hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヒト小型肝幹細胞移植の臨床応用に向けた基盤的臨床前研究

臨床応用に向けたヒト小型肝幹細胞移植の実用化に向けての基盤的研究として、(1)ヒト小型肝幹細胞の分離・同定・保存・保存解凍後の細胞特性とその再現性の探索、(2)ヒト小型肝幹細胞の増殖・分化と再生反応亢進化について、人為的制御の可能性の探索、(3)ヒト小型肝幹細胞の動物肝への細胞移植、肝組織内に内在する小型肝幹細胞の分布・動態を探索、(4)ヒト小型肝幹細胞移植後の腫瘍化形成の有無に関する長期経過観察、を中心課題として研究し、下記の具体的成果を得た。ヒト肝幹細胞を使用する実験研究を推進するため、小動物を使用した肝幹細胞移植の基礎研究とヒト肝幹細胞採取を安全に行うための臨床研究を行った。基礎研究では肝再生置換モデルを使用しドナー細胞として小型肝細胞と成熟肝細胞を使用して再生置換効率の比較を行った(Hepatology. 2013; 57:1192-202)。また、NASH肝硬変モデルに対する肝細胞移植では、肝切除の生存率を向上させ、長期生存した個体では肝再生置換が起きていることを発見し報告した(Cell Transplant. 2013; in press)。また、ドナー細胞として多能性幹細胞の性格を示したのは新生児期の胆管上皮細胞であり、成熟胆管細胞は多能性が消失していたことを報告した(J Cell Sci. 2013; in press)。臨床研究では背景肝によって術後の合併症を予測する術前因子が異なることと予後因子も異なることを報告した(World J Surg. 2013; 37:1379-87)。術中の肝切除モニタリング法として新たな全身管理指標の有用性を報告した(Surgery. 2013; 154: 351-62, J Hepatobiliary Pancreat Sci. 2014; in press)。手術の方法として、小開腹併用のハイブリット手術に関して短期の臨床成績を発表し(J Liver 2013;2:5)、右葉切除時の安全な手技に関して新たな外科機器を考案し発表した(J Am Col Surg. 2014; in press)。術前の肝機能評価法をまとめて報告する(Surg Today. 2014; 44: 1-10)とともに新たな肝切除基準を考案し報告した(Hepatogastroenterology 2013; in press)。さらに加齢に伴う肝切除術の危険性に関してメタ解析を行い、正常肝の肝切除では加齢に伴い、切除量の多い術式では危険性が高くなることを報告した(Surg Today. 2014; in press)。細胞移植時の造腫瘍性評価は、細胞製剤の作成にとっては安全性の確保に重要な課題となる。そこで、ルテラン/B-CAM分子はラミノン&#61537;5の特異的受容体となっているが、造腫瘍効果に関して検討した。肝細胞癌からはこの分子が放出されており、ルテラン/B-CAM分子が腫瘍の増殖促進に働いていることを証明した(Kikkawa Y, Mizuguchi T, et al. Exp Cell Res. 2014;328:197-206.)。ヒト肝細胞の分離は、ドナー細胞採取に係る手技や安全性の確立が急務であった。外側区域切除による安全性と効率性を重視したドナー採取法として外科手技の報告を行った(Mizuguchi T, et al. J Liver 2:141.)。また、虚血再灌流障害の術中モニタリングは難しく、乳酸によって肝細胞の生存率への影響と切除後のドナーに生じる合併症との影響に関して報告した。(Meguro M, Mizuguchi T, etal. J Hepatobiliary Pancreat Sci. 2014;21:489-498.)。この合併症に関する一定の基準が曖昧であり、国際的な統一基準が存在せず、学術的評価が困難であった。そこで、合併症の分類と程度に関して一定の標準的な基準を作成した(Ishii M, Mizuguchi T, et al. World J Hepatol. 2014;6:745-751.)。また、ドナー採取における切除領域に関しても解剖学的領域を意識した切離方法と意識しない方法とでは、細胞の増殖能に影響が出るほか、切除適応になった病態の長期予後も影響を与えうる可能性を指摘した(Ishii S, Mizuguchi T, etal. World J Gastroenterol. 2014;20:3335-3342.)。次に、安全な細胞採取のために肝臓の背面で下大静脈前面に生理食塩水を注入して行う方法を考案し、手技のビデオも併せて報告した(Mizuguchi T, et al. J Am Col Surg 2014;219:e11-4.)。また、細胞の栄養バランスとしてBCAAの重要性に関して臨床的意義を報告してきたが、これまでの報告をまとめて、著書として出版した。前年度に引き続き、ヒト肝幹細胞を臨床応用するための基礎的研究を行った。(1)分化誘導後の肝幹細胞の移植効率の検討:正常成熟マウス肝臓から樹立した肝前駆細胞株にOncostatinMを投与して成熟誘導した細胞をRetrorsine/PHモデルNOGマウス肝臓に移植すると、誘導していない細胞に比べて生着効率が著明に高まった(論文投稿中)。

これまで長期培養ができなかったラット肝細胞において、CD44陽性小型肝細胞(CD44-SHs)の一部に継代培養可能な細胞群が存在することを見出し、その特性について解析を行った。継代可能な肝細胞は、Matrigel依存性で4ヵ月以上増殖可能であり、理論上50回以上分裂する細胞が相当数存在することを見出した。CD44-SHsは、3代の継代により生着した細胞は3.17倍増殖した。増殖した細胞は、albumin, HNF4alpha等の肝細胞マーカーを発現していた。またMatrigelの重層によりCD44-SHsは成熟化し、CYP3A活性を持ち毛細胆管網を形成した。正常ヒト肝臓から分離したヒト小型肝細胞も同手法を用いてSubculture可能な事は確認した。(2)肝臓内在性肝前駆細胞の活性化機序:骨髄間葉系細胞を移植することにより内在性肝前駆細胞が増殖することを見出し、骨髄間葉系細胞の分泌するExosomesが前駆細胞にIL17RBを誘導し、類洞内皮細胞とクッパー細胞には、それぞれIL17RBのリガンドであるIL17B, IL25発現を誘導することにより前駆細胞の増殖が促進されることを見出した。(3)ヒト化肝臓ハイブリットマウスの肝再生とリモデリング:ヒト正常肝細胞をNOD/SCIDマウスに移植を試み、ヒト化肝臓マウスの作成を検討した。小動物においては継代培養可能な肝細胞の樹立方法を確立できた。今後、ヒト肝幹細胞に応用することを目指したい。臨床応用に向けたヒト小型肝幹細胞移植の実用化に向けての基盤的研究として、(1)ヒト小型肝幹細胞の分離・同定・保存・保存解凍後の細胞特性とその再現性の探索、(2)ヒト小型肝幹細胞の増殖・分化と再生反応亢進化について、人為的制御の可能性の探索、(3)ヒト小型肝幹細胞の動物肝への細胞移植、肝組織内に内在する小型肝幹細胞の分布・動態を探索、(4)ヒト小型肝幹細胞移植後の腫瘍化形成の有無に関する長期経過観察、を中心課題として研究し、下記の具体的成果を得た。新しい知見は、順調に論文化し発表している。ヒト肝細胞の分離も順調に進行しているが、レシピエント動物の使用許可のため、遺伝子組み換え実験申請が必要となり、書類審査に時間を要した。手続きは終了し、受け入れ態勢が整ったので、本年度に一定の結果が出る予定。27年度が最終年度であるため、記入しない。医歯薬学、外科臨床医学、消化器外科学、肝胆膵外科学、腫瘍学、移植学、再生医学、肝細胞分子生物学肝幹細胞の表面抗原の同定はほぼ終了し、CD44あるいはThy-1でソートした細胞の再生置換効率の比較を行っている。GMP基準による生体細胞製剤の開発に向けた、作業手順書などを作成し、細胞プロセスのマニュアル化を推進していく。臨床応用のためには、凍結・融解や、継代後の細胞機能評価が重要で、実際に小動物に対して移植して評価を行う。将来的には、免疫抑制も必要になるので、再生置換モデルが確立した後で、免疫拒絶モデルでも移植を進めていく。現在、ヒト肝細胞を使用した研究に移行中である。ヒト肝細胞を移植するための動物は免疫不全動物の使用を予定しており、遺伝子組み換え実験計画書類の整備や動物の移動にかかる手続きなどを遂行中である。当初目的の半分は達成されており、計画としては順調に遂行されている。
色素上皮由来因子トランスジェニックマウスの糖尿病腎症保護効果

糖尿病では、「慢性の血管合併症」を予防することが、治療戦略上最も重要な課題であり、糖尿病腎症においても同様であると考えられている。まず糖尿病腎症の初期において、酸化ストレスの亢進が増悪、進展因子といわれており、それらを抑制することで糖尿病腎症の進行を止めることができると予想される。初期糖尿病腎症で色素上皮由来因子(Pigment epithelium-derived factor : PEDF)遺伝子の影響を検討するために、ヒトPEDF遺伝子を導入したトランスジェニックマウス(PEDF-Tgマウス)を作製し、ストレプトゾトシンで糖尿病を発症させるモデル動物を用いる。初期糖尿病腎症においてポドサイトロスが生じることがわかっている。そこでモデル動物でPEDFがポドサイトロスを抑制するのか検討する。テトラサイクリン依存的にPEDFの発現が誘導されるプラスミドベクターを構築し、マウス胚に注入したところヒトPEDF遺伝子を有するマウスを作製する事が出来た。現在のところ、交配による当該遺伝子の子孫への伝達が確認できており、引き続きPEDF-Tgマウス株の確立をおこなうと同時に、テトラサイクリン類似体であるドキシサイクリンの飲水試験により血中におけるPEDFの発現を確認している。本研究により,テトラサイクリン投与によりPEDFの発現が誘導されるマウスを用いて、ストレプトゾトシン投与による糖尿病モデルを用いて糖尿病腎症の抑制効果を確認することが可能になった。現在のところ、交配による当該遺伝子の子孫への伝達が確認できており、引き続きPEDF-Tgマウス株の確立をおこなうと同時に、テトラサイクリン類似体であるドキシサイクリンの飲水試験により血中におけるPEDFの発現を確認した。ドキシサイクリンによるPEDF発現の誘導はドキシサイクリンの飲水中の濃度、投与期間について複数の条件を用いて、得られたトランスジェニックマウスの系統毎に検討している。
各種遺伝性疾患由来のリンパ芽球細胞株における染色体不安定性についての検討

各種遺伝性疾患の本態を究明するための試料供給源として, EBウィルスを媒介として樹立されたリンパ芽球細胞株LCLの需要が最近とみに高まっている. LCLの維持と管理に関する有効な指針を得ることを目的として,継代培養されたLCLの細胞遺伝学的性状を検索して以下のような知見を得た.1)過去2年間に新たに樹立できたLCLは次のとおり:家族性大腸ポリポーシス(FPC)36家系由来の87株.多内分泌腺腫瘍症第2型(NEN2)6家系由来の24株.染色体の遺伝性脆弱部位(FS)保有者とその家族由来の19株.各種の染色体異常症(欠失,重複,転座,逆位など)とその家族に由来した14株.2)MEN2家系及びFS保有者由来のLCLの継代培養中(2ヶ月1.5年)における染色体を分析した.樹立後4ヶ月以降に様々な染色体異常が出現することが多く, 1年以上継代したLCLの幾つかでは付加的染色体異常が100%の細胞に認められ,その一部はクローン化していた.数的異常が多く,とくにNos.5,8,12,15染色体トリソミーが目立った.染色体異常の種類や出現時期,頻度は, LCLの由来(年令,性別,遺伝的背景)とは無関係であった.3)FS保有者由来のLCLではFS発現率が概して低かった.但し, BrdU要求性のfra(I0)(q25)保有者由来の"B-3"株は,樹立後1.5年間継代した細胞でも常時4060%のFS発現率を示した. "B-3"株を用いた様々な実験からfra(10)のDNA2本鎖間にはチミン含有率に大きな差があることが判った.4)環状No.21及びNo.18染色体を伴う患者に由来したLCLでは, 3ヶ月の継代培養中でもリングは保持され,小型染色体リングの安定性が確認された.5)樹立できた幾つかのLCLは,遺伝子の局在マッピング(D18S5の18q21.3→qter,D13S21とD13S22の13q14.1→q14.2)や, FPCとMEN2における連鎖検定や造腫瘍性突然変異(異型接合性の消失などを指標)の検索などに有効に利用された.各種遺伝性疾患の本態を究明するための試料供給源として, EBウィルスを媒介として樹立されたリンパ芽球細胞株LCLの需要が最近とみに高まっている. LCLの維持と管理に関する有効な指針を得ることを目的として,継代培養されたLCLの細胞遺伝学的性状を検索して以下のような知見を得た.1)過去2年間に新たに樹立できたLCLは次のとおり:家族性大腸ポリポーシス(FPC)36家系由来の87株.多内分泌腺腫瘍症第2型(NEN2)6家系由来の24株.染色体の遺伝性脆弱部位(FS)保有者とその家族由来の19株.各種の染色体異常症(欠失,重複,転座,逆位など)とその家族に由来した14株.2)MEN2家系及びFS保有者由来のLCLの継代培養中(2ヶ月1.5年)における染色体を分析した.樹立後4ヶ月以降に様々な染色体異常が出現することが多く, 1年以上継代したLCLの幾つかでは付加的染色体異常が100%の細胞に認められ,その一部はクローン化していた.数的異常が多く,とくにNos.5,8,12,15染色体トリソミーが目立った.染色体異常の種類や出現時期,頻度は, LCLの由来(年令,性別,遺伝的背景)とは無関係であった.3)FS保有者由来のLCLではFS発現率が概して低かった.但し, BrdU要求性のfra(I0)(q25)保有者由来の"B-3"株は,樹立後1.5年間継代した細胞でも常時4060%のFS発現率を示した. "B-3"株を用いた様々な実験からfra(10)のDNA2本鎖間にはチミン含有率に大きな差があることが判った.4)環状No.21及びNo.18染色体を伴う患者に由来したLCLでは, 3ヶ月の継代培養中でもリングは保持され,小型染色体リングの安定性が確認された.5)樹立できた幾つかのLCLは,遺伝子の局在マッピング(D18S5の18q21.3→qter,D13S21とD13S22の13q14.1→q14.2)や, FPCとMEN2における連鎖検定や造腫瘍性突然変異(異型接合性の消失などを指標)の検索などに有効に利用された.各種遺伝性疾患の本態を究明するための試料供給源として、EBウィルスを媒介として樹立されるリンパ芽球細胞株(LCL)の需要が最近とみに高まっている。LCLの維持と管理に関する有効な指針を得ることを目的として、継代培養されたLCLの細胞遺伝学的性状を検索して以下のような知見を得た。LCLの由来した疾患は、家族性大腸ポリポーシス(FPC)、多内分泌腺腫瘍症第2型(MEN2),染色体異常症,染色体fragile site(FS)保有者など。結果:1.今年度新たに樹立できた細胞株は、FPCの17家系由来の53株,MEN2の3家系由来の16株,染色体異常症とその家族7株,染色体FS保有者の株であった。2.MEN2家系

由来のLCL8株(株樹立後218ケ月間培養)の染色体分析を行った。樹立後4ケ月以内では付加的染色体異常は出現しないが、6ケ月以上継代した細胞株のいずれにも530%の細胞に染色体異常(数的及び構造異常)が観察された。異常の多くは数的異常で、とくにNos5,8,15,12染色体のトリソミーが多かった。染色体異常の出現時期や頻度はLCLの由来(年令,性別,患者由来か健常者由来か)とは無関係と思われた。3.FS保因者由来の5株における付加的染色体異常として、No.12染色体のトリソミーが特異的に多いことが注目された。構造異常における再結合部位が各々の細胞株に特徴的なFSの位置と一致する知見は得られなかった。4.FS保因者由来のLCLにおけるFS発現率は概して低かった。B-3株(Brdu要求性のFS:10g25)のみが2060%の頻度でFSが検出された。次年度の課題:1.上記の特異的な染色体トリソミーが出現した細胞株について、軟寒天培地中での増殖能、ヌードマウス可移植性を検索する。2.FS保因者由来のLCLにおけるFS検出率を上げるための実験条件を確立させる。
トーラスプラズマにおけるHモード電場励起のメカニズム研究

本研究の目的は,トーラスプラズマにおいてL-H遷移の際に発生する電場の生成機構を実験的に明らかにすること,及び,電場と乱流の相互作用を解析し,乱流輸送抑制のメカニズムを明らかにすることである.本年度は,スペインのエネルギー環境技術センター(CIEMAT)のプラズマ閉じ込め装置TJ-IIにおいて,プラズマが自発励起する対称流れ場「帯状流」の基礎的特性解明のためのデータ解析を行った.電子サイクロトロン加熱および中性粒子加熱と呼ばれる二つの異なる加熱方法で生成したプラズマにおいて,10kHz以下の低周波数でポロイダル・トロイダル対称性を持つ帯状流を,静電プローブを用いて計測した.対称性を持つ揺動のみを計測するため,ポロイダル角・トロイダル角の異なる位置に二つのプローブを挿入し,強い相関を持つモードのみに着目した.どちらのプラズマにおいても,低周波数領域に帯状流の特徴的な揺動が観測された.二つのプラズマでは,主に定常の電場構造が異なる.それぞれのプラズマで計測した帯状流は,その空間構造が大きく異なることが世界で初めて示された.また,その空間構造は,振動周波数にも依存することを解明した.このことは,帯状流を平面波で近似した際に,帯状流波数が実験条件および周波数に依存することと対応している.帯状流波数スペクトルをそれぞれのプラズマにおいて新たに求めた.今後は定常の電場構造やその他の実験条件がどのように帯状流の空間構造やその周波数特性に影響を与えるかに焦点を絞って研究を進めていく.計画の主目的であったスペインTJ-II装置での実験データ解析を行い,重要な物理成果を得ることができた.すでに成果も出版されており,帯状流の重要な特性を新たに発見・発信することができている.今後は現象のより深い理解を得るための研究を進めていく.データ解析を継続し,帯状流の特性を実験的に明らかにしていく.また,現象理解のための理論構築のため,理論家と協力しモデル化を進めていく.特に近年,定常電場と帯状流・乱流構造の相互作用が着目されており,得られた実験結果を取り入れたモデリングを進めていく.本研究の目的は,トーラスプラズマにおいてL-H遷移の際に発生する電場の生成機構を実験的に明らかにすること,及び,電場と乱流の相互作用を解析し,乱流輸送抑制のメカニズムを明らかにすることである.本年度は,新規実験データ解析を行う前に,過去のデータを解析することから研究を開始した.JFT-2M装置において,L-H遷移の際の電場と乱流の時間発展を重イオンビームプローブで計測したデータを解析した.Lモードプラズマの周辺部分では帯状流の高周波数振動チャンネル(測地線音波)が観測されることが報告されている.測地線音波は線形安定なモードであり,励起機構として流体的な非線形作用が支配的な役割をはたすことが理論的に予言されているが,未だ定量的な検証はなされていなかった.本研究では,乱流のレイノルズ応力が測地線音波を励起する効果及び乱流粒子輸送が密度揺動チャンネルを通して測地線音波を励起する効果を定量的に見積もり,比較した.その結果,JFT-2MのLモードプラズマにおいては,乱流レイノルズ応力が寄与する割合が高いことが定量的に明らかにされた.また,測地線音波のエネルギーの時間発展の立ち上がり時間をフィットして求めた成長率と,レイノルズ応力による成長率を比較した結果,同オーダーになることもわかった.このことは,乱流がレイノルズ応力を介して自発的に測地線音波を励起していることを示している.また,過去のデータ解析と並行してスペインのプラズマ閉じ込め装置TJ-IIにおいてのデータ解析も開始している.JFT-2Mにおける過去のデータ解析により,当初想定した以上の精度で測地線音波の理論検証を行うことができた.また,スペインのTJ-II装置との共同データ解析研究も予定通り開始され,低周波数帯状流の空間構造の周波数・実験条件依存性に関する興味深い知見が得られている.本研究の目的は,トーラスプラズマにおいてL-H遷移の際に発生する電場の生成機構を実験的に明らかにすること,及び,電場と乱流の相互作用を解析し,乱流輸送抑制のメカニズムを明らかにすることである.本年度は,スペインのエネルギー環境技術センター(CIEMAT)のプラズマ閉じ込め装置TJ-IIにおいて,プラズマが自発励起する対称流れ場「帯状流」の基礎的特性解明のためのデータ解析を行った.電子サイクロトロン加熱および中性粒子加熱と呼ばれる二つの異なる加熱方法で生成したプラズマにおいて,10kHz以下の低周波数でポロイダル・トロイダル対称性を持つ帯状流を,静電プローブを用いて計測した.対称性を持つ揺動のみを計測するため,ポロイダル角・トロイダル角の異なる位置に二つのプローブを挿入し,強い相関を持つモードのみに着目した.どちらのプラズマにおいても,低周波数領域に帯状流の特徴的な揺動が観測された.二つのプラズマでは,主に定常の電場構造が異なる.それぞれのプラズマで計測した帯状流は,その空間構造が大きく異なることが世界で初めて示された.また,その空間構造は,振動周波数にも依存することを解明した.このことは,帯状流を平面波で近似した際に,帯状流波数が実験条件および周波数に依存することと対応している.帯状流波数スペクトルをそれぞれのプラズマにおいて新たに求めた.

今後は定常の電場構造やその他の実験条件がどのように帯状流の空間構造やその周波数特性に影響を与えるかに焦点を絞って研究を進めていく.計画の主目的であったスペインTJ-II装置での実験データ解析を行い,重要な物理成果を得ることができた.すでに成果も出版されており,帯状流の重要な特性を新たに発見・発信することができている.今後は現象のより深い理解を得るための研究を進めていく.現在解析を進めているTJ-IIの,低周波数帯状流の空間構造の周波数・実験条件依存性に関する論文を執筆する.また,追加実験を実施し,具体的にどの物理量に依存して低周波数帯状流の構造が変化するかを解明する.低周波数帯状流の空間構造に関しては,これまで理論的予言は存在したが,これを検証する実験データが非常に限られていた.本研究を発展させ,空間構造に関する定量的な評価を様々な実験条件において行えば,理論モデル検証を行う上で有益なデータベースを構築することができる.データ解析を継続し,帯状流の特性を実験的に明らかにしていく.また,現象理解のための理論構築のため,理論家と協力しモデル化を進めていく.特に近年,定常電場と帯状流・乱流構造の相互作用が着目されており,得られた実験結果を取り入れたモデリングを進めていく.物品購入の端数が残額となった.学会参加旅費や学会参加費等に使用する予定である.物品購入の端数が残額となった.学会参加旅費や学会参加費等に使用する予定である.
２色覚の３色覚類似応答の獲得の学習過程

赤と緑を見分けられない赤緑色覚異常の2色覚は,大きい色刺激であれば,長く観察すると,3色覚と類似した色名を応答することができる.この2色覚の3色覚類似色名応答の不思議は約30年前からの研究テーマであり,これまで明度が手掛かりとなっていると結論されている.しかし,明暗情報伝達に関わる輝度メカニズムは,時間的に速く,空間的にも細かい情報も伝達することができ,2色覚の3色覚類似色名応答の時空間条件とは一致しない.そこで,本研究では,輝度メカニズムではなく,2色覚の赤緑の色応答が学習効果によって得られたものであるとの仮説をたて,その手がかりを被験者実験および機械学習により検討を行なっていく.赤と緑を見分けられない赤緑色覚異常の2色覚は,大きい色刺激であれば,長く観察すると,3色覚と類似した色名を応答することができる.この2色覚の3色覚類似色名応答の不思議は約30年前からの研究テーマであり,これまで明度が手掛かりとなっていると結論されている.しかし,明暗情報伝達に関わる輝度メカニズムは,時間的に速く,空間的にも細かい情報も伝達することができ,2色覚の3色覚類似色名応答の時空間条件とは一致しない.そこで,本研究では,輝度メカニズムではなく,2色覚の赤緑の色応答が学習効果によって得られたものであるとの仮説をたて,その手がかりを被験者実験および機械学習により検討を行なっていく.
レドックス制御機構を介した肥満・糖尿病に対する効果的な運動の探索

本研究の目的は、レドックス制御機構における主要な転写因子Nrf2に着目し、運動による肥満/糖尿病の改善効果におけるレドックス制御機構の役割を明らかにすること、さらに効果的・効率的な運動プログラムの運動プログラムの開発を目指して、肥満/糖尿病に対する運動とNrf2活性化剤の併用効果を明らかにすることである。そこで本年度は、運動とNrf2活性化剤を併用するタイミングを検討するために、Nrf2の活性化剤として知られるスルフォラファンの前駆体であるグルコラファニン(GR)投与後におけるNrf2発現量の経時的変化を検討した。被験動物には、C57BL/6Jマウスを用いて、GR(20 mg/kg)を経口投与し、投与前および投与後、0, 1, 3, 6, 24および48時間後に肝臓および骨格筋を摘出し、ウェスタンブロット法にてNrf2の発現量を分析した。肝臓および骨格筋ともに、Nrf2発現量は6時間後をピークに約15-20%増加し、その後徐々に減少した。また、運動による肥満/糖尿病の改善におけるNrf2の役割を明らかにするために、Nrf2-KOマウスの飼育・繁殖を開始した。本年度は所属の異動に伴い、研究のセットアップに多くの時間を要したため、当初の研究計画よりやや遅れている。次年度は、本年度に得られたデータを元にNrf2活性化剤と運動を併用し、肝臓や骨格筋などの組織においてレドックス制御に関わるタンパク質の修飾や遺伝子発現を分析し、併用効果に関わるより詳細なメカニズムを検討する。加えて、Nrf2-KOマウスを用いて高脂肪食や運動を負荷し、肥満や運動に伴う細胞内の応答や適応に対するNrf2の役割について検討する。
エネルギーの多様性と技術習熟を考慮したスマートエネルギーシステムの最適設計

本研究では,低炭素化とレジリエンスの向上を両立する地域エネルギーシステムを設計した.まず,地理情報システム(GIS)を用いて、対象地域のエネルギー需要量や再生可能エネルギーの賦存量を地図と組み合わせ,エネルギーマップを作成した。地域特性や技術習熟、エネルギーセキュリティ、エネルギーレジリエンス等を考慮した地域エネルギーモデルを開発して、エネルギーマップと組み合わせることで、大規模システムと小規模システムを統合した,最適な地域エネルギーシステムをデザインした.本研究では、東南アジア各国を対象として、(1)バイオマス資源の賦存量の現況調査と将来ポテンシャル評価、(2)エネルギー変換技術の現況調査と将来ポテンシャル評価、(3)多層リレーショナルデータモデルの開発(地勢データベースの作成)、(4)社会・経済的側面を含めた統合評価を行った。当該年度は、(3)を行った。地域のバイオマス資源賦存量、交通ネットワーク、施設配置、需要分布等からなる、地理情報データベースの設計手法を構築した。バイオマス資源の散在密度を表す点データ、土地利用状況を表す面データ、河川や陸運による運輸インフラを表す線データ等、属性の異なる多様な数値情報を、デジタル処理してレイヤー構造で整理した。バイオマスデータ間の属性を要因分析すると共に、おもに船舶による国際取引を考慮した場合のロジスティクスの基礎データモデルを作成した。陸路及び海路による地域間の輸送ルート、資源輸送又はエネルギー転換後によるルート選択、それに伴い必要となる貯蔵や流通インフラの配置など、バイオマスの流通に関わる経済性、エネルギー効率を参照して、対象地域に適合する定量データモデルを作成した。国際輸送を行う場合、生産国内で資源を乾燥、加工してエネルギー密度を高くすることによって、輸送に要するエネルギー消費量を削減することができ、また、船舶による輸送はトラック輸送に比べて単位重量あたりの輸送に伴うエネルギー消費量が少ない。そのため、生産国内での未加工の資源の輸送に伴うエネルギー消費量を削減することが重要であることが明らかとなった。本研究では、地域データを取得してエネルギーの賦存量及び需要量、大規模システムとの連携等に関するデータベースを作成し、地域特性を考慮した設計手法を構築する。また、構築した手法を対象地域に適用し、大規模システムと小規模システムを統合した、最適な地域エネルギーシステムをデザインする。中長期シナリオを解析し、2050年までの地域エネルギーバランスの変遷を示す。さらに、得られた結果を青森県弘前市、岩手県宮古市、宮城県山元町、山形県最上町等のスマートコミュニティ構想の詳細設計に反映し、地域実装に資する。当該年度は、前年度に作成した地域のエネルギー賦存量及び需要量のデータベースに続き、技術に着目したデータベースを構築した。ゴミ焼却場や下水処理場等の排熱を利用する地域熱供給システムの導入ポテンシャルを示し、データベース化して地理情報を基にマッピングした。また、地理情報や再生可能エネルギーの賦存量、電力及び熱の需要量等を考慮した、地域エネルギーシステムの設計手法を構築した。構築した手法を用いて、対象地域の1時間ごとの電力及び熱の需要量を満たす地域熱供給システムを設計して、分散型エネルギーや熱供給ネットワークの導入条件等を定量評価した。地域社会のケーススタディとして、青森県弘前市、岩手県宮古市、岩手県大船渡市、山形県最上町を対象とする設計を進めた。その成果は、各自治体に報告して低炭素社会づくりや地域エネルギービジョンづくりに反映されている。当該年度は、前年度に作成したデータベースを基に、気候特性、産業構造、人口密度、エネルギーインフラ等、様々な地域特性を考慮したエネルギーシステムを最適設計した。既存のエネルギーシステムと比較して、一次エネルギー消費量と資源構成の変化、地域資源の利活用による地域経済への波及効果を考慮した経済性、温室効果ガス排出量、大規模システムからのエネルギー供給が途絶した場合の社会セキュリティ等を定量的に示した。また、中田がスマートコミュニティ導入促進事業委員会の委員等を務めている青森県弘前市、岩手県宮古市等を対象として、最適化結果に基づくスマートエネルギーシステムを、スマートコミュニティの詳細設計に反映した。本研究は、最適な地域エネルギーシステムのデザインを目的として、以下のように段階的に行う。(1)対象地域の基礎データベースとエネルギーマップの作成、(2)地域を対象としたスマートエネルギーシステムの設計、(3)東北地方の市町村を対象とした社会実装支援。当該年度では、(2)及び(3)を行った。前年度までに作成したエネルギーデータベース及びエネルギーマップの精度を向上させた。作成したデータベース及び実際の地理情報を基に、気候特性、産業構造、人口密度、エネルギーインフラ等、様々な地域特性を考慮したエネルギーシステムを最適設計した。さらに、青森県弘前市や岩手県大船渡市、岩手県宮古市を対象として、最適化結果に基づくスマートエネルギーシステムを、スマートコミュニティの詳細設計に反映した。当初の計画では、当該年度は地域特性を考慮したエネルギーシステムを最適設計して、東北地方の市町村を対象として社会実装を支援する予定であったため、おおむね順調に進展している。本研究では、地域データを取得してエネルギーの賦存量、需要量、大規模システムとの連携等に関する空間情報のデータベースを作成し、地域特性を考慮した設計手法を構築する。

また、構築した手法を対象地域に適用し、大規模システムと小規模システムを統合した、最適な地域エネルギーシステムをデザインした。中長期シナリオを解析し、2050年までの地域エネルギーバランスの変遷を示した。さらに、得られた結果を青森県弘前市、岩手県宮古市、宮城県山元町、山形県最上町等のスマートコミュニティ構想の詳細設計に反映し、地域実装に資することができた。当該年度は、前年度までに作成したデータベースを更新した。特に、県の運輸部門や業務部門のエネルギー需要量の統計データを用いて、対象地域の需要量を詳細に推計した。更新したデータベースを用いて、地域特性を考慮したエネルギーシステムを新たに最適設計して、エネルギー効率、温室効果ガス排出量、経済波及効果等を定量的に示した。得られた結果を基に、2050年までのエネルギーシステムの変遷を解析した。累積導入量や知識ストックの増加に伴い価格が減少する技術習熟を考慮し、今後求められる技術開発や政策を示した。また、中田がスマートコミュニティ導入促進事業委員会の委員等を務めている青森県弘前市、岩手県宮古市等を対象として、最適化結果に基づくスマートエネルギーシステムを、スマートコミュニティの詳細設計に反映した。本研究では,低炭素化とレジリエンスの向上を両立する地域エネルギーシステムを設計した.まず,地理情報システム(GIS)を用いて、対象地域のエネルギー需要量や再生可能エネルギーの賦存量を地図と組み合わせ,エネルギーマップを作成した。地域特性や技術習熟、エネルギーセキュリティ、エネルギーレジリエンス等を考慮した地域エネルギーモデルを開発して、エネルギーマップと組み合わせることで、大規模システムと小規模システムを統合した,最適な地域エネルギーシステムをデザインした.本研究は、最適な地域エネルギーシステムのデザインを目的として、以下のように段階的に行う。(1)対象地域の基礎データベースとエネルギーマップの作成、(2)地域を対象としたスマートエネルギーシステムの設計、(3)東北地方の市町村を対象とした社会実装支援。当該年度では、(1)及び(2)を行った。前年度に作成した市町村スケールのエネルギーデータベース及びエネルギーマップの精度を向上させた。作成したデータベース及び実際の地理情報を基に、地域を対象としたスマートエネルギーシステムの設計手法を構築した。さらに、青森県弘前市や岩手県大船渡市、山形県最上町を対象として、地域熱供給に着目した地域エネルギーシステムを設計した。当初の計画では、当該年度は要素技術のデータベースを作成して、地域を対象としたスマートエネルギーシステムを設計する予定であったため、おおむね順調に進展している。
光電気化学を用いた表面構造・組成制御による環境機能表面の作成

材料の表面は環境との界面を形成するとともに、バルクとは異なる様々な構造を持つ。金属材料表面に生成する酸化物皮膜は、外部の環境から内部を隔離・保護する耐環境性とともに、環境との相互作用に基づく化学的、物理的な機能性を発現する。水溶液系プロセスを用いることにより、表面を構成する元素と水溶液環境に存在するイオン種などとの相互作用によって表界面にて自発的化学反応が生じ、材料表面を内部と全く異なる組成・構造に改質できるが、このとき電気化学あるいは光電気化学作用を組み合わせることによって、構造規制された自己組織化表面の創成が可能である。本研究ではNiおよびNi-Cr合金光照射による表面改質、およびFe-Cr合金について光照射による電子状態解析を行った。NiおよびNi-18Cr合金に波長315nmの紫外光を照射したところ、Niについて不働態皮膜中の水酸化物が減少し、酸化物が増大した。厚さに関しては有意な差は認められなかった。Ni-Cr合金については、紫外光照射により不働態皮膜中のCr濃度が僅かであるが増大することが認められた。一方、Fe-18Cr合金上に生成する不働態皮膜は中性水溶液中ではn型半導体的挙動を示すが、酸性水溶液中ではp型半導体として振まうことを明らかにした。しかしながら、バンドギャップエネルギーは電位,分極時間及び添加元素の種類・量によらず一定となり、さらに伝導キャリア密度は添加元素の種類や量により変化することを明らかにした。さらに、n型半導体を示す不働態皮膜では光照射によって半導体薄膜/水溶液にホールが蓄積するために空間電荷層が薄くなることを明らかにした。このことは不働態皮膜中の電位勾配が変化し、不働態皮膜の改質が生じた可能性があることを示唆している。水溶液電気化学プロセスに、電位変調、光照射など併用することによって、さまざまな新規な機能性表面の創製が期待できる。本年度は合金の紫外光照射による不働態膜改質に及ぼす合金元素の役割の解明を目的として、NiおよびNi-18Cr合金に生成する不働態皮膜の光半導体的挙動とFe-Cr合金の光半導体挙動に及ぼす微量添加元素の効果を検討した。NiおよびNi-18Cr合金に生成する不働態皮膜の半導体的性質を光電気化学応答および電気化学インピーダンス法によって測定したところ、Niは内層に3.8eVの禁止帯幅をもつp型半導体、外層は約2.4eVのn型半導体であることが分かった。Ni-18Crについても同様であったが、禁止帯幅がやや異なった。以上の知見よりNiおよびNi-18Cr合金の光改質が期待される条件が明らかとなった。一方、Fe-18Cr合金にNb, Cu, V, Zn, Coを添加した薄膜をイオンビームスパッタリングを用いて作製し、その半導体挙動を検討した。電気化学インピーダンス法によって不働態皮膜中の欠陥密度におよぼす各添加元素の効果が明らかとなった。さらに、X線光電子分光によりこれら添加元素の不働態皮膜中での存在位置、状態が明らかとなった。すなわち、NbとCoは皮膜最表面に濃縮する傾向にあり、これらの不働態皮膜の欠陥密度を低下させる。また、Zn, Vは不働態皮膜中には殆ど存在ないが、不働態皮膜の欠陥密度を変化させる効果を持つことが明らかになった。これらの結果は不働態皮膜の光改質に及ぼす添加元素の効果について重要な知見をもたらす。

水溶液系プロセスを用いることにより、表面を構成する元素と水溶液環境に存在するイオン種などとの相互作用によって表界面にて自発的化学反応が生じ、材料表面を内部と全く異なる組成・構造に改質できるが、このとき電気化学あるいは光電気化学作用を組み合わせることによって、構造規制された自己組織化表面の創成が可能である。本研究ではNiおよびNi-Cr合金光照射による表面改質、およびFe-Cr合金について光照射による電子状態解析を行った。NiおよびNi-18Cr合金に波長315nmの紫外光を照射したところ、Niについて不働態皮膜中の水酸化物が減少し、酸化物が増大した。厚さに関しては有意な差は認められなかった。Ni-Cr合金については、紫外光照射により不働態皮膜中のCr濃度が僅かであるが増大することが認められた。一方、Fe-18Cr合金上に生成する不働態皮膜は中性水溶液中ではn型半導体的挙動を示すが、酸性水溶液中ではp型半導体として振まうことを明らかにした。しかしながら、バンドギャップエネルギーは電位,分極時間及び添加元素の種類・量によらず一定となり、さらに伝導キャリア密度は添加元素の種類や量により変化することを明らかにした。さらに、n型半導体を示す不働態皮膜では光照射によって半導体薄膜/水溶液にホールが蓄積するために空間電荷層が薄くなることを明らかにした。このことは不働態皮膜中の電位勾配が変化し、不働態皮膜の改質が生じた可能性があることを示唆している。
MIMOメッシュネットワークの物理レイヤ構築に関する研究

複数の端末間に無線リンクを張ることにより,簡易に通信ネットワークを構築する技術である,マルチホップ中継(メッシュ)ネットワークが注目を集めており,センサネットワークなどへの応用が期待されている.しかしチャネル分割損によって伝送効率が低下する問題があった.そこで複数アンテナを用いたMIMO技術や,双方向フローパケットを合成多重送信するネットワーク符号技術を用いた双方向マルチホップ中継ネットワークが提案されている.しかし実際にハードウェアによって実験実証した例はなかった.本研究課題の目的は,MIMOネットワーク符号を用いた双方向マルチホップ中継ネットワークを,プロトタイプハードウェアに実装し,実電波を用いた実験結果によりその実現性と有効性を世界に先駆けて実証することである.研究期間最終年度となる本年度は,これまでに実装したシステムを用いて屋内伝搬環境において再実験を行い,その実現性や有効性を示した。プロトタイプハードウェア構成およびシステム構成,ネットワーク同期のメカニズムなどの物理層設計指針を具現化し,測定および解析結果とともに電子情報通信学会英文論文誌にて発表した.加えてより柔軟なトポロジを実現するためのネットワーク同期手法を提案・実装し,実験によりその実現性および有効性を実証した.さらにネットワークスループットを向上させるために,多値変調技術および適応変調技術を双方向マルチホップ中継ネットワークへ導入し,屋内伝搬環境下における実験において2.3Mbps(3.83bps/Hz)という高いネットワークスループットを達成した.これらの成果により,今後のスマートなマルチホップ中継ネットワークの実現および発展に寄与できたと考えられる.本研究の目的はMIMOメッシュネットワークを具現化するための物理レイヤの方式を具体化し,実電波を用いた実験的解析を行うことによりMIMOメッシュネットワークの物理レイヤの設計指針を確立し,実用化に近づけることである.MIMOメッシュネットワーク構築のアルゴリズムとして,MIMOネットワーク符号もしくはMIMOビームフォーミングにより与干渉・被干渉を避けて双方向多重化通信を行う手法が考えられており,理論解析が進められている.本研究ではこれらの手法に関して物理レイヤの方式を具体化し,950MHz帯における実験的解析により伝送特性などを定量的に評価する.また各中継ノード間の同期方式を具体化しハードウェアに実装する.2009年3月までにMIMOメッシュネットワークのプロトタイプハードウェアを完成させ,実験局免許を取得し実験基本システムを構築した.2009年5月にOFDMを用いた双方向マルチホップ中継ネットワークとネットワーク同期に関する理論研究を発表した.2009年7月にマルチチャネル方式マルチプルアクセスおよび,ネットワーク符号を用いた中継ノード3台による双方向通信のデモンストレーションを完成させた.2009年9月にマルチプルアクセス方式にMIMOを用いる,MIMOネットワーク符号を用いた中継ノード3台による双方向通信のデモンストレーションを完成させ,MIMOメッシュネットワークの基幹技術であるTDD/TDMA双方向マルチホップ中継通信の実証実験を世界に先駆けて行った.MIMOメッシュネットワークを構築するための基礎技術であるMIMO双方向マルチホップ中継ネットワーク(複数の中継ノードを用いて前向きと後向きの双方向情報ストリームを同時に中継する技術)を,プロトタイプハードウェアを用いたデモンストレーションシステムを実際に構築し,屋内伝搬環境にてネットワークスループット測定実験を行った。本マルチホップ中継ネットワークにはMIMOマルチプルアクセスとネットワーク符号技術が用いられており,実機実証は世界的にも例がなかった.また本システム実現にあたって,各ノードの適切な送受信タイミングを調整する機能であるネットワーク同期について検討し,プロトタイプハードウェアに実装した.ネットワークスループット測定にあたっては,2次元走査型卓上ポジショナを用いてマルチパスフェージングに対する影響を平均化して評価を行っている.測定結果より,MIMO双方向マルチホップ中継ネットワークは,直接通信が不可能なEnd-to-end SNRにおいても,十分高いネットワークスループットを実現することを確認した.これは中継ノードを導入したことによるゲインであると考えられる.また,双方向技術を用いない単純片方向マルチホップ中継ネットワークに比べて約2倍のネットワークスループットを実現することが確認できた.これは双方向ストリームをMIMOマルチプルアクセスおよびネットワーク符号技術を用いて同時に中継することによって双方向中継に必要なフェーズ数が半分になっているためであると考えられる.複数の端末間に無線リンクを張ることにより,簡易に通信ネットワークを構築する技術である,マルチホップ中継(メッシュ)ネットワークが注目を集めており,センサネットワークなどへの応用が期待されている.しかしチャネル分割損によって伝送効率が低下する問題があった.そこで複数アンテナを用いたMIMO技術や,双方向フローパケットを合成多重送信するネットワーク符号技術を用いた双方向マルチホップ中継ネットワークが提案されている.しかし実際にハードウェアによって実験実証した例はなかった.本研究課題の目的は,MIMOネットワーク符号を用いた双方向マルチホップ中継ネットワークを,プロトタイプハードウェアに実装し,実電波を用いた実験結果によりその実現性と有効性を世界に先駆けて実証することである.研究期間最終年度となる本年度は,これまでに実装したシステムを用いて屋内伝搬環境において再実験を行い,その実現性や有効性を示した。プロトタイプハードウェア構成およびシステム構成,ネットワーク同期のメカニズムなどの物理層設計指針を具現化し,測定および解析結果とともに電子情報通信学会英文論文誌にて発表した.加えてより柔軟なトポロジを実現するためのネットワーク同期手法を提案・実装し,実験によりその実現性および有効性を実証した.さらにネットワークスループットを向上させるために,多値変調技術および適応変調技術を双方向マルチホップ中継ネットワークへ導入し,屋内伝搬環境下における実験において2.3Mbps(3.83bps/Hz)という高いネットワークスループットを達成した.これらの成果により,今後のスマートなマルチホップ中継ネットワークの実現および発展に寄与できたと考えられる.
脳神経外科画像誘導手術における高度な画像統合技術確立に関する研究

我々は手術前の脳画像と、脳変形の伴う術中MRI画像を統合する高度な画像統合技術「変形フュージョン」を非剛体レジストレーションの手法を用いて開発した。さらに、これを用いて術中の脳変形に伴う錐体路の偏位に関する推定とPET画像への応用を行い、本手法の有用性を確認した。本研究では、高度な画像融合技術の開発を目指して、術中の脳変形を伴った画像と、手術前の画像とを融合する技術の開発を行っている。平成21年度は、研究初年度として、以下のような研究を行った。研究ステップ(1):「変形フュージョン」プログラムの中核部分の作成を行った。非剛体レジストレーション手法を用いて格子点を設定して変形操作を行う形とした。MRIT1強調サンプル画像を用いた実験では、画像によっては通常のスタンドアローンのWindowsコンピュータを用いて30分以内に変形が行われ、最終画像生成が可能であることを確認した。研究ステップ(2):生成画像の精度評価を行った。精度評価の過程の中で、重要な問題点として、特に腫瘍摘出術における術中画像では、腫瘍の摘出が行われる結果、腫瘍摘出前の術前画像の単純な変形操作のみでは局所における精度の維持が困難である可能性が示唆された。腫瘍摘出に関する情報を加味することで、さらに精度の向上が得られるか更に検討が必要と考えられた。研究ステップ(3)移行への予備実験:さらに本技術の大きな目的の一つである術中の錐体路の変位予測に関する実験を少数例で試行的に行った。術前T1強調画像に対して、変形の加わった術中T1強調画像へと「変形フュージョン」操作を行った。次いで、この変形フュージョンアルゴリズムを用いて、術前のDTI画像をもとにして、トラクトグラフィーの変形操作を以下の二つの方法で行った。A)あらかじめトラクトグラフィーを術前画像上で行い、これをT1強調画像上へとオブジェクトとして描写する。次いでT1強調画像ベースで変形を行いトラクトグラフィーの変形を得る方法と、B)DTI画像そのものを術中画像へと変形フュージョンし、変形を行ってからトラクトグラフィーを行う方法の二つである。DTI画像は、変形フュージョンを解剖学的な情報のみで行うと、テンソル情報に誤りが生じるため、適切なフュージョンが困難になる場合が存在することが示された。平成22年度は、研究2年目として、以下のような研究を行った。すでに研究ステップ(1)「変形フュージョン」プログラムの作成および研究ステップ(2)生成画像の精度評価システムの作成を行っており、これに基づいて、本年度は研究ステップ(3)の本格的実験に移った。研究ステップ(3):本技術の大きな目的の一つである術中の錐体路の変位予測に関する実験を本格的に行った。次いで、この変形フュージョンアルゴリズムを用いて、術前のDTI画像をもとにして、トラクトグラフィーの変形操作を次の方法で行った。すなわち、あらかじめトラクトグラフィーを術前画像上で行い、これをT1強調画像上へとオブジェクトとして描写する。次いでT1強調画像ベースで変形を行いトラクトグラフィーの変形を得る方法である。高磁場術中MRIでの手術例において、術前画像をもとに「変形フュージョン」により術中の錐体路を推定し、これを、術中MRIによる術中トラクトグラフィーと比較検討して、錐体路の推定が正しく行われたかを評価した。錐体路は症例によって、内側方向への変位がみられる場合と、外側方向へと変位する場合とが確認されたが、これらの変位方向を「変形フュージョン」技術により正しく推定できることがわかった。今後は定量的な検討を更に加える必要がある。本研究では、高度な画像融合技術「変形フュージョン」の開発を目指して、術中の脳変形を伴った画像と、手術前の画像とを融合する技術の開発を行った。平成24年度は、最終年度として、以下のような研究を行った。すでに研究ステップ1「変形フュージョン」プログラムの作成および研究ステップ2生成画像の精度評価システムの作成を行い、研究ステップ3変形脳における錐体路の推定(前半)について終了しており、ステップ3変形脳における錐体路の推定(後半)として、定量的な検討を施行、さらにPET画像との融合につき研究を行った。研究ステップ3(後半):術前のDTI画像をもとにして、トラクトグラフィーの変形操作を次の方法で行った。次いでT1強調画像ベースで変形を行いトラクトグラフィーの変形を得た。高磁場術中MRIでの手術例6例において、実際に術中に行った錐体路のトラクトグラフィーと、本法による推定とを偏位方向の推定だけでなく偏位量を定量的に評価した。

この結果、術前および術中のと楽とグラフィー間の距離は平均6.2ミリであったが、本法の推定によるトラクトを利用することで、平均3.1ミリと統計学的に有意に偏位の減少が得られ、かつ、偏位の推定方向も正しかった。また、PET画像との融合実験においても、術後PETとの整合性のある結果が得られた。本研究成果は国内および国際学会で紹介を行った。24年度が最終年度であるため、記入しない。
生物育成教育の教科内容構成に基づく授業実践モデルの構築

研究協力者が勤務する埼玉県内の中学校において,現行の学習指導要領に基づく生物育成の授業を視察し,教育現場が抱える課題を顕在化し,共同研究者らと共有した。また,京都府立海洋高等学校および焼津水産高等学校を中学校技術科教員らと訪問し,専門教育の授業や水産生物を栽培する施設を把握してもらい,授業実践モデルの立案に資する活動を実施した。それらの視察と並行して共同研究者および研究協力者との会議を開き,「動物の飼育」と「水産生物の栽培」の原理法則にかかわる授業中心に議論を深めた。そうして立案された授業案を基に,中学校における実践を通じて,より実用的な授業実践モデルになるよう改善に努めた。その過程で,動物や水産生物を飼育・栽培する経験および知識に関し,生徒間に大きな差異が認められることが示された。この課題については,全国の中学生を対象としたアンケート調査を本年度に実施することで解決を図ることにした。こうした研究成果を日本産業教育学会関東支部会等にて発表した。一方で,研究代表者はフランスへ渡航して農業教育関係者と面談し,フランスにおける農業教育の先進的な取り組みを把握するとともに,国際ネットワークを構築して本研究のさらなる発展に努めた。申請書では,「中学校技術科および農業高校・水産高校の視察をとおして,共同研究者らと生物育成の発展的な方向性を示し,既存の枠組みに捉われることなく生物育成全体を俯瞰した実用的な授業実践モデルの基軸を定めること」を初年度の到達目標としていた。しかしながら,教育現場の視察ならびに教育内容に関する議論が順調に進み,生物育成の授業計画や「動物の飼育」と「水産生物の栽培」に関する授業実践モデルの構築段階まで踏み込めたことから計画以上に進展していると評価できる。引き続き生物育成の授業実践モデルに関して共同研究者らと意見交換するとともに,生物育成全体の授業内容について協議し,より実用的な授業のあり方を提示する。同時に,本年度は畜産を行っている農業高校を主として訪問し,バランスのとれた生物育成の教育内容について検討する。授業実践に向けた生物育成の教育内容のフレームワークが構築され次第,中学校技術科教員の研究協力者らに授業をしてもらい,より実用的な授業実践モデルを構築する。これに先立ち,全国の中学生を対象としたアンケート調査を実施し,地域や発達段階に応じた生物育成に関する経験や知識,意欲の差を明らかにして生徒理解を図り,教員の発問や授業の難易度設定などに対する具体的な提案を行う予定である。
調湿性能評価における新たな湿流束の概念導入と換気カプセル法による計測手法の開発

湿流束の測定装置の試作と模型実験による精度の検証を行った。測定装置は発汗計の換気カプセルの寸法を変更し,それに伴い計測間隔等の調整を行った。実験は前橋工科大学構内の実験室内で実施し,過去に調湿性能評価のために製作した室容積1立米の実験チャンバーと温湿度制御装置等を流用した。実験はチャンバー内を電動ポンプにより一定量の換気を行った状態で,チャンバー内部で3時間の加湿と減衰を1サイクルとする励振を数サイクル繰り返し,内部に吸放湿体として,市販の調湿性パネル,土壁のサンプル(中塗り仕上げ,漆喰仕上げ),木片,石膏ボード等を設置し,吸放湿体の重量変化を計測することで吸放湿量の真値を把握した。一方,同時にチャンバー内部の吸放湿体を対象に換気カプセル法による湿流束の測定を並行して行い,その測定値と先の真値の比較から計測精度の検証を行った。その結果,換気カプセル法による測定から,建材表面の吸放湿状況を把握することは可能ではあったが,土壁や木材のように材料の厚みが大きく,建材深部までの湿気移動の影響がある湿気容量が大きい建材と,調湿性パネルや石膏ボードのように厚みが小さく,表面近傍で吸放湿を行い湿気容量の小さい建材では,特に吸湿量よりも放湿量の測定で差が生じることがわかった。また,換気カプセル法による測定では,建材によらず吸湿量と放湿量で近い値を示す傾向にあることを把握した。その他,換気カプセルの気密性に関する検討として,カプセル周囲にシーリングを行う実験を実施したが,シーリングの有無による差は小さかった。模型実験において,実験装置を構成する温湿度制御装置が故障したため,修理に時間を要し,当初予定していた実環境下における現場測定の実践が遅れた。これまでの模型実験において得られた知見を元に換気カプセルの形状等,測定装置の改良を行う。また,遅れている実環境下における現場測定を実践し,データの蓄積を進める。