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１９世紀フランスにおける中世建築の鉄製小屋組―文化遺産保存修復思想再考

本研究は19世紀のフランスで中世建築に導入された鉄製小屋組についてシャルトル大聖堂の小屋組(1837-39)を基点として同時代の小屋組の史的展開を明らかにすることを主な目的とした。最終年度は上半期に19世紀後半の小屋組作例の遺構・文献調査を行い各小屋組の実態検証を進め(材料・形態・構造)下半期にこれまで得られた結果についての体系的考察と文化遺産保存修復思想に関する理論的考察を行った。本研究の結果、1810年代から1920年代初頭までのフランスにおける主要な公共建築およびゴシック大聖堂ならびに中世建築で導入された鉄骨小屋組の詳細な通史を纏め上げることが出来た。まずシャルトル大聖堂の鉄骨小屋組の形式は19世紀を通じて20世紀初頭まで主要なゴシック大聖堂の鉄骨小屋組でも受け継がれ続けた事実が明らかとなった。19世紀前半のフランスの建築家たちは16世紀の軸組方式への関心から大聖堂の小屋組修理であっても材料と技法を歴史性のない新しいものへ変更することに抵抗がなくむしろこれを積極的に行っていた一方で、元の小屋組の外形や軸組形式については保持しようとしていた実態が浮かび上がった。シャルトルでも耐火性が優先され鉄の使用が異論なく採用された一方元の木造小屋組を彷彿とさせる堅牢な印象を与えるトラスが選択された。19世紀後半の司教区建築家たちによる鉄骨小屋組再建現象とは古典の建築家たちの鉄骨志向を受け継いだゴシック派の建築家たちによる自発的な取り組みだったのであり、このような現場の実践が長らく鉄骨先例を批判しその使用を躊躇し続けたヴィオレ=ル=デュクの態度を転向させたという考察が得られた。成果の一部はフランスの学会論文誌へ掲載された。成果の全体は体系的に約480頁の著書の体裁で纏め上げた。これは遅くとも2018年度中に公表される予定である。4月現在はフランスでの出版に備えて準備を進めている。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は19世紀のフランスで中世建築に導入された鉄製小屋組についてシャルトル大聖堂の小屋組(1837-39)を基点として同時代の小屋組の史的展開を明らかにすることを主な目的とする。本年度は19世紀前半の小屋組作例の実態およびそのシャルトルの小屋組への影響関係を構造・材料・形態の観点から明らかにすることを目標とした。シャルトルの小屋組に先行しこれにモデルを与えたと言われるロンドンのサザーク大聖堂の小屋組とドイツのマインツ大聖堂のドームが本当にシャルトルの手本となったのか、実際にどのような影響関係が見られるのか、またフランス国内の先行作例からの影響はあったのかといった問題を検討するために現地にて関連作例の文献調査・遺構調査を行った。(シャルトル大聖堂、サザーク大聖堂、リバプールのセント=ジョージ教会とセント=マイケル教会、マインツ大聖堂、テアトル・フランセ、マドレーヌ寺院、会計法院)シャルトルの小屋組部品が鋳造されたフォーシャンブール鋳造所に関する調査も実施した。また当該鉄製小屋組の誕生背景および当時の修復観を考察するうえで重要となるためシャルトルの焼失した旧木造小屋組の形態についても調査を行った。その結果サザークとマインツの先例は当時における鋳鉄の軸組部分への大量使用においては確かに先行するものの、構造上の工夫や形態においてはシャルトルの小屋組に必ずしも直接の影響を与えたわけではないことが判明した。フランス国内の先例も本年度の調査の限り部材の接合など一部に共通点が見られるもののシャルトルの小屋組案に直接の参照源を与えたとは言い難いことがわかった。また焼失したシャルトルの旧小屋組の木造トラスが十字型の筋交いを持っておりこれが新小屋組のトラスにおいて再現されたという仮説を得る事ができた。これは当時の中世建築の小屋組修復における形のオーセンティシティ意識に関わるため重要である。本年度は研究計画の要であったイギリスとドイツの先例調査を計画通り遂行することができた。フランスよりも調査の手続きが難航することを懸念していたが順調に進んだ。同様にフランス国内の作例調査も一部の遺構を除き順調に行われた。建造物の管轄によっては調査の実現が難しかったり許可の取得までに時間を要するものがあり必ずしも研究者側の期待通りに調査が進捗しないことも少なくないが、これはフランスで研究を行う場合通常想定内のことであり、本年度は計画した調査を概ね達成できた。歴史研究の性質上同時代の作例が一定量確保されたうえでの分析・考察が意味を持ってくるため、本格的な論文化は来年度以降の調査を踏まえてから行う予定だが、最終目標としている小屋組の歴史的系譜の基礎を本年度は着実に準備することができたので本研究は順調に進展している。本年度は19世紀前半の作例調査をさらに拡大し同時期の鉄骨小屋組実践についてより詳しく検討すると共に、19世紀中葉のサン=ドニ旧修道院・サント=クロチルド教会の鉄骨小屋組の歴史的展開までを跡付けることを目標とした。シャルトルの小屋組に先行し重要と思われるフランス国内の先例について遺構と文献を調査し、各小屋組の材料・形態・構造等を検証すると同時にこれらの先例がシャルトルとどのような歴史的影響関係にあるのか検討した(証券取引所、フランス下院、会計検査院古文書館、ヴェルサイユ宮殿ほか)。

その結果1820年代から1830年代までのフランスにおける鉄骨架構技術の実態とその漸次的変化を実証的に捉えることができた。また1830年代までの鉄骨架構技術がシャルトルの小屋組のどの部分で引き継がれているかという点も新たに明らかとなった。さらに各小屋組の展開を跡付けた結果、17世紀後半から19世紀前半にかけてフランスの建築家たちが石材を最高位に位置づける従来の伝統的建築観を徐々に見直し、それまで石であることが当然だった部分を鉄に置き換えていったという建築観の重要な変化を改めて発見することができた。この成果は日本で論文化し2017年4月現在査読が終了した。サン=ドニ旧修道院とパリのサント=クロチルド教会の小屋組についても遺構・文献調査を実現した。その結果、これらの教会小屋組の材料と工法に関する新規情報ならびに同時期に属するこれらの鉄骨トラスが共通して十字型の筋交いを採用していたという重要な事実を知ることができた。この結果は前年度から継続しているシャルトル大聖堂の焼失した木造小屋組の構造の詳細およびシャルトルからサント=クロチルドまでの鉄骨小屋組の史的展開ならびに19世紀中葉の建築家たちの中世建築観の問題に決定的に関わるため重要である。この成果については3月末にフランスの論文誌への掲載が決まった。本年度は研究計画の要であったサン=ドニ旧修道院とパリのサント=クロチルド教会の小屋組の遺構・文献調査を予定通り実現し、サント=クロチルドまでの歴史的展開を跡付けることに成功した。近年のテロの影響によりセキュリティ上の問題で計画していた調査が実現できるかどうか懸念していたが無事に遂行できた。本年度の研究により19世紀前半から中葉までの重要な作例データを一定数以上確保することができた。その結果、本研究が最終目標としている鉄骨小屋組の歴史的系譜の前半部を明らかにすることができ、論文化を進めることができた。以上から本研究は順調に進展していると言える。本研究は19世紀のフランスで中世建築に導入された鉄製小屋組についてシャルトル大聖堂の小屋組(1837-39)を基点として同時代の小屋組の史的展開を明らかにすることを主な目的とした。最終年度は上半期に19世紀後半の小屋組作例の遺構・文献調査を行い各小屋組の実態検証を進め(材料・形態・構造)下半期にこれまで得られた結果についての体系的考察と文化遺産保存修復思想に関する理論的考察を行った。本研究の結果、1810年代から1920年代初頭までのフランスにおける主要な公共建築およびゴシック大聖堂ならびに中世建築で導入された鉄骨小屋組の詳細な通史を纏め上げることが出来た。まずシャルトル大聖堂の鉄骨小屋組の形式は19世紀を通じて20世紀初頭まで主要なゴシック大聖堂の鉄骨小屋組でも受け継がれ続けた事実が明らかとなった。19世紀前半のフランスの建築家たちは16世紀の軸組方式への関心から大聖堂の小屋組修理であっても材料と技法を歴史性のない新しいものへ変更することに抵抗がなくむしろこれを積極的に行っていた一方で、元の小屋組の外形や軸組形式については保持しようとしていた実態が浮かび上がった。シャルトルでも耐火性が優先され鉄の使用が異論なく採用された一方元の木造小屋組を彷彿とさせる堅牢な印象を与えるトラスが選択された。
活動する細胞の酸化還元状態を可視化する

酸化反応はバイ菌に対抗するための重要な生体防御反応である一方、毒性も有するため、厳格にコントロールされる必要があります。好中球の貪食作用において、電位依存性H+チャネルは活性酸素の産生を調節する鍵となる分子です。本研究において、我々は、電位依存性H+チャネルの細胞内コイルドコイルドメインの結晶構造を酸化状態、還元状態で解くことに成功しました。生化学実験により、電位依存性H+チャネルは細胞内に酸化還元センサーを持つことを明らかにしました。さらに、我々はコイルドコイルを用いて細胞の酸化還元状態をモニターすることを試みました。(全体構想):本研究は、免疫系やストレス応答、脳神経機能において重要な働きを持つ酸化還元状態を可視化し、酸化還元シグナルが種々の臓器・細胞において果たす役割を解明します。(具体的目的):細胞内の酸化還元の状態を測定するためのFRETベースの蛍光分子プローブを高解像度結晶構造が解けたイオンチャネルの細胞内コイルドコイルドメインを基にデザインします。開発した酸化還元蛍光分子プローブを活動する生きた細胞、具体的には貪食細胞やミクログリアに発現させ、種々の活動ステージにおける酸化還元の状態や、病的に酸化ストレスにさらされた時の細胞内レドックス応答をリアルタイムに非侵襲的に測定します。活動する細胞の酸化還元状態をリアルタイムに測定することを目的に、細胞への遺伝子導入する形で使用する酸化還元分子プローブを作成する。一対のCys残基を有するH+チャネル細胞内ドメイン2量体コイルドコイルを利用して、酸化還元に応答するプローブを作成することを試みた。本年度はそのため、細胞内領域の高解像度の結晶構造解析を行い、酸化還元2状態の結晶構造を高解像度で決定することに成功した。H+チャネルの細胞内領域は見事に酸化還元に応答して構造を変化させることを明らかにした。さらに、種々の酸化還元定数を有するバライティーに富んだプローブを作成することを試みて、種々の変異体コイルドコイルコンストラクトを作成し、大腸菌発現システムを用いてコイルドコイル蛋白を発現させ、FPLCクロマトグラフィーで高純度に精製し、熱安定性を指標にして酸化還元定数を測定した。これらのコイルドコイルの一方にドナーとなるCFP、もう片方にアクセプターとなるYFPをつなげたコンストラクトを作成し、キュベット内での酸化還元に対する応答を、FRETシグナルを測定することにより解析することを試みた。細胞内領域の高解像度の結晶構造解析を行い、酸化還元2状態の結晶構造を高解像度で決定することに成功した。本年度は結果のまとめと報告を行い、学術論文を発表した酸化反応はバイ菌に対抗するための重要な生体防御反応である一方、毒性も有するため、厳格にコントロールされる必要があります。(平成23年度)活動する細胞の酸化還元状態をリアルタイムに測定することを目的に、細胞への遺伝子導入する形で使用する酸化還元分子プローブを作成する。(1)「FRETベースのタンパク質性酸化還元プローブのデザイン」

申請者が構造を明らかにしたH+チャネル細胞内ドメイン2量体コイルドコイルの一方にドナーとなるCFP、もう片方にアクセプターとなるYFPをつなげたコンストラクトを作成する。第一段階としてタンパク質として発現・精製し、蛍光分光光度計を用いてキュベット内での熱・酸化還元に対する応答を、CFP励起によるYFPの蛍光(Fluorescence Resonance Energy Transfer(FRET))シグナルを測定することにより解析することを試みた。(2)「分子プローブの改良」種々の熱閾値・酸化還元定数を有するバライティーに富んだプローブを作成することが目的である。大腸菌発現システムを用いてコイルドコイル蛋白を発現させ、FPLCクロマトグラフィーで高純度に精製し、酸化還元定数・熱安定性を測定した。当初の目的である細胞内の酸化還元の状態を測定するために、イオンチャネルの細胞内コイルドコイルドメインを利用することにした。その領域の結晶構造を解析することに成功し、新たにチャネルそのものが酸化還元に搬送して構造が変化するドメインを細胞内に有することを見いだした(現在投稿論文リバイス中)。それ以外に、イオンチャネルの温度依存的に会合・解離する細胞内コイルドコイルドメインがチャネル活性の温度域値を決定している事を見いだし、Nature communications誌に発表した。この成果は、新聞TV等で広く取り上げられ、研究成果が国民に広く普及した。また、2量体に最適化された会合構造を有することでチャネル機能が最適化されていることを明らかにし、Journal of Physiology誌へ発表した。をこのように、計画以上の進展があった。当初の目的通りに、細胞内の酸化還元の状態を測定するためのFRETベースの蛍光分子プローブを高解像度結晶構造が解けたイオンチャネルの細胞内コイルドコイルドメインを基にデザインした。種々の熱閾値・酸化還元定数を有するバライティーに富んだプローブに改良した。それ以外に、イオンチャネルの温度依存的に会合・解離する細胞内コイルドコイルドメインがチャネル活性の温度域値を決定している事を見いだし、発表した(Nature communications, in press)。このように、計画以上の進展があった。今後、生きた細胞へコイルドコイル蛋白を発現させ、酸化還元に応答した蛋白の変化をモニターする。「貪食細胞における酸化還元状態のモニター」マウスから採取した好中球・マクロファージに蛍光分子プローブをトランスフェクションし発現させFRETシグナルの測定を行う。測定のゴールは貪食細胞の遊走・浸潤・貪食・ケモカインといった種々のステージでの酸化還元状況をリアルタイムにモニターすることである。「ミクログリアにおける酸化還元状態のモニター」酸化ストレスに応答した脳内ミクログリアの神経保護活動のメカニズムの一端を解明する目的で行う。作成した蛍光分子プローブをミクログリアに遺伝子導入し発現させ、顕微鏡下で休止期から活動期に変わるミクログリアの酸化還元状態をモニターする。
視覚障碍者街歩き支援の音声ARナビへのNFC及びロボット技術の適用と実用展開

スマートフォンのGPS機能と情報処理機能を活かして、「ことばの地図」などで視覚障碍者の街歩きを支援するナビシステムの実用展開を目指している。2014年度までの研究成果に、以下の追加、拡充を行うことを目的としている:1.周辺店舗情報など視覚障碍者のQOL(生活の質)向上に資する情報も含む「ことばの地図」の適地・適時提供をAR(拡張現実)技術で実現する。合わせて、方向定位を支援するデバイス「自律白杖」(簡易ロボット)をシステムに組み込む。2.画面タッチに代わるユーザインタフェースとして、点字を打刻したNFC(近接型無線通信)カードの活用を実現する。3.頻繁なアプリ更新や、ランドマーク記録データの共有、ひいては利用者拡大とナビ対象エリア拡充という正ループの基盤となるクラウド・サービスを実現する。研究の骨格は、6ヶ月程度ごとに漸進的に繰り返し実施する実験(視覚障碍者が被験者)により成り立つ。2タイプの実験を実施する。(a)狭義の実験(フィールド実験)は大学内・周辺市街地等をフィールドとして実施する。(b)モニター実験は、開発中の音声ARアプリなどを実装した(または、クラウド・サービスに対応した)スマホを視覚障碍者に1カ月間程度貸し出して、日常生活において試用してもらう。研究第3年度にあたるH30年度は、上記目的1.と2.に関する研究を主に進めた。まず、クラウド・サービスで多様な視覚障碍者に共用してもらうことをイメージした街歩き支援「ことばの地図」を、4地区をスタディエリアとして作成した。そして、多様な被験者(視覚障碍者)に適否を評価してもらうために、実験室内で現地観光地を歩行する際に体験する音環境を再現する「バーチャル散歩実験」を行った。さらに、点字を打刻したNFCカードを白杖等に添付した入力デバイスを複数タイプ作成して、利用環境ごとの適否を検討した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。20062014年度の科研3課題による研究成果に、以下の追加、拡充を行うことを目的としている:(1)周辺店舗情報など視覚障碍者のQOL(生活の質)向上に資する情報も含む「ことばの地図」の適地・適時提供をAR(拡張現実)技術で実現する。(2)画面タッチに代わるユーザインタフェースとして、点字を打刻したNFC(近接型無線通信)カードの活用を実現する。(3)頻繁なアプリ更新や、ランドマーク記録データの共有、ひいては利用者拡大とナビ対象エリア拡充という正ループの基盤となるクラウド・サービスを実現する。研究計画の骨格は、6ヶ月程度を単位(1期)として漸進的に繰り返して実施する実験(視覚障碍者を被験者とする)により成り立つ。(a)狭義の実験(フィールド実験)は大学内・周辺市街地等をフィールドとし、GPSとRFIDを用いるハイブリッド位置特定ナビシステムを用いて実施する。研究初年度にあたるH28年度は、上期において、上記目的(2)にかかるアプリ改良(NFCカード活用)を実施して、下期に延36人の視覚障碍者を被験者としてフィールド実験を実施してガイドラインの改良を行った。下期にはさらに、上記目的(1)にかかる準備として「簡易ロボット」の主要機能の一つとなる対話機能について試行実験を実施して機能評価手法を確立した。上述の2タイプの実験のうち(a)フィールド実験にかかる研究活動については当初計画通りに進捗し、期待する成果を上げることができた。一方、(b)モニター実験については、年度当初の計画においては、フィールド実験に加えてモニター実験も並行実施することとしていたが、研究協力者の事情により本年度の実施が困難になった。そこで、代わりとして次年度に予定していた「簡易ロボット」にかかる研究活動を前倒し実施した。上欄(実績欄)に述べたように、本研究は6か月程度を単位(1期)として漸進的に開発・改良と実験を繰り返して実施する研究計画を基本的な骨格としている。したがって、具体の研究活動内容の時間的な前後関係は当初計画通りではなかったものの、第2年度以降のスケジューリングにより、中間年以降は当初計画通りの内容を遂行することが可能である。以上より、「おおむね順調に進展している」。

研究の骨格は、6ヶ月程度ごとに漸進的に繰り返し実施する実験(視覚障碍者が被験者)により成り立つ。2タイプの実験を実施する。(a)狭義の実験(フィールド実験)は大学内・周辺市街地等をフィールドとして実施する。(b)モニター実験は、開発中の音声ARアプリなどを実装した(または、クラウド・サービスに対応した)スマホを視覚障碍者に1カ月間程度貸し出して、日常生活において試用してもらう。研究第2年度にあたるH29年度は、上記目的1.と3.に関する研究を主に進めた。まず、比較的著名な観光地へのアクセス鉄道駅の近くに居住する視覚障碍当事者(夫妻)の協力を得て、クラウド・サービスで多様な視覚障碍者に共用してもらうことをイメージした街歩き支援の「ことばの地図」を作成した。そして、多様な被験者(視覚障碍者)に適否を評価してもらうために、実験室内で現地観光地を歩行する際に体験する音環境を再現する「バーチャル散歩実験」の施設環境の整備を進め、評価実験を試行した。研究アプローチは、大きくは2つを取ってきた:(a)フィールド実験では、研究者が大学近傍(同一市内)の実都市内で、歩行・沿道環境の多様性を考慮したスタディ地区を設定し、多様な街条件・被験者条件に対して適用できるように「ことばの地図」ガイドラインの改良・検証を進める。(b)モニター実験においては、研究協力者(視覚障碍当事者)の日常生活圏で試してもらうことで、(a)での想定とは異なる街条件に遭遇する可能性と、その場合の適用性の検証に期待している。また、日常活動の中で、スマートフォン・アプリの使用性について検証する。上記2アプローチをH29年度前半までは厳密に分けて進めてきたが、同後半からは、融合アプローチを試行した。まず、(c-1)研究者(研究協力する学生)が視覚障碍当事者の日常生活圏をスタディ地区として、視覚障害当事者の代理者として「ことばの地図」を作成した(参与実験)。これは、(a), (b)アプローチのうちの多様な街条件に対応する「ことばの地図」の作成という狙いを直接的に果たそうとするものである。そして、(c-2)作成した「ことばの地図」を居住地や身体特性・嗜好の異なる多様な視覚障碍者に供試するのに、現地に赴くのではなく、研究室内で現地音環境を模したバーチャル散歩実験を試行した。アプローチ(b)のもう一つの狙いであるアプリ使用性に関しては引き続き、機器貸出モニター実験による。操作性向上の一環として、ナビメッセージをGPS信号とは無関係に再生することを可能とする「予習モード」の実装(ナビ改良)を行った。上記の通り、研究の進め方は当初計画から変更したものとなったが、変更は、研究目的をより確実かつ高度に達成することを指向したものである。変更はH29年度後半から試行したところであり、現時点では「当初の計画以上に進展」の成否は不明であるから「おおむね順調に進展」と自己評価した。スマートフォンのGPS機能と情報処理機能を活かして、「ことばの地図」などで視覚障碍者の街歩きを支援するナビシステムの実用展開を目指している。2014年度までの研究成果に、以下の追加、拡充を行うことを目的としている:
テルル化カドミウムによる高エネルギー分解能放射線画像検出器の開発

本研究では高い空間及びエネルギー分解能、高い検出効率を有する高性能放射線検出器を実現することを目的とし、CdTe半導体結晶を用いて検出器の作成を行った。CdTeは放射線に対する吸収係数が大きく、また禁制帯幅が大きいため常温動作可能な検出器を作製できる。しかしながら、CdTe検出器では電子と正孔の移動度と寿命差に起因する検出感度の低下や、エネルギー分解能劣化などの問題がある。それを解決するため本研究では新規の電極構造である微小収束型電極構造を持つ検出素子の検討を行った。今年度は昨年度得た成果を基に電極構造、検出器作製の最適化を行い、さらにこの検出器アレイ化について検討した。また、大規模アレイ作製に必要な素子分離に適用できるレーザーアブレーション技術の検討を行った。検出器作製技術の改良により単一検出器及び小規模アレイ(2x2素子)の検出特性の向上を達成できた。その結果は従来の結晶表面と表面に平面電極を形成した構造の検出器より優れた検出特性を持っていることが確認できた。また、検出器アレイでは素子間の特性のばらつきがなく、均等な検出特性が得られた。一方、レーザーアブレーションによるアレイの素子分離では結晶上に金属マスクを置きKrFエキシマレーザー照射することにより深いトレンチが形成可能であることを確認した。また、レーザー照射がCdTe結晶内に及ばす影響が少ないことが電気特性から明らかになった。以上の結果は来年度アメリカに開催予定の放射線検出器に関する国際会議に報告する予定である。高い位置及びエネルギー分解能を有する高性能CdTe放射線検出器を開発することを目的として以下の検討を行った。高エネルギー放射線用CdTe検出器においては、CdTe結晶の電子と正孔の移動度と寿命差に起因する検出感度の低下や、エネルギー分解能劣化が問題となっている。この問題を解決するため、新規の電極構造である微小収束型電極構造を持つ単一検出素子を検討した。この検出器では信号取出電極の周りにサブ電極を形成し、検出素子内の電界を制御できるようにした。その結果、検出器信号中の遅い正孔のトラップの影響が少なくなった。また、信号取出電極とサブ電極間にガードリングを形成し、表面漏れ電流防止の検討を行った。電極作成及び検出器作製プロセスの検討結果から、結晶表面状態が検出器漏れ電流に直接関係し、検出器特性に大きく影響することが分かった。さらに、漏れ電流を減少させるために、結晶表面を過酸化水素などで軽く酸化する事が望ましいことも分かった。以上の電極作成プロセスの最適化及び電極のサイズ、電極間隔を検討した結果、従来素子の問題点であった検出器感度の低下や、エネルギー分解能劣化が改善できることが分かった。単一検出素子の作成及び評価について米国で開催されたII-VI族半導体の国際会議及び室温動作可能な放射線検出器ワークショップで報告し、その発表内容をPhysica Status Solidi (c)及びIEEE 2003 Conference Recordにて記載された。本研究では、CdTe半導体バルク結晶を用いて高い空間及びエネルギー分解能、高い検出効率を有する高性能放射線検出器を開発することを目的としている。それを解決するため昨年度は新規の電極構造である微小収束型電極構造を持つ単一検出素子の検討を行った。今年度は昨年度得た成果を基に検出器作製の最適化及び本構造を持つ検出器をアレイ化について検討した。その結果からCdTe検出器の漏れ電流は電極形成前の結晶表面状態との関係が非常に大きいことが分かった。結晶を臭素-メタノール液によるエッチング後、過酸化水素で軽く(12分程度)酸化した後、電極形成を行なった場合最も良好な特性が得られることが分かった。また、CdTe(111)結晶B-面(Te面)に正の電界を適用した時漏れ電流が少なくなることから漏れ電流はCdTe結晶方位にも関係していることが分かった。上記のプロセスを基に小規模アレイ(2x2素子)を作成し、マルチチャンネルパルスハイトアナライザーにより、実際に高エネルギー放射線源(Am-241)の検出特性評価を行なった。その結果作成した検出器では従来の結晶表面と表面に平面電極を形成した構造の検出器よりも優れた検出特性持っていることが確認できた。今年度得た研究結果はイタリアで開催された室温動作可能な放射線検出器ワークショップとIEEE 2004 Conference Recordとして報告した。

また、検出器アレイでは素子間の特性のばらつきがなく、均等な検出特性が得られた。一方、レーザーアブレーションによるアレイの素子分離では結晶上に金属マスクを置きKrFエキシマレーザー照射することにより深いトレンチが形成可能であることを確認した。また、レーザー照射がCdTe結晶内に及ばす影響が少ないことが電気特性から明らかになった。以上の結果は来年度アメリカに開催予定の放射線検出器に関する国際会議に報告する予定である。
骨膜伸展による骨形成の検討

歯科臨床で日常的に使用されている材料を用いて持続的な力を発揮する装置を作製し、家兎頭蓋骨骨膜を伸展したときの骨形成状況を観察する実験的研究を行った。実験は骨膜を持続的に伸展する伸展群と対照群に群分けし、それぞれ施術後2,3,5,9週経過時の骨形成の状況を組織形態学的および免疫組織化学的に評価した。その結果伸展群において新生骨の面積、骨形成タンパク質の抗体陽性細胞数ともに対照群と比較して有意に大きい値が得られ、本装置を用いた骨膜伸展の有用性が示唆された。骨膜伸展による安定した骨形成の検討のため、家兎を使用して実験的研究を行っている。骨膜伸展による骨形成は、過度の伸展による創し開、死腔の形成、感染の可能性があり、伸展方法についての検討が必要とされている。本研究においては持続的な弱い伸展力を発揮する装置を構想し、新生骨の形成を観察した。また装置は、臨床応用が可能で、簡便なものを確立するために、既存の材料を用いた。具体的には生体吸収性メッシュと形状記憶合金(矯正用Ni-Tiワイヤー)、顎間固定用スクリューを用いて家兎頭蓋骨骨膜に自発的持続的伸展力を作用させ、骨形成の状態を検討した。1週の待機期間の後骨膜を持続的に伸展するもの(伸展群)と伸展しないもの(対照群)に分け、伸展後1,2,4,8週(術後2,3,5,9週)で、対照群は術後2,3,5,9週で屠殺。非脱灰研磨標本を作製し、組織形態学的評価(H-E染色にて骨膜伸展量(mm)および新生骨面積(mm2)を計測)、免疫組織化学的評価(抗BMP-2抗体陽性細胞数)し、計測結果を統計処理し比較検討した。新生骨面積は3,5,9週において伸展群、対照群間に有意差を認めた。抗BMP-2抗体陽性細胞数に関しても5,9週において両群間に有意差をみとめた。また伸展群において2週と比較して3週で有意に多くみられた。これらの結果より既存の材料を用いた伸展装置の有用性が示唆されたといえる。骨膜伸展による骨形成は従来の骨造成法に比較して、骨移植を必要としない、それに伴い骨採取部位の外科的侵襲が回避できる、骨形成(Osteogenesis)による骨再生を用いているので骨誘導(Osteoinduction)や骨伝導(Osteoconduction)による骨再生に比較して骨再生が速やかに起こる、軟組織の伸展が可能となる、生体材料はやがて自家骨に置換される、など様々な利点を有している。骨膜伸展による安定した骨形成を検討するために、家兎を使用した実験的研究を行った。骨膜伸展は、骨切りを必要としない骨形成が可能であるが、過度の伸展による創し開、死腔の形成、感染等の課題があり、臨床応用のために伸展方法についての検討が必要とされている。本研究では歯科臨床で日常的に使用されている材料を用いて、持続的な弱い伸展力を発現する装置を構想し、新生骨の形成を観察した。材料と方法は以下のように行った。口腔外科領域で骨片の固定に広く用いられている生体吸収性メッシュ、歯科矯正治療に用いられる形状記憶合金(Ni-Tiワイヤー)、顎間固定用チタンスクリューを用いて家兎頭蓋骨骨膜に自発的・持続的伸展力を作用させた。1週の待機期間の後骨膜を持続的に伸展するもの(伸展群)と伸展しないもの(対照群)に分け、術後2,3,5,9週経過時に屠殺。非脱灰研磨標本を作製し組織形態学的評価としてH-E染色にて骨膜伸展量(mm)および新生骨面積(mm2)を、免疫組織化学的評価として抗BMP-2抗体陽性細胞数をそれぞれ計測し比較検討を行た。新生骨面積は3,5,9週において両群間に有意差を認めた。抗BMP-2抗体陽性細胞数においても5,9週にて両群間に有意差を認めた。また、組織学的所見では死腔および感染は認めなかった。さらに自発的な伸展力を発揮するため術者または患者自身がスクリューを調整する必要がないこと、スクリューの代わりに臨在する歯牙をアンカーとして応用できることが臨床応用の利点となると考えられる。医歯薬学家兎を用いて骨膜伸展の詳細を観察、検討している。おおむね計画通りに進展しており、伸展群、対照群間に新生骨の面積において有意差がみとめられ、本研究の伸展装置の有用性が示唆されている。本研究では伸展力、伸展スピードについては全群統一とし比較検討は行わなかった。
人の状態推定技術の開発とこれを用いた効果的な働きかけの研究

ロボットが人に働きかけるタイミングを計るために,人の集中低下を検出する手法を検討した.邪魔にならない計測の可能性の高い心電図と呼吸から得られる指標を対象とした.心電図は椅子の背もたれに付けた容量結合型電極を用いて計測し,呼吸はエアバッグを用いて背面の圧力変化を検出した.PCを用いたデスクワークと居間でのTV視聴を模した実験を行い,集中度と関連して変化する指標を選定した.サポートベクターマシンを用いて,集中低下をリアルタイムで検出し,集中低下時にロボットが働きかけを行うしくみを実装した.人の状態に応じたロボットの働きかけの効果検証は今後の課題である.1.居間やオフィスの椅子にセンサを組み込んで,衣服を着用したままで,心拍・呼吸を計測する手法について,昨年度検討した方法を改良した.呼吸は背もたれのクッションに装着したエアバッグの圧力変化で,心電図はエアバッグ2つに張り付けた導電布を電極として容量結合型アンプで増幅して計測した.居間でテレビをみているときと,コンピュータを用いたデスクワーク中のデータを収集した.ともに計測可能であったが,デスクワーク時は被測定者の動きがより多く,ノイズの多い心電図から心拍情報を抽出するアルゴリズムの検討も行い,複数の手法を比較している.計測手法の決定のための評価データ収集が不十分であり,次年度に実施する.なお,計測システムの小型化,無線化も行った.2.瞳孔径と視線停留,瞬目間隔分布の組み合わせで,集中度を推定する手法について,予備的な検討を行ったが,視環境の変化による指標値変化が大きく,難しいことがわかった.輻輳についてひきつづき検討している.3.接触型のセンサを用いて昨年度計測したデータを用いて,集中しているか否かを判定するアルゴリズムの改良を行った.謝金雇用した8名の健常男子学生を対象に,風景映像やアニメ,スポーツ番組など集中度が異なると予想されるコンテンツを10分ごとに切り替えて視聴させ,5分ごとに直前の集中度と覚醒度を5点法で主観評定させた.前回同様に集中低下による生理指標の変化が確認され,主観評定結果を外的基準とし,選定した指標をとサポートベクタマシンを用いた判別で約7割の正答率を得た.なお,本研究に関わる実験は,大阪工業大学ライフサイセンス実験倫理委員会の審査を経て,大阪工業大学学長の承認を得て実施した.ロボットが人に働きかけるタイミングを計るために,人の集中低下を検出する手法を検討した.邪魔にならない計測の可能性の高い心電図と呼吸から得られる指標を対象とした.心電図は椅子の背もたれに付けた容量結合型電極を用いて計測し,呼吸はエアバッグを用いて背面の圧力変化を検出した.PCを用いたデスクワークと居間でのTV視聴を模した実験を行い,集中度と関連して変化する指標を選定した.サポートベクターマシンを用いて,集中低下をリアルタイムで検出し,集中低下時にロボットが働きかけを行うしくみを実装した.人の状態に応じたロボットの働きかけの効果検証は今後の課題である.1.居間やオフィスの椅子にセンサを組み込んで,衣服を着用したままで,心拍・呼吸を計測する手法を検討した.心拍については容量結合型の心電図と足裏の光電式脈波の可能性を確認した.呼吸は背もたれの空気枕の圧変化と,座面の圧力変化を捉える方法を検討した.ノイズの多い心電図から心拍情報を抽出するアルゴリズムの検討も行い,複数の手法を比較している.計測手法の決定のための評価データ収集が不十分であり,次年度に実施する.2.webカメラで取得した顔画像を観察し顔表情判定の可能性を検討した.顔表情解析・評価に関する講演会を開催し助言を得た.覚醒低下と覚醒努力については,可能性が高いが,集中,イライラについては,副次行動や生理指標も合わせて評価しないと難しいことがわかった.瞳孔径や視線,瞬目などの利用可能性について文献調査し,瞳孔径と視線停留,瞬目間隔分布の組み合わせで,集中度を推定する手法を新たに検討することにした.3.接触型のセンサを用いて状態判定のための基礎データを収集した.心電図と呼吸をセンサ装着して計測し,webカメラを用いて正面顔と背後からの映像,10分程度ごとの主観申告を収集した.収集場面は,研究室でのPC作業(20分ずつ6種類)と,居間でのビデオ視聴(興味のあるものとないもの)で,それぞれ健常成人8名を対象とした.いずれの場面でも,心拍変動や呼吸指標を用いて,作業や視聴に集中しているかどうかを判定できる可能性を示した.また,PC作業場面では,予備的な試みとして,小型のロボットによる小休止の働きかけを導入し,作業に集中しているときに比べ飽きているときには,働きかけの受容度が高いことを確認した.なお,本研究に関わる実験は,大阪工業大学ライフサイセンス実験倫理委員会の審査を経て,大阪工業大学学長の承認を得て実施した.1.ひきつづき,居間やオフィスの椅子にセンサを組み込んで,衣服を着用したままで,心拍・呼吸を計測する手法について検討した.呼吸は,椅子に装着したエアバッグの圧力変化で捉える手法で,エアバッグの圧力と背中に当たる位置を調節すれば計測できることを確認した.心拍は容量結合型電極を用いた心電図による手法に絞り,エアバッグの表面に貼った導電性テープを用いた予備実験では,計測可能な人と計測できない人がいた.研究協力者より,車のシートに装着してドライバの心電図を計測する目的で開発中の静電容量を大きくした容量結合型電極シートの提供を受け,背面と座面に複数の電極を配置し,そのうちの2つの電極から得られる心電図を計測するようにし,計測状況の改善確認した.

インフォームド・コンセントを得た健常男子学生8名を対象に,PC作業を模擬した実験を実施し,すべての参加者でいずれかの電極ペアで大きく動いたとき以外は良好に計測できることを確認した.2.視線停留,眼球運動の頻度,輻輳角,瞳孔径と,集中度の関連を調べたが,作業内容の影響が大きいこと,瞳孔径は環境の照明状態が同じであっても,画面に表示されるコンテンツの輝度の影響が大きく,利用しにくいことを確認した.瞬目による覚醒状態の評価が可能であることを確認した.3.接触型のセンサを用いて平成25年度に取得した種々のPC作業中の8名の実験データを用いて,集中度によって変化する指標を再検討し,平均心拍,心拍変動低周波成分,心拍変動高周波成分,呼吸ピーク周波数,呼吸不安定性(呼吸ピーク周波数と重心周波数の差の絶対値)を選定し,これらの指標に対し主成分分析を施し,得られた第1成分により,集中・非集中状態を分離できることを示した.なお,本研究に関わる実験は,大阪工業大学ライフサイエンス実験倫理委員会の審査を経て,大阪工業大学学長の承認を得て実施した.生理心理工学集中度判定に用いる指標選定,アルゴリズム開発は計画どおりで,フィールドテスト用のシステム開発もほぼ目的を達成しているが,少数のテストを行ったのみで,これを用いた検証実験が今後の課題である.センサを装着せずに計測できる生理指標の検討はおおむね順調に進んでいるが,選定にはまだデータ収集が必要である.表情については,課題が多く,新しい指標の導入も含め検討中である.応用事例として想定している2場面でのデータの蓄積は順調で,状態判定のアルゴリズム開発も進んでいる.以上より,おおむね順調と判断した.本年度に開発したフィールドテスト用のシステムを用いて,データの蓄積を図り,人の状態推定,特に,集中度低下と覚醒度低下,いらいら状態を推定できるようにする.センサを装着しない心拍・呼吸計測についての検討を加速し,計画どおり,フィールドテスト用の計測システムの製作に着手できるようにする.顔表情だけでなく,瞳孔径や視線の利用についても,引き続き検討し,利用可能なツールを模索する.物品費(1,400千円)は,フィールドテスト用のシステム構築および実験消耗品,データ蓄積用の消耗品の購入に充てる.旅費(200千円)は成果発表(国内1回以上)と海外の研究動向調査のための旅費に充てる.人件費・謝金(300千円)は,フィールドテストの実施やデータ解析を担当する補助者の雇用および実験参加者(被測定者)の謝金に用いる.
胎生期肺の発達に関わる特異的調節遺伝子の探索(肺胞II型上皮細胞の分化調節機構の解明)

肺胞壁を構成する肺胞II型上皮細胞は,肺の虚脱防止や呼吸機能の正常化に重要な肺サーファクタントを産生・分泌する細胞である.また,新生児における本細胞の未成熟は呼吸窮迫症候群(IRDS)の発症の原因となる.本研究は,胎生期の肺の形成およびII型細胞の分化調節機構の解明を終局的な目的とし,本細胞の分化調節遺伝子の探索を行った.β-アドレナリン受容体数は,胎生期において肺胞II型上皮細胞の成育および分化に伴い増加することから,II型細胞の分化に関する指標となることが考えられる.そこで,II型細胞におけるβ-アドレナリン受容体mRNA発現調節機構を調べた.β_1およびβ_2-アドレナリン受容体遺伝子5'-末端領域の配列から,発現調節を示すことが予想される数種の化学物質の作用を検討すると,cyclic AMPはII型細胞のβ_1-受容体mRANを,またglucocorticoidがβ_2-受容体mRNAをそれぞれ選択的に増加させた.特に,glucocorticoidによるβ_2-受容体発現促進作用は,特異的受容体を介し,II型細胞のcyclic AMP産生およびサーファクタント分泌の亢進ともよく相関した.このことはglucocorticoidがII型細胞の機能的な成熟を調節している可能性を示唆している.現在,glucocorticoidによって誘発されるII型細胞のサーファクタント産生・分泌能の亢進に焦点を絞り,glucocorticoid処理によるmRNA発現の変化についてsubtraction法を用いた検討を行っている.肺胞壁を構成する肺胞II型上皮細胞は,肺の虚脱防止や呼吸機能の正常化に重要な肺サーファクタントを産生・分泌する細胞である.また,新生児における本細胞の未成熟は呼吸窮迫症候群(IRDS)の発症の原因となる.本研究は,胎生期の肺の形成およびII型細胞の分化調節機構の解明を終局的な目的とし,本細胞の分化調節遺伝子の探索を行った.β-アドレナリン受容体数は,胎生期において肺胞II型上皮細胞の成育および分化に伴い増加することから,II型細胞の分化に関する指標となることが考えられる.そこで,II型細胞におけるβ-アドレナリン受容体mRNA発現調節機構を調べた.β_1およびβ_2-アドレナリン受容体遺伝子5'-末端領域の配列から,発現調節を示すことが予想される数種の化学物質の作用を検討すると,cyclic AMPはII型細胞のβ_1-受容体mRANを,またglucocorticoidがβ_2-受容体mRNAをそれぞれ選択的に増加させた.特に,glucocorticoidによるβ_2-受容体発現促進作用は,特異的受容体を介し,II型細胞のcyclic AMP産生およびサーファクタント分泌の亢進ともよく相関した.このことはglucocorticoidがII型細胞の機能的な成熟を調節している可能性を示唆している.現在,glucocorticoidによって誘発されるII型細胞のサーファクタント産生・分泌能の亢進に焦点を絞り,glucocorticoid処理によるmRNA発現の変化についてsubtraction法を用いた検討を行っている.
ミトコンドリア機能改善薬による新規腎疾患治療法の開発

生体のエネルギー産生(ATP合成)と酸化ストレスの発生源として重要なミトコンドリアの機能異常によるミトコンドリア病は確立した治療法のない難病である。我々はミトコンドリア病患者細胞でATP産生を増加させて酸化ストレスを減少し、細胞の生存率を改善するミトコンドリア特異的機能改善薬MA-5を開発した。MA-5はミトコンドリアの構造と機能維持に重要なミトコンドリア内膜蛋白質のMitofilinと結合してATP合成酵素の重合化を促進することでATP増加と酸化ストレス減少効果を発揮し、ミトコンドリア病マウスと急性腎障害モデルマウスで心臓と腎臓のミトコンドリア機能と腎障害を改善することが明らかとなった。ミトコンドリア機能異常はミトコンドリア由来酸化ストレス(mitROS)の増加とATPの減少により慢性腎不全、急性腎障害、ステロイド抵抗性ネフローゼ症候群の原因となる。しかしミトコンドリア病に対する確立した治療法は未だない。我々は腎不全の病態解明のために腎不全患者の血清をmetabolome解析して新たに30種の腎不全物質を同定し、erythropoietin (Epo)産生細胞でEpo産生を指標にスクリーニングしたところ、その多くがEpo産生を抑制する中でEpo産生を促進する化合物を見出した。そこでその化合物から41種の誘導体を合成し、その中にEpo産生を促進し、ストレス下の細胞生存率を改善させATPを増加させるMA-5を見出した(Suzuki T et al. Tohoku journal Exp Med ;236:225-232:2015)。MA-5はミトコンドリア内膜クリステの蛋白質mitofilinと結合してATPを増加させmitROSを減少させることが明らかとなった。MA-5はマウス腎虚血再灌流とシスプラチン腎症モデルで尿細管傷害と腎機能を改善した。さらにミトコンドリア病のカーンズ・セイヤー症候群で認められるミトコンドリア変異DNA(4696bp deletion)を体細胞のミトコンドリアに導入した世界初のミトコンドリア病モデルマウス:mitomice(Nakada K. Nat Med 7: 934, 2001)にMA-5を長期経口投与すると心筋細胞と腎臓の尿細管でのミトコンドリア呼吸機能を改善させ、マウスの寿命を延長した(Suzuki T. J Am Soc Nephrol , 2015. doi:10.1681/ASN.2015060623)。MA-5はミトコンドリア病の新規治療薬となる可能性があり、現在臨床応用を目指している。MELAS (Mitochondrial Encephalomyopathy Lactic Acidosis and Strokelike Episodes)、Leigh脳症(Leigh syndrome:LS)、レーバー遺伝性視神経萎縮症(Leber Hereditary Optic Neuropathy:LHON)、およびカーンズ・セイヤー症候群(Kearns-Sayre syndrome:KSS)の4つの異なるミトコンドリア病患者由来線線維芽細胞を用いた、疾患の培養細胞モデルである酸化ストレス誘導細胞死をMA-5投与はほぼ完全にキャンセルする効果を示した。また、動物モデルでは細胞傷害ストレスによるミトコンドリア機能障害が病態進行のメカニズムであるマウス腎臓虚血再灌流モデルとシスプラチン腎症モデルでMA-5の経口投与により腎機能と腎組織傷害を共に改善した。さらにミトコンドリア病のカーンズ・セイヤー症候群で認められるミトコンドリア変異DNA(4696bp deletion)を体細胞のミトコンドリアに導入した世界初のミトコンドリア病モデルマウス:mitomice(Nakada K. Nat Med 7: 934, 2001)でもA-5を長期経口投与すると心筋細胞と腎臓の尿細管でのミトコンドリア呼吸機能を改善させ、マウスの寿命を延長した。このように患者培養細胞と疾患モデル動物での有効性を確認したため、おおむね順調な進捗状況と自己評価した。我々は腎不全の病態解明のために腎不全患者の血清をmetabolome解析して新たに30種の腎不全物質を同定しerythropoietin (Epo)産生細胞でEpo産生を指標にスクリーニングしたところ、その多くがEpo産生を抑制する中でEpo産生を促進する化合物を見出した。そこでその化合物から41種の誘導体を合成し、その中にEpo産生を促進し、ストレス下の細胞生存率を改善させATPを増加させるMA-5を見出した(Suzuki T et al. Tohoku journal Exp Med ;236:225232:2015)。さらにミトコンドリア病のカーンズ・セイヤー症候群で認められるミトコンドリア変異DNA(4696bp deletion)を体細胞のミトコンドリアに導入した世界初のミトコンドリア病モデルマウス:mitomice(Nakada K. Nat Med 7: 934, 2001)にMA-5を長期経口投与すると心筋細胞と腎臓の尿細管でのミトコンドリア呼吸機能を改善させ、マウスの寿命を延長した(Suzuki T. J Am Soc Nephrol; 27 :1925-1932,2016 )。

MA-5はミトコンドリア病の新規治療薬となる可能性があり、現在臨床応用を目指している。MELAS (Mitochondrial Encephalomyopathy Lactic Acidosis and Strokelike Episodes)、Leigh脳症(Leigh syndrome:LS)、レーバー遺伝性視神経萎縮症(Leber Hereditary Optic Neuropathy:LHON)、およびカーンズ・セイヤー症候群(Kearns-Sayre syndrome: KSS)の4つの異なるミトコンドリア病患者由来線線維芽細胞を用いた、疾患の培養細胞モデルである酸化ストレス誘導細胞死をMA-5投与はほぼ完全にキャンセルする効果を示した。また、動物モデルでは細胞傷害ストレスによるミトコンドリア機能障害が病態進行のメカニズムであるマウス腎臓虚血再灌流モデルとシスプラチン腎症モデルでMA-5の経口投与により腎機能と腎組織傷害を共に改善した。さらにミトコンドリア病のカーンズ・セイヤー症候群で認められるミトコンドリア変異DNA(4696bp deletion)を体細胞のミトコンドリアに導入した世界初のミトコンドリア病モデルマウス:mitomiceでもA-5を長期経口投与すると心筋細胞と腎臓の尿細管でのミトコンドリア呼吸機能を改善させ、マウスの寿命を延長した。このように患者培養細胞と疾患モデル動物での有効性を確認した。今後の臨床応用に向けて、ラットヘの大量・長期投与よる前臨床毒性試験、サルへの投与による薬物体内動態試験などを施行している。以上の経過より、おおむね順調な進捗状況と自己評価した。我々は植物成長ホルモンであるIndole acetic acidをリード化合物とした41個の新規合成インドール化合物をスクリーニングして細胞内ATPを増加させるMA-5を見いだし、MA-5がミトコンドリア病の患者細胞で細胞の生存率を濃度依存性に改善することを(Suzuki T. TJEM 2015)、さらに多数の患者より提供された皮膚線維芽培細胞の検討でLeigh脳症10例、MELAS 6例、Leber病2例と複数患者の細胞で同様の治療効果を確認した(Matushasi T. EBioMedicine 2017)。MA-5の作用機序の検討から、ミトコンドリア内膜・外膜の蛋白質と結合して内膜クリスタ構造と機能維持を担うミトコンドリア内膜蛋白室Mitofilinと結合することが明らかとなった(Suzuki T. JASN 2016)。さらにMA-5がmitofilinに結合してATP合成酵素のF1 FO ATP synthaseのオリゴマー化が促進して、ATP合成活性が上昇することと、形態と機能が密接に連関するミトコンドリアの患者細胞による形態異常(fragmentation, dynamicsの低下)をMA-5が改善することを報告した(Matsuhashi T, EBioMedicine 2017)。動物モデルでは、Karns-Sayer症候群の変異mitDNA(4696bp deletion)をもつミトコンドリア病モデルマウス(Mitomice)にMA-5を投与すると心臓と腎臓のミトコンドリア呼吸鎖
状態相関二次元NMR分光法による光記憶型液晶の動的構造の解明

本研究では光記憶型液晶に着目し、光照射により変化する液晶の動的構造を、申請者等によって開発した状態相関二次元NMR分光法を適用する研究を実施した。本年度は、光記憶型液晶に状態相関二次元NMR分光法を適用するため、以下のように光照射が可能なNMR装置の製作を行った。1.本学に設置されている固体専用NMR装置にフラッシュランプを装着し、NMR装置のパルスプログラマーからのパルスと同期して光照射を行うことを可能とした。2.バンドパスフィルターを組合わせて特定の波長の光をNMRに同期してパルス照射することを可能とした。3.NMR装置に付属の温度可変装置では温度の安定性が不十分であるので新しく温度制御装置を購入し、本学の固体専用NMR装置に組み込み、±0.1°Cの精度で温度制御を可能とした。次に光記憶型液晶では液晶に光応答物質を混合した混合液晶であるので、まず混合液晶系での状態相関二次元NMRの適用についての基礎検討を行った。試料として4-n-pentyloxy-4 ́-cyanobiphenyl(50BC)と1-(4 ́-cyanophenyl)-4-propylcyclohexane(PCH_3)の1:1混合液晶を用いた。この混合液晶の状態相関二次元NMRスペクトルの観測に成功し、以下の点が判明した。1.混合液晶でもそれぞれの液晶のオーダーパラメーターを独立に決定することができた。2.50CBに関しては混合液晶を作ることにより、リング部分およびアルキル鎖部分の両方において、オーダーパラメーターの減少が観測された。最後に本研究では装置の製作に予定以上に時間がかかったが光応答物質が混入した液晶系への適応が可能な段階まで到達したので、今後光記憶型液晶への適用を開始する。
ショウジョウバエの卵原細胞の増殖制御と分化に関する研究

本研究は、ショウジョウバエの卵形成初期過程におけるポリフューゾーム(PF)の機能を分子レベルで解明することにより、卵原細胞の増殖制御および卵母細胞への分化機構に関する理解を得ることを目的として行った。2年間の研究計画に従って、以下の成果を得た。1.精巣でのPFの発見:ショウジョウバエの精原細胞も卵原細胞と同様のシスト形成を行うが、PFの記載はない。そこでPF構成タンパク質を検出する抗体を利用して精巣でのPFの存在を調べたところ、卵巣とは形態が少し異なるが同一の構成タンパク質を含むPFを発見した。2.PFの形態を支配する遺伝子座:精巣と卵巣のPFには形態的差異が認められる。生殖系列細胞の性決定に関与する遺伝子座により、この形態が支配されていることを明らかにした。3.生殖幹細胞の細胞内極性:卵巣や精巣の先端部に位置する生殖幹細胞にもPFが存在し、さらに、隣接する特殊な体細胞と接する側に必ず偏在することを発見した。このことから、幹細胞の分裂、維持機構にもPFが関与する可能性が示唆された。4.生殖系列シストの中でのPFの分布の偏り:卵巣の生殖系列シストの中で1個の卵母細胞が分化するには、シスト内の分子的偏りが必要である。PF構成分子の分布がすでに2細胞シストの時期から偏在することを明らかにした。5.PF構成タンパク質遺伝子の遺伝解析:抗体で検出したPF構成タンパク質は、細胞骨格タンパク質である、α-スペクトリンであった。この遺伝子座の突然変異は致死突然変異体であるので、卵形成過程を解析するにはモザイク解析が必要となることがわかった。6.他のPF構成タンパク質:卵巣、精巣のPFにアクチンが存在し、微小繊維を形成していることを明らかにした。本研究は、ショウジョウバエの卵形成初期過程におけるポリフューゾーム(PF)の機能を分子レベルで解明することにより、卵原細胞の増殖制御および卵母細胞への分化機構に関する理解を得ることを目的としている。PF構成タンパク質の遺伝子をクローニングし、遺伝子座を決定した後、突然変異系統を単離して機能解析を行うという2年間の計画に従い初年度は以下の成果を得た。1.ポリフューゾーム構成タンパク質(PFP)の精製・濃縮:部分アミノ酸配列の決定を行うには、高純度、高濃度のタンパク質試料が不可欠である。分子量205kDの精製ミオシンを対照としてPFPの定量を行ったところ、卵巣1個当たり約15ng(総タンパク質の0.5%以下)であった。1回の解析に必要な試料は100pMなので、分子量230kDのPFPでは23μg(卵巣1500個分)も必要となる。2次元電気泳動パターンの解析から、PFPと同じ分子量の他のタンパク質はないことがわかった。そこで、各操作の回収率を考慮し、大規模なSDS-PAGEを3度繰り返す精製・濃縮系を確立した。2.精巣でのポリフューゾームの発見:ショウジョウバエの精原細胞も卵原細胞と同様のシスト形成を行うが、ポリフューゾームの記載はない。そこで6年度に行う突然変異系統の解析の基礎データとして、抗体を利用して精巣でのポリフューゾームの存在を調べたところ、卵巣とは形態が少し異なるが同一の構成タンパク質を含むポリフューゾームを発見した。