hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
情報理論に基づくタグパターンを用いた第２世代タギングMRI法の開発

本研究では、情報理論に基づいたタグパターンの設計を行い、従来とは異なるピクセルレベルの運動情報の検出を可能とする第2世代のタギングMRI法の開発・実証を目的に、理論的、実験的検討を行っている。タグパターンをデジタル符号列とみなす特許取得済みタギングMRI撮像法において、複数回の撮影を必要とするため非効率的であるという問題点に対し、デジタル符号列を空間的に拡張することにより1回の撮像で空間的デジタル符号パターンの付与が可能な撮像法として実用化を目指している。研究開発は1)効率的な2次元のタグパターン配列の設計、2)領域選択的MRI励起法による2次元タグパターンの実装、3)タグパターンの高速な自動検出法の確立、という3つの研究項目に分けて実施しているが、平成29年度までにシミュレーションから実際の撮像およびタグの検出に至る1)-3)の3つの研究項目を統合的に実施する実験環境を整備し、平成30年度には検出精度の評価結果をタグパターンの設計にフィードバックすることによって歪みや不均一性が低減するようタグパターンの改良を進めた。タグの設計方針として平成29年度までに採用していた各画素に与える符号の独立性という提案方法の原理的な条件に加え、平成30年度にはシミュレーションによる検出精度の評価という実際的な設計基準を考慮することにより、効率の良い2次元タグパターンが得られた。研究用MRI装置に実装して行った静止ファントムを対象とする撮像実験でも、歪みや不均一性に関するシミュレーション実験の検討結果が有効に反映されており、撮像視野の辺縁部における歪みは残存するものの画像中央部では明瞭で均一性の高いタグが描出され、実用化が期待できるタグパターンが得られており、今後、運動ファントムを対象とした研究用MRI装置による撮像実験を進め、撮像対象の変位に関する計測精度の検証を予定している。本研究では、具体的な研究内容として、1)効率的な2次元のタグパターン配列の設計、2)領域選択的MRI励起法による2次元タグパターンの実装、3)タグパターンの高速な自動検出法の確立、という3つの研究項目に分けて研究を進める計画を立案している。平成29年度までにシミュレーションから実際の撮像およびタグの検出に至る1)-3)の3つの研究項目を統合的に実施する実験環境の整備を終え、平成30年度には様々なタグパターンについて歪みや空間分布の不均一性に関する検討を加えた。研究当初の計画では、タグパターンの平行移動や90度、180度の回転は同一のものとして無視できると考えていたが、タグの生成と検出の際の精度をシミュレーションで評価できるようになり、様々なタグタグパターンについて検討を加えたところ、平行移動や回転させたパターンが必ずしも同一の評価値とはならない場合があることが判明した。そこで、各画素に与える符号の独立性という提案方法の原理的な条件に加え、平成30年度にはシミュレーションによる検出精度の評価という実際的な設計基準を考慮して網羅的にタグパターンを調査し、歪みや不均一性の低い2次元タグパターンを得ることができた。このようにして得られたタグパターンを研究用MRI装置に実装し、静止ファントムを対象に撮像実験を行ったが、シミュレーション実験の検討結果が有効に反映されており、撮像視野の辺縁部における歪みは残存するものの画像中央部では明瞭で均一性の高いタグが描出された。雑音などの問題点を解決するという平成30年度の研究計画は、このように実用化が期待できるタグパターンが得られたことにより達成できており、研究は予定通り順調に進展していると判断した。2019年度は研究の最終年度にあたるが、これまで当初の予定通り順調に研究が進展しており、本年度も計画の通りに運動ファントムを対象とした研究用MRI装置による撮像実験を進め、撮像対象の変位に関する計測精度の検証を行う。具体的には、シミュレーションによる検討結果から有効性が期待できる数種類のタグパターンを用いて、実際の撮像結果から運動情報の検出性能を定量的に示す予定である。この検出性能に関する評価値は、本研究で提案しているピクセル単位の運動情報の検出が可能な第2世代タギングMRI法の基本性能と言え、これを定量的に示すことにより提案手法の実用化に向けた研究成果となると考えられる。撮像の際の実験環境、対象とする運動の特徴などによって、この基本性能が最も高いタグパターンが異なる可能性もあるため、様々な状況のもとで撮像実験を行い、代表的なタグパターンとそれぞれの検出能の定量的指標を示す予定である。タグパターンをデジタル符号列とみなす特許取得済みタギングMRI撮像法において、複数回の撮影が必要で非効率的であるという問題点に対し、デジタル符号列を空間的に拡張することにより1回の撮像で空間的デジタル符号パターンの付与が可能な撮像法として実用化を目指している。研究開発は1)効率的な2次元のタグパターン配列の設計、2)領域選択的MRI励起法による2次元タグパターンの実装、3)タグパターンの高速な自動検出法の確立、という3つの研究項目に分けて実施しているが、初年度の平成28年度には、研究項目1), 3)について、提案手法の理論的な検証を目的に、雑音などの問題点を無視した理想的な状態を想定し、1各画素に与えた符号の独立性、2タグの明暗部の比率の2つの条件に関する評価値を参照しながら自由にタグパターンを設計できるシミュレーション環境を構築するとともに、設計されたタグパターンに対応して自動的にテンプレートを生成するタグパターン検出ツールを作成し、1、2の条件に合致する数種類のタグパターン候補を選定した。

また、上記と並行して研究項目2)の2次元タグパターンを生成するために、領域選択的MRI励起に用いるRFと傾斜磁場をSLR法と呼ばれる計算法で設計するMATLABツールを作成し、単純な2次元タグパターンについては設計したパルスシーケンスを研究用MRI装置に実装して予備的な撮像実験を行ったが、設計したRFや傾斜磁場によってはタグパターンに歪みや空間分布の不均一性が生じるため、その原因の解明に向けて実験的検討に着手した。本研究では、具体的な研究内容として、1)効率的な2次元のタグパターン配列の設計、2)領域選択的MRI励起法による2次元タグパターンの実装、3)タグパターンの高速な自動検出法の確立、という3つの研究項目に分けて研究を進める計画を立案している。上記の研究項目1)については、当初の予定通り、各画素に与えた符号の独立性とタグの明暗部の比率という2つの単純化した条件に関する評価値に基づいて数種類のタグパターン候補を選定するまでに至り、これらに対応して自動的にテンプレートを生成するタグパターン検出ツールを作成し、研究項目3)も計画の通りに進捗している。研究項目2)については、2次元タグパターンを生成するための領域選択的MRI励起用パルスシーケンスにおけるRFと傾斜磁場をSLR法と呼ばれる計算法で設計するMATLABツールを作成するとともに、単純な2次元タグパターンを対象に設計したパルスシーケンスを研究用MRI装置に実装して予備的な撮像実験を開始するまでに至り、本研究項目についても予定通りに進んでいる。以上より、おおむね順調に進展していると判断した。本研究では、情報理論に基づいたタグパターンの設計を行い、従来とは異なるピクセルレベルの運動情報の検出を可能とする第2世代のタギングMRI法の開発・実証を目的に、理論的、実験的検討を行っている。タグパターンをデジタル符号列とみなす特許取得済みタギングMRI撮像法における複数回の撮影を要するという問題点に対し、符号列を空間的に拡張することにより1回の撮像で空間的デジタル符号パターンを付与する撮像法の実用化を目指している。研究開発は1)効率的な2次元のタグパターン配列の設計、2)領域選択的MRI励起法による2次元タグパターンの実装、3)タグパターンの高速な自動検出法の確立、という3つの研究項目に分けて実施しているが、平成29年度までに、研究項目1), 3)については、1各画素に与えた符号の独立性、2タグの明暗部の比率という2つの条件に関する評価値を参照してタグパターンを設計するシミュレーション環境の構築、設計されたパターンに対応する検出ツールの作成を行い、1、2の条件に合致する複数のタグパターン候補を選定した。研究項目2)についても、SLR法と呼ばれる計算法に基づいて領域選択的MRI励起に用いるRFと傾斜磁場を算出するMATLABツールを作成し、選定したパターンに対応するRFと傾斜磁場の組み合わせを研究用MRI装置に実装できる実験環境を整えた。
海洋生物由来の新規機能分子の探索と量的供給についての研究

本研究では下に示す内容の課題を遂行した.1.海洋生物毒の構造と活性1-1.ピンナトキシン1-2.エゾトガリネズミの麻酔物質2.バイオフィルム形成制御物質の探索3.抗腫瘍および抗炎症性物質の探索3-2抗腫瘍物質の探索3-3.スパーオキシドアニオン(O2)の産生を阻害する物質3-4.アポトーシス誘導物質の創製3-5.骨粗鬆症モデルマウスに効果のあるノルゾアンタミン類その結果,海洋生物由来の極めて切れ味のよい生物活性物質が発見できた。一部の活性物質は,合成的に生体内実験に供することが可能であるが,他の物質については,まだまだ大量に供給できるレベルには到達していない.本研究を足掛かりにして,医薬品や工業用分野など,社会で大きく活用できる物質の創製を目指す必要がある.特に,カルシウムチャンネル活性化物質,がんの転移抑制剤,抗炎症剤,骨粗鬆症治療剤,船底塗料,工業用抗菌剤等として大いに期待できる物質もあり,大きく期待が膨らむ,応用面以外の基礎的な有機化学の進展としては,1.ピンナトキシン生合成経路の示唆,2.ゾアンタミン類の異常反応,3、ハリクロリンの生物オリジンの推定,4.麻酔作用とカルシウムチャンネルとの関係解明,が主たる成果である.今後,生体内実験を中心に展開し,応用開発のさらなる展開を図る。研究概要を以下に示す.1.抗P388細胞毒性物質伊豆の未同定海綿より新規含ハロゲンピリジン誘導体を得た.強い抗P388活性を示すユニークな構造を持つ.同様に沖縄運天周辺で採集した海綿動物由来から一連のセスタテルペン体を単離したが,活性の本体については今後の課題である2.アポトーシス誘導物質の探索癌細胞にアポトーシスを引き起こす物質の探索を進めることとした.抗癌剤はほとんどすべての癌細胞にアポトーシスを誘導することが解ってきたこともあり,実験を開始することとした.様々な刺激で共通経路を経てアポトーシスが誘導されるが,細胞内での共通のメディエータの同定は現在極めてホットな話題の一つである.そのようなこともあり,1)固形癌細胞にアポトーシスを引き起こす海洋天然分子の探索,2)制癌剤例えばエトポシドで細胞内に誘導されるメディエータの分離,精製,について研究を進めている.後者についてはHL-60細胞をVP-16で刺激し,細胞質内に存在する低分子メデォエータの単離,構造決定を目指している.現在このアッセイ系で見つかった分子としてジョルキノリドDがある.この物質は植物イワタイゲキ中に含まれるジテルペンである.立体化学が決定されていなかったこともありX線結晶構造解析を実施し,幸いなことに極めて小さな結晶であったが解決した.血管内皮細胞接着分子はリンパ球や悪性腫瘍と血管内皮との接着を司る分子である.この分子の内皮細胞上での産生を阻止できれば炎症病巣の発生や,癌の転移を抑えることが可能であろうと考えアッセイ系を組み探索を進めてきた.今年度はこの方法で発見したハリクロリンのin vivoでの癌転移抑制実験を実施中である.尚,海綿動物,および放線菌の仲間からの活性物質2種について分離精製中である.本研究では下に示す内容の課題を遂行した.1.海洋生物毒の構造と活性1-1.ピンナトキシン1-2.エゾトガリネズミの麻酔物質2.バイオフィルム形成制御物質の探索3.抗腫瘍および抗炎症性物質の探索3-2抗腫瘍物質の探索3-3.スパーオキシドアニオン(O2)の産生を阻害する物質3-4.アポトーシス誘導物質の創製3-5.骨粗鬆症モデルマウスに効果のあるノルゾアンタミン類その結果,海洋生物由来の極めて切れ味のよい生物活性物質が発見できた。1.抗P388細胞毒性物質本年度得た新規の細胞毒性物質はオキサゾール誘導体であった.非常に不安定な物質であったが,構造を決定できた.構造はユニークであるので,現在生体内抗腫瘍活性を検討している.2.アポトーシス誘導物質の探索前年度本アッセイ系で発見した物質のジョルキノリドDに基底膜浸潤阻害活性があると判明した.ヒト癌パネルで活性が出たこともあり,現在生体内での,抗腫瘍および転移抑制活性を試験中である.なお,海洋生物についても本試験法で探索を継続している.3.骨粗鬆症モデルマウス治療剤ノルゾアンタミン閉経後の骨租鬆症モデルマウスに対して,極めて良好な回復作用を示す物質が発見できた.この物質は塩酸塩として使うことでなお一層効果が上がると判明した.

この物質の興味ある化学も同時に発見できた.臨床的に利用できるかどうかもう少し検討を深めたい.4.抗発癌プロモータ物質アリキシンの合成ガ-リックに刺激を与えたとき,一種のファイトアレキシンが産生する.本物質の大量供給を図るため全合成を行った.本年度はこれに成功し,各方面から注目を集めた.5.カルシウムチャンネル活性化剤ピンナトキシンタイラギ中毒の原因物質ピンナトキシンの構造はすでに報告した.今回,この物質の大量供給を図るため,中国産のハボウキガイの内臓を検索した.ピンナトキシンを大量に得ることができ,これを使って作用機構の検討を図りつつある.結果が出るのも近い.6.バイオフイルム形成阻害物質特異な生物試験法でバイオフイルム形成阻害物質を探索した.フェネチルアミンの誘導体が良好な活性を示した.屋外での汚損生物の付着阻害活性を検討中である.本年度の研究成果を以下に示す.骨粗鬆症モデルマススに効果のある,ノルゾアンタミンが発見され,化学反応や構造活性相関について研究した.多くの研究者の興味を集め,社会的反響も大きかった.VCAM-1産生阻害物質,ハリクロリンの絶対配置が決定でき,抗炎症性やがん転移抑制が検討されつつある.アポトーシス誘導物質としてジョルキノリドDが見つかり,構造活性相関についての研究を進めた.しかしながら,生体内実験で,抗腫瘍性は観察できなかった.ガーリックのファイトアレキシン,アリキシンの全合成を達成した.発がん抑制作用があり,生体内実験に向けての試料供給が可能となった.トリブロモアセトアミド誘導体にチューブリン重合抑制活性があり,制癌剤としての期待が持たれる.本物質は合成によって大量供給が可能で,今後の展開が期待できる.強力な細胞毒性物質,アマミスタチンA,Bの単離と構造決定が達成された.シドロフォア構造を持つと推定され,生体内実験に期待がかかる.抗HIV活性を示すインゲノール誘導体を開発した.十分な量の試料供給が可能である.水圏抗菌性物質とは従来展開してきた海洋付着生物の防除を目指したバイオフィルム形成制御に関係する物質であり探索と応用開発を継続させた.フジツボ,イガイ,藻類など海洋付着生物による汚損は海水と接するあらゆる固体表面で発生する,極めて厄介な問題である.経済的な問題もさることながら,従来使用してきた重金属の付着防除物質は環境保全の点から使用禁止になりつつある.特に環境ホルモンの中心の一つとしても話題になっている.現在,シリコンなど高分子処理に期待がよせられてはいるが,問題点も多く,相変らず活性な有機分子の必要性が高い.このような状況から主として海洋生物自身に学んだ汚損防止剤の開発研究を実施してきた.フェネチルアミン誘導体が極めて有望な物質として現在も海洋実験を継続させている.
有機電界発光薄膜と光電変換薄膜の接合による新しい全有機「光-光」変換素子の開発

本研究は、有機電界発光(EL)素子と、1万倍を越える光電流増倍現象を示す光電導性有機顔料薄膜を組み合わせた新しいタイプの「光-光」変換素子が、光増幅、光スイッチングなどの新機能を持つことを実証する目的で行ったものである。本素子では、光電導性ペリレン顔料薄膜中で光生成した電子が有機発光層中に注入されて出力光が放出される。今回まず、有機発光層の探索を行い、光電導層からEL発光層への電子注入効率が高く、高効率で「光-光」変換できる組み合わせを見いだした。さらに、膜厚や素子動作温度などの最適化を行った結果、素子冷却下で赤色光の光増幅を行うことに初めて成功した。本素子において、光電導性有機顔料薄膜中で起こる光電流増倍は40万倍を越え、光増幅利得は25倍に達した。光増幅時には、EL発光層からの出力光の受光層での再吸収、すなわち、光のフィードバック効果による光スイッチング、光メモリーが可能なことを確認した。また、本素子は、文字、図形などの光パターンを保存したまま変換できる機能をあわせ持つため、将来の光コンピューティングの要素素子として応用可能である。以上のように、これまでにない原理に基づく、全有機光増幅素子の実現可能性を実証することができた。さらに、室温動作、高速応答の実現を目指して、やはり10万倍を越える光電流増倍現象を示すナフタレン誘導体を受光層として用いた素子の検討を開始した。その結果、室温で3倍の光増幅に成功した。また、受光層となる有機顔料の探索を行い、赤外光を可視化できる光増幅素子の試作にも成功した。
超音波マイクロバブルを用いた劇症肝炎の新しい治療法の開発

劇症肝炎の発症における肝マクロファージの役割を解明し、新規治療の開発に繋げるため、P. acnes/LPSによるマウス劇症肝炎モデルを作成し、超音波造影剤(Sonazoid)を用いてKupffer相の画像化を行い、肝組織におけるマクロファージの分布と比較検討した。肝マクロファージ数はコントロール群に比べ劇症肝炎群で著しく増加していたが、Kupffer相イメージにおけるエコー輝度の上昇は比較的軽度であり、乖離が見られた。本研究により超音波造影剤が急性肝障害における非侵襲的な病態把握のツールとしての有用性が示唆されたが、肝血流の変化やマクロファージの貪食能の変化などの複合的な解釈が必要である。1)培養マウスマクロファージ細胞株(RAW264.7細胞)に熱処理により死滅させたP. acnes(0.0001, 0.001, 0.01, 0.1, 1mg/ml)、あるいはLPS(1, 10, 100ng/ml)を単独、あるいは同時併用投与し、6時間後の腫瘍壊死因子α(TNFα)の発現をRael-time PCRにて測定した。肝マクロファージ細胞は、P. acnesに対しては用量依存性にTNFαの発現が増加し、LPSと同時投与することで、単独投与に比べ約8.6倍(基準に対して25.8倍)に発現が増加していた。P. acnes/LPS投与による劇症肝炎モデルにおける肝マクロファージの活性化あるいはその抑制効果のin vitro解析ツールを確立した。2)肝マクロファージの活性化時における貪食能の変化をRAW264.7細胞を用いて解析した。蛍光標識ビーズ(FITC標識ウサギIgGコートラテックスビーズ)あるいは、超音波造影用マイクロバブル(Sonazoid)を培養RAW264.7細胞に添加し、1,6,24時間後に蛍光顕微鏡(CLCM)と位相差顕微鏡で観察し、貪食能を評価した。LSPで活性化した場合は、未処理に比べ貪食能の低下傾向が認められた。肝マクロファージが活性化した病態では、貪食能に変化が生じ、超音波造影剤(マイクロバブル)におけるイメージングや薬剤デリバリーに影響を与える可能性が示唆された。超音波マイクロバブルを用いた劇症肝炎の新しい治療法の開発が本研究の目的であるが、H27年度は26年度に引き続きP.acnes/LPS投与による劇症肝炎モデルにおける肝マクロファージ(Kupffer細胞)の活性化と貪食能の変化に関連する遺伝子群の変動をcDNA arrayおよびRT-PCRを用いて詳細に検討した。劇症肝炎の病態形成に重要な肝マクロファージの活性化と貪食能の基礎的な検討は、本研究を遂行する上で有用であると考えている。劇症肝炎の発症においてinnate immunityとの関連も重要と考え、Toll-like receptorに代表される遺伝子群の解析も同時に行い、興味深い知見を得ている。また、今回は超音波造影剤であるSonazoidを貪食させた後に超音波断層装置(Ascendus)のハーモニックイメージを用いて、マクロファージの画像化を行った。in vivoでのマイクロバブルによるイメージングの基礎固めができたと考えている。今回の研究実績としては示していないが、他施設での吸入麻酔下でマウスの尾静脈から超音波造影剤(Sonazoid)を投与し、ハーモニックイメージングによる肝血流とKupfferイメージの撮像も経験しており、マウス劇症肝炎モデルの動物実験の申請中である。H27年度は当初の計画のうち基礎的な部分しか検討できていないが、H28年度の研究を遂行する上で必要な実験であったと考えている。P.acnes/LPS投与による劇症肝炎モデルにおける肝マクロファージ(Kupffer細胞)の活性化に関連する遺伝子群の発現解析をH27年に引き続き行うとともに,H28年はin vivoモデルにおける肝マクロファージの動態を超音波造影剤を用いて解析した.(2)P. acnes/LPS劇症肝炎モデルにおける肝マクロファージの動態の検討:C57BL/6マウスにP. acnesを投与し,7日後にLPSを投与して肝障害を惹起し,血清ALT値と肝組織の変化,肝組織のマクロファージの分布を免疫組織学的に検討するとともに,超音波造影剤(Sonazoid)を投与してKupfferイメージを撮像し、マクロファージの分布と比較検討した.劇症肝炎モデルでは,コントロールに比べ有意なALT値の上昇と肝組織内のマクロファージの著明な増加を認め, Kupfferイメージでは障害肝でエコー輝度の上昇を認めた.劇症肝炎の発症における肝マクロファージの役割を解明し、新規治療の開発に繋げるため、P. acnes/LPSによるマウス劇症肝炎モデルを作成し、超音波造影剤(Sonazoid)を用いてKupffer相の画像化を行い、肝組織におけるマクロファージの分布と比較検討した。劇症肝炎の病態形成に重要な肝マクロファージの活性化と貪食能の基礎的な検討は、今後in vivoでの研究を遂行する上で有用であると考えている。

また、活性化したマクロファージのマイクロバブルの貪食の変化は、in vivoでのマイクロバブルによるイメージングと薬剤デリバリーに影響がでる可能性が示唆され、今後の実験の遂行の際に注意すべき情報が得られたと考えている。今回の研究実績としては示していないが、他施設での吸入麻酔下でマウスの尾静脈から超音波造影剤(Sonazoid)を投与し、ハーモニックイメージングによる肝血流とKupfferイメージの撮像も経験しており、マウス劇症肝炎モデルでの検討も準備中である。H26年度は当初の計画のうち基礎的な部分しか検討できていないが、H27年度の研究を遂行する上で必要な実験であったと考えている。超音波マイクロバブルを用いた劇症肝炎の新しい治療法の開発が本研究の目的であり、劇症肝炎モデルへの超音波造影剤(Sonazoid)の投与によるハーモニックイメージングを行い、肝障害時におけるリアルタイムでの肝マクロファージの分布と貪食能の変化を含めた評価を行う予定である。また、リアルタイムではないが、劇症肝炎状態のマクロファージの分布と機能をより客観的に評価するためSPIO(Resovist)を用いたMRIによる検討も考えている。(当施設には、小動物用のMRI装置がすでに完備されている。)劇症肝炎病態での超音波造影剤(Sonazoid)によるKupffer細胞の可視化は可能であるが、Sonazoidそのものに薬剤を内包することは化学技術的に困難であることがわかったため、PEG化していないバブルリポソームにアンチセンスオリゴやNF-&#61547;活性化抑制薬剤などを内包化した方法を検討中であり、Kupffer細胞を標的とした薬物デリバリーとリアルタイムな可視化を予定している。in vivoでの投与前に、今回確立した肝マクロファージのin vitroでのアッセイ系を用いて、薬剤を充填したバブルリポソームの貪食状況、薬剤の効果発現の確認実験を遂行する予定である。消化器疾患超音波マイクロバブルを用いた劇症肝炎の新しい治療法の開発が本研究の目的であり、劇症肝炎モデルへのマイクロバブルの投与による肝マクロファージの挙動のイメージングを行う予定である。また、リアルタイムではないが、劇症肝炎状態のマクロファージの分布などをより客観的に評価するためSPIO(Resovist)を用いたMRIによる検討も考えている。劇症肝炎病態での超音波造影剤(Sonazoid)によるkupffer細胞の可視化は可能と考えているが、Sonazoidそのものに薬剤(アンチセンスオリゴやNF-κ活性化抑制薬剤)などを内包することは化学技術的に困難であることがわかり、PEG化していないバブルリポソームを用いた方策を推進する予定である。H27年度は、P. acnes /lipopolysaccharide(LPS)投与による劇症肝炎モデルにおける肝マクロファージ(Kupffer細胞)の活性化と貪食能に関する基礎的な検討を行うことに研究時間を要したため、マウス劇症肝炎モデルでの実験が遅れ、予定していた動物の購入費などの費用が使用されたかったため、次年度の使用額が生じた。
ヒトは進化の過程のなかでさまざまな代謝経路やシグナル経路を削ぎ落とし、あるいは洗練化することで、環境に適応して生きてきた。それと同時に、ヒトの癌細胞ではさまざまな代謝経路や代謝産物に異常が認められ、それが癌の悪性化に関与していることが明らかになっている。この研究では、太古の代謝システムを保持する微生物などの遺伝子資源を利用して、ヒトが進化の過程で無くした代謝経路や代謝産物をヒト細胞内で再び獲得させることで、ヒト癌細胞に細胞死をもたらすような新規癌治療標的の開発を試みる。まったく新しいスクリーニング法の開発を通して、癌研究だけでなく広く生命科学一般に貢献できるような学問分野の開拓を狙う。
オートファジー関連神経変性疾患の治療法開発に向けたiPS細胞の樹立と病態解明

昨年度より継続してSENDA患者からの疾患iPS細胞樹立を行った.皮膚繊維芽細胞を使用して樹立したiPS細胞から神経細胞への安定した分化誘導を試みているが技術的に現時点で確立しておらず、分化誘導方法を検討中である.それに代わる手法としてヒトのドパミン細胞株(LUHMES細胞)を使用してsiRNAによるSENDA原因遺伝子のWDR45機能抑制を行った.この細胞を使用して機能解析を実施した.WDR45機能抑制細胞株と対象細胞株における鉄関連分子の比較を行い、細胞内への鉄取り込み機能の亢進と細胞外鉄排出機能の低下所見を確認し、中枢神経内での鉄代謝の異常が生じていることが示唆された.また、貯蔵鉄であるフェリチンの増加も認められた.このことから、神経細胞内に鉄が蓄積する事象がヒトにおいても生じており、それが神経細胞傷害を誘導しているのではないかと考えられる.また、オートファジー機能不全による細胞傷害性の測定のためにWDR45機能抑制細胞株と対照細胞株においてLDH測定を実施した.機能抑制株ではLDHの増加を認め、オートファジー機能不全を要因とした細胞傷害性が増強していることが判明した.これらのことは、神経細胞の脱落の原因を裏付ける結果といえる.しかしながら、直接的な因果関係を明らかにしているものとはいえない.患者剖検脳検体を使用できることとなったため、病変特異性を解明するために部位別のRNA、蛋白抽出を実施し発現解析を試みた.27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。当該研究課題における目的はSENDA患者(WDR45異常症)検体からの多能性幹細胞の樹立および、オートファジー機能不全が鉄代謝を介した神経細胞傷害をもたらす機構を解明して、実際の医療へ応用することである.まず、SENDA患者の皮膚繊維芽細胞から疾患iPS細胞を樹立を試みた.異なる遺伝子変異を有する2名の患者からの皮膚組織を採取し、これを利用して多能性幹細胞(疾患iPS細胞)樹立することが完了した.本課題の主たる目的であったWDR45異常症患者からの疾患iPS細胞の樹立は完了したものの予定よりも時間を要した.その影響もあり、オートファジー機構に及ぼす影響の検討はまだ十分ではなく、可及的速やかな進展が望まれる.昨年度より継続してSENDA患者からの疾患iPS細胞樹立を行った.皮膚繊維芽細胞を使用して樹立したiPS細胞から神経細胞への安定した分化誘導を試みているが技術的に現時点で確立しておらず、分化誘導方法を検討中である.それに代わる手法としてヒトのドパミン細胞株(LUHMES細胞)を使用してsiRNAによるSENDA原因遺伝子のWDR45機能抑制を行った.この細胞を使用して機能解析を実施した.WDR45機能抑制細胞株と対象細胞株における鉄関連分子の比較を行い、細胞内への鉄取り込み機能の亢進と細胞外鉄排出機能の低下所見を確認し、中枢神経内での鉄代謝の異常が生じていることが示唆された.また、貯蔵鉄であるフェリチンの増加も認められた.このことから、神経細胞内に鉄が蓄積する事象がヒトにおいても生じており、それが神経細胞傷害を誘導しているのではないかと考えられる.また、オートファジー機能不全による細胞傷害性の測定のためにWDR45機能抑制細胞株と対照細胞株においてLDH測定を実施した.機能抑制株ではLDHの増加を認め、オートファジー機能不全を要因とした細胞傷害性が増強していることが判明した.これらのことは、神経細胞の脱落の原因を裏付ける結果といえる.しかしながら、直接的な因果関係を明らかにしているものとはいえない.患者剖検脳検体を使用できることとなったため、病変特異性を解明するために部位別のRNA、蛋白抽出を実施し発現解析を試みた.引き続き疾患iPS細胞あるいはWDR45機能抑制株において、オートファゴソーム形成、細胞の傷害性、細胞死の状況と鉄の動態を検証する.具体的には下記のとおりである.1.定常状態でのオートファジー機能とオートファジー誘導剤添加による影響2.鉄代謝すなわち鉄の細胞内外への輸送動態3.鉄過剰による細胞傷害とオートファジー誘導剤添加による回復27年度が最終年度であるため、記入しない。
中枢神経に局在する蛋白の遺伝子発現を司る核蛋白の同定と機能解析

中枢神経の特定の核に局在する蛋白がなぜその核に局在するのか,或いはどのような条件下で局在が起こるのかを検索した。アデノシン受容体サブタイプのうちA2Aが上丘に局在することで視覚入カを増強する形で制御されていること,近年中枢神経の生存促進因子であることが報告されたセレノプロテインPの遺伝子構造を解析し,発現調節に重金属関連転写因子や,インターフェロン関連転写因子を始めとする炎症関連因子が関わっていること,実験的近視眼では近視進展にともない一酸化窒素合成酵素mRNAの特定のサブタイプにのみ発現抑制が観察されること,神経組織以外でも線維芽細胞が骨芽細胞化することで硫酸トランスポーターに遺伝子発現の変化が生じることや被虐待児症候群患児において免疫担当細胞の機能低下が起こっていることなどを報告した。さらに,神経中毒を引き起こすような化学物質の影響を評価するために,実際の作業現場での健康影響を評価する一方,アルキル化酢酸の膜流動性変化に対する構造活性相関を明らかにし,ニトリル化合物が特定の神経細胞にアポトーシスを誘導することを見出し,ニトリル中毒時の行動異常発生機序の一部を明らかにした。現在アポトーシス力スケードのどの部位が標的であるかを検索中である。このことは分子生物学的なアプローチが産業衛生を実践していくうえでも有効であることを示しており,今後とも社会医学への貢献の基盤としたい。さらに,このようなアプローチは神経研究のみに有効なばかりでなく,癌特有の遺伝子発現を知るためにも有用であり,多段階発癌機構を明らかにしたり,癌悪性度の評価や腫瘍マーカーの検索に利用できると考え応用を試みている。メタロチオネインIIIは従来報告されたメタロチオネインと異なり,中枢神経に特異的に発現している。一方,我々がクローニングしたセレノプロテインP及びその類似蛋白やエズリンは本来末梢臓器で発現が認められたものであるが,中枢神経では特定の核・皮質に局在することを見いだした。そこで,これらの蛋白のプロモーター部位をクローニングし,配列解析を行った。中枢神経での発現を規定するとされているシス配列は必ずしも存在しなかったため,このプロモーター配列に特異的に結合する蛋白の有無を,ゲルリターデーションアッセイやルシフェラーゼ・アッセイを利用して検索中である。一方,従来末梢組織にしか発現しないとされていた,アデノシンA3受容体mRNAが中枢神経にかなり多く発現することをみいだし,局在を検討中である。また,環境変化に応答するシグナルをとらえるために,実験的遮蔽眼近視を作製し,網膜・神経系で変化するmRNA・蛋白の同定を行った。他の神経系と異なり,通常LPSや炎症の刺激なしでは発現しないとされるiNOS(inducible NO synthase)mRNA・蛋白が網膜内神経では高度発現しており,他のサブタイプである,eNOS(endothelial NOS),bNOS(brain NOS)とほぼ同様の分布を示すが,bNOSのみ外核層にも発現することを示した。近視眼ではiNOSのみmRNA・蛋白とも減少した。この他にもdifferential display法を用い,近視化することで増減するmRNAを少なくとも15種同定しており,網膜機能・近視化との関連を検索中であり,このような眼における変化が中枢神経にどのように伝達されるかも検討中である。MetallothioneinIII及びSelenoprotein Pのプロモーター全配列あるいは幾通りかdeletionした配列をルシフェラーゼアッセイ系に組み込み、副腎皮質由来PC12D細胞を用い,発現調節の変化を検索中である。PC12Dは神経成長因子(NGF)存在下で神経細胞へ分化することが知られており,NGFの有無によるルシフェラーゼ活性変化をとらえることで,神経特有遺伝子調節因子を見出すことを目的しているが,現在まで特有の超越因子は同定できない。

しかしながら,有機シアンであるニトリル化合物はPC12Dにアポトーシスを引き起こすがその作用はNGFによる神経誘導を行うと増強されることをみいだし,同化化合物中毒時の行動異常には手綱-縫線核連絡の神経細胞に生じたアポトーシスが強く関与していることを報告した。また,中枢神経に局在するばかりでなく,環境変化に伴いその発現が変化する蛋白の同定を行っている。アルコール中毒モデル動物の側坐核はアルコール依存症形成の中心的役割を果たすと考えられているので,同部位に特有に発現する遺伝子を単離した。aldehyde reductaseのようなアルコール代謝に直接関与するような遺伝子の他未知のものが約20種単離できたので,機能解析とともに遺伝子発現調節機構の解析を行っている。同様の手法を用い,上述したアポトーシス誘導・非誘導PC12D間や癌細胞-正常細胞間などで発現に差の生じる遺伝子の単離を行っている。前者ではアポトーシスカスケードの遺伝子ばかりでなくEGFを含む成長因子の変化が検出されたので,量一反応関係を検討中である。後者からはredox stateに関連すると思われる遺伝子群をはじめとして多くの遺伝子が単離されており,現在組織内・間分布や機能の解析を行っている。
環境条件に対する人体の生理・心理的総合応答に関する研究

環境からの感覚刺激として聴覚刺激を取り上げ、それに対する生体反応である聴覚誘発電位、特にその後期成分で高次な心理的情報処理過程を反映する頭頂部緩反応(Slow Vertex Response,SVR)に着目し、その測定と解析を通して聴覚情報の知覚に関する幾つかの新たな知見を得た。具体的には、聴取条件としてA)閉眼安静B)開眼安静C)計算作業、の3条件を設定し、各条件下で30dBAの暗騒音上に受聴点音圧レベルで33,40,50,70dBAのピンクノイズを被験者に呈示する実験を行い、その際のSVRを被験者から記録した。その結果、音に注意を向けずに作業をしている人でも、33dBAという非常に小さい音を無視せずに大脳内で処理していることが明らかとなった。また、70dBAでは聴取条件にかかわらず同じ程度に大きく知覚された音も、50dBA以下で音に注意が向いていない場合には、その音を注意して聴いている場合よりも小さな音として処理される、ということが示された。一方、聴覚情報の知覚に対する馴れの影響の解析をも行った。すなわち、SVR波形の周波数構成に適応したディジタルロ-パスフィルタを用いてSVR波形を得るための加算平均の回数を減らすことにより、SVR波形の時間的推移を捉えた。この手法を適用して、上述の実験のうち条件B)の測定結果をSVRの代表例として取り上げ、実験の前半・中間部・後半のSVR波形を比較した。その結果、50dBAより小さい聴覚刺激に対しては経過時間によらずに同じ知覚反応が起こること、50dBA以上の聴覚刺激に対しては知覚反応が経過時間の影響を受け、実験開始直後には鋭敏だった知覚反応が時間経過に従って次第に馴化し、やがて定常的な反応に落ち着く過程が示された。以上のように、生体の聴覚情報処理に関して幾つかの新たな知見を得た。これを基に更に研究を展開していく予定である。環境条件に対する生理心理的な応答に関する知見を得るための第一歩として、はじめに建築学、音響学、人間工学、生体・生理工学、医学、精神生理学の各分野における既往研究を調査した。特に、建築・都市環境の分野に研究の例が少ない生体情報計測に関する研究を中心にまとめたところ、環境条件下で計測される生体情報は、背景型生体情報と刺激誘発型生体情報に分類できることが判明した。背景型生体情報とは、生体が晒される環境条件にかかわらず背景的に存在し常に計測可能な信号であり、刺激誘発型生体情報とはある環境刺激がトリガーとなって短潜時で計測される信号である。背景的生体情報は覚醒レベル・情動状態等を反映し、生体の状態をマクロに時系列で記述するものであり、進行脳波や内分泌系・自律神経系の信号があげられる。刺激誘発型生体情報はトリガーとなる環境刺激に対する知覚・注意に関する大脳での情報処理や初期的な心理反応等を反映しており、聴覚誘発電位・視覚誘発電位等の大脳の信号があげられる。今年度はまず基礎的な部分を押さえることを重視し、環境刺激に対して大脳皮質部で行われる高次な情報処理に関する知見を得ることを目的に、特に聴覚刺激とその刺激誘発型生体情報である聴覚誘発電位の計測に関する実験を行った。その結果、ピンクノイズを刺激音として、音圧レベルと音に対する注意の量を要因として変化させて、頭頂部の聴覚誘発電位を計測する実験を行ったところ、各パラメータに音圧レベル依存性と注意量依存性の双方が独立に存在することが判明した。

すなわち、後期成分の潜時のそれぞれが音圧レベルが大きくなるにつれて短くなること、呈示音に注意が向いている時は注意を他の作業に集中している時より潜時が短くなること、が確認された。これは、大脳の信号の多チャンネル同時計測により、聴覚等の環境刺激に対する情報処理の過程を把握できる可能性を示唆するものといえる。環境刺激や作業負荷等に対する大脳の反応(進行脳波・誘発電位)と自律神経系を介した末梢の生理的反応(皮膚電位・容積脈波・筋電・マイクロバイブレーション等)を同時計測できるシステムの改良・充実を図った。6年度の研究は、更に刺激を聴覚・視覚その他の複合的なものとした場合の生体の反応について知見を得て、環境評価の総合的な体系化を図る検討を行った。環境刺激に対する人間の生理的反応の時間軸上での推移に注目し、フィルターや加算平均などの信号処理方法に改良を加えて時間分解能を高め、慣れや適応などに関する有用な知見を得た。またトリーガー刺激と環境刺激の相関性に関する実験を行い、予期効果を確認した。すなわち、聴覚誘発電位の波形に対応したデジィタルフィルターによってノイズを除去し、加算平均時間を従来の数分の1とすることによって、環境刺激に対する過渡応答(慣れや疲労など)を測定することが可能になり、刺激に対する順応曲線プロトタイプモデルを導出できた。
大容量通信用シリコンナノロッドゲート包囲型トランジスタ

シリコンCMOS集積回路は寸法縮小化により性能を向上してきたが、縮小化により端部効果が顕著になり、電界分布の理想からのずれが顕著になってきた。そこで2重ゲート構造や3重ゲート構造の提案がされている。シリコンナノワイヤ(ナノロッド)構造の周囲にゲート酸化膜と電極を有する構造は、円筒型形状のため円対称的な電界分布により縮小化されたMOSトランジスタでは理想的な性能を発揮することが期待される。本研究の目的は、シリコン基板上にボトムアップ技術でゲート包囲型のトランジスタを作製し、ゲート電圧の制御により中央のチャネル部の電子を蓄積状態および空乏状態にできることを確認すること、ワイヤ径やドーピング濃度などのパラメータの変化に対して量子効果を観測すること、そして室温動作を目指して、デバイス構造を最適化することである。本年度は、まず、デバイスの形状と予想される電流特性をシミュレーションにより解析し、作製すべきナノロッド構造の設計を行った。寸法などのパラメータとプロセスフローを検討した。シリコンナノワイヤは、シリコン基板上に、金粒子を成長核としてCVD成長させた。シリコンより高移動度のゲルマニウムの低温成長を行い、テーパー形状になる問題を解決し、直径5nm以下のナノワイヤの形成に成功した。(111)シリコン基板を用いて、基板に対して垂直に成長させる条件を探索した。ゲート酸化膜には、自然酸化膜以外に種々の絶縁膜を検討した。
再生医療へ向けた組織別間葉系幹細胞の特性解析

近年、再生医療で用いられる幹細胞は、既存の治療法を凌駕する複数のメカニズムで治療効果を発揮することが分かってきている。その中でも特に、間葉系幹細胞(MSC)は、移植のドナー細胞として、多疾患への臨床応用が期待され注目されている。本研究では、ヒト骨髄由来の間葉系幹細胞、ラットから採取した間葉系幹細胞の細胞生物学的性質を各種の分子細胞生物学的・生化学的・遺伝学的解析手法を用いて比較解析し、さらにラット骨髄由来間葉系幹細胞のin vivoでの治療効果を脳梗塞モデルを用いて解析を行った。その中でも特に、採取が比較的容易で、培養技術が確立している体性幹細胞である間葉系幹細胞(MSC)は、骨・筋・神経などに分化することから、多疾患への臨床応用が期待され注目されている。我々はこれまで骨髄由来MSCについて検討した結果、動物実験の結果では、脳梗塞モデルへ骨髄由来のMSCを静脈内投与すると、脳の障害部位に細胞が遊走し、神経細胞保護、血管新生、神経再生を促すことで治療効果が得られることを報告してきた。本計画は、さまざまな組織から採集した各種の間葉系幹細胞の細胞生物学的性質を各種の分子細胞生物学的・生化学的・遺伝学的解析手法を用いて比較解析すること、および、各種間葉系幹細胞のin vivoでの治療効果を比較解析することを主目的としている。昨年度は、SDラットより骨髄を採集、骨髄幹細胞を培養し、培養したラット間葉系幹細胞の分子生物学的解析手法を用いて行い(プロテインアレイ法)、データの収集を行った。さらに、ヒト間葉系幹細胞を培養し、フローサイトメーターを用いて細胞表面マーカー分子を解析した。本年度は、昨年に引き続いてヒト間葉系幹細胞を培養し、フローサイトメーターを用いて細胞表面マーカー分子の解析および、DNAマイクロアレイ法を用いた網羅的遺伝子発現プロファイル解析を行った。以上のように、補助金は補助条件に従って、有効に使用されている。我々はこれまで骨髄由来MSCについて検討した結果、動物実験の結果では、脳梗塞モデルへ骨髄由来のMSCを静脈内投与すると、脳の障害部位に細胞が遊走し、神経細胞保護、血管新生、神経再生を促すことで治療効果が得られることを報告してきた(研究業績参照)。また、我々が実施したヒトを対象とした臨床試験(脳梗塞12症例へ自己MSCの静脈内移植)の結果でも、安全性と効果が確認されている(研究業績参照)。例えば、臨床症状では、運動麻痺、言語障害、高次脳機能障害等の脳梗塞後遺障害が軽減され、また、MRI等の画像診断で病巣の縮小や脳血流の回復が確認されている。更に、細胞投与後1年以上が経過しているが、重篤な副作用は生じていない。今年度は、培養ラット間葉系幹細胞の分子生物学的解析手法を用いて行い(プロテインアレイ法)、データの収集を行っている。また、ヒト培養間葉系幹細胞を培養し、フローサイトメーターを用いて細胞表面マーカー分子を解析している。

本計画は、さまざまな組織から採集した各種の間葉系幹細胞の細胞生物学的性質を各種の分子細胞生物学的・生化学的・遺伝学的解析手法を用いて比較解析すること、および、各種間葉系幹細胞のin vivoでの治療効果を比較解析することを主目的としている。本年度は、培養ラット間葉系幹細胞を脳梗塞モデルなどの動物疾患モデルに静脈内に移植して、安全性や治療効果を検討した。また、ヒト培養間葉系幹細胞を培養し、ELISAを用いた神経栄養因子の分泌を解析した。以上のように、補助金は補助条件に従って、有効に使用されている。再生医療本計画は、さまざまな組織から採集した各種の間葉系幹細胞の細胞生物学的性質を各種の分子細胞生物学的・生化学的・遺伝学的解析手法を用いて比較解析すること、および、各種間葉系幹細胞のin vivoでの治療効果を比較解析することを主目的としている。今年度は、ヒト間葉系幹細胞を培養し、培養したヒト間葉系幹細胞の細胞生物学的性質を比較解析するために、DNAマイクロアレイ法を用いた網羅的遺伝子発現プロファイル解析、フローサイトメーターを用いた細胞表面マーカー分子の解析を実施している。今年度は、培養ラット間葉系幹細胞の分子生物学的解析手法を用いて行い(プロテインアレイ法)、データの収集を行っている。また、ヒト培養間葉系幹細胞を培養し、フローサイトメーターを用いて細胞表面マーカー分子を解析している。今後も、各種間葉系幹細胞の細胞生物学的性質を各種の分子細胞生物学的・生化学的・遺伝学的解析手法を用いて比較解析することを継続する。さらに、各種間葉系幹細胞が産生するサイトカインなどの液性因子の解析も行う。また、各種間葉系幹細胞のin vivoでの治療効果を評価するために、脳梗塞、脊髄損傷モデルなどの神経疾患動物モデルに対する移植実験を行い、治療効果を比較検討する予定である。また、各種間葉系幹細胞のin vivoでの治療効果を評価するために、脳梗塞、脊髄損傷モデルの神経疾患動物モデルに対する移植実験を行う予定である。当初予定していた購入予定の消耗品の値段が75円安かったので、残額が生じた。物品費として使用する予定である。該当なし
加水分解性タンニンを介したユーカリのアルミニウム耐性機構

Eucalyptus camaldulensis(ユーカリ)は、酸性土壌で問題となるアルミニウム害に強い耐性を示し、根に新規のアルミニウム無毒化物質エノテインBを含む。(1)根にエノテインBを多く含む樹木ほどアルミニウム耐性が高い。(2)エノテインBと結合したアルミニウムは、植物にとって無毒である。(3)エノテインBは、有機酸が競合した状態でもアルミニウムと結合し、他の金属よりもアルミニウムと優先的に結合する。以上の結果から、根内でエノテインBがアルミニウムと結合してアルミニウムを無毒化することで、ユーカリのアルミニウム耐性に寄与していると考えられた。ユーカリ(Eucalyptus camaldulensis)は、強酸性土壌で問題となるアルミニウム過剰害に強い耐性を示す。ユーカリのアルミニウム耐性機構を解明し、応用することで強酸性土壌における植物の生産性向上に貢献できる。我々は、新しいアルミニウム無害化物質として、ユーカリの根から加水分解性タンニンの一種Oenothein Bを見出している。本研究は、Oenothein Bがユーカリの強力なアルミニウム耐性に寄与していることを検証することを目的とする。Eucalyptus属樹木2種(E. pellita、E. argophloia)およびアルミニウム感受性樹木2種(Melaleuca bracteata、Populus nigra)においてOenothein Bの有無を分析したところ、Eucalyptus属の2樹種の根からはOenothein Bが検出されたが、アルミニウム感受性の2樹種からはOenothein Bが検出されなかった。上述の5樹種でOenothein B含有量とアルミニウム耐性の関係を調べたところ、正の相関が存在した。Oenothein Bは、根でそのほとんどがシンプラスト(細胞膜の内側)に分布することが分かっている。Oenothein Bが根でアルミニウムと特異的に結合しているのか、他の金属とも結合しているのかを明らかにするために、シンプラストの金属組成を模した金属溶液にOenothein Bを添加した。Oenothein Bと結合した金属の9割はアルミニウムだったことから、Oenothein Bはアルミニウムと優先的に結合することが示唆された。以上の結果から、Oenothein Bが根内でアルミニウムと結合して無害化することでユーカリのアルミニウム耐性に寄与していると考えられた。我々は、新しいアルミニウム無害化物質として、ユーカリの根から加水分解性タンニンの一種エノテインBを見出している。本研究では、エノテインBの特性を解析し、エノテインBがユーカリの強力なアルミニウム耐性に寄与していることを検証した。(1)Eucalyptus属3樹種を含む5樹種において、根のエノテインB含有量とアルミニウム耐性を評価し、エノテインB含有量が高い樹種ほど、アルミニウム耐性が高い傾向があることを示した。(2)ユーカリの根細胞液の金属組成を模倣した金属溶液とエノテインBを混合したところ、エノテインBと結合した金属の9割はアルミニウムだった。(3)ユーカリの根細胞液に含まれる濃度と同等のクエン酸とシュウ酸が競合しても、エノテインBはアルミニウムと結合することができた。以上の結果から、根内でエノテインBがアルミニウムと優先的に結合してアルミニウムを無害化することで、ユーカリのアルミニウム耐性に寄与していると考えられた。また、公開されているユーカリのゲノム情報から、加水分解性タンニン生合成の最初の二段階の酵素であるシキミ酸脱水素酵素とUDP-グルコース:没食子酸グルコース転移酵素の候補遺伝子をそれぞれ4つずつ選抜した。森林学計画通り、(1)OenotheinB含有量が異なるユーカリ3種を含む5樹種のAl耐性を比較し、(2)Oenothein Bが根のシンプラストの金属の中でアルミニウムと優先的に結合することを示唆するデータを得たことから「おおむね順調に進展している」とした。計画通り、(3)根におけるAlとOenothein Bの分布を明らかにし、(4)加水分解性タンニンの生合成の酵素遺伝子候補を探索する。実験室がある建物の耐震工事があったため、3か月間(H26年1月3月)実験室ができず、H25年度に予定していたNMR分析の一部が行えなかった。H26年度にH25年度に行えなかった分の分析も行う。
「浮かび出る黒板の図」を実現する授業支援体制の構築

本研究では、プログラミングの知識量やプレゼンテーションソフトウェアの操作経験の熟練度に依存せず、一般教員が黒板やホワイトボードにARマーカーを配置するか特定のシンボルを描くことで、授業中にアニメーションを伴う「浮かび出る黒板の図」の教材を電子黒板・プロジェクターや個人端末で再生が可能で、かつ、タブレット端末で図に「触れて」動かすこともできるコンテンツ生成が可能な、システム開発及び授業での活用に関する研究を行う。平成30年度は、1)ARアプリケーションとして当初プロトタイプでゲームエンジンUnityにより作成したものでは多様な個人端末での平易な利用が困難と判断したため、オープンソースのJavascriptライブラリを用いて、端末環境に依存しない処理が可能であることを確認し、さらに教員側での開発環境において動作するwebアプリケーションにより、数式処理システムなどにアプリケーション遷移するシステムを作成して、2)数式処理システムや動的数学ソフトウェアをプロジェクターで表示し対応する問題を解かせる課題、あるいは個人端末で操作させる課題を100名程度の学生に対して授業中に実施し、個人端末の多様性やソフトウェア操作の手順説明など、次年度のARアプリケーションで実施する授業の課題を調査した。本研究では、授業で実践する場合の履修者である学生の個人端末の多様性を、開発するシステムで統一的な処理を可能とすることで、機器の操作に慣れているとは限らない一般教員が実施可能となる授業手法の構築が必要である。本年度は、上記「研究実績の概要」に記載した通りの開発を行えたことと、次年度の授業での実践で想定される課題を調査できた。これは当初計画通りの進捗状況である。当初研究計画に則り、次年度は授業の場においてARマーカーおよび特定のシンボルを元に数学の教材が提示される授業の実践を行う。この際、対象となる学生が平成30年度と異なることにより個人端末の多様性が増す可能性を考慮し、教員側で個人端末を一定数用意して安定的に授業が実践できるような機材の準備を行う。研究計画に則り次年度に授業で実施する際の操作端末として適した機材の購入の調達が今年度内で可能ではないということが判明したため、次年度前半に機材を購入することで研究計画通りの授業での実践を行っていく。