hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
有機半導体メモリの作製と擬似ニューラル回路への応用

また正のバイアスを印加することで、初期値に戻すことができる(リセット機能)ことを確認した。現在、さらに進めてnタイプのOTFTメモリの作製を試みている。このようにOTFTメモリをアレイ上に配列することで有機半導体デバイスのみで人間の脳における演算処理(ニューラル機能)を再現することが可能となる。またOTFTのゲート部面積を拡張し、表面にタンパク質結合による電位変化をモニターできることも確認されており、バイオセンサー機能とメモリと一体化した知能化センシングも可能となることが明らかとなった。有機薄膜材料は軽量かつ耐衝撃性に優れ、低温成膜できるため従来と比較して低コストでの半導体素子が生産可能となる。本研究では、ペンタセンをチャネル層、絶縁層に電荷捕獲層を設けた有機半導体メモリの作製を試みた。ゲート電極としては、硼素ドープのp型半導体を使用し、その上に酸化膜と電荷捕獲層(CYTOP)を積層した、最後にソース・ドレインとして金電極を形成した。情報の書き込みはゲートに負バイアスを印加することで行い、しきい値電圧を測定したところ、ストレス印加前と比較して最大1.4V程度の変化がみられた。このことは、人間の脳の記憶保持機能に対応する。また、初期値に戻すことができることも確認した。有機半導体メモリにおいて極めて安定した電荷保持性が得られた。半導体工学単体デバイスの動作が確認できた段階で、それらをマトリックス状に配置しニューラル動作を確認する。具体的には、表面波メモリの伝播路上に有機H薄膜トランジスタを作製し、空間電荷蓄積層を形成する。当初目標である有機薄膜トランジスタのメモリ特性が確認されたことで、今後の計画に見通しが得られた。試薬の金額が予想を下回ったため疑似ニューラル回路を作製する。マトリックス配置は3x3構成からスタートし、構成された各々のデバイスにパルス電圧を印加して出力特性が制御できるかどうかを確認する。また、リセット状態に復帰できるかどうかについても調べる。すべてのデバイスが電荷保持または放出できるよう回路設計する。平成27年度に塗布材料を購入する。分析費用が安価で済んだため分析費用に充当する
二次元フラストレート量子スピン系における磁場誘起トポロジカル相転移の理論

フラストレート系では、様々なエネルギー最適化の条件が競合し、系がそれらの条件を同時に満たせないため、特異な揺らぎが生じ、特異な物性が出現することが期待されている。本研究では、二次元フラストレート量子スピン系の磁化曲線中にあらわれる磁化プラトー相(磁化の平坦領域)の量子状態をトポロジカルな視点から明らかにし、プラトーと非プラトー相間のトポロジカルな量子相転移の起源を理解することを目指し研究に取り組んでいる。今年度は、ベリー位相による量子スピン状態の識別および、異方的三角格子ハイゼンベルク模型の磁場中基底状態の解明の2点を中心として、研究を行い次のような成果を得た。(1)一次元および二次元のフラストレート量子スピン系の磁化プラトー相における量子状態をベリー位相というトポロジカルな量で特徴づけることに成功した。磁化プラトー相におけるトポロジカルな量子相転移の出現を示唆する結果が得られており、磁化曲線中の量子相転移をトポロジカル数で区別することで、磁化プラトー現象の統一的理解につながると期待される。(2)異方的三角格子ハイゼンベルク模型の量子プラトー状態を、DMRGを中心として、解析を行ない、磁化プラトー相の存在を示唆する結果を得たが、系のサイズ依存性や境界条件の影響が大きく、磁化プラトー相の出現を確立するには、至らなかった。厳密対角化、スピン波計算の手法を組み合わせることで、磁場中基底状態を明らかにする予定である。来年度以降もこうした研究成果を発展させ、フラストレートスピン系のトポロジカルな相転移に関する基盤研究の確立を目指す。DMRGを中心とした大規模数値計算を実行し、異方的三角格子ハイゼンベルク模型の磁場中基底状態を明らかにする研究を行った。フラストレーションの強いパラメータ領域で新規プラトー相が実現することを示唆する結果をえたが、系のサイズ効果や境界条件の影響が当初想定していたよりも大きく、この結果を確立するには至らなかった。今後は、厳密対角化およびスピン波計算にも取り組み、多方面から研究を発展させることで、特異な量子状態の存在の有無を確立することを目指す。当初予定よりも、このテーマに関する進捗状況は遅れている。一方で、一次元および二次元量子スピン系における磁化プラトー相をベリー位相というトポロジカルな量で特徴づけることに成功し、成果の一部を論文発表した。トポロジカルな量子相転移の出現を示唆結果も得られており、このテーマについては、順調に成果を得ている。このように、異方的三角格子の磁化プラトーについての研究に少し遅れが見られるため、現在までの進捗状況の評価は、やや遅れているとした。今後は、今年度の成果を発展させ、次のように研究を推進する予定である。1.S =1/2異方的三角格子ハイゼンベルク模型の磁場中相図の解明。異方的三角格子ハイゼンベルク模型の磁場中基底状態、量子相転移をDMRG、厳密対角化法、スピン波計算により明らかにする。フラストレーションの影響が強いパラメータ領域を中心に計算を行い、磁化プラトー相の発見を目指す。2.二次元フラストレートスピン系を中心としたハイゼンベルク模型の磁化プラトー状態をベリー位相を用いて特徴づけることによって、磁化曲線中の量子相転移をトポロジカル数で区別し、磁化プラトー現象の統一的理解の確立を目指す。3.磁化プラトー状態と量子エンタングルメント状態の関係性の解明。磁化プラトー状態における量子エンタングルメントを、エンタングルメント・エントロピーや相互情報量を用いて調べ、量子エンタングルメントの構造を明らかにする。更に、外部磁場の空間揺らぎによるエンタングルメント構造の変化を明らかにし、量子情報や量子コンピュータへの応用につながる基礎理論の構築を目指す。4.新規数値計算プログラム開発。二次元フラストレート量子スピン系の磁場中基底状態における大規模数値計算を行うためのプログラムを開発する。従来の計算法では到達不可能な大きなサイズでの量子スピン計算の実現を目指す。従来、二次元フラストレート系に適用可能な計算手法は数少なかったが、最近の数値計算手法の発展により、対象とする系での大規模計算が可能となった。本年度は、DMRGを中心とした大規模数値計算を実行し、異方的三角格子ハイゼンベルク模型の磁場中基底状態を明らかにする研究に取り組んでいる。現在、フラストレーションに起因した特異な量子状態が出現することを示唆する結果を得ている。来年度以降、更に大規模な系での計算を実行し、多方面から研究を発展させることで、特異な量子状態の存在の有無を確立することが期待される。また、厳密な基底状態をもつ一次元フラストレート磁性体の磁場中基底状態を明らかにし、磁化プラトー相の量子状態をベリー位相というトポロジカルな量で特徴づけることに成功した。磁場中のスピン系で、新たなトポロジカル状態を発見することは、量子コンピューティングの土台構築など、将来的に広く社会に貢献することにつながると期待されている。更に、三次元コランダム系の量子相転移について、ベリー位相による特徴づけを試みるなど、一般的な磁性体への応用にも理論発展を目指している。

来年度以降もこうした研究成果を発展させ、フラストレートスピン系のトポロジカルな相転移に関する基盤研究の確立を目指す。DMRGを中心とした大規模数値計算を実行し、異方的三角格子ハイゼンベルク模型の磁場中基底状態を明らかにする研究を行った。本年度の研究成果により、フラストレーションの強いパラメータ領域で新規プラトー相が実現することを示唆する結果をえた。しかし、系のサイズ効果の影響が当初想定していたよりも大きく、この結果を確立するためには、更に大規模計算を実行する必要があり、30年度も引き続き研究を進める必要がある。大規模計算の結果も含め、多方面から研究を発展させることで、特異な量子状態の存在の有無を確立することが期待されている。当初計画では、本年度のうちに、磁化プラトー存在の有無を確立する予定であったため、このテーマに関する進捗状況は、やや遅れていると評価する。一方で、厳密な基底状態をもつ一次元フラストレート磁性体の磁化プラトー相をベリー位相というトポロジカルな量で特徴づけることに成功し、この成果について、現在、論文執筆中である。磁化プラトー状態とトポロジカルな状態との関連性については、平成30年度以降に取り組む予定であったが、この問題を扱うのに適切な模型があることが分かり、当初の予定よりも早めにこの問題に取り組みはじめ、順調に成果を得ている。このように、初年度の主要テーマである異方的三角格子の磁化プラトーについての研究に少し遅れが見られるため、現在までの進捗状況の評価は、やや遅れているとした。フラストレート系では、様々なエネルギー最適化の条件が競合し、系がそれらの条件を同時に満たせないため、特異な揺らぎが生じ、特異な物性が出現することが期待されている。本研究では、二次元フラストレート量子スピン系の磁化曲線中にあらわれる磁化プラトー相(磁化の平坦領域)の量子状態をトポロジカルな視点から明らかにし、プラトーと非プラトー相間のトポロジカルな量子相転移の起源を理解することを目指し研究に取り組んでいる。今年度は、ベリー位相による量子スピン状態の識別および、異方的三角格子ハイゼンベルク模型の磁場中基底状態の解明の2点を中心として、研究を行い次のような成果を得た。(1)一次元および二次元のフラストレート量子スピン系の磁化プラトー相における量子状態をベリー位相というトポロジカルな量で特徴づけることに成功した。磁化プラトー相におけるトポロジカルな量子相転移の出現を示唆する結果が得られており、磁化曲線中の量子相転移をトポロジカル数で区別することで、磁化プラトー現象の統一的理解につながると期待される。(2)異方的三角格子ハイゼンベルク模型の量子プラトー状態を、DMRGを中心として、解析を行ない、磁化プラトー相の存在を示唆する結果を得たが、系のサイズ依存性や境界条件の影響が大きく、磁化プラトー相の出現を確立するには、至らなかった。厳密対角化、スピン波計算の手法を組み合わせることで、磁場中基底状態を明らかにする予定である。
r-過程解明に向けたブランクスポット領域核の質量測定開拓

質量数が195となる金・白金などの元素は、天体における速い中性子捕獲過程(r-過程)で生成された、極めて中性子が過剰な不安定核の崩壊によって作られたと考えられる。起源となった中性子過剰不安定核の質量・寿命からは、逆にrー過程の天体環境を探ることが出来る。本研究では、これら中性子過剰不安定核を原子核反応で人工的に合成し、質量を測定を行うための開拓的研究を進めてきた。これまでに、中性子過剰不安定核の生成・分離を高効率で行える元素選択型質量分離器(KISS)に、原子核の質量を精度よく測定するための反射型飛行時間測定式質量分光器(MRTOF)を結合し、質量測定を本格的に行える環境を整えた。本研究で測定対象としているタングステン(Z=74)から白金(Z=78)までの中性子過剰短寿命核をレーザー共鳴イオン化するため、イオン化経路探索が必要であった。そのためにH26年から開発を進めていた質量分離可能なイオン化テストチェンバーを完成させ性能確認を行った。この装置による系統的探索を続行している。ビーム実験においては、198,199Pt同位体に対するレーザーの共鳴波長分布を測定できた。この情報はレーザー波長を広げてイオン化効率を向上させる上で貴重である。他方、この測定によって得られた超微細構造分岐から、未知であった199Ptの核磁気モーメントが得られる見通しである。共鳴イオン化した元素はアルゴンと結合した分子状イオンとなって、イオン化効率の低減及び本測定におけるバックグランド源となっていた。そこで効率向上の開発では、アルゴンガスセル直下流のイオン引出し系であるイオンガイドを直列2段構造とし、その間隙に電場を印加することで、分子状イオンの乖離に成功した。本研究に用いる元素選択型質量分離器(KISS)への多重反射型飛行時間式質量測定器(MR-TOF)導入に向けた入射系の開発では、同様の入射部を持つガス充填型反跳イオン分析器(GARIS)に結合されたMR-TOFのよる質量測定実験において、日常的開発を進めた。ちなみにGARIS+MR-TOFの実験では、重原子核領域での質量精密測定に成功した。入射部の中心部をなすヘリウムガスセルクーラーバンチャーのオフライン開発では、ガスセルからのイオン引き出しに用いる高周波カーペットの効率(100%)が測定できた。目標とする全系での測定効率30%以上は、充分達成できる見通しである。イオン化経路の系統的探索については、当初計画よりも若干の遅れはあるが、日常的試験ができる環境が整備されたことで、今後の進展が望める。他方、KISSイオン化効率向上という観点からは、本研究計画に含めていなかったガスセルチャンバー内の改造により、大いに改善が図られた。またMR-TOFのKISS入射部の開発研究は順調に進展しており、来年度には予定通り実機を完成させられるであろう。MR-TOF用ビームラインの設置については、当初要求の予算額削減のため、本年度製作は断念したので、来年度費用およびKEKの運行金での建設を検討する。KISSのイオン引き出し効率向上に向けて、一次ビームをガスセルに入射させないためのドーナッツ型ガスセルの採用とガスセル外側に回転標的を設置するとともに、ガスセル周囲のアルゴンガスを一掃して高真空環境を実現した。これにより、従来よりも10倍高い短寿命核イオンの引き出しができるようになった。共鳴イオン化経路探索においては、Ptの超微細構造測定とともに、十分な統計量でIrの超微細構造測定に成功した。結果は解析中であるが、未知量であった197,198 Irについての荷電半径シフト量や核磁気モーメントが得られるものと期待している。先に測定された199Ptについての結果は現在出版準備中である。並行して進められたMRTOFシステムの開発は、主にGARISに設置した原型器による性能向上開発が行われた。その結果この年だけで、重核領域における71核種の質量測定を行い、30以上の未知質量の測定に成功した。また中質量核領域においても、質量決定精度10keV以下という実績を生み出すことができた。さらに重核領域において低温ガスセルからMRTOFに引き出される多くの短寿命核イオンが2+の電荷状態になっていることを初めて見出された。KISSに設置すべきMRTOFシステムの検討については、KISSビームのMRTOFへのビーム偏向装置が設置された。詳細なイオン光学シミュレーション計算の結果、二重集束型の偏向電場を採用している。偏向されたKISSビームは、四台の四重極電場で収束され、直径2mmのビーム像で入射用ガスセルに打ち込まれる。ビーム偏向装置から平板トラップを経てMRTOF本体に至るまでの全系の最適化・設計詳細が終了した。MRTOF原型器における、0.1%程度と低いシステムの測定効率の原因解明に手間取った。その影響でKISSに設置するシステムの詳細設計を終了できなかった。結果的には、2+電荷状態として引き出される現象を突き止められたので、当初の設計概念のまま進めても課題を残さないことが判明した。他方で、気体充填型質量分離器(GARIS)に設置したMRTOF原型器による画期的質量測定及びKISSガスセル周辺のイオン引き出し効率向上に向けた大改造とその試験を優先させたため、MRTOFシステムの設計・製作にマンパワー及び資金の注入が困難となった面もある。

当初計画よりも約1年近く伸びた装置設置になってはいるが、本年度内には性能試験を経て、実験課題申請にまで行き着けるものと期待している。ガス充填型反跳イオン分離器(GARIS)に設置し開発的研究を進めてきた多重反射型飛行時間測定式質量分光装置(MRTOF-MS)で得られた成果については、逐次学術論文に投稿した。特に超ウラン元素領域の原子核質量測定結果は、新たな超重核探索研究を切り開く成果として、論文公開と同時に記者発表を行った。この開発過程で100K程度に低温化したヘリウムガスセルによって、短寿命核イオンのガスセル内での残存確率が高まること、大きな原子番号を持つイオンの場合は、ヘリウムとのイオン化ポテンシャルの違いを正しく反映して2価状態での残存確率が高まり、それの引出しが有利となることが見出された。本研究におけるKISS-MRTOF-MSの運転においても有効な知見である。KISS-MRTOF-MSについては、昨年度から継続して装置の設計と製作、据え付け・試験が行った。製作費用の問題から半年程度の計画の遅れを生じたが、粛々と現場での組立てが進んだ。具体的には、昨年度整備した専用ビームライン下流に、KISSからの不安定核を補足するためのヘリウムガスセル、そこから引出したイオンの輸送用高周波6極イオンガイド、またMRTOF入射条件であるイオンのクーリング、バンチング用線形4重極イオンガイドと平衡平板型イオントラップの組込みが終了し、ヘリウムガスによる差動排気状況の確認・調整が終了した。並行して、既設のMRTOF飛行管部分を短縮したmini-MRTOFの組上げ後、ミラー型電極などの昇圧調整が進んでおり、H30年度前半に全系が完成、KISSからの安定核ビームによる性能最終試験を行う。当初目標としていた質量測定対象核種の一部を含む実験については、予定通り実験課題採択委員会に実験課題を申請、遂行すべしとの評価を得たので、H30年度後半からのビームタイムで本研究課題の目標とした質量測定開拓を開始出来る見通しとなった。質量数が195となる金・白金などの元素は、天体における速い中性子捕獲過程(r-過程)で生成された、極めて中性子が過剰な不安定核の崩壊によって作られたと考えられる。起源となった中性子過剰不安定核の質量・寿命からは、逆にrー過程の天体環境を探ることが出来る。本研究では、これら中性子過剰不安定核を原子核反応で人工的に合成し、質量を測定を行うための開拓的研究を進めてきた。これまでに、中性子過剰不安定核の生成・分離を高効率で行える元素選択型質量分離器(KISS)に、原子核の質量を精度よく測定するための反射型飛行時間測定式質量分光器(MRTOF)を結合し、質量測定を本格的に行える環境を整えた。懸案となる項目は、MR-TOF用のKISSビームライン増設を本年度見送った点にある。他方、MRーTOF及び入射部の開発は順調であった。そこで、来年度は、一部計画を変更して、MR-TOFと入射部を結合させた全系の性能試験を、現状のオフライン試験の場所で進めたい。この系には、独自の試験用イオン源も搭載される予定なので、KISSからのビームを使わずとも当初の計画に沿った開発研究が行える。KISSビームライン設置は、既存チャンバーなどの有効利用を追求し、コスト削減に務めたうえで、科研費の一部およびKEKの運営費交付金で遂行することとし、今年度内のMR-TOF系のKISSビームらいへの組み込みを目指したい。
子どもを産まない世代の身体観を踏まえた「女性の健康支援」に関する研究

少子化という言葉の定着が示すように、子どもを産まない女性は増加の一途をたどっている.本研究は生殖年齢にありながら妊娠や出産に対して消極的な女性とその母親世代の女性たち29名への聞き取り調査を行い、現代の女性たちの身体観に焦点を当てつつ「女性の健康支援」を検討した.調査の結果,生殖をめぐる身近な女性でさえも女性の身体を生殖から切り離している,自らの身体の生殖性を大切にされない経験,娘の身体の生殖にかかわる部分に距離を置く母親,生殖が女性の社会的地位と対立するかのように位置づけられているという特徴が母娘二世代に及んで確認でき,生殖をめぐる女性の身体や健康に関する伝承は期待できない状態を確認した.平成24年度の研究概要は以下の通りである.1.「生殖」に関する観念と行為の変容という視点から,女性の社会的な地位の在り様があたかも生殖と対立するかのように規定されていることを明らかにした.2.個人の身体観が揺らぎ生殖に関する意識は希薄となり,女性の身体への関心を希薄化させていることを明らかにした.3.女性身体の在り様と保健行動の変化という視点から,女性の身体は身体的な変化だけでなく社会的な存在としての在り様も変化していることを明らかにした.上記1,2,3から,「生殖から離れている身体」に内在する4つの課題と強みが導かれた.すなわち1自らの身体の「生殖」にかかわる属性の放棄,2個人の人生の問題としてのみに閉ざされる「生殖」,3育まれてこなかった「生殖」を肯定的にみたり,生殖可能な身体として自らの身体をケアする生活態度,4無性あるいは中性的な身体に価値を置く考え方という4つの課題である。一方で,老齢期の健康を自ら担保せねばならないという若年のうちからの健康維持に対する強い動機と欲求とともに,「女性の身体は自然のバランスによって健康が保たれる」とでもいうような生物医学的な枠組みではとらえきれない身体観や健康観が明らかになった.このように,自ら獲得する老齢期の健康という十分な動機に対し,こうした身体観や健康観に基づいた看護支援があれば「生殖から離れている身体」の健康は一定程度担保し得る可能性が導かれた.なお分析過程において調査対象となった女性たちは「生殖をめぐる関心が低かったり,意思決定においては曖昧で流動的,かつ,生殖や身体に関する観念や行為が,本来生殖と密接に結びついている女性の生物学的な身体には基づかない状態にある」ことが明らかとなった.そこで本研究では,このような状態によって生じている現象,及びそうした身体を持っている人々の双方を「生殖から離れている身体」となづけた.平成25年度の研究概要は以下の通りである。前年までの研究成果から「生殖をめぐる関心が低かったり意思決定においては曖昧で流動的、かつ、生殖や身体に関する観念や行為が女性の生物学的な身体には基づかない状態」によって生じている現象、およびそうした身体である人々の双方を「生殖から離れている身体」と名づけた。最終年度である平成25年度は「生殖から離れている身体」である人々に対する健康支援を検討するため、研究成果の一部を国立民族学博物館研究プロジェクトや第29回日本助産学会学術集会で報告し、助産学や看護学にとどまらず医学、社会学、文化人類学など、学際的見地からの示唆を得た。すなわち、ことの是非は別としても、わずか100年ほど前の日本では、女性が結婚をして子どもを産むことは当たり前と考えられており、しかも,社会全体がそのように女性を見なしていただけではなく,女性自身もまたそのように考えていた。しかしながら、少子化という言葉の定着が示すように「子どもを産まない」女性たちは年を追うごとに確実に増加している。こうした社会状況の変化を背景として,現代の女性たちの生殖観や身体観に焦点を当てて、時節にマッチした「女性の健康支援」の在り方を検討した本研究課題は一定の評価を得た。これらの示唆や評価を踏まえて、現在は2編の学術論文を執筆している。これらの論文によって本研究課題の成果を公開する見込みである。少子化という言葉の定着が示すように、子どもを産まない女性は増加の一途をたどっている.本研究は生殖年齢にありながら妊娠や出産に対して消極的な女性とその母親世代の女性たち29名への聞き取り調査を行い、現代の女性たちの身体観に焦点を当てつつ「女性の健康支援」を検討した.調査の結果,生殖をめぐる身近な女性でさえも女性の身体を生殖から切り離している,自らの身体の生殖性を大切にされない経験,娘の身体の生殖にかかわる部分に距離を置く母親,生殖が女性の社会的地位と対立するかのように位置づけられているという特徴が母娘二世代に及んで確認でき,生殖をめぐる女性の身体や健康に関する伝承は期待できない状態を確認した.本研究の目的は,子どもを産まない世代の女性たちの身体観を明らかにし,その身体観を踏まえた「生涯にわたる女性の健康支援」を導き出すことである.この目的に接近するため3ヶ年計画を立てた。初年度である平成23年度は「生殖」や「女性身体」に関する社会科学領域の研究成果に照らしつつ,聞き取り調査で得られた資料を分析した.具体的には,30才代から80才代までの女性たち30名から得られた生殖や健康をめぐる経験の語り(子どもを産まないという経験,健康や医療に対する考え方,具体的な保健医療行動や受診行動,周囲の人々との関係性の在り様など)を質的に分析した.その結果,次の成果が得られた.1.調査対象者の語りには,自身の身体が女性の身体であるといった生物学的かつ本質的事実に対して、いわば無頓着とでも言い得るようなさまが確認できた.

2.調査対象者の語りには,自らの身体が生涯にわたってケアをしなければならない身体であるという意識が希薄であり,そうした意識を希薄化させる要因が複層的に存在していることが示唆された.3.上記に代表される,女性の身体観の変容を示唆する語りは,母娘2世代にわたって確認でき,ここに女性の健康支援に関する施策が奏功しない要因の一つを見ることができた.4.上記の結果から,「生涯にわたる女性の健康支援」の在り方を検討するには,子ども産まない世代の女性たちの身体観を踏まえた議論が不可欠であること,すなわち本研究の目的および必要性が支持された.平成23年度および24年度の研究成果から,本研究を遂行する妥当性が確認でき,最終年度の研究計画に大幅な修正を加える必要性がないと判断した.平成23年度の研究成果から,本研究を遂行する妥当性が確認でき,次年度以降の研究計画に大幅な修正を加える必要性がないと判断した.平成23および24年度の研究実成果を踏まえ,平成25年度(最終年度)も当初の研究計画にしたがって研究を遂行する.具体的には,前年度までの研究成果の一部を国立民族学博物館研究プロジェクトで報告し学際的見地からの示唆を得て聞き取り資料の分析を深める。そして性差医学的見解など理論的考察を加えたうえで、本研究の最終目的である「生涯にわたる女性の健康支援」施策に対する提言を看護学の見地からまとめる予定である.平成23年度の研究実成果を踏まえ,次年度以降も当初の研究計画にしたがって研究を遂行する.具体的には,平成24年度(研究計画2年目)では,平成23年度(初年度)の研究成果を第41回日本女性心身医学会学術集会で発表し,学際的見地からの示唆を得たうえで,聞き取り調査資料の分析を深める.平成25年度(最終年度)は,前年度までの分析結果を踏まえて,「生涯にわたる女性の健康支援」施策に対する提言をまとめる予定である.平成23および24年度の研究実績,および当初の研究計画に照らして,研究費は主に研究発表の準備,および分析の深化に必要な調査研究に使用する予定である.平成23年度の研究実績,および当初の研究計画に照らして,研究費は主に学会発表の準備,および分析の深化に必要な調査研究に使用する予定である.
新規酵素群グリセロホスホジエステルホスホジエステラーゼを分子標的とする基盤研究

本研究では,新規なGDE5を単離し,骨格筋細胞の分化に関与することが明らかにした.GDE5 mRNAは心筋や骨格筋組織において強く発現しており,マウス筋芽細胞株C2C12細胞でGDE5をノックダウンした場合には,筋細胞分化,および筋管形成が著しく促進し,さらに,GDE5の骨格筋特異的過剰発現マウスは速筋型筋重量の低下を呈し,GDE5は骨格筋の細胞分化に深く関わることが示唆された.GDE5はGroPChoを特異的に分解し,細胞内のGroPCho濃度の調節に関わる可能性を示し,骨格筋細胞の分化過程における細胞内のGroPChoの役割を示唆した.本研究では,新規なGDE5を単離し,骨格筋細胞の分化に関与することが明らかにした.GDE5 mRNAは心筋や骨格筋組織において強く発現しており,マウス筋芽細胞株C2C12細胞でGDE5をノックダウンした場合には,筋細胞分化,および筋管形成が著しく促進し,さらに,GDE5の骨格筋特異的過剰発現マウスは速筋型筋重量の低下を呈し,GDE5は骨格筋の細胞分化に深く関わることが示唆された.GDE5はGroPChoを特異的に分解し,細胞内のGroPCho濃度の調節に関わる可能性を示し,骨格筋細胞の分化過程における細胞内のGroPChoの役割を示唆した.新規細胞骨格調節因子であるGDE3のグリセロホスホジエステルホスホジエステラーゼ領域のアミノ酸配列を指標として,ヒトゲノム,およびマウスゲノムデータベースに対して新たなGDE相同性遺伝子の探索を行い,研究代表者が同定した3種類の動物由来新規GDE遺伝子(GDE3,GDE5,GDE7)について,発現組織における分子レベルでの生理機能の解析,また病態発症におけるGDE遺伝子の発現解析,および機能解析を行った.1)GDE5骨格筋特異的過剰発現マウスの病理学的解析を行った結果,筋線維面積の減少が認められ,DNAマイクロアレイ法を用いて網羅的な遺伝子解析を行った結果,ストレス応答性遺伝子や筋神経接合部を構成する遺伝子の著しい発現上昇が認められた.また一年齢までの長期飼育を行った結果,遅筋型への形質転換がRNAレベルでの発現によって確認された.2)GDE3のレトロウイルスを用いた発現系を確立し,GDE3の培養骨芽細胞株への安定形質転換による骨形成への影響を解析した.骨形成作用は認められなかったが,NIH3T3細胞への形質導入によって細胞球状化が認められ,現在,同細胞を用いた遺伝子発現について解析中である.3)GDE7の発現解析を行った.その結果、胃上部,および食道部において極めて強い発現を示すことが明らかになった.現在,GDE7の上皮細胞における発現分布を蛍光観察により解析を行い,核周縁部におけるオルガネラに存在することが明らかになった.Glycerophosphodiester phosphodiesterase(GDE)に保存されている酵素活性領域のアミノ酸配列を指標として,ゲノムデータベースに対して新たなGDE遺伝子の探索を行った結果,研究代表者が同定した新規GDE遺伝子について,発現組織における生理機能の解明,また病態発症時における役割の解明を目標として研究を行った.1)マウス筋芽細胞株C2C12細胞を用いて,RNAi法によりGDE5をノックダウンさせた際に筋分化に関わる転写因子myogeninの発現誘導が引き起こされ,筋管形成が著しく促進した.また,C2C12細胞,およびラット筋芽細胞株L6細胞を用いて過剰発現細胞株を樹立した結果,GDE5の恒常的な発現により、筋細胞分化は著しく抑制された.さらに,GDE5はglycerophosphocholineを特異的に分解する酵素であり,phosphatidylcholineの代謝系に関与することが強く示唆されるとともに,筋細胞分化を負に制御する酵素タンパク質であることが明らかとなった.2)2回膜貫通型のGDEであるGDE1,およびGDE4遺伝子について,in situ hybridization法によって,マウス消化管における発現細胞の同定などの解析を行った結果,両遺伝子由来のmRNAは腸管上皮細胞層に発現することが明らかとなった.さらに,GDE1,およびGDE4の酵素活性を検討したところ,GDE1のみglycerophosphoinositol(GroPlns)を特異的にに分解したことから,消化管上皮細胞におけるGroPlns濃度を調節する酵素としてGDE1に着目した。そこで,同細胞層における細胞内GroPlnsの枯渇を目指し,消化管上皮細胞特異的GDE1過剰発現マウスの作製に着手した.現在,トランスジェニックマウスの樹立(2系統)まで至っており、繁殖により個体数を増やすとともに,同細胞層におけるGDE1タンパク質の過剰発現などの解析を行っている.ゲノムデータベースに対してglycerophosphodiester phosphodiesterase(GDE)遺伝子の検索を行った結果,新たに同定したGDE遺伝子について,その生理機能の解明,また病態形成における役割の解明を目標として研究を行った.骨格筋において強い発現が認められるGDE5について筋細胞分化に関与することを明らかにした。さらに、マウス筋芽細胞株C2C12細胞を用いてRNAi法によりGDE5をノックダウンさせた際に筋分化が促進するメカニズムについて解析を行った。筋分化能を有さないマウス線維芽細胞株NIH3T3細胞に対しても同様にGDE5をノックダウンさせた際の遺伝子発現変動を網羅的に解析を行った結果、C2C12細胞の場合と同様に筋分化に関わるIGF2や浸透圧調節因子である尿素トランスポーターなどの発現誘導が認められた。

GDE5はglycerophosphocholineを特異的に分解する酵素であるが、glycerophosphocholineは細胞内浸透圧物質として知られていることから、GDE5をノックダウンさせた際に浸透圧の変動が誘導され、筋細胞分化が促進された可能性が考えられた。さらに、2回膜貫通型のGDEであるGDE1,およびGDE4遺伝子に着目した。マウス消化管におけるGDE1の発現が確認されたことから、消化管上皮細胞におけるGroPIns濃度を調節する酵素としてGDE1に着目し、消化管上皮細胞特異的GDE1過剰発現マウスの作製を継続した。現在,トランスジェニックマウスの樹立(3系統)まで至っている。一方、GDE4は肥満マウスdb/dbの白色脂肪組織において著しく発現誘導することが見出され、さらに単球・マクロファージ細胞において発現していることを明らかにした。同細胞の炎症反応における生理的な役割が示唆された。
生物構造の大規模かつ高精細３次元再構築技術の多面的開発研究

生体固定組織を透明にする試薬Scale技術を改良、改善、および多様化することを行ってきた。まず、新たなScale試薬を開発し、組織体積の不変、透明化スピードアップを達成した。また、組織を切らずに免疫組織染色および組織化学染色を可能にする技術Ab-Scale、Chem-Scaleを開発し、たとえば、アルツハイマー病モデルマウスあるいは患者死後脳におけるアミロイドプラークの大規模3次元再構築を得ることに成功した。合わせて、3次元空間で距離、面性、体積、物体数などを定量する解析ソフトウエアを開発した。<1.Scale技術の普及>2011年発表の「ScaleA2試薬による固定組織透明化技術」をもとに、国内外の研究室と共同研究を進めている。大容量の画像データの解析についても技術交換を行ってきた。<2.Scale技術の改良・改善>ScaleA2試薬においては、組織が膨張する、および、処理時間が長い、という問題点が指摘されてきた。これらを解決するべくScaleA2試薬をもとにScaleS溶液シリーズを開発した。マウス成獣の全脳を、膨張することなく数日以内に透明化することが可能になった。昨年から、ほかの研究グループから、いくつかの固定脳組織透明化技術が発表されており、そうした技術とScaleS技術とを比較検討することを行ってきた。<3.Scale技術の他の動物種の脳への適用>マウス脳以外に、魚脳、マーモセット脳、ヒト死後脳を使った応用例を作成している。<4.Scale技術の他の臓器への適用>脳以外に、骨格筋、心臓、リンパ組織などの透明化に成功している。<5.3次元免疫組織染色化学の開発>固定脳組織における生体高分子の拡散を著しく促進する処理技術を開発し、機械的な切片を作製することなく、3次元的な構造を抗体で染め出すことを可能にしつつある。抗体や標識色素に依存するところが大きいが、厚さ1ー2ミリ程度の脳スライスであれば、免疫組織化学染色と3次元再構築を完成することができる。同様に、固定脳組織における化学物質の拡散を著しく促進する処理技術を開発し、3次元的な構造を蛍光色素で染め出すことを可能にしつつある。組織透明化により生物試料の構造を光学顕微鏡を用いて可視化するためのScale技術を開発した後、現在も国内外の多くの研究者から関心と多くの要望、そして技術のさらなる向上のためのフィードバックを得ているところである。こうした内容を踏まえ、平成24年夏にはスペイン・バルセロナで開催された欧州神経科学会で当該技術の発表を行なった。これまで蛍光タンパク質遺伝子を導入した遺伝子改変動物(主としてマウス)について脳を中心とした神経組織の透明化とその組織学的解析を行なってきたが、その他の組織、特にヒトの腫瘍化した組織について病変部に特異的な抗体を用いた免疫組織学的染色法を盛り込んだScale技術の応用についてもさらに多くの要望が集まっている。これについては3D免疫組織観察技術として方法の確立をほぼ終了している。加えて、本技術にはi)透明化のための時間の短縮とii)透明化に伴う組織の膨潤の抑制、という二つの課題がある。これらについて検討を進めている。ScaleS試薬を用いた固定組織透明化技術を開発した。ScaleA2試薬による固定組織(主として脳)の膨張・長い処理時間を大幅に改善することができた。ScaleS試薬が、透明化が難しい老齢動物脳や高齢のヒト脳由来の固定組織についても適応可能であることを確認した。また、ScaleS試薬が組織にマイルドに作用し、透明化後も組織の超微形態を良好に保つことがわかった。特に後者に関連しては、光学顕微鏡で可視化された特徴的構造部位を電子顕微鏡に持ち込んでズームインすることが可能になった。特に神経組織におけるシナプスなどの解析に効果を発揮する。組織透明化技術にとって、透明化した組織の観察から得られる大容量の画像データ処理は大きな課題であり、効率的なハードウェアの構築ならびにこれまでの概念を超えた画像のタイリングソフトなどの新たな専用ソフトウェアの開発が重要な鍵である。この点について種々の研究機関を含めて情報交換を行い、一方で、独自の方法の開発を進めた。3次元免疫組織染色についてAbScale法というプロトコールを、3次元組織化学染色についてChemScale法というプロトコールを開発した。これらの方法により、老齢化とともにアミロイドプラークを多発するアルツハイマー病モデルマウス脳の全半球、さらにはアルツハイマー病患者由来の3-4 mm角の大脳組織ブロックで、免疫組織染色および組織化学染色が可能になった。染色後の組織をScaleS試薬による透明化技術と組み合わせることで3次元的に染色の様子を観察することができ、さらには同じ組織から特徴的な染色像を示す部位を容易に切り出し、前述したように電子顕微鏡観察用のサンプルとして移行させることが可能になった。引き続きアルツハイマー病を始めとした神経変性疾患モデルマウス、またヒト組織を用いて特徴的な3次元免疫染色を行い詳細な解析を行った。

26年度が最終年度であるため、記入しない。バイオイメージング26年度が最終年度であるため、記入しない。Scale技術および他の追随する透明化技術によって、我々が2011年度の論文発表で強調したコンセプト「2Dから3Dへ」の共有認識が拡がりつつある。固定脳透明化技術に内在する問題点も明らかになり、当該技術を開発しながら新しい課題を見出だすことができている。脳組織の処理技術に始まり、蛍光色素、光学顕微鏡、電子顕微鏡、データ解析などに拡がる学際的技術開発研究が進行中である。平成24年度に行なうべき課題についてその検討はおおむね順調に進んでいる。すでにScale化した組織の特異抗体を用いた染色法、すなわち「3D免疫組織観察法」の確立をほぼ終了している。これに加え、現在は3D in situ hybridization法の開発に取りかかっている。また、「マウスの脳以外の組織・器官・臓器を対象とする方法の最適化、ならびにマウス以外の実験動物を対象とする方法の最適化」については、マウスの脊髄、心臓、肺、脾臓、腎臓、ならびに筋組織の透明化に最適な条件をほぼ確立した。マウス以外の実験動物としてzebrafish成体などの遺伝子改変魚類、遺伝子改変ショウジョウバエについての透明化の検討を進めている。加えて、本技術の課題であるi)透明化のための時間の短縮とii)透明化に伴う組織の膨潤の抑制についても改変技術を検討している。特に、「透明化のための時間の短縮」については異なる組成のScale溶液戸の組み合わせにより、オリジナル技術の場合に要する時間を30%短縮することに成功している。現在さらなる時間の短縮を目指している。「透明化に伴う組織の膨潤の抑制」については浸透圧のコントロールを中心に種々の物質を用いた検討を行なっているが、この課題の克服にはもう少し時間と検討を要すると考えている。引き続き、Scale技術の改善・改良を図るとともに、3次元免疫組織染色や3次元組織化学染色との組み合わせを実践的に開発する。Proof of conceptの証明は、透明化が比較的難しいとされる老齢動物脳を使って行う。特にアルツハイマー病研究を意識し、アルツハイマー病患者の死後脳(他研究室との共同研究)やアルツハイマー病モデルマウスの脳を用いた実験を精力的に進める。透明化技術は非常に誤解されやすい状況にあるといえる。論文に掲載されたプロトコールをもとに、各研究者が生体サンプルの状態によっていろいろなファクターをオプティマイズする必要がある。そのあたりのガイドラインを提供していくことが重要であると考えている。24年度に引き続き、Scale溶液の浸透圧の調節を行う。また迅速化と膨張防止を同時に満たす透明化技術を確立する。界面活性剤についても同様の観点で改良を行う。改善Scale技術を用いて、マウス脳における神経回路の大規模かつ高精細の3D再構築を試みる。
空孔を有するはんだ接合部の損傷力学に基づく強度評価

電子機器の高性能化、高精度化に伴い、はんだ接合部の強度評価が重要になってきている。本研究では、表面実装方式の一つであるリフロー法の際、不可避的に発生するはんだ中の空孔の影響に着目し、空孔と疲労寿命との関係を調べることを目的とした。実験と数値解析の両方を行った。成果を以下に列記する。(1)はんだの種類を三種類に変えて熱疲労試験を実施した結果、フラックス量の少ないはんだほど内部に大きな空孔が形成されることが分かった。(2)空孔の面積日の大きな接合部ほど疲労寿命が低下する傾向が実験的に観察された。(3)疲労破面上に見られるき裂は主き裂からノミット界面方向に進展じて界面で停留した分岐き裂であると考えられる。また有限要素法により、空孔の存在するはんだ内でのき裂の進展を損傷力学によりを解析し、空孔による疲労寿命への影響を定量的に評価した。そして(4)大きな空孔の存在は疲労寿命を低下させる可能性が数値解析からも推定できる。したがってはんだ接合内部に発生する空孔をできる限り小さくすることが推奨される。との結論を得た。またはんだのような界面の影響についても三次元損傷解析を行い、海面層の厚さの影響について定量的な考察を行った。との結論を得た。はんだ接合部の疲労破壊試験を実施した。そのためには、微小な荷重・変位範囲を制御できる試験機が必要となる。ここではステッピングモータを利用した、変位制御疲労試験機を試作した。はんだの接合部モデルとして、実際に使用される部品の二倍の寸法を持つ接合部を作成した。はんだに含まれるフラックス量を変化させて、三種類のはんだを用いた。はんだへの通電、切断のサイクルにより、はんだ部には繰り返し熱応力が発生する。これを定変位の繰り返し試験により模擬した。繰り返し変位量は過去の申請者の熱変形有限要素法解析の結果を基に決定した。疲労寿命の決定は、反力が急激に低下する時点とした。フラックス量と疲労寿命との間に相関関係が認められた。これは、試験後のはんだ接合面を観察して、非接合面を考慮した結果得られたものである。はんだ接合面には、非接合面として、多数の空孔があることが確認できた。空孔の大きさ、分布はフラックス量により変化することが測定により分かった。すなわち、空孔の存在がはんだ接合部の疲労寿命と密接に関係していることが確かめられた。また疲労破面上には疲労き裂の進展方向に対してそれと直行する分岐き裂が多数存在していることがわかった。これははんだが上下面をはんだより硬い材料にはさまれており、その中を疲労き裂が進行するために、き裂先端が純粋モードIではなく、モードIとIIの混合モード状態になっているためと推定できる。このように、はんだ内部での疲労き裂進展に及ぼす因子として、空孔の存在、混合モード等があることが分かった。これに基づいて、現在損傷解析のためのモデル作成を進めている。次年度には損傷解析を実施する予定である。(2)空孔の面積比の大きな接合部ほど疲労寿命が低下する傾向が実験的に観察された。(3)疲労破面上に見られるき裂は主き裂からパット界面方向に進展して界面で停留した分岐き裂であると考えられる。

したがってはんだ接合部内部に発生する空孔をできる限り小さくすることが推奨される。との結論を得た。またはんだのような界面の影響についても三次元損傷解析を行い、海面層の厚さの影響について定量的な考察を行った。
中国共産党に関する歴史的考察

この一年間における史料収集および収集した史料による考察から、1920年代後半から1930年代初頭の地方における中国共産党は、明らかに、中国漢民族による一党支配体制を築き上げることにしていたことが確認できた。従来のこの時代における中国共産党に関する研究は、ソ連およびコミンテルンと関係によって考察されていたのが、最も一般的かつ普遍的であったことから、社会主義と共産主義および地方暴動を重要な研究テーマとしていた。すなわち、中国共産党中央における諸政策がソ連およびコミンテルンによる政策との関連において、分析されていたことから、中国共産党の独自性が明らかにされることもなく、地方における中国共産党政策も中国共産党中央政策と比較してみても、あまり変わらない内容として、叙述もしくは、分析されていたのが、一般的であった。そして、この一年間における研究を行なった結果として、1930年代初頭において、中国共産党が「階級基礎転換」という政策を実施いたことが確認できた。すなわち、この時期に党内政策として、党組織内における党員の階級身分を農民身分から労働者身分に変えることにした「階級基礎転換」政策が実施されていたことが確認できた。ただ、以上の内容を踏まえた実証研究論文を完成させるためには、また、二年という史料収集と研究期間が必要であることを感じていた。この一年間における史料収集および収集した史料による実証研究から一番重要かつ成果としてあげられることができるのは、従来の中国現代政治研究および中国共産党研究において、あまり研究されていないまたは史料の制約によって、研究されていない、1920年代後半から1930年代初頭の地方における中国共産党の政策およびその政策の内容を明らかにするために必要不可欠である未公開史料を収集によって、当時の中国共産党が明らかに一党支配体制を目指していたことが実証できるようになったということである。従来のこの時代における中国共産党に関する研究は、中国共産党とソ連、中国共産党とコミンテルンという中央レベルにおける研究が中心であったため、中国共産党独自の政策および政策に内包されていた事実が明らかにされていなかった。このことから、このたび、地方における資料収集によって、中国共産党研究の中央レベルにおける研究から、地方を中心とする研究軸が新たに提示することができた。すなわち、今年における史料収集によって、従来の中国共産党先行研究において、実証できなかった事実および発掘されていなかった諸政策の内容を明らかにすることができ、中国共産党研究の空白を埋めることができた。また、この時期の地方における中国共産党の主な政策というのは、中国共産党の独自政策である故に、その独自政策の中には明らかに民族的要素が盛り込まれていたことである。すなわち、地方における中国共産党の政策には、明らかに漢民族を中心とする中国共産党組織の建設と中国共産党員の養成が盛り込まれていた。従来のこの時代における中国共産党の先行研究には、民族的要素を中心とした研究があまりなされてないのが現実である。今年の史料収集によって、この時代の中国共産党の地方における政策には、明らかに漢民族を中心とした中国共産党の建設が目標であったことが実証できる。最後に、18年度における史料収集をも詳細かつ厳密に行なうということで、完壁な論文として18年度に絶対的に提出することにする。
時空間精密電気刺激による細胞機能の計測と制御

時空間的に制御した電気刺激パターンの印加により細胞群に誘導される変化を調べた.心筋細胞に対する半日間の連続刺激により拍動リズムの引き込み現象が起こること,神経細胞に対する時空間的な刺激パターンの履歴が誘発応答に反映されることがわかった.また,幹細胞について多数の胚様体を同時刺激するマイクロデバイスを開発した.電気刺激の時空間パターンを精密に設計することにより,急性・慢性両面において生体現象を人為的に制御する可能性が示された.神経・心筋細胞等電気的にアクティブな組織を対象にin vitro系で個々の細胞を可視化した細胞集団を構成し、単一細胞のレベルで時空間的に精密に制御した電気刺激を印加してその効果につき調べる。このような時空間精密電気刺激の効果は短期的な細胞興奮現象の誘導にとどまらず、長期的に遺伝子発現過程に関与することもあり得ると考えている。以上の状況認識に基づき、本研究では、時空間精密電気刺激の効果を(1)短期的な細胞群興奮制御(心筋細胞系)、(2)中期的な神経回路可塑性の誘導(大脳皮質神経系)、(3)長期的な遺伝子発現制御(心筋細胞市神経細胞両者への分化能を有するP19細胞系)という3つの視点から系統的に調べる。時空間的に制御した電気刺激パターンの印加により細胞群に誘導される変化を調べた.心筋細胞に対する半日間の連続刺激により拍動リズムの引き込み現象が起こること,神経細胞に対する時空間的な刺激パターンの履歴が誘発応答に反映されることがわかった.また,幹細胞について多数の胚様体を同時刺激するマイクロデバイスを開発した.電気刺激の時空間パターンを精密に設計することにより,急性・慢性両面において生体現象を人為的に制御する可能性が示された.計画初年度である平成19年度は,計測システムの立ち上げ,計測対象となる細胞系の構築手法確立を目標に研究を進めた。計測システムについては,神経活動の長時間連続計測が可能なシステムを新規導入し,培養環境下で計測が可能な系,画像取得との同時計測が可能な系と合わせて3件の計測を並行して実施できる実験系とした。細胞系は,心筋細胞,P19細胞の培養条件に関する検討を詳細に行った。新生ラットから取得した心室筋細胞を上頸神経節細胞と共培養する条件を確立した。心筋細胞が培養系において発達段階に依存した自発活動変化を示すことを確認し,この自発活動の再現性確保において培養液交換の条件が重要な役割を果たすことを見出した。さらに,培養基板底面の集積化電極を通じて電気刺激を行うことにより,自発活動周期の制御が可能であることを明らかにした。自発活動の見られない試料についても電気刺激により拍動が誘起され,これが刺激終了後も持続することを確かめた。P19については,心筋細胞,神経細胞に分化させる実験条件を確立した。心筋細胞に分化した細胞については自発同期拍動を生じることが確かめられ,神経細胞に分化した細胞については,自発活動,細胞内Caイオン濃度変化の両者において,中枢神経初代培養系と類似した活動を計測可能であることを確認した。心筋細胞系に対する電気刺激の効果の確認、P19多能性細胞に対する電気刺激印加に向けた基本特性の確認の2つの観点から研究を進めた。以下それぞれについて具体的に記述する。1.心筋細胞系に対する電気刺激の効果の確認心筋細胞の拍動周期を制御する要因として、自律神経系の寄与を取り入れた系を構築した。集積化電極基板上にマイクロ加工により2つの独立な培養区画を設け、それぞれラット心筋細胞と交感神経細胞を培養した。両者を結合する通路構造を設けることにより、形態的に結合が形成されることを確認した。心筋側、神経側とも自発電気活動が観測された。神経側の領域において広範囲に同期した電気刺激を印加することにより、心筋細胞の自律拍動周期が短縮すること、この変化が初期状態に復帰するまでに数分の時間遅れを要することを観測した。薬物投与により電気刺激の効果が阻害されることから、両者の間に機能的なシナプス結合が形成されていることが確認できた。2. P19細胞に対する電気刺激印加に向けた検討P19細胞の分化過程における電気刺激の効果を観測する前提として、薬物処理(レチノイン酸投与)により神経細胞への分化を誘導する過程における自発電気活動の観測、胚様体形成時点での電気刺激印加手法の開発を行った。P19由来神経細胞系がラット大脳皮質初代培養系に類似した自発電気活動を示すこと、マイクロ加工技術を利用して作製した電極付キャビティアレイに胚様体を並べて電気刺激を印加することにより細胞内Caイオン濃度の変化が誘導できることを確認した。平成21年度の研究実施計画として設定した2つの課題に対して、以下の成果を得た。1.心筋・自律神経共培養系における交感神経電気刺激の効果PDMS(poly-dimethylsiloxane)を利用して集積化電極基板上に形成した2つの細胞培養ウェルに上頸神経節(交感)細胞及び心室筋細胞を播種して培養した。両者を結ぶトンネル構造を通じて神経細胞の突起が伸長し、心室筋領域のかなり広い範囲に到達していることをsynapsin Iをマーカとする免疫染色実験により確認した。心筋領域で観察される拍動のリズムが、神経領域の電気刺激により亢進すること、交感神経支配の阻害剤の投与によりこの変化がブロックされることから、自律神経ー心筋間の機能的なシナプス結合形成が確かめられた。2.P19

培養細胞系における細胞分化過程の計測と制御細胞分化誘導を適用する胚様体形成過程において電気刺激を印加するデバイスを開発した。PDMSを用いて直径200μmのマイクロキャビティ289個を集積化し、これに胚様体を入れて電気刺激を印加した。400s間隔の電気刺激に対して細胞内Ca濃度変化が追従することを確認した。電気刺激操作を行った細胞群と、レチノイン酸による薬理操作を行った細胞群について、操作後1-4日の時点で発現する遺伝子群を解析するプロトコルを確立した。現時点で両者の差異は検出されていない状況である。平成22年度の研究実施計画として設定した3つの課題に対して以下の成果を得た.(1)心筋細胞系への電気刺激の効果MEA(Micro-Electrode Array)基板上に構成した培養心筋系を用いて,慢性的な電気刺激の印加によりその拍動リズムを人為的に制御する可能性につき検討した.刺激時間を1分から12時間まで段階的に変化させた結果,時間に依存した拍動リズム誘導効果が得られることを確認した.交感神経細胞との共培養系では,電気刺激により誘起される交感神経細胞群の電気活動に対応した心筋拍動周期の亢進を検出した.(2)神経回路活動における電気刺激の効果MEA基板上に構成した大脳皮質単離培養系を用いて,異なる2点からの高頻度電気刺激印加により誘導される誘発応答特性の変化を観測・解析した.(3)幹細胞系への電気刺激の効果幹細胞から分化誘導された神経細胞と初代培養神経回路の結合を試みた.MEAを用いた電気活動記録により,両組織間の活動伝搬が培養期間に依存して変化することがわかった.