hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
四次元骨格・骨格筋モデルを用いた人工股関節設置後患者の動作解析システムの開発

1.筋張力と筋の走行の定量的な解析が可能な患者個別の四次元骨格・骨格筋モデルの構築昨年度までに、CT画像からの骨領域のセグメンテーションおよび骨格形状モデルの作製、股関節周辺筋の起始・停止位置に基づく筋肉モデルの作製方法の開発を行った。また、実際に股関節の駆動に関係する7つの筋肉および筋肉群のモデルを構築し、動作時における各筋肉の筋肉長の変化をグラフ化することが可能なシステムの開発を行った。本年度は、開発した患者個別の四次元骨格筋モデルを日常臨床の現場で使用可能とするため、モデル構築に要する時間の短縮、および医師による評価を行った。この結果、股関節周辺の筋の形状・走行を含めた解剖学的構造を熟知した医師が作業を行うことで、CT撮影後約2時間程度でモデル構築が可能となり、また構築した筋モデルの走行、伸縮方向に関しても、実際の筋肉の伸縮に近い形でのシミュレーションが可能となったとの医師による評価を受けた。2.リアルタイム動作計測を用いた股関節脱臼予測システムの開発開発した四次元骨格・骨格筋モデルを用いてよりわかりやすく患者に対する動作指導を行うため、モーションキャプチャをリアルタイムで行い、母者の動作中にその場で股関節周辺の骨格や骨格筋の駆動状況を提示できるシステムを開発した。また、患者の内部構造を左右反転して表示する機能を作製することで、患者は鏡を見ているかのように自身の内部構造の駆動状況を観察することが可能となった。3.筋モデルにより推定される筋張力の検証のための骨頭圧力分布計測システムの開発昨年度までに基本仕様を決定した骨頭型圧力センサを含む骨頭圧力分布計測システムの術場での試用を行った。また、この際術中の様々な操作によりセンサの破損が頻繁に生じたため、センサの耐衝撃性および防水性を向上させるための構造的な改良も行った。本研究では人工股関節設置後患者の股関節周辺の骨格・骨格筋の駆動状況を、1つの動作の中で四次元的に捉えて定量的に解析することで、術後の合併症を予測することのできる動作解析システムの開発を目的として研究を行っている。特に本システムでは、患者自身にとっても複雑な人工股関節の駆動を、直感的に理解しやすい可視化手法を開発し、医師による術後合併症予防のための肢位指導の際にも利用できるシステムとしている。また、患者ごとの骨格形状や筋肉の走行などの個体差を反映したシミュレーションを行うために患者のCTデータから得られる情報をもとに骨格・骨格筋モデルを構築することにより、各患者個別の解析を目指している。われわれは昨年度までに患者の骨格モデルを用いた股関節駆動可視化システムを開発した。本年度はこのシステムを発展させ、筋張力の影響を含めた動作解析を行うために、筋肉モデルの構築を行った。筋肉の空間的な走行方向とその伸縮量を定量的に表現するためのモデルとして、各筋肉をひも状に簡易化した筋肉モデルを作製しその特性を決定した。次年度以降で筋形状を持ったモデルを構築するための準備段階として、簡易筋モデルと骨格モデルとを統合し、臨床で使用することのできる脱臼予測システムの開発を行った。対象とした筋肉は股関節の駆動に関係する7つの筋肉および筋肉群(中殿筋・大殿筋・腸腰筋・大腿直筋・大内転筋・大腿屈筋群・短外旋筋群)とした。各筋肉の長さから筋張力を算出し、その走行を考慮した筋張力ベクトルを求め、股関節周辺の骨格や人工股関節の衝突を含めたシミュレーションを行い、これにより術後患者の日常生活動作における脱臼を定量的に解析し,かつ予測する事が可能となることを示した。また、筋張力によって骨頭に発生する力を実際と比較して検範するために、圧力センサを装備した人工骨頭を試作し、術中に骨頭の圧力分布を計測する案験を行った。
ナノ細孔内に形成した１次元ヘリウム３流体の量子状態の解明

ヘリウム4でコートした直線的なナノ細孔に吸着した希薄ヘリウム3の低温量子状態を検証するため、パルスNMR測定系を整備し、帯磁率と核磁気緩和の測定を行った。その結果得られたフェルミ温度の密度依存性や状態密度から、1原子層の0.7%以下の非常に希薄なヘリウム3は、軸方向のみに運動自由度をもつ純1次元流体として低温で縮退状態に至ることが強く示唆された。また同じ細孔中のヘリウム3薄膜の核磁気緩和測定からは、従来知られていない層間の速い原子交換など、薄膜中の原子運動に関する微視的情報が新たに得られた。24年度は23年度に整備した核磁気共鳴測定系の温度領域をさらに低温の0.5Kまで拡張し、主として1次元トンネルに吸着した非縮退領域のヘリウム3膜の核磁気緩和の測定を密度と温度に関して系統的に行い、その原子運動を研究した。この領域のヘリウム3膜の核磁気緩和については、他の吸着基板上では詳細に調べられていない。これまで、前年度の1Kまでの結果から熱励起型のヘリウム3原子運動が低温で量子トンネリングへ移行することが示唆されたが、詳細に調べると、1層以下の吸着膜では密度に応じて核磁気緩和時間が特徴的な温度変化を示すことがわかった。まず、スピン格子緩和時間が極小をとる温度より少し低温でスピンスピン緩和時間の温度変化が肩を持つことが示された。このような現象は3次元系の双極子緩和理論では知られているが低次元に拡張した理論では予測されていない。一方で高温の実験結果は低次元系の特徴を観測しており、従来の低次元系の理論に対して改良を促す結果となっている。またさらに低温で、スピン格子緩和時間の増大が確認された。対応するヘリウム3膜の比熱測定を行った結果、この異常の現れる温度は比熱において原子の局在化が示唆される温度と一致することが確認されたが、同じ温度でスピンスピン緩和時間には顕著な異常が見られず、局在化に伴い原子が配置換えを行う可能性を初めて示した。このようないくつかの新しい発見については、国内外の学会での発表のほか、一部は論文にまとめ報告を行った。また予備実験として4Heをコートしたトンネル中の希薄3Heの核磁気緩和の観測を行い、原子運動が非常に速く流体として振舞うことが確認された。前記の結果も含め、さらに低温で期待される1次元ヘリウム3量子流体の研究にあたっての貴重な参照データとなる。吸着ポテンシャルを弱めたナノサイズのトンネル中では低温で吸着3Heの熱ドブロイ波長が孔径を超え純粋な1次元流体が実現されることが期待される。この流体は電子系とは異なる朝永ラッティンジャー液体の新たなモデル系となりうる。またトンネル中吸着4Heで1次元超流動が観測され、原子の吸着状態の微視的知見が重要となった。これらの量子状態の検証のため核磁気共鳴測定系を新たに構築し、孔径2.4nmの1次元トンネル中の吸着3Heについて研究を行った。トンネル内3He膜の緩和時間の結果から、トンネル壁面の吸着第1層3Heにおいても量子固体3Heと同程度の原子運動が存在し、低温で量子トンネリングに移行することがわかった。また1層以上の吸着3Heでは層間に緩和時間よりも速い粒子交換が存在することが明らかになった。これらは不活性な第1層とその上の流体層という従来の単純化された吸着Heの描像に修正を要する結果となった。またトンネル内吸着膜に特有の緩和時間の温度変化も観測された。これらの結果を国際学会等で発表し、2編の論文にまとめた。最終年度は4Heを1.4層被覆し吸着ポテンシャルを弱めたトンネル中で1原子層の1%以下の非常に希薄な吸着3HeのNMR測定を行った。0.5K付近で温度に反比例していた帯磁率が0.2から0.3K程度以下で一定になる振舞が観測された。これは高温でキュリー則を示す非縮退液体が低温でフェルミ縮退を起こしたと解釈される。縮退温度は最低吸着量まで吸着量に依存し、トンネル内で3Heは一様な流体状態にあることが確認された。縮退温度の吸着量依存性や帯磁率から得られる状態密度は、0.25Kに周方向運動励起をもつ1次元系のものと定量的に合致し、1層の0.7%以下の希薄な吸着3Heは断面方向の運動自由度を持たない状態で縮退を起こし低温で純1次元量子流体となることを強く示唆する結果が得られた。本研究全体の主たる目的は主に核磁気共鳴法を用いた孔径数nmの1次元トンネル中に吸着した1次元ヘリウム3量子流体の研究であるが、23年度は当初計画の通り、まず核磁気共鳴実験の測定系の構築および整備を行い、1K以上の古典領域にあたる温度領域でトンネル内に吸着したヘリウム3の核磁気共鳴の実験を行った。

この実験からヘリウム3の吸着状態に関する知見のほか、現状の実験装置における試料の冷却の度合や測定感度など今後研究を進める上で非常に貴重な情報が得られた。核磁気共鳴実験は1K以上の測定温度域において、原子層にして0.1から2層に当たるヘリウム3を孔径2.4nmのトンネルに吸着した状態で行った。この温度域では帯磁率はキュリー則に従うことが観測され、吸着ヘリウム3は古典流体とみなせることが確認された。また格子スピン緩和時間およびスピンスピン緩和時間は、流体の応答を記述するBPP理論を2次元系に拡張した計算結果と良く合致し、この温度域の吸着ヘリウム3原子は細孔壁に沿った2次元運動を行うことがわかった。その相関時間は液体ヘリウム3よりむしろ量子固体ヘリウム3と同程度であり、原子運動は主としてサイト間のホッピングによるものと考えられる。2K以下では緩和時間の温度変化はほぼなくなり、量子トンネリングによる原子交換への移行が示唆された。また1層以上の吸着量では緩和時間が吸着量によらないことがわかった。このことは2層目に吸着した原子の運動が1層目に比べ非常に早いことを示唆しており、1層目をヘリウム4に置き換えることで十分流動的なヘリウム3流体が実現可能であることを示す結果である。またこれらの古典領域の結果は低温における流体の量子性を議論するうえでの対比データとして非常に重要になる。24年度はまず23年度に課題として残った測定温度領域を0.5Kまで拡張することに成功した。当初の研究実施計画では、さらに希釈冷凍機への核磁気共鳴測定系の移行を24年度早期に開始する予定であったが、前記の研究実績の概要に示したとおり、この0.5Kまでの温度領域で当初予期されなかったいくつかの新しい現象が発見されたため、予定を変更し、核磁気緩和のデータを系統的に収集し研究を行った。これにより、測定系の移行自体は当初計画より遅らせることとなったが、その反面、非縮退領域のヘリウム3膜についてこれまで報告されていない重要な結果を得ることができた。さらに、この温度領域のデータは、今後の主たる目的である縮退した量子流体のデータを解析するために参照する重要な基礎データであるため、このスケジュール変更は本研究の遂行に必要な措置であったと考えられる。希釈冷凍機への測定系の移行は24年度末から開始し、現在概ね準備が整いつつあり、25年度は低温の量子領域のデータ収集と解析を集中的に行う予定である。23年度は当初の研究実施計画に記したとおり、研究に必要な実験装置系を構築すること、量子流体と対比しうる古典流体の基礎データを取得することを目的として研究を進展させた。核磁気共鳴測定系については磁場勾配マグネットなどの必要な装置を製作し、測定に必要な装置を組み合わせ整備した。また既存の装置にさらに位相検波回路や位相変換回路等を付加することで、短い時間で系統的なデータが得られるシステムを構築した。測定感度については実際の古典領域のヘリウム3の信号によって評価することができ、低温での量子流体の実験においても十分な感度が得られていることがわかった。これらの結果得られた、1K以上の古典領域の吸着ヘリウム3の核磁気共鳴実験から、ヘリウム3の吸着状態や運動状態の情報を得ることができ、さらに今後低温における量子領域のデータを解析する上で対比しうる重要なデータが得られた。一方冷凍機の不具合により1K以下のデータは23年度においては得られなかったが、既にその原因は特定されており、24年度からさらに低温の量子領域に向けて研究を進展させる準備が整った状態となった。
環境との交互作用の発達

環境との交互作用の研究は、可成りの成果を挙げて修了することが出来た。第4年度の業績は、補完的な結果が多くなった。久保田は、アカゲザルの前頭連合野の発達が、生後3-4カ月のシナプス過剰形成期に起こること、及びGABA抑制機構が関与することを確実に示した後、GABA抑制機構がどの様に発達していくかを、か前頭連合野性の学習課題(遅延反応)の学習の過程で、GABA抑制の阻害剤を前頭連合野に与えて、学習の発達がどうかわるかを調べた。学習成績が80%を越えるようになると、GABA抑制が確実に働いているが、それ以下では効果がはっきりしなかった。このことからシナプス過剰形成期には、興奮性結合も、抑制性結合もも同時に発達すると考えられる。鹿取は、言語発達遅滞児に身振りサイン、音声を教え、交信行動の構造化の過程を調べ、記憶負荷の影響を吟味した。糸魚川は、老齢雌ニホンザルで遅延反応の学習成績が25--34歳になると低下することを示した。下条は、再認とエピソード記憶の発達を調べ、初語発話との相関を見いだした。無籐は、18カ月児への抑止的介入が主体性理解に阻害的に働くが、理解が進んでいる児では母親を巧みに利用していたことを見いだした。山本は、発達障害児に前言語的交信行動を、環境条件の整備により、学習させることに成功した。辰巳は、ウェルニッケ失語で音節理解の障害の性質を調べ、発現モデルを提案した。子安は、3-4歳幼稚園児の認知課題学習の性質を調べた。研究成果の第1回の発表会を平成6年1月27-28日に東京の早稲田大学で行った(班員はポスター発表)。第2回の発表会は平成6年3月12日-14日に静岡県伊東市のペンションで行った(発表は、時間制限を設けないで、背景、得られた生のデータなどの発表、、討論が行われた。公募班員や研究協力者を含め14人の参加があった。相互理解、今後の研究への取り組みなどを話し合い、成果は上がったと考えられる。久保田は遅延反応をアカゲザルのコザルに学習させた結果を報告した。コザルの発達過程で、シナプス形成が大脳皮質のあらゆる領域で最大となる生後2-4カ月(シナプス過剰形成期)に、コザルは3秒の遅延時間のある遅延反応の学習ができることを示した。これは前頭連合野が確実に働いたことを示しているので、つくられたシナプスが記憶を保持するため働き続けていることを意味する。つまり、発達のシナプス過剰形成期に高次脳の機能が発達することを示した。成果は、論文として発表された。糸魚川は、老齢ニホンザルのメスに遅延反応を学習させた結果を発表した。高齢サルの脳の老化の程度、超高齢ザル(31歳)のデータが得られたこと、ニホンザルは他のサルよりも記憶能力が優れているらしいことがわかった。山本は、発達障害児にいろいろな制約を与えて、行動やコミュニケーションが変わる条件を吟味した。下条は、頭部と眼球の働きをモニターしながら、視覚刺激と行動を観察するシステムを完成し、幼児での実験を開始した。子安は、幼稚園児2人で行う知的な遊びにおける行動を観察した。鹿取は健常児と言語発達障害児の視聴覚刺激に対する応答を解析した。6班員が実験やデータ処理にコンピュータを必要としたので、5班員で共同購入し、単独で講入する場合の半額で入手できた。これらの装置は各自順調にデータ解析等に使用されている。全体としてみると、目的とした研究が開始されていること(6班員)、興味ある所見が見出されていること(3班員)、最終論文の発表が行われたこと(1班員)があり、今後が期待できる初年度であった。久保田は、アカゲザルの幼児が前頭連合野を必須とする課題(H id ing Taskと命名、空間位置の短期記憶を調べる遅延反応課題の手続きを簡略にして調べ易くしたもの)をどのように学習するかを調べた。生後2-4カ月の大脳新皮質シナプス過剰形成期(ラキッチ)に、2-5秒の遅延を含む遅延反応が学習できることを示した。幼児の大脳の前頭連合野がシナプス過剰形成期に確かに働いているという証拠が得られた。更に、この学習が、集中訓練法と分散訓練法(1日に行う試行数を多くした場合と少なくした場合)とで学習成績がどう変わるかを調べた。どちらの訓練法でも成績は変わらないが、集中訓練法の方で、生後日数が早く学習成立することが解った。人間でもそうであるか、調べる必要がある。山本は、発達障害児(発語もできない重度の自閉症児)とチンパンジーで刺激等価性を調べる反射律、対象律と推移律との学習を比較した。チンパンジーはこれらの学習が殆どできないのに、発達障害児は、これらの学習ができた。発達障害児で学習可能となった理由は、強化の仕方が良かったことによるが、発達障害児がかなり高度の知能を有することが示された意義は大きい。糸魚川(老齢メスザルの遅延反応の学習)、鹿取(成人と精神遅延児の認知行動と言語行動と身振りサインの関係の研究)、下條(乳児の眼球、頭部手指を記録して注意シフトを起こすときの行動の測定)は、昨年度からの計画を引き続き遂行中である。第3年度の終わりにあたり、全班員で予定した通りの成果があがりつつあるが、まだ最終論文として発表できたものは、少なかった。

それは、最終年度に期待しなければならないこととなった。久保田は、コザルに5秒の遅延反応を充分に学習させて、前頭連合野の46野にGABAa阻害剤ビククリンやGABAb阻害剤ファクロフェンの微量を局所注入させた。どちら側の46野にどちらの阻害剤に注入しで、左右のどちらの手を使って課題を遂行しても、遅延反応の成績が悪くなり、エラーが増えた。同時に保続のエラーも増えた。遂行エラーの増加には左右脳で差は見られないが、保続エラーでは、右手を使うサルで、右脳注射では、左へのエラーが増えるが、左手を使うサルでは、逆になった。また、学習が完成していないコザルの46野にビククリンやファクロフェンを注入しても、成績がさらに悪くなることはなっかた。このことから、GABA抑制の働くことが、コザルで遅延反応の学習を成立させることが、解った。糸魚川は、勝山の野外ニホンザル群で、17年間ボスの座にあった雄ザルが28歳になって、身体条件が老化しつつも雌ザルボスの助けを借りながら死ぬまで、ボスの座を維持した珍しい環境相互作用の例を報告した。下条は、幼稚園児の潜在記憶の学習が、従来報告されているのとは違って、条件によっては、成立することを示した。山本は、2語分しかしゃべれない自閉症児に、チンパンジーで成功した刺激等価法を使って、視覚刺激に言葉を対応させる訓練を強力に行うと、言語を修得させることの出来ることを示した。鹿島と子安は、前年度の研究を継続中である。環境との交互作用の研究は、可成りの成果を挙げて修了することが出来た。第4年度の業績は、補完的な結果が多くなった。久保田は、アカゲザルの前頭連合野の発達が、生後3-4カ月のシナプス過剰形成期に起こること、及びGABA抑制機構が関与することを確実に示した後、GABA抑制機構がどの様に発達していくかを、か前頭連合野性の学習課題(遅延反応)の学習の過程で、GABA抑制の阻害剤を前頭連合野に与えて、学習の発達がどうかわるかを調べた。学習成績が80%を越えるようになると、GABA抑制が確実に働いているが、それ以下では効果がはっきりしなかった。このことからシナプス過剰形成期には、興奮性結合も、抑制性結合もも同時に発達すると考えられる。鹿取は、言語発達遅滞児に身振りサイン、音声を教え、交信行動の構造化の過程を調べ、記憶負荷の影響を吟味した。糸魚川は、老齢雌ニホンザルで遅延反応の学習成績が25--34歳になると低下することを示した。下条は、再認とエピソード記憶の発達を調べ、初語発話との相関を見いだした。無籐は、18カ月児への抑止的介入が主体性理解に阻害的に働くが、理解が進んでいる児では母親を巧みに利用していたことを見いだした。山本は、発達障害児に前言語的交信行動を、環境条件の整備により、学習させることに成功した。辰巳は、ウェルニッケ失語で音節理解の障害の性質を調べ、発現モデルを提案した。子安は、3-4歳幼稚園児の認知課題学習の性質を調べた。
形と流動性の再現から読み解く生命システムの秩序原理

生命システムを内包した人工細胞を用い、「生命機能と形状・流動性の関係」と「細胞サイズ閉鎖空間の形状と流動性の関係」の解明を通し、細胞内における生命の秩序原理を明らかにすることを目的とした。i)昨年度Soft matter誌に報告した流動性が細胞形状の変形パターンの運命を変化させるという研究内容を発展させ、ゲル化と相分離の時間発展に伴い座屈が、細胞の内部構造に強く由来して変化する現象を見出し、Langmuir誌に報告した。この成果は雑誌内カバーとして取り上げられた。ii)流動性が生命機能に与える影響について解析を行うために、昨年度までに確立したFCSを用いた人工細胞内拡散速度の測定系をさらに高度化し、細胞膜からの距離や細胞形状と拡散の相関関係まで解析可能とした。しかし、生命機能を担う要素群を人工細胞内に投入した系では、明確に拡散速度を変化させる要素の同定には至らなかった。この理由は本研究で想定していた探索空間が小さいことに由来する可能性と、その他の物理的な要因により生じている可能性があった。そこで人工細胞形状を変更させた系での測定を行ったところ、細胞のように高分子混雑した人工細胞内では、その分子拡散が細胞形状によって変化することを示唆するデータを得た。iii)細胞サイズ閉鎖空間の形状と流動性に関しては、人工細胞が接触した系にチャネルタンパク質が介在した場合に特殊な拡散速度変化が見出されることを発見した。また、細胞サイズ閉鎖空間特異的な機能の創発として、大きな膜表面積・体積比ゆえに、細胞膜との相互作用が弱いタンパク質の膜局在が強化される現象と、競合的な要素によるその解除を発見した。この効果は細胞サイズ空間で反応と拡散がカップリングして生じるタンパク質の波(Min波)の創発において非常に重要であることを示すに至った。本研究では、人工細胞に再構成された生命機能が流動性・形状に与える影響を解明すると同時に、ソフトマター物理学的にも未解明な細胞サイズ閉鎖空間での流動性と細胞形状の因果関係を明確にする。これらの研究成果を融合させ、生命機能・流動性・形状のクロストークを解明し、生命の秩序をシステムとして読み解く枠組みを完成させることを目的としている。本年度は、流動性をキーワードに、形状との関係、生命機能との関係を追求した。流動性と形状に関しては、単一脂質成分からなるリポソームを用いた解析を行った。リポソームの内部流動性変化が、浸透圧処理に伴う面積・体積比変化にカップルした形状変化に及ぼす影響を定量的に解析した。我々の先行研究から、BSAと細胞抽出液は高分子濃度に対する流動性の振る舞いが異なること、同濃度のBSAと細胞抽出液を内包したリポソームでは、浸透圧処理後の変形パターンが異なることが示されていた。そこで、BSAと細胞抽出液の濃度を振り、内部粘性と変形パターンとの関係を解析した。結果、いずれの場合も一定の流動性を境に安定な変形パターンが転移することが示された。生命機能と流動性の関係においては、バクテリアの細胞分裂決定システムであるMinシステムを題材に、人工細胞中で生命機能が流動性に与える影響を解析する系を立ち上げることができた。Minシステムにおいては、MinDとMinEというタンパク質が、ATPの加水分解を利用して細胞内で極を往復移動する。人工細胞内でMinシステムを再構成し、高分子混雑剤による初期流動性によって運動パターンが変化することを確認した。この結果により、Minシステムの運動が人工細胞内の流動性に与える影響を解析可能となった。人工細胞の形状と内部流動性に関して新しい知見を得ることができた。また、生命機能と流動性の関係について進展があった。ゆえに順調に進んでいるといえる。生命要素を再構築した人工細胞を用い、「生命機能と形状・流動性の関係」と「細胞サイズ閉鎖空間の形状と流動性の関係」を解明し、細胞恒常性の秩序原理に迫ることを目的としている。H27年度までに、形状と流動性の関係について、流動性が変形パターンの運命を変化させるという結果を得た。また、流動性が人工細胞内の動的な反応拡散波の制御因子としての機能を持つということを示すに至った。H28年度は、人工細胞形状が内部の動的な因子に与える影響を解析した。キャピラリーにより引き延ばした油中水滴内におけるバクテリア細胞内の動的な反応拡散波(Min波)のパターンを解析したところ、十分に大きな空間の場合、スパイラル様のパターンが現れることを見出した。しかし、油中水滴は膜界面の張力が高く形状変化の解析に不向きであるため、解析する系をリポソームに変換するため条件検討を行っている。Min波の動きの詳細な解析には至っていないが、浸透圧を利用することで大腸菌のように細長いリポソームの作製には成功している。生命機能が流動性に与える影響については実験系が整ってきた。特に人工細胞内部の流動性の解析においては、FRAPやFCSを用いた解析速度を向上することに成功した。それゆえ、H29年度以降に本系を用いた解析を推進する土台は整った。また、空間形状が内部の流動性に与える効果の解析過程で、空間サイズと流動性の関係性を示唆するデータを得た。流動性と形状に関しては、人工分子によって膜近傍の流動性を下げることで、細胞骨格を保持した細胞膜のように安定性を付与することが可能であることを見出した。代表者、分担者共に当初想定していなかったライフイベントがあり、それにともない研究の進行に遅れが生じている。

生命システムを内包した人工細胞を用い、「生命機能と形状・流動性の関係」と「細胞サイズ閉鎖空間の形状と流動性の関係」の解明を通し、細胞内における生命の秩序原理を明らかにすることを目的としている。本年度は、昨年度までに明らかにした流動性が変形パターンの運命を変化させるという研究内容をまとめた論文が、Soft matter誌に採択された(藤原&柳澤2017)。また、流動性と形状に関しては、膜近傍の流動性を下げることで細胞骨格を保持した細胞膜のように環境変化に対して安定となることを論文にまとめ、PNAS誌にて報告した(黒川、藤原ら2017)。さらに、人工細胞中でゲル化したゼラチンの弾性を解析することで、脂質膜が最終的なゲル化の弾性に大きな影響を与えることが明らかにした。さらにCDやIRなどのspectrum解析やチオフラビンT結合活性を解析したところ、人工細胞内ゲル化が引き起こす弾性転移はランダムコイル部分がβシートへと転換する二次構造転換に由来することが示唆された。本内容を論文にまとめ、ACS Central Science誌にて報告した(酒井、村山、藤原らin press)。流動性が生命機能に与える影響については知見が蓄積されてきたが、その逆である生命機能が流動性に与える影響については実験系が整ってきたものの、依然解決すべき問題がいくつか存在している。本研究過程で開発した無細胞条件でのバクテリアゲノム転写翻訳系(藤原ら、NAR 2017)を人工細胞に封入することまでは成功しているため、ゲノムの転写翻訳が流動性に与える影響の解析を検討している状況である。また、人工細胞形状が内部の動的な因子に与える影響を解析するため光ピンセットによりリポソームの形状を変化させたが、アスペクト比を1:1.2程度にすることまでは達成できたが、今後より大変形を可能とする条件を見出す必要がある。昨年度の遅れを取り戻し、いくつかの論文を発表することができた。生命システムを内包した人工細胞を用い、「生命機能と形状・流動性の関係」と「細胞サイズ閉鎖空間の形状と流動性の関係」の解明を通し、細胞内における生命の秩序原理を明らかにすることを目的とした。i)昨年度Soft matter誌に報告した流動性が細胞形状の変形パターンの運命を変化させるという研究内容を発展させ、ゲル化と相分離の時間発展に伴い座屈が、細胞の内部構造に強く由来して変化する現象を見出し、Langmuir誌に報告した。この成果は雑誌内カバーとして取り上げられた。ii)流動性が生命機能に与える影響について解析を行うために、昨年度までに確立したFCSを用いた人工細胞内拡散速度の測定系をさらに高度化し、細胞膜からの距離や細胞形状と拡散の相関関係まで解析可能とした。しかし、生命機能を担う要素群を人工細胞内に投入した系では、明確に拡散速度を変化させる要素の同定には至らなかった。この理由は本研究で想定していた探索空間が小さいことに由来する可能性と、その他の物理的な要因により生じている可能性があった。そこで人工細胞形状を変更させた系での測定を行ったところ、細胞のように高分子混雑した人工細胞内では、その分子拡散が細胞形状によって変化することを示唆するデータを得た。
膵・胆道癌早期診断を目指した十二指腸液exosome中バイオマーカーの開発

膵液中、及び十二指腸液中にはexosomeの存在すら報告されておらず、未知の領域であり、特に膵液は非常に強力な消化液として知られており、今まで分子マーカー検索に不向きと言われてきた。既に多くの十二指腸液、膵液、胆汁サンプルを当研究室では保管している。同サンプルから各々exosomeの抽出を試み存在を証明し、その安定性を検討することを目標とした。最終的には十二指腸液サンプルでのexosome抽出、内包される蛋白質、RNA、DNAの抽出を目標とした。既に当研究室で採取、保存してきた多数の胆汁、膵液、十二指腸液中exosome由来RNA・蛋白質の発現解析、DNAの変異解析を行いスクリーニングに耐え得る分子マーカーを同定している。さらにプロスペクティブに十二指腸液を採取し、膵、胆道癌高危険群同定、及び早期癌の診断精度を検証する。既に当研究室では胆汁中、膵液中のexosome抽出に成功しており、exosomeの安定性についての検証も終えている。平成28年度に胆汁中のmicroRNA抽出を試みた。特に胆道癌発癌高危険因子である膵胆管合流異常に注目して、術前のERC下に採取した胆汁からRNAを抽出し、microRNAの定量を行った。以前我々は膵液を用いてmicroRNA解析を行ってきており、同様の方法を用いて解析を行ったが、胆汁では同様の手技ではRNAの抽出は困難であった。そこで胆汁中のエクソソーム解析を行うこととした。エクソソームの証明としては1電子顕微鏡で小胞の確認、2ナノ粒子トラッキング解析(Nanosight)、3エクソソームマーカー解析(CD63, etc)が必要であり、胆汁を用いた解析で安定して123を再現性を以って示すことができた。また当研究室では胆汁・膵液中exosomeの抽出に成功し報告した。平成30年度から、検討サンプルとは別にサンプル集積を継続しプロスペクティブスタディを開始しておく。同定された新規分子マーカーを2重盲検でサンプル解析を行う。平成30年度から平成32年度には集積されたサンプルからexosomeを抽出し、これまでの結果に基づき、早期癌の診断精度を検討する。研究はおおむね順調に進展しており、計画的に使用している。今後は、研究に必要な機材や抗体の購入、人件費に使用する予定である。
口腔・咽頭がん発生に関与するヒトパピローマウイルス感染の実態とリスク因子の解明

本研究は40-69歳の成人574名(男性269名、女性305名)を対象に、口腔の悪性型HPV感染の実態把握とリスク因子の解明を解明を行った。対象者の内、25名の唾液検体から悪性型HPVが確認された。多変量解析の結果、様々な交絡因子を調整した上で、悪性型HPV感染のオッズはPlaque Indexが1未満の者に比べて1以上の者が3.49倍(95%信頼区間= 1.24-9.81)有意に高いことが明らかとなった。本研究からPlaque Indexを1未満に保つことが、悪性型HPVの感染を抑制し、将来的な口腔がん発生の予防に役立つ可能性が示唆された。本年度は、平成24年に実施した久山町生活予防健診で得られた唾液検体から既に抽出済みの微生物群集DNAを用いて、各検体のE6とE7を含む遺伝子領域をPCR法にて増幅を行った。その際、悪性型(HPV 16, 18, 31, 35, 52bおよび58型)と良性型(HPV 6および11型)の両者をターゲットとし、HPVpU-1M, HPVpU-31B, HPVpU-2Rの3種のコンセンサスプライマーを用いた。まずはじめに、悪性型のHPV 18と良性型のHPV 11のゲノムDNAが挿入されたプラスミドDNAを鋳型として、先行研究で推奨される反応条件の下でPCR法を実施した。各型のHPVが正確に増幅可能となるように、試薬とアニーリング温度、サイクル数などを調整した。その後、前述の久山町健診の唾液検体からランダムに抽出した100検体を用いてPCR法を実施したところ、1検体から悪性型HPVの増幅が確認された。この増幅産物の塩基配列をBig Dyeターミネーターを用いたサンガー法にて決定したところ、悪性型のHPV 18であることを確認した。これまでの唾液を検体とした悪性型HPV感染の有病率報告は、男女での違いもあるが約5%から15%程度とされており、今回の有病率はわずかに低い傾向であった。PCRの反応条件の最適化に想定していた以上の時間がかかり、当初の予定であった平成24年度採取の唾液検体の解析をすべて完了することができなかった。本年度は、口腔のHPV感染のリスク因子を特定することを目的に、社会経済的状況を考慮した上で、どういった生活習慣や口腔の健康が口腔のHPV感染と関連するのかを検証した。対象は平成24年度の久山町生活習慣病予防健診を受診した40-69歳の成人から各年代別に層別化無作為抽出した574名(男性269名、女性305名)とした。はじめに、昨年度に引き続いて対象者の唾液検体から既に抽出済みの微生物群集DNAを用いて、先行研究で推奨される反応条件の下で各検体のE6とE7を含む遺伝子領域をPCR法にて増幅を行った。その際、悪性型(HPV 16, 18, 31, 35, 52bおよび58型)をターゲットとし、HPVpU-1MとHPVpU-2Rの2種のコンセンサスプライマーを用いた。PCR法の結果、25検体から悪性型HPVの増幅が確認された。悪性型HPVの感染を従属変数に、先行研究からリスク因子の疑いのある社会経済的状態や生活習慣、口腔の健康に関する項目を独立変数として同時投入したロジスティック回帰分析を行った。その結果、悪性型HPV感染のオッズはプラークスコアの値が1未満の者に比べて1以上の者が3.49倍(95%信頼区間= 1.24-9.81)有意に高いことが明らかとなった。他の項目は有意差を認めなかった。本研究から、社会経済的状況を考慮した上で、口腔の健康指標の中でも特にプラークスコアの値が悪性型HPVの感染のリスク因子となる可能性が示唆された。次年度は平成24年度採取の唾液検体の解析を継続し、その上で悪性型と良性型のHPVの各有病率を推定する。さらに、久山町生活予防健診受診者の社会経済的状況を考慮した上で、どういった生活習慣や口腔の健康が口腔のHPV感染と関連するのかを横断的に検証する。また、そこで認められたリスク因子が口腔のHPVの新規感染にどのような影響を及ぼすかを、平成19年と24年の両健診受診者を対象に縦断的に検証する。医歯薬学

平成24年度採取の唾液検体の解析をすべて完了することができなかったことから、次年度使用額が生じた。次年度は持ち越した助成金を考慮し、本研究に必要なPCR関連試薬やPCR用チップ、プラスチック器具などを新たに購入する予定である。
超高速低損失電界効果ドリフト層を有する新しい3次元パワーデバイス構造に関する研究

本研究は、より環境にやさしい省エネルギー社会の実現に重要な役割をもつ高速かつ低損失パワーデバイスの実用を目指し、デバイス形成プロセスおよびパワーデバイスの構造そのものに着目し、チャンネル抵抗などオン抵抗を大幅に低減することに成功し、シリコン系でもワイドギャップ系でも応用可能な非常に高性能かつ低損失な新しい2次元および高集積度の3次元パワーデバイスを実現可能であることを実証した。本年度は、新しい超高速低損失パワーデバイス構造を実現するために、以下のような基礎研究を行った。(1)反転型および蓄積型電界効果ドリフト層の耐圧特性のSOI基板濃度依存性、ブレークダウンメカニズムとゲート絶縁膜に印加される電界を明らかにした。(2)試作完成した3次元デバイスを構成する各面方位Si(100),Si(110)などとチャンネル方向を有する反転型、蓄積型SOIデバイスおよび3次元デバイスから電流駆動能力、ブレークダウンメカニズムを明らかにした。理論式を導き出し、電界効果ドリフト層オン抵抗特性と面方位、チャンネル方向と3次元デバイス構造依存性を解明した。(3)本研究ではシリコンドリフトという新手法を導入するために、コーナー効果がデバイス信頼性に与える影響を定量的に解析した。さらに、3次元デバイスでは側面もキャリアが伝導するために、デバイスの電流駆動能力を向上させるためには表面だけではなく、側面も平坦化する必要があるため、コーナー丸めと同時に平坦化効果のある表面低温水素処理プロセスを開発した。(4)3次元デバイスでは(100)面以外にも(110)面など様々な面方位が使われる。本研究グループ東北大学大見客員教授らが開発したマイクロ波励起高密度プラズマによるラジカル酸化成膜装置を用いることで、様々な面方位を有する3次元デバイスにおいても高品質のラジカル酸化ゲート絶縁膜形成に成功した。(5)高速RFパワーデバイスへの応用を将来的に考え、高速スイチング特性およびノイズ特性を調べた。(6)高速化の限界を明らかにするために、これまで得られた基礎データをデバイスシミュレーター(Atlas)に取っ込み、超高速RF用パワーデバイスの基本特性および設計を行い、設計限界を明らかにした。(7)これまで得られたデバイス基本特性を元に、ローパワーからハイパワーデバイス構造設計を行った。本年度は、昨年度で得られたSi(100), (110)など各面方位における2次元反転型および蓄積型デバイス電界効果ドリフト層の耐圧特性の基板濃度依存性、ゲート絶縁膜印加電界依存性の結果に基づき、電界効果ドリフト層構造のシミュレーションを行い、構造を最適化したデバイスを試作し、理論を検証した。(2)Si(100), (110)など各面方位における2次元蓄積型デバイスの高速スイチング特性、信頼性評価における有利性を実証した。この結果に基づき、本年度はパワーデバイスを試作し、スイチング速度は2倍ほど向上できることを実証した。(3)3次元デバイスでは側面もキャリアが伝導するために、デバイスの電流駆動能力を向上させるためには表面だけではなく、側面の界面特性も極めて重要であるため、本研究室が取り込んでいる原子レベル平坦化技術と表面を荒れさせない洗浄技術は確立しつつため、蓄積型デバイス構造と組み合わせ、3次元パワーデバイスの形成に取り入れ、形成プロセスの最適化を行い、コーナー丸め処理、表面平坦化など表面、界面処理プロセスがデバイス信頼性と特性に与える影響を最小限にし、電流駆動能力を1.3倍以上に向上し、2次元デバイス並みの耐圧を実現可能であることを示した。(4)19年度の研究では本デバイス構造では耐圧を保ちながら、極めて高速スイチング動作が必要となるRFパワーデバイスにも適用可能なため、電子線描画装置を用いて、100nm以下のゲート長を有する超高速動作可能な新RFパワーデバイス構造を実現し、性能を1.5倍に向上した。本研究を通して、新しいパワーデバイス構造を理論的に考案し、実験的に実証し、2次元および3次元における優位性を実証した。
TL抗原遺伝子とT細胞分化異常、白血病発生

マウスTL抗原は、主要組織適合抗原クラス1分子ではあるが、正常での発現は胸腺細胞および腸上皮細胞に限られ、また特定のマウス系では白血病の癌関連抗原として発現される。TL抗原の機能を明らかにする目的で、TL遺伝子導入マウスの作出と解析を行ってきた。遺伝子導入マウスの1系統は、大量のTL抗原を胸腺に発現し、T細胞の分化異常を起こし、さらに高頻度でγδT細胞型白血病を発症する。本研究では遺伝子導入マウスの解析を中心に、TL分子の機能、白血病の発祥機序ならびに正常T細胞の分化機構を解明することを試み、以下の結果を得た。(1)本系のみならず、他のTL遺伝子導入マウス系統でもT細胞の分化がγδ経路へ偏向していることを明らかとし、導入TL遺伝子の発現が白血病発生の最初のステップであるT細胞分化異常の原因であることを示す確証を得た。(2)白血病の発症には、c-myc、bcl-2およびpim-1の発現増大と内在性レトロウイルスの新たな染色体への挿入の複数の遺伝子の変異が関与することが示された。これらの異常に加えて、細胞の分化を決定すると報告されているNotch-1遺伝子の発現異常も白血病の発症に関与することを示唆する結果を得た。すなわち、Notch-1の正常サイズの転写産物の発現が増大するとともに、Notch-1遺伝子内へのマウスIAPレトロポゾンの挿入によりNotch-1の異常転写産物が産生されることを観察した。(3)ヒトTL様遺伝子の同定を目的として、マウスTL遺伝子に特異的な配列に基づき作成したDNAプライマーを用い、ヒト大腸上皮細胞のRNAを材料にRT-PCRを行った。小腸と大腸の上皮細胞および胸腺に特異的に発現する新規の遺伝子に由来するPCR産物が検出された。全長cDNAを単離するため、PCR産物をプローブとして大腸上皮細胞cDNAライブラリーの検索を行っている。マウスTL抗原は、MHCクラスI分子であるが、その発現は正常胸腺T細胞、腸上皮細胞および白血病細胞に限られる。TL遺伝子導入マウスの1系統は、大量のTL抗原を胸腺に発現し、T細胞分化のλδ経路への変更、胸腺の発育異常を起こす。さらに高頻度でλδT細胞型白血病を発症する。本研究の目的は、TL遺伝子導入マウスの解析を中心に、TL抗原がT細胞分化および癌化に関与していることを明らかにし、白血病の発症機序ならびに正常T細胞の分化機構を解明することである。本年度は以下の結果が得られた。1.白血病発症におけるTL抗原発現の意義:新たに確立したTL遺伝子導入マウスの検索を開始した。1系統で胸腺T細胞分化が、白血病を発症する遺伝子導入マウスと同じように、γδ経路へ偏向することを観察した。このことから、白血病発生の最初のステップであるT細胞分化異常が、導入TL遺伝子の発現に起因することが証明された。2.白血病発生に関与する遺伝的要因:TL遺伝子導入マウスに発生する白血病には、TL抗原の発現に加えて、複数の遺伝的要因の関与が考えられる。発症前の胸腺ならびに発生した白血病の遺伝子異常を検索した。その結果、c-mycとbcl-2の発現増大が発症前の胸腺で既に起きていることが観察され、これらが癌化の初期要因と考えられた。発生した白血病では、pim-1の発現増大、内在性レトロウイルスの新たな染色体への挿入、さらにNotch-1遺伝子の再構成と発現増大が観察され、これらが癌化の後期要因と考えられた。Notch-1遺伝子の再構成には、マウスレトロポゾンIAPが関与していることを示す結果も得られた。3.ヒトTL様抗原:TL抗原は胸腺に発現していないマウス系においても腸に発現しており、機能を発現する本来の細胞は腸上皮であると推定される。ヒト小腸もしくは大腸特異的に発現するMHCクラスI遺伝子の単離を目的とし、ヒト小腸のcDNAライブラリーを作成し、検索を開始した。(3)ヒト

TL様遺伝子の同定を目的として、マウスTL遺伝子に特異的な配列に基づき作成したDNAプライマーを用い、ヒト大腸上皮細胞のRNAを材料にRT-PCRを行った。小腸と大腸の上皮細胞および胸腺に特異的に発現する新規の遺伝子に由来するPCR産物が検出された。全長cDNAを単離するため、PCR産物をプローブとして大腸上皮細胞cDNAライブラリーの検索を行っている。
アメリカの研究大学における段階的な若手教育者養成制度に関する総合的研究

本研究は、アメリカの研究大学における段階的な若手教育者養成機能の形成過程とその実態について解明することを目的とした。段階的な機能は、新任TA用養成プログラムから始まり、ベテランTAによるメンタリングがあり、最後に大学教員準備(PFF)プログラムへと難易度が上がっており、TA養成に特化したTA開発が、GSPD(Graduate Student Professional Development)と呼ばれる段階的な養成機能に発展した過程を解明した。TAが実質的に活用されず、大学教授職を目指す大学院生のためのプログラムがプレFD等に限定されている日本の研究大学でも、段階的な養成機能の充実が望まれる。平成24年度には、過去の科研費研究の成果を発展・深化させ、比較分析手法の開発と若手教育者養成制度の全貌の解明を目的として、2度の訪米調査を実施した。第一回目の訪米では、研究代表者の吉良直と研究分担者の北野秋男が、8月下旬から8日間の日程で訪米し、コネチカット州ニューヘブン市でエール大学、ニューヨーク市でコロンビア大学を訪問し、面談と図書館での情報収集を行った。特にアイビー・リーグに名を連ねる名門のエール大学では、主として大学院生の教育力養成のために学内サービスを提供しているGraduate Teaching CenterのディレクターであるDr. W. Randoとセンターのスタッフと面談して、トップレベルの研究大学における若手教育者養成制度に関して有意義な情報収集と意見交換を行った。国内では、6月に九州大学で開催された比較教育学会で研究成果の一部を発表した。さらに、12月に東北大学で開催された大学教員準備プログラムで、段階的な若手教育者養成制度に関する研究成果を基に招待講演を行った。最終年となった平成25年度には、学会発表、招待講演、論文発表を中心に、研究成果をまとめて発表することに専念した。6月初旬に東北大学で開催された大学教育学会第35回大会では、段階的な若手教育者養成制度の第3段階として重要になる将来の大学教員準備(PFF)プログラムが新たに始動したため、これまでのプログラムの成果と課題をまとめ、学生の学習成果を評価する能力の養成に特化したPFFの最新の全米プログラムの概要について発表した。2月末には、東北大学で開催された大学教員準備プログラムの一環として招待講演を行い、アメリカの研究大学でTA養成制度からPFFに至る大学教員を目指す大学院生のためのプログラムの概要、そして受講生が訪問するカリフォルニア大学バークレー校の養成制度の概要について説明した。その後3月中旬には、カナダのトロント市で開催された比較国際教育学会(CIES)の第58回年次大会で、日米の研究大学における段階的な若手教育者養成制度に関する比較研究の成果を英語で発表した。アメリカの研究大学の方が、将来の大学教員準備のための機能が充実しているため、その現状と課題と日本への示唆を提示した。3年間の研究成果の中で最も重要な部分となる、TA開発(TAD)と呼ばれる場当たり的なTAの業務遂行に特化した訓練制度が、どのような過程を経てPFF等の大学院生のプロフェッショナル・ディベロップメントへと進化していったかに関しては、『教育総合研究日本教育大学院大学紀要』の第7号に論文を投稿し、掲載された。研究分担者・北野による『ポストドクター』は東信堂より現在出版準備中である。アメリカの研究大学では、リーマン・ショック以降の予算削減、アカウンタビリティ重視の認証評価への対応等の様々な理由から、プログラムが修正されてきているので、今後もその動向を把握し、日本への示唆を抽出いくことが課題となる。平成23年度には、過去の科研費研究の成果を発展・深化させ、比較分析手法の開発と若手教育者養成制度の全貌の解明を目的として、2度の訪米調査を実施した。第一回目の訪米では、研究代表者の吉良直と研究分担者の北野秋男が、8月下旬から8日間の日程で訪米し、首都ワシントンD.C.とコロラド州ボルダー市で、(1)大学院協議会(CGS)、(2)ナショナル・ポスドク協会(NPA)、(3)コロラド大学ボルダー校を訪問し情報収集と意見交換を行った。特に、上記(2)では、1993年から10年間実施された大学教員準備プログラム(Preparing Future Faculty, PFF)の新規のプログラムが企画されていることがわかり、上記(3)では、充実した若手教育者養成制度を先進的に開発してきた大学のプログラムのスタッフと面談し有意義な情報収集を行った。第二回目の10月の訪米では、研究代表者の吉良が、2730日にジョージア州アトランタ市内で開催されたアメリカをベースとして高等教育機関の授業改善や組織改革を推進してきた国際的FD学会であるProfessional and Organizational Development Network in Higher Education(以下「POD」と略す)の第36回年次大会に参加した。大会中に、FDの文脈の中でプレFDと位置づけられる若手教育者養成制度の実態に関する発表に参加し、主要な発表者と面談し最新情報を収集するとともに、マサチューセッツ大学アマースト校のFDセンター長でPOD元会長でもあり、本研究に関して助言を下さっているDr. M.L. Ouellettと本研究について意見交換を行った。

国内では、2月に東北大学で開催された大学教員準備プログラムで、3月に京都大学で開催された大学教育研究フォーラムで、それぞれ研究成果を基に招待講演を行った。本研究は、アメリカの研究大学における大学院生のための先進的で段階的な若手教育者養成制度の理念と実態の解明を目的とする。具体的には、学士課程教育、大学院教育の改善といった高等教育改革の視点から、ティーチング・アシスタント(以下、「TA」と略す)制度、TA養成制度、そして大学教授職を目指す研究大学の大学院生のための大学教員準備プログラム(Preparing Future Faculty、「PFF」と略す)を含む若手教育者養成制度の理念と実態を多角的・構造的に明らかにし、最終的には日本への提言をまとめることを目指している。本研究では、第一に、全米規模の組織や財団の担当者や重要な役割を果たしてきた大学の教職員との面談、並びに文献レビューを通して、TA養成に特化したTADからGSPDと呼ばれる段階的な若手教育者養成制度へと移行した過程とその実態を解明すること、そして第二に、TA制度、TA養成制度、PFFを含む大学院生のための若手教育者養成制度の実態を解明し、これまでの研究で着手してきた大学間のプログラムの比較分析手法を開発することを目的としている。第一の段階的な若手教育者養成制度へと移行した過程とその実態解明に関しては、平成24年度にアイビー・リーグに名を連ねる名門のエール大学を訪問し、エリート研究大学の実態を調査でき、PODにも参加し、情報収集を行うことができたため、順調に進展していると言える。第二の大学間の比較分析手法の開発に関しては、教授・学習センターの活動が、大学内の改革や不況による予算削減による人員削減等によりかなり変化することが分かってきたので、当初計画していたような完成度の高い分析手法の開発は困難となっている。しかし収集した情報を基に、上記の事情を考慮して、どのような分析手法を開発できるかを検討している最中である。総括すると概ね順調に進展しているのが現状である。
新規移入種マダラコウラナメクジの分布拡大とその影響

マダラコウラナメクジの茨木県での性成熟時期、および体重と性成熟の関係を明らかにした。また、茨木個体群で光周期が性成熟のタイミングを決める重要な環境要因であることも明らかになった。他種の繁殖におよぼすマダラコウラナメクジの影響を明らかにすることは、できなかった。国内のさまざまな地域で採集されたマダラコウラナメクジのミトコンドリアCOI遺伝子の配列を得た。さらに海外個体でのデータと合わせて解析した結果、本種の日本へは複数匹移入したことがわかった。【生活史】新規外来種であるマダラコウラナメクジの日本での生活史を明らかにするために、定期採集を行った。生息個体数の多い茨城県内で複数個所を比較した結果、長期間採集が可能な石岡市を採集地として選んだ。2015年7月より同所にて毎月約30個体採集する定期採集を行った。採集個体の体重、両性腺(精子と卵の両方が作られる器官)、タンパク腺(卵を覆う膜を作る器官)の重量を測定するとともに、陰茎発達の有無も調べた。また、採集時に交尾や産卵行動、または卵が見られるか調べた。採集時に卵が見つかった場合は、研究室で孵化させ、マダラコウラナメクジの卵かどうかを確認した。これまでに交尾行動は観察されていないが、採集個体と、卵の観察から、本種は夏季には繁殖していないこと、複数年生存することが示唆され、マダラコウラナメクジの生活史の全貌が明らかになりつつある。【成長と性成熟におよぼす光周期と温度の影響】野外で採集した卵を実験室で孵化させ、現在、短日または長日条件での飼育を行っているところである。【温度耐性】温度耐性の実験には多数の個体が必要であるが、実験条件下での&#32363;殖に至っておらず、個体数の確保ができていない。【生活史】毎月サンプルを集めることができており、順調に調査は進んでいる。【成長と性成熟におよぼす光周期と温度の影響】実験室ではこれまでのところ産卵をしていないので、野外で採集した卵から実験個体を得て実験を行っている。【温度耐性】飼育条件下で産卵させることがまだできていないため、実験を開始できていない。【生活史】マダラコウラナメクジLimaxmaximusは2006年に日本への移入が初めて確認された新しい移入種である。しかし、現在の分布や日本での生活史は不明である。生活史を明らかにするために、茨城県石岡市での定期採集を行った。採集した個体の体重・陰茎発達の有無・生殖腺(両性腺・タンパク腺)の重量を元に生活史を推測したが、それらのみでは不十分であったため、切片を作製し精子の有無も調べた。その結果、精子は陰茎発達後の短い期間しか両性腺内にみられなかった。これらのことは、マダラナメクジの交尾期間と産卵期間は一致せず、短期間に集中して交尾をすると考えられる。【成長と性成熟におよぼす光周期と温度の影響】アメリカ個体での先行研究から、マダラコウラナメクジの成長や性成熟は光周期によって制御されているとが明らかになっている。光周期への反応が生活史制御に重要であるが、日本に移入している個体の光周反応は不明である。このことを明らかにするために、飼育個体から卵を得、飼育することを計画していた。しかし、成熟個体が実験室で産卵しないため、野外で採集した卵を研究室で孵化させ、飼育を行っている。現在、短日または長日条件で一定期間飼育したもの、または途中で条件を変更した場合等、さまざまな条件下で飼育を行っている。【温度耐性】実験に多数の個体が必要であるが、飼育条件下での産卵にいたっておらず個体数の確保が難しい状況である。そのため、野外個体での実験を計画中である。【生活史】性成熟が始まる時期は明らかになったが、実験結果から正確な生活史を知るためには産卵時期を特定する必要が生じた。【成長と性成熟におよぼす光周期と温度の影響】飼育は順調に進んでいる。【温度耐性】実験条件での飼育では十分な個体数を確保できていないため、実験開始が遅れている。【系統解析】サンプル収集がやや遅れているが、DNA抽出等をするための実験準備は進んでいる。2006年に移入が確認されたマダラコウラナメクジについて、まず茨木県での定期的な野外採集を行い生活史を調べた。体重と性成熟の指標となる陰茎発達の有無、両性腺(卵母細胞と精子の慮方を作る器官)と蛋白腺の重量を測定した。その結果、本種は茨木県ではほぼ1年中陰茎発達をした個体がみられるが、両性腺は7・8月、蛋白線は9月から2月に発達していた。両性腺が発達している期間が短いため、両生腺のパラフィン切片を作製し、精子形成の有無を確認したところ、両性腺内での精子形成は短い期間におきていることが示唆された。先行研究により、アメリカの個体群は短日条件から長日条件への日の長さの切り替えが性成熟を誘導することが知られている。研究室での繁殖がうまく行かなかったため、野外で採集した卵を実験室で孵化させ、それらの個体を用いて先行研究と同様の実験を行った。その結果、茨木県の個体でも性成熟は長日条件によって誘導されることが明らかになった。