hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マラリア感染イメージングのための分子プローブの開発

【マラリア原虫染色剤を基本構造とする分子プローブ群の設計・合成】ギムザ染色に用いられるメチレンブルーは、すでにマラリア原虫の染色剤として使用されている。そこで、このメチレンブルーと類似した骨格を有するフェノチアジン誘導体に着目し、その放射性ヨウ素(I-125)標識分子プローブを2種合成した。【抗マラリア薬を基本構造とする分子プローブ群の設計・合成】マラリア原虫の細胞膜を透過し、原虫内のタンパク質に強く結合し、集積することが期待できる抗マラリア薬キナクリンとそれらの関連化合物の放射性ヨウ素標識体を数種合成した。【異常プリオン凝集体に親和性を有する化合物群の設計合成】アミロイドに親和性を示す化合物とマラリアの治療薬・染色試薬の関連性が大きいことから、現在、プリオン病の画像診断薬剤として開発中のスチリルクロモン誘導体の放射性ヨウ素標識体を分子プローブとして準備した。当初計画した分子プローブの合成ならびに放射性ヨウ素標識は、順調に進行した。ただ、本邦初の感染症イメージングセンターの活用に関しては、P3施設の整備、ならびに小動物用PET/SPECT/CTの調整等の進行状況にあわせて、段階的に進めている。なお、高活性の標識体の合成は、施設の認可が済み次第着手することになる。感染分子イメージングセンターの設置により、RI施設の許可使用量が、飛躍的に上がった事から、高放射能の分子プローブの調製法を検討し、小動物用PET/SPECT/CTを活用して、最適なプローブを選択する。さらに、分子プローブの合成を進めるとともに、それらの体内動態と赤血球膜透過性を指標に、最適なプローブを選択する。実験動物の購入、放射性ヨウ素の購入,施設利用に必要な消耗品の購入等に使用する。実験動物の購入、放射性ヨウ素の購入等のために使用する。
無血清培養系を用いた筋分化に関わるプロテアーゼとインヒビターの同定

筋分化に伴う細胞外プロテアーゼとインヒビターの解析には、血清由来のプロテアーゼやインヒビターの混入を避ける必要があり、試験管内筋分化誘導系として良く用いられているマウスC2C12細胞を用いて、無血清培養条件下で筋分化誘導が可能かどうかを、培地やサプリメントの種類や濃度について比較し、最適化を試みた。その結果、無血清条件下で筋分化を誘導できるだけでなく、従来の低血清添加培地よりも有意に分化を促進する培養条件を見いだした。この無血清の筋分化誘導系にセリンプロテアーゼ、メタロプロテアーゼのインヒビターを添加したところ、各々単独のインヒビターでは分化を阻害できず、両方のインヒビターが共存するときにのみ分化誘導が抑制されることから、筋芽細胞自身が産生する細胞外のセリンプロテアーゼとメタロのプロテアーゼの分化におけるautocrine的な働きと重要性を明らかにした。さらに、膜型プロテアーゼファミリーであるADAMファミリーのプロテアーゼも阻害することが知られている合成のインヒビターを添加しても筋分化を抑制しないことから、従来の報告とは異なりADAMファミリー遺伝子の筋分化に対する寄与が少ないことを明らかにした。細胞外プロテアーゼ活性を検出するためにザイモグラフィー法の条件を検討して、メタロプロテアーゼについては、従来の条件よりも5倍以上の検出感度で、セリンプロテアーゼについては2-3倍程度検出感度を上げることが出来た。改良したザイモグラフィーで細胞外プロテアーゼ活性を調べたところ、セリンプロテアーゼもメタロプロテアーゼも活性が分化段階に伴い変化することが明らかとなった(投稿準備中)。リバースザイモグラフィーを用いて、分泌性のプロテアーゼインヒビターの検出を試みたが、アミロイド前駆体タンパク質(APP)以外は特に見いだすことが出来なかった。また、これらのプロテアーゼやインヒビターを単離・精製するために改良した蛋白質の分離のためのクロマトグラフィーの条件を整理して公表した。[背景]筋分化過程でプロテアーゼが重要な働きをしているという結果が、インヒビターなどを使った培養実験系で幾つも報告されてきた。しかし、それらの実験にはプロテアーゼを多種・多量に含む血清を用いているため、どのプロテアーゼ分子種が関与しているか明らかではない。[本年度]我々は、高率に筋管を形成するため試験管内の筋分化誘導系として最も良く用いられているマウスのC2C12細胞を使用して、無血清培養条件で効率に筋分化を誘導できる合成培地やサプリメントの種類や濃度について種々検討した。[成果1]筋分化を誘導できるだけでなく、従来の血清添加培地よりも明らかに分化を促進する完全無血清培養条件を見いだしたので、論文として発表した(Goto S.et al.)。[今後]この無血清分化誘導系を用いて、分化段階特異的に分泌されるプロテアーゼ分子種とインヒビター検索を、改良したザイモグラフィーとウエスタンブロットなどによる蛋白質レベルとRT-PCRなどによる遺伝子発現のレベルで同定を試みている。また、セリンプロテアーゼやメタロプロテアーゼに特異的なインヒビターを分化誘導培養系に添加することで、筋分化におけるプロテアーゼ分子種の同定との役割を明らかにしようとしている。[成果2・3]上記の研究を遂行するために、プロテアーゼ活性を検出するためのザイモグラフィー法の条件を改善・整理して発表した(宮崎、1999)。また、蛋白質の分離・同定のためのクロマトグラフィーの条件などを整理して、まとめたものを発表した(安光、1999)。[昨年度]筋分化過程で細胞外プロテアーゼが重要な働きをしているという結果が、試験管内の培養系で幾つか報告されていた。

しかし、それらの実験には、プロテアーゼやインヒビターを多種多様に含む血清を用いているために、どの様なプロテアーゼ分子種が関与しているか明らかではなかった。昨年度は、筋分化誘導系の細胞として最も良く用いられているマウスC2C12細胞を無血清条件下で効率良く分化誘導できる系を樹立し、論文として報告した(Analytical Biochem.272:135,1999)。[本年度]昨年度に確立した無血清分化誘導系の詳細についてを2000年の分子生物学会で報告するとともに、この無血清の筋分化誘導系に系に種々のインヒビターを添加することで、分化過程における筋芽細胞自身が産生する細胞外プロテアーゼの重要性を明らかにした。また、細胞外プロテアーゼ活性を網羅的に検出できる系であるザイモグラフィー法をさらに高感度に改良した。[成果1]無血清培養系にセリン、メタロのプロテアーゼインヒビターを添加するだけでは分化を止めることが出来ず、両方のインヒビターが共存するときにのみ分化誘導が抑制されることが判明し、筋芽細胞自身が産生する両種のプロテアーゼの重要性を明らかにした。また、筋分化の分化段階に伴いセリンプロテアーゼやメタロプロテアーゼの活性が変化することが明らかとなった(投稿準備中)。[成果2]これまでのメタロプロテアーゼの検出のために使用されていた条件を改良することで、検出感度を5倍以上に上げることが出来た(論文投稿中)。その結果、ほとんど検出されていなかったメタロプロテアーゼ活性を明白に検出できるようになった。[成果3]セリンプロテアーゼについても同様に検討して、メタロプロテアーゼほどではないが有意に検出感度を上げることが出来た。[昨年度]一昨年に無血清筋分化誘導系を確立したので、その培養上清を用いて、マウス筋芽細胞が分泌するメタロプロテアーゼとセリンプロテアーゼを網羅的に解析するための検出系であるザイモグラフィーを改良し、その結果従来よりも高感度でプロテアーゼ活性が検出できるようになった。[本年度]改良したプロテアーゼ検出系を用いて、筋分化過程で変化するプロテアーゼを調べたところ、メタロプロテアーゼは、分化に伴い減少する傾向にあり、一方、セリンプロテアーゼは種類によって差があるが、増加する傾向が見られた。セリンプロテアーゼを詳細に調べるために、これまでのザイモグラフィーをさらに改良してプラスミノーゲンアクチベーターを再現良く検出できる系を作製した、その結果、筋分化に伴い、プラスミノーゲンアクチベーターの活性が増加することが確認できた。合成の特異的なインヒビターを用いて、どの種類のプラスミノーゲンアクチベーターかを調べたところ、ウロキナーゼタイプのプラスミノーゲンアクチベーターであることが判明した。合成インヒビターによる、ウロキナーゼタイプのプラスミノーゲンアクチベーターの阻害され方が不充分なため、2次元電気泳動とザイモグラフィーを組み合わせた、2次元ザイモグラフィーを行ったところ、等電点の異なる、主に2種類の活性に分離できた。
赤痢菌のアクチン重合に基づく上皮細胞間感染機構の解析

赤痢菌の宿主細胞内拡散の原動力となっているアクチン重合は、菌の表層に発現するVirG蛋白と宿主細胞蛋白の相互作用によるものと考えられる。昨年度の研究で、我々はVirGにNeural Wiskott Aldrich syndrome protein(N-WASP)が結合すること、さらにN-WASPがVirGによるアクチン重合機構に必要不可欠であることを明らかにした。実際に細胞内において、N-WASPはArp(actin-related protein)2/3複合体と会合することによってArp2/3複合体がもつアクチン重合核形成活性を上昇すると考えられている。またN-WASPがArp2/3複合体と結合するためには、低分子量GTPaseの1つCdc42によってN-WASPが活性化されることが必要であることがあると報告されている。今回、我々は赤痢菌によるアクチン重合における低分子量GTPaseの関与を調べた結果、Rho family GTPaseの中でもCdc42が赤痢菌によるアクチン重合機構に必要であることを見い出した。Cdc42に結合しないN-WASPの変異蛋白を用いた実験からCdc42のターゲットはN-WASPであり、Cdc42がN-WASPに結合しそのアクチン重合核形成能を活性化することによって赤痢菌によるアクチン重合を制御していると考えられた。現在、N-WASPのC末端側にG-actinとActin related protein(Arp)2/3複合体が結合することによってアクチン重合核が形成されると考えられている。実際に赤痢菌によるアクチン重合部位にもArp2/3の凝集が認められたことから、赤痢菌は細胞の糸状仮足形成に関与する蛋白群を巧みに自らの感染に利用していると考えられる。赤痢菌の宿主細胞内運動の原動力となっているアクチン重合は、菌の表層に発現するVirG蛋白と宿主細胞蛋白の相互作用によるものと考えられる。本年度の研究では、新たなVirG標的分子としてNeural Wiskott Aldrich syndrome protein(N-WASP)を見い出した。N-WASPはシグナル伝達分子Ash/Grb2の結合蛋白として発見され、ヒトの遺伝疾患の1つWiskott AldrichSyndromeめ原因遺伝子産物であるWASPと高いホモロジーを有する。実際に、感染細胞内でアクチンの重合を引き起こしている赤痢菌の一極にはN-WASPの強い集積が認められた。赤痢菌のVirG、N-WASPおよびアクチンに対する抗体を用いて三重蛍光染色を行ったところ、三者の位置は全く一致した。このようなN-WASPの強い集積は、赤痢菌と同様のアクチン重合を引き起こすグラム陰性菌リステリアでは全く認められなかった。また各種GST融合蛋白を用いて結合実験を行った結果、VirGとN-WASPは領域特異的におのおの結合することが示された。さらに、N-WASPの変異蛋白発現系やアフリカツメガエル卵母細胞抽出液を用いた再構成実験系により、N-WASPはVirGによるアクチン重合機構に必要な因子であることが証明された。以上の知見から、宿主細胞内においてVirGに結合したN-WASPが直接アクチンの重合を促進すると思われる。このメカニズムは、これまでに報告されていない新規なアクチン重合機構として重要であると考えられる。
混合培養系による皮革副廃物の低エネルギ-処理

1.ニベ屑の分解について皮革工場において、塩蔵牛皮を水漬け後裏面の結合組織を除去する過程で発生した屑を皮から分離したクロストリジウム菌株16ーAnと好気性菌株との混合培養系で30°C、36時間培養することにより、不溶性の線維タンパクは殆ど完全に(95%)液化した。反応物を低速で遠心することにより上層に油脂層が明瞭に分離し、これを除去した後、最下層に小量の不溶物を残して大部分が透明な分子量1000以下のオリゴペプチド溶液として回収された。2.シェ-ビング屑の分解について皮革工場において、クロム鞣しした皮の裏面を削って厚さを調整する過程で発生した皮屑(シェ-ビング屑)を、アルカリに浸漬してから中性に戻し、上記クロストリジウム菌株16ーAnと好気性菌株との混合培養系で30°C、7日間処理することにより、線維タンパクの90%以上が分子量1000以下のオリゴペプチド溶液として回収され、含有クロムの70%が不溶物として分離除去することができた。またこのような混合培養系の線維(コラ-ゲン)液化活性は持続性があり、反応液(除菌せず)にシェ-ビング屑を追加しての循環使用が可能である。3.以上の混合培養系による皮屑類の液化により、30°Cという比較的低温の処理で(熱エネルギ-消費が少ない)、且つ酸、アルカリなどの化学薬品を使用せずに(二次公害対策の必要がない)、従来処理が困難であった皮革工場固形廃棄物を効率よく処理できた。更にこの処理で得られた液化生成物は分子量の比較的小さなぺプチドであり、速効性肥料への利用などの可能性を開いた。
モット転移近傍にある強磁性2次元金属での新奇量子現象の探索

固体物理学の重要課題のひとつは,強相関電子系物質に見られる新奇量子凝縮現象の探索とその発現機構の解明にある.具体的には,モットの金属-絶縁体転移,遍歴電子磁性,エキゾチック超伝導,巨大磁気抵抗などが知られている.また,それらの発現機構を理解するため,量子臨界点,低次元性,スピン揺らぎ,マージナルフェルミ液体論,軌道秩序どの新概念が提唱されている.中でも,Ru酸化物では,Sr_2RuO_4のp波超伝導やCa_2RuO_4の反強磁性モット絶縁体,モット転移,遍歴電子磁性など,他に類を見ないほど多彩な量子現象が現れる.我々はCa_2RuO_4が圧力下で示す様々な量子凝縮現象の探索とその理解を目指している.平成18年度の主な成果を以下に示す.1)2GPa発生する磁化測定用小型ピストンシリンダー圧力セルを開発した.2)反強磁性モット絶縁体Ca_2RuO_4は0.5GPaの加圧で強磁性を基底状態に持つ2次元金属となる.反強磁性-強磁性転移の過程を詳細に調べ,0.1GPaの加圧で常圧とは異なる反強磁性相が存在し,0.11GPaで強磁性と反強磁性が共存する.1GPa以上で反強磁性が消失し,そこで圧力誘起した強磁性は遍歴磁性であることを,磁化過程と常磁性磁化率から明らかにした.3)圧力下Ca_2RuO_4で見られる2次元強磁性の遍歴パラメターを決定した.また,この系の強磁性は10倍程度の異方性を持つ.4)磁場中(QD社製PPMS)や希釈冷凍機中で使用可能な小型ピストンシリンダー型圧力装置を開発,多重極端条件下(圧力4GPa,磁場14T,温度50mK)で,交流磁化率,電気抵抗の測定が可能になった.その結果,加圧されたCa_2RuO_4は,金属-絶縁体転移が磁場で誘起され,低温で150%の正の磁気抵抗を示すことを明らかにした.固体物理学の重要課題のひとつは,強相関電子系物質に見られる新奇量子凝縮現象の探索とその発現機構の解明にある.具体的には,モットの金属-絶縁体転移,遍歴電子磁性,エキゾチック超伝導,巨大磁気抵抗などが知られている.また,それらの発現機構を理解するため,量子臨界点,低次元性,スピン揺らぎ,マージナルフェルミ液体論,軌道秩序どの新概念が提唱されている.中でも,Ru酸化物では,Sr_2RuO_4のp波超伝導やCa_2RuO_4の反強磁性モット絶縁体,モット転移,遍歴電子磁性など,他に類を見ないほど多彩な量子現象が現れる.我々はCa_2RuO_4が圧力下で示す様々な量子凝縮現象の探索とその理解を目指している.平成18年度の主な成果を以下に示す.1)2GPa発生する磁化測定用小型ピストンシリンダー圧力セルを開発した.2)反強磁性モット絶縁体Ca_2RuO_4は0.5GPaの加圧で強磁性を基底状態に持つ2次元金属となる.反強磁性-強磁性転移の過程を詳細に調べ,0.1GPaの加圧で常圧とは異なる反強磁性相が存在し,0.11GPaで強磁性と反強磁性が共存する.1GPa以上で反強磁性が消失し,そこで圧力誘起した強磁性は遍歴磁性であることを,磁化過程と常磁性磁化率から明らかにした.3)圧力下Ca_2RuO_4で見られる2次元強磁性の遍歴パラメターを決定した.また,この系の強磁性は10倍程度の異方性を持つ.4)磁場中(QD社製PPMS)や希釈冷凍機中で使用可能な小型ピストンシリンダー型圧力装置を開発,多重極端条件下(圧力4GPa,磁場14T,温度50mK)で,交流磁化率,電気抵抗の測定が可能になった.その結果,加圧されたCa_2RuO_4は,金属-絶縁体転移が磁場で誘起され,低温で150%の正の磁気抵抗を示すことを明らかにした.固体物理学の重要課題のひとつは,強相関電子系物質に見られる新奇量子凝縮現象の探索とその発現機構の解明にある.具体的には,モットの金属一絶縁体転移,遍歴電子磁性,エキゾチック超伝導,巨大磁気抵抗などが知られている.また,それらの発現機構を理解するため,量子臨界点,低次元性,スピン揺らぎ,マージナルフェルミ液体論,軌道秩序などの新概念が提唱されている.中でも,Ru酸化物では,Sr_2RuO_4のp波超伝導やCa_2RuO_4の反強磁性モット絶縁体,モット転移,遍歴電子磁性など,他に類を見ないほど多彩な量子現象が現れる.我々はCa_2RuO_4が圧力下で示す様々な量子凝縮現象の探索とその理解を目指している.平成17年度の主な成果を以下に示す.1)高圧力下のX線・中性線回折実験を行い,圧力下の構造変化の詳細を明らかにした.金属絶縁体転移や磁気相転移がRuO6 8面体の動きに対応して現れることがわかった.

2)4GPa発生する小型ピストンシリンダー圧力セルの開発と磁場誘起金属-絶縁体転移磁場中(QD社製PPMS)や希釈冷凍機中で使用可能な小型ピストンシリンダー型圧力装置を開発し,多重極端条件下(圧力4GPa,磁場14T,温度50mK)で,交流磁化率,電気抵抗の測定が可能にした.その結果,加圧されたCa_2RuO_4は,金属-絶縁体転移が磁場で誘起され,低温で150%の正の磁気抵抗を示すことを明らかにした.3)圧力誘起強磁性の出現過程と遍歴性反強磁性モット絶縁体Ca_2RuO_4は0.5GPaの加圧で強磁性を基底状態に持つ2次元金属となる.17年度では反強磁性-強磁性転移の過程を詳細に調べ,0.1GPaの加圧で常圧とは異なる反強磁性相が存在し,0.11GPaで強磁性と反強磁性が共存する.1GPa以上で反強磁性が消失し,そこで圧力誘起した強磁性は遍歴磁性であることを,磁化過程と常磁性磁化率から明らかにした.固体物理学の重要課題のひとつは,強相関電子系物質に見られる新奇量子凝縮現象の探索とその発現機構の解明にある.具体的には,モットの金属-絶縁体転移,遍歴電子磁性,エキゾチック超伝導,巨大磁気抵抗などが知られている.また,それらの発現機構を理解するため,量子臨界点,低次元性,スピン揺らぎ,マージナルフェルミ液体論,軌道秩序などの新概念が提唱されている.中でも,Ru酸化物では,Sr_2RuO_4のp波超伝導やCa_2RuO_4の反強磁性モット絶縁体,モット転移,遍歴電子磁性など,他に類を見ないほど多彩な量子現象が現れる.我々はCa_2RuO_4が圧力下で示す様々な量子凝縮現象の探索とその理解を目指している.平成18年度の主な成果を以下に示す.1)2GPa発生する磁化測定用小型ピストンシリンダー圧力セルを開発した.2)反強磁性モット絶縁体Ca_2RuO_4は0.5GPaの加圧で強磁性を基底状態に持つ2次元金属となる.反強磁性-強磁性転移の過程を詳細に調べ,0.1GPaの加圧で常圧とは異なる反強磁性相が存在し,0.11GPaで強磁性と反強磁性が共存する.1GPa以上で反強磁性が消失し,そこで圧力誘起した強磁性は遍歴磁性であることを,磁化過程と常磁性磁化率から明らかにした.3)圧力下Ca_2RuO_4で見られる2次元強磁性の遍歴パラメターを決定した.また,この系の強磁性は10倍程度の異方性を持つ.4)磁場中(QD社製PPMS)や希釈冷凍機中で使用可能な小型ピストンシリンダー型圧力装置を開発,多重極端条件下(圧力4GPa,磁場14T,温度50mK)で,交流磁化率,電気抵抗の測定が可能になった.その結果,加圧されたCa_2RuO_4は,金属-絶縁体転移が磁場で誘起され,低温で150%の正の磁気抵抗を示すことを明らかにした.
高機能発泡アルミニウム合金の新製造法の開発

発泡アルミニウムの製造に関しては、古くから多くの方法が提案されているが、いずれの方法も大変な2工程を要するため、高価であり、実用材料としては非常に限られた部品でしか使用されず、自動車には本格的な採用はされていない。本研究では、実用材料としての発泡アルミニウムの安価な連続鋳造プロセス開発を行った。今回の製造法は、複雑形状が作りやすいプレカーサー法を検討した。理論的解析の結果、均一で高性能の発泡アルミニウム合金を作るためには、用いるアルミニウム合金の軟化温度と発泡剤の分解温度の関係が重要であることから今回、使用したアルミニウム合金の軟化温度より若干低い温度で発泡する新型発泡剤の開発を行った。基本として安価な工業用ドロマイトを用いることとし、その発泡温度を調整するためにメカノケミカルの手法を用いた。具体的には遊星ミルを用いて、シリカなどの酸化物を添加し、ドロマイトを微粉砕した。これらの試料のTG/DTA分析結果から最適の粉砕条件を明らかにした。さらに具体的に発泡剤を混合し、プレカーサーを作成し、種々の発泡材料を作成した。発泡した材料の組織解析を行った結果、混合法とその間の水分管理が非常に重要であることを明らかにした。特に原料となるアルミニウム粉末の保管方法が重要でそこで水分があるとその水分が金属アルミニウムと反応し、水素ガスが発生する現象が見られ、それらの気泡形態は、本来のドロマイトから発生するCO2による気泡とはまったく大きさが異なり、凝集しやすく巨大化することがわかった。以上の結果は、高温の透過X線を用い、直接的に発泡現象を観察することで確認した。発泡剤の調整やプレカーサーの製造時の条件を調整することで、かなり大型数10cm角柱や同じくらいの径の複雑形状の円柱などを作成することが可能となった。本研究は、発砲アルミニウム合金の安価な連続鋳造プロセス開発に必要な基礎データの取得を行うものである。具体的には以下のことを行う。発泡凝固現象の直接観察研究室で保有している高温透過X線装置を用い、発泡・凝固現象を直接観察し、発泡条件を確定する。さらに、発泡に適した合金の粘度を測定発泡に適した粘度を冷却過程でどのように実現するかを、理論ならびに実験で明らかにする。理論計算は、金属融体の粘度推算式とレオロジー理論を用い、行う。実験は、市販の回転子法でトルクを測定する方法で行う予定である。また、発泡現象や発泡アルミニウム合金インゴットの形態観察や力学特性と通して、濡れ性改善などにより、より安価かつ高機能な発泡剤開発の可能性を探る。本年度は、まず、現在作製した発泡アルミ材料の断面をSEMやEPMAにより詳細に観察を行い、気泡の形状ならびにそれらの力学特性、析出物の化学形態の同定を詳細に行った。その後、より安価で高機能な発泡剤として各種炭酸塩を想定し、それらの熱分解挙動をTGにより詳細に行い、発砲アルミ製造工程温度における、熱分解発泡挙動の解析を行った。対象とする炭酸塩は、炭酸カルシム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、ならびにそれらの複合塩である。今後、各種炭酸塩ならびに水酸化物、複合塩を用いてアルミニウムの発泡現象の直接観察を高温透過X線装置を用いて行う。
内分泌腫瘍及び腫瘍様病変のclonalityの検索

【目的と方法】A:浸潤性乳管癌が細乳管の上皮細胞から、非浸潤性乳管癌を経て、浸潤癌に至ることは広く受けいれられているが、その間の病変、特に乳管癌の前癌病変については諸説がある。これまで、異型乳管過形成(ADH)が広く考えられているが、こうした病変とよりlow riskな病変や非浸潤癌や浸潤癌のclonalityや、乳癌のoncogensisに深く関係すると考えられるcyclinD1なのどの増幅や発現を調べ検討することは重要である。我々は乳癌特にlow grade DCISの前癌病変として、新たに、高円柱の細胞よりなる異型嚢胞状小葉(atypical cystic loble;ACL)について注目しており、ACLの頻度やestrogenreceptor(ER)、progesteron receptor(PR)、cyclin D1の発現などを検討した。B:cyclinD1 knockout mouseでは乳腺ではductは形成されるが、小葉は形成されない。そのためcyclinD1が小葉由来の腫瘍形成に深く関わっていると考えられる。乳腺の小葉由来の腫瘍(lobular neoplasiaやinvasive lobular carcinoma)について、cylinD1の発現や増幅を検索した。【結果と考察】3)しばしはmacropapillary DCISの辺縁にACLが存在する。以上はACLの前癌的性格への示唆を与えている。B:小葉由来の腫瘍及び腫瘍様病変のcyclinD1の発現に関しては、浸潤性小葉癌では80%程度認められたが、、DNAの増幅は検索した全てに認められなかった。発現は細胞増殖とは直接関係せず、一方非浸潤成分に関しては、基底側(間質側)にのみ発現が認められた。cyclin D1発現と間質とのinteractionが示唆され、また非浸潤癌から浸潤癌へのprogressionへのcyclinD1は発現の関与が示唆された。【症例と方法】2年計画の1年目である本年度は、[症例]乳腺の異型過形成(ADH)や多発乳頭腫などの前癌的性格が疑われる腫瘍、腫瘍様病変と非浸潤癌浸潤癌を検討した。[方法]HUMARAgeneを利用したclonalityの検討の予備的実験や先行する施設での見学を行い、さらにHUMARAにとどまらずmicrosatellate markerを用いたLOHの検索によるclonalityの検討や上記症例について乳癌のoncogenesisに重要と考えられるcuclinD1を主体とした細胞周期マーカーに関する実験を行った。【結果と今後の展望】方法に関してはImformativeな症例を増やすことが必要であり、microdissectionの方法や酵素処理(HhaI、HpaIIの量や時間またHhaIの単独使用など)の方法について見学、検討を行い、PCRや電気泳動などについても改善の余地があるか否か、検討した。一般に乳腺特に乳管癌の前癌病変についてはこれまで、異型乳管過形成(ADH)が広く考えられているが、こうした病変とよりIowriskな病変や非浸潤癌や浸潤癌のclonalityや、乳癌のoncogensisに深く関係すると考えられるcyclin D1なのどの増幅や発現を調べ検討することは重要である。これまでの検討では過形成のあるものには異型のある部分のみならずmonoclonalityが観察される症例がみられ、またADHがmonoclonality有することは他施設からの検討で報告されつつある。一方浸潤性乳管癌のcyclin D1発現は30%程度みられたが、DCISではむしろそれより高く、一方ADHではほとんど見られないとの報告もある。次年度はその検討をさらに進めたい。

また我々は乳癌特にlow grade DCISの前癌病変として、新たに、高円柱の細胞よりなる異型嚢胞状小葉(atypical cystic loble ; ACL仮称)について注目しており、ACLはlow grade DCISの40%程度に付随してみられたが、今後この病変を検索する予定である。【目的と方法】一般に乳腺特に乳管癌の前癌病変についてはこれまで、異型乳管過形成(ADH)が広く考えられているが、こうした病変とよりlow riskな病変や非浸潤癌や浸潤癌のclonalityや、乳癌のoncogensisに深く関係すると考えられるcyclinD1なのどの増幅や発現を調べ検討することは重要である。これまでの検討では過形成のあるものには異型のある部分のみならずmonoclonalityが観察される症例がみられ、またADHがmonoclonality有することは、他施設からの検討で報告されつつある。一方浸潤性乳管癌cyclinD1発現は30%程度みられたが、DCISではむしろそれより高く、一方ADHではほとんど見られないとの報告もある。【結果と考察】
海陸統合的な視点に立ったマングローブ湿地帯の土壌流出に関する研究

熱帯・亜熱帯の沿岸域を特徴づけるマングローブ湿地帯における土壌の堆積・侵食特性について、マレーシア半島東岸トレンガヌ州での現地観測結果に基づいて考察した。マングローブ水域は浅く平坦な氾濫原(スオンプ)と狭小水路(クリーク)から構成される。水域内の流動は潮汐による入退潮によって支配されるが、モンスーン時の強い降水に伴う河川からの氾濫も見逃すことが出来ない。本研究では、まず、最も基本的なデータである現地の標高・水深等の地形データ、降水量・日射量などの気象データを、現地に出向き収集・分析した。次いで、マングローブ湿地帯の底質地盤の堆積高・底質粒子特性についての多地点・2年間にわたるデータを詳細に検討し、どのような水理学的な過程でこの結果が説明できるかを考察した。本研究の成果として、(1)対象としたマングローブ湿地では1年間に平均値として1.06cmの土壌堆積があり、これは従来観測された報告結果の範囲内にあるものの、やや高めの値であること、(2)モンスーン季と非モンスーン季では底質の堆積速度に大きな差があり前者で大きいこと、(3)エスチュアリーに面したマングローブ前面部では底質堆積量が大きく底質粒径は後背部に比べて粗いこと、等が明らかになった。これらの成果を裏面の研究発表欄の論文によって公表した。さらに、得られた土壌堆積量の結果を、現地の潮流・河川流・海浜流等の外力の特性から説明する数値計算モデルについて検討した。その結果、マングローブ湿地帯がきわめて平坦であることから、その水際線は潮位とともに時間的に大きく変動し、通常の水理計算では適切に表現できないことがわかった。そこで、高潮計算などに適用されている移動境界値問題による取り扱いを検討し、その数値水理モデルの確立に向けて取り組み、現在、完成への見通しをつけるに至っている。
個人適応型献立立案情報システムの実装と評価

本研究では,スマートホームの一機能として,支援対象者個々人に適した献立を立案する情報システムの実装を目指した.本情報システムでは,血液・生化学検査データなどの個人健康情報,および嗜好や食事履歴などの個人情報をもとに利用者に適した献立立案方法を提案し実装・評価した.被験者による評価実験では,提案した献立については高評価が得られた反面,ユーザインタフェースの改良が必要であるいう評価も得られた.本研究では,スマートホームの一機能として,支援対象者個々人に適した献立を立案する情報システムの実装を目指した.本情報システムでは,血液・生化学検査データなどの個人健康情報,および嗜好や食事履歴などの個人情報をもとに利用者に適した献立立案方法を提案し実装・評価した.被験者による評価実験では,提案した献立については高評価が得られた反面,ユーザインタフェースの改良が必要であるいう評価も得られた.本年度は、まずシステム制御理論の視点から支援対象者を制御対象と見なした場合のシステムの表現について検討を行った。支援対象者の生活環境は日々動的に変化するため、本支援システムは動的システムとして考えなければならない。このとき、支援対象者の健康情報・生活情報・環境情報・医療情報などを動的システムの内部信号と見なすことができる。ここで注意すべき点は、個々人の目標が異なることである。健康状態を重要視する支援対象者もいれば、食材の市場価格や食事履歴を重要視する支援対象者も存在する。個人適応型システムを設計するためには、これら個人的な差異を考慮すべきである。そこで、本研究では、既往歴、嗜好品、食材の市場価格、食事履歴を考慮し、献立を立案・提示するシステムの検討および設計を行った。さらに並行してレシピデータベースに関する検討も行った。バランスのよいメニューを提供するため、さまざまな食材を利用したレシピを検討し、栄養価に関する詳しいデータを有するものを比較・検討した。また、実際に支援対象者が利用する観点から、食材に関するデータだけでなく、調理方法、調理時間、調理の難易度など、本システムを利用する上で利用者が気になるデータもデータベースに登録した。このような、人間を対象としたシステムを構築する際、使用上、利用者ができる限りストレスを感じないよう設計することは重要である。利用者に対し様々な情報を提供することは利便性の向上につながり、ひいてはストレスを軽減させることが可能であると考える。本年度は,大まかに2つのテーマについて研究を進めた.まず,昨年度から進めてきた食材情報,および調理方法、調理時間、調理の難易度などの情報の充実とデータベース化である.昨年度はバランスの良い食事を主体として情報を収集しデータベース化したが,本年度は,より手軽なもの,外食産業で提供されている比較的摂取しやすいレシピを取捨選択し,データベース化した.外食産業が発展している昨今,本システムの支援対象者がこれらのサービスを利用し,生活することは十分に考えられることである.このような生活様式に対応すべく,情報の充実を図った.これによりシステム利用者が実際に食した料理をシステムに登録することで,日々の栄養状態をより正確に把握することができ,延いては利用者個人に適応したバランスの良い献立が立案できると考えられる.2つ目のテーマとして,本システム利用者の負荷軽減のためのシステム開発を行った。家庭内にある食材の種類,および量は調理をする度に変化している.本システムでは,献立を立案する際に家庭内の食材情報も利用しているため,日々変化する家庭内の食材情報をシステムに反映する必要がある.この情報更新作業を自動的に行うため, RFIDを用いた食材管理方法を構築し,その効果について検討した.受動型RFIDを各食材に貼付し,キッチンに於ける食材の移動を管理するシステムを構築した.これにより,食材使用履歴の自動更新が可能となり,データベースシステムへの反映も可能となった.これに並行し,情報端末のユーザインタフェースを改良した.情報端末として携帯電話を想定し,携帯電話用のアプリケーションを開発した.まず, PC上にシミュレータを構築し,シミュレータ上で動作するアプリケーションを開発した.そのため,現段階では実際の携帯電話上では動作せず,今後の課題である.平成19年度には食材や献立に関するデータベースシステムの基礎部分を構築をした.それに続き平成20年度には,食材にICタグを取り付けることにより,冷蔵庫からの食材の出し入れ回数や時刻などの情報を自動的に取得することが可能となるよう,情報システムの機能拡張を行い,利用者の利便性の向上を図った.これらに引き続き、平成22年度は大まかに以下の2点について研究・開発を行い,被験者によるシステムの評価を行った.(1)献立提案アルゴリズムの構築本情報システムの目的は,利用者の健康増進であり,エネルギー摂取量の超過を妨げ,栄養バランスのよい献立を提供することが重要である.そこで,利用者の基礎情報(現在の身長,体重,性別,年齢)を基に,基礎代謝量,標準体重を計算し,1日の推奨エネルギー摂取量を推定し,その値を超えない献立を提示するシステムを構築した.このとき,いろいろな献立の組み合わせの候補が考えられるが,塩分,脂質,炭水化物,コレステロールなど主な栄養素11種がバランス良く摂取できる献立を優先的に提示するよう,献立提案アルゴリズムを設計・構築した.(2)ユーザインタフェースの改良webベースのGraphical User Interface(GUI)を作成し,使い勝手の良いユーザインターフェースの作成に取り組んだ.ユーザが選択した献立に含まれるエネルギー他11種の栄養素の量が分かるよう,数値として表示した.また,1日のエネルギー摂取量が直感的に分かるよう,グラフ化し表示した,このことで,ユーザに対し摂取エネルギー,および各種栄養素の過不足を意識させ,食生活の改善を意識づけさせた.

これまで構築してきたシステムを7名の被験者に評価してもらった.「適正エネルギー表示がありがたい」や「ダイエットに効果がありそう」という高評価も得られたが,「レシピ選択が複雑で不便」などの指摘も頂いた.
ニンニク臭気前駆体―多糖／タンパク質複合系による次世代型機能性食品の創製

良好な嗜好性・嚥下特性・生体調節機能特性を兼ね備えた機能性食品の創製を行うため、ニンニク臭気前駆体物質であるS-allyl-L-cysteine sulfoxide (ACSO)を高濃度に含有する抽出物を調製し、これを添加したゲルの物性と嗜好性評価、および、この抽出物の機能性評価を行った。ニンニク鱗茎を20秒電子レンジ加熱した試料で、最もACSOが残存していた。ニンニク抽出物の添加は、寒天およびゼラチンゲルの物性にほとんど影響を与えなかった。また、呈味成分含有ゲルにニンニク抽出物を添加することにより、呈味が増強した。さらに、ニンニク抽出物の経口投与により、四塩化炭素誘発肝障害が抑制された。ニンニク臭気前駆体物質であるS-allyl-L-cysteine sulfoxide (ACSO)は、in vitroで生理活性を発揮するばかりでなく、こく味を有するとされている。従って、ACSOを高濃度に含有するニンニク抽出物には、健康増進効果ばかりでなく、嗜好性向上効果も期待できる。そこで、種々の加熱法を用いて、ニンニク中のアリイナーゼを失活させ、ACSOを高濃度で保持する条件を検討した。次に、最適な処理条件で得られたニンニク鱗茎からACSOを高濃度に含有する抽出物を調製し、その嗜好性を評価した。まず、加熱によるアリイナーゼ失活のため、ニンニク鱗茎を、電子レンジ、茹で、蒸し、揚げ加熱に一定時間供した。ACSOが最も残存する条件で調製したニンニク鱗茎を粉砕し、水抽出物を得た後、エタノールにより多糖類を沈殿させ、ACSO含量の増加を試みた。嗜好性については、得られた水抽出物およびエタノール処理抽出物を凍結乾燥後、ACSO濃度が一定になるように希釈し、この試料希釈液の匂いやこく味を評価した。また、各希釈液を湯煎中で1時間加熱したものについても、同様に官能評価を行った。ニンニク鱗茎を、電子レンジ加熱で20秒、茹で加熱で45秒、蒸し加熱で60秒、揚げ加熱で30秒処理した場合において、アリイナーゼ活性が最も低くなり、ACSO残存量が高くなった。特に、電子レンジ加熱を20秒行った試料で、最もACSOが残存していた。電子レンジ加熱後のニンニク鱗茎から得られた水抽出物は硫黄臭がしたが、この溶液を湯煎で加熱することにより、硫黄臭は低下し、こく味は高くなった。エタノール処理抽出物では甘味の増強作用が認められ、この溶液を湯煎でさらに加熱することにより、甘味の増強の程度は減少したが、その一方で、塩味や旨味の増強作用は高くなった。ニンニク臭気前駆体物質であるS-allyl-L-cysteine sulfoxide (ACSO)の生体内における生理活性およびその作用機序を明らかにするため、まず、ACSOを実験動物に投与し、経時的に採血を行い、ex vivoにおけるACSOの血小板の凝集抑制作用について検討した。しかし、データのバラツキが大きく、効果の判定が困難であった。このため、ACSOの他の生理効果を探索するため、血糖値上昇抑制作用について検討を行った。ラットにデンプンと同時にACSOを経口投与した後、経時的に採血を行ったところ、ACSOは、デンプン負荷に伴う血糖値および血中インスリンの上昇を抑制した。一方、ラットにグルコースと同時にACSOを経口投与した場合には、血糖値およびインスリンの上昇抑制作用は見られなかった。これらのことから、ACSOがα-アミラーゼあるいはマルターゼの活性を阻害する可能性が考えられた。そこで、pH 57におけるα-アミラーゼあるいはマルターゼの阻害活性をin vitroで測定した結果、ACSOは、いずれのpHにおいてもマルターゼの活性は阻害しなかったが、pH 6以下においてα-アミラーゼの活性を阻害した。しかし、ACSOの類縁化合物であるS-methyl-L-cysteine sulfoxide (MCSO)、S-ethyl-L-cysteine sulfoxide (ECSO)、S-allyl-L-cysteine (ACS)では、α-アミラーゼの阻害活性はみられなかった。このことは、α-アミラーゼ阻害には、アリル基およびスルフォキシド構造の両方が必要であることを示唆している。Lineweaver-BurkプロットによりACSOのα-アミラーゼ阻害様式を調べたところ、ACSOは、非拮抗的にα-アミラーゼを阻害することが明らかとなった。良好な嗜好性・嚥下特性・生体調節機能特性を兼ね備えた機能性食品の創製を行うため、こく味を有するニンニク臭気前駆体物質であるS-allyl-L-cysteine sulfoxide (ACSO)を高濃度に含有する抽出物を調製し、これを添加したゲルの物性と嗜好性評価、および、この抽出物の機能性評価を行った。

まず、ACSOを高含有する抽出物を作製するため、ニンニク鱗茎を、電子レンジ、茹で、蒸し、揚げ加熱に一定時間供し、アリイナーゼを失活する条件の検討を行った。その結果、電子レンジ加熱を20秒行った試料で、最もACSOが残存していた。この抽出物は、甘味、塩味、旨味の増強作用を有していた。嚥下困難者用機能性食品の創製ため、ACSOを高濃度で含有するニンニク抽出物を添加してゼラチンおよび寒天ゲルを作製し、嚥下困難者用食品の指標の一つであるTPA試験を行った。その結果、ニンニク抽出物1.0%添加までは、ゲル物性にほとんど影響を与えなかった。さらに、スクロース、塩化ナトリウム、グルタミン酸ナトリウムをニンニク抽出物と共に添加し、種々の濃度の寒天ゲルおよびゼラチンゲルを作製した。それらの甘味、塩味、旨味を官能検査により評価した結果、ゲル強度が高い試料においても、呈味増強効果は保持されていた。次に、ACSOを高含有するニンニク抽出物をラットに経口胃内投与することにより、肝障害の抑制効果を有するか否か検討した。四塩化炭素の投与により、肝障害マーカーおよび酸化ストレスマーカーの値が上昇し、解毒酵素の活性が低下したが、ニンニク抽出物を経口投与後、四塩化炭素を投与することにより、肝障害マーカーおよび酸化ストレスマーカーの上昇が抑制され、解毒酵素の活性低下が抑制された。以上のように、美味しさ,介護食としても利用できる物性,病気を予防する生理効果を有するニンニク抽出物の調製が可能となった。食品機能学これまでは、合成したS-allyl-L-cysteine sulfoxide(ACSO)を用いて研究を行ってきたが、この成果を食品に応用するためには、ACSOを高濃度に含有するニンニク抽出物を作製する必要があった。しかし、酸・アルカリ・有機溶媒等の試薬を用いずに酵素アリイナーゼを失活できるか、アリイナーゼを失活させてニンニクからACSOを簡便に抽出できるのかが課題であった。アリイナーゼ失活法の確立およびACSO含有抽出物の調製ができたので、本年度の目的は達成できたと考えられる。当初期待した血小板凝集抑制作用では効果の有無の判定が困難であったが、新たな生理作用として、血糖値上昇抑制作用について検討したところ、ACSOがデンプン負荷時に血糖値の上昇を抑制することが明らかとなった。さらに、この作用が、ACSOの非拮抗的α-アミラーゼ阻害によるものであることも示した。ACSOの生理効果をin vivoで明らかにし、その作用機序も解明したことから、本年度の目的は達成できたと考えられる。ACSO高含有のニンニク抽出物をゼラチンや寒天などの多糖と混合し、その粘弾性をレオメーターにより測定する。また、超音波パルスドップラー法により、ゼラチンや寒天ゲルの嚥下特性を測定する。さらに、ACSO高含有のニンニク抽出物を種々の濃度でタンパク質や多糖のゾル/ゲルに混合し、塩味、甘味、旨味の増強効果の程度を官能検査により評価する。当初の計画通り、食用可能なACSO高含有ニンニク抽出物の調製を行い、この抽出物の嗜好性等の特性を評価する。さらに、本抽出物を用いて、多糖等の高分子分子成分とのゾル/ゲルを作製し、その物性および嚥下特性を評価する。
エイズウイルス外膜タンパクの機能消失を目的とする超分子構造体の作製に関する研究

本年度の達成すべき具体的な課題は以下の通りである。抗体を(1)H鎖,L鎖に分離する。(2)各鎖の抗原に対する親和性定数を求める。(3)各抗体産生遺伝子の抗原認識部分の塩基配列およびアミノ酸配列を決定し、その立体構造を解析する。(4)親和性の高い鎖について超可変領域付近のペプチド合成及び遺伝子クローニングを行う。(5)このペプチドについて抗原との免疫学的親和性定数を決定する。受け皿分子Aとなる抗gp41抗体および受け皿分子Bとなる抗ヘミン抗体をマウス腹水より採取・精製後、H鎖,L鎖に分離しELISAにより見かけの親和定数を測定したところ、認識の主体は前者ではL鎖、後者では、H鎖にあることが判明した。次に、抗体可変領域遺伝子配列の決定、その推定アミノ酸からの3次元立体構造予測を行ったところ、抗gp41抗体L鎖は興味ある配列を示し、L鎖CDR-1にはfull sequenceのアミノ酸が挿入されていた。また、抗gp41抗体L鎖は表面にかなり突出していた。抗ヘミン抗体の場合、H鎖CDR-1および-2が作り出す空間が抗原認識に関与していると予想された。そこで、抗gp41抗体L鎖のCDR-1ペプチド(16mer),抗ヘミン抗体H鎖のCDR-1(5mer),CDR-2(17mer),CDR-3(8mer)を全て固相法で合成した。そして、ELISA、蛍光消光法およびCDスペクトルなどから抗gp41抗体L鎖のCDR-1ペプチドはgp41の保存領域抗原と強く相互作用をし、抗ヘミン抗体H鎖のCDR-2の抗原親和性は6.8x107/Mとなり、完全抗体よりも強いと云う驚く結果となった。以上、本年度の研究により、所期の目的である第1世代までの分子設計を行うことが出来た。来年度からいよいよ本格的な機能性超分子の設計・作製に入れる段階に達した。
大学における目標評価システムの構築に有効な成果指標の調査研究

今年度は、成果指標の活用を行う機関であるInstitutional Research(IR)の活動内容に重点を置いた調査・研究を行い、日本の大学の組織運営における成果指標導入の可能性を探った。特に、教育・研究活動についてのインセンティブ・メカニズムならびに成果指標活用にむけた大学組織のあり方を中心に調査・研究を実施した。教育・研究活動についてのインセンティブ・メカニズムについては、政策形成支援としてIRが学内の基本データを提供している。特に教育活動に対する指標を策定し、一定の水準以上の活動に対し、教育費補助を行っている。研究については、政府の競争的資金政策に依存する面が強いことと、研究に関する部局のオートノミーを尊重する観点から、特段の活動があったわけではない。ただし、部局の教育研究活動に関するトータルな費用を算出し、執行部にレポートすることで、大学の政策形成を支援する取組は一般的に行われている。学内外の多様なデータを扱うIR組織にあって、その位置づけは多くの大学で、副学長の直属部署とされている。またスタッフ構成もアナリストやプログラマーを抱え、学際的な活動がなされている。さらに指標作成においては、計画のモニタリング指標、ベンチマーキング指標は一般的活用されているが、前者においては計画の達成目標の明確性、後者においては大学間でのデータ交換システムの構築が前提になる。上記の知見から、日本におけるIRの進展のための課題としては以下のものが上げられる。(1)ミッションマネジメントに基づくデータ収集・分析組織の構築、(2)IRに必要な政策分析、データ管理・分析、レポート作成等に携わる人材の育成、(3)数少ないIR組織間でのデータ交換システムの構築と業務の連携。本研究において今年度は、大学における計画立案ならびに目標評価に必要とされる情報収集と分析を行っているIR(Instutional Research)室の活動状況を調査した。主としてアメリカ、オセアニアの大学におかれているIRの現地調査と資料等の分析を行った。特に大学の活動状況を示す成果指標として、教育研究活動に関わるインプット、プロセス、アウトプット、アウトカムそれぞれの指標を検討し、日本の大学での管理運営、特に目標評価システムの構築に有効な指標の検討・開発を行った。本年度の研究においては以下の事が明らかになった。1)アメリカならびにオセアニアの大学では学生の入学定員の量的・質的管理すなわちエンロール・マネジメントに関する指標が中心であること。2)教育のインプット指標、プロセス指標、アウトプット指標、アウトカム指標間の関連は単一的ではなく、複雑な相関を示していること。3)大学の計画と指標とを関連づけて目標管理のシステムが構築されていること。そこで、まず日本の大学では目標管理システムの構築が進められているために、大学の計画と成果指標とを関連づけることから成果指標の導入を図ることが効率的であると考え、名古屋大学における中期目標・中期計画に対応した成果指標の開発を試行的に行った。その結果、成果指標の利用における計画策定の観点からの意義を3点見いだすことができた。1)成果指標を設定することで多様な解釈を許す計画を単一の側面から捉えることが可能となる。2)成果指標を設定することで計画の統合・削除を効率的に行うことが可能となり、計画に対する組織内の合意形成を容易にする。3)成果指標を設定することで、目標と計画の水準の書き分けを可能とする。
観察・実験中の思考活動をナビゲーションするAR教材システムの実証的研究

観察・実験活動における思考活動を活性化させることで,学習者に深い理解を提供することを目的とする。観察・実験における思考活動を足場かけするために,実験器具や身体動作を把握しかつそれらに表示をすることのできる拡張現実(以下ARとする)や,モデルを実際に触れることでシミュレーションを操作することのできるタンジブルの技術を応用した。以下の,教材を開発・実践した。1月の満ち欠けAR教材,2凸レンズAR教材,3鏡の虚像AR教材,4タンジブル地球儀教材,5等圧線AR教材。更に,ARやタンジブルによるモデルを活用した理科授業デザインの在り方を検討した。研究代表者と研究分担者が中心となり,小・中学校の教員を主な会員とする上越AR研究会を組織している。この研究会に,既に開発したマーカーを利用した教材とKinectを利用した教材を提案している。また,同研究会では,この技術を応用することで,本研究の目的を達成できると思われる観察・実験の抽出を行った。本年度は,中学校光の単元におけるAR教材の開発と評価を行った。第一に,凸レンズの性質を理解するための教材を作成し,3つの中学校で実践,評価をした。その結果,作図と凸レンズの性質の理解の関連が明らかになった。第二に,Kinectを利用し,鏡に映る人の大きさに関する教材を開発した。中学校2校で実施し,その効果を検証した。反射など光の性質の理解が促進された。また,鏡に映る大きさの理解も促進した。ただし,その本質的な理解には至っていないことも明らかになった。第三に,月の満ち欠けのモデル実験を対象に,思考活動を促進させる「自己調整支援プロンプト」と「推論支援プロンプト」を検討した。関連する教材を開発中である。本研究は,動的に変化する観察・実験活動に応じて,学習者の思考活動をナビゲーションすることのできる,AR教材の開発と評価を行う。本年度は,開発した複数の教材を授業実践で活用し,その成果を分析した。第一に,鏡に映る全身の大きさを検討するため,Kinectを使ったAR教材を開発した。試行授業の結果,意識は良好であるが,十分な理解には到達できなかった。そこで,ナビゲーション方法および授業デザインを再検討した。特に,数学の文脈で扱うことで,これまでとは別の解法を加えることとした。再度,試行授業を行った。第二に,等圧線を視覚的に理解するAR教材を開発した。試行授業の結果,良好な成果が得られた。成果をもたらす,ナビゲーションを含む授業デザインについて分析中である。第三に,タンジブル地球儀とARを組み合わせた教材を開発し,試行授業を行った。第四に,これまで開発してきたシステムが,学校現場の環境に適さなくなっている。そこで,新たなシステムへの移植を検討した。以上の成果を,学会等で発表した。複数の試行実践や再実践を行うことで,AR教材を活用するポイントや学習者の理解の特徴が明らかになっている。それらは,次年度予定されているデザイン原則を検討するための基礎となる。本申請は,観察・実験活動における思考活動を活性化させることで,学習者に深い理解を提供することを目的とする。観察・実験活動は動的に変化する。その変化に応じて,学習者の思考活動を促すナビゲーション教材の開発と実証的な評価を行った。観察・実験のける思考活動を足場かけするために,実験器具や身体動作を把握しかつそれらに表示をすることのできる拡張現実(以下ARとする)や,モデルを実際に触れることでシミュレーションを操作することのできるタンジブルの技術を応用した。以下のAR教材を開発した。「月の満ち欠けAR」は,3Dモデルと2Dワークシートを繋ぐ教材である。マルチOSに対応させると共にメタモデリングの理解を促す機能を実装し,実践を行った。「凸レンズAR」は,凸レンズの作る像に関する作図を支援する教材である。教材と授業デザインの有効性を検証した。「鏡AR」は,鏡に映る虚像を作図によって理解する教材である。数学的モデリングの視点から授業をデザインし,実践した。「等圧線AR」は,天気図上の風の向きを感覚的に理解させる教材である。その効果を検証した。また,タンジブル地球儀教材にいくつかの機能を実装し,季節の変化と日周運動を理解する教材を開発した。身体化デザインの観点から分析し,その効果が検証された。以上から,ARやタンジブルによるモデルを活用した理科授業デザインの在り方を検討した。議論の結果,当初予定した単元内容とは異なる教材にはなったが,教材開発および実践等は予定通り進み,その成果は,学会発表,論文投稿など情報公開も行っている。開発したAR教材を使った試行実践を複数回行ってきた。これらの分析結果から,AR教材を活用するポイントや課題,学習者の理解の特徴が明らかになっている。

次年度は,それらを総合し,デザイン原則を検討する。また,開発教材を新たなシステムに移植することで,多くの学校現場が活用できる環境を構築する。これらの成果を学会等で発表する。28年度が最終年度であるため、記入しない。科学教育本年度は,「月の満ち欠けのAR教材」に,思考活動を促進させる「自己調整支援プロンプト」と「推論支援プロンプト」を実装し,その効果を検証する。また,「AR鏡教材」は,理科学習のみならず数学と連携した授業デザインを行い,教科横断的な授業デザインとそれに対応した教材のカスタマイズを行う。また,AR技術では十分に対応できない場面も抽出された。そこで,身体動作と連動したタンジブル地球儀を開発し,実践を行う。次年度は,予定していなかった新システムへの移植作業及び一般公開を行う。そのために資金を繰り越した。システムのプロトタイプを作成の結果,次年度は,一部を外注する必要が生じたため。新システムへの移植のための機材の整備,学生アルバイトへの謝金,一般公開に向けた各種サービスへの登録のための資金として利用する。ソフトハウス等に,システムの一部製作を外注する。