hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
学習者による作問をベースとした次世代協調学習支援システムに関する研究

著者はこれまでWeb上で学習者が問題を作成し,その問題を学習者間で共有して学習を進める学習支援システム「CollabTest」の研究を行ってきた.本研究では,学習者が作成した問題をクラス間で相互に評価・解答する演習を通して行う交流学習を提案し,システムを拡張した.平成20年度後期セメスターから交流学習の実験を4度実施した.その結果,各クラスで作成された問題を相互に解答しあう学習のニーズや有効性が示唆された.著者はこれまでWeb上で学習者が問題を作成し,その問題を学習者間で共有して学習を進める学習支援システム「CollabTest」の研究を行ってきた.本研究では,学習者が作成した問題をクラス間で相互に評価・解答する演習を通して行う交流学習を提案し,システムを拡張した.平成20年度後期セメスターから交流学習の実験を4度実施した.その結果,各クラスで作成された問題を相互に解答しあう学習のニーズや有効性が示唆された.これまでWeb上で学習者が問題を作成し,その問題を共有して学習を進める学習支援システム「CollabTest」の研究を行ってきた.本研究は,このCollabTestを同一大学や異なる大学で開講されている複数の科目間で利用する交流演習の実現を目指す.本年度は以下の研究成果を挙げた.1. CollabTestの将来像の検討今後のCollabTestの利用形態として, Web上の全ユーザを対象とした学習コミュニティにおける利用や,各教育機関で作成された優良な問題を他の教育機関に配信して大学間・高大連携の一つのツールとして利用する形態を考案した.また,関連システムや関連の取組を調査した.これらにより,将来的な発展を踏まえシステムの再設計が可能になった.2.プロトタイプシステムの実装と予備実験本格運用しているサーバとは別に研究用プロトタイプシステムを実装した.また, CollabTestの学外利用者用の「利用申請書」と「利用同意書」を作成し,本学以外の教員や学習者の利用環境を整備した.本年度は予備実験として,一つの教育機関内で開講された同一内容を扱う2つのクラス間での実践を行った.実践結果から, CollabTsetを利用した交流演習の実現可能性が確認できた.また,交流演習による効果を期待するには学習集団間の文化や環境,知識の差異の大きさに影響を受けることが示唆され,交流演習を行う科目の選定に参考となる知見が得られた.3.要求機能の検討・設計・開発交流演習時に必要となる機能として,事前準備(クラス間の混合グループの作成,学習単元の決定など)の支援と非同期コミュニケーションの支援機能の2つを検討し,想定できる様々な交流形態に対応できるよう機能の設計を行った.また,より多くの科目で利用できるよう複数選択式やN択問題の出題,問題や解説への図表の挿入を可能にし,作問機能を拡張した.これまでWeb上で学習者が問題を作成し,その問題を共有して学習を進める学習支援システム「CollabTest」の研究を行ってきた.本研究では,このCollabTestを同一大学や異なる大学で開講されている複数の科目間で利用する交流演習の実現を目指した.本年度は以下の研究成果を挙げた.1.期待される効果の整理CollabTestを利用した交流学習によって期待される効果は,交流学習に参加するクラス属性の差異(教員,学校,学習者の学年,専門性,知識,経験)に影響すると考えられる.そこで,交流学習に参加するクラスの差異とその具体例を列挙し,CollabTestを利用した交流学習によって期待される効果を整理した.2.CollabTestを利用した交流学習の実践前年度に開発した交流学習のための機能を利用し,平成21年度前期セメスターでは,創価大学の2人の教員によって開講された工学部の同一科目「プログラミング演習I」(以下,実験1)と,創価大学と愛知県立大学の2人の教員によって開講された類似科目「コンピュータネットワーク論」(以下,実験2)で交流学習を行った.後期セメスターには,創価大学経営学部で開講された「情報基礎論」と工学部で開講された「コンピュータネットワーク論II」で交流学習を実践した(以下,実験3).3.システムの評価と機能改善実践の結果,いずれの実験でもクラス間での意見交換をした学生は数名に限られたが,半分以上の学生が他クラスの問題を解答していた.実験1,2の実験後に実施したアンケートの結果では,46.4%の学生が他クラスで作成された問題を閲覧または解答して「刺激をうけた」と答えた.また,約66%の学生が他大学で作成された問題を解答することが学習に役立ったと回答した.今後はクラス間でより活発な意見交換が行われるようなコミュニケーション支援機能を検討する.
複写機用感光層中のキャリア移動の可視化と材料評価

本報告では、高分子絶縁材料に電圧パルスなどの擾乱を与えた後の過渡的空間電荷を追尾することにより、キャリア起源と移動度などのパラメータを推定する新しい方法を提案した。しかし従来の測定系ではキャリア移動度が比較的大きい機能性材料での観測は困難であったため、μsmsオーダーの速い時間変化に対応した測定法を開発し、光伝導性材料の性能評価に応用した。複写機の感光層を模擬た試料にバイアス電圧を印加し、光パルスを照射すると、陽極にある電荷発生層からキャリアが発生し、キャリア輸送層の中を掃引される。パルス静電応力法によって光パルス照射後の内部空間電荷を測定した。キャリア発生のための励起光パルスと空間電荷測定のためのプローブパルスとのタイミングを順次ずらすことによって試料中を走行するキャリアの動きを追尾した。平均電界22kV/mmにおける平均的なキャリア移動度は1.4×10^<-9>m^2/Vsと推定された。光パルス照射後の過渡電流は空間電荷の移動とよく符合した。提案した新しい方法により、10^<-9>m^2/Vs程度の移動度をもつキャリアの挙動を追尾することができ、有機感光体の性能評価への適用可能性が示唆された。複写機用感光材料のキャリア挙動の観測を目的とし、直流バイアス電界をかけた状態のフィルム試料にレーザー光で過剰キャリアを励起して電極から注入し、パルス静電応力法を用いて過渡的空間電荷測定を行うことによりキャリアの移動を追尾する方法を提案した。本年度はこれを実現するため、0.1マイクロ秒程度の時間幅の光パルスを照射した後の空間電荷を追尾できるシステムを新たに設計、製作した。光伝導性ポリマを試料とした予備実験を実施し、10^<-5>cm^2/Vs程度の移動度を持つキャリアの移動が実際に追尾できることを確認した。同様の条件で測定される過渡電流から求められる概略の移動度推定値は、過渡的空間電荷から求めた移動度の値とよく一致した。これらにより、複写機用感光材料のキャリア挙動が評価できる見通しを得た。また、ポリマ中のキャリア挙動を把握するためのモデル実験として、エチレン・酢酸ビニル共重合体中にパルス電圧でキャリアを励起して同様の実験を行い、移動度の電圧依存性および温度依存性を測定するとともに、過渡的空間電荷と直流電気伝導との比較を行った。その結果、電流はバルク内のキャリア移動度に律速されていることが明らかになった。これらにより、提案する測定手法によって絶縁体内のキャリア挙動を詳細に把握できることが示された。複写機の感光層を模擬した試料にバイアス電圧を印加し、光パルスを照射すると、陽極にある電荷発生層からキャリアが発生し、キャリア輸送層の中を掃引される。提案した薪しい方法により、10^<-9>m^2/Vs程度の移動度をもキャリアの挙動を追尾することができ、有機感光体の性能評価への適用可能性が示唆された。
魚類最終成熟誘起ステロイド産生メカニズムの定説を覆す

本研究では、魚類の主な最終成熟誘起ステロイドであるDHP産生を担う酵素が、これまで説明されてきたCR20βHSDではないことを示し、サクラマスのDHP合成酵素として初めてhsd17b3likeを同定した。in vivoでは、hsd17b3like mRNAは卵成熟期の卵濾胞においてのみ発現し、また、その発現と血中DHP量は極めて良く一致することを示した。さらに、卵成熟直前の培養顆粒膜細胞において、生殖腺刺激ホルモンなどで強烈に発現誘導されること、また、その時初めてDHP合成能が獲得されることを示した。以上、サクラマス卵成熟を誘起するDHP産生制御の分子機構を初めて矛盾なく示すことに成功した。昨年度までに、サクラマスの最終成熟誘起ステロイドである17α,20β-ジヒドロキシ-4-プレグネン-3-オン(DHP)を合成する酵素、20βHSDをコードする遺伝子としてhsd17b3likeを同定した。また、in vivoにおいて、20βHSD遺伝子は卵成熟直前に初めて発現すること、その発現は卵巣に限られ、また、血中DHP濃度の変化と極めて良く一致することを示した。本年度は、培養顆粒膜細胞におけるhsd17b3like遺伝子発現誘導を調べ、以下の点を明らかにした。1)早くも、卵黄形成後期の卵成熟2ヶ月前の顆粒膜細胞において、サケ脳下垂体抽出物(SPE)によって20βHSD遺伝子発現は誘導される。しかし、DHPの前駆体である17αOHPを添加してもほとんどDHPが合成されないことから発現酵素量は比較的少ないのではないかと考えられた。2)卵成熟直前の顆粒膜細胞ではSPEによって強烈に20βHSD遺伝子の発現が上昇する。17αOHPをDHPに転換する能力も同様に高まる。3)卵成熟完了後の排卵後卵濾胞では低量ながらhsd17b3like mRNAが残存しているが、SPEを添加しても再びその遺伝子発現を誘導することはできない。4)卵成熟期の17αOHP産生制御機構についてはcyp17a2遺伝子の完全長クローニングが完了しておらず、未解明に終わった。以上の結果から、これまで20βHSD酵素として考えられていたCR20βHSDではなく、hsd17b3とhsd17b12の間に位置する新規酵素hsd17b3likeが、サクラマス最終成熟期にDHP産生を制御する酵素であることを、in vivoの発現状況と血中DHP量との関係、およびin vitroにおけるhsd17b3like遺伝子発現誘導とDHP産生能との関係を明らかにすることを証明した。サクラマス卵濾胞から分離した顆粒膜細胞層の培養を行ない、フォルスコリンにより20βHSD活性が強く誘導された複数の顆粒膜細胞サンプルが得られた。以前の次世代シーケンサーのリードカウント解析から20βHSD活性が誘導された顆粒膜細胞層で発現誘導される約100の配列について定量PCR用のプライマーセットを設計した。それらを用いて、上述の20βHSD活性が誘導された、または、20βHSD活性を持たない対照群の培養顆粒膜細胞の間で、定量PCR解析を行なった。そのうちmRNA発現量が実際に高まっていた配列からステロイド水酸基脱水素酵素様構造を持つ配列が同定された。その全長配列をクローニングし、分子系統樹解析を行った結果、17β水酸基脱水素酵素タイプ3とタイプ12の間に位置することが分かり、omhsd17b3likeと名付けた。その翻訳領域をホ乳類細胞HEK293Tで発現させたところ、極めて強い17αOHPからのDHP転換能(20βHSD活性)を持つことが分かった。omhsd17b3likeの卵濾胞におけるmRNA発現変化を調べたところ、卵黄形成中は極めて低く、卵成熟期に急速に発現量が高まることが解った。卵黄形成期から卵成熟期に亘るomhsd17b3like mRNA量変化は血中DHP量変化と極めてよく一致していた。以上、omhsd17b3likeは、動物細胞強制発現系において17αOHPに対する強い20βHSD活性を示すこと、in vivoの顆粒膜細胞培養において20βHSD活性の誘導とmRNA発現上昇が一致すること、in vivoの卵濾胞におけるmRNA発現量が血中DHP量に一致することが示された。これら実験的証拠から、omhsd17b3likeがサクラマス卵成熟期に顆粒膜細胞で17αOHPをDHPに転換する役割を担う真の20βHSD酵素であると結論された。本研究は、魚類の卵母細胞最終成熟誘起ステロイド(MIS、サケ科魚類とウナギではDHP)

産生メカニズムを解明することを目的とし、まず、17αOHPをDHPに転換する膜結合型20βHSD酵素を同定することを最重要の課題としている。昨年度の研究で、候補遺伝子の絞り込みを行ない、omhsd17b3like遺伝子が、サクラマス卵成熟期に顆粒膜細胞で17αOHPをDHPに転換する役割を担う真の20βHSD酵素であると同定された。これによって本研究課題の最大の目的は達成された。次に、17αOHP産生に関わる2種の酵素、CYP17A1およびCYP17A2酵素を単離し、新規20βHSDを含めた3種の酵素活性を培養動物細胞を用いて解析することを課題としているが、今までのところ新規20βHSDのみ解析が達成されている。また、それらの最終成熟過程における量的および局在的な発現変化を調べる課題においても新規20βHSDのみ解析が完了している。さらに、リコンビナント濾胞刺激ホルモン(FSH)および黄体形成ホルモン(LH)を作製し、顆粒膜細胞および莢膜細胞培養系において、3種の遺伝子発現制御機構を調べる課題については、昆虫細胞(S2セル)を用いたリコンビナントFSHおよびLHの作製は達成されていない。S2セルの発現系ではサクラマスFSHおよびLHともに発現されないことから、代わりに産卵後のシロサケ脳下垂体抽出物を今後の培養実験に使用する予定でいる。以上、2年間の研究計画のうち、ほぼ半分の課題が達成されたと考えられる。20βHSDに関しては分子としての同定が達成された。今後、CYP17A2のクローニングと機能同定を完了し、CYP17A1を含めた3つの遺伝子発現変化をin vivoおよびin vitroサンプルにおいて解析し、サクラマス卵成熟期におけるDHP産生メカニズムを考察する。1)17αOHPとアンドロステンジオン測定系の開発;17αOHPまたはアンドロステンジオンをBSAに結合させた抗原を作製し、時間分解蛍光測定法を利用した17αOHPとアンドロステンジオン測定系を確立する。2)CYP17A2のクローニング;現在次世代シーケンス配列から得られているサクラマスCYP17A2 cDNA断片の配列情報を基に全長cDNAをクローニングする。動物細胞における強制発現系でプロゲステロンからの17αOHPまたはアンドロステンジオンへの合成能を、上記測定系を用いて調べる。3)新規20βHSDとCYP17A1およびA2の発現動態を卵黄形成中、卵黄形成完了後、最終成熟中および排卵後卵巣まで様々な発達段階にある卵濾胞において、定量PCRによって解析する。4)膜結合型20βHSDとCYP17A1およびA2の発現機構の解析;卵黄形成後期から最終成熟に至るまで、様々な発達段階にある莢膜細胞層および顆粒膜細胞層を、サケ脳下垂体抽出物と供に培養し、20βHSDとCYP17A2の発現誘導、および従来型のC17水酸化酵素(CYP17A1)と芳香化酵素(CYP19A1)mRNAの発現変化を定量PCR法で測定する。この実験で、サクラマスの卵濾胞の発達に伴い、どの時点でどの細胞において20βHSDとCYP17A2の発現誘導がかかり、同様にCYP17A1とCYP19A1の発現抑制が生じるのかを明らかにする。5)全ての結果を考察し、サクラマス卵濾胞最終成熟期におけるステロイド合成経路転換メカニズムの分子制御メカニズムを示す。昨年度使用予定で繰り越した研究費については、CYP17A2の完全長クローニングとその機能解析に使用する。具体的にはプライマーや動物細胞トランスフェクション試薬類、動物細胞培養関連試薬の購入を計画している。
WFSI遺伝子異常症の分子病態の解明と遺伝子診断法の開発

Wolfram症候群は,若年発症のインスリン依存型糖尿病,視神経萎縮を主徴とし,中枢性尿崩症,聴力障害,尿路異常などを合併する常染色体劣性遺伝性疾患である.我々はその原因遺伝子を同定し,WFS1遺伝子と名付けた.WFS1蛋白は既知の蛋白と相同性がなく,その機能は不明である.WFS1は各組織に比較的ubiquitousに発現するが,組織内での発現は均一でなく,中枢神経系では大脳辺縁系の一部を中心とした限られた神経細胞の細胞体及び近位樹状突起に発現される.また,細胞内では主として小胞体膜に存在する.WFS1蛋白の発現調節については,ER stress,なかでもカルシウムイオノフォアによりその発現が誘導されることを見いだした.さらにWFS1の機能を解明するために,WFS1ノックアウトマウスを作成した.現在,その表現型の解析を行っている.また,WFS1ノックアウトマウスよりWFS1-/-MEF (mouse embryonic fibroblast)を樹立し,細胞レベルでのWFS1の機能解析を進行中である.日本人Wolfram症候群患者について,その変異の解析を進行中であるが,多くの患者に共通する,"founder mutation"は存在しないことが明かとなった.20代で糖尿病を発症し,約7年の経過でインスリン治療に至った非定型的なWolfram症候群の患者で興味深い変異を同定し,疾患との関連を詳細に検討中である.より一般的な糖尿病の発症におけるWFS1遺伝子変異の関与について検討するため,自己抗体陰性の1型糖尿病患者21人についてWFS1遺伝子の解析を行うことにより検討した.アミノ酸置換を伴うもの6種類を含む,12種類の塩基置換を同定したが,糖尿病患者に特異的な変異は存在しなかった.1型糖尿病患者で同定された多型について,2型糖尿病患者,非糖尿病コントロールについて頻度の比較を行ったが,3群間の頻度に有意差を認めなかった.Wolfram症候群は,若年発症のインスリン依存型糖尿病,視神経萎縮を主徴とし,中枢性尿崩症,聴力障害,尿路異常などを合併する常染色体劣性遺伝性疾患である.我々はその原因遺伝子を同定し,WFS1遺伝子と名付けた.WFS1蛋白は既知の蛋白と相同性がなく,その機能は不明である.WFS1は各組織に比較的ubiquitousに発現するが,組織内での発現は均一でなく,中枢神経系では大脳辺縁系の一部を中心とした限られた神経細胞の細胞体及び近位樹状突起に発現される.また,細胞内では主として小胞体膜に存在する.WFS1蛋白の発現調節については,ER stress,なかでもカルシウムイオノフォアによりその発現が誘導されることを見いだした.さらにWFS1の機能を解明するために,WFS1ノックアウトマウスを作成した.現在,その表現型の解析を行っている.また,WFS1ノックアウトマウスよりWFS1-/-MEF (mouse embryonic fibroblast)を樹立し,細胞レベルでのWFS1の機能解析を進行中である.日本人Wolfram症候群患者について,その変異の解析を進行中であるが,多くの患者に共通する,"founder mutation"は存在しないことが明かとなった.20代で糖尿病を発症し,約7年の経過でインスリン治療に至った非定型的なWolfram症候群の患者で興味深い変異を同定し,疾患との関連を詳細に検討中である.より一般的な糖尿病の発症におけるWFS1遺伝子変異の関与について検討するため,自己抗体陰性の1型糖尿病患者21人についてWFS1遺伝子の解析を行うことにより検討した.アミノ酸置換を伴うもの6種類を含む,12種類の塩基置換を同定したが,糖尿病患者に特異的な変異は存在しなかった.1型糖尿病患者で同定された多型について,2型糖尿病患者,非糖尿病コントロールについて頻度の比較を行ったが,3群間の頻度に有意差を認めなかった.Wolfram症候群は1型糖尿病に視神経萎縮、感音性難聴、尿崩症、精神神経学的異常などを合併する常染色体劣性遺伝性疾患である。最近、我々はWolfram症候群の原因遺伝子WFS1を同定した。WFS1遺伝子は890のアミノ酸よりなる蛋白をコードし、その構造より膜蛋白であることが示唆された。しかしながらその機能は明らかでない。今回、我々はWFS1蛋白の機能の解明のための第1段階として、その中枢神経組織内及び細胞内での局在の解析を行った。マウスの中枢神経組織内での局在は、in situ hybridizaton法により解析した。抗WFS1抗体はWFS1蛋白のC端部とGST融合蛋白を抗原とし、家兎を免役して作成した。細胞内局材は、正常ヒト皮膚線維芽細胞及びCOS-7細胞を用い、蛍光抗体法及び分画遠心法により決定した。さらに、蔗糖密度勾配遠心法により細胞内小器官における局在を詳細に検討した。ER(endoplasmic reticulum)マーカーとして、Texas Red標識concanavalin A及び抗Grp78抗体を用いた。WFS1蛋白は、マウスの中枢神経組織では、嗅結節、扁桃体、梨状皮膚及び海馬(CA1)に強い発現が認められた。その他、弓状核や大脳皮質第2層にも発現が認められた。細胞内局在の解析では、蛍光抗体法でWFS1蛋白はreticular staining patternを示し、ERマーカーの染色パターンとほぼ一致した。分画遠心法及び蔗糖密度勾配遠心法の解析でも、WFS1蛋白は主としてmicrosome分画、特にERに局在することが示唆された。

Wolfram症候群は,若年発症のインスリン依存型糖尿病,視神経萎縮を主徴とし,中枢性尿崩症,聴力障害,尿路異常などを合併する常染色体劣性遺伝性疾患である.我々はその原因遺伝子を同定し,WFS1遺伝子と名付けた.WFS1蛋白は既知の蛋白と相同性がなく,その機能は不明である.本年度は,初年度に明らかにしたWFS1蛋白の組織及び細胞内局在についてさらに詳細な検討を加え,WFS1蛋白が大脳辺縁系の一部を中心とした中枢神経系の限られた神経細胞の細胞体及び近位樹状突起に発現されること,細胞内では主として小胞体膜に存在することを明らかにした.また,WFS1蛋白の発現調節機構についての解析を行い,ER stress,なかでもカルシウムイオノフォアによりその発現が誘導されることを見いだした.現在,ER stressに対する細胞応答とWFS1蛋白の機能との関連について検討を加えている.絶対的なインスリン分泌不全を特徴とする1型糖尿病は,自己免疫が関与する1A型及び自己免疫が関与しない1Bに分類される.この1B型糖尿病の発症因子の1つとしてWFS1遺伝子変異が関与する可能性について,自己抗体陰性の1型糖尿病患者21人についてWFS1遺伝子の解析を行うことにより検討した.その結果,アミノ酸置換を伴うもの6種類を含む,12種類の塩基置換を同定したが,糖尿病患者に特異的な変異は存在しなかった.一方,Wolfram症候群の遺伝子診断法を確立するためには,多数のWolfram症候群の患者について遺伝子解析を行い,変異の多様性,genotypeとphenotypeの関連について明らかにする必要がある.現在,この点についての解析も進めている.Wolfram症候群は,若年発症のインスリン依存型糖尿病,視神経萎縮を主徴とし,中枢性尿崩症,聴力障害,尿路異常などを合併する常染色体劣性遺伝性疾患である.我々はその原因遺伝子を同定し,WFS1遺伝子と名付けた.WFS1蛋白は既知の蛋白と相同性がなく,その機能は不明である.WFS1は各組織に比較的ubiquitousに発現するが,組織内での発現は均一でなく,中枢神経系では大脳辺縁系の部を中心とした限られた神経細胞の細胞体及び近位樹状突起に発現される.また,細胞内では主として小胞体膜に存在する.WFS1蛋白の発現調節については,ER stress,なかでもカルシウムイオノフォアによりその発現が誘導されることを見いだした.さらにWFS1の機能を解明するために,WFS1ノックアウトマウスを作成した.現在,その表現型の解析を行っている.また,WFS1ノックアウトマウスよりWFS1-/-MEF(mouse embryonic fibroblast)を樹立し,細胞レベルでのWFS1の機能解析を進行中である.日本人Wolfram症候群患者について,その変異の解析を進行中であるが,多くの患者に共通する,"founder mutation"は存在しない.
有理ホモロジー球面をリンクにもつ複素2次元特異点の研究

有理ホモロジー球面をリンクにもつ複素2次元特異点の重要なクラスであるスプライス商(splice-quotient)特異点を主な対象とし,埋め込み次元や重複度,幾何種数などの基本的な解析的不変量が位相的であるかどうかを判定すること,またそれらの不変量を具体的に計算する方法を与えることにおいて新しい結果を得た.また,スプライス商特異点を含むより広いクラスで成り立つ幾何種数の加法公式を求めた.有理ホモロジー球面をリンクにもつ複素2次元特異点の重要なクラスであるスプライス商(splice-quotient)特異点を主な対象とし,埋め込み次元や重複度,幾何種数などの基本的な解析的不変量が位相的であるかどうかを判定すること,またそれらの不変量を具体的に計算する方法を与えることにおいて新しい結果を得た.また,スプライス商特異点を含むより広いクラスで成り立つ幾何種数の加法公式を求めた.本研究は, splice-quotient特異点を中心に,基本的な解析的不変量と位相不変量の関係を詳しく調べ,明示的な関係式を与えることを目標としている.Splice-quotient特異点は,リンクがホモロジー球面であり,定義式の主要な部分が特異点解消グラフ(リンクと同値な情報)によって組み合わせ的に決定される複素2次元特異点である.それは特殊な複素構造を持つのであるが,有理型特異点,最少楕円型得点, weightedhomogeneous特異点とその同特異変形を真の部分クラスとして含む比較的広いクラスを構成する.このクラスについては様々な不変量が位相的になることが期待される.本年度は埋め込み次元と重複度に関する次の結果を得た.2.埋め込み次元が位相で決定されるweightedhomogeneous特異点であっても,その同特異変形で,埋め込み次元が下がる場合があることを示した.3. splice-quotient特異点とその普遍アーベル被覆,またそれらの中間にあるアーベル被覆の重複度は位相不変量であることを示した.さらに計算公式も与えた.以上の結果については研究を継続し,次年度中にまとめたい.これらの研究を行うために,関連する図書を購入し,関連する研究集会に出張し,セミナーへの参加者の旅費を援助した.本研究はsplice-quotient特異点を中心に,基本的な解析的不変量と位相不変量の関係を詳しく調べ,明示的な関係式を与えることを目標としている.Splice-quotient特異点は,リンクがホモロジー球面であり,その普遍アーベル被覆の定義式の主要項が特異点解消グラフ(リンクと同値な情報)によって組み合わせ的に決定されるような複素2次元特異点である.それは特殊な複素構造を持つのであるが,有理型特異点,最少楕円型得点,weightedhomogeneous特異点とその同特異変形を真の部分クラスとして含む比較的広いクラスを構成する.本年度は埋め込み次元と重複度に関する次の結果を論文にまとめて投稿した.1.weightedhomogeneous特異点の埋め込み次元が一般には位相不変量ではないことを示し,その不変量が位相的になるための簡明な十分条件を与えた(研究協力者A.Nemethi氏との共著,受理済み).2.splice-quotient特異点とその普遍アーベル被覆,またそれらの中間にあるアーベル被覆の重複度は位相不変量であることを示し,グラフから計算するための手続きを示し,具体的な計算例を与えた.科研費補助金を活用し,研究成果を発表するためにストラスブールで行われた日仏特異点セミナーをはじめとする複数の研究集会に参加し,ハンガリーにおいて研究協力者と共同研究を進めることが出来た.本研究はリンクがホモロジー球面であるような特異点について基本的な解析的不変量を詳しく調べることを目標としている.Splice-quotient特異点は,リンクがホモロジー球面であり,その普遍アーベル被覆の定義式の主要項が特異点解消グラフ(リンクと同値な情報)によって組み合わせ的に決定されるような複素2次元特異点である.それは有理型特異点,最少楕円型得点,擬斉次特異点を含む比較的広いクラスを構成する.Splice-quotient特異点は端曲線定理によって特徴づけられる.これまでに,幾何種数をグラフから求める公式が得られている.本年度はSplice-quotient特異点を含むより広いクラスとそれらに対する幾何種数公式について考察した.まず,研究協力者のA.Nemethi氏とともにsplice-quotientでない特異点の幾何種数の例をいくつか計算した.次に弱端曲線条件を導入し,楕円型特異点でsplice-quotient特異点でないもの(すなわち,端曲線条件を満たさないもの)の例を発見した.さらに,弱端曲線条件を満たす特異点に関して,幾何種数の公式を証明した.これは,特異点解消空間において例外集合の部分集合をブローダウンして得られる特異点(例外集合が小さい)の幾何種数の計算とperiodicc cnstantといわれる不変量の計算に帰着させるもので,その意味でsplice-quotient特異点の場合の公式と同じ形である.しかしながら,periodic constantが位相的であるかどうか,また位相的であるための条件などについては分かっていない.今後の課題である.また,科研費補助金を活用し,研究成果を発表や研究交流のために複数の研究集会に参加することが出来た.
線虫における化学走性行動の神経回路基盤とその変化の解明

申請者は、神経間の接続が全て明らかになっている線虫C. elegansを用いて、塩への誘引行動を神経回路レベルで解析してきた。線虫は塩を好み、塩濃度の高い方に寄っていくことが知られており、この誘引行動はピルエット機構と風見鶏機構と呼ばれる2つの機構によって達成される。申請者は、特定の神経細胞をレーザーによって破壊した線虫の行動を解析することで、塩への誘引行動を制御する神経回路の同定に取り組んだ。先行研究により、ピルエット機構と風見鶏機構に必要な塩濃度の情報は、共通の感覚神経によって受容されることが明らかになっていたが、申請者は、感覚神経より下流の介在神経などでは部分的に異なる神経回路が2つの機構を制御していることを明らかにした。これにより、塩への誘引行動に必要な介在神経が行動レベルで明らかになり、カルシウム・イメージングのような塩に対する神経活動を測定する手法の実験結果との対応付けができるようになった。また、塩への誘引行動の際にみられる風見鶏応答の際には、首振り運動が重要であることが示されたため、首振り運動を制御している運動神経の活動を、線虫が動いている状態でカルシウム・イメージングにより測定した。その結果部分的ではあるが、線虫が動いている状態で運動神経の活動を可視化することに成功した。これらのことから、味覚の入力から出力に至るまでの神経回路の解析には線虫が非常に有用であることが示唆され、カルシウム・イメージングなどを今後更に行うことで神経活動と行動との関係性がより詳細に理解できるものと考えられる。特別研究員奨励費の最終年度として一定の成果をあげることができたため。これまでに一定の研究成果と実績を挙げ、今年度が特別研究員奨励費の最終年度のため、今後の推進方策は特にない。神経回路上での情報処理メカニズムを理解するために、匂いの濃度に依存した線虫の行動変化に着目して解析を行い、本年度は以下のような成果が得られた。1、コンピュータとUSBカメラを組み合わせたマルチワームトラッカーを用いて、匂いの濃度に依存して線虫の行動がどのように変化しているのかを観察した。匂いの濃度が薄いときにみられる誘引行動には2つの行動戦略が併用されていることが当研究室で明らかにされている。一方,高濃度のときにみられる忌避行動はこの2つの戦略のうちの片方により制御されており、もう片方の戦略は誘引行動を引き起こすように働いていることがわかった。これらの結果は、匂いの濃度に依存した応答の変化を神経回路レベルで詳細に解析する上での基礎となり得る。2、申請者は以前に、匂いの濃度に依存した誘引行動、忌避行動にはそれぞれ別の感覚神経が重要であることを明らかにしていた。これらの神経細胞にCa2+インジケーターであるG-CaMPを発現させ、in vivoイメージングを行った結果、個々の感覚神経が匂いの濃度に依存した活性化のパターンを示すことが分かった。例えば、低濃度の匂いへの誘引行動に必要なAWC神経は、低濃度の匂い刺激に対して活性化するが、高濃度になるとその活性化がみられなくなった。一方、高濃度の匂いに対する忌避行動に必要なAWB神経は、比較的高濃度の匂い刺激のときに活性化がみられた。従って,匂いの濃度に依存した応答の変化はlabeled-line仮説に基づいて処理されていることが推測される。申請者は以前から、神経回路メカニズムの解析に適したモデル生物線虫c.elegansを用いて「匂いの濃度に依存して感じ方が変化する」現象の解析を行なってきた。昨年度までに申請者は、線虫も哺乳類と同様に、匂いに対してその濃度が変化すると行動を変化させることを見出し、ある匂いに対して低濃度と高濃度のときでは重要な感覚神経の種類が異なることを明らかにしていた。さらに、これらの感覚神経がある匂いに対してどのような応答を示すのかをin vivoカルシウムイメージングにより測定したところ、低濃度の匂いへの行動に重要な感覚神経が、低濃度の匂い刺激には応答するが、高濃度刺激には応答しないことを明らかにした。該当年度に申請者は、シナプス伝達が阻害されている変異体で同様にカルシウムイメージングを行うことで、この感覚神経が高濃度の匂い刺激にも応答することを見出した。このことは、高濃度の匂い刺激の際、この感覚神経が他の神経からの抑制を受けることで応答しなくなること示唆しており、本研究で明らかとなった「匂いの濃度情報が感覚神経レベルで処理されていること」は嗅覚系の情報処理メカニズムに新規知見をもたらした。また、申請者は以前に、匂いの濃度に依存した行動の変化に異常を示す分子とその機能神経細胞を同定していたので、該当年度に、その変異体においても匂い刺激に対する神経応答をカルシウムイメージングで測定した。その結果、野生型線虫の感覚神経で低濃度、高濃度匂い刺激により観察されていた特徴的な神経応答が、その変異体においては消失した。このことは、申請者が提唱していた「匂いの濃度によって異なるグループの感覚神経が重要である」ことを支持するものであり、この研究成果により提唱したモデルがより信憑性の高いものとなった。研究実施計画も順調に進んでおり、これまでの研究成果がNatureの姉妹誌「Nature Communications」に掲載され、高く評価された。

申請者は、特定の神経細胞をレーザーによって破壊した線虫の行動を解析することで、塩への誘引行動を制御する神経回路の同定に取り組んだ。先行研究により、ピルエット機構と風見鶏機構に必要な塩濃度の情報は、共通の感覚神経によって受容されることが明らかになっていたが、申請者は、感覚神経より下流の介在神経などでは部分的に異なる神経回路が2つの機構を制御していることを明らかにした。これにより、塩への誘引行動に必要な介在神経が行動レベルで明らかになり、カルシウム・イメージングのような塩に対する神経活動を測定する手法の実験結果との対応付けができるようになった。また、塩への誘引行動の際にみられる風見鶏応答の際には、首振り運動が重要であることが示されたため、首振り運動を制御している運動神経の活動を、線虫が動いている状態でカルシウム・イメージングにより測定した。その結果部分的ではあるが、線虫が動いている状態で運動神経の活動を可視化することに成功した。これらのことから、味覚の入力から出力に至るまでの神経回路の解析には線虫が非常に有用であることが示唆され、カルシウム・イメージングなどを今後更に行うことで神経活動と行動との関係性がより詳細に理解できるものと考えられる。着目している嗅覚系の現象の神経回路メカニズムを明らかにし、その研究成果がNatureの姉妹誌「Nature Communications」に掲載されたため。特別研究員奨励費の最終年度として一定の成果をあげることができたため。今後も、申請時の研究実施計画に基づき研究を遂行する。これまでに一定の研究成果と実績を挙げ、今年度が特別研究員奨励費の最終年度のため、今後の推進方策は特にない。
エバネッセント場の力による高分解能検出に関する研究

探針によるエバネッセント光の錯乱過程をより定量的に実験できるように、現有の原子間力顕微鏡の改良に重点を置き、研究を推進した。1)現有の原子間力顕微鏡の超高感度化超高分解能のフォトン原子間力顕微鏡を開発するためは、まず、変位検出感度0.2Aの現有の光干渉計を改良し、超高感度な変位検出を実現した。具体的には、ノイズ成分の極めて少ない光源と超安定な駆動回路を購入し、検出感度0.05Aの超高感度な光干渉計を実現した。また、探針の共振周波数の変化を検出する現有の周波数変調回路(検出感度0.1Hz)を改良し、超高感度(検出感度0.01Hz)な周波数検出を実現した。2)探針からの散乱光を検出する装置の付加エバネッセント光の散乱過程に関する基礎的な知見を得るためには、力だけでなく、散乱光の強度やスペクトラムも測定する必要がある。そこで、探針からの微弱な散乱光を検出する装置を現有の原子間力顕微鏡に付加した。3)力と散乱光強度の距離依存性と偏光依存性の測定エバネッセント光を力として測定した場合、その減衰距離は入射光の波長に依存しないこと、また、力の大きさはs偏光に比較してp偏光の方が大きくなることが、我々のこれまでの実験により明らかにされている。同様の実験を散乱光の強度についても行い・比較することにより、エバネッセント光の散乱過程における力の発生機構を検討した。その結果,力の発生機構は半導体探針表面のポテンシャル変化によることが判明した。
ゼロエミッション化フリーデルクラフツ反応のための触媒設計

燃料の環境負荷低減のためガソリン等からの脱芳香族化が法制化されている。これに伴い大量の芳香族化合物が余剰となる。本研究はこの余剰芳香族化合物をファインケミカルズ業界において資源として有効利用する事で、業種間のゼロエミッションシステムを確立する事目的とし、そのキープロセスであるフリーデルクラフツ反応の改良をはかるため行なった。フリーデルクラフツ反応は塩化アルミニウムを触媒とし、酸塩化物を反応試剤として用いる。これらは最終的に加水分解を経て廃棄されるため、環境負荷の非常に大きなプロセスである。本研究では塩素を使わないプロセスへの転換を目指し、酸無水物を反応試剤とした系を実現する新しい触媒の設計を試みた。種々のヘテロポリ化合物を用いて反応を行ったところ、セシウムで部分的にイオン交換を行ったタングスト燐酸が最も高い活性を示し、塩素を使用しないフリーデルクラフツプロセスの可能性を示した。また、各触媒の活性序列は各々の酸性質の序列に依存しており、最高酸強度の高い触媒の選択という触媒設計上の作業仮説の妥当性を示した。反応が完全転化に至らない理由を調べるため、原料の追加実験を行ったところ反応が再開した。このことは、反応停止の原因が触媒の劣化ではなく副反応による原料の消失が原因であることが分かった。本触媒はコロイド状であることから濾過回収が困難である。そこで、トルエンで洗浄を繰り返した後の再使用を試みた。トルエンを除去して固体状態にすると失活するが、トルエンに縣濁させた状態ならば再使用が可能であった。また、高温域での反応を試みたところ、トルエンの沸点前後で反応率が大きく向上しほぼ完全転化に近づく事が判明した。このように芳香族のゼロエミッションシステムのキープロセスであるフリーデルクラフツアシル化反反応は特殊なヘテロポリ酸触媒を用いることで塩素フリープロセスに転換可能であることが示唆された。
ショウジョウバエ細胞膜プロテオグリカンの機能解析

キイロショウジョウバエdally遺伝子は細胞膜結合型ヘパラン硫酸プロテオグリカンのコアタンパク質をコードしている。dally突然変異体の幼虫中枢神経系では、神経芽細胞の分裂周期の進行が異常となる。また、翅、複眼、触角、外部生殖器などの成虫形態にも異常をきたす。これまで、多くの研究によりDallyの機能にはその糖鎖(ヘパラン硫酸鎖)の働きが重要であることが示されてきた。一方、Dallyコアタンパク質の機能として、正しい場所で正しいタイミングで糖鎖をリガンドに提示することが重要である。今年度は、この糖鎖のキャリアーとしてのDallyの機能を理解するため、dally遺伝子の発現調節機構を解析し、以下の結果を得た。(1)dally遺伝子の全構造を決定した。(2)dally遺伝子はTATA-lessプロモーターにより制御されている。このプロモーターの転写活性をS2細胞を用いて解析し、正のシス調節領域を同定した。一方、dally-lacZコンストラクトを持つ形質転換体を作成し、レポーター遺伝子の発現を解析した。その結果、dally遺伝子上流3.5Kbの領域にほぼすべてのエンハンサーが含まれることが示された。(3)dally5'UTRには3つのATGコドンが存在する。このうちの3番目のATGが本来の開始コドンと競合することにより、翻訳効率を減少させていることが判明した。(4)dally 3'UTRはmRNAを不安定化する効果があることが示された。この配列中には2つのmRNA不安定化シグナルのコンセンサスが見つかった。以上のように、dally遺伝子の発現は、転写・翻訳・mRNA分解を含む多段階で制御されている。初期胚において、dallu遺伝子はwg遺伝子と関連した発現パターンを示すことから、dally遺伝子のWgシグナル系への関与が示唆された。本研究では、dallyとwg遺伝子の関係に関して遺伝学的解析をおこない、以下の結果を得た。1)dally突然変異体の胚表皮の表現型はwg突然変異体のものと同様であり、dally過剰発現による表現型はwg過剰発現により引き起こされる表現型と一致する。2)wg機能減少型突然変異はdally表現型を増強する。3)dally過剰発現により、wg機能減少型突然変異体の表現型が回復する。4)Wgシグナル系に必要な遺伝子としてUDP-グルコース脱水素酵素をコードするsugerless(sgl)が知られているが、sgl/dallyトランスへテロ個体の胚表皮はwg表現型を示す。以上のことは、細胞膜結合型プロテオグリカンDallyが胚期にWgシグナル系において機能する可能性を強く示唆している。また、その活性には糖鎖の付加が必須であることが判明した。
感度と強度を両立する触覚センサのパッケージの研究

本研究の目的は,感度を損なうことなく衝撃への耐性をもたせた触覚センサのパッケージ構成法を示すことである.感度と耐衝撃性を両立するための方法として,センサの周りをダイラタント流体で覆う構成を提案する.ダイラタント流体は静的な力に対しては流動性があるため柔らかく,撃力に対しては硬くなるという性質をもつことが知られている.感度と耐衝撃性を両立している指標として,衝撃時の最大ひずみを静的荷重におけるひずみで割った値を用いた.実験により,ダイラタント流体を用いたセンサは指標を2.3倍から16倍の範囲で向上することを示した.本研究では、触覚センサにおいて感度の高さと強度の高さを両立するために、硬さ可変パッケージの研究を行う。平成25年度は、片栗粉と水を混ぜたダイラタンシー流体を調製し、外部からの衝撃によって硬さが変化することを確認した。圧電素子を用いてダイラタンシー流体に振動を与える実験系を構築した。周波数は100 kHzから10 MHzまで変えられるようにした。また、流体の音響的なふるまいのシミュレーションを行うための環境を整えた。本研究では、触覚センサにおいて感度の高さと強度の高さを両立するために、硬さ可変パッケージの研究を行う。平成26年度は、ひずみゲージをシリコーンゴムに埋めた構造の触覚センサの周囲をダイラタンシー流体で覆うことで、撃力に対して硬くなるパッケージを考案、試作し、静的な荷重や撃力に対する感度を計測した。さらに、ダイラタンシー流体の材料の探索を行った。アクリル板に穴を開けてそのふちにひずみゲージを片持ち梁状に取り付け、シリコーンゴムで覆った構造は、圧力に対して反応する触覚センサとなる。さらにその周囲が(A)ダイラタンシー流体で覆われたセンサ、(B)何にも覆われていないセンサ、(C)シリコーンゴムで覆われたセンサの3種類を用意した。(A)は本研究で提案するパッケージであり、(B)は感度が高いが撃力に弱いセンサ、(C)は撃力に対して強いが感度が低いセンサを想定した。0.5kgのおもりを用いた静的な荷重に対する応答は、(A)は(B)と比べて91%の感度を維持し、(C)と比べて7.6倍の感度があった。0.5kgのおもりを5mmの高さから落下させる撃力実験においては、(A)で計測された最大ひずみは(B)の23%であった。感度と強度を両立したことを示す指標として、撃力を与えた時の最大ひずみを静的荷重におけるひずみで正規化した。これは値が低いほど性能が良い。(A)が9以下だったのに対して、(B)は30以上、(C)は20程度となり、(A)のパッケージが有効であることを示した。上記の実験では、一般的に知られている片栗粉を水に溶かしたダイラタンシー流体を用いた。しかし、センサのパッケージとしては水や片栗粉ではない耐久性に優れた材料が望ましい。そこで、シリコーンオイルとシリカゲルの粒子を混ぜた流体を調製したが、十分な特性は得られなかった。平成27年度は、昨年度に引き続いてダイラタント流体の材料の探索のために文献調査を行った。また、発展的な研究として、炭素繊維強化樹脂(CFRP)中にひずみセンサを埋め込んで特性計測を行った。昨年度の成果であるダイラタント流体中のひずみセンサに衝撃力を与える実験の結果について、国内学会で発表した。また、CFRP中のセンサの特性計測について国際会議で発表した。ダイラタント流体の材料探索に想定以上の時間を要している。ダイラタント流体に振動を加えて硬さを変化させる実験には至らなかった。本研究では、多様な環境で活動するロボットのための触覚センサにおいて感度の高さと強度の高さを両立するために、硬さ可変パッケージの研究を行う。硬さを変える方法として、ダイラタンシー流体に撃力が加わった際に固体化する現象を利用する。撃力に対してパッケージが硬くなってひずみセンサ部分が壊れない機能や、振動を与えてパッケージ材の硬さを制御することができる機能を触覚センサにもたせる研究を行う。センサ自体の材料や構造ではなくパッケージに注目した研究であるため、様々な種類の触覚センサへと応用できることが特徴である。平成28年度は、前年度に引き続きダイラタンシー流体の材料の探索を行ったが、有効な材料を見出だすことはできなかった。一方で、歪ゲージをシリコーンゴムに埋めた構造の触覚センサの周囲をダイラタンシー流体で覆ったものについて、撃力によるパッケージの硬さの変化について実験を行った。パッケージの硬さ変化の指標としてとしてヤング率に相当する値を計算し、撃力によって1桁以上の上昇がみられることを示した。本研究の目的は,感度を損なうことなく衝撃への耐性をもたせた触覚センサのパッケージ構成法を示すことである.感度と耐衝撃性を両立するための方法として,センサの周りをダイラタント流体で覆う構成を提案する.ダイラタント流体は静的な力に対しては流動性があるため柔らかく,撃力に対しては硬くなるという性質をもつことが知られている.感度と耐衝撃性を両立している指標として,衝撃時の最大ひずみを静的荷重におけるひずみで割った値を用いた.実験により,ダイラタント流体を用いたセンサは指標を2.3倍から16倍の範囲で向上することを示した.ダイラタンシー

流体を用いたパッケージに対して静的荷重や撃力を加える実験まで行っており、この点では計画よりも進んでいる。一方で、材料の探索についてはまだ有効な結果が出るには至っていない。以上を総合して、おおむね順調であると判断した。本研究を1年間延長し、当初計画していたダイラタント流体の材料探索およびダイラタンシー流体パッケージに対して外部から振動を加えた時の硬さの変化について研究を行う。平成27年度は、引き続きダイラタンシー流体の材料の探索を行うとともに、ダイラタンシー流体の外部から振動を与えたきの硬さの変化についての研究を行う。平成26年度に研究発表を行った国際会議において、ダイラタンシー流体の材料についていくつかのアドバイスを得ることができた。これをもとにさらに材料の探索を進める。また、平成26年度に提案したダイラタンシーを用いたパッケージについて、様々な周波数で荷重を加える実験を行い、その特性を計測する。ダイラタンシー流体の確認は計画通りにできた。一方で、ひずみセンサの準備に遅れが生じたため、ダイラタンシー流体に埋めて実験をするには至らなかった。ダイラタント流体の材料探索に想定以上の時間を要してしまい、パッケージを外部から加振する実験には至らなかったため。前述のように材料探索が途上であり、材料の購入費などを次年度に使用することにした。一方でパッケージングについては順調にすすんでおり、次年度に周波数を変えた実験をし、その成果を発表するために使用する。ダイラタント流体の試作のための新規材料の購入に充てる。また、研究成果の公表のための論文投稿費、学会参加費に使用する。次年度はまず、今年度行う予定であった、ひずみセンサをダイラタンシー流体に埋めて、与える力と発生するひずみの関係を求める実験を行う。その後は当初計画のとおりにダイラタンシー流体の材料の検討を行う。材料探索に関わる材料の購入費、周波数特性を計測する実験の構築等の費用、成果発表のための旅費等に使用する。前述のとおり研究に遅れが生じたため、実験のための材料は次年度に購入することとした。ダイラタンシー流体の材料やひずみセンサの材料など、実験材料の購入に充てる。
生体軟組織に対応する分子接着の機構解明とマテリアル創製

本研究では、細胞とポリマーマテリアルとの接着機能の解明を、物理化学的及び生物学的な両面から、分子のレベルで行い、これを基に常温、常圧のもと、ポリマー分子の相転移と自発的組織化により簡単に固化し、接着を実現するポリマー構造の規定した。このポリマーの分子構造を厳密に規定して合成し、接着性能と安全性の検討より、プロトタイプの軟組織接着材を創製した。これまでに見いだした特異的反応解析手法を活かし、細胞に対して接着可能な官能基、リガンド分子の構造を規定するために、微粒子をプローブとして考え、調製した。まず、物理化学的な相互作用を利用するために、疎水性、荷電、水素結合性官能基を結合させた。具体的には、特定の官能基を担持した水溶性リン脂質ポリマーを分散材、表面処理材として用いて、ポリマー溶液をO/Wエマルションとし液中乾燥法で微粒子を作製した。さらにポリマー鎖を導入して標的とする組織・細胞に適用した。細胞・組織の接着部位となりうる官能基の提示にしたがって、ポリマー中にこれらの官能基を高密度で導入した。培養して単層になった細胞にこのポリマーを複合化・接着して細胞の応答を調べた。形態、増殖数などだけでなく、とくに細胞活性について考察するため、細胞内酵素活性を測定した。これらより細胞に影響を与えないポリマー組成、化学構造を規定した。他方、接着性を限りなく低減するポリマーについて分子設計を展開し、組織癒着防止の観点からの検討、考察も行った。本研究では、安全で効果的に利用できる革新的医療接着材の開発を目指して、生体軟組織に対して接着できる新規ポリマーバイオマテリアルの創製を最終目的としている。研究期間中に(a )細胞とポリマーマテリアルとの接着機能の解明を、物理化学的及び生物学的な両面から、分子のレベルで行い、(b)これを基に常温、常圧のもと、ポリマー分子の相転移と自発的組織化により簡単に固化し、接着を実現するポリマー構造の規定を行う。(c)このポリマーを、分子構造を厳密に規定して合成し、接着性能と安全性の検討より、プロトタイプの軟組織接着材を創製する。本年度は、細胞に対して接着可能な官能基、リガンド分子の構造を規定するために、微粒子をプローブとして利用する。まず、物理化学的な相互作用を利用するために、疎水性、荷電状態、水素結合性、電荷移動相互作用する官能基を結合した微粒子を作製した。この際に大きな問題となる非特異的反応を避けるために、人工細胞膜構造体を応用した。具体的には、特定の官能基を担持した水溶性リン脂質ポリマーを分散材、表面処理材として用いて、ポリマー溶液を0/Wエマルションとし液中乾燥法で微粒子を作製した。蛍光分子で標識し、標的とする組織・細胞に適用する(コンビナトリアル手法)。これにより網羅的に接着反応に関与する官能基を選択した。荷電、水素結合及び疎水性相互作用を接着に利用する分子設計をし、これを合成した。培養して単層になった線維芽細胞、平滑筋細胞及び血管内皮細胞表面にこのポリマーを複合化・接着して細胞の応答を調べた。軟組織への接着には、従来の接着機構を適用することができず、ポリマーの固着と固化を独自に制御する必要があることが明らかとなった。次年度以降、この点を詳細に検討する。研究期間中に(a)細胞とポリマーマテリアルとの接着機能の解明を、物理化学的及び生物学的な両面から、分子のレベルで行い、(b)これを基に常温、常圧のもと、ポリマー分子の相転移と自発的組織化により簡単に固化し、接着を実現するポリマー構造の規定を行う。

本年度は、軟組織に対して接着性を考慮して、リン脂質極性基を有する2-methacryroyloxyethyl phosphorylcholine(MPC)ユニットを導入したポリマーに荷電を導入した。MPCを主成分として様々な分子構造有する両親媒性電解質ポリマーを合成し、polyion complex(PIC)ハイドロゲルを創製した。このPICハイドロゲルは、組織表面に存在するタンパク質と静電相互作用により組織接着性を示すと考えた。また、疎水性モノマー、n-butyl methacrylate(BMA)を導入し静電相互作用の向上を期待した。この両親媒性MPCポリマーの溶存状態および細胞毒性は化学構造に依存し、BMAユニットやポリマー構造を反映した性質を示していた。高い毒性が報告されているglutaraldehydeとくらべて、MPCポリマーの細胞毒性は低かった。グラフトポリマーから生成したPICハイドロゲルは接着性を示さなかった。一方、ランダムポリマーから生成したPICハイドロゲルは接着性を示していたが、ゲル化と接着性に寄与する電離性ユニットのバランスの制御および含水率の制御が接着性の発現には不可欠であることが明らかとなった。これを基盤としてさらに分子設計を行ない、次年度、目標を達成する。本研究では,細胞とポリマーマテリアルとの接着機能の解明を,物理化学的及び生物学的な両面から,分子のレベルで行い,これを基に常温,常圧のもと,ポリマー分子の相転移と自発的組織化により簡単に固化し,接着を実現するポリマー構造の規定した。このポリマーの分子構造を厳密に規定して合成し,接着性能と安全性の検討より,プロトタイプの軟組織接着材を創製した。これまでに見いだした特異的反応解析手法を活かし,細胞に対して接着可能な官能基,リガンド分子の構造を規定するために,微粒子をプローブとして考え,調製した。まず,物理化学的な相互作用を利用するために,疎水性,荷電,水素結合性官能基を結合させた。具体的には,特定の官能基を担持した水溶性リン脂質ポリマーを分散材,表面処理材として用いて,ポリマー溶液を0/Wエマルションとし液中乾燥法で微粒子を作製した。さらにポリマー鎖を導入して標的とする組織,細胞に適用した。細胞,組織の接着部位となりうる官能基の提示にしたがって,ポリマー中にこれらの官能基を高密度で導入した。培養して単層になった細胞にこのポリマーを複合化,接着して細胞の応答を調べた。形態,増殖数などだけでなく,とくに細胞活性について考察するため,細胞内酵素活性を測定した。これらより細胞に影響を与えないポリマー組成,化学構造を規定した。他方,接着性を限りなく低減するポリマーについて分子設計を展開し,組織癒着防止の観点からの検討,考察も行った。