hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Olig2陽性細胞から選択的に誘導したニューロンを用いた神経再生医療の基礎的検討

Olig2の機能解析を目的として、Olig2ノックアウトマウスと野生型マウスの胎児の脊髄における遺伝子発現をDNA subtraction法を用いて網羅的に比較した。12の遺伝子が同定されin situ hybridizationにて発現パターンを調べた。Peroxiredoxin 1は脊髄において運動ニューロンが存在する部位に特異的に発現が認められ、運動ニューロンへの分化に関与している可能性が示された。神経再生を目的に、神経幹細胞移植が期待されているが、現在のところ移植された幹細胞がどのような細胞腫に分化するかは、移植された微小環境に左右される。そのため、脊髄損傷などの再生医療で必要となる運動ニューロンやオリゴデンドロサイトなどの特定の細胞腫に誘導することができず、安定した効果が期待できない。Olig2は神経発生において神経細胞である運動ニューロンとグリア細胞であるオリゴデンドロサイトという、ニューロン系、グリア系それぞれ特定のクラスへの分化を決定付けるユニークな転写因子である。この特性を利用して、神経細胞から、再生医療で特に必要とされる運動ニューロンとオリゴデンドロサイトを特異的に分化誘導させて再生医療をより効率的、確実に行える技術を確立することを目的とした。Olig2は他の転写因子と共同して分化を誘導しているがその制御機構は十分解明されていない。運動ニューロンは胎生9.5日から11.5日にかけて脊髄腹側の特定の領域から賛成されることがわかっている。そこで、運動ニューロン産生前の胎生6.5日と産生中である9.5日のマウス胎児脊髄からOlig2陽性細胞を採取し、転写因子の発現パターンを比較することで運動ニューロン産生に関わる遺伝子を特定できると考えた。Olig2陽性細胞間で厳密に遺伝子発現パターンを比較するため、脊髄腹側部分の組織を採取してホモジネートし、Olig2抗体を用いてセルソーターでOlig2陽性細胞のみを単離することを試みた。しかしながら、実際には胎児脊髄の組織はわずかしか採取できず、多数の固体数が必要となった。さらに腹側の組織のみを得るのは技術的に困難を伴った。またOlig2抗体の染色条件が安定せず、予想したようなセルソーターを用いた単離は実際には困難であった。神経再生を目的に神経幹細胞移植が期待されているが、現在のところ移植された幹細胞がどのような神経細胞を生み出すかは、移植された環境に左右されるため安定した効果が見込めない。Olig2は神経発生においてニューロン系とグリア系の特定のクラスへの分化を決定付けるユニークな転写因子である。この性質を利用し、神経幹細胞から目的とするニューロンおよびグリアを特異的に分化誘導させて移植医療を効率的に安定して行えることを目的とする。Olig2陽性細胞は他の転写因子と共同して運動ニューロン、オリゴデンドロサイトへの分化を決定すると考えられているが、その制御機構は解明されていない。そこでまず、マウス胎仔脊髄から運動ニューロンの産生前の時期のOlig2陽性細胞と、運動ニューロンを産生中の時期のOlig2陽性細胞を採取し、転写因子の発現パターンを比較することにより運動ニューロン産生に関わる遺伝子をスクリーニングする。その準備として単一のOlig2陽性細胞を採取し、個々のOlig2陽性細胞からどのような細胞が生み出されるのかを調べるため、Olig2の発現が始まる胎生9.5日の脊髄腹側部分の組織を集め、ホモジネートしOlig2抗体を用いて、セルソーターでOlig2陽性細胞のみを採取することを試みており、Olig2抗体およびマウスや試薬の調整やセルソーターの条件設定を行っている。ある程度細胞が得られたら限界希釈法にて、1細胞/1 wellの状態に単離して単一のOlig2陽性細胞からどのような細胞が生み出されるかを調べる予定である。胎生9.5日のマウスから得られる脊髄腹側の組織は当初の予想外にわずかであり、必要とする量の組織を集めるには多くの個体数が必要で調達に時間がかかっている。また、Olig2抗体の染色条件が安定せず、予想したような結果が得られていない。現在その条件検討をつきつめながら、次の段階であるOlig2陽性細胞培養のための準備を進めている状況である。胎生9.5日の脊髄腹側部分の組織を集めホモジネートし、Olig2抗体を用いてセルソーターでOlig2陽性細胞のみを採取する。得られたら細胞を限界希釈法にて、1細胞/1 wellの状態に単離して単一のOlig2陽性細胞からどのような細胞が生み出されるかをニューロン、オリゴデンドロサイト、アストロサイトなどに特異的なマーカーで抗体染色して、単一の細胞集団へ分化するのか、ヘテロな集団として分化するのかを調べる。次の段階としては、Olig2陽性細胞から運動ニューロンへと分化させる因子を同定するため、様々な胎生期のOlig2陽性細胞を同様の手法で採取し、それぞれの遺伝子発現プロファイルをDNA microtipで比較したり、subtraction法を用いることによって、MNへの分化に働く因子をスクリーニングする。最終的には、得られた候補の分化因子を強制発現サイトに導入したレトロウイルスベクターを、Olig2陽性細胞に感染させて分化させる。

細胞マーカーで免疫染色を行い、予想される細胞種への特異的分化が得られるかどうかを評価する予定である。平成23年度の計画に基づく経費執行について、4月に支払いすべき経費が残っているため、次年度使用額が存在するように見えるが、実際には、全額を執行予定である。そのため、次年度の研究は、当初の計画通り進める予定である。
新人期看護師の社会人基礎力と関連要因の検討

新人看護師を対象とした社会人基礎力尺度の適用可能性を確認し、社会人基礎力と関連要因の検討をした。新人看護師の職場適応行動尺度と職場適応状態尺度を作成し、その信頼性と妥当性を確認した。共分散構造分析により社会人基礎力は職場適応に影響を与えることが確認された。新人看護師の円滑なトランジションに資する能力のひとつとして、社会人基礎力を伸長させることは効果的であることが示唆された。本研究の目的は、新人看護師の社会人基礎力と看護実践力、職業経験の関係と、社会人基礎力が職場適応の促進、リアリティショックの緩和等に与える影響を明らかにすることである。平成25年度は以下を実施した。1.新人看護師が社会人基礎力を獲得した場合の帰結となる概念を測定する尺度を選定するために、新人看護師に関連する論文を収集し、関連する概念の探索を実施した。文献検討の結果、社会人基礎力は新人看護師の職場適応に影響を与える一要因となりうると推察された。しかし、職場適応の帰結は間接的に適応と不適応を測定している研究が多いことが明らかとなった。従って直接的に適応状態を測定する尺度の開発が必要であると考えられた。2.新人看護師の職場適応の尺度作成のため、新人看護師20名を対象としたインタビュー調査を実施した。なお、本調査は研究代表者の所属機関の研究倫理審査を受けて実施した。公立病院、民間病院から便宜的抽出法により選出した5施設のうち、4施設の看護管理者から調査協力の同意を得ることができた。看護管理者から対象者の紹介を受け、対象者の自由意志を尊重した方法によって調査参加の同意を得られた16名の新人看護師から、半構成的面接法によりインタビューを行った。インタビュー内容は許可を得て録音し逐語録に起こした後、個人が特定できない方法でコード化し、現在、質的記帰納的方法により分析を進めている状況にある。1.新人看護師への社会人基礎力アセスメント指標の検証【目的】社会人基礎力のアセスメント指標の、新人看護師への適用可能性を検証する。【方法】対象:新人看護師154名。期間:平成26年8月1日12月31日。調査方法:無記名自記式質問紙法。調査内容:1社会人基礎力尺度、2看護実践力尺度、3日常生活経験および個人背景。分析方法:社会人基礎力のCronbach'sα係数を算出、新人看護師へのアセスメント指標としての適用可能性、関連要因との関係性を検討。倫理的配慮:大阪府立大学看護学研究倫理委員会の承認を受け実施。【結果】社会人基礎力36項目は内的整合性が示され、社会人基礎力と看護実践力の相関関係も認めた。社会人基礎力36項目は新人看護師にも使用可能なアセスメント指標であると確認された。2.新人看護師の職場適応の尺度項目の表面妥当性の検討【目的】尺度項目の表面妥当性を明らかにする。【方法】対象:看護教育学の研究者5名。期間:平成26年11月。調査方法:グループインタビュー。分析方法:参加者の意見をもとに、新人看護師の職場適応尺度の項目の内容の妥当性、表現の明確性、回答のしやすさ、質問項目の順序の適切性について検討し項目を精錬した。【結果】職場適応行動98項目、職場適応状態54項目に洗練され表面妥当性が高まった。3.新人看護師の職場適応尺度の内容妥当性の検討【目的】尺度項目の内容妥当性を明らかにする。【方法】対象:看護教育学の研究者9名。期間:平成27年2月から3月。調査方法:無記名自記式質問紙にて項目の内容妥当性について回答を求めI-CVIを算出する。【結果】尺度項目は、職場適応行動82項目、職場適応状態51項目の尺度として、内容妥当性を確保して再構成された。1)新人看護師の職場適応尺度の構成概念妥当性、基準関連妥当性(併存妥当性)、信頼性(内的一貫性、安定性)を確認するため、国内の病床数200床以上の一般病院から無作為標本抽出した施設の新人看護師1297名を対象に無記名自己記入式質問紙調査を実施した。分析対象は304名とした。項目分析、修正済み項目合計相関(Corrected Item-Total Correlation:CITC)によって項目精選し、探索的因子分析実施した。新人看護師の職場適応尺度の下位尺度である職場適応行動と職場適応状態には内的一貫性、基準関連妥当性(併存妥当性)、安定性があることが確認された。2)新人看護師の社会人基礎力が職場適応に与える影響を明らかにし、円滑なトランジションに向けた示唆を得ることを目的に、日本国内にある200床以上の一般病院の新人看護師1964名を対象に無記名自己記入式質問紙調査を実施した。共分散構造分析を実施し社会人基礎力が職場適応に与える影響を確認した。本研究の調査部分についてはすべて終了した。

新人看護師の職場適応行動尺度と職場適応状態尺度を作成し、その信頼性と妥当性を確認した。共分散構造分析により社会人基礎力は職場適応に影響を与えることが確認された。新人看護師の円滑なトランジションに資する能力のひとつとして、社会人基礎力を伸長させることは効果的であることが示唆された。平成25年:卒後2年目の看護師16名にインタビューを実施。質的帰納的に職場適応行動96サブカテゴリー、35カテゴリー、5コアカテゴリー、職場適応状態53サブカテゴリー、14カテゴリー、4コアカテゴリーが生成された(研究1)。平成26年:研究1において抽出された職場適応行動96項目、職場適応状態53項目の表面妥当性と内容妥当性を看護教育学の研究者5名によって検討し、尺度項目は職場適応行動98項目、職場適応状態54項目に精錬された(研究2)。また、新人看護師473名対象に社会人基礎力尺度、看護実践力尺度、日常生活経験の質問紙調査を実施し、社会人基礎力の信頼性と関連要因との関係性を検討し社会人基礎力尺度は新人看護師に適用可能生を確認した(研究3)。平成27年:看護教育学の研究者9名により職場適応尺度項目の内容妥当性指数を検討し、職場適応行動82項目と職場適応状態51項目が採択された(研究4)。さらに、新人看護師1297名を対象に職場適応尺度原案(職場適応行動82項目、職場適応状態51項目)、職務満足測定尺度の質問紙調査を実施。探索的因子分析により職場適応行動尺度は5因子34項目、職場適応状態尺度は4因子26項目を抽出し、尺度の信頼性、安定性、構成概念妥当性、基準関連妥当性を確認した(研究5)。平成28年:新人看護師1964名を対象に社会人基礎力尺度、職場適応尺度(職場適応行動尺度34項目、職場適応状態尺度26項目)、個人背景の質問紙調査を実施。共分散構造分析により社会人基礎力から職場適応への影響を確認しモデル適合度は許容範囲であった(研究6)。新人看護師の職場適応行動尺度と職場適応状態尺度は信頼性と妥当性を確保している。社会人基礎力は職場適応に影響することが確認され、新人看護師の円滑なトランジションに資する能力のひとつとして、社会人基礎力を伸長させることは効果的である。本年度の調査により、社会人基礎力の項目の新人看護師への適用可能性が確認された。これにより、職場適応尺度が完成すれば社会人基礎力と職場適応の関係性を確認することが可能となる。さらに、職場適応の尺度開発も、質的帰納的研究による概念抽出、抽出された尺度項目の表面妥当性、内容妥当性の検討が終了し、平成27年度は尺度開発の最終段階の尺度の信頼性と妥当性の検証の段階に入る。これは当初の計画通りの進捗状況である。今後データの分析を進め、本年度中に国内外に結果の報告を行う。看護教育学職場適応の尺度開発について、本年度は尺度開発の最終段階の尺度の信頼性と妥当性の検証の段階に入る。無作為標本抽出法により抽出した新人看護師約800名を対象に、無記名自記式の調査票を送付し、構成概念妥当性、内的整合性、基準関連妥当性、安定性を検証する。職場適応尺度の信頼性と妥当性が確認されたら、次の段階として、社会人基礎力との関係性の検証を実施する。無作為標本抽出法により約500名の新人看護師を対象とし、無記名自記式の調査票を送付し、社会人基礎力と職場適応、その他の関連要因との関係性を明らかにする。当初の計画では、社会人基礎力の尺度の洗練を目的として新人看護師を対象とした質問し調査を実施する予定であった。
唾液腺腫瘍の分子遺伝学的診断に関する研究

本研究では、穿刺吸引細胞診と同様の手技で得られた微量検体からの、遺伝学的アプローチによる診断手法を確立し、現状ではなかなか術前の正確な診断が困難な頭頸部腫瘍に対する分子生物学的補助診断を、従来の画像診断、病理組織診断と組み合わせることにより、正診率を向上させることを目的に、5種類の組織型(病理診断)の頭頸部腫瘍の計20例の腫瘍組織よりtotal RNAを抽出し、cDNAマイクロアレイ解析を行い、遺伝子発現パターンにより腫瘍を区別可能であることを明らかにした。また、穿刺細胞吸引により得られた極微量検体からRNAを抽出し遺伝子発現量を計測する手法を開発した。唾液腺悪性腫瘍の病理組織型は極めて多彩であり、予後は組織型によって大きな差を認めるため、正確な組織型の診断は非常に重要である。根治療法は手術であるが、顔面神経の処理や頸部郭清の併用など組織型ごとに術式を検討することが必要とされているが、一般的に切開生検は限定した症例への施行が多く、臨床所見、画像所見、FNAの結果を総合判断する現状の術前診断では正確な組織型の診断に限界がある。本年度は、昨年度までの研究を継続して実施し、当科で根治的手術を行った大唾液腺癌20例(腺様嚢胞癌4例、粘表皮癌4例、唾液腺導管癌5例、腺房細胞癌4例、腺癌3例)を対象に、total RNAを抽出しマイクロアレイ(SurePrint G3 Human GEマイクロアレイ8×60k v2, Agilent Technologies社製)で遺伝子発現解析を行った。その後クラスタリングを行い、組織型ごとに特異的発現している遺伝子を同定した。同定した遺伝子についてRT-PCRを行い、マイクロアレイの結果との一致を検証した。また、実際に摘出した腫瘍にFNAを施行し、得られた微量検体のRT-PCR解析を行い,組織型の診断が可能かどうか検討を行った。クラスター解析により組織型ごとに特異的発現している遺伝子から6個(SCGB1D1, SMR3B, MLC1, C1QL2, SOX10, HOXA3)を選び、その遺伝子のRT-PCRによる定量解析を行った。その結果、マイクロアレイの結果に矛盾しない結果が得られた。また、FNA検体においても再現性のある結果が得られた。しかしながら、得られるRNAサンプルが微量であるため、結果が得られない場合もあり、系の改良の必要がある事も明らかとなった。今後、全転写産物増幅法などを組み合わせる事で術前補助診断へ応用できる可能性がある。唾液腺悪性腫瘍は稀な疾患であり、その病理組織型は極めて多彩である。予後は進展度のみでなくその組織型によって大きな差を認める。根治療法は手術であるが、顔面神経の処理や頸部郭清の併用など組織型ごとに術式を検討することが必要とされている。一般的に切開生検は限定した症例への施行が多く、臨床所見、画像所見、FNAの結果を総合判断する現状の術前診断では正確な組織型の診断に限界があり、新しい術前診断法が求められている。平成24年度は、前年度までに当科で根治的手術を行った大唾液腺癌20例(腺様嚢胞癌4例、粘表皮癌4例、唾液腺導管癌5例、腺房細胞癌4例、腺癌3例)を対象にtotal RNAを抽出し、全遺伝子を網羅したマイクロアレイ(SurePrint G3 Human GEマイクロアレイ8×60k v2, Agilent Technologies社製)で遺伝子発現解析(Oneway ANOVAにてp値5%以下及び1%以下で遺伝子を絞り込み)を行った。各唾液腺癌の間で有意差の認められた遺伝子群でHierarchical解析を行い、組織型ごとに特異的発現している遺伝子を同定した。また、同定した遺伝子についてRT-PCRを行い、マイクロアレイの結果との一致を検証した。以上の結果より、5種類の唾液腺癌の組織型ごとに遺伝子の発現に大きな差を認め、組織型ごとに特異的発現している遺伝子は術前補助診断へ応用できる可能性が高いことが明らかとなった。最終年は、頭頸部腫瘍症例20例を対象に十分な説明後インフォームドコンセントを取得し、手術で摘出した腫瘍標本よりtotal RNAを抽出し、cDNAマイクロアレイによる網羅的遺伝子発現解析を行った。具体的には、頭頸部腫瘍摘出術の実施時に摘出した腫瘍組織の一部を速やかにRNA later溶液に入れRNAの安定化を行ったのち、5mm程度よりRNeasy Mini kitを用いてTotal RNAの抽出を行った。得られたRNAのクオリティをAgilent Bioanalyzer 2100を用いて測定した後、Agilent Human gene expression arrayを用いて、cDNAマイクロアレイ解析を行った。マイクロアレイ解析により得られた各遺伝子の発現データを基にWard法によりクラスタリング解析を行った。その結果、腫瘍の種類毎に特徴的な遺伝子発現パターンを示す事を明らかにした。

また、クラスタリングデータを基に、腫瘍の種類を鑑別可能な候補遺伝子を同定した。さらに、摘出された腫瘍標本に対して通常の穿刺吸引細胞診と同様にFNAを行い、得られた微小サンプルをライセートにし、directにcDNA合成を行うキットを用い逆転写を行うことで、微小検体からのマーカー遺伝子の発現解析をTaqMan法により行った。その結果、微小な検体からでも十分にTaqMan法に依る遺伝子発現解析を行う事が可能で有る事を明らかにした。得られた成果を論文として取りまとめて報告する準備を行っている。耳鼻咽喉科学概ね当初の計画通り、唾液腺悪性腫瘍からのtotal RNAの抽出、RT-PCRによる検討が行われた。また、FNAサンプルの検討なども順調に実施している。当初計画していた唾液腺癌20例(5組織型)のマイクロアレイでの解析が順調に進み、全遺伝子を網羅的に発現解析を行うことが出来、各唾液腺癌の遺伝子発現に関する膨大なデータを得ることができた。また準備していた唾液腺癌20例(5組織型)から今後の追加実験に必要な十分量のmRNAを抽出保存できており、当初の計画どおり研究をすすめることができている。また、マイクロアレイで得られたデータを検証するために行ったRT-PCRの結果もおおむね予想どおりであり、本研究で実施したマイクロアレイ解析が高い品質で実施された事が明らかとなってた。現在、タンパクレベルでの検証を行うために病理プレパラート、抗体の準備を実施している状況であり、次年度以降の研究により更なる成果が期待できる状況である。マイクロアレイから得たデータを詳細に解析するとともに、FNA検体を用いて診断可能なシステムを開発することを目的に全転写産物増幅法を組み合わせて解析を行う予定である。また、補助診断に応用可能な遺伝子を同定してRT-PCRで追加実験で検証していくとともに、近年、唾液腺腫瘍においても関与が示唆されているHER2やEGFRなどを免疫染色の手法でタンパクレベルでの検証も予定している。マイクロアレイから得た膨大な量のデータを統計学的処理することでいろいろな視点でアピローチする計画である。次年度以降はマイクロアレイにより得られたデータを基に、唾液腺腫瘍の分子遺伝学的補助診断に応用可能な遺伝子を同定してRT-PCRで追加実験を行い組織型を分類可能な遺伝子群を絞り込み実際のcDNAを用いて検証していく。また、HER2やEGFRなどの癌関連遺伝子の発現を免疫染色の手法でタンパクレベルでの検証も予定している。また、同時にFNAによる微量検体から分子遺伝学的診断(術前補助診断)に耐えうる質と量のmRNAを得る方法を確立する。マイクロアレイデータの検証および分子遺伝学的補助診断に応用可能な遺伝子群の発現を簡便に測定する研究のためにRT-PCR用の試薬およびプライマー、プローブを購入する予定である。また、HER2やEGFRなどの免疫染色を行うための抗体および、その他試薬類を購入する。また、得られた成果を発表するための学会発表を行う計画である。
間期核クロマチンの超分解能多色イメージング

ゲノムは、ユークロマチンとヘテロクロマチンに分かれる。ユークロマチンは脱凝縮しており、ヘテロクロマチンは凝縮していると考えられている。超分解能顕微鏡により分裂酵母の間期核クロマチン構造を解析した結果、サブテロメア領域のヘテロクロマチンが脱凝縮している一方、高度に凝縮した約50kbの領域が隣接しているという、通説とは全く異なるクロマチン構造を見出した。このクロマチン領域の凝縮は、HP1ホモログなど既知のヘテロクロマチン形成とは異なる遺伝経路により支配されていた。遺伝子発現と高次構造制御の構造的関連を明らかにするため、今年度は間期核におけるクロマチンの凝縮率を、去年度に開発した多色超分解能顕微鏡手法を用いて計測した。生物サンプルには、小さなゲノムを持ち、遺伝子発現に関する豊富な情報が利用できる分裂酵母を用いた。ヒストン修飾により定義される様々なゲノムドメインの凝縮率を計測したところ、クロマチン構造はクローズドとオープンの二つに分けられた。クローズドは、意外にも転写活性があると考えられているユークロマチン領域から構成されていた。一方、オープンは、ユークロマチンの中でも現在転写されている領域から構成されていた。このことから、ユークロマチンは一様にオープンではなく、転写されている領域だけが脱凝縮してオープンになり、それ以外は比較的凝縮していることが明らかになった。オープンな領域には意外にも、ヘテロクロマチンと定義されてきたサイレンシング領域が含まれており、この生物では、サイレンシング領域は脱凝縮していることが示された。さらに、サブテロメアのサイレンシング領域は、高度に凝縮した領域が隣接していることが分かった。この凝縮クロマチン体は記載が無かったため、「ノブ」と名付けた。ノブは、ほとんどのヒストン修飾抗体で染色されなかった。ヒストン修飾の少ない領域を、利用可能な全ゲノムChIPデータと見比べたところ、サブテロメア内側の50kb程度に、これまでユークロマチンと考えられていたが、ヒストン修飾が少ない領域が存在することが分かった。lacOアレイを挿入して、この領域がノブであることを確認した。ノブ形成に必要な遺伝子を調査したところ、サイレンシングに必須の遺伝子であるHP1ホモログのswi6などを欠損しても凝縮に変化がなかった。したがってノブは、既知のクロマチン凝縮とは全く異なる新規の遺伝的経路により、間期にクロマチン凝縮を起こすと考えられる。遺伝子発現の調節には、細胞核内のクロマチン高次構造を反映した伝播や凝縮などが、重要であると考えられている。しかし、生体内におけるクロマチン構造や凝縮と遺伝子発現の関連性はまだ十分理解されていない。近年、蛍光顕微鏡により20-100nmの超分解能が開発され、蛍光顕微鏡で直接、クロマチン構造を可視化できるようになった。しかし、クロマチン構造と遺伝子発現との関連を研究するためには、抗体染色など多波長の画像を高精度に位置合わせする必要がある。本計画では、高分解能で共局在を解析するため、約30nmの分解能を持つ超分解能蛍光顕微鏡法であるPALMを、多波長で同時に行う顕微鏡を構築することを目的とする。ナノメートルオーダーの高精度な多色画像の位置合わせシステムを構築するため、予定していた二つの新しい手法の開発を完了した。1)多波長PALM用のフォーカス面調整装置の開発。PALMでは、垂直(Z軸)方向の情報が少ないため、事前に波長毎のフォーカス面を正確に合わせる必要がある。高い位置再現性を持つステッピングモーターにより顕微鏡の結像レンズ位置を制御することにより、チャネル毎のフォーカス調整システムを構築した。2)背景補正によるチャネル毎の画像の歪みの解消。1分子解析では、カメラのピクセル毎のゲインのわずかな差がガウス分布近似に影響し、異なるカメラの画像では、カメラ固有の「位置ずれ」が生じることが知られている。本研究では、ピクセルのゲインに加えて、背景の自家蛍光の勾配も補正するプログラムを作成した。自家蛍光は波長毎に異なるため、局所的な「位置ずれ」が積み重なることで「波長固有の歪み」の原因になる。開発したプログラムにより自家蛍光を補正することにより、波長特異的な歪みがなくなった。さらに自家蛍光の補正により、特にノイズの高いサンプルにおいて、PALMの分解能自体も向上したことが明らかになった。申請当初は複数のカメラを前後に動かす方法を考えていたが、より軽量な結像レンズを動かす方法に変更することにより、高精度のフォーカス制御が可能になった。さらに軽量化により稼働距離を大きく取ることができ、その結果、あるチャネルのフォーカスだけを大きく変更することが可能となった。フォーカスの可動域が広がることにより、たとえば、サンプルのドリフトマーカーであるビーズが異なるフォーカスに存在しても、同時に撮影することができる。また、このシステムは、ライブイメージングなどでも、異なる分子を異なるフォーカスで同時に追跡できる新しい観察手法として使用できると考えられる。同様に、自家蛍光の補正プログラムは、PALMのみならず、生体イメージングの多くの場面で利用できることを明らかにした。

たとえば、この手法を応用して、生きた細胞のタイムラプス画像から自家蛍光を消すことにより、自家蛍光のために観察が困難であったオートファゴソームの動態の観察に成功した(Hamasaki et al. Nature 2013)。この様に、本研究による新技術の開発により、当初の予想を上回る成果を得ることができた。平成25年度は、24年度に開発した手法をさらに使用しやすく改良し、分裂酵母クロマチンの微細構造の観察に応用する。転写領域に蓄積する修飾ヒストン(H3K4me3)や、ヘテロクロマチン領域に存在する修飾ヒストン(H3K9me3)などを多波長PALMにより観察し、DNAの構造の違いを解析する。また、PALMを用いれば、30nm繊維が観察可能なので、そのような構造を検証する。また、従来の光活性型蛍光タンパク質よりも蛍光量が大きいと考えられる新しい光活性型蛍光タンパク質を導入して、分解能の向上を図る。該当なし
生理・心理情報による情動の数理モデル化の試み

本研究はまず,1/fゆらぎを持った三次元形状が心地よさ(情動)に与える効果に着目し、このゆらぎを適用した立体格子と規則的に配列された立体格子を制作し,両者を心理的・生理的な観点から評価することで,心地よさ(情動)に及ぼす1/fゆらぎの影響を立体格子形状を通して明らかにすることを試みた。結果として,1/fゆらぎを持った立体格子は,その触り心地や自然な外観が心地よさ(情動)を提供する造形要因となりうることが示唆された。次に,デザインプロセスにおける"発想の飛躍(気づき)"をモデル化するために,一般的なデザインプロセスを表現する平面(デザインプロセス平面)を定義し,それに直交する平面を,プロセスを通してデザイン実践者が持つと想定できる情動やイメージを示す平面としてのイメージ平面を定義し"気づき"を図式化することの可能性を示唆した。最後にこの心地よさと気づきをいずれも情動と理性との複合空間により説明できるとし,基本的な情動モデルの提案を行った。振動刺激に代表される外部刺激に対して,ヒトが示す生理反応と心理反応に着目した反応推定数理モデルの基礎的な可能性を探ることを研究全体の目的とした。本年は特に,数理モデルの定義を念頭において,その実験条件を探るために,心理反応のみではなく生理反応にも関わる「情動」の位置付けを明確にすることに重点を置き,これまでの研究より.得られた結果の見直しを行った。その中で,これまでに単に心理反応であるとしてきた「快適性」が,本研究においてモデル化しようとしている「情動」に対応するものではなく,「情動」は意識下のものであると理解する方が適切であると同時に,心理反応とも生理反応とも明確に分けることができない領域に位置されるものであることが見えてきた。つまり「情動」は,意識される「快適性」とは次元が異なり,ある外因に対して快か不快であると意識的に答えられる形のものではないことが明らかになってきた。これまでの実験においては,この意識の表層部における「快適性評価」を持って情動モデル」を定義しようと試みてきたが,その研究姿勢に大きな問題ぶあることが明らかとなった。この知見をもとに,2年目以降は実験方法を大きく変えることにより,振動環境下における情動と生理・心理反応との関係を解明することを計画している。また,情動に関する考察を進める中で,これまでの知見をもとに2編の論文を作成し,実験において得られた結果の整理を行った。これらの結果と情動の関係を結びつけてゆくことを今後の課題としている。情動モデルの外部刺激として、光造形により複数のパターンの格子状立体を作成し、それに対する視覚および触角の心地よさの評価を通して、生理、心理反応の測定を試みた。まず、立体を構成する要素として、色、弾性、表面荒さ、構造の4つに着目し「心地よい」とはどのような感覚であるかを探った。心拍数の測定結果については、色、弾性、表面荒さの異なるサンプルに関して、5%水準で有意差は認められなかった。これは50mm角の立方体を観察する実験では生理的な影響を及ぼすほどの差がないことを示している。しかし、心理的な影響について正規化順位法の結果から、寒色系のモノが心地よいと評価され、暖色系のモノがそうでないと評価された。これは寒色が鎮静色、暖色が興奮色とも呼ばれるように、色の心理的効果の研究と一致する結果となった。また、格子状立体において格子の太さと密度のバランスで印象が変化した。ここでは密度が極端に大きい立体と極端に小さい立体が、心地よくないという評価になり、傾向としては細い格子で構成されたモノが心地よいと評価されたようである。さらに格子パターンを生成する際には1/fゆらぎをもった格子立体構造となるようにサンプルを作成し、このゆらぎの生理・心理反応への影響について検討した。ゆらぎ度合いの相違によって心拍数、自律神経系の活動指標共に有意差は認められなかった。しかし正規化順位法を用いて、心地よさに関連した項目ごとに評価を結果は、外観から落ち着く、心地よい、繊細といった印象を受けるのは整然とした格子状立体であり、自然な印象を受けるのは1/fゆらぎを付加した立体であり、おもいしろいと感じるのは乱数により変化させた立体であるという結果を得た。加えて、実験協力者は外観を重視するタイプと触り心地を重視するタイプとに大別でき、前者は整然とした格子状立体を心地よいと評価し、後者は1/fゆらぎで変化した立体の触り心地をよいと評価した。

振動刺激に対する人の快・不快のメカニズムの検討から始まり,何らかの外部刺激に対する人の情動メカニズムのモデル化を試みてきた。これまでに振動刺激,1/fゆらぎを持った三次元形状による視覚刺激および触角刺激による人の情動(心理的変化)の追跡とそのモデル化を試みてきたが,被験者の生理・心理反応による情動評価には再現性が乏しく,さらには個人間,個人内の評価のばらつきが統計的な処理の範囲を超えているとの理解ができ,これまでの研究手法での情動モデルの構築の可能性に疑問を感じている。そこで,これまでの研究の流れを,物理特性や生理特性の中で客観的な測定可能な特性を「理」,客観的測定が困難な心理特性を「情」とし,「振動→不快→快→快感覚→情動→情と理(感じることと分かること)の関係→情・理のモデル化→創造過程モデル(情・理モデル化のケーススタディ)」として捉え直し,千葉大学工学部の専門科目の一つである「医療機器設計論」の中で実施しているデザインプロセスの図式化を試みた。デザインプロセスにおける"発想の飛躍(気づき)"をモデル化するために,一般的なデザインプロセスを表現する平面(デザインプロセス平面)を定義し,それに直交する平面を,プロセスを通してデザイン実践者が持つと想定できる感情やイメージを示す平面としてのイメージ平面を定義した。その結果,実際のデザインプロセスを通していくことで醸成されると考えられるイメージ,および創造への動機づけをイメージ平面に置くことで,"気づき"を図式化することの可能性を示唆した。このデザインプロセス平面(実平面)とイメージ平面(虚平面)によって構成される空間の考え方は,「心地よさ」や「嗜好」などに見られるように同じ外部刺激に対して異なる心理反応を示す人の特性を記述することにも適用できると考えている。
深夜保育所の保育環境整備に関する研究 ―保育内容からみた空間の機能分析による保育環境のあり方―

北海道から沖縄にいたる国内の21の認可夜間保育園の開園から閉園までを調査し、夜間児約1300人の状況を把握した。夜間児は昼食と夕食の2食を保育園でとり、午睡と夜の就寝の一部を保育園でしていた。在園時間が12時間以上の子が半数を占め、在園時間が19時間以上と長い子も多くみられた。夜間保育園は夜間児にとって生活の中心の場であり住まいそのものであった。そのため、個人収納や便所・浴室などの私的空間としての子どもの居場所、食寝のための空間、自由遊びの空間の充足が求められた。現状の入浴排泄空間はゆとりがなく私的空間としても不適切であった。食寝に関する一連の行為の重複がみられ衛生面での問題や、家具や寝具のセッティングなど保育士への過剰負担、子どもを時間で追い立てることになるなどの問題を生んでいた。食事室の設置が必須の課題であった。自由遊びの活性化のためには7項目の環境条件の充実が求められた。また、夜間保育所の固有の空間である「夜間室」のあり方、及び小規模の夜間専用園と規模の大きい昼夜併設園の空間計画の特徴を整理した。次に、海外に視野を広げることで夜間保育施設の新しい方向を追究した。欧米では家庭保育の伝統が強く夜間保育所の存在そのものが少ない。保護者の大半が就業しているデンマークでは24時間保育所が現在5ヶ所設置されていた。移動型などユニークな発想と、完備した施設がみられた。イタリアのレッジョエミリアでは、子どもの創造性を伸ばすための施設が造られていた。韓国のソウルでは65余と多くの夜間保育所が存在した中で17の公立夜間保育所を調査したが不充分な施設が目立った。アメリカでは、サンフランシスコ国際空港関係者の家族と近隣のために設立された非営利の民間組織Palcareと、3シフト制の企業内保育所Toyota Motor Manufacturing, Kentuckyを調査した。いずれも特色ある保育内容と固有の充実した施設を有していた。現在の保育所最低基準は50年余り前の敗戦後の混乱期に制定された値で、今日の生活環境の質や多様な保育ニーズ、子育て支援機能などに対応するには余りにも貧しいものになっている上、在園時間の長い夜間保育児に対する配慮が全くない。認可夜間保育園は平成13年時点で全国に49園ありその内北海道から沖縄にいたる21園を調査した。夜間児は昼食と夕食の2食を保育園でとり、午睡と夜の就寝の一部を保育園でする。調査結果では在園時間が12時間以上の子が半数を占め19時間に及ぶような在園時間の長い子の存在もまれではない。父子家庭を含む単親家庭が、約1.5割ある。母親の職業は看護婦や飲食サービス業に限られず、医者や新聞記者・TVディレクター演奏家など専門職のキャリア層がめだつ。母親が専門職の子ども達の在園時間が長い傾向があり、車で遠方から通園している者が多い。夜間保育園は夜間児にとって生活の中心の場であり、住まいそのものであった。そこでまず、個人収納や便所・浴室の問題を中心とした、私的空間としての子どもの居場所が確保されているかを検討した。第2に、公的空間での食寝分離が達成されているかを検討した。昼食と夕食及び午睡と夜の就寝などの行為が、空間的にも時間的にも重複してクラス室で行われており、空間的にクラス室に多くの生活機能が重層化していることを明らかにした。それは保育の質を低下させていると共に保育士に過剰負担を強い、子どもを時間的に追い立てる結果を招いていた。

第3に、近年の夜間専用園では園庭がない場合が多いことを念頭において、保育環境としての屋内外遊び空間のあり方を追究した。代替え空間としての屋上や人工地盤、バルコニーなどが遊び空間として果たしうる役割を検討している。最終的にこれらの結果から夜間保育園における「夜間室」のあり方を明らかにすると共に、小規模の夜間専用保育所と規模の大きい昼夜併設保育所の空間計画の特徴を整理している。本年は海外の夜間保育所の保育施設の実態を追究することを目標に研究計画をたてた。1)韓国の公立夜間保育所の保育施設の特徴に関する研究。2)デンマークの夜間保育園の事例研究。3)イタリアの夜間保育園の事例研究が目的である。韓国のソウル市には現在65余の夜間保育所が存在する。その中でもレベルの高い17の公立保育所の実態について、漢陽大学教授・申京珠氏と共同研究を実施した。親の職業から保育園利用者層の上下で、階層的な格差が見られた。どの保育園でも教育的保育プログラムが重視され、自由遊びの時間が少ないという特徴が見られた。保育室の規模や設置基準は日本の基準が参考にされていた。寒地型の韓国の建築特性上、ホール型の平面計画が大半を占めていた。専用の夜間室が設置されているケースは少なく、屋根裏や部屋の継ぎ足しによるものなど狭くて不十分なものが多くみられた。また、地下空間が遊戯室や食事室として多用されていたが、園庭をもつ施設は少なかった。屋外の遊び空間としては、人工芝を敷いた屋上階に大型遊具が設けられており、部屋の内外空間のつながりは無視されていた。欧米では家庭保育の伝統が強く夜間に子どもを家庭外の施設に預けることに抵抗があり夜間保育所の存在そのものが少ない。デンマークの保育施設の起源は19世紀後半にかけて設けられた慈善施設に由来し、社会サービス法では児童のデイケアのために必要な施設の設置をコムーネに義務づけている。保護者の大半が就業しているデンマークでは保育施設の完備が求められ、近年の母親の職業の多様化により厚生省が夜間保育所の必要性を認め、この10年の間に24時間保育所が現在45ヶ所設置されている。またイタリアのレッジョエミリア市では公立保育園で子どもの創造性を伸ばす教育理念が実践されており、明暗2種のアトリエ空間など保育空間のあり方が重視されている。デンマークの夜間保育所2ヶ所昼間保育所他11件、イタリアのオアジ・トーテム他3件を訪問し、施設長へのインタビューを行った結果をもとに夜間保育システムや「移動保育園」「森の幼稚園」など昼間保育における施設利用の方法も含めて事例研究を行い、保育環境に向けて学ぶべき点を追究した。本年度は研究の最後のまとめの年であり、昨年のヨーロッパに続いてアメリカの夜間保育施設の実態を追究することを目標に研究計画をたてた。アメリカの母親の就業率は高く、大多数の母親にとって勤務時間帯の保育確保は切実な問題となっていた。乳幼児期の子育ては母親がするのが望ましい、子どもの養育は親の権利であるといった伝統的価値観や、公的財源による保育は低所得層に限定すべきであるという考え方に阻まれて、公的保育施設は限定された範囲でしか提供されていない。営利・非営利の保育サービス、私的保育に頼らざるを得ない現状があった。
胃癌の腹膜転移再発に対するgefitinibを用いたテーラーメイド治療法の確立

胃癌細胞株におけるin vivoでのgefitinib感受性(IC_<50>)は通常>10μMであったが、HER2高発現のGLM-1,GLM-2,GLM-4,NIC-N87では0.028,0.32,0.078,0.091μMであった。In vivoでもGLM-1に対する顕著な抗腫瘍効果を示した。HER2高発現細胞では1μMのgefitinibで有意にapoptosisが誘導された。LY294002でもapoptosisは誘導されたが、UO126では顕著な誘導はなく、HER2高発現細胞株の細胞増殖は主にPI3K経路を介していることが示唆された。リガンド刺激により、GLM-1ではErk1/2のリン酸化が促進されたが、これはgefitinibにより抑制された。すべての細胞株において、Aktの自動リン酸化が認められたが、これはHER2高発現細胞株でのみgefitinibにより抑制された。IC_<50>が1.82μMと親株の65倍となる耐性株GLM-1Rを得た。リガンド刺激がない状態ではAktのリン酸化の度合いは親株と同等であったが、ShcとErk1/2のリン酸化が促進されていたことより、耐性株でのシグナル伝達はPI3K経路を阻害されてもMAPK経路で代償されている可能性が示唆された。30例の外科切除標本から新鮮胃癌組織を採取し、collagen gel droplet drug sensitivity testを施行、gefitinibの感受性を測定した。感受性が認められた3例は免疫染色でEGFR陰性、うち2例はHER2強陽性であった。また、肝転移をきたした4例中2例がgefitinib高感受性かつHER2強陽性であった。以上より、今回の焦点となったHER2高発現でgefitinib感受性を有し肝転移をきたす亜型は一定頻度で存在することがわかった。gefitinib感受性細胞株(GLM-1)にGFP遺伝子を導入し、腹膜微小転移を高感度かつ簡便に検出できるヌードマウスの腹膜微小転移モデルを新たに確立した。またgefitinibはこれまでマウスでは経口投与のみが可能であったため併用療法は腹腔内投与に限られていたが、可溶化したgefitinibの腹腔内投与法を試み、本投与法が経口投与に匹敵する抗腫瘍効果を発揮することを見いだした。これにより抗癌剤の経口投与との併用も可能となった。5-FU系の経口投与、paclitaxelの腹腔内投与との比較において、gefitinib単剤、抗癌剤との併用、sequential投与の効果を評価中である。GLM-1細胞を培養下においてgefitinibに暴露、耐性株(GLM-1 R)を分離し、その耐性機構を解析した。耐性株ではgefitinibにより遮断されるPI3K/AkT経路のバイパスとしてEGFRの発現が亢進し、その下流のras/MAPK経路が代償性に活性化されていることを明らかにした。実際、耐性株をgefitinibとMAPK経路の阻害剤であるMEKI(U0126)の両者で処理するとgefitinib単独に比べアポトーシス誘導が増強された。現在、in vivoでの併用効果を確認中である。

GLM-1およびそのgefitinib耐性株GLM-1Rのnude mouse皮下に作成したxenograftおよび単離細胞を用いて、CD-DST法でgefitinibの感受性試験を行った結果、低感受性株、高感受性株のIC50値は,8μM/mL,0.010.02μM/mLであった。そこで、ヒト胃癌外科切除標本を材料に感受性試験を行うに際し、0.000110μM/mL,まで5段階の濃度のgefitinibに接触させた。7検体でCD-DST法による感受性試験をおこなったところ、1例で10μM/mLにおいてT・C値50%未満の感受性が確認された。2.GLM-1,GLM-2,GLM-4を110μMのgefitinibで処理するとapoptosisが誘導されることをcaspase 3/7活性で示した。apoptosis誘導はP13K inhibitor (LY294002)を用いても同様に認められたが、これはリン酸化されたAktの顕著な低下を介していた。一方、MEK1/2 inhibitor (U0126)ではapoptosis誘導は顕著ではなかった。以上より、これらの細胞増殖はHER2刺激に端を発したPI3K経路のシグナル伝達を介して起きているものと思われた。3.HER2高発現のGLM-1において、AktやErk1/2のリン酸化はEGF刺激によって亢進したが、gefitinibにより抑制された。こうしたgefitinibの効果は、HER2低発現のMKM5では認められなかった。4.臨床検体の感受性試験ではHDRA法を中止しCD-DST法を採用した。この方法で期間内に得られた30例の手術切除標本でCD-DST法を施行し、うち20例で感受性を計測可能であった。EGFR, HER2の免疫染色では、gefitinib感受性3例ではEGFRは陰性であったが、HER2は強陽性2例、陰性1例であった。また、肝転移をきたした5例中2例が高感受性・HER2強陽性であった。以上より、HER2高発現でgefitinib感受性を有し肝転移をきたす亜型は一定頻度で存在することがわかった。
ネットワークを利用した科学の学習環境のデザインとその質的研究

本研究は、ネットワークを利用した学習環境を実験的に構築し、そこでの授業デザインと科学者・生徒・教師の変容を分析考察し、そこからネットワークを利用した学習環境デザインの指針を提示することである。1997年度より開始されたシステムの試行期間を経て、本研究では、都立明正高校の物理実験室に設置した4台のコンピュータを通して、生徒、教師、そしてアドバイザーとして学校外の若手科学者とネットワークを組み、参加者が自由に交流する環境を構築した。ネットワークの利用状況とその上の会議室は以下の通りである(「」が会議室名)。3年生の選択科目である「物理2」、「化学2」の授業の一貫として利用し、科学について議論した。また、クラブ活動である「総合科学部」、「生徒会」、「明正の先生」(担当教官以外の教師)も参加した。1998年6月、9月に科学者が高校を訪問し、交流の場を持った。本研究のためのデータとして、学校における授業進行、ネットワーク上のメッセージ、ネットワークを利用する文脈や課題、教師や科学者への聞き取り調査分析の対象とし、以下の考察結果を得た。授業デザインでは、担当教師は科学の学びを「ネットワークによるコミュニケーションの拡張」とし、その中に本プロジェクト(科学者との交流)を位置付けた。生徒の発言パタンで顕著なものは、交信数が次第に増加するものであり、9月に実施した科学者の高校訪問を境にしている。1年半の交流を通して科学者は、生徒からの科学や技術の倫理的問題を含む様々な質問に対し、自分自身の科学的知識を問い直すことが起こった。生徒は、授業に関する質問をするだけでなく、興味を持っているアニメに出てくる技術などについての実現可能性などを話し合った。これらのことから、今まで物理室には興味を持っていなかった生徒が集まりはじめ、生徒同士の交流も起こった。教師もその交流の1メンバーとして、科学に関する議論を行うことにより生徒とともに明正高校の科学コミュニティを構築していった。これらのことから、学校の科学の授業が学校外のコミュニティとの遭遇によって、新たな学びのコミュニティが構築されていくこと、その様な場としてネットワークが有効であることが明らかになった。通常学校の授業において教えられる科学は、科学者の日常行っている「真正な」活動とは異なる。この橋渡しの手段として、ネットワークの利用した教師と科学者の協力による授業デザインは、重要な役割を果たす。本研究では、「ネットワークを利用した科学の学習環境のデザインとその質的研究」をテーマに以下のことを行った。本研究の目的は、平成8年度に奨励研究(A)の助成を受けた「教育におけるネットワーク環境設定の基準作成の基礎的研究」の研究成果をふまえた上で、ネットワークを利用した学習環境(子どもと科学者の対話の場)をデザインし、そこで起こった学びを質的に明らかにすることである。そこから最終的には実際にネットワーク環境を教室に持ち込み社会へ開くときの学習環境の指針を作成することを目指す。本年度は特に、分析・考察のためのデータ収集の環境設定とデータの収集を行った。1.教育実践の参加者の設定東京都立明正高等学校の吉岡有文教諭の協力を得、吉岡教諭の担当する物理を選択した2、3年生の生徒を対象に実践を開始した。科学者は、(財)数理科学振興会の主催する夏期セミナーの参加経験者で組織する湧源クラブから16名の有志を募って回答者集団を組織した。2.ネットワーク環境の設定明正高校の物理実験室に今回の実践に適用するようインターネットへのアクセス環境を整備した。その際に、今回備品として申請したハードウェアおよびソフトウェアを用いた。3.学校における環境調査明正高校での本実践研究に関する授業、教室や廊下の掲示物、コンピュータなどの機器の設置状況と管理状況に関して、ビデオ撮影、写真撮影、関係者への聞き取り調査を行った。また、生徒のアクセス状況とその内容についてデータ分析を開始した。4.科学者の学校訪問と方針会議申請者のこれまでの研究成果から、子どもとネットワーク上で対話をする科学者は、学校訪問という形で子どもに実際に対面しないと対話が起こらないことがわかっていることから、科学者十数名の学校訪問と方針会議を明正高校で行った。

1年半の交流を通して科学者は、生徒からの科学や技術の倫理的問題を含む様々な質問に対し、自分自身の科学的知識を問い直すことが起こった。生徒は、授業に関する質問をするだけでなく、興味を持っているアニメに出てくる技術などについての実現可能性などを話し合った。これらのことから、今まで物理室には興味を持っていなかった生徒が集まりはじめ、生徒同士の交流も起こった。教師もその交流の1メンバーとして、科学に関する議論を行うことにより生徒とともに明正高校の科学コミュニティを構築していった。これらのことから、学校の科学の授業が学校外のコミュニティとの遭遇によって、新たな学びのコミュニティが構築されていくこと、その様な場としてネットワークが有効であることが明らかになった。通常学校の授業において教えられる科学は、科学者の日常行っている「真正な」活動とは異なる。この橋渡しの手段として、ネットワークの利用した教師と科学者の協力による授業デザインは、重要な役割を果たす。
根圏メタボロダイナミックスの分子・数理基盤

根圏は「植物根から影響を受ける土壌領域」と定義され、根圏が土壌微生物の活性が高く、植物の生育に重要であることは広く受け入れられてきた。近年、次世代シーケンサー技術の発展により根圏の微生物叢を包括的に解析することが可能となり、根圏微生物叢は植物の健全な生長に重要な役割を担うと示唆されるなど、根圏微生物叢と植物生育の関係性について世界中で研究が進められている。根圏は植物微生物相互作用の中心的な領域であるが、土壌のどこまでが「根圏」なのかは不明である。根圏は植物根からの影響を受ける領域であるため、シグナル物質である植物二次代謝産物の動態を理解することが根圏の理解には必須である。しかし、根圏シグナル物質として機能する植物二次代謝産物の根圏での動態と機能は分子レベルでは解明されておらず、植物と根圏微生物叢の相互作用の解明への大きな障壁となっている。本研究では、根圏シグナル物質に着目して根圏をモデル化することを目指している。ダイズ根から分泌されるダイゼインの土壌中での動態を、移流分散方程式を基にしたダイゼイン移動の支配方程式に土壌中での分配係数や一次分解速度定数といったパラメータを組み込むことでシミュレーションした。また、実際の生育環境である圃場土(灰色低地土)で、根近傍の濃度が生育初期で最も大きいことが示唆された。これらの結果を3種類の根箱装置および疑似根を用いた装置を用いて検証したところシミュレーションと同等の結果が得られた。土壌中の有機物や粘土鉱物組成が動態に与える影響も明らかにし、植物根から分泌された代謝物の移動についての考察を行った。さらに、特性の異なる豊浦砂を用いた解析(シミュレーション及び根箱装置を用いた実証試験)も行った。灰色低地土を用いた根圏シミュレーションとその検証について計画通りに進行している。根箱装置を用いたシミュレーションの検証に成功したが、今後様々な条件での検討を行うために疑似根を用いた装置を開発している。2019年度は動態の異なる代謝物を用いた測定や、分子レベルでの解析に注力する。