことにより、来るべき嫌悪ショックを予知し回避する能力が加齢によって低下してきたことを示す。5.食餌中の脂肪酸の変化がP/8の学習・記憶障害に与える影響をみるため9%のべにばな油(リノール酸に富む)、あるいはしそ実油(α-リノレン酸に富む)を含む精製飼料を自由摂取させ種々の学習課題について検討したところ、しそ実油群において学習・記憶障害の進展が有意に抑圧されることが分かった。1.老化促進モデルマウス(SAM)の系統維持が順調に行われた。即ち促進老化系8系統,正常老化系3系統計11系統について茎時的な老化度評点,寿命等の老化特性および老化アミロイド症,学習・記憶障害等の老化病態のチェックにより,天々の系統の特性が恒常的に維持されていることが確認された。2.P/8を用い受動的回避反応における潜時が300秒を示すものを学習・記憶良好群,300秒未満を同不良群とし,天々の群について脳幹部空泡変性を精査したところ,脳幹網様体大細胞群の脊内側部の海綿状変性と記憶障害が密接に関連することが分った。つぎに学習・記憶障害のないR/1の脳幹網様体大細胞群と両側破壊し,受動的および自動的回避反応をテストしたところP/8と同様に学習・記憶障害をみとめ,脳幹網様体と学習・記憶桟能との間に密接な関連があることが分った。

3.ヒト血清アルブミンを靜注しSAM脳内への移行率を測定したところ,アルブミンの脳内移行率は加齢に伴い増加し,22ケ月齢のR/1および13ケ月齢のP/8では同糸統の若齢群に比し夫々41%,51%増加していた。即ち加齢に伴い学習・記憶障害を発症するP/8においてより早期に,より著明に脳のバリア桟能が低下することが示された。4.P/10の大脳新皮質のニュ-ロン数とニュ-ロン細胞体面積の加齢変化をコンピュ-タ-化自動画像解析装置を用い検討したところ,P/10の新皮質では加齢と共にニュ-ロンが脱落し,特に大型ニユ-ロンが生涯を通じ35.6%減少すること,および第IV層以外の広い範囲でニュ-ロン細胞体が加齢に伴い萎縮することが分った。一方,R/1では生涯を通じニュ-ロンの脱落は軽微で大型ニュ-ロン数は減少しないこと,またニュ-ロン細胞体は寿命末期まで萎縮しないことが明らかとなった。1.モデルの系統維持が順調に行われた。即ち経時的な老化度評点、寿命遺伝子モニタリング、老化病態のチェックにより各系統の恒常性が確認された。2.食餌を用いた非嫌悪学習事態である遅延弁別学習において保持時間を変えてP/8を用いた短期記憶のテストを行った。保持時間10.0秒でP/8の方がR/1に比し負刺激に対する誤反応が多い傾向を示し、P/8の8ケ月齢で保持時10.0秒の方が5.0秒より負刺激に対する誤反応が多く、保持時間5.0秒では8ケ月齢の方が2ケ月齢よりも誤反応が多い傾向を示した。次にP/8の学習記憶障害と脳波の関連をみるため、学習中(能動的回避反応)の海馬脳波を記録した。学習によって海馬のシータ波は高周波側に移行し、学習記憶障害の著しいP/8においては海馬シータ波は学習によってもほとんど変化しないことが分った。合成ヒトβ/A4_<1-24>ペプチドに対する抗体を用いP/8脳の免疫組織化学的研究の結果、中隔野、大脳皮質深層、海馬、小脳、脳神経核及び根部等広汎な部位に径1.52.5μmのβ/A4様免疫活性陽性顆粒(β-LIGS)を認めた。本顆粒は加齢と共に増加し、特にP/8脳では著しい。β-LIGSの構成成分はβ/A4部位を含む1418KDaのAPP断片の可能性が高い。3.画像解析装置を用い、P/10脳の萎縮部位を同定した。加齢に伴い最も強い萎縮をみたのは大脳前頭野新皮質でその他の皮質領野、嗅脳系皮質、扁桃体にも広範に萎縮をみた。大脳皮質萎縮は大型ニューロンの脱落と細胞体萎縮による。正常老化R/1脳では生後24ケ月齢で頭頂野新皮質の軽度の萎縮をみる程度である。以上アルツハイマー病との類似はP/10のモデル動物としての重要性を示唆する。4.食餌中の脂肪酸の変化がP/8の学習記憶障害に与える影響をみるため9%のべにばな油(リノール酸に富む)あるいはしそ実油(α-リノレン酸に富む)を含む精製飼料を自由摂取させ種々の学習課題について検討したところ、しそ実油群において学習・記憶障害の進展が有意に抑圧されることが分った。即ち〓時的な老化度評点、寿命、遺伝子モニタリング、老化病態のチェックにより各系統の恒常性が確認された。2.SAM-P/8脳のグルコース、アミノ酸の代謝異常を検索するため〔^<14>C〕deoxyglucose,〔^<14>C〕L-tyrosineを用いてその集積を、SAM-R/1脳をコントロールとして測定した。この結果、前者の脳内集積は1ヶ月齢では正常であるが、2-3ヶ月齢頃より減少し加齢に伴ってその程度が増す。一方後者tyrosineの集積は15ヶ月齢の間、ほとんど変化をみなかった。以上の結果はP/8にて学習・記憶障害の出現してくる時期にほぼ一致してグルコース代謝の変化が生じてくることを示している。3.新しく開発されたT-
ポリコーム群遺伝子Ｅｚｈ２の造血腫瘍発症におけるメカニズム解析

EZH2の機能欠失による骨髄球性腫瘍発症のメカニズムを明らかにするため、Ezh2コンディショナル欠損マウス骨髄を用いてレシピエントマウスに移植後にEzh2を欠損させることにより、造血特異的Ezh2欠損マウスを作成し、その造血の長期観察を行った。Ezh2欠損後10カ月前後でマウスは骨髄球系腫瘍を発症した。MDS/MPN様病態が多く、次いでMDSが認められた。この結果は、患者検体で同定されるEZH2変異の頻度と合致するものであった。Ezh2の機能欠損による骨髄球性腫瘍発症の分子メカニズムを理解するため、Ezh2欠損MDSマウスのLSK細胞を用いて遺伝子発現解析を行った。Ezh2欠損に伴うH3K27me3の減少によって多くのPRC2標的遺伝子発現の脱抑制が認められたが、造血幹細胞におけるBivalent遺伝子群はMDS発症後に再抑制されることが認められた。Bivalent関連遺伝子は分化制御遺伝子を多く含むこと、またEzh1を含むPRC2複合体(Ezh1-PRC2)が修飾に寄与していることが示されていることから、Ezh2欠損を部分的にEzh1が代償しているものと予測し、H3K27me3のChIP-Sequenceを行ったところ、Ezh2欠損により一度減少したH3K27me3が多くのPRC2表的遺伝子、特にBivalent遺伝子群プロモーターで部分的あるいは完全に回復することが確認された。さらにEzh1/Ezh2ダブルノックアウトマウスを作成したところ、長期再構築能が完全に欠失していることが明らかになった。したがって、Ezh2の機能欠損による造血器腫瘍の形成には造血幹・前駆細胞におけるEzh1の発現が必須であり、Ezh2の機能不全状態の一部をEzh1が代償的に補完することが示された。28年度が最終年度であるため、記入しない。Cre-ERT;Ezh2fl/flマウスの骨髄を移植し、その後タモキシフェンを投与してEzh2を欠失させたレシピエントマウスの末梢血、骨髄、脾臓の細胞を経時的に観察した。Ezh2を欠失すると白血球数が減少し、血小板数が増加すること、また末梢血中に過分葉な好中球や巨大巨核球などの異形成血球が再現を持って確認され、長期に9ヶ月以上経過すると抹消血、骨髄、脾臓においてもコントロールマウスに比較してバリエーションが出てくることが確認された。これらの病態を骨髄異形成症候群(MDS)、増殖を伴った骨髄異形成症候群(MDS/MPN)、血小板上昇を伴った骨髄異形成症候群(MDS/MPN_TC)と診断し、それぞれMDS17%、MDS/MPN46%、MDS/MPN_TC26%で発症してくることを確認し、造血特異的Ezh2欠損マウスはほぼ全ての個体が骨髄球性腫瘍を発症することが明らかになった。つぎに病気になった個体の骨髄を用いて2次移植を行い、MDSの幹細胞性を確認した。2次移植後、短期間では抹消血のキメリズムが低いものもあったが、最終的には8割9割になり、コントロールマウスに比較して有意に生存期間が短縮した。そして、その病態を解析するとMDSのみでなく、リンバ性白血病も発病している事が明らかになった。また、造血特異的Ezh2欠損マウスは経時的にCD5+のB-1a B細胞が増加してくることを明らかにした。Ezh2コンディショナル欠損マウス骨髄細胞をレシピエントマウスに移植後、Ezh2を欠損させることにより、造血特異的Ezh2欠損マウスを作成し、その造血の長期観察を行った。その結果、Ezh2欠損後10カ月前後でマウスは造血器腫瘍を発症した。一部T-ALLも発症したが、骨髄球系腫瘍が主であり、CMMLを含むMDS/MPN様病態が多く、次いでMDSが認められた。この結果は、患者検体でのEZH2変異の頻度と合致するものであった。また、Ezh2欠損マウスはコントロールに比較して血小板数が増加する傾向を示したが、長期観察後にさらに増加する個体が20-30%で認められた。Ezh2の機能欠損による造血疾患形成のメカニズムを理解するため、Ezh2欠損MDSマウスのLSK細胞を用いて網羅的遺伝子発現解析を行ったところ、Ezh2欠損に伴うH3K27me3の減少によって多くの遺伝子発現の脱抑制が認められたが、造血幹細胞においてプロモーターが相反するヒストン修飾(H3K27me3とH3K4me3)でマークされるいわゆるbivalent遺伝子群は、その抑制状態が維持されていることが認められた。Bivalent関連遺伝子は分化制御遺伝子を多く含むこと、またEzh1を含むPRC2複合体(Ezh1-PRC2)が修飾に寄与していることがES細胞の解析から示されていることから、Ezh2欠損を部分的にEzh1が代償しているものと予測し、クロマチン免疫沈降シークエンス(ChIP-Sequence)を行ったところ、Ezh2欠損により一度減少したH3K27me3修飾が多くの遺伝子プロモーターで部分的あるいは完全に回復することが確認された。さらにEzh1/Ezh2ダブルノックアウトマウスを作成して骨髄移植を行うとEed欠損マウスと同様に骨髄長期再構築は完全に失われた。したがって、Ezh2の機能欠損による造血器腫瘍の形成にはEzh1の発現が必須であることが示唆された。これらの結果を論文にまとめ、本年度Blood誌に掲載した。研究結果を論文にまとめ、掲載した。

EZH2の機能欠失による骨髄球性腫瘍発症のメカニズムを明らかにするため、Ezh2コンディショナル欠損マウス骨髄を用いてレシピエントマウスに移植後にEzh2を欠損させることにより、造血特異的Ezh2欠損マウスを作成し、その造血の長期観察を行った。Ezh2欠損後10カ月前後でマウスは骨髄球系腫瘍を発症した。MDS/MPN様病態が多く、次いでMDSが認められた。この結果は、患者検体で同定されるEZH2変異の頻度と合致するものであった。Ezh2の機能欠損による骨髄球性腫瘍発症の分子メカニズムを理解するため、Ezh2欠損MDSマウスのLSK細胞を用いて遺伝子発現解析を行った。Ezh2欠損に伴うH3K27me3の減少によって多くのPRC2標的遺伝子発現の脱抑制が認められたが、造血幹細胞におけるBivalent遺伝子群はMDS発症後に再抑制されることが認められた。Bivalent関連遺伝子は分化制御遺伝子を多く含むこと、またEzh1を含むPRC2複合体(Ezh1-PRC2)が修飾に寄与していることが示されていることから、Ezh2欠損を部分的にEzh1が代償しているものと予測し、H3K27me3のChIP-Sequenceを行ったところ、Ezh2欠損により一度減少したH3K27me3が多くのPRC2表的遺伝子、特にBivalent遺伝子群プロモーターで部分的あるいは完全に回復することが確認された。さらにEzh1/Ezh2ダブルノックアウトマウスを作成したところ、長期再構築能が完全に欠失していることが明らかになった。したがって、Ezh2の機能欠損による造血器腫瘍の形成には造血幹・前駆細胞におけるEzh1の発現が必須であり、Ezh2の機能不全状態の一部をEzh1が代償的に補完することが示された。ペースを落とす事なく研究に打ち込み、その成果を論文にまとめて投稿することができました。更なる造血器腫瘍の形成メカニズムに迫るべく、確立した系を利用して研究を進めてゆく。また、新たに他のヒストン修飾分子のノックアウトマウスを利用して造血器腫瘍での機能解析を始める。28年度が最終年度であるため、記入しない。引き続き論文掲載を目指してリバイス実験に注力してゆきたい。
環境変化に応答するスルメイカの短・中長期資源変動の予測

スルメイカの短・中長期資源変動に対して,環境変化がスルメイカの全生活史を通して,どのように影響するかを検証した。まず,産卵とふ化幼生が生存可能な環境条件を特定し,1970年半ば以降の寒冷期の漁獲量の減少,1980年代末以降の温暖期の漁獲量の増加は産卵可能水域の縮小・拡大と一致することを明らかにした。さらに,翌年の資源水準予測や,IPCCによる温暖化シナリオに基づくスルメイカの生活史と資源動向予測にも適用できる手法を確立できた。本研究では,スルメイカの短・中長期資源変動に対して,気候・海洋環境変化がスルメイカの全生活史を通して,いつ,どこで,どのように影響するかを検証し,その出口として,短・中長期の資源変動を,どのような環境・生物的要因あるいは指標を用いて予測する手法の確立を目指している。さらに,多獲性浮魚類の魚種交替にスルメイカを加え,環境変化(特にレジームシフト)に応答する魚種交替仮説を提案することを目的としている。平成19年度は,以下のような成果を得た。1.スルメイカの新再生産仮説「産卵による卵塊形成からふ化幼生が暖水表層で生存可能な再生産海域は,陸棚-陸棚斜面域(水深100-500m)で,表層暖水の水温範囲が18-23°C(最適範囲は,19.5-23°C),季節混合層深度が海底まで達しない海域」を適用し,平成17年度以降における秋-冬生まれ群の再生産海域の地理的変化を精査した。その結果,平成17年度は2-3月の産卵場が縮小,平成18年度は10月から3月までの産卵場が拡大,平成19年度は,10月が高温のため縮小,2-3月が低温のため縮小が判った。これにより,18年度の冬生まれ群の資源減少,19年度の秋-冬生まれ群の資源増加と一致することを見出した。なお,20年度予測では,11-12月生まれ群の資源に縮小と予測されたため,その追跡を平成20年4-6月に調査した。その結果,2月,3月の冬生まれ群の産卵場の縮小が認められた。2.成体(未成熟)のスルメイカを用い,17°Cで飼育し,その間の摂餌量と成長および成熟状況を調べた。過去に実験した15°Cと比較して,17°Cの飼育実験では,雌雄ともに成熟は1週間ほど早くなっており,本種の摂餌/成長と成熟の間に,履歴水温依存型のトレードオフ関係が存在することが明らかにできた。平成20年度は,以下のような成果を得た。スルメイカの新再生産仮説「産卵による卵塊形成からふ化幼生が暖水表層で生存可能な再生産海域は,陸棚-陸棚斜面域(水深100-500m)で,表層暖水の水温範囲が18-23°C(最適範囲は, 19.5-23°C),季節混合層深度が海底まで達しない海域」を適用し,平成17年度から平成20年度における秋-冬生まれ群の再生産海域の地理的変化を精査した。その結果,平成17年度は2-3月の産卵場が縮小,平成18年度は10月から3月までの産卵場が拡大,平成19年度は, 10月が高温のため縮小, 2-3月が低温のため縮小,平成20年度は再び18年度に類似していた。これにより, 18年度の冬生まれ群の資源減少, 19年度の秋-冬生まれ群の資源増加, 20年度は秋生まれの減少と11月, 12月, 1月生まれの増加を予測できた。以上のように,これまで不可能であった短期(翌年)の資源動向予測の可能性が見出された。一方,成体(未成熟)のスルメイカを用い, 13°Cと15°C, 17°Cで飼育し,その間の摂餌量と成長および成熟状況を調べた。雌では履歴水温が高いほど成長が良く,早く成熟することなど,本種の摂餌/成長と成熟の間に,履歴水温依存型のトレードオフ関係が存在することが明らかにできた。

さらに,多獲性浮魚類の魚種交替にスルメイカを加え,環境変化(特にレジームシフト)に応答する魚種交替仮説を提案することを目的としている。平成21年度は,以下のような成果を得た。スルメイカの新再生産仮説「産卵による卵塊形成からふ化幼生が暖水表層で生存可能な再生産海域は,陸棚-陸棚斜面域(水深100-500m)で,表層暖水の水温範囲が18-23°C(最適範囲は,19.5-23°C),季節混合層深度が海底まで達しない海域」を適用し,1970年以降の産卵場面積の季節,経年変化とスルメイカ資源量・漁獲量との関係を解析した。その結果,1976/77年の寒冷レジーム期には,東シナ海の冬生まれ群の産卵場の縮小と中国冷水による分断が頻繁に生じて,その資源量が激減したと判断した。また,1988/89年以降の温暖レジーム期には,秋-冬の産卵場面積も増大し,かつ連続していることが,資源の増加をもたらしたと判断した。ただし,2000年代半ばから秋生まれ群の産卵場面積に減少傾向があり,これが全体の漁獲量の微減傾向と一致しており,今後のスルメイカ資源の減少が懸念される。一方,一定水温での未成熟のスルメイカの飼育実験の結果,12°C以下,23°C以上では生存できないこと,13°Cから19°Cの範囲では,雌雄で成長と成熟のトレードオフに違いがあり,雄は15-17°Cで性的に成熟し交接行動が可能となり,雌は18°C以上で産卵可能となることが明らかとなった。この実験結果は,索餌・産卵回遊を通した個体レベルでの生活史モデルを,海洋環境変化(寒冷・温暖・地球温暖化)との関係で解析できる貴重な知見として,今後活用できる道を拓くことができた。
新奇求核性炭素原子を有するニッケル錯体の創成と触媒反応への応用

Grignard試薬は発見以来一世紀以上利用されている高反応性の試薬である。高い反応性に由来し様々な制限があるが、代替法がない唯一の反応剤として地位を確立している。本研究では、ニッケル錯体を利用する触媒的な求核性化学種の発生方法の解明と反応性を明らかにし、その反応性を基軸とした分子変換反応への応用を目指し、以下の検討をした。(1)有機ハロゲン化物から求核性化学種を触媒的に生成可能な触媒系の探索種々検討をした結果、ニッケル触媒に対しジイミン系の配位子を添加することで、目的の反応が進行することが明らかになった。一方で、リン系の配位子では、イミン系配位子とは異なり目的の反応が全く進行しないことも同様に明らかになった。(2)ニッケル触媒を利用するGrignard型の付加反応を実現可能な反応条件の解明反応条件の最適化研究から、パラメーターや添加剤の精査をすることで、還元剤として亜鉛を用いること、アミンと酸を組み合わせて添加をすること、溶媒は無極性溶媒を用いることが効果的であることが明らかになった。また、量論実験の結果から反応は0価2価の触媒サイクルを経ていないことが同様に明らかになった。これらの結果に加えて基質適用限界の解明研究、次年度に予定していた不斉反応への応用研究の一部をすでに遂行しており、そのどれも予定以上の結果を得ている。それゆえ今年度実施した研究は比較的良好に進行していると判断した。上述したよう、初年度の計画どおりに研究は進行しいる。特に(1)有機ハロゲン化物から求核性化学種を触媒的に生成可能な触媒系の探索と(2)ニッケル触媒を利用するGrignard型の付加反応を実現可能な反応条件の解明研究において直接触媒サイクルに関与する事象を明らかにすることができている。また、これらの結果に加えて基質適用限界の解明研究、次年度に予定していた不斉反応への応用研究の一部をすでに遂行しており、そのどれも予定以上の結果を得ている。当該研究が概ね順調に進行しているため、次年度では研究計画書にあるよう以下の事柄について研究を遂行する。(3)以下の速度論解析、各種コントロール実験により反応機構を明らかにする。a.競争実験を行い、アリールハライド/アルデヒドの置換基の電子的影響を競争実験により系統的に明らかにし、基質の電子的影響と反応速度との相関を解明することで、実際に錯体上の電子的に陰性な炭素原子が求核的に作用しているのかを解明する。b.重水素化実験を以下のように行う。アルデヒドのカルボニル水素をD化し、速度論的同位体効果を測定する。錯体上の炭素原子が求核的に作用する場合は、二次の速度論的同位体効果によりkH/kD<1となることが予想される。また、反応機構にカルボニルの水素への酸化的付加が含まれる場合は、kH/kD>3となる。これらの知見からも錯体上の炭素原子の挙動を予想する。(4)ニッケル触媒による不斉炭素-炭素結合形成反応を達成可能な反応場の構築をめざす。すでに、初年度の検討の中で、キラルな配位子を利用することでエナンチオ選択性が発現することがわかっているため、これをもとに様々な配位子を用い検討する。

(3)以下の速度論解析、各種コントロール実験により反応機構を明らかにする。a.競争実験を行い、アリールハライド/アルデヒドの置換基の電子的影響を競争実験により系統的に明らかにし、基質の電子的影響と反応速度との相関を解明することで、実際に錯体上の電子的に陰性な炭素原子が求核的に作用しているのかを解明する。b.重水素化実験を以下のように行う。アルデヒドのカルボニル水素をD化し、速度論的同位体効果を測定する。錯体上の炭素原子が求核的に作用する場合は、二次の速度論的同位体効果によりkH/kD<1となることが予想される。また、反応機構にカルボニルの水素への酸化的付加が含まれる場合は、kH/kD>3となる。これらの知見からも錯体上の炭素原子の挙動を予想する。(4)ニッケル触媒による不斉炭素-炭素結合形成反応を達成可能な反応場の構築をめざす。すでに、初年度の検討の中で、キラルな配位子を利用することでエナンチオ選択性が発現することがわかっているため、これをもとに様々な配位子を用い検討する。DFT計算用のガウシアンを購入予定であったが、別の予算で購入したためその分の予算を翌年に計上し迅速に研究計画を遂行する予定である。
ホルモン産生下垂体腺腫の病態生理に関する基礎的研究

本研究では、下垂体腺腫の病態生理を解明するために、従来からの臨床的検討、各種ホルモンの免疫組織化学法に加えて、Do hybridization Northern blot法によるmRNAの解析、組織切片上でmRNAを証明するin situ hybridization法を用いて、ヒト下垂体腺腫及びラットの実験的下垂体腺腫におけるホルモンの合成、分泌の病態を病理学、内分泌学、分子生物学の面より検討した。その概要を以下に示す。1)高PRI血症を示すヒト下垂体腺腫におけるPRL遺伝子発現を組織homogenato中とともに腺腫細胞においても証明した。しかし、血中PRIが軽度上昇した1症例ではPRL mRNAを認めず、この高PRL血症は腺腫の圧迫によるProlactin Inhibitory Factorの障害によるものと考えられた。2)ヒトGR産生下垂体腺腫18例についてGH及びPRLの免疫組織化学法と遺伝子発現を検討した結果、全例にGHとGH mRNAを、9例にPRIを、13例にPRL mRNAの存在を認めた。3)非機能性下垂体腺腫16例について、PRL、GH、ACTH mRNAの発現を検討したところ3例にPRL mRNAを、1例にACTH mRNAを認め、非機能性腺腫におけるホルモン合成の存在を窺わせた。更に、非機能性腺腫においてACTH mRNAを認めた1例とCushing病の3例についてACTH mRNAの質的差異について検討したが、両者で差はなかった。4)ラットを用いたエストロゲン誘発PRL産生下垂体腺腫について、エストロゲン及びブロモクリプチンのPRL及びPRL mRNAに及ぼす影響を検討した。その結果、エストロゲンはPRL PRL mRNAを増大させ、ブロモクリプチンはそれを抑制した。このように、従来の方法による検討に加えて、遺伝子発現を検討することにより腺腫の病態をより一層明らかにすることができた。1.下垂体腺腫におけるACTH遺伝子の発現を検討するためCushing病7例、Nelson症候群2例において、腺腫組識中のACTHmRNA量をCytoplasmic dot法により測定した。(尚、プローベはproopiomelanocortin exon 3部分のDNAで京都大学第2内科井村教授より提供されたものを用いた。)Cushing病及びNelson症候群ではいずれもACTHmRNAが検出された。腫瘍の大きさが大体そろっているCushing病で単位重量当たりのACTHmRNA量と血中ACTH値及びCortisol値を比較してみると、ACTHmRNA量は血中ACTH値とは全く相関がなかったが、cortisol値とは正の相関関係を示した。ACTHmRNA量と血中ACTH値が相関しないのは主に腫瘍からの、ACTHの分秘がepisodicでありACTHの合成と分泌が異なる速度で行なわれていることを反映すると考えられる。ACTHmRNA量とcortisol値が正の相関関係を示したことはCushing病の腺腫ではACTHの分泌にcortisolによるnegative feed backがかかったとはいえ、feed backがかかった恒常状態でのcortisol値を規定するのは腫瘍の自律的なACTH合成能であることを示唆すると考えられた。3. Old ratの自然発症の下垂体腺腫ではin situ hybridizationでPRL合成がみられ、mRNA量で示される合成能はestrogen誘発腫瘍の約1/2と思われた。電顕的にはoncocyticなsparsely granulatedcellが主体であった。1.下垂体組織に於けるプロラクチン(PRL)mRNA及びPRLの同一切片上での検出:ラット下垂体の凍結切片を用いてPRLを酵素抗体法により検出した後, In Situ Hybridization(ISH)法を用いてPRL mRNAを検出した.

この方法はホルモンの合成及び貯蔵を組織学的に同時に観察し得る点で優れているが, ISHによるback groundが高く,さらに方法の改良が必要と考えられた.2.エストロゲン(E)誘発ラットPRL産生腫瘍に対するブロモクリプチン(B)の効果: Eを5週間投与するとCytoplasmic Dot Hybridization法により測定した下垂体当りのPRL mRNA量は,コントロール群の約6.5倍に増加した.一方ISH法を用いた検討により, PRL mRNAの増加はPRL産生細胞の増加及び一細胞当りのmRNAの増加によることが明らかになった.E刺激群へのBの投与は,下垂体当りのPRL mRNA量を67%に減少させた.一細胞当りのPRL mRNAについてみると,減少の著明な細胞と軽度の細胞の2種類が認められ,細胞の反応性のheterogeneityを窺わせた.このように, ISH法は細胞レベルでのmRNA解析に有用な方法と考えられた.3.Silent Corticotroph Cell Adenoma(SCCA)におけるACTH前駆体mRNAの発現の解析:SCCAは血中ACTH高値を認めるにも拘らず,臨床的にはCushing症候を示さない下垂体腺腫である.我々はその1例とCushing病(CD)の3例から得られた下垂体腺腫におけるACTH前駆体遺伝子の発現を検討した. RNA Dot法による解析では,このSCCA中のmRNA量は単位重量当りではCDの1/64以下であったが,腫瘍がCDより著明に大きいため,全体量はCDと大差なかった.Northern Blot法によるACTH前駆体mRNAの解析より, SCCAとCDのmRNAの大きさは等しく, S_1マッピングにより, coding regionにおけるpoint mutationも無いことを証明した.以上の結果, SCCAの発現機序としてpeptide processingの異常やホルモン分泌障害等が示唆された.本年度は、1)ヒトACTH産生下垂体腺腫(Cushing病)の発生由来に関するLambentsらの仮説についての検討と、2) Paraffin切片を用いたin situhybridization法についての検討を行った。1) Lambentsによれば、クッシング病を示す下垂体腺腫は前葉型と中間葉型の2群に分類でき、その中間葉型では前葉型と比較して高プロラクチン血症が多いこと、ブロモクリプチンにより抑制を受けやすいことデキサメサゾンによる抑制が弱いこと等の差異が認められるという。今回、この仮説の是非につき検討した。症例は、1977年より1987年にかけて手術を行い腺腫の確認されたCushing病の151例で、その内のMicroaderoma125例について腺腫の存在部位により前葉型、中間葉型に分け、その間の血中ホルモン基礎値、ブロモクリプチン試験、デキサメサゾン抑制試験、手術成績の検討を行ったが、両群間に有意の差はなかった。
ホームレス包括的アセスメントツール及び支援プログラムの開発的研究

ホームレスを対象とした簡便かつ包括的なアセスメントシートを、ホームレスに雑誌販売の仕事を提供するストリートペーパー、ビッグイシュー日本(以下、BIJ)をフィールドに開発し、BIJの東京・大阪事務所にて販売者100名余のアセスメントデータ蓄積を行った。その後、地域におけるBIJ販売者の支援連携ネットワーク構築と並行して、スタッフ向けアセスメントトレーニングプログラムをマニュアルと共に開発した。本研究は、ホームレス者の心身及び生活状況を把握する包括的かつ簡便なアセスメントツールを、ビッグイシュー日本をベースに開発し、ニーズ調査の結果を踏まえた上で、希望者を含むビッグイシュー販売者支援プログラムを整理・構築することを目的とする。支援プログラムには、スタッフによるインテーク、ケースマネジメント等の窓口的業務、リファーラル先として地域行政との連携、地域の医療機関との連携、地域における自己啓発やレクリエーション活動に関する社会資源の開発等を計画している。本年度はアメリカ・コロラド州の大規模なホームレス支援NPOであるColorado Coahtion for the Homeless (以下CCH)とコロラド大学の研究者らが共同開発した住宅、就労・修学、制度活用、身体的健康、精神保健、薬物使用の6領域を7段階でアセスメントするCCH Consumer Outcome Scales(以下CCH-COS)をベースに、日本の支援制度の現状やビッグイシュー販売者の状況を取り入れ反映させた修正日本語版を開発した。日本におけるビッグイシュー販売者やホームレス者の心身及び生活の状況を把握できるツール開発を追求したため、尺度の文言の厳密な翻訳のみを問うのではなく、表現や選択肢の修正を行う結果となった。続いてCCH-COS修正日本語版の信頼性及び妥当性の検証のため、CCH-COSオリジナル版の信頼性・妥当性検証の手続きに沿い、ビッグイシューの販売者を対象に面接及び質問紙調査を実施した。その結果CCH-COS修正日本語版の記入やレビューは簡便ではあるものの、アセスメントする側に専門的知識や聞き取りの技能が要求される精神保健や身体的健康領域においての信頼性及び妥当性確保が課題として上がり、スタッフ・トレーニングの重要性も浮き彫りになった。本研究は、ホームレス者の心身及び生活状況を把握する包括的かつ簡便なアセスメントツールを、ビッグイシュー日本をベースに開発し、定期アセスメントによるデータ蓄積とニーズ調査の結果を踏まえた上で、販売希望者を含むビッグイシュー販売者支援プログラムを整理・構築することを目的とする。支援プログラムには、スタッフによるインテーク、アセスメント、ケースマネジメント等の窓口的業務、リファーラル先として地域行政や医療機関、福祉施設との連携の他、自己啓発やレクリエーション活動に関する社会資源の開発等を計画している。定期アセスメントについては、ビッグイシュー販売者だけでなく、販売とは関係なく支援を必要とするホームレス者への相談事業等も行っているビッグイシュー基金のスタッフが、現登録販売者全員の第1期アセスメントを開始し、9割程度の聞き取りを終えている。スタッフの仕事量を考慮に入れ、可能であれば3ヶ月毎、最低でも半年毎の定期アセスメントを職務に組み入れ、データ蓄積を継続する計画で進行中である。アセスメントトレーニングプログラムおよびマニュアルの叩き台は、ビッグイシュー基金大阪スタッフとの協働によって2011年度末時点で概ね完成している。2Q12年初頭には当該トレーニングプログラムを大阪および東京のスタッフ向けに開始する予定である。支援プログラムには、スタッフによるインテーク、アセスメント、ケースマネジメント等の窓的業務、リファーラル先として地域行政や医療機関、福祉施設との連携の他、自己啓発やレクリエーション活動に関する社会資源の開発等を計画している。定期アセスメントについては、ビッグイシュー販売者だけでなく、販売とは関係なく支援を必要とするホームレス者への相談事業等も行っているビッグイシュー基金のスタッフが、現登録販売者全員の第3期アセスメントを開始し、9割程度の聞き取りを終えている。3か月ごとにアセスメントを実施し、販売者の変化を本研究課題終了後も継続して見ていく予定である。現在は東京の事務所を中心に、蓄積データから、必要と考えられる地域の社会資源を掘り起し、新たな支援先との協力関係構築や、これまでの連携先とのネットワークの見直しを図り、社会資源ブック作成作業が進行中であり、発行次第関係機関及び希望者へ配布し更なる支援ネットワーキングの促進に寄与する予定である。アセスメントトレーニングプログラムおよびマニュアルの完成が2012年度にずれ込んでいるため。しかし5月中にはマニュアルを使用してのトレーニングを順次開始できる状況にあり、社会資源開発等他の作業と平行して、プログラムの改良も重ねていく予定である。24年度が最終年度であるため、記入しない。昨年度までの実績を踏まえ、アセスメントデータ蓄積と共に、2012年度はクライエントのニーズに応じて繋いでいける社会資源の発掘と関係づくりを中心とした支援プログラムの構築、ツールの普及と、本研究の総括を予定している。
生鮮調理素材の潜在機能を生かす新しい凍結濃縮技術の開発

凍結濃縮は、生鮮な状態を保ちながら濃厚な溶液にする方法であるが、氷の結晶を作るのに有効な核(氷核)となる物質が開発されていないため、-10°Cあるいはそれ以下にまで冷却しないと凍結が起こらず、実用化はされていなかった。当該研究グループは、茶畑や果樹園に生息し、霜害の原因となる氷核細菌がきわめて強い氷核活性を持ち、-2°Cくらいで凍結を誘起することを見出し、生鮮素材が潜在的にもつ栄養,物性,香味の特性を損なうことなくこれを濃厚化する上にこの微生物の氷核活性の活用がきわめて有効であるという見通しをもつに至った。本研究は、氷核細菌を超高圧殺菌してから利用するというさらに新しい技術思想を加味した上で、生鮮素材を凍結濃縮する方法を確立することを目的とした。1.氷核細菌の氷核を用いて、卵白とイチゴ果汁を効率的に凍結濃縮する方法を確立した。2.卵白およびイチゴ果汁などの原料の固型分濃度を高めるための氷の成長の特徴は、フレーク状に大きいサイズで成長していくことが認められた。3.濃縮卵白は加熱によりかたいゲルを形成した。また濃縮卵白の泡沫特性は、起泡力,泡沫安定性に優れており、この泡沫特性を生かした泡沫焙焼食品と泡沫ゲル食品を試作した。4.濃縮イチゴ果汁を用いて無加熱ジャムを作製した。無加熱ジャムは加熱ジャムに比べぬりやすく、色は鮮やかさと赤色を表す値が高かった。またフレーバーは新鮮で、特に低沸点成分がよく保持されていた。5.高圧殺菌法を用いて無加熱ジャムの殺菌を行う条件を検討し、20°Cで3000気圧,10分で殺菌できることを認めた。6.氷核細菌の氷核を用いて牛乳を凍結濃縮し、固形分25%の凍結濃縮乳を得、さらに高圧処理を施すことにより、pHを下げずにゲル化剤を使用しない新規のミルクゼリーを作製することができた。当核研究グル-プは、茶畑や果樹園に生息し、霜害の原因となる氷核細菌がきわめて強い氷核活性を持ち、-2°Cくらいで凍結を誘起することを見出し、生鮮素材が潜在的にもつ栄養,物性,香味の特性を損なうことなくこれを濃厚化する上にこの微生物の氷核活性の活用がきわめて有効であるという見通しをもつに至った。1.氷核細菌エルビニアアナナスの氷核を用いて、卵白とイチゴ果汁を効率的に凍結濃縮する方法を確立した。2.卵白およびイチゴ果汁などの原料の固型分濃度を高めるための氷の成長の特徴は、フレ-ク状に大きいサイズで成長していくことが認められた。3.濃縮卵白の泡沫特性は、起泡力,泡沫安定性に優れており、過度の撹拌に対しても安定であった。得られた泡は泡膜が薄く、平均直径が小さいという特徴があった。

これらの泡沫特性を生かした泡沫焙焼食品(焼メレンゲおよびエンゼルケ-キ)と泡沫ゲル食品(淡雪かんおよびマシュマロ)を試作した。4.濃縮イチゴ果汁を用いて無加熱ジャムを作製した。無加熱ジャムは加熱ジャムに比べぬりやすく,色は鮮やかさと赤色を表す値が高かった。またフレ-バ-は新鮮で、特に低沸点成分がよく保持されていた。5.高圧殺菌法を用いて無加熱ジャムの殺菌を行う条件を検討し、20°Cで3000気圧,10分で殺菌できることを認めた。凍結濃縮は、生鮮な状態を保ちながら濃厚な溶液にする方法である。この技術思想は以前からあったが、氷の結晶を作るのに有効な核(氷核)となる物質が開発されていないため、-10°Cあるいはそれ以下にまで冷却しないと凍結が起こらず、実用化はされていなかった。当該研究グループは、茶畑や果樹園に生息し、霜害の原因となる氷核細菌がきわめて強い氷核活性を持ち、-2°Cくらいで凍結を誘起することを見出し、生鮮素材が潜在的にもつ栄養,物性,香味の特性を損なうことなくこれを濃厚化する上にこの微生物の氷核活性の活用がきわめて有効であるという見通しをもつに至った。本研究は、氷核細菌を超高圧殺菌してから利用するというさらに新しい技術思想を加味した上で、生鮮素材を凍結濃縮する方法を確立することを目的とした。1.氷核細菌Xanthomonas compestrisの氷核を用いて牛乳を凍結濃縮し、固形分25%の凍結濃縮乳を得、さらに高圧処理を施すことにより、pHを下げずにゲル化剤を使用しない新規のミルクゼリーを作製することができた。2.原料としては市乳より生乳の方がゲル強度,粘弾性率の高いゲルが得られ、凍結乾燥乳や全粉乳を用いたものではゲル化しなかった。得られたゲルは非常にゲル強度の低いゲルであったが、蔗糖を10%添加することにより自重で形を保つしっかりとしたゲルとなった。30%以上の蔗糖添加ではゲル化しなかった。3.高圧処理条件(5°C,5分)の圧力による変化では、300MPaではゾルの状態で400MPaでゲル強度の低いゲルとなり、500,600MPaでしっかりしたゲルとなった。4.得られたゲルはゼリー状の弾力のあるものであり、ゲル化剤を使っておらず、また加熱していないためつやがあり新鮮なフレーバーを保っており、官能検査結果からもミルク風味が強くおいしいと評価された。
放射線照射後の腫瘍細胞の遊走能亢進作用に対するゲフィチニブの抑制効果の検討

EGFR変異有無によるヒト非小細胞肺癌細胞の放射線照射による細胞遊走能の変化とTKI(ゲフィチニブ)併用による、細胞遊走の抑制効果の検討した。EGFR遺伝子の異なるヒト非小細胞肺癌由来の細胞株(A549;wild type, HCC827;mutant type)に、X線照射とゲフィチニブを併用し、wound healing assay法で放射線線量依存性、薬剤投与量依存性、両者併用による変化を検証し、HCC827ではゲフィチニブを併用した群で有意に遊走の抑制を確認した。Westernblot法では遊走に関連のあるMAPK系シグナルタンパクとしてERKの発現を確認し、遊走抑制が認められたHCC827ゲフィチニブ投与群で発現低下を認めた。変化の認められたHCC827のみ遊走能の変化を時間的経過で観察したところ48時間以後では、細胞の遊走抑制だけでなく、細胞の接着低下を認めた。接着能の抑制、または細胞死の関与が考えられ、遊走因子以外の検討をした。ゲフィチにブ投与下でのHCC827の生存を確認するためWST-1法を用いた。24時間では変化を認めず、3日、7日経過で生存の低下を認めた。Westernblot法ではA549, HCC827に対してcPARPを確認した。照射後2時間のHCC827はcPARPの発現増加を確認できたが、A549では明らかではなかった。TUNEL染色による細胞死の変化は24、48、72時間と時間的経過で有意な違いは認められなかった。今回のこの結果から、ゲフィチニブはEGFR遺伝子変異のある細胞には遊走能シグナル系を抑制し、早期に遊走および接着能を低下させていた。細胞内の変化として、早期にアポトーシス反応を示すが、細胞死となり形態変化として認められるのに3日以上は要していた。今回の早期の遊走能低下は細胞死効果よりも、遊走シグナルの抑制が強く関与していると考えられた。EGFR変異のない細胞では効果が乏しく、変異があるものに限り顕著な効果が認められ、選択的効果が期待できると考える。正常細胞への影響を最小限にできると期待される。遊走抑制効果が早期に認められる点から、早期の浸潤や転移抑制、予防に有用な効果となる可能性が示唆されるが、その検証は今後の課題である。培養細胞を用いた実験系において、X線照射により腫瘍細胞の遊走能が亢進する現象が報告されており、放射線治療後の再発や悪性転化の原因の一つとなっている可能性がある。我々はこれまでに、上皮成長因子受容体チロシンキナーゼ阻害剤であるゲフィチニブがX線照射後の腫瘍細胞の遊走能を抑制することを確認しており、その機序について分子生物学的に検討することで、X線照射が腫瘍細胞の遊走能におよぼす影響を解明する目的で研究を行っている。

EGFR遺伝子の異なるヒト非小細胞肺癌由来の細胞株(A549 ; wild type, HCC827 ; mutant type)を、放射線(X線)照射単独群、ゲフィチニブとX線照射併用群をwound healing assayを用いて、遊走能の差を検証した。その結果、A549では照射単独群、照射とゲフィチニブ併用群では、遊走に差は認められなかったが、HCC827では、照射単独で遊走していた細胞が、ゲフィチニブ併用にて遊走を抑制される効果が得られていた。放射線照射線量、薬剤濃度を変化させ、遊走能の亢進や抑制を確認したが、照射線量が高くなることによりある一定までは遊走する距離がおおきくなるが、その後は平坦化していて、線量を上昇して遊走する距離の変化が認められなくなっている。ゲフィチニブ濃度変化では、A549細胞では全く変化はなく、HCC827では高濃度にすることで遊走能は抑えられている事象が確認できた。上記遊走能の違いに関与すると考えられるシグナル伝達分子をWesternblotを用いて、確認中である。遊走・浸潤を誘導したり、抑制させる原因としてEGFRリン酸化有無、MAPKシグナル伝達系路での蛋白発現の違いをしらべ、ゲフィチニブ併用によりHCC827で優位にEGFRリン酸化の抑制が起こされ、MAPK系のシグナルである、ERK1/2の蛋白発現も、ゲフィチニブ併用にて抑制する効果が確認されていた。EGFR変異有無によるヒト非小細胞肺癌細胞の放射線照射による細胞遊走能の変化とTKI(ゲフィチニブ)併用による、細胞遊走の抑制効果の検討EGFR遺伝子の異なるヒト非小細胞肺癌由来の細胞株(A549;wild type,HCC827;mutant type)に、X線照射とゲフィチニブを併用し、wound healing assay法で放射線線量依存性、薬剤投与量依存性、両者併用による変化を検証し、HCC827ではゲフィチニブ併用した群で有意に遊走が抑制されることを確認。Westernblot法により遊走と関連のあるMAPK系タンパクとしてERKの発現量を確認し、遊走抑制のあるHCC827のゲフィチニブ投与群で発現の低下を認めた。HCC827対象とし、遊走能の低下を時間的経過で観察したところ48時間以後は、細胞の遊走抑制だけでなく、細胞の接着低下を認めた。接着能の抑制、および細胞死の関与なのか、遊走因子以外について検討した。HCC827の生存程度を確認するためWST-1法を用いた。24、72時間では変化を認めず、7日経過で生存の低下を認めていた。westernblot法のアポトーシス発現としてcPARPを確認した。照射後2時間でHCC827ではcPARPの発現増加を確認できたが、A549では明らかではなかった。TUNEL染色では24、48、72時間とアポトーシス変化に違いは認められなかった。今回のこの結果から、ゲフィチニブはEGFR遺伝子変異のある細胞には遊走能シグナル系を抑制し、早期に遊走および接着能を低下させていた。細胞内の変化として、早期にアポトーシス反応を示すが、細胞死となり変化として認められるのに7日間は要していた。今回の早期の遊走能低下は細胞死効果よりも、遊走シグナルの抑制が強く関与していると考えられた。mutationのない細胞では効果が乏しく、選択的な効果発現を期待でき、正常細胞への影響は乏しいと考えられた。遊走抑制が早期に起こる点は、早期の転移抑制に有用な効果となる可能性が示唆され、その検証は今後の課題である。
振動反応・パターン形成を主題とする理科教育・科学教育の教材開発とシステム化

振動反応は周期性を伴った変化を示し、パターン形成は空間での秩序形成に対応する。振動科学反応やパターン形成による美しい色彩の時間的・空間的変化は生徒の興味を惹き、探求的学習の導入教材として優れいる。この主題に関連した非線形科学の研究の発展が著しく、科学の広い分野で様々な興味深い現象が研究されており、科学教育を活性化するのに優れた教材である。しかしながら、導入としての面白さの次にどのように実験や理論を構成していくかについて検討はまだ少ない。平成4・5年度は、教材化の基本的な研究をおこない、振動反応の振動挙動のビデオ録画や分光学および電気化学的手法で計測して、コンピューターによる数値解析、グラフィック提示およびビデオによる映像化を検討した。塩水振動子の教材化について、振動の共鳴や引き込み等の協同効果を視覚化した。また、一般教育の授業「秩序と混沌」で非線形現象に対する学生の概念把握度を調査した。平成6年度は、さらに深化した内容の教材について、1.振動する化学反応の力学的モデルについてのテキストの検討。B-Z反応の制御因子として、最近注目されてきた光化学について、光感受性のルテニウム錯体を触媒とする振動の光変調現象が明らかにし、画像処理法の実験システムを提示した。2.塩水振動子の教材化については、小学校で学ぶ食塩が水に溶けるの様子の観察から発展させて、振動の共鳴や引き込み等、外部からの反応条件のコントロールによって明らかになる非線形現象について解説したテキストを作成した。3.パターン形成については、身近な素材を形の形成過程や構造に着目して観察し、さまざまなヒントを提供した。とくに結晶と結晶過程について、自然に生ずる結晶、簡単な結晶作成法の教材提示を行なった。これらの結果を成果報告書に纏めた。振動反応・パターン形成に関しては教材の素材となる反応例については多くの蓄積ができた。特に、試験管内の振動反応の原理や光による影響について多くのデータが得られ、コンピューターによるグラフィック表示等啓蒙的教材としての掲示が可能になった。また、空間振動によるパターン形成の再現性良い反応系が数多く見つかり、写真、ビデオに記録できた。これらの素材は大学での授業等に活用された。しかし、小学校、中学校、高校の教育現場での教材の活用については、訪問授業等を通して教材化を図る必要がある。機会が少なくまだ実現していない。今後、教育現場での活用、啓蒙的公開実験等の場を作ることが課題である。化学教育分野では、周期的色彩変化を伴う振動化学反応の解析空間パターンのビデオ撮影等の基礎教材を作成した。この成果を研究会で発表し、反応に興味をもってクラブで研究している高校生や高校教師、大学の学生実験授業に振動の反応の授業を行なっている教官と意見を交わした。振動反応についてはクラブ活動で持続的な研究が行なわれ、高校生の自発的研究題材として発展していることが確かめられた。研究・教育の交流を通して、新しい探求の芽を育てることが可能である。また、明礬の結晶作成について、高校生が簡単に取組めるAl-Cr混合結晶の作成法や結晶スケッチをテキストとして纒めた。大学一般教育の総合コース[秩序と混沌]の授業の受講者に振動反応・バターン形成の基本となる[ネットワーク]の考え方を学生がどのように把握しているかアンケート調査を行なう予定である。このように平成4度の研究では教材のもとになる実験計について新しい知見がかず多くえられた。教材用のビデオが完成した。今後、これらの素材を教育現場で活用し、創造性を育てる教育システムとしての構築について検討する予定である。1.化学振動について周期的色彩変化を伴う振動化学反応の時間変化や空間におけるパターン形式のビデオ撮影や数値解析により基礎教材の開発を行った。1)教材の素材となる金属錯体による振動反応を電気化学および分光学的手法で計測し、コンピューターによる数値解析、グラフィック提示を行なった。

また触媒のRu(II)錯体について新規化合物を合成し、その酸化還元挙動を調べた。(論文1,2)2)空間振動のビデオ録画をコンピューター解析し、化学波進行速度を求めた。2.化学反応によるパターン形成明礬の結晶作成について、高校生が簡単に取り組めるAl-Cr混合結晶の作成法や結晶スケッチをテキストとしてまとめた(「化学と教育」に投稿中)。リーゼガング環の生成、万能指示薬を用いた中和反応を効果的に使った空間模様や濾紙上の空間パターンの作成についてビデオ教材を作成した。3.化学物質によるバイオミメテェックなリズムの発現中田は食塩水と真水の混合によって生ずる単純な振動系を組合せ、生物現象によく見られる振動の共鳴や引き込み等の協同効果を視覚化し、実験方法を「化学と教育」誌に発表した。(論文3,4)4.パターン形成・秩序形成に関する大学教育藤村は「秩序と混沌」の講義受講生を対象に秩序形成に関する意識調査を行なったが、-[ネットワーク]と言う概念把握がまだ不充分であることが分った。今年度は基礎教材の開発の分野で顕著な成果をおさめた。今後、教育現場におけるこれらの教材の活用を図りたい。1.振動反応振動反応は、科学教育を活性化するのに優れた教材である。しかしながら、導入としての面白さの次にどのように実験を構成していくかについての詳しい検討はまだ少ない。今年度の研究では、B-Z反応の物理的、化学的制御因子、塩水振動子、振動する化学反応の力学的モデルについて検討した。B-Z反応の制御因子として、光が最近注目されてきた。これは触媒として、光感受性のルテニウム錯体が広く用いられるようになって、振動の光変調現象が明らかになったためである。15EA03:(1)松村はB-Z反応の化学成分の初期濃度を種々変化させて、光照射下と非照射下で反応を追跡し、光変調に対する化学的制御因子を検討した。また、非照射下の振動に対する中間生成物の寄与を明らかにするために、中間生成物の臭化マロン酸を合成し、反応初期から共存させたり、生成する臭素を抽出によって系外に取り除いたりして振動挙動を調べた。この結果、臭化マロン酸の共存下では周期の長い、振幅の大きい振動が生じることが分った。これらの振動挙動は光照射によって振動が遅延するときの様子と良く似ており、光照射下では中間生成種の臭下マロン酸濃度が増大していると考えられる。(2)中田は塩水振動子の教材化について、小学校で学ぶ食塩が水に溶けるの様子の観察から発展させて、振動の共鳴や引き込み等、外部からの反応条件のコントロールによって明らかになる非線形現象についての基礎研究を行なった。(3)松山はこのような化学振動反応研系の力学的モデルについて、B-Z反応の基本モデルであるオレゴネーターモデルを用いて、その力学的数理構造を明らかにして、大学教育のテキスト教材を作成した。2.パターン形成身近な素材を形の形成過程や構造に着目して観察し、さまざまなヒントを提供した。