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炭酸エステル系電解液中のマグネシウムキャリアの吸蔵・放出に関する研究

本研究はリチウムイオン二次電池のエネルギー密度を凌駕するマグネシウム二次電池の実現を目指して、マグネシウム負極に適合する炭酸エステル系電解液および正極反応系の開発を目的として実施した。開発した炭酸エステル系電解液を用いてマグネシウム負極を50サイクル以上繰り返し充放電させることに成功した。また、すでにエーテル系電解液中で充放電作動することが報告されているシェブレル化合物Mo6S8正極の充放電特性を、上述の炭酸エステル系および環状エステル系電解液を用いて調べた結果、可逆容量は約80 mAh g-1(理論容量は129 mAh g-1)と低いが、マグネシウムイオンが挿入・脱離することがわかり、世界で初めて炭酸エステル系電解液中での正極作動を実証した。さらに、a-MnO2正極を用いるとエステル系電解液中で320 mAh g-1超の高い初期放電容量を得ることができたが、2サイクル目以降は容量低下が顕著であった。さらなる充放電性能の向上を目指してMoS2の微粒子化に注目した。加熱還流法により直径80-100 nm程度のMoS2球状微粒子を合成し、約180 mAh g-1の初回放電容量を得ることができた。充放電前後のMoS2正極をラマン分光法により調べた結果、放充電に伴ってMg2+がMoS2の層間に挿入・脱離することが明らかになり、エステル系電解液を用いてMoS2正極が充放電作動することを初めて実証できた。マグネシウム金属を負極活物質として利用できれば二次電池のエネルギー密度は飛躍的に向上する。本研究は、リチウムイオン二次電池のエネルギー密度を凌駕するマグネシウム二次電池の実現を目指して、マグネシウム負極に適合する炭酸エステル系電解液の開発を第一の目的とする。平成28年度は、溶媒として、リチウムイオン電池で検討されてきたエチレンカーボネートなどの炭酸エステルやガンマブチロラクトンを選択し、これに電解質であるマグネシウム塩と微量のナトリウム塩が溶解した電解液を作製した。マグネシウムの電気化学的析出・溶解(吸蔵・放出)特性を調べることにより、電解液中に含まれるナトリウム塩がマグネシウムの析出・溶解反応を促進することがわかり、それに必要なナトリウム濃度は10-3 M以上であることを明らかにした。これらの結果より、マグネシウム負極に適合する炭酸エステル系電解液を設計する上でナトリウムイオンの存在が有用であることがわかった。一方、析出・溶解試験に用いるセル内の電極面積に対する電解液量比を最適化し、また試験温度を室温以上に上げることによりナトリウムイオンを含まない炭酸エステル系電解液であっても、マグネシウムの析出・溶解反応が可能であることがわかり、さらに、その分極を0.5 V以下まで低減することができた。ここで開発した電解液とマグネシウム負極系を用いて、今後正極の開発および評価に取り組むことによりマグネシウム二次電池の実現を目指していく。初年度である平成28年度は、計画通りMg負極に関する研究に比重をおいて取り組んだ。その結果、エステル系電解液を用いてマグネシウムの析出・溶解(吸蔵・放出)が可能な充放電条件を見出すことができた。この研究成果を生かして、次年度はマグネシウム二次電池用正極の開発に重点を移していく。本研究はリチウムイオン二次電池のエネルギー密度を凌駕するマグネシウム二次電池の実現を目指して、マグネシウム負極に適合する炭酸エステル系電解液および正極反応系の開発を目的としている。昨年度は、電解液中に微量のナトリウムイオンが存在することによってマグネシウム負極の充放電反応が促進されることを見出したが、共析するナトリウム金属は活性が高いため安全性が懸念される。そこで、今年度はマグネシウムイオンのみを含むエステル系電解液の再検討を行った。マグネシウム塩の合成方法を改善して高純度化を図り、また電池セルを改良することにより副反応を抑制した結果、ナトリウムイオンが存在しなくてもマグネシウム合金電極を50サイクル以上繰り返し充放電することに成功した。続いて、すでにエーテル系電解液中で充放電作動することが報告されているシェブレル化合物Mo6S8正極を固相法により合成し、上述の炭酸エステル系電解液を用いて充放電特性を調べた結果、可逆容量は約80 mAh g-1(理論容量は129 mAh g-1)と低いが、マグネシウムイオンが挿入・脱離することがわかり、世界で初めて炭酸エステル系電解液中での正極作動に成功した。このほか複数の新規バナジウム酸化物系の正極活物質を合成して充放電特性を調べたが、Mo6S8正極を上回る充放電性能は得られなかった。引き続き、正極の開発に取り組むことによりマグネシウム二次電池の実現を目指す。昨年度の研究成果を見直して電解液および負極の再検討を行ったが、正極の開発も並行して実施することができた。次年度も引き続き、今年度開発した電解液系を用いて正極の開発に重点的に取り組む。また、すでにエーテル系電解液中で充放電作動することが報告されているシェブレル化合物Mo6S8

正極の充放電特性を、上述の炭酸エステル系および環状エステル系電解液を用いて調べた結果、可逆容量は約80 mAh g-1(理論容量は129 mAh g-1)と低いが、マグネシウムイオンが挿入・脱離することがわかり、世界で初めて炭酸エステル系電解液中での正極作動を実証した。さらに、a-MnO2正極を用いるとエステル系電解液中で320 mAh g-1超の高い初期放電容量を得ることができたが、2サイクル目以降は容量低下が顕著であった。さらなる充放電性能の向上を目指してMoS2の微粒子化に注目した。加熱還流法により直径80-100 nm程度のMoS2球状微粒子を合成し、約180 mAh g-1の初回放電容量を得ることができた。充放電前後のMoS2正極をラマン分光法により調べた結果、放充電に伴ってMg2+がMoS2の層間に挿入・脱離することが明らかになり、エステル系電解液を用いてMoS2正極が充放電作動することを初めて実証できた。マグネシウム負極のクーロン効率や析出形態等の電池特性に大きな影響を与える要素に関して解析を進める。また、マグネシウムの析出・溶解反応が可能な試験条件範囲をより詳細に検討して明らかにし、その知見をもとに正極系の開発および評価を行い、マグネシウム二次電池の実現可能性を実証していく。当初の研究計画では、次年度はリチウムイオンを導入してマグネシウムイオンとのデュアルキャリア系を構築し、エネルギー密度の向上を目指す予定であった。しかし、今年度の研究成果によりマグネシウムイオン単独でも十分に充放電作動できる見通しが得られたため、リチウムイオンの導入は見送ることとし、引き続きマグネシウム二次電池用正極の開発に取り組むことにより当該二次電池のブレイクスルーを目指す。検討を予定していたマグネシウム塩の購入を見送ったため。(生じた理由)合成装置の購入を検討したが、一旦見送ったため。(使用計画)今年度購入を見送った合成装置の仕様を再検討し、次年度初めに購入する。前年度に検討を予定していたマグネシウム塩を購入する。
日本農業における公企業経営の成立条件とその限界の解明

日本農業の公企業経営に関して、つぎの諸点が解明された。1,地域農業資源の公的管理を目的とする公企業経営は農地有効利用型、畜産振興型、山村振興型、農業振興型に類型化できること。また農地管理のみを目的とする公企業経営は農地斡旋型、保全管理型、農作業受託型、総合管理型に類型化できること。2,農業の公企業経営は経営困難な民間部門を公共部門が支援する「公共支援型公企業」であるため、今後、その民間部門を経営していく農業経営者の育成(インキュベーション)が展望できない限り、公企業経営の展開は望めないこと。当面、そのインキュベーション機能は公企業経営としての第三セクターに期待できること。3,農業の公企業経営は公共性(公益性)に起因する公共用益原則、公共規制原則等と企業性(私益性)に起因する独立採算原則、生産性原則等に基づいて管理される。したがって、その管理においては公共性(公益性)と企業性(私益性)の調整が必要になる。しかし、公企業経営の多くは企業性(私益性)を最大限追求したとしても、それだけで経営コストをカバーすることが困難であること。そのため地方自治体から赤字補填のための一般財源が投入されるが、その投入額は年々累積する傾向にあること。4,農地管理を目的とする公企業経営の公的費用負担は耕境内に位置し、かつ食料供給機能と他の多面的機能が共に高い農地を対象にすべきであること。また公的費用負担は国民が農家にその農地管理を委託することになるので、農地管理料相当分が公的費用負担になること。この研先により次のことを明らかにした。中山間地域における農業地域資源および農地の公的管理を類型化すると、以下になる。1.農業地域資源の公的管理に関する目的別類型化農地有効利用型:農地保有合理化法人等による農地資源の有効利用を目的とした公的管理畜産振興型:畜産公社等による畜産振興を目的とした地域資源の公的管理山村振興型:山村振興公社等による山村振興を目的とした公的管理農業振興型:農業振興公社等による農業振興を目的とした公的管理2.農地の公的管理内容による類型化農地斡旋型:公的管理主体が預かった農地を農業者に貸し出すことで農地を管理する方法保全管理型:受け手のない農地を公的管理主体が直接管理する方法。この中はさらに「管理耕作型」、「農業他部門利用型」、「都市交流利用型」に区分できる。農作業受託型:農作業を受託することで農地を管理する方法。この中はさらに「農作業全面受託型」、「農作業部分受托型」に区分できる。総合管理型:保全管理と農作業受託を総合的に行う農地管理の方法。本年度はつぎの諸点を明らかにした。1)公企業経営の経営メカニズム-私益性と公益性(補助金)の関係-公企業経営は独立採算制を原則とし、かつ私益性と公益性の二側面を追求する。私益性は利潤追求の側面であり、公益性は不特定多数の人々に公益的サービスを提供する側面である。このため公企業経営は公益性の側面を私益性の側面で可能な限りカバーし、経営全体として収支均衡を図る経営メカニズムが機能している。調査事例によれば、その多くが企業収益(私益性)と公的費用負担としての補助金(公益性)によって収支均衡が図られており、しかも公的費用負担が年々増加する傾向にあることが判った。2)農業における公企業経営の典型例である農地管理型公社の経営内容を私益性と公益性の関係によって見ると、「委託清算金型公社」と「作業受託型公社」の二類型に分けられる。そして、そこでの私益性と公益性の関係は下記の方法で把握することが一つの方法であることが判った。

すなわち「委託清算金型公社」では、10a当たり支払地代と当該地域の標準小作料水準の比較であり、「作業受託型公社」では、10a当たり作業料金と当該地域の当該作業の生産費との比較である。日本農業の公企業経営に関して、つぎの諸点が解明された。1,地域農業資源の公的管理を目的とする公企業経営は農地有効利用型、畜産振興型、山村振興型、農業振興型に類型化できること。また農地管理のみを目的とする公企業経営は農地斡旋型、保全管理型、農作業受託型、総合管理型に類型化できること。2,農業の公企業経営は経営困難な民間部門を公共部門が支援する「公共支援型公企業」であるため、今後、その民間部門を経営していく農業経営者の育成(インキュベーション)が展望できない限り、公企業経営の展開は望めないこと。当面、そのインキュベーション機能は公企業経営としての第三セクターに期待できること。3,農業の公企業経営は公共性(公益性)に起因する公共用益原則、公共規制原則等と企業性(私益性)に起因する独立採算原則、生産性原則等に基づいて管理される。したがって、その管理においては公共性(公益性)と企業性(私益性)の調整が必要になる。しかし、公企業経営の多くは企業性(私益性)を最大限追求したとしても、それだけで経営コストをカバーすることが困難であること。そのため地方自治体から赤字補填のための一般財源が投入されるが、その投入額は年々累積する傾向にあること。4,農地管理を目的とする公企業経営の公的費用負担は耕境内に位置し、かつ食料供給機能と他の多面的機能が共に高い農地を対象にするべきであること。また公的費用負担は国民が農家にその農地管理を委託することになるので、農地管理料相当分が公的負担になること。
再生組織への血管誘導のための最適酸素環境の設計

マウス背部微小循環観察チャンバー法を用い、低酸素環境下と通常酸素環境下における再生組織部位での新生毛細血管数を比較した結果、低酸素環境下のほうが通常酸素よりも新生血管数は多かった。一方、組織再生面積は通常酸素のほうが大きく、再生初期においては組織周囲からの拡散による酸素供給が有効であることが判明した。これは、血管壁での酸素消費が大きく、組織再生初期における過多な血管新生は組織への酸素供給に不利となることが考えられる。そのため再生初期には高酸素環境で、その後再生組織の大きさが周囲からの拡散可能距離を超えてからは低酸素環境に置き毛細血管新生を亢進させることが有効であるのではないかと考えれる。毛細血管新生と組織再生能の関係を明らかにするため、異なった酸素環境下での創傷治癒過程の微小循環動態観察を行った。創傷の作成は透明窓内組織中央部に生検用パンチで直径1mmの組織欠損を作成した。その後、酸素不透過性窓または透過性窓を装着することで酸素環境を調整しながら欠損修復部位に浸潤する新生血管の違いを中心に7日間観察した。酸素不透過性窓内で治癒したモデルは、酸素環境制御直後から欠損に向かって血管が新生し始め、欠損を修復する再生組織に血管を誘導させながら治癒した。それに対し、酸素透過性窓内の欠損は、血管のない組織のみで欠損を塞ぎ、その後に組織内への血管誘導が起こった。生体内の組織酸素分圧は通常、安静状態では40mmHg前後である。そのためそれ以下の酸素状態に陥った場合、代謝機能維持のため組織自身の適応反応が働き、血管新生が亢進すると考えられるが、この適応反応がin vivo微小循環の経時観察により直接確認できた。さらに創傷治癒時では組織での酸素消費は通常より多くなるため、この血管新生亢進による適応反応はより顕著に表れるのではないかと考えられる。低酸素環境下での創傷治癒過程観察結果で見られた欠損部位への新生血管の浸潤は、本仮説の妥当性を示すもので、早急に酸素を必要とする創傷組織がまずライフラインの血管を構築し、そこから組織再生に必要な酸素を確保しているのではないかと考えられる。一方、高酸素環境では拡散により外気から直接酸素を取り入れられるため、再生初期段階においては必ずしも血管を必要としない。しかし拡散による酸素供給には距離的制限があるため、再生組織が成長していく過程においては限界がある。以上、本研究結果をまとめると、再生医療への応用まで考慮した長期的な血管誘導法としては、早い段階で再生組織に血管網を構築することのできる低酸素環境が有利であるのではないかという結論に至った。本研究は、組織への酸素供給を最終目的とする血液循環システム自身の適応反応である血管新生メカニズムを明らかにし、再生組織への脈管誘導のための最適条件を決定することを目的とする。研究初年度である本年度は、生体制御システムの一環として種々の酸素環境における微小循環動態およびその循環動態が血管新生に及ぼす影響ををin vivo生体顕微鏡下で調べた。骨格筋毛細血管血流は筋組織酸素分圧が低いとき、すなわち運動時において血流速度と環流毛細血管数ともに増加し、筋酸素分圧の上昇とともに両者は低下することが明らかになった。つぎに創傷治癒過程を慢性的に観察可能なマウス背部微小循環チャンバー法を用い、低酸素環境下と通常酸素環境下における再生組織部位での新生毛細血管数を比較した。その結果、再生組織部位での毛細血管密度は低酸素環境下のほうが通常酸素よりも高かった。しかし組織再生面積は通常酸素環境のほうが大きく、組織再生初期においては、毛細血管からの酸素供給よりも組織周囲の拡散による酸素供給が有効であることが分かった。これは、血管壁での酸素消費が従来考えられていたよりも大きく、組織再生初期における過多な血管新生は酸素供給に不利である可能性が示唆される。本研究は低酸素負荷により血流が増加し、血流増加によるせん断応力が毛細血管新生を亢進させ、その結果組織再生能を向上させるという考えの基に計画されていたが、本年度得られた結果を踏まえ、次年度は周囲からの酸素供給では足りず毛細血管からの酸素供給が必要となる組織再生の程度を求める。本研究の最終目的は、自己および細胞工学的再生組織への栄養供給のための微小血管誘導法の確立を目指すものである。そのために、1組織周囲酸素環境と微小血管血流、2微小循環血流と血管新生、3血管新生と組織再生能の関係をin vivo生体顕微鏡下において明らかにし、低酸素に対応する生体制御システムの一環としての血管新生メカニズムを検証する。初年度である本年度は、組織酸素環境を任意に調節可能な微小循環観察モデルおよび、生体内血管新生観察モデルとして、ラット・マウス背部皮膚の全層欠損による創傷治癒モデルと背部皮膚透明窓装着血管新生モデルの開発を行った。

開発モデルを用い、生体顕微鏡下に組織酸素分圧を変化させたときの微小循環血行と血管壁での酸素消費の応答を分析し、生体適応としての血管新生に対する至適酸素環境を決定するための基礎データは得られた。しかしながら本研究は1低酸素負荷により血流が増加し、2血流増加によるせん断応力が毛細血管新生を亢進させ、その結果3組織再生能を向上させるという考えの基に計画されていたが、3の組織再生能の向上に関する結果は得られなかった。この原因として組織欠損の大きさ、すなわち再生組織部位の大きさの検討が不十分であったことが考えられる。これらの結果を踏まえ、次年度は周囲からの酸素供給では足りず毛細血管からの酸素供給が必要となる組織再生の程度を求める。最終年度である2年目は、血管新生を最大効率にする酸素環境を整えた状態で自己骨髄細胞を利用した強力な血管新生療法の開発を目標とする。そのために低分子化したコラーゲンに骨髄細胞を組込むと同時に再生部位の酸素分圧を局所的に調節する技術を開発する。実験には創傷治癒遅延モデルや高血圧自然発症ラット、さらには遺伝的糖尿病発症マウス等の使用を計画している。また、微小循環血流を非接触型レーザー血流計により実時間計測し、血行力学的影響も併せて検討する。具体的には以下の計画により研究を遂行する。採取した骨髄細胞を保持し、生体外でviabilityを維持するための環境設定や適切な素材を検討する。血管新生のためには血管が伸展するための足場が必要なため、その役割も兼ねて現時点ではコラーゲンマトリックスの利用を考えているが、それ以外のbiodegenerativeな素材についても最適なものを探求していく。つぎに骨髄細胞を組み込んだmaterialの酸素分圧を制御する方法を考案する。至適酸素分圧をセットポイントとして酸素インジケーターを作成し、最適酸素環境を維持するstrategyを探る。インジケーターにはPd-ポルフィリンなどの酸素感受性プローブまたはClark型電極のように酸化還元の化学反応を利用したシステムを想定している。これらの成果を総括して酸素分圧をコントロールでき、前駆細胞やサイトカインを豊富に含む自己骨髄細胞入りのmaterialを欠損に移植することで生理的に最適な条件での血管新生誘導を行い、自己再生組織のvascularizationを確実にする手法を確立する。創傷治癒遅延モデル、高血圧自然発症ラット、遺伝的糖尿病発症マウス等を用いた実験計画を立てそれらの実験動物購入費を初年度に計上していたが、研究計画の若干の変更により、これらの購入予定が次年度になった。また足場用のコラーゲンは市販のものを利用予定でいたが、より再生効率が高くなると思われる低分子コラーゲンの試作が可能となり、その試作費用として次年度使用分に繰り入れた。
黄斑変性症の病態解明および新規治療標的の探索

網膜静脈閉塞症(retinal vein occlusion: RVO)は、病態解明と治療薬の探索が望まれている眼疾患のひとつであるが、それに必要とされる適切な動物病態モデルが存在しない。当研究室において、黒マウスを用いたRVOモデルの作製に成功したが(Scientific Reports, 7, 43509, 2017)、詳細な病態解明や治療薬の探索にはよりヒトに近い霊長類RVOモデルが必須である。前年度、ある条件下のレーザー照射により、霊長類カニクイザルの網膜静脈を閉塞させることが可能であることを確認した。今年度は、その網膜静脈を閉塞させたカニクイザルを用いて、1週間間隔で蛍光眼底造影及び光干渉断層像(optical coherence tomography: OCT)を撮影し、血管漏出及び浮腫の経時的な変化を検討した。また、閉塞8週間後にはサンプリングを行い、パラフィン切片作製後、H&E染色によって網膜の形態学的変化を観察した。閉塞3日後まで生じていた黄斑浮腫や眼底出血などの臨床所見は、閉塞1週間後において回復傾向を示し、その後顕著な病態所見は認められなかった。また、パラフィン切片による網膜の形態学的観察においても、OCT画像で得られた結果と同様、閉塞8週間後には浮腫は改善していた。本モデルを用いて病態解明及び薬効評価を行うにあたり、黄斑浮腫や無灌流領域、眼底出血などの臨床病態の評価期間が延長されるようなレーザー照射条件(閉塞静脈本数・照射エネルギー)に変更し、治療薬である抗血管内皮増殖因子抗体を用いた評価が必要である。(株式会社新日本科学との共同研究)29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。網膜静脈閉塞症(retinal vein occlusion; RVO)を模しており、薬効評価に適切な動物モデルは存在しておらず、病態の解明と治療薬の探索が望まれている。当研究室において黒マウスを用いたRVOモデルを作製したが(Scientific Reports, 7, 43509, 2017)、詳細な病態解明や治療薬の探索には霊長類RVOモデルが必須である。当初はコモンマーモセット(小型サル)を使用予定であったが、カニクイザルに変更した。カニクイザルの眼底静脈にレーザー照射を行ない、静脈を閉塞するのに十分な照射条件を検討した。また、閉塞1日後に血管漏出や黄斑浮腫が起きており、臨床と同じ病態であることを確認した。その後経時的に、眼底と光干渉断層像による網膜断面を撮影し、これらの所見がどのように変化していくかを現在評価している。当該年度では予定通り、カニクイザルの眼底静脈を閉塞させるのに十分なレーザー照射条件(出力・波長・時間・閉塞血管数)を絞ることができた。また、本モデルが臨床と同じような病態(黄斑浮腫・血管漏出)を呈することを確認できた。これらは霊長類を用いた網膜静脈閉塞症(RVO)モデルを確立するにあたり重要なデータである。(株式会社新日本科学との共同研究)当該年度において、カニクイザルの眼底静脈を閉塞させるのに十分なレーザー照射条件を絞り、本モデルが臨床と同じような病態を呈することを確認した。本モデルを確立させるためには、実際に臨床で用いられている薬剤を用いて評価する必要がある。そこで、抗血管内皮増殖因子(vascular endothelial growth factor; VEGF)を投与し、本モデルが呈している病態(黄斑浮腫および血管漏出)が改善されるか検討する。本モデルが確立したら、より詳細な病態解明および治療薬の探索を行う。
物流システムの成熟化と港湾諸機能の変化および港湾経営戦略に関する研究

日本の物流システムは、1990年代以降、中国をはじめとしたアジアワイドの経済発展に大きく影響されてグローバル化への対応を迫られていると同時に、成熟化する国内市場の変化への対応にも迫られていることを、港湾機能の変化と港湾政策の展開過程を検討することで具体的に明らかにした。また、EU諸国の物流・港湾政策との比較研究を踏まえて、グローバル化と成熟化の課題に同時に応え得る、ネットワーク型の物流システムを構想した港湾の戦略的な経営戦略がのぞまれていることを提言した。本研究の目的は、(1)現代日本の物流システムが直面する成熟化の課題を把握すること、(2)物流システム成熟化過程における港湾機能の変化を検証すること、(3)成熟化プロセスが先行していると思われるEU諸国の物流システム、特に港湾経営戦略に関して日本との比較研究を行うこと、そして以上を踏まえて、(4)日本港湾の発展方向と採りうる戦略を示すこと、である。平成20年度は、(1)については、既存研究文献、業界紙等による整理とともに、大手物流事業者(N社等)、監督官庁(国土交通省中部運輸局等)のヒアリングを行い、課題の把握に努めた。(2)については、(1)同様、既存研究文献、業界紙等による整理とともに、港湾管理者(名古屋港等)のヒアリングを行い、変化の検証に努めた。(3)については、ドイツ、オランダにおいて、日系大手物流事業者(M社、N社等)、港湾管理者(ハンブルク港、ロッテルダム港)のヒアリングを行い、港湾経営戦略に関して日本との比較を行なった。この結果、欧州ではEU統合に伴う市場の拡大および生産拠点の移動が進展するなかで、伝統的西側先進国は、戦略的な港湾整備(機能の高度化)や、鉄道および内陸水運を含むマルチモーダル施策を進めていることが示された。また、物流事業者においても、荷主企業のグローバルSCM構築に対応して,新たなサービスを提供すべく努めていることがうかがえた。本研究を開始した2008年秋、金融危機を契機とした世界的な同時不況以降,今後のグローバル経済の推進力として,BRICsなかでも中国のプレゼンスは恐慌以前にも増して高まっている。現況に日本はどのように対処するのかが今問われている。今後重要となるのは,生産ネットワークのあり方だけでなく,東アジアにおける新中間層の形成とともに,消費市場の地域的広がりと深まりが,急速に進行していることである。このことは日本のロジスティクス企業の経営戦略や政府の政策選択にも大きな影響を与えている。ロジスティクス分野においても,新しい状況に対応したグローバルで戦略的な政策が求められており,政策形成の前提とされてきたいくつかの視点について再検討が必要である。例えば,「東アジア物流の準国内化」も,三角貿易構造を暗黙に前提とした視点から,東アジア経済圏において占め得る日本経済の位置の変化を踏まえたものに豊富化される必要がある。また,国際ハブの動向が,一極の巨大ハブ型から隣接する複数の巨大ハブへの分散化傾向を示す中で,日本の国際ハブ政策を進める基準についても,取扱貨物量の増減を主たる指標とする短期的な競争視点だけではなく,中長期のあり方を展望し得る視点や政策の公準が求められている。日本の地域経済と中国等の経済圏との直接的交流と国際ハブ政策との関連性について,資源の厳しい制約状況下ではあるが,より整合的な展開が望まれる。また、日本と同様に成熟社会と目されるドイツ・オーストリア・フランス等で活動する物流事業者らへのヒアリング調査から日本との比較を行った。日本港湾の発展方向と採りうる戦略を模索のため、日本国内において成熟型社会にふさわしいロジスティクスシステムを再構築する課題と,東アジアのロジスティクスシステムの中に日本がどのように組み込まれていくのかという政策選択との区別と関連性について,引き続き包括的な検討をすすめていく。本研究の目的は、(1)現代日本の物流システムが直面する成熟化の課題を把握すること、(2)物流システム成熟化過程における港湾機能の変化を検証すること、(3)成熟化プロセスが先行していると思われるEU諸国の物流システム、特に港湾経営戦略に関して日本との比較研究を行うこと、以上を踏まえて、(4)日本港湾の発展方向と採りうる戦略を示すこと、である。上記(1)(2)については、その大枠について平成20年度に把握・検証を行うとともに、平成20年度後半期に生じた世界同時不況による物流事業者の環境変化を踏まえて、平成21年度も引き続き追加的な調査を行った。(3)については、主に平成20年度におこなったドイツ、オーストリア、フランスにおける口系大手物流事業者および現地貨物鉄道事業者のヒアリング調査を通じて、港湾貨物を中心とした物流システムの特質について、日本とEUとの比較研究を行った。平成22年度は、以上の調査研究の追加的な検証を行いつつこれまでの調査結果を整理し、1990年代以降のグローバリゼーションの進展とICTの経済システムに.おける本格的導入、その結果進行する経済社傘の成熟化の進展が、物流事業者や世界物流システムおよび各地域の港湾戦略に与えた影響を検証した。

また、今般の世界同時不況が、1990年代以降進行していた変化を、一層加速度的に促進する契機となったことを検証した。さらに今年度は、アジアワイドにおける物流システムの発展方向と、EU地域の物流・港湾インフラの近年の発展傾向を踏まえながら、日本の物流・港湾政策の近年の展開の特徴を検証した。加えて、今後の日本の物流・港湾インフラを中心とした戦略的な政策展開の方向性について検証し、ICT技術の導入を前提としたネットワーク型物流システムの可能性について提言した。その成果の一部は、日本物流学会全国大会、日本港湾経済学会関西部会等の学会、その他の研究会・講演会等で報告するとともに各種論稿として公表した。
高齢者同士による共食の行動メカニズムの解明と社会的ネットワーク形成への効果の検証

(1)映像データの取得:千葉県印西市シルバー人材センターの協力を得て,65歳80歳の男女24人に食事会話の映像収録を依頼した.協力者らは6人1組計4組に分かれ,同市内の和食レストランの個室において,1回約1時間程度の食事会話を行った.食事は,御膳形式と大皿形式の2回であり,各食事は3週間の感覚で行った.各組の食事形式の順序はカウンターバランスをとった.また食事の事前と事後に質問紙調査,インタビューを行った.これにより今後分析に資する映像データ,及び心理評価データを取得した.(2)共食映像コーパスの作成:(1)で取得した映像をアノテーションが可能な状態に編集した.分析に資するデータは,配膳前の食事がない会話場面が55分,御膳スタイルの会話が207分,大皿スタイルの会話が243分収められたことを確認した.その後,各組の第1回目の食事シーンを対象に,アノテーションソフトELANにより御膳スタイル2組,大皿スタイル2組の配膳直後から10分間の会話のアノテーションを行った.(3)食事スタイルによる会話場構築の特性抽出:(2)における会話者らの発話を書き起こしに基づき,食事配膳後の会話遷移を分析した.食事が大皿形式で提供されると6人は食器の場所や取り分け方について言及し,食事の場の形成に向けた共同作業を行っていることが確認された.こうした自分の食事だけでなく他者を配慮しながら食事を進める必要がある大皿スタイルは,コミュニケーションの活性に影響を及ぼしている可能性が示唆された.本成果は電子情報通信学会HCS研究会,ヴァーバル・ノンヴァーバル・コミュニケーション研究会において報告した.これまでに予定していた共食会話映像を収録した.食事中の会話や行動のアノテーションを進めており,すでに質的検討を始めている.さらにそこで得られた結果は,研究会を通して公表している.よって,本課題は当初計画に対して,順調に進捗している.初年度,分析のための膨大な共食会話映像を取得した.次年度はアノテーションを継続し,分析データを作成する.具体的には,発話の転記,視線方向,食事動作のアノテーションを加速する.そのため会話映像のアノテーションの経験をもつアルバイトを雇用する.はじめに御膳スタイル2組,大皿スタイル2組のアノテーションを終わらせ,発話内容の遷移,会話の分裂と統合に食事がどのように関わるのかを明らかにする.これにより,濃いコミュニケーション形成のために効果的に影響する食事スタイルの解明を目指す.得られた成果は,HCS研究会,HCGシンポジウム,日本食生活学会などで報告する.(1)映像データの取得:千葉県印西市シルバー人材センターの協力を得て,65歳80歳の男女24人に食事会話の映像収録を依頼した.協力者らは6人1組計4組に分かれ,同市内の和食レストランの個室において,1回約1時間程度の食事会話を行った.食事は,御膳形式と大皿形式の2回であり,各食事は3週間の感覚で行った.各組の食事形式の順序はカウンターバランスをとった.また食事の事前と事後に質問紙調査,インタビューを行った.これにより今後分析に資する映像データ,及び心理評価データを取得した.(2)共食映像コーパスの作成:(1)で取得した映像をアノテーションが可能な状態に編集した.分析に資するデータは,配膳前の食事がない会話場面が55分,御膳スタイルの会話が207分,大皿スタイルの会話が243分収められたことを確認した.その後,各組の第1回目の食事シーンを対象に,アノテーションソフトELANにより御膳スタイル2組,大皿スタイル2組の配膳直後から10分間の会話のアノテーションを行った.(3)食事スタイルによる会話場構築の特性抽出:(2)における会話者らの発話を書き起こしに基づき,食事配膳後の会話遷移を分析した.食事が大皿形式で提供されると6人は食器の場所や取り分け方について言及し,食事の場の形成に向けた共同作業を行っていることが確認された.こうした自分の食事だけでなく他者を配慮しながら食事を進める必要がある大皿スタイルは,コミュニケーションの活性に影響を及ぼしている可能性が示唆された.本成果は電子情報通信学会HCS研究会,ヴァーバル・ノンヴァーバル・コミュニケーション研究会において報告した.これまでに予定していた共食会話映像を収録した.食事中の会話や行動のアノテーションを進めており,すでに質的検討を始めている.さらにそこで得られた結果は,研究会を通して公表している.よって,本課題は当初計画に対して,順調に進捗している.初年度,分析のための膨大な共食会話映像を取得した.次年度はアノテーションを継続し,分析データを作成する.具体的には,発話の転記,視線方向,食事動作のアノテーションを加速する.そのため会話映像のアノテーションの経験をもつアルバイトを雇用する.はじめに御膳スタイル2組,大皿スタイル2組のアノテーションを終わらせ,発話内容の遷移,会話の分裂と統合に食事がどのように関わるのかを明らかにする.

これにより,濃いコミュニケーション形成のために効果的に影響する食事スタイルの解明を目指す.得られた成果は,HCS研究会,HCGシンポジウム,日本食生活学会などで報告する.研究分担者の所属機関において、データ解析を進める上で心理学的分析に関する技能を有する補助スタッフを継続的に雇用する予定であったが、雇用者と被雇用者のスケジュールを調整した結果、2018年度よりも2019年度の方が継続的に勤務可能な日時が多かったことから、2018年度予算の一部を2019年度に繰り越し、被雇用者に無理のないスケジュールで雇用を行うこととしたため。
内耳道神経血管束圧迫による蝸牛血流という蝸電図,聴性脳幹反応の変化

研究成果の概要平成8年度モルモットにて後頭蓋窩経由で内耳道神経血管束を圧迫する事により,蝸牛血流(CoBF),蝸牛複合活動電位(CAP),聴性脳幹反応(ABR)から聴覚障害を神経障害型,蝸牛循環障害型,神経・蝸牛循環混合障害型の3型に分類できた.すなわち,神経血管束の頭側寄り圧迫では66.7%で蝸牛血流の低下はほとんど見られず,CAPの変化もN2以降のみでABRもII波以降の変化が見られる後迷路性の障害がみられ,これを神経障害型とした.尾側寄りの圧迫では71.4%で蝸牛血流の著しい減少により,CAPのN1波以降およびABRのI波以降のすべてが消失する内耳性の障害例がありこれを蝸牛循環障害型とした.蝸牛血流の部分減少とCAPおよびABRの変化をともなうものは内耳性および後迷路性の両者の障害をしめすことから神経・蝸牛循環障害型とした.これにより,聴神経腫瘍の聴力障害の機序が明らかとなるとともに,後迷路性,内耳性の障害モデルを神経血管束の圧迫部位を工夫することで作成することが可能となった.平成9年度内耳道神経血管束の圧迫および解除後のCoBFとCAPのN1波形から,CAPのN1波は70%以上の血流減少で消失し,かならずしも血流の完全途絶を意味しないこと,圧迫時間が短いとN1波は血行再開で速やかに回復するが,30分間以上の圧迫では30%程しか回復しないこと,さらに血流がわずかでも残されていると30分間の圧迫でも60%程回復しうることが判明した.さらに,carbogenの投与により,蝸牛血流の増加がみられ,蝸牛虚血によるCAPの変化に対して,保護作用と回復の改善作用がみられ,急性の内耳性難聴に対する有効性が示唆された.研究成果の概要平成8年度モルモットにて後頭蓋窩経由で内耳道神経血管束を圧迫する事により,蝸牛血流(CoBF),蝸牛複合活動電位(CAP),聴性脳幹反応(ABR)から聴覚障害を神経障害型,蝸牛循環障害型,神経・蝸牛循環混合障害型の3型に分類できた.すなわち,神経血管束の頭側寄り圧迫では66.7%で蝸牛血流の低下はほとんど見られず,CAPの変化もN2以降のみでABRもII波以降の変化が見られる後迷路性の障害がみられ,これを神経障害型とした.尾側寄りの圧迫では71.4%で蝸牛血流の著しい減少により,CAPのN1波以降およびABRのI波以降のすべてが消失する内耳性の障害例がありこれを蝸牛循環障害型とした.蝸牛血流の部分減少とCAPおよびABRの変化をともなうものは内耳性および後迷路性の両者の障害をしめすことから神経・蝸牛循環障害型とした.これにより,聴神経腫瘍の聴力障害の機序が明らかとなるとともに,後迷路性,内耳性の障害モデルを神経血管束の圧迫部位を工夫することで作成することが可能となった.平成9年度内耳道神経血管束の圧迫および解除後のCoBFとCAPのN1波形から,CAPのN1波は70%以上の血流減少で消失し,かならずしも血流の完全途絶を意味しないこと,圧迫時間が短いとN1波は血行再開で速やかに回復するが,30分間以上の圧迫では30%程しか回復しないこと,さらに血流がわずかでも残されていると30分間の圧迫でも60%程回復しうることが判明した.さらに,carbogenの投与により,蝸牛血流の増加がみられ,蝸牛虚血によるCAPの変化に対して,保護作用と回復の改善作用がみられ,急性の内耳性難聴に対する有効性が示唆された.概要1.モルモットを用いて,その内耳道神経血管束を圧迫した際の聴性脳幹反応(ABR)と蝸牛血流(CoBF)の変化を検討するために,基本的な手技の確立をはかり,以下の要点を得た。1)自作の神経圧迫ブローベにて,内耳道神経血管束を圧迫することにより蝸牛血流の減少とABR波形の変化を記録することができた。その際,先端部直径1mmの銀ボールにて,荷重3gが最も安定した変化が得られた。2)ABRはクリック刺激を用いたが,80dB SPL以上の音圧では,レーザードップラーのプローベに振動を与え,artifactが混入するため,80dB SPL以下の刺激とした。3)レーザートップラー血流計による蝸牛血流は,圧迫により完全にゼロになることはないが,神経血管束の切断でも同様であり,モルモットの死により,始めてゼロとなった。このことにより,ゼロ点の校正が必要と判明した。2.圧迫による蝸牛血流と聴性脳幹反応(ABR)の変化を検討し,以下の要点を得た。1)蝸牛血流の低下に伴いABRのI波を含む全波形が消失するものがあり,内耳循環障害によると考えた。2)蝸牛血流の低下はあまりないがABRのI-II波間潜時が延長し,II波からIV波の振巾が減少するものがあり,圧迫による神経の直接障害によると考えた。3)以上により神経血管束の圧迫によるこのモデルは聴神経腫瘍の実験モデルとして有用である。

概要前年度はモルモットにおける神経血管束の圧迫による聴性脳幹反応(ABR)を検討して実験手技を確立し,神経血管束圧迫が聴神経自体の機能障害と蝸牛血流(CoBF)を減少させることによる内耳循環障害を引き起こすことを立証し,聴神経腫瘍モデルとして検討した.本年度はさらに,蝸牛血流と内耳機能を蝸牛複合活動電位(CAP)の変化を検討し,Carbogen投与の蝸牛血流および蝸牛複合活動電位に及ぼす影響を以下の如く検討した.1.モルモットを用いて,その内耳道神経血管束を圧迫した際の蝸牛血流(CoBF)と蝸牛複合活動電位(CAP)の変化を検討することにより,以下の結果を得た.1)圧迫により蝸牛血流(CoBF)は減少し,一定量の減少で蝸牛複合活動電位(CAP)のN1波は消失した.2)圧迫で消失したN1波は,20分以内では圧迫解除による血流再開で部分的ながら回復可能であった.3)N1波の回復は消失時にも蝸牛血流が部分的に残存していた群では,完全に血流遮断された例に比べて,N1波の回復は良好であった.2.モルモットを用いて,Carbogenの投与による蝸牛血流の変化と,内耳道神経血管束を圧迫した際の聴性脳幹反応(ABR)と蝸牛血流(CoBF)の変化に及ぼす効果を検討し,以下の要点を得た.1)正常モルモットへのCarbogen投与により全身血圧と蝸牛血流の増加がみられた.2)蝸牛虚血による蝸電図CAPの変化に対し,Carbogenは保護作用が認められた.3)短時間蝸牛虚血後の蝸電図CAPの回復にCarbogen投与は改善効果が認められた.
窒化物半導体深紫外発光ダイオードの短波長化に向けた電極の開発

深紫外AlGaN発光ダイオードは短波長化する上で、Al組成が高いAlGaNを必要とするが、低抵抗のオーミック電極を得ることが困難である。そこで、アニール処理によってN脱離しやすいN極性面を利用する3次元形状の形成技術の構築を行う。高密度パターンの形成のために、電子線リソグラフィの検討を行った。ハーフピッチ50nmのラインアンドスペースパターンを形成する方法について調べた。ドーズ量と電子線露光領域幅とパターンサイズの関係は2変数2次関数がよく合う結果となった。近接効果補正の条件を実験結果から得られたフィッティングパラメータから推定できることが分かった。AlGaN深紫外発光ダイオードは短波長化に伴い、AlGaNのAl組成は高いものが必要となる。高Al組成AlGaNのn型オーミック電極の作製する上で、N極性の面を利用することで窒素空孔が生じやすくすることができ、それによってオーミック電極の特性を改善することが狙える。通常III族面が使われる窒化物半導体結晶面に対してN極性の面を形成するためには垂直な壁面をもつ3次元構造を形成する必要があるので、その形成プロセスについて検討した。垂直な壁面の形成においてN極性の面の形成密度を高くできる電子線リソグラフィがオーミック電極の特性の改善する上で有利と考えられるため、電子線リソグラフィによるラインアンドスペースのパターン形成の方法について検討した。その結果、ハーフピッチ100nm300nmのレジストパターンの形成条件を確認した。形成したパターンは断面SEM観察を行った結果、垂直に近い壁面が形成されていて、結晶表面に対して垂直な面を形成するのに適した形状であることを確認した。その後のドライエッチングプロセスではパターン間間隔が変化することが考えられるが、それに対応するパターンの形成条件についても準備した。また、同等の膜厚でラインアンドスペースの限界サイズを調べた結果、ハーフピッチ40nmを限度に形成できることが確認でき、上記のハーフピッチ100nm300nmのパターンはプロセス実験を行う上では十分に余裕をもった条件であることを確認した。また、形成したパターンの荒さがオーミック電極の特性に影響する可能性が考えられたため、ラインエッジラフネスの大きさを見積もる手法について検討した。研究の進捗として、一部は遂行できているが遅れが出ている状況である。N極性の面を形成するために垂直な壁面の形成に関してはレジストプロセスについてはその作製条件は確認した。その後、塩素ガスを用いたプラズマエッチングプロセスやイオンプレーティング装置による金属膜の形成をしてオーミック電極の特性を評価する計画であったが、故障のトラブルなどで実施が難しく、それに関係する実験の進捗が遅れている状況である。高Al組成AlGaNのn型オーミック電極を作製する上で、N極性の面を利用すること、窒素空孔が生じやすくすることができ、それによってオーミック電極の特性を改善することが狙える。通常、III族面が使われる窒化物半導体結晶面に対してN極性の面を形成するためには垂直な壁面をもつ3次元構造を形成する必要があるので、その形成プロセスについて検討した。垂直な壁面の形成において、N極性の面の形成密度を高くできる電子線リソグラフィが有利と考えられるため、電子線リソグラフィによるラインアンドスペースパターンの形成の方法について検討した。ハーフピッチ100nm300nmのレジストパターンの形成パターンについて、形成条件を確認した。更なる高密度化のために、パターンサイズをこれ以下にすると、近接効果の影響を受けるために、適切な描画条件を求めるのが難しくなる。一方、一般的な近接効果補正の手法は層構造が複雑である窒化物半導体試料において、適応が難しいと予想される。そこで、電子線リソグラフィで形成したパターンのサイズを走査型電子顕微鏡像の画像解析によって高精度に求めた結果から近接効果補正の条件予想を行う手法について検討した。この手法は層構造が複雑である窒化物半導体試料に有用と考えられる。3次元構造をもつ電極作製プロセスについては一部のプロセスについて、装置トラブルのために研究期間内には実施が困難であった。今後は、実施出来なかったプロセスに対応して、3次元構造を持つ電極を形成して、検討を進めていきたいと考えている。トラブルによって実施が難しい塩素ガスを用いてプラズマエッチング加工についてはアルゴンを用いた加工装置を利用するなどの検討を考えている。また金属膜の加工についてはイオンプレーティング装置の代わりに加熱抵抗蒸着やスパッタ法などを代替の方法として利用することを考えている。また作製したAlGaN試料の組成評価についてはより効率的にマッピングの情報が得られる元素分析装置(EDS)を搭載した電子顕微鏡(FE-SEM)が当センターに導入されたため、今後のAlGaN試料の組成評価はEDSを主体にしたいと考えている。

今後の研究計画は垂直な壁面をもつ構造について集中して行うことにして、電極構造にN極性面を持たせた構造についてその効果が確認できる実験を行うようにしたい。結晶工学AlGaNウェハやプロセス用品について、当初1年目に購入する予定であったが、手持ちのもので検討できたことと、AlGaN試料とプロセス用品は経時劣化の可能性が懸念されたため、次年度に購入するように変更した。計画調書に記載されているものに加え、AlGaN試料やプロセス用品を購入する予定である。
高密度マイクアレイと集束超音波音響流を用いた壁面圧力変動場に基づく乱流制御

本研究では,高密度マイクアレイを用いて乱流変動圧力場を高空間解像度で時系列測定する手法を乱流制御に応用する。乱流中の圧力変動は乱流構造の大域的な情報を含むという性質を利用して,壁面に設置したセンサの計測情報から,制御対象となる壁面から離れた位置にある乱流構造を推定する方法を確立する。乱流制御用のアクチュエータとして新たに集束超音波音響流を原理とする超音波トランスデューサアレイを提案する。トランスデューサアレイの出力位相制御により集束超音波を生成し,従来よりも格段に強い音響流を発生させ,これを乱流制御に利用する。これらを統合する乱流アクティブ・閉ループ制御系を新たに構築する。
大学生向けウェブサイト版「包括的性の健康」学習支援ツールの開発と評価

本研究は、大学生が抱える多様化した問題に対し、人間関係に主軸を置いた「生活支援」と「包括的性の健康」の観点から、当事者参加および地域連携を軸として、当事者参加型ウェブサイトを構築し、効果を評価するものである。2018(平成29)年度は、「包括的な性の健康」の内容や構想しているWEBサイトおよびサイト効果のイメージを、WEBサイト製作チームと共有することを重視した。WEB制作チームは、コーディネーター、デザイナー、ライター等から成り、複数回のリアル・ミーティングおよびネット上(Zoom)ミーティングを経て、次世代の当事者の声を反映する、という点で共通理解を得ている。WEBサイトのおおよその項目は考えてあったが、WEBサイト対象世代への親和性や利用性を高めるため、当事者世代への意見聴取に、当初予定より時間をかけることにしたため、WEBサイトの稼働が当初より若干遅れる見込みである。当事者性を高める一環として、研究開始後に、本学のセクシュアルヘルスに関する学生サークルが発足したので、当事者である学生世代の意見を盛り込むための検討会を実施している。2019(令和元)年度には、WEBサイト作成と、その評価を実施する予定である。2018(平成29)年度は、コーディネーター、デザイナー、ライター等から成るWEBサイト製作チームと、「包括的な性の健康」の内容や構想しているWEBサイトおよびサイト効果のイメージを共有することを重視した。製作意図を理解してもらうことが重要だからである。WEB制作チームとは、複数回のリアル・ミーティングおよびネット上(Zoom)ミーティングを経て、共通理解を得るに至ったが、当初予定より時間を要した。加えて、WEBサイトの内容項目は考えてあったが、製作チームとの検討により、WEBサイト対象世代への親和性や利用性をより高めることや、当事者性を高めるため、当事者世代への意見聴取に、当初予定より時間をかけることにしたため、WEBサイトの稼働が当初より若干遅れる見込みとなった。さらに、研究開始後に本学のセクシュアルヘルスに関する学生サークルが発足したので、当事者である学生世代とも検討している。これは、当初予定になかった点であるが、当事者性をを高めることに繋がると思われる。但し、これらに当初より時間を要しているが、WEBサイトの稼働およびその評価は、今年度中に実施できる見込みでいる。今年度は、引き続き学生との検討会、WEB製作チームのコーディネーターを介して、WEB製作の意見調整、進捗管理を行う。特に、サイトに当事者の声を反映させるための作業を速やかに実施し、9月前にサイトを稼働し、その評価を実施する予定である。2018(平成30)年度に購入予定だったパーソナルコンピューター、ハンディビデオカメラ、カメラ、統計解析ソフトといった物品の購入を、進捗に合わせて未購入である。加えて、これに伴い、記録媒体や事務用品等も未購入のため、次年度使用額が生じた。研究開始時の予定では、前述の物品の予算額と、次年度使用額とがほぼ同額である。

2019年度は、当初予定以上に、サイトの対象世代である当事者との検討や意見の反映に予算を必要とする見込みであるが、当事者性が高く利用される有益性を保持するべく、この点は重視して実施する。とはいえ、当初予算を調整し、順調に消費できる予定である。
上皮バリアのホメオスタシスにおける細胞競合の役割とその分子機構の解明

前年度までに、バリア破綻細胞の検知に接着結合の構成因子の一つであるAfadinが必須であること、また正常細胞とバリア破綻細胞の境界面にAfadinが張力依存的に集積することを明らかにしていた。そこで、今年度は、接着結合における張力感知に重要な役割を果たすα-catenin/Vinculin経路とAfadinとの関係を検討した。その結果、張力依存的な構造変化が不全となるような変異α-cateninを発現する細胞、およびVinculinをKOした細胞においてはバリア破綻細胞の除去効率が顕著に低下した。さらに、Afadinはクローン境界へのVinculinの集積に必須であったが、一方でα-catenin/Vinculin経路はAfadinの集積には必須ではなかった。これらの結果から、Afadinはα-catenin/Vinculin経路の上流で機能すると考えられた。そこで、正常細胞とバリア破綻細胞の境界面へのAfadinの集積機構をさらに検討するために、Afadinの構造機能解析を行った結果、Afadinの集積にはRas/Rap GTPase結合ドメインが重要であることが示唆された。また、バリア破綻細胞の除去に関わるシグナル伝達経路を明らかにするために、前年度に化合物スクリーニングを行った。今年度は、それらのシグナル伝達の関与についてさらに検討を進めた結果、バリア破綻細胞の除去にROCKが重要であることが明らかとなった。また、バリア破綻細胞においては正常細胞では認められないアクトミオシンのケーブル上の構造が頂端部側に形成されることを見出した。これらの結果を総合して、上皮シート内に上皮バリアが破綻した細胞が出現すると、バリア破綻細胞における張力制御の異常が隣接する正常細胞の接着結合を介してAfadin依存的に検知されることにより、バリア破綻細胞の除去が起こると考えられた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。上皮組織は、体外と体内を区画化するバリアとして働く。本研究においては、上皮バリアのホメオスタシスにおける細胞競合の役割を明らかにすることにより、上皮バリアの破綻が検知されて修復される仕組みを解明する。これまでの研究において、上皮バリアが破綻した細胞が上皮シート内に出現すると、細胞競合によってバリア破綻細胞が選択的に除去されることにより、上皮バリアの恒常性が保たれることを示した。また、既に予備的結果から、正常細胞とバリア破綻細胞の境界面に接着結合の裏打ちタンパク質であるAfadinが濃縮することを見出していた。そこで、まずAfadin KO細胞およびE-cadherin KO細胞を作成し、バリア破綻細胞の除去における接着結合の役割を検討した。免疫染色および先端バイオイメージング支援プラットフォーム(ABiS)の支援によるバリア破綻細胞の除去過程のタイム・ラプス・イメージングを行ったところ、AfadinあるいはE-cadherinのKO細胞との共培養下においては、バリア破綻細胞の除去が顕著に抑制された。これらの結果から、接着結合がバリア破綻細胞の検知に重要であることが示唆された。さらに、Afadinの集積機構を検討したところ、Afadinがミオシン依存的に集積すること、また正常細胞とバリア破綻細胞の境界面で接着結合に強い張力がかかっていることを見出した。バリア破綻細胞ではミオシンの異常な亢進が認められることから、張力の不均衡性によってバリア破綻細胞が検知される可能性が示唆された。また、先端モデル動物支援プラットフォームの支援により化合物ライブラリ・スクリーニングを行ったところ、いくつかのシグナル伝達経路がバリア破綻細胞の除去に関与する可能性が示唆された。今後、これらのシグナル伝達経路の機能阻害実験を行うことにより、その関与の有無について検証したい。平成29年度の主要な課題であったバリア破綻細胞の検知におけるAfadinの役割について、Afadin KO細胞を作成することにより明快な結果を得ることが出来た。また、バリア破綻細胞の除去にAfadinの張力依存的な集積が関わる可能性を示す結果が得られ、接着結合における張力感知が重要な役割を果たすことが示唆された。これらの結果は、バリア破綻細胞の検知機構の解明につながる重要な足掛かりであると共に、Afadinが接着結合におけるメカノトランスダクションに関わることを示唆する結果であり、今後の展開が期待される。また、予定していた細胞競合過程のタイム・ラプス・イメージングの実験系も先端バイオイメージング支援プラットフォーム(ABiS)の支援により構築することが出来、5日間にわたる除去過程全体のイメージングが可能となった。今後、様々なマーカー分子の挙動をイメージングすると共に、得られたムービーのデータの定量的解析も進めていきたい。一方、CLEM法により正常細胞とバリア破綻細胞の境界面の微細構造を検討する予定であったが、実験系の構築にやや時間がかかったため、平成29年度は実際のデータ取得には至らなかった。課題はほぼ解決しているので、平成30年度には結果が得られると期待される。バリア破綻細胞の除去に関わるシグナル伝達経路の探索についても、先端モデル動物支援プラットフォームの支援により化合物ライブラリ・スクリーニングを行うことが出来、いくつか候補となるシグナル伝達経路が浮上している。平成30年度には阻害剤の濃度依存性の検討やRNAiやゲノム編集を用いたシグナル伝達経路の機能阻害を行うことにより、これらのシグナル伝達経路がバリア破綻細胞の除去において果たす役割についてさらに検証を重ねたい。