hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
全ゲノム解析による緑内障点眼薬の眼圧下降作用にかかわるバリアントの同定

これは京都府立医大にて現時点で動いている電子カルテ以前のデータを過去カルテを取り寄せ、詳細に読み解き、対象となるデータを割り出して入力していかなければならないため、予想したより非常に時間のかかる作業であった。そのため遅れがでている。新規症例の収集については順調に行っており、昨年度で狭義原発開放隅角緑内障47例、正常眼圧緑内障106例収集できている。1.データベースから点眼薬と眼圧下降効果のデータの抜出、整理:原発開放隅角緑内障の全ゲノムのバリアントデータ取得済みのサンプルを833例のうち、昨年度でデータ確認が終わった症例は211例であったが、本年度は全症例の確認および入力が完了した。833例のうち今回の研究対象となる薬剤処方で、その処方前後に点眼内容が変化しないで3回の眼科受診の眼圧があった症例は303例(男女比148:155、平均年齢61.9±12.7歳)であった。そのうちプロスタグランジン(PG)製剤点眼は194例で、「1ラタノプロスト(LA)追加群」は90例、「2LAへの切り替え群」は18例、「3LA以外のPGを追加群」は16例、「4LA以外のPGに切り替え群」は70例、「5ベータブロッカー製剤点眼(β)追加群」は47例、「6β切り替え群」119例、「7炭酸脱水酵素阻害剤(CAI)追加群」は43例、「8CAI切り替え群」は8例となった。それぞれの平均眼圧下降効果は12.7±1.9mmHg、21.6±3.5mmHg、32.0±2.9mmHg、41.0±1.9mmHg、51.1±2.3mmHg、6日60.3±1.9mmHg、71.2±3.2mmHg、8-0.2±2.1mmHgであった。2.点眼薬の眼圧下降に寄与するバリアントの解析1から8の中で多数症例だったのは1のLA追加効果でN=90、次いで4のLAからビマトプロストへの切り替え効果N=34、ついで7のCAI追加でブリンゾラミドの追加効果N=39、ついで5のカルテオロール追加効果N=28であった。その他はN数が10以下であった。上記の各薬剤で眼圧下降効果と1000Kの全ゲノム解析を現在解析中である。3.新規症例の収集およびデータ整理現在、1000Kではなく別のチップの全ゲノム情報のある適応症例を400例程度保持しており、その薬剤情報を収集中。現時点で、1000Kのバリアントデータを持つ広義原発開放隅角緑内障833例の薬剤のデータ確認及び効果は整理でき、症例数は少ないながら予定通り薬剤と眼圧下降効果にかかわるバリアントを同定すべく全ゲノム解析を解析中である。しかしながら薬剤の種類が多岐にわたり、薬剤別で分類していくとN数が少なくなり、そのため有意なバリアントが同定できていない可能性があるので、各薬剤で細かく分けず、「プロスタグランジン」、「βブロッカー」、「炭酸脱水酵素阻害剤」という大きなくくりなどでも眼圧下降効果のバリアントを同定できるよう、現在解析を進めている。引き続きゲノム情報のある600例余りの薬剤および眼圧のデータを検討・入力していき、それが終わった時点で各薬剤の眼圧下降効果のバリアントを既に持っている1000Kデータの全ゲノムバリアント情報から、それぞれの薬剤の眼圧下降効果に関するバリアントを解析、同定していく。現時点で予定通りの広義原発開放隅角緑内障833例の薬剤のデータ確認及び眼圧下降効果は整理できた。そのデータをもとに全ゲノム解析中である。その結果が得られたら、別集団で1000Kではないが全ゲノム情報を約400例ほど保持しているのでそれを再現性取得実験として解析を行う予定である。2017年6月に世界緑内障会議に情報収集のため参加したが、その学会費用を請求していなかった。またデータ出力が思った以上にはかどらず、来年度もデータ整理、入力に関して昨年度以上に作業員を雇う必要がある。また次年度に候補の新規症例のDNA抽出などもまとめて行う予定でその実験費用も増額されることが予想されるため今年度の支出を抑えて繰り越した。
国際比較から見た日本の公共部門の規模の規定要因

本研究では、日本の公務員数が他の先進諸国に比べて大幅に少ない理由を考察した。特に、従来の研究が触れてこなかった点として、日本が経済発展の早い段階で公務員数の増加を抑制した理由を重視した。その結果、日本では政府が公務員の人件費をコントロールする制度的な手段を持たなかったことが重要な要因だという結論に至った。給与を抑制できなかったことが、政府を人員の抑制へと向かわせたのである本研究では、日本の公務員数が他の先進諸国に比べて大幅に少ない理由を考察した。給与を抑制できなかったことが、政府を人員の抑制へと向かわせたのである本研究の目的は、日本の公務員の数が他の先進諸国に比べて極端に少ない理由について考察することである。その説明の鍵となるのは、経済発展の早い段階で公務員数の増加に歯止めをかけたメカニズムである。特に本研究では、人事院勧告に基づく公務員の給与制度が戦後に導入された結果、政府が人件費を抑制する手段を欠くことになり、他国よりも早くから行政改革が試みることになった点に注目する。研究計画に従い、本年度は以下の二点について検討を行った。第一に、制度の形成過程についての国際比較を進めた。従来指摘されてきた通り、日本の公務員制度は終戦直後の公共部門の労働運動が急進化への対応として形成された。問題となるのは、日本で特にそうした結果が生じた理由である。この点について明らかにするべく、日本と同じく戦間期から戦時中にかけて労働運動に対する抑圧を経験したヨーロッパ諸国との比較を行った。第二に、政権党の党派性の効果を検討した。日本の公務員数についての標準的な福祉国家論に基づく一つの説明は、自民党の一党支配の下で社会民主主義政党の勢力が弱かったことである。しかし、先進諸国のデータを分析した結果、同じ国の中では政権党のイデオロギーの変化は公務員数の増減にほとんど影響を与えず、また1970年代以降に行政改革を開始した国でも政権党の左右に関係なくそうした政策転換を実施していることが明らかとなった。研究計画に付け加えた事項としては、公共部門における雇用が持つ社会政策としての効果を統計分析によって推定したことが挙げられる。特に、女性公務員の家事労働の時間が特に日本を初めとする公務員数の少ない国においては民間部門に比べて短いことを示し、この部門において創出される雇用が男女の平等を促進する可能性が示された。本研究では、日本の公務員数が他の先進諸国に比べて少ない理由についての考察を行った。特に、先行研究が他国と日本の違いを説明する論理を持たないことを明らかにした上で、制度的な観点から日本における公務員数を説明する理論的な視角を組み立てることに努めた。その概要は以下の通りである。第一に、現在の日本の公務員数が少ない理由は、経済発展の早い段階でその増加を抑制するための行政改革に取り組んだことである。すなわち、欧米諸国においては少なくとも1970年代末までは続いていた公務員数の増加が、日本においては戦後の高度成長期の段階で急速に鈍化した結果、公務員数が肥大化する前にその拡大が未然に防がれたのである。第二に、こうした行政改革のタイミングの早さを説明する重要な要因は、公務員の給与制度の特殊性である。日本の公務員の給与は、多くの国において見られるような団体交渉ではなく、人事院勧告を通じて民間部門に合わせて設定される。このことは、人件費の抑制が必要な局面で財政当局が有効な給与水準の抑制手段を持たないことを意味するため、結果として行政改革によって人件費の抑制が行われやすいという傾向を生み出す。特に日本の場合、高度成長期までは繰り返し国際収支問題に直面して財政的な引き締めを迫られていたことが、人事院勧告の存在に伴う財政の「硬直化」に対する財政当局の警戒感を生み、それが総定員法を中心とする公務員数の増加抑制のための施策へと帰結することになった。本研究では、こうした議論の妥当性を示すため、しばしば行政改革の先駆的な例とされるイギリスの事例を歴史的に観察し、1970年代における公務員数の増加の抑制が、サッチャー政権の登場以前に、国際収支問題と公共部門の労使紛争への対応として生じていたことを示し、さらに1980年代以降の先進諸国の比較を通じて公共部門の給与問題と行政改革のタイミングの関係を明らかにした。一年目の昨年度は、本年度の目標としている研究成果の公刊に向けた準備作業を行うことができたと考えている。24年度が最終年度であるため、記入しない。本年度を研究の最終年度として予定している。昨年度同様に、研究計画に沿って研究を実施していきたい。その観点から、行政改革が持続するメカニズムの検討については別の研究プロジェクトとして切り離し、ひとまず現在までの研究成果をまとめることにエネルギーを注ぎたいと考えている。
電位勾配を転写した傾斜機能表面および傾斜ポリマーブラシの創製

本研究は、外部電場中の導体が誘起するバイポーラ電極を利用し、その表面に生じる電位勾配を種々の表面修飾に転写することで、画期的な機能性傾斜表面創成法の開発を目指すものである。本研究により得られる機能性傾斜表面は生化学分野等への応用が期待される。本研究では特に、基板表面に高分子鎖を共有結合したポリマーブラシに注目し、これを傾斜的に修飾した傾斜ポリマーブラシを主な研究対象とした。最終年度である本年度研究においては、高分子主鎖が共役系分子から構成される共役系ポリマーを表面に固定化した共役系ポリマーブラシの傾斜的機能化を目指し、基礎的な検討を行った。これまでに報告されている共役系ポリマーブラシの合成法の多くは、表面開始連鎖重縮合法に基づき合成されている。この重合法では不安定なニッケル触媒を基板表面に固定化する操作が不可欠であり、非常に煩雑な実験操作を避けられない。そこで我々は、より簡便な手法として電解重合法に基づく共役系ポリマーブラシの作成を試みた。実験は、基板表面へのレドックス活性小分子の修飾と、この小分子を起点とした電解重合から構成される。重合開始剤となる小分子として、比較的容易に酸化を受けるターチオフェンを選定した。既報に従いターチオフェン部位を有するジアゾニウム塩を発生し、電極表面で電解還元に供することでターチオフェンの修飾を行った。得られた基板の電気化学測定の結果、ターチオフェンが基板表面に非常に高密度に修飾されていることが確認された。続いて、代表的な共役系分子であるピロール類、チオフェン類をモノマーとして用いて表面開始電解重合を行った。その結果、非常に簡便に種々の共役系ポリマーブラシを得ることに成功した。また、重合の可否がモノマーの酸化電位に依存するという非常に興味深い知見を得ることができた。27年度が最終年度であるため、記入しない。電源に接続された駆動陽陰極間に導体を設置すると、導体は分極し、同一平面内に陽極と陰極、言い換えれば電位勾配を有する「バイポーラ電極」として振る舞う。本研究は、バイポーラ電極上の精密に制御された電位勾配を基板表面へ転写することで、生化学分野での応用が期待される傾斜ポリマーブラシの作成を目的とする。初めに、アリールジアゾニウム塩の一電子電解還元による電極表面修飾を鍵反応とし、基板表面への機能団の傾斜的導入を検討した。ジアゾニウム塩に由来するフェネチルアルコールの傾斜的導入の後、2-bromisobutylyl bromideを用いてアルコールをアシル化し、原子移動ラジカル重合(ATRP)の開始剤に変換した。重合開始剤の傾斜的導入はX線光電子分光(XPS)解析により確認した。興味深いことに、重合開始剤の密度勾配は、バイポーラ電解に際に外部より印加される電圧、または電解時間に依存して変化することが明らかとなり、バイポーラ電解を用いることで精密に制御された機能性傾斜表面を作成可能であることが示唆された。続いて作成した基板を用い、メタクリル酸メチル(mm)をモノマーとして表面開始ATRPを行った。得られたポリマーブラシについて赤外分光分析を行ったところ、前述のXPS解析結果と同様、ポリマーブラシが密度勾配を有していることが示された。すなわち、バイポーラ電解によって作成された重合開始剤の密度勾配が、ポリマーブラシに反映されていることが示唆された。更に、得られたポリマーブラシの膜厚測定から、グラフト密度が高い程膜厚が大きくなっており、ポリマーブラシが3次元的な傾斜形状を示していることが明らかとなった。本成果は新しい傾斜ポリマーブラシ創成法の提案に留まらず、様々な機能性傾斜表面作成のプラットフォームとしての利用が可能であり、今後の発展が多いに期待される。本研究は、外部電場中で分極した導体をワイヤレス電極として用いるバイポーラ電気化学に基づき、機能性材料の創出を目的としている。バイポーラ電極は同一面内に陽陰極面を有し、それゆえ表面には電位勾配を生じている。この電位勾配を他の材料に転写することで、これまでには作成することが難しかった機能性傾斜表面を簡便に作成することができる。原子移動ラジカル重合(ATRP)は、Cu(I)を触媒に用いるリビングラジカル重合法である。Cu(I)は空気に不安定であるためCu(II)を系中で還元して重合に用いる方法が知られるが、近年電解還元を用いることでリビング重合系を簡便に制御する手法(eATRP)が報告されている。我々はこの手法に着目し、バイポーラ電極上に生じる電位勾配中での触媒の濃度勾配を利用した表面開始eATRP法の開発を着想した。重合開始剤はガラス上にアルコキシシランの重縮合により製膜し、グラッシーカーボン(GC)電極をバイポーラ電極として用いた。ビニルモノマー(3.2 M)、水/メタノール混合溶媒、触媒源である塩化銅(II)、配位子10 mMを加え、これを電解液とした。GC板をガラス基板に数百μメートル離して設置し、電解を行ったところ、銅触媒の傾斜的な発生に伴いガラス基板状からポリマーが成長していることを確認した。さらに得られたポリマーブラシはガラス上でその高さを徐々に変化させ、なだらかな傾斜形状を示す確認された。本系には様々な極性のモノマーが適用可能であることも示され、簡便でありながら汎用性の高い傾斜ポリマーブラシ作成法を確立することに成功した。

さらに本系を応用することで、平成27年度の研究計画としていた「ポリマーブラシのパターニング」にも成功した。本研究は、外部電場中の導体が誘起するバイポーラ電極を利用し、その表面に生じる電位勾配を種々の表面修飾に転写することで、画期的な機能性傾斜表面創成法の開発を目指すものである。本研究により得られる機能性傾斜表面は生化学分野等への応用が期待される。本研究では特に、基板表面に高分子鎖を共有結合したポリマーブラシに注目し、これを傾斜的に修飾した傾斜ポリマーブラシを主な研究対象とした。最終年度である本年度研究においては、高分子主鎖が共役系分子から構成される共役系ポリマーを表面に固定化した共役系ポリマーブラシの傾斜的機能化を目指し、基礎的な検討を行った。これまでに報告されている共役系ポリマーブラシの合成法の多くは、表面開始連鎖重縮合法に基づき合成されている。この重合法では不安定なニッケル触媒を基板表面に固定化する操作が不可欠であり、非常に煩雑な実験操作を避けられない。そこで我々は、より簡便な手法として電解重合法に基づく共役系ポリマーブラシの作成を試みた。実験は、基板表面へのレドックス活性小分子の修飾と、この小分子を起点とした電解重合から構成される。重合開始剤となる小分子として、比較的容易に酸化を受けるターチオフェンを選定した。既報に従いターチオフェン部位を有するジアゾニウム塩を発生し、電極表面で電解還元に供することでターチオフェンの修飾を行った。得られた基板の電気化学測定の結果、ターチオフェンが基板表面に非常に高密度に修飾されていることが確認された。続いて、代表的な共役系分子であるピロール類、チオフェン類をモノマーとして用いて表面開始電解重合を行った。その結果、非常に簡便に種々の共役系ポリマーブラシを得ることに成功した。また、重合の可否がモノマーの酸化電位に依存するという非常に興味深い知見を得ることができた。初年度のポリマーブラシ合成の知見を活かし、オリジナリティの高い傾斜ポリマーブラシ創成法の開発に成功した。重合速度を支配する因子の解析や、モノマーの適用範囲の検討といった本系の基礎的な知見の蓄積に加え、本系を応用したポリマーブラシパターニングにも成功している。特にバイポーラ電気化学を利用したポリマーブラシのパターニングは平成27年度の研究計画を先取りした研究内容であり、平成26年度の本研究の予想以上の進展を示している。また、ここに示した研究成果は既に論文にまとめ、化学系のトップジャーナルであるAngewandte Chemie International Edition誌に掲載され、さらにHot Paper、フロントカバーに選出されるほど注目を集めた。以上の点より、本研究は当初の計画以上に進展していると考えている。27年度が最終年度であるため、記入しない。平成27年度は、申請時には平成26年度に実施予定であった「共役系傾斜ポリマーブラシ」の合成に挑戦する。共役系ポリマーは、芳香環が連結された高分子であり、半導体/導体特性を示すことから現在でも盛んに研究されている有機材料である。共役系ポリマーブラシはこれまでにも報告例はあるものの、いまだ積極的に機能性材料に用いた例は少ない。我々はこれまでに研究から得た「共役系ポリマー」と「有機電解合成」の知見を用い、共役系ポリマーブラシを用いた新規材料合成に挑戦する。
転移性前立腺癌に対する、IL‐12およびB7‐1遺伝子発現抗腫瘍ワクチンの検討

まずin vitroにおいて、ベクターの持つdirect cytotoxicityの評価と、あわせてIL-I2secretionの定量を行った。178-2BMAマウス前立腺癌細胞を24-wellプレートで培養し、種々のMOIでベクターをトランスフェクションさせたのち、その細胞数の変化を経時的にカウントして、細胞毒性を評価した。その結果、200MOIまではdirect cytotoxicityを認めない結果であった。また同時に培養液の上澄みも回収し、ELISA法を用いてIL-12の産生量を定量し(BioSource International,Camarillo,CA)、至適MOIの検索をおこなった。その結果、100MOI以上においては、IL-12の産生量に明らかな差を認めず、同MOIが至適であると考えられた。次に遺伝子導入癌細胞ワクチンにおける腫瘍表面抗原発現の同定として、フローサイトメトリー解析によって、それぞれ、遺伝子未導入群、コントロールベクター(Ad/CMV/β-gal)導入群、IL-12遺伝子導入群、IL-12+B7-1遺伝子導入群での細胞表面抗原の発現の比較を行った。その項目としてMHCclassI,classII,B7-1(CD80),B7-2(CD86)(Phar Mingen,San Diego,CA,USA)の発現について、それぞれの検討を行った。In vitroで同定された至適ウイルス濃度(100MOI)を用いて、178-2BMA細胞にIL-12,およびIL-12+B7-1遺伝子を導入したのち、24時間後に同細胞に対して100Gyの放射線照射を当てたものを腫瘍細胞ワクチンとして用いて、検討を行っている。治療群はコントロールであるHBSS群、コントロールベクターAd/CMV/β-gal)導入群、IL-12遺伝子導入群、IL-12+B7-1遺伝子導入群の計4群とし、一回のワクチン接種細胞数は1.0x10^6/100μlとして設定した。また最終的な結論は得られていないが、IL-12,およびIL-12+B7-1遺伝子導入群の双方において、局所腫瘍重量、ならびに肺転移数について、有意な抗腫瘍効果を認めており、そのCTL誘導も含めた機序の解析を行っている。マウス前立腺癌細胞株であるRM-9、178-2BMAを用い、HBSS群、コントロールベクター(Ad/CMV/β-gal)導入群、IL-12遺伝子導入群、IL-12+B7-1遺伝子導入群の計4群を設定し、現在in vitroにおけるIL-12産生量の検討に基づいた至適MOIを検討しているところである。現在までのところ、MOIの増加に比例してIL-12の産生も増加しており、100MOI前後が至適MOIと推測される。またRM-9細胞を用いたIL-12+B7-1遺伝子導入群のフローサイトメトリー(FACS)cell surface expressionの解析においても、CD80(B7-1)の発現が確認されており、アデノウイルスをベクターとした同遺伝子導入の確認がとれてきている段階である。今後In vitroで同定された至適ウイルスMOIを用い、各遺伝子を導入した癌細胞に放射線照射を当てた腫瘍細胞ワクチンを作製し、局所における抗腫瘍効果、転移抑制効果ならびにsurvival studyのin vivo検討を行なう予定である。
呼吸器系感染症の治療及び予防を目的とした肺細胞へのドラッグデリバリーシステム

インフルエンザやSARS(新型肺炎)などのウイルスによる呼吸器感染症が世界的に猛威を振るっている。結核などの一旦収束していた細菌による感染症も再び慢性的な疾患や肺炎球菌による細菌感染症も現在大きな問題となってきている。化学療法剤(抗菌剤)で薬物治療を行う上で、治療薬が目的の組織、感染部位に有効治療濃度以上に効率よく移行しなければならない。本研究の目的は、ウイルス、細菌による感染症を含めた呼吸器感染の予防、治療を目的とした、抗菌剤の気道、肺の標的細胞へのドラッグデリバリーの確立である。ニューキノロン系抗菌薬、シプロフロキサシンを含ませたリポソームなどの微粒子製剤を作成し、これら製剤を実験動物(ラット)に肺または注射で投与し、抗菌剤の肺細胞、肺粘膜表面及び肺胞マクロファージへの移行性を速度論的に解析した。肺粘膜表面及び肺胞マクロファージへの移行性高い製剤に関しては、細胞移行性及び機構を単離培養細胞を用いてin vitro系を調べた。また、これらの製剤を直接的に肺に投与した場合の、製剤及び抗菌剤の肺細胞、肺胞マクロファージへの移行性について詳細に調べた。またPK/PDモデルを用いて治療効果を評価した。その結果、シプロフロキサシンを1000μmの粒子径のリポソーム製剤で肺投与することで、高い肺胞マクロファージ集積性及び肺粘膜表面濃度が示され、高い治療効果が得られることが明らかとなった。インフルエンザやSARSなどのウイルスによる呼吸器系感染症が世界的な猛威を振るっている。これらの感染症は直接的な細菌感染ではないが、常在菌の活性など2次的な細菌感染が治療の大きな妨げとなる。化学療法剤(抗生物質)などの薬物治療を行う上で、投与された薬物が目的の組織・臓器に有効治療域濃度以上に効率よく分布しなければならない。そこで、数種のモデル抗菌薬の粒子径の異なるリポソーム製剤を作成し、その製剤を実験動物(ラット)へ経肺又は注射により投与をし、肺細胞、肺粘膜表面、肺胞マクロファージへの移行について速度論モデルを作成し解析した。肺粘膜表面、肺胞マクロフアージへの移行性の高い薬物については、単離細胞また培養細胞を用いて、組織移行機構をin vitro系で調べた。また、これら薬物を気管より肺に直接的に投与した場合の肺細胞、肺胞マクロフアージへの移行性、また微粒子製剤で投与した場合の肺細胞、肺胞マクロファージ肺胞マクロフアージへの移行性について検討し、製剤の評価を行った。さらに、in vivo系でも、これら製剤と薬物の肺胞マクロフアージへの取り込みについて検討した。結核などの一旦終息していた細菌による感染症も再び慢性的な疾患や肺炎球菌による細菌感染症も現在大きな問題となってきている。肺粘膜表面及び肺胞マクロファージへの移行性高い製剤に関しては、細胞移行性及び機構を単離培養細胞を用いてin vitro系で調べた。
ヒト正常線維芽細胞およびAT細胞に対する^3Hβ線の効果とその放射線物理的機構

〔目的〕トリチウムβ線(5.7KeV)とそのエネルギー類似の鉄,チタン特性X線(6.5,4.6KeV)照射によるヒト線維芽細胞の致死効果から、トリチウム水の細胞線量補正係数を求めることにした。〔方法〕ヒト線維芽細胞【10^5】を照射2日前に1.5μmマイラー膜底の自家製ディシュ(7【cm^2】にプレートし、鉄,またはチタン特性X線でメディウム存在下で下方から照射した。トリプシン処理後、適当数の細胞をコロニー生成まで15日間【CO_2】インキュベータで培養した。細胞のトリチウム水処理法,V79の処理,特性X線照射装置,線量測定は昨年度報告した通りである。〔結果〕ヒト線維芽細胞のトリチウム水,鉄特性X線,チタン特性X線,リニアックX線(4MV)による生存率曲線を求めた。鉄特性X線,チタン特性X線,リニアックX線は、ほぼ同一生存率曲線を示した。しかも肩もほとんどないので、直線とみなすと、トリチウム水の細胞線量補正係数は0.7となる。逆に、細胞の含水率を70%と仮定すると、RBE=1.0となる。ヒトの細胞ではないが、昨年度はV79細胞で鉄特性X線とトリチウム水との比較で線量補正係数を求めた。今年度は確認のため、チタン特性X線によるV79細胞の生存率曲線も求めた。予想に反して、この生存率曲線は、鉄特性X線のそれと明らかに異なっている。従って、V79細胞の特性X線照射による線量補正係数を求めるのに、昨年度報告したように、単純に【^3H】β線と鉄特性X線のエネルギーがほぼ等しいから、生物効果が等しいと仮定するのは適当でなく、現在、放射線物理学的な面からも検討中である。
都市ごみ処理・処分における二酸化炭素の有効活用

都市ごみの処理・処分におけるCO2の有効活用を目的として,焼却灰,浸出水を対象に,焼却灰炭酸化反応効率の向上策,浸出水のpH低減策をそれぞれ検討した。炭酸化処理に関する従来の研究では,ほとんどの場合,湿潤焼却灰にCO2を通気する手法が用いられている。ここでは,CO2を溶解させた水(以下,CO2溶解水)またはCO2を気体種としたウルトラファインバブル水(CO2-UFB水)を直接,焼却灰に含水させて炭酸化処理を実行し,処理時間の短縮,操作性の向上等を検討した。その結果,過去の実験によって得られた焼却灰のCO2吸収量(約1mol-CO2/kg)を,焼却灰含水率を30%と想定してCO2を溶解させるためには大きな圧力を必要とし,現実的な手法ではないことが分かった。そこで,CO2-UFB水を用いたところ,十分な炭酸化が生じることが示唆された。ただし,再現性の確認が十分ではなく,必要十分なCO2-UFB量を引き続き検討する必要がある。浸出水のpH低減策の検討については,浸出水へのCO2の通気流量や通気時間を変え,pHやEC,SSの変化を比較した。また,pHの変化から,浸出水へのCO2溶解速度を算出した。それらを踏まえて,浸出水処理の前段階でのCO2通気による炭酸中和処理の有効性,また,効率性を検討した。その結果,浸出水のpHを7.5に下げるために必要なCO2反応量を計算し,それらの浸出水の初期pHとの関係を示した。浸出水の種類によらず,両者はほぼ直線で近似でき,浸出水の初期pHからpH7.5まで下げるために必要なCO2量を求めることができた。ただし,本研究では複数の浸出水を用いて検討したが,その成分は必要CO2量にはあまり影響を与えなかったが,さらに性状の異なる浸出水についても検討する必要があると考えられた。実埋立地では、廃棄物層が何層にも重なった多層構造をしているが,室内カラム試験ではほとんどが単一層カラムで行われていることから,両者の相違点を検討する必要がある。本研究では,都市ごみ焼却灰を充填した単一層カラム通水試験を実施後,新たに焼却灰を複数層に充填して二・三層カラムによる通水実験を行った。なお,試料は未処理焼却灰と炭酸化処理焼却灰を用いて行った。得られた主な結果を以下に示す。(1)未処理灰と炭酸化処理灰の各層カラムにおけるpHと液固比(L/S)の関係:未処理二層カラムでは,一層カラムと比べて初期値はpH 13と高く,低下速度もやや速かった。炭酸化二層カラムでは,一層カラムより初期値がpH 8と低い値であったが,通水を続けるとpH 10付近まで上昇し,その後,横ばいとなった。次に,未処理三層カラムでは,通水開始時(約pH 12)から緩慢に変化したが,L/S 28から急速に低下した。流速の変化や水みちができ,焼却灰と水との接触時間に違いが生じた可能性が懸念された。炭酸化三層カラムでは,炭酸化二層カラムと同様に通水を続けると,pH 10付近で上下し,低下傾向は確認できなかった。炭酸化カラムのpHは未処理カラムのそれと比べ、値が小さかったが、廃止基準(pH 5.68.6)を満足しなかった。(2)炭酸化焼却灰と未処理焼却灰における各層カラムのECとL/Sの関係:炭酸化焼却灰カラムの方が、初期値は各層カラムで値が小さかった。また、炭酸化焼却灰と未処理焼却灰の両方で減少が確認でき、その速度には大きな違いはなかった。(3)炭酸化焼却灰と未処理焼却灰における三層カラムのCa濃度とL/Sの関係:炭酸化処理灰では、L/Sが増えるにつれCa濃度が減少していき、L/S 4以降から安定したが、未処理焼却灰では安定せず、L/S 30までに低下傾向は見られなかった。複数層で実埋立地を模擬してカラム試験は,使用する焼却灰の性状が不均一であったが,実験は概ね予定通り進行した。結果については廃棄物資源循環学会で発表した。また,論文投稿も行い,現在査読を受けている。したがって,「おおむね順調に進展している」と自己評価した。雨水によって廃棄物埋立層から排出される浸出水は非常にpHが高く,有害物質等が含まれている。また,特にpHに関しては長期間にわたり高い状態が続くことから,最終処分場の廃止基準(pH5.68.6)に達するのに時間を要する原因となっている。実埋立地は,廃棄物層が何層にも重なった多層構造をしている。一方,埋立地を模擬した室内カラム通水試験ではほとんどが単一層カラムで行われていることから,著者らは前報で,都市ごみ焼却灰を充填した単一層カラムに通水後,新たに焼却灰を一層目の上に充填して二層カラム通水試験を行い,さらに同様に三層カラムにして通水実験を行い,浸出水水質を検討した。その際,水飽和状態で実験を行うことを目的として上向流で通水したため,実際の埋立地を模擬するには至らなかった。そこで,浸出水水質の挙動を把握することを目的として, 1本のカラムを用いた複数層通水ではなく,個別に単一カラムを作成してそれらを連結し,上向流で通水させた実験を行った。

その結果,実際の埋立層を模擬したこれまでの単一層カラムでは浸出水水質の挙動を十分に把握することは困難であり,本法のような新たなカラム通水試験法が必要であることが示唆された。次に,促進炭酸化について検討した。炭酸化処理に関する従来の研究では,湿潤焼却灰にCO2を通気する手法が用いられてきた。本研究では,CO2の超微細気泡を水中に含有させた溶液(CO2ウルトラファインバブル水)を直接,焼却灰に含水させて炭酸化処理を実行し,処理時間の短縮,操作性の向上を定性的にではあるが検討した。一般廃棄物焼却灰の炭酸化処理に必要とされるCO2量,含水率(30または50%)では,CO2ウルトラファインバブル水では必要十分なCO2を供給することが出来なかったことから,改善策を引き続き検討中である。本研究では,未処理焼却灰,炭酸化処理焼却灰を用いて,単一層カラム通水ではなく,単一層カラムを複数接続した複数層カラムを用いて通水試験を行った。その結果,ECにおいては単一層カラムと複数層カラムとでは,浸出水水質が異なる挙動を示す結果が得られた。すなわち,実際の埋立層を模擬したこれまでの単一層カラムでは,浸出水水質の挙動を十分に把握することは困難であり,本法のような新たなカラム通水試験法が必要であることが示唆された。一方,浸出水pHは,特徴的な差異は認められなかった。焼却灰含有成分の溶出によってpH, ECの各値が決定されることを考慮すると,今後は,浸出水溶解成分の濃度(例えばCa等の無機成分)を併せて浸出水水質の挙動を理解する予定である。促進炭酸化については,研究代表者らの過去の研究より、焼却灰は1mmol-CO2/g程度の炭酸を吸収することがわかっている。つまり、焼却灰50gでは50 mmol-CO2必要であると考えられる。含水率を考慮してCO2ウルトラファインバブル水を用いた炭酸化処理を行う場合、オーダーで2桁程度CO2量が不足していることが示された。CO2ウルトラファインバブル水のCO2濃度が当初予定していたよりかなり小さかったためであるが,改善策として,酸添加による炭酸化処理を改善策として対応を継続している。以上より,一部において当初期待していた結果とは異なる結果が得られたが,改善策を検討して継続実施している。したがって,本研究はおおむね順調に進展していると判断した。都市ごみの処理・処分におけるCO2の有効活用を目的として,焼却灰,浸出水を対象に,焼却灰炭酸化反応効率の向上策,浸出水のpH低減策をそれぞれ検討した。炭酸化処理に関する従来の研究では,ほとんどの場合,湿潤焼却灰にCO2を通気する手法が用いられている。ここでは,CO2を溶解させた水(以下,CO2溶解水)またはCO2を気体種としたウルトラファインバブル水(CO2-UFB水)を直接,焼却灰に含水させて炭酸化処理を実行し,処理時間の短縮,操作性の向上等を検討した。その結果,過去の実験によって得られた焼却灰のCO2吸収量(約1mol-CO2/kg)を,焼却灰含水率を30%と想定してCO2を溶解させるためには大きな圧力を必要とし,現実的な手法ではないことが分かった。そこで,CO2-UFB水を用いたところ,十分な炭酸化が生じることが示唆された。ただし,再現性の確認が十分ではなく,必要十分なCO2-UFB量を引き続き検討する必要がある。浸出水のpH低減策の検討については,浸出水へのCO2の通気流量や通気時間を変え,pHやEC,SSの変化を比較した。また,pHの変化から,浸出水へのCO2溶解速度を算出した。それらを踏まえて,浸出水処理の前段階でのCO2通気による炭酸中和処理の有効性,また,効率性を検討した。
光学材料を内包する透明なナノカプセルの調製

平成30年度は,はじめに2-cyano-2-propyl dodecyl trithiocarbonateと2,2'-azobis(isobutyronitrile)を用いたstyrene(St)とoligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate(OEGMA)との逐次的な可逆的付加開裂連鎖移動(RAFT)重合により,乳化剤となる両親媒性櫛形ブロックコポリマーPOEGMAm-b-PStnを合成した。次に,Hansen溶解度パラメーターだけではなく,コア溶媒,カプセル壁となる種々のポリマー,POEGMAm-b-PStn水溶液の表面張力および接触角などの界面化学的特性から算出される拡張係数の観点から,ナノカプセル(NCs)の調製に最適な物質を理論的に選択した。コア溶媒として用いるdipropylene glycol methyl-n-propyletherに,カプセル壁を形成するモノマーとしてmethyl methacrylateおよびethylene glycol dimethacrylate,フォトクロミック色素としてAberchrome 670を溶解させ,転相温度(PIT)乳化法によりO/W型ナノエマルションを得た。開始剤として2,2'-azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane]dihydrochlorideを用いたモノマー油滴の重合により,ポリマー濃厚相の相分離現象(コアセルベーション)を誘起し,フォトクロミック色素を含有するリキッドコアNCsを調製した。透過型電子顕微鏡,光散乱法,熱重量分析により,カプセル構造を評価した。また,NCsはポリマー薄膜よりも高い光異性化速度を有しており,NCs内部のコア溶媒がフォトクロミック色素の光異性化に適した溶液環境を提供していることを明らかにした。本研究は,PIT乳化により得られるO/W型ナノエマルションのモノマー油滴を重合し,油滴内でのコアセルベーションを誘起し,「光学材料を内包する透明なナノカプセル(NCs)の調製」に必要な材料設計を確立することを目的としており,平成30年度に予定していた,RAFTによる両親媒性ブロックコポリマーの合成,界面化学的特性の評価,PIT乳化法によるO/W型エマルションモノマー油滴の重合によるNCsの調製を達成することができた。本研究の光学材料としてはフォトクロミック色素および液晶化合物を対象とするが,平成30年度はフォトクロミック色素を先行して検討した。Hansen溶解度パラメーターおよび拡張係数に基づいて理論的に予想されるNCsのモルフォロジーは,透過型電子顕微鏡により観察される形状と一致することを示した。また,POEGMAm-b-PStnのブロック鎖長(重合度)により,可視光の散乱が見られない数十nmのNCsを作製することができた。さらに,Aberchrome 650をカプセル化したNCs水分散体およびpoly(vinyl alcohol)フィルムは,poly(methyl methacrylate)フィルムにドープしたAberchrome 670よりもTHF溶液に近い光異性化速度を有しており,Aberchrome 670がコア溶媒に良好に溶解した状態でカプセル化されていることを明らかにした。本研究成果は,学術雑誌に掲載されたことから(J. Colloid Interface Sci., 547 (2019) 318-329, https://doi.org/10.1016/j.jcis.2019.04.008),現在までのところ,本研究は順調に進展していると判断される。【現在までの進捗状況】で述べたとおり,平成30年度はフォトクロミック色素としてAberchrome 670を内包するリキッドコアナノカプセルの調製を先行して検討した。液晶化合物は構成元素および官能基の種類により分類することができるが,我々は既にフォトクロミック色素のカプセル化と同様の手法で,フッ素系液晶化合物(JD-5037XX: JNC石油化学製)のカプセル化の検討を始めている。O/W型エマルション油滴の重合により誘起されるコアセルベーションはポリマー濃厚相の移動を伴う動的なプロセスであるため,粘性の高い液晶化合物で架橋高分子がモノマー油滴表面に理想的に集積するか否か不明であったが,平成30年度に設備として購入した示差走査熱量計(DSC)を用いて熱化学的特性を評価したところ,,いくつかの条件下で調製した液晶NCsではネマチック相ー等方相転移温度(TNI)を観測しており,カプセル構造を形成することを見出した。また,偏光顕微鏡観察を行ったところ,TNI以上の温度で暗視野が出現することも明らかにしている。なお,フォトクロミック色素が溶解したリキッドコアナノカプセルとは異なり,光学材料のもう一方の検討対象となる液晶化合物は,その分子形状や分子間相互作用に起因する分子配向性が光学特性に強い影響を与えることから,Hansen溶解度パラメータや拡張係数により予測されるモルフォロジー制御だけでなく,機能発現の観点から液晶化合物とカプセル壁の材料選択も重要であると考えている。そのため,安価で工業的によく利用されるStやMMAなどの汎用モノマーにとどまらず,液晶性を発現するモノマーなども新たに合成する必要が生じると予測している。今後は,材料の選択による駆動電圧の低下など,機能発現の関係を詳細に検討する予定である。平成30年度は,はじめに2-cyano-2-propyl dodecyl trithiocarbonateと2,2'-azobis(isobutyronitrile)を用いたstyrene(St)とoligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate(OEGMA)との逐次的な可逆的付加開裂連鎖移動(RAFT)

重合により,乳化剤となる両親媒性櫛形ブロックコポリマーPOEGMAm-b-PStnを合成した。次に,Hansen溶解度パラメーターだけではなく,コア溶媒,カプセル壁となる種々のポリマー,POEGMAm-b-PStn水溶液の表面張力および接触角などの界面化学的特性から算出される拡張係数の観点から,ナノカプセル(NCs)の調製に最適な物質を理論的に選択した。コア溶媒として用いるdipropylene glycol methyl-n-propyletherに,カプセル壁を形成するモノマーとしてmethyl methacrylateおよびethylene glycol dimethacrylate,フォトクロミック色素としてAberchrome 670を溶解させ,転相温度(PIT)乳化法によりO/W型ナノエマルションを得た。開始剤として2,2'-azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane]dihydrochlorideを用いたモノマー油滴の重合により,ポリマー濃厚相の相分離現象(コアセルベーション)を誘起し,フォトクロミック色素を含有するリキッドコアNCsを調製した。透過型電子顕微鏡,光散乱法,熱重量分析により,カプセル構造を評価した。また,NCsはポリマー薄膜よりも高い光異性化速度を有しており,NCs内部のコア溶媒がフォトクロミック色素の光異性化に適した溶液環境を提供していることを明らかにした。本研究は,PIT乳化により得られるO/W型ナノエマルションのモノマー油滴を重合し,油滴内でのコアセルベーションを誘起し,「光学材料を内包する透明なナノカプセル(NCs)の調製」に必要な材料設計を確立することを目的としており,平成30年度に予定していた,RAFTによる両親媒性ブロックコポリマーの合成,界面化学的特性の評価,PIT乳化法によるO/W型エマルションモノマー油滴の重合によるNCsの調製を達成することができた。本研究の光学材料としてはフォトクロミック色素および液晶化合物を対象とするが,平成30年度はフォトクロミック色素を先行して検討した。Hansen溶解度パラメーターおよび拡張係数に基づいて理論的に予想されるNCsのモルフォロジーは,透過型電子顕微鏡により観察される形状と一致することを示した。また,POEGMAm-b-PStnのブロック鎖長(重合度)により,可視光の散乱が見られない数十nmのNCsを作製することができた。さらに,Aberchrome 650をカプセル化したNCs水分散体およびpoly(vinyl alcohol)フィルムは,poly(methyl methacrylate)フィルムにドープしたAberchrome 670よりもTHF溶液に近い光異性化速度を有しており,Aberchrome 670がコア溶媒に良好に溶解した状態でカプセル化されていることを明らかにした。
和算と中国数学,西欧数学との比較研究およびその中等教育新学習指導要領への実践的活

研究目的学習指導要領「数学活用」,「数学A」の「整数の性質」及び「数学I」「数学A」の[課題学習]実践において,和算を軸とした数学史全般の研究を活かし,数学的活動を充実させた授業の研究と実践を目的としている,数学史の専門的な研究と中等教育における授業研究は直接的な関連が薄いとも考えられるが,数学嫌いを多く生んでいる現状を鑑み,数学の本質的な意義,良さを伝えるため,数学が拠って生まれ来るその歴史を踏まえた授業の実践,先人達が築き上げた数学的な実りとそれに至る数学的営みをよく理解した上で教壇に立つことが肝要と考え,数学史の研究とその視点を活かした授業の研究,実践を試みている.研究方法原典,特に関孝和の『括用算法』と中国南宋の数学者秦九韶の『数書九章』の精読,学会での研究活動,授業研究,資料調査を進めている. 8月全国和算研究山梨大会に参加し,武田神社境内の算額,甲府市立図書館にて故小平邦彦氏の資料など視察した.さらに12月にも再度武田神社,市立図書館を訪ね調査を続けた. 7月, 8月の二度に亘り数学史名古屋セミナーに参加, 7月には椙山女学園大学教育学部を訪ねた.その他,数学教育学会年会,実践数学教育研究会(東京書籍主催),お茶の水女子大学における数学教育の会,共立出版に於ける数学文献を読む会など多数の学会,研究会に参加し,研鑽を積んだ.研究成果東京理科大学における社会人対象の「和算中級講座」(春季4月7月)の講師を担当する一方,関孝和の『括用算法』と秦九韶の『数書九章』の比較研究を続け,その成果の一つして,平成25年6月には,関孝和の数論に関する論文が掲載された書籍がSpringer社から刊行された.また, RIMS研究集会「数学史の研究」に論文「『数書九章』と『括用算法』」を提出.またNPO法人和算を普及する会には『算法童子問巻一(現代訳と解説)』の原稿提出済ませ,いずれも近々刊行の予定である.研究目的学習指導要領「数学活用」,「数学A」の「整数の性質」及び「数学I」「数学A」の[課題学習]実践において,和算を軸とした数学史全般の研究を活かし,数学的活動を充実させた授業の研究と実践を目的としている,数学史の専門的な研究と中等教育における授業研究は直接的な関連が薄いとも考えられるが,数学嫌いを多く生んでいる現状を鑑み,数学の本質的な意義,良さを伝えるため,数学が拠って生まれ来るその歴史を踏まえた授業の実践,先人達が築き上げた数学的な実りとそれに至る数学的営みをよく理解した上で教壇に立つことが肝要と考え,数学史の研究とその視点を活かした授業の研究,実践を試みている.研究方法原典,特に関孝和の『括用算法』と中国南宋の数学者秦九韶の『数書九章』の精読,学会での研究活動,授業研究,資料調査を進めている. 8月全国和算研究山梨大会に参加し,武田神社境内の算額,甲府市立図書館にて故小平邦彦氏の資料など視察した.さらに12月にも再度武田神社,市立図書館を訪ね調査を続けた. 7月, 8月の二度に亘り数学史名古屋セミナーに参加, 7月には椙山女学園大学教育学部を訪ねた.その他,数学教育学会年会,実践数学教育研究会(東京書籍主催),お茶の水女子大学における数学教育の会,共立出版に於ける数学文献を読む会など多数の学会,研究会に参加し,研鑽を積んだ.研究成果東京理科大学における社会人対象の「和算中級講座」(春季4月7月)の講師を担当する一方,関孝和の『括用算法』と秦九韶の『数書九章』の比較研究を続け,その成果の一つして,平成25年6月には,関孝和の数論に関する論文が掲載された書籍がSpringer社から刊行された.また, RIMS研究集会「数学史の研究」に論文「『数書九章』と『括用算法』」を提出.またNPO法人和算を普及する会には『算法童子問巻一(現代訳と解説)』の原稿提出済ませ,いずれも近々刊行の予定である.
酸素分子シンクロナイゼーションの構築

本研究ではプロトン内蔵π共役高分子錯体の、1段階多電子移動とシンクロしたプロトン移動過程の解明と新しい電子-プロトンシンクロナイゼーションを構築して呼吸類似反応を引き起こす材料の開発を目指し、研究を推進した。以下に今年度の成果について述べる。1.プロトン内蔵π共役高分子の多電子過程の解明連続的な電子移動にシンクロしたプロトン輸送の生起には、酸化還元(電子移動)にともないプロトンを可逆的に吸脱着し、しかも導電構造が必要である。安定なレドックス応答性を示すπ共役高分子として自己ドープ型ポリアニリン誘導体を選択した。例えばカルボキシ置換基を導入して、中性に近い条件下でも安定で可逆な酸化還元電位応答を示すポリアニリン誘導体の合成に成功した。2.一段階多電子移動にシンクロしたプロトン輸送系の構築ポリアニリンと接近した酸化還元電位をもつμ-オキソ錯体が、ポリアニリン連鎖状に配列した錯体集積場では酸素分子が多量に取り込まれ、電子移動にシンクロした連続的なプロトン輸送により酸素4電子還元が選択的かつ効率よく進行する。単核のCoTMPP錯体が高密度(1.77×10^<-8>mol/cm^2)に存在するPCAn高分子薄膜は酸素4電子還元(n=3.9)を進行させた。さらに、2電子還元で生成するH_2O_2を検出できる回転リングデイスク測定により、95%以上の高選択性で酸素4電子還元の進行が裏付けられた。酸素分子シンクロナイゼーションを構築する足掛かりを得た。
光遺伝学を応用した新しい人工暗点モデルサルの作成と知覚的充填の神経機構の解明

本研究課題ではウイルスベクターを用いた遺伝子導入法をマカクザルに適用し、機能性のタンパク質を神経細胞に発現させ、遺伝子導入した神経細胞の機能を操作し、特定の神経経路の機能を明らかにすることを大きな目的(目的1)として実験を行った。より具体的な目標としては機能性タンパク質として光感受性のあるタンパク質の遺伝子を導入し、光照射によるミリ秒単位での機能操作を行い、視覚情報を伝える特定の神経経路の情報伝達を遮断することを目的(目的2)とし、導入する遺伝子の検討、動物の課題訓練、光照射法の改良などを継続して行ったが、現時点ではこの目的2の達成には至らず、今後さらに研究を進める必要がある。一方で、目的1に関連して、盲視(blindsight視覚的意識を伴わない視覚情報処理)と呼ばれる現象に関わる神経経路を明らかにする研究を推進した。この研究ではウイルスベクターの二重感染法を用い神経伝達を遮断するための遺伝子(破傷風毒素の軽鎖の遺伝子。神経伝達に必要なシナプス小胞の開口に必要なタンパク質を阻害することで神経伝達を遮断する)を導入しその機能発現を制御することで、盲視の神経経路の可能性が想定されていた中脳上丘から視床枕への神経経路を選択的に遮断した。これにより盲視の機能が障害を受けることを示すことで盲視の神経回路として上丘-視床枕経路が重要であることを示し、成果を論文として発表した(Kinoshita et al., Nature Communications (2019) 10(1), 135)。本研究では光遺伝学をマカクザルの脳研究に応用し,特に標的とする神経細胞の活動だけを選択的に抑制することで,神経経路選択的な活動制御をミリ秒オーダーで行うことを目的の1つとしている。そのため初年度に当たる平成28年度には,本研究分野の進捗に伴い,光照射により神経活動を抑制するためのオプシン遺伝子として当初予定していた水素イオンポンプであるJaws遺伝子の他に,塩素イオンチャネルであるiChloCなどについても検討を行い,標的神経細胞の効率的な活動制御についての検討を重ね,当面は当初予定の通りにJaws遺伝子を用いた実験を先行させることとした。また本研究のもう一つの目的,背景として,欠落した情報を脳が補完する現象の代表例の一つと考えられる視覚における知覚的充填の神経機構の解明を目指している。本研究計画のより具体的な目的としては,生得的に視覚情報の入力が欠落している盲点における知覚的充填が,生得的な盲点に特異的な機構であるのか,それとも盲点以外の通常の視野においても盲点と同様な知覚的充填が生じるのかを明らかにするために,光遺伝学の手法をマカクザルの脳に適用し,可逆的,人工的な盲点(人工暗点)作成し,盲点対応部位以外の知覚的充填現象について明らかにすることを目指している。そのために初年度である平成28年度にはサルの知覚において知覚的充填が起きているのか否かを判別するためにの行動課題をサルに行わせるための準備としての基礎的な訓練を行うとともに,より精緻な視覚刺激の呈示と行動課題をおこなう実験システムの再整備を行った。実験システムの再整備に当初予定よりも時間を要したため,サルの行動課題訓練にやや遅れが生じた。実験システムの改善を含めたサルの課題訓練に当初予想よりも時間を要したため,計画実施にはやや遅れがある。本研究課題においては,研究手法としてウイルスベクターを用いた遺伝子導入法を霊長類(マカクザル)に適用して,光遺伝学(遺伝子導入により光感受性のあるタンパク質を発現させ,発現細胞に光を照射することで機能操作する手法)的に神経活動の操作を行い,特定神経経路の活動制御を行う。研究目的としては視覚における盲点のような,欠落した部分の情報を補完する神経機構と考えられている“知覚的充填"について明らかにすることを大きな目標としている。本課題におけるより具体的な研究目的は,片目だけで見た時の生得的に視覚情報が欠落している盲点における知覚的充填の神経機構が,生得的な盲点に特異的な機構ではなく,盲点以外の通常の視野でも機能していることを示すことを目指している。そのため,光遺伝学の手法をマカクザルの視覚領野に適用して光照射により可逆的に操作可能な人工的な暗点を作成し,過去の実験で生得的な暗点について行われたように,サルに視覚弁別課題を行わせることで行動学的に知覚的充填が起きていることを確かめる。平成29年度は初年度に引き続き,より効率的に人工暗点を作成・操作するための導入遺伝子(プロトンポンプであるJawsや,塩素イオンチャネルiChlocなど)の検討を重ねた。またマカクザルにおいて知覚的充填が起きているか否かを判別するために必要となる,サルに対する行動課題を行う実験システムの改良を進めた。初年度の研究実施においてサルの行動課題訓練に遅れが生じており,そのため平成29年度も計画からの遅れがあるが,引き続きシステムの改善を行い行動課題の完成に向けて研究を進めている。初年度におけるサルの課題訓練の遅れから本年度も当初計画より遅れている。

より具体的な目標としては機能性タンパク質として光感受性のあるタンパク質の遺伝子を導入し、光照射によるミリ秒単位での機能操作を行い、視覚情報を伝える特定の神経経路の情報伝達を遮断することを目的(目的2)とし、導入する遺伝子の検討、動物の課題訓練、光照射法の改良などを継続して行ったが、現時点ではこの目的2の達成には至らず、今後さらに研究を進める必要がある。一方で、目的1に関連して、盲視(blindsight視覚的意識を伴わない視覚情報処理)と呼ばれる現象に関わる神経経路を明らかにする研究を推進した。この研究ではウイルスベクターの二重感染法を用い神経伝達を遮断するための遺伝子(破傷風毒素の軽鎖の遺伝子。神経伝達に必要なシナプス小胞の開口に必要なタンパク質を阻害することで神経伝達を遮断する)を導入しその機能発現を制御することで、盲視の神経経路の可能性が想定されていた中脳上丘から視床枕への神経経路を選択的に遮断した。これにより盲視の機能が障害を受けることを示すことで盲視の神経回路として上丘-視床枕経路が重要であることを示し、成果を論文として発表した(Kinoshita et al., Nature Communications (2019) 10(1), 135)。計画実施にはやや遅れがあるが,基本的に当初計画に沿って実験を推進する予定である。さらに新しい光感受性膜タンパク質の導入を検討し,実験の更なる発展についても検討する。計画実施に遅れはあるが,基本的に当初計画に沿って実験を推進する予定である。訓練環境の改善を行うことで遅れを取り戻し実験計画を進める予定である。実験動物への課題訓練に当初予定より遅れが生じ,実験計画の遅れが生じたため,実験に使用する物品の購入にはいたらず,次年度使用額が生じた。(理由)実験に必須な動物への課題訓練に遅れが生じており研究計画の遅れがあるため物品の購入等も一部次年度に行うこととした。(使用計画)当初計画に基づいて実験を進めるが,実施を迅速に行い可能な限り遅れを取り戻しつつ研究を推進する。そのため次年度使用額についても基本的に当初計画に沿って必要な物品の購入に充てる。基本的に当初計画に沿って実験を行うが,可能な限り実施を迅速に行い遅れを取り戻しつつ研究を推進する。そのため,次年度使用額についても基本的に当初計画に沿って必要な物品の購入等に充てる。