hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高電気抵抗膜を用いた薄膜磁界センサのサブpT台への高分解能化

従来10-13T台の超微弱磁界は超伝導量子干渉素子(SQUID)磁束計を用いてのみ達成できており、脳磁界や心磁界等の生体磁気計測、あるいは非破壊検査等へ応用されている。しかしSQUID磁束計はセンサヘッドを液体ヘリウムや液体窒素で冷却する必要があり、装置の高コスト、汎用性、難アクセス性の点で課題があった。本研究では高い電気抵抗を有する高周波デバイス用磁性薄膜を用いて、室温で動作する薄膜磁界センサを10^<-13>T台の磁界検出分解能を得ることを目的としている。本プロジェクトの研究者らが開発している薄膜磁界センサは磁性薄膜の透磁率変化を表皮効果と強磁性共鳴現象を利用して高感度に検出することを動作原理としており、室温で数100数1000%のインピーダンス変化が得られることから、室温で動作する薄膜磁界センサとしてはもっとも高感度であると考えられている。このセンサをSQUIDに匹敵する磁界検出分解能へ高感度化することが求められている。研究代表者は使用する磁性薄膜へ電気抵抗の高い薄膜材料を適用することにより、強磁性共鳴をより急峻にし、センサのインピーダンス変化の感度を高めることに着目し、本プロジェクトを進めた。LLG方程式をベースにした理論計算によれば、磁性薄膜の電気抵抗率を1000μΩcm程度にすれば、磁界検出分解能を10-13T台へすることが可能であることを見積もり、高い電気抵抗を有するFeCoA10, CoFeSiB, CoNbZr等の磁性薄膜を用いて磁界センサを開発した。その結果、室温で動作する磁界センサとしては世界で初めて1Hzの低周波磁界に対して、9×10^<-13>Tの磁界検出分解能を達成し、健常者の心臓から発生する微弱磁界の計測に成功した。(1)軟磁性薄膜の電気抵抗率、比透磁率、膜厚、形状とセンサ素子(CoNbZr薄膜)の寸法に対して、ノイズレベルの増大を抑制し、SNを高めるための設計指針をシミュレーションにより求めた。抵抗率を現在のCo系アモルファス膜の100μΩcmから2桁程度大きくすることにより、感度は2倍程度増加することを示した。(2)上記の設計指針に基づき、既存の磁性膜から本センサ開発に適した薄膜を選定した。具体的にはCoNbZr薄膜、CoFeSiB薄膜等の軟磁性薄膜、グラニュラー薄膜を使用することが本磁界センサのSN比を向上させる観点から望ましいことがわかった。(3)上記で選定した磁性膜(CoNbZr薄膜、CoFeSiB薄膜等の軟磁性薄膜、グラニュラー薄膜)をスパッタリング法により作成し、センサに必要な磁気特性(比透磁率の高周波依存性(1MHz3GHz)、磁化曲線、異方性磁界等)を評価した。この結果、異方性磁界として120e程度の良好な軟磁性薄膜を成膜できた。(4)作成した磁性膜を伝送線路型センサ素子へ適用し、磁気シールドルーム内で磁界センサの分解能を評価した。1Hzの微弱磁界を印加したとき、磁界検出分解能に換算して3×10^<-12>T台が得られた。
超音波による心筋収縮機能・弛緩特性の貫壁性分布の非侵襲的顕微計測法に関する研究

重篤な心臓疾患においては,病変部は心臓壁に均一に形成されるのではなく,左心室に貫壁性の不均一性を生じる.しかし,このように貫壁性に不均一な心筋病変部の弛緩機能を計測し得る臨床的な診断方法はいまだに開発されていない.そこで,本研究では,心筋の弛緩特性の貫壁性の不均一性を非侵襲的に評価し,さらに局所心筋ごとにその物理的特性を診断するための方法と計測システムを開発し,基礎実験によって精度評価を行うとともに,健常者への適用による基礎的評価と臨床応用を行った.本研究成果は次の通りである.1.心臓壁の収縮機能・拡張特性の貫壁性不均一性の計測とその特性を2次元平面上でのイメージングできる診断法を新たに開発し,その装置の設計・試作を行った.2.物理量が既知の対象に関する基礎実験を行うために,心臓を模擬したシリコーンゴムによる球殻を作成し,その弛緩時の特性の計測を行って,本計測法と本システムの評価を行った.3.さらに心臓壁の拡張特性(心筋の粘弾性特性)の計測法とそのイメージング法を新たに開発し,(1)で試作した診断装置に処理系を加え,健常者5名において基礎データを計測し,計測法を評価して画期的な成果を得た.特にこの手法では,拍動によって大きく動いている心臓壁上の振幅数十ミクロン以下の微小運動速度波形を百Hzまでの帯域にわたり高精度に計測する.さらに超音波ビームを約16方向に送信することにより,左心室の数百点における微小運動速度波形を同時に計測できる.その速度波形を解析することで,心臓拡張期初期のタイミングにおいて,心筋上をパルス状の振動が心室中隔壁に沿って伝搬する現象を新たに見出した.さらにこのパルス波の位相速度を算出し,両側が血液に接した板上を伝搬するラム波の位相速度の理論式を用いることによって,心室中隔壁の粘弾性定数を決定することに成功している.これは従来には全くない画期的研究成果である.重篤な心臓疾患においては,病変部は心臓壁に均一に形成されるのではなく,左心室に貫壁性の不均一性を生じる.しかし,このように貫壁性に不均一な心筋病変部の弛緩機能を計測し得る臨床的な診断方法はいまだに開発されていない.そこで,本研究では,心筋の弛緩特性の貫壁性の不均一性を非侵襲的に評価し,さらに局所心筋ごとにその物理的特性を診断するための方法と計測システムを開発し,基礎実験によって精度評価を行うとともに,健常者への適用による基礎的評価と臨床応用を行った.本研究成果は次の通りである.1.心臓壁の収縮機能・拡張特性の貫壁性不均一性の計測とその特性を2次元平面上でのイメージングできる診断法を新たに開発し,その装置の設計・試作を行った.2.物理量が既知の対象に関する基礎実験を行うために,心臓を模擬したシリコーンゴムによる球殻を作成し,その弛緩時の特性の計測を行って,本計測法と本システムの評価を行った.3.さらに心臓壁の拡張特性(心筋の粘弾性特性)の計測法とそのイメージング法を新たに開発し,(1)で試作した診断装置に処理系を加え,健常者5名において基礎データを計測し,計測法を評価して画期的な成果を得た.特にこの手法では,拍動によって大きく動いている心臓壁上の振幅数十ミクロン以下の微小運動速度波形を百Hzまでの帯域にわたり高精度に計測する.さらに超音波ビームを約16方向に送信することにより,左心室の数百点における微小運動速度波形を同時に計測できる.その速度波形を解析することで,心臓拡張期初期のタイミングにおいて,心筋上をパルス状の振動が心室中隔壁に沿って伝搬する現象を新たに見出した.さらにこのパルス波の位相速度を算出し,両側が血液に接した板上を伝搬するラム波の位相速度の理論式を用いることによって,心室中隔壁の粘弾性定数を決定することに成功している.これは従来には全くない画期的研究成果である.重篤な心臓疾患においては,病変部は心臓壁に均一に形成されるのではなく,左心室の内腔側(収縮期圧が100mHgを超える高圧側)と外膜側(23mmHgの低圧側)の間に,貫壁性の不均一性を生じる.また,心筋梗塞におけるバルーンニング/ステント埋め込みによる冠動脈の再灌流治療後の心不全の発現/心機能の推移には,「心外膜側の心機能の残存の程度」が重要な意味を持つ.しかし,このように貫壁性に不均一な心筋病変部の収縮弛緩機能を計測し得る臨床的な診断方法は,確立されたものが見当たらず,可能性のあるMRI Tagging,超音波後方散乱(IB),超音波組織ドップラ・イメージング(TDI)の3つの手法も十分な空間分解能が得られておらず,頻繁に行われている虚血性心疾患(冠動脈疾患)の治療後の予後を,心機能との関係で評価できる能力を有した方法でもない.そこで,本研究では,1.心筋の収縮弛緩機能・拡張特性の貫壁性の不均一性を非侵襲的に評価し,局所心筋ごとに診断するための方法と計測システムを開発し,2.基礎実験,3.動物実験による基礎的評価,4.臨床応用によって,的確な治療に有意義な診断情報を得ることができることを示す.そのため本年度は,以下の研究成果を得た.

1.手法の開発・計測システムの設計・試作心臓壁の収縮機能・拡張特性の貫壁性不均一性の計測とその特性を2次元平面上でのイメージングできる診断法を実用化するため,患者へ臨床応用可能な性能を有する心筋の貫壁性機能診断方法を新たに開発し,かつその装置の設計・試作を行った.2.手法とシステムの基礎評価心臓を模擬したシリコーンゴム球の収縮・拡張時の計測実験を水槽中で行うことによって,精度評価を行った.今後,生じた問題点を計測システムへフィードバックさせ改良を行って,心筋の貫壁性機能診断システムを完成させる予定である.重篤な心臓疾患においては,病変部は心臓壁に均一に形成されるのではなく,左心室の内腔側と外膜側の間に,貫壁性の不均一性を生じる.また,高血圧や大動脈狭窄症などの肥大心においては,心内膜側に虚血が偏在し,心内膜下梗塞が生じることが知られている.このように,病変が心室壁に不均一に生じることは,臨床的にも大きな問題である.しかし,このように貫壁性に不均一な心筋病変部の弛緩機能を計測し得る臨床的な診断方法は,確立されたものが見当たらず,MRI Tagging,超音波後方散乱(IB),超音波組織ドップラ・イメージング(TDI)の僅か3つを"その可能性を有するもの"として挙げているに過ぎない.しかし,いずれの手法も十分な空間分解能が得られておらず,頻繁に行われている虚血性心疾患(冠動脈疾患)の治療後の予後を,心機能との関係で評価できる能力を有した方法でもない.本研究では,心筋の弛緩特性の貫壁性の不均一性を非侵襲的に評価し,局所心筋ごとに診断するための方法と計測システムを開発し,基礎実験によって,精度評価を行うとともに,健常者への適用による基礎的評価,臨床応用によって診断情報を得ることができることを示した.本年度の研究成果は次の通りである.1.心臓壁の拡張特性の貫壁性不均一性の計測と2次元平面上での描出できる診断法を実用化するために試作した診断装置を用いて,健常者5名において,基礎データの計測を行って,計測法の評価を行った.2.物理量が既知の対象に関する基礎評価実験を行うために,実際の心臓を模擬したシリコーンゴムによる球殻を作成し,その弛緩時の特性の計測を行って,本計測法と本システムの評価を行った.3.被験者のデータを解析する上で新たに生じた問題点を検討し,システムに改良を加え,心筋の貫壁性機能診断システムとして完成させた.
プラントオパールとセルロースの同位体比情報から読む新しい古環境proxyの開発

本研究では、将来的には古環境復元への応用までを視野に入れながら、プラントオパール(生物源シリカ)の酸素同位体比(δ18O値)から、新たにどのような環境情報を読み取ることができるかについて検討した。タケ・ササ類から抽出したプラントオパールの酸素・水素同位体比組成は、おおまかには、年平均気温が高い地点で採取したプラントオパールのδ18O値ほど、高い値を取る傾向がみられるが、同時に、緯度や標高、内陸度など、他の環境要素の影響も受けている可能性が考えられた。タケ・ササ類起源プラントオパールのδ18O値と環境要因との間の関係性については、さらなるデータの蓄積と統計学的な検討を加えて解析する必要がある。本研究では、将来的には古環境復元への応用までを視野に入れながら、プラントオパール(生物源シリカ)や植物起源セルロースの質量分析情報から、新たにどのような環境情報を読み取ることができるかについて明らかにすることを目標においている。初年度は、とくに標高にともなって気温が低下する山岳地、具体的には、北アルプスや山陰の大山周辺などで現生のササやタケを採取した。また奈良盆地近隣の近畿圏でも、標高別に、現生のササやタケを採取した。これらを試料にプラントオパールを抽出した。そして、抽出したプラントオパールの酸素同位体比組成を(一部は水素同位体比も)測定した。これと併せて、試料採取地点における気温・降水量情報をアメダス気象データなどから推定した。収集したデータをもとに、プラントオパールの同位体比情報と、気温など、その地点の現在の環境情報との関係性について予察的に検討した。現時点ではデータ数が十分とは言えないが、今のところ、プラントオパールの酸素同位体比と気温との間の関係性に明瞭な傾向は認め難いように見える。サンプル採取地域の水の同位体比に関する検討や、分析精度の問題、地域的な限定、最終植物種の限定など、酸素同位体比組成に関わる関連項目をリストアップし、分析解析の視点を絞った検討が必要であることがわかった。これについては、次年度に検討を進める予定である。併せて、酸素以外の同位体比情報の検討も加味したいと考えている。本年度は、初年度に加え、より多くのプラントオパールの酸素同位体比組成を測定し、プラントオパールの同位体比情報と、気温など、その地点の現在の環境情報との関係性について検討した。その結果、いわゆる天水の酸素同位体比情報を基準にすると、プラントオパールの酸素同位体比情報は、植物体中の水の蒸発散に伴う同位体比分別に強く影響を受け、たとえば石英などの鉱物中の酸素同位体比に近い値を示すのではないか、ということがわかってきた。一方、プラントオパールの酸素同位体比情報と気温との間には、単純な相関関係だけで説明できない特徴が見えることがわかった。これらの成果の一部については、その内容を2011年7月にベルン(スイス)で開催されたINQUA(the International Union for Quaternary Research)XVIII Congressで発表した。本年度の研究成果から、今後、サンプル採取地域の水の同位体比に関する検討や、分析精度の問題、地域的な限定、最終植物種の限定など、酸素同位体比組成に関わる関連項目をリストアップし、分析解析の視点を絞った検討を行う必要があることが示唆された。これらについては、次年度に検討を進める予定である。併せて、セルロース試料や、酸素以外の同位体比情報の検討も加味したいと考えている。本研究は、将来的には古環境復元への応用までを視野に入れながら、プラントオパール(生物源シリカ)や植物起源セルロースの質量分析情報から、新たにどのような環境情報を読み取ることができるかについて明らかにすることを目標においた。最終年度にあたる本年度は、前年度までの成果をもとに、1つの山岳地において、詳細な高度別のササ類プラントオパールの酸素同位体比組成を測定し、プラントオパールの同位体比情報と、気温など、その地点の現在の環境情報との関係性について検討した。その結果、いわゆる天水の酸素同位体比情報を基準にすると、プラントオパールの酸素同位体比情報は、植物体中の水の蒸発散に伴う同位体比分別に強く影響を受け、たとえば石英などの鉱物中の酸素同位体比に近い値を示すのではないか、という、前年度までに得られた傾向が確認できた。また、プラントオパールの酸素同位体比情報と気温(高度)との間には、個別地点ごとのばらつきは認められるものの、おおむね、負の相関関係があることがわかった。

また、一般にいわれる水の酸素同位体比と水素同位体比の間に認められる強い相関関係については、当該試料についてはさして明瞭にあらわれてはいないことがわかった。後者の原因については、いまのところ明確ではないが、将来に向けた検討をつづけたいと考えている。セルロース試料については、当初計画で考えていた酸素同位体比の解析において他研究機関による研究成果が先行していたため、やや方向性を変えて、タンパク質の翻訳語修飾について検討すべく軌道修正した。まとまった分析検討結果を出すところにまでは至らなかったが、検討の方向性への道筋は得られたかと考えている。プラントオパールの純化など、同位体比測定にかかわる試料処理手順の検討に、予想以上の課題がみつかったことで、少々、手間取る部分があった。また、同位体比情報に関係する環境要因指標が、当初の想定よりもかなり複雑な面があることがわかってきたため。24年度が最終年度であるため、記入しない。当初の目標設定では、古環境解析までを視野に入れ、ローム層中のプラントオパールの同位体比測定なども行いたいと考えていたが、限られた研究期間を考慮すると、現生プラントオパールや現生に近いセルロースなどの同位体比情報と、環境要因の分析に傾注した方が、その後の発展的応用への寄与が大きいと考えている。
非マルコフ的フォトンエコーの研究

1.より安定な色素レーザーを製作することができた。また、フォトンエコーの測定に必要な光学遅延系の安定度についても、2光束の干渉を詳しく調べることにより、建物の振動が無視出来ないことがわかり、防震にたいする配慮を行った。2.鉄を除いたミオグロビンにおける2パルスエコー、蓄積エコーの測定を行い、エコー信号の温度変化を詳しくしらべた。その結果、この系は極めて電子格子相互作用の弱い系であることがDebye-Waller因子の温度特性から明かになり、ほぼ10K近傍でフォノン系の影響が凍結されることが判った。エコーの時間特性はこの温度の前後で大きく変化し、高温では指数関数の減衰を示すのに対して、低温では、非指数関数的になる。この10K以下の信号波形は、Ornstein-Uhlenbeck過程によるガウス・マルコフ過程を使った理論で、極めて良く再現出来ることが判った。零フォノン線幅の温度特性から、非マルコフ性発現の原因としては、蛋白の持つトンネリング準位の分布が比較的狭い周波数範囲にあること、またその密度が少ないことが考えられる。3.天然のミオグロビンの色素は、プロトポルフィリンであるが、この色素をメソポルフィリンに変えた試料で実験を行い、非マルコフ的フォトンエコーを再度、観測することができた。その温度特性はプロトポルフィリンの場合とほぼ同じである。
好塩基球によるTh2誘導機構とアレルギー慢性化の解析

好塩基球は末梢白血球中1%以下存在する少数派細胞で、FcεR1を構成的に発現し、アレルゲン-IgE複合体で活性化されると、直ちにヒスタミン、脂質メデイエーター、IL-4、IL-13などを産生して、即時型過敏症を惹起する。私達は本細胞がIL-18とIL-33受容体を発現し、これらのサイトカインで刺激されるとIL-4、IL-13などを産生することを明らかにした。また、好塩基球がMHC class IIとCD80/86を発現し、抗原蛋白を取り込み細胞内でプロセス後にMHC class IIに抗原ペプチドを結合させ、同時にIL-4を産生することで、ナイーブTh細胞をTh2細胞に分化誘導することを明らかにした。これまでの研究成果を踏まえ、申請者は好塩基球が抗原提示能とIL-4産生能の両機能を有する極めて特別なTh2細胞誘導性の抗原提示細胞と考えるに至った。特に、寄生虫感染あるいはアレルギー応答時のTh2細胞の誘導、維持、増強に深く関与する細胞と考えた。そこで平成20年度は、樹状細胞と好塩基球の表面抗原を比較し、専門的抗原提示細胞APCとして機能を発揮する上で不可欠な、MHC class IIとCD80/86を発現することを見いだした。好塩基球として骨髄由来、ナイーブマウス脾細胞由来、腸管寄生虫感染マウス脾細胞由来を調べたが、いずれもMHC class IIを発現していた。次に、いずれの好塩基球を用いても卵白アルブミン(OVA)をペプチド断片化して、OVA特異的T細胞に抗原提示出来ることを見いだした。更に、DNP-OVAと抗DNP特異的1gE抗体の複合体を作り、これを好塩基球の培養に加えると、本細胞がFceR1を上手く利用して1gE複合体を非常に効率よく細胞内に取り込むこと、また同時に好塩基球がIL-4を大量に産生することを見いだした。従って、好塩基球は、外来性にIL-4を添加することなしにTh2/IgE応答を誘導・増強出来ることが明らかとなった。更に、in vitroでOVAをパルスした好塩基球を正常なマウスの静脈内に投与すると、OVA特異的Th2細胞がマウスの脾臓内で誘導されることを見いだした。これまで好塩基球はアレルギー性炎症を誘導する効果細胞と考えられてきたが、我々の研究から本細胞がTh2細胞を誘導する抗原提示細胞として機能することが世界で始めて明らかとなった。好塩基球は全顆粒白血球の1%弱を占める少数派細胞である。好中球あるいは好酸球と異なり、好塩基球は細菌あるいは寄生虫が感染しても末梢血中での細胞数が増加することはない。しかし、寄生虫が感染した動物の肝臓や脾臓では、好塩基球の数が著明に増加するとともに、Th2細胞が誘導される。本研究で、好塩基球のTh2細胞の誘導機能を解明することを目的に研究した。S.venezuelensisを感染させたマウスの脾臓から得た好塩基球は、正常マウスの脾臓由来の好塩基球に比して、約10倍以上のIL-4を産生する能力を有していた。次に、両好塩基球のTh2細胞誘導能を比較検討したところ、両好塩基球ともin vitroでは同程度のTh2細胞誘導能を示した。そこで、これらの好塩基球がどの様な機序でTh2細胞を誘導するのか検討した。その結果、好塩基球がin vitroで抗原を取り込んで断片化し表面に提示するとともに、IL-4を産生することが明らかとなった。更に、好塩基球由来のIL-4存在下で好塩基球の表面に提示された抗原ペプチド/MHCclass II分子複合体で刺激されたナイーブT細胞がTh2細胞に分化することが明らかとなった。従って、好塩基球がTh2細胞を選択的に誘導する抗原提示細胞であることが明らかとなった。また更に、好塩基球をIL-3存在下でDNP-OVAと培養するとOVAを取り込むこと、更にDNP-OVA/anti-DNP IgE mAb(IgE複合体)と培養すると、OVAの取り込み効率が亢進することが明らかとなった。最後に、DNP-OVA/anti-DNP IgE mAbを正常マウスに投与すると、脾臓内でOVA特異的Th2細胞が誘導されること、そして、その誘導には、まず、好塩基球がDNP-OVA/anti-DNP IgE mAb複合体を取り込み、OVA特異的Th2細胞を誘導することが必須であることが明らかとなった。生体内で好塩基球がTh2細胞を選択的に誘導する抗原提示細胞であることを証明することを目的に研究した。

方法として無処置マウスと前もって好塩基球を除去したマウスの静脈内にアレルゲン(DNP-OVA)/アレルゲン特異的IgE(抗DNP-IgE)複合体を投与した。無処置マウスの脾臓内にはOVA特異的Th2細胞が誘導された。一方、好塩基球を前もって除去したマウスの脾臓では、OVA特異的Th2細胞は誘導されなかった。この結果から、好塩基球はアレルゲンlgE複合体を取り込むこと、アレルゲンを分断してペプチド断片にすること、これをMHC clas IIに結合してアレルゲン特異的ナイーブT細胞に抗原提示すること、同時にIL-4を産生すること等、が明らかとなった。アレルゲンペプチドとIL-4を提示したため、この細胞がTh2細胞に分化したと考えられた。次に寄生虫感染で誘導されるTh2細胞の誘導に好塩基球が関与するか検討した。無処置マウスにStrongyloides Venezuelensis(Sv)を感染させるとTh2/IgE応答が誘導される。また、好塩基球を除去したマウスにSvを感染させた場合でも、同様にTh2/IgE応答が誘導された。次に、両者の排虫能を比較したところ、無処置マウスはSv感染から2W以内にSvを排除したが、好塩基除去マウスではその排虫が著明に遅延していた。以上の結果から、好塩基球はFcεRIを利用してアレルゲン/IgE複合体を取り込み、アレルゲンペプチドに分断してこれを提示することでアレルゲン特異的Th2細胞を誘導すること、一方、Sv感染に対しては、その排虫を担うことが明らかとなった。今後は好塩基球のSv排除機構を解明したい。
総合的な学習を指導する教師のコンピテンシー育成モデルの研究

小・中学校における総合的な学習を指導する教師に求められるコンピテンシーを国際的な視野で検討し,その育成モデルを開発するための基礎的研究を行った。デンマーク等でのPBL型演習をヒントに,日本国内でのカリキュラム開発ワークショップの実践を通して指導者養成の研修モデルを開発した。また総合的な学習を指導する教師のコンピテンシーの国際的共通尺度を作成するための国際比較Webアンケート・プログラムを開発した。本研究の目的は,小・中学校における総合的な学習を指導する教師に求められるコンピテンシーリストを国際的な視野で開発し,その育成モデルをワークショップ研修のスタイルで構想することにある。ここでいう「コンピテンシー」とは,「卓越した実践的指導力を峻別する行動レベルの指標」の意味であり,「総合的な学習」のユニークな実践を指導する教師たちへの聞き取り調査をベースに抽出した要素をリスト化し,それらの力量を高めるための教育内容・方法を具体的に提案することになる。初年度の平成21年度は,教員養成や教師教育の領域で盛んに取り組まれている「教員スタンダード」の分析と,欧米の人材開発部門および専門職養成分野で注目されている「コンピテンシー」に関する先行研究を整理した。これらに関しては日本教育方法学会のラウンドテーブルおよび日本教育大学協会の研究集会で口頭発表したが,これらの発表に興味を示された複数の大学関係者から講演依頼を受けるなど,学術界に一定の貢献を果たした。その研究成果は平成22年度中に雑誌に掲載される予定である。また,本研究2年目の平成22年度には,既に完了している日本と中国の調査データに加えて,フィンランド,デンマーク,スウェーデンの現職教員を対象に「総合的な学習」(テーマ・プロジェクト等)に関するWebアンケートを実施するが,そのための準備と直接交渉を今年度中に行うことができた。本研究の目的は,小・中学校における総合的な学習を指導する教師に求められるコンピテンシーを国際的な視野で検討し,その育成モデルをワークショップ研修のスタイルで構想することにある。2年目の今年度は,総合的な学習に関する国際比較調査をWeb上のアンケートシステムとして構築することに努力した。既に質問紙調査を実施してデータ収集を完了している日本と中国の調査結果に加えて,各国の実情に応じた翻訳になるよう現地の協力者と議論を重ねながら英語版とフィンランド語版の質問紙を完成させ,Web上で回答および集計できるようにサーバー契約と設定等を行った。また,デンマーク語版を作成するための専門用語(翻訳語)の検討と内容に関わる吟味を海外協力者とのミーティングを通して深めることができた。今後は,フィンランド語版とデンマーク語版のWebアンケートを実際にそれぞれの国の現職教員に回答していただき,各国の研究協力者と協同してデータ分析を行い,総合的な学習を指導する教師に求められるコンピテンシーを考察する。ただし,コンピテンシー育成モデルのワークショップはすでに今年度から試行的に実践しており,それらの批判的検討をふまえつつ,求められるワークショップを開発する。本研究の目的は,小・中学校における総合的な学習を指導する教師に求められるコンピテンシーを国際的な視野で検討し,その育成モデルをワークショップ研修のスタイルで構想することである。ここでいう「コンピテンシー」とは,「卓越した実践的指導力を峻別する行動レベルの指標」の意味であり,「総合的な学習」のユニークな実践を指導する教師たちへの聞き取り調査をもとに抽出した指導力量をリストアップし,それらの力量を高めるための教育内容・方法を教員研修等の場で試行実践しながら考案していくことをこの3年間に取り組んできた。学校現場における総合的な学習の実情とその指導にあたる教員の意識調査は,既に実施済みだった日本と中国の教員向けの質問紙をWeb上で回答できるように新たに開発したデジタルシートを用いて実施した。本研究ではフィンランドとデンマークの教員を対象に予備的な調査をWebアンケートとして実施したが,英語版の質問シートでは回収率が伸び悩んだため,フィンランド語版とデンマーク語版を新たに作成するとともに,オランダ語版を追加して,日本語・中国語・英語・フィンランド語・デンマーク語・オランダ語の6カ国語バージョンのWebアンケートシステムを同時に構築した。このアンケートシートを各国の研究協力者と協議して作成するプロセスにおいて,各国の総合的な学習に対する実践イメージと教師の役割が異なることを再確認するとともに,総合的な学習を指導する教員のコンピテンシーの測定尺度をあらたに共同開発することで合意した。一方,総合的な学習を指導する教員の力量形成のためのワークショップモデルは,すでに小中学校での研修会等の機会を通じて実践しているが,パッケージ化された方法論のツールを開発するのではなく,各校の事情や教員や学習者のニーズに応じて臨機応変にデザインするワークショップのあり方を提言して本研究は終了した。
犠牲層エッチングによる異種薄膜材料の接合技術に関する研究

近年、電子機器の小型化、高速化、高性能化を実現するために、異なる機能材料薄膜デバイス(シリコン系、化合物系、誘電体など)を接合技術によって、同一基板上に集積化することも必要となる。そのため、新しい薄膜材料の接合技術の開発は大いに期待されている。その中では、我々は化合物半導体薄膜の接合技術に焦点を当て、犠牲層エッチング技術をベースとした薄膜接合技術を検討する。本研究は以下のことを目的とする。1)薄膜接合技術の量産化を実現する。具体的に3インチのようなウエハレベルから、厚さ5μm以下、面積数十μm^2数百μm^2の多くのGaAs薄膜の剥離方法、保護材料やハンドリング方法を開発する。2)剥離した薄膜を複数ガラス基板や誘電体基板上に同時に接合できる技術の開発とプロセス条件を確立するとともに、2次元磁気センサの作製技術を確立する。成果として1)大面積で取り扱える保護材料として、UV感光シードを用いて、パターンニング条件を確立し、厚さ1μm5μmのGaAs化合物半導体を剥離し、他の基板上にボンディングすることができた。剥離時間はGaAs薄膜の厚さに比例することがわかった。UV感光シードの厚さは厚さ20μmから50μmが適当であった。2)各種基板(Si SiO_2、LiNbO_3)にボンディングした薄膜について、X線回折法やラマン分光法を用いて、薄膜の内部応力を評価した。1cm^2エリアにボンディングした薄膜内の応力分布が均一になって、ボンディングによる薄膜の劣化がなかった。3)確立した薄膜ボンディング技術を用いてプロセス条件を検討し、二次元ホール素子を作製することが出来た。センサの感度はそれぞれBz=9.2mV/mA・T,Bx=4.5mV/mA・Tであった。さらに市販のセンサと比較してほぼ同じ測定結果が得られた。犠牲層エッチング技術による異種薄膜ボンディング技術は,化合物半導体薄膜材料を任意の基板上にボンディングでき,化合物半導体光,磁気センサーと電子デバイスとの複合集積化に使用されている,しかし,薄膜は数μmで,非常に薄くて,柔らかく,実装技術のように大量生産が困難である.H18年度では,大量生産ができるために,犠牲層エッチングにおける保護膜と支持膜としての役割を果たすために,感光性フィルムを使用した.感光性フィルムはテープ状フォトレジシストで,任意の材料とサイズの基板上へ均一にラミネート可能であることや,厚さが数十μmあることから半導体薄膜のストレスを有効に制御できる.われわれは感光性フィルムを用いた薄膜ボンディングプロセスを新たに提案し,ラミネート条件である圧力,速度,熱処理温度,時間などを検討した.また,フォトリソグラフィとエッチング条件の検討も行った.さらに,直接と間接ボンディング条件も検討し,ボンディングした薄膜の結晶性も評価した.結果として,GaAs薄膜厚さは500nmの場合,厚さが25μmの感光性フィルムは薄膜の応力制御に一番適し,このとき,最小のパターンニングサイズは0.5mm×0.8mm,一度に50個分をLiNbO_3基板上にボンディグできる,また,ボンディングする際の条件に関して,X線の結果より,接着剤無しの直接ボンディングでは,加圧条件が異なっても均一性や結晶性に大きな違いは現れなかった.

この結果は感光性フィルムの朔性と弾力性が圧力の平均化に寄与し,加圧が均一に行なわれたためと考えられる.また,水ガラスを使用した間接ボンディングでは,直接ボンディングより均一で結晶性の劣化が少ないことを示す結果となった.超音波による破壊試験の結果から,ボンディングしたGaAs薄膜は基板から剥れたり,亀裂が入ったりすることはなかったため強い接着力を有していることがわかった.近年、電子機器の小型化、高速化、高性能化を実現するために、異なる機能材料薄膜デバイス(シリコン系、化合物系、誘電体など)を接合技術によって、同一基板上に集積化することも必要となる。そのため、新しい薄膜材料の接合技術の開発は大いに期待されている。その中では、我々は化合物半導体薄膜の接合技術に焦点を当て、犠牲層エッチング技術をベースとした薄膜接合技術を検討する。本研究は以下のことを目的とする。1)薄膜接合技術の量産化を実現する。具体的に3インチのようなウエハレベルから、厚さ5μm以下、面積数十μm^2数百μm^2の多くのGaAs薄膜の剥離方法、保護材料やハンドリング方法を開発する。2)剥離した薄膜を複数ガラス基板や誘電体基板上に同時に接合できる技術の開発とプロセス条件を確立するとともに、2次元磁気センサの作製技術を確立する。成果として1)大面積で取り扱える保護材料として、UV感光シードを用いて、パターンニング条件を確立し、厚さ1μm5μmのGaAs化合物半導体を剥離し、他の基板上にボンディングすることができた。剥離時間はGaAs薄膜の厚さに比例することがわかった。UV感光シードの厚さは厚さ20μmから50μmが適当であった。2)各種基板(Si SiO_2、LiNbO_3)にボンディングした薄膜について、X線回折法やラマン分光法を用いて、薄膜の内部応力を評価した。1cm^2エリアにボンディングした薄膜内の応力分布が均一になって、ボンディングによる薄膜の劣化がなかった。3)確立した薄膜ボンディング技術を用いてプロセス条件を検討し、二次元ホール素子を作製することが出来た。センサの感度はそれぞれBz=9.2mV/mA・T, Bx=4.5mV/mA・Tであった。さらに市販のセンサと比較してほぼ同じ測定結果が得られた。
ハミルトン・ヤコビ偏微分方程式の数値解法

本研究では、以下の成果を得た。・正準方程式の安定多様体がハミルトン・ヤコビ偏微分方程式の解であることを利用し、時間軸を逆にとることによって、常微分方程式の数値解法に帰着させた。・上記の常微分方程式を数値的に解くにあたって、その初期点を与えるアルゴリズムを開発した。具体的には、初期サンプル点を一様に分布させ、安定多様体上の線形近似式を用いて原点近傍までシミュレートし、さらに安定多様体の1次近似を用いて2n次元の初期点を得る方法を開発した。原点近傍までの所要時間をもとに・得られた解曲線をBezier補間式で最小2乗近似し、状態量χの関数として表現した。その関数を用いて制御器を作ることが可能となった。・上記の手法を基に、購入したワークステーション上に、目的の解を高精度に得る解法パッケージを開発した。・本方法の特長の1つは、得られた解曲線の存在範囲によって、得られた解の有効な定義域が推定できることである。これは、原点でのTaylor展開による従来の方法ではできなかったことである。
in vitro脳幹-脊髄標本における吸すすりリズムの誘発およびその神経機構

吸すすりリズムは、延髄に内存するリズム発生器によって形成されることが、モルモット新生仔における研究代表者の解析により明らかにされている。しかし、リズム発生器を構成するニューロンのどのような活動によって吸すすりリズムが形成されるかは明らかでない。一方、ラット新生仔で自発性の呼吸リズム活動を示すin vitro脳幹-脊髄標本が開発され、呼吸運動の中枢性リズム形成機構の解析が最近飛躍的に発展した。また、このin vitro脊髄標本では歩行リズムが誘発できることが報告されている。本研究は、1)新生仔ラットのin vitro脳幹-脊髄標本でリズミカルな吸すすり運動を誘発する方法を開発し、2)この標本で吸すすりリズムの中枢性形成のニューロン機構を明らかにする、ことを目的とした。本年度は下記の実験によりin vitro脳幹-脊髄標本で吸すすりリズムを誘発し後述する事実を明らかにした。生後1-4日のラット新生仔の脳幹-脊髄標本を灌流液中に固定し、横隔神経に軸索を送る第4、5頸髄前根、三叉神経、舌下神経、顔面神経それぞれの断端から吸引電極で神経発射活動を記録し、各種の神経作動物質を灌流液中に加えて、三叉神経、顔面神経および舌下神経から、呼吸とは異なったリズミカルな群発活動を誘発する物質を検索した。さらに、一部の実験では顎顔面器官との連絡を保ったin vitro脳幹-脊髄標本を用いて舌や咀嚼筋の筋電図活動を記録した。1)NMDA、グルタミン酸の投与によって、顔面神経ならびに舌下神経から呼吸とは異なったリズミカルな群発活動を容量依存性に誘発した。2)このリズム活動はNMDA拮抗物質であるDL-AP5の投与によってブロックされた。3)NMDAの投与によって、舌は呼吸とは異なるリズミカルな筋電図活動および運動を示した。4)破壊実験からリズムの発生に関与する神経構造物は下部脳幹にあることが判明した。吸啜リズムは、延髄に内在するリズム発生器によって形成されることが、モルモット新生仔における研究代表者の解析により明かにされている。しかし、リズム発生器を構成するニューロンのどのような活動によって呼啜リズムが形成されるかは明かでない。また、この標本で歩行リズムが誘発されている。本研究は、1)新生仔ラットのin vitro脳幹-脊髄標本でリズミカルな呼啜運動を誘発する方法を開発し、2)この標本で呼啜リズムの中枢性形成のニューロン機構を明かにする、ことを目的とする。本年度は、下記の実験によりin vitro脳幹-脊髄標本で呼啜リズムを誘発する最適の方法を検索した。生後1-4日のラット新生仔の脳幹-脊髄標本を灌流液中に固定し、横隔神経に軸索を送る第4、5頸髄前根、三叉神経、舌下神経それぞれの断端から吸引電極で神経発射活動を記録し、各種の神経作動物質を灌流液中に加えて、三叉神経および舌下神経から、呼吸とは異なったリズミカルな群発活動を誘発する物質を探索した。これまで用いた物質(noradrenalin,5-HT,NMDA,GABA,glycine)の中、5-HTは頸髄前根の呼吸リズム活動を消失させ持続的発射活動に変換すると同時に、三叉神経および舌下神経から呼吸とは異なったリズムを持つリズミカルな群発活動を誘発した。

現在は、成熟モルモットのin vivo標本で咀嚼リズムを誘発するapomorphineの効果を検索中である。これに引続き、三叉神経および舌下神経に誘発されたリズム活動が呼啜リズムか否かを、顎顔面領域の筋と脳幹との連絡を保ったin vitro脳幹-脊髄標本で、顎筋、舌筋、顔面筋から筋電図を記録し、この活動パタンが自然の呼啜運動時の筋電図パタンに一致するか否かを見ることにより明かにする計画である。吸啜リズムは、延髄に内存するリズム発生器によって形成されることが、モルモット新生仔における研究代表者の解析により明らかにされている。しかし、リズム発生器を構成するニューロンのどのような活動によって吸啜リズムが形成されるかは明らかでない。一方、ラット新生仔で自発性の呼吸リズム活動を示すin vitro脳幹-脊髄標本が開発され、呼吸運動の中枢性リズム形成機構の解析が最近飛躍的に発展した。また、このin vitro脊髄標本では歩行リズムが誘発できることが報告されている。本研究は、1)新生仔ラットのin vitro脳幹-脊髄標本でリズミカルな吸啜運動を誘発する方法を開発し、2)この標本で吸啜リズムの中枢性形成のニューロン機構を明らかにする、ことを目的とした。本年度は、下記の実験によりin vitro脳幹-脊髄標本で吸啜リズムを誘発し後述する事実を明らかにした。生後1-4日のラット新生仔の脳幹-脊髄標本を潅流液中に固定し、横隔神経に軸索を送る第4、5頸髄前根、三叉神経、舌下神経、顔面神経それぞれの断端から吸引電極で神経発射活動を記録し、各種の神経作動物質を灌流液中に加えて、三叉神経、顔面神経および舌下神経から、呼吸とは異なったリズミカルな群発活動を誘発する物質を検索した。さらに、一部の実験では顎顔面器官との連絡を保ったin vitro脳幹-脊髄標本を用いて舌や咀嚼筋の筋電図活動を記録した。1)NMDA、グルタミン酸の投与によって、顔面神経ならびに舌下神経から呼吸とは異なったリズミカルな群発活動を容量依存性に誘発した。2)このリズム活動はNMDA拮抗物質であるDL-AP5の投与によってブロックされた。3)NMDAの投与によって、舌は呼吸とは異なるリズミカルな筋電図活動および運動を示した。4)破壊実験からリズムの発生に関与する神経構造物は下部脳幹にあることが判明した。
酸化物エレクトロニクス材料の埋もれた界面のナノ構造の研究

強相関電子系遷移金属酸化物は、スピン・電荷・格子・軌道の自由度により非常に多様な相を作り出す。本研究では、強相関電子系酸化物エレクトロニクス材料、特にマンガン酸化物薄膜が示すCER効果や室温強磁性といった機能性と構造・電子状態の関係を解明するために、放射光の元素選択性を用いることにより、局所的な構造や電子状態を捉えた。特に、競合する相近傍においては、外部の僅かな刺激により、劇的な電子状態の変化を制御することが可能である。従って、既存の半導体テクノロジーの延長線上にはない、新たなブレークスルーを引き起こす可能性を持っている。本研究で扱った電場印加による桁以上の巨大な抵抗変化は有用な電気特性を示すが、デバイスとしての特性を更に上げ、実用化するためには、CER効果そのもののメカニズムは解明を行う必要がある。電場印加することにより、金属/酸化物界面にその電気的・化学的特性が可逆的に変化する新規な状態が存在すると考えられている。今回、マンガン酸化物薄膜に金属を蒸着することによる薄膜の影響を明らかにするためにX線回折測定を行った。まず、PCMO薄膜の厚さに対応した周期性を持つフリンジが観測された。金属蒸着部を測定するとフリンジが観測された。そのフリンジの大きさは、蒸着していない薄膜のフリンジの大きさと比べて小さいことが、今回の研究で明らかになった。このことは、金属蒸着に伴い界面の状態が変化したことを意味する。界面のラフネスが大きくなったことが要因と考えられる。相境界近傍で非常に大きな物性変化を示す可能性を持つ強相関電子系遷移金属酸化物材料における機能性のメカニズムの詳細な解明は、未だに進んでいないのが現状である。本研究では、特に酸化物エレクトロニクス材料が持つ機能のメカニズムを明らかにするために、放射光を用いた物性の解明を目指した。La2NiMnO6酸化物材料は、室温以上の高い転移点を持ち強磁性半導体的振る舞いを示す。また、2つの遷移金属族元素の配列の秩序度により、強磁性転移温度や磁気モーメントの大きさが異なることが報告されている。La2NiMnO6酸化物材料における機能性と電子状態並びに構造物性の関係を明らかにするために、放射光X線回折実験を行なった。実験に用いた薄膜試料は、パルスレーザー堆積法(PLD法)により作製した。得られた薄膜試料は、磁化測定により強磁性を示すことを確認した。(111)付近のプロファイルには、基板STOと高角側にLa2NiMnO6薄膜の反射が観測された。これは、エピタキシャル成長によりc軸が縮んでいることを意味している。一方、(1/2 1/2 3/2)の反射が観測された。これは、通常のペロブスカイ卜構造のユニットセルに対して、2*2*2倍のユニットセルに由来するシグナルである。フリンジの間隔は、約0.01であり、膜厚100層分に対応する。これは、設計どおりの膜厚を持つ薄膜からの回折シグナルである。また、基本反射とサテライトピーク形状は、類似の振る舞いを示していることが分かる。これらのことは、製膜中でNiとMnが秩序化が生じていることを示唆している。機能性材料の物性評価を行う上で、軟X線を用いた測定は有用な点が非常に数多い。例えば、2p->3d遷移による軟X線を用いた実験では、機能を発現する金属元素の電子状態を直接的に捉えられることや、磁気散乱強度もK吸収端に比べ100-1000倍強度が大きく、磁性材料研究により適している。また、d元素だけではなく、軽元素(酸素や窒素など)の吸収端を用いることが可能なので、有機薄膜材料の研究にとっても有用である。遷移金属酸化物・有機エレクトロニクス材料で重要な役割を担う主要元素であるd,f元素や軽元素の吸収端を用いた共鳴散乱実験が行うために、これまでに軟X線共鳴散乱装置を製作し共鳴散乱実験を行ってきた.超高真空下での軟X線領域の放射光を用いて,機能性材料の研究を行うメリットとして,外場,特に電流や光に対する応答を効率的な取得が挙げられる.電場印加による巨大な電気抵抗変化を示す強相関電子系Mn酸化物デバイス材料の研究を行い.電場印加により電気特性が変化する際に,界面付近の構造変化を伴うことを明らかにした.また,強相関低次元系ペロブスカイト型Mn酸化物NdSrMnO4の電荷・軌道秩序の研究を行った.マンガンサイトと酸素サイトでそれぞれ共鳴軟X線散乱実験を行なった結果,転移点温度以下で電荷・軌道秩序の相関長が(温度の低下と共に)発達するが,低温においても短距離(100A)に留まることを明らかにした.
プロトルーディン結合タンパク質の探索・機能解析による神経突起形成メカニズムの解明

プロトルーディンとKIF5の相互作用を介した神経突起形成メカニズムの解明1)プロトルーディンとKIF5は直接的に結合するプロトルーディンとKIF5を昆虫細胞Sf21株および大腸菌BL21株でそれぞれ発現させ、それぞれに付けておいたタグ(GSTおよびHis_6)で精製した。得られたリコンビナントタンパク質を用いて、in vitroでプルダウン実験を行ったところ、両者が直接的に結合していることが明らかになった。2)プロトルーディンはKIF5のアダプタータンパク質として機能するHEK293T細胞における過剰発現系で、既知のプロトルーディン結合タンパク質であるRab11や、今回同定された結合タンパク質であるVeside-associated membrane protein-associated protein-A,-B等が、プロトルーディンの発現に依存的にKIF5と共免疫沈降した。この結果から、プロトルーディンは、これらの結合タンパク質をKIF5に繋ぐアダプタータンパク質として機能することが明らかになった。3)プロトルーディン-KIF5複合体はプロトルーディン結合タンパク質を神経突起に輸送する初代培養神経細胞において、KIF5のプロトルーディン結合領域の過剰発現によりプロトルーディンとKIF5の結合を阻害したところ、プロトルーディンは神経突起から消失し、細胞体に蓄積した。同条件において、プロトルーディン結合タンパク質であるRab11も、プロトルーディンと共に細胞体に蓄積した。KIF5は神経突起へのタンパク質輸送に重要な役割を果たすモータータンパク質であることから、プロトルーディンはその結合タンパク質をKIF5に繋ぐことでそれらの神経突起への輸送を可能にし、神経突起形成に重要なタンパク質群等を神経突起に供給しているという新規のメカニズムが考えられる。プロトルーディン結合タンパク質の同定1)非神経細胞を用いたbaitの発現確認6x(His)-FLAGを付加日したプロトルーディンを非神経細胞株(HEK293T)に一過的に発現させ、調製した細胞破砕液より、発現させたプロトルーディンのM2 agarose resinおよびNi-NTA resinを用いたプルダウンを行い、プロトルーディンのアフィニティー精製が可能であることを確認した。2)神経培養細胞におけるプロトルーディン・プロトルーディン結合タンパク質複合体の精製条件検討6x(His)-FLAG-プロトルーディンを安定に発現する神経細胞株(Neuro2A)を樹立した。プロトルーディンを効率良く抽出できる細胞破砕条件を検討したところ、Potter's homogenizer(70 strokes)を用いるのが最適であった。プロトルーディンが多く存在するミクロソーム画分を分画後、様々な濃度のTriton X-100を用いて溶解し、既知のプロトルーディン結合タンパク質との結合量を検討したところ、0.5%Triton X-100を用いた溶解条件で安定した結合タンパク質の結合が見られた。このミクロソーム可溶性画分を用いて、プロトルーディン複合体を効率的かつ高い純度で精製できる様に条件を検討し、反応系のスケール、resinの使用量、resinの結合反応時間、resinからの複合体抽出条件、プロトルーディン複合体の濃縮条件等を決定した。3)プロトルーディン複合体の質量分析精製したプロトルーディン複合体をSDS-PAGEで分離後、質量分析計にてプロトルーディン結合タンパク質を同定した。その際、非特異的に結合するタンパク質を識別するために、プロトルーディン複合体と同じ分画に存在している3つのタンパク質をそれぞれbaitとして用い、対照とした。その結果、プロトルーディン結合タンパク質として106個のタンパク質が同定された。その中には、プロトルーディンとの結合が既に示されているVAPやFKBP38も含まれており、系の信頼性が示された。このうち2割が小胞輸送関連タンパク質であったことから、プロトルーディンはこれらのタンパク質と結合することで小胞膜輸送を制御すると考えられた。プロトルーディンおよびプロトルーディン結合タンパク質の機能解析1)生理的条件下におけるKIF5のプロトルーディンへの結合の確認同定されたプロトルーディン結合タンパク質のうち、小胞輸送および神経機能に重要な役割を果たすKIF5に注目し、3つのアイソフォーム(KIF5A、KIF5B、KIF5C)をクローニングした。それぞれのアイソフォームとプロトルーディンを共にHEK293T細胞に一過的に発現させて共免疫沈降を行ったところ、全てのアイソフォームがプロトルーディンと結合し、そのうちKIF5Aの結合が最も強かった。さらに、マウス脳のライセートにおいてプロトルーディン抗体を用いた免疫沈降を行ったところ、KIF5が共沈降したことから、プロトルーディンとKIF5は神経組織で生理的に結合していることが明らかになった。2)KIF5の非神経培養細胞における機能解析子宮頸癌細胞株HeLa細胞においてKIF5Aを過剰発現させたところ、驚いたことに突起形成が誘導された。この形態変化はプロトルーディンの過剰発現時に見られるものと酷似していた。プロトルーディンの過剰発現によって誘導される突起形成はKIF5のノックダウンによって阻害され、KIF5Aによって誘導される突起形成はプロトルーディンのノックダウンによって阻害されたことから、それぞれの突起形成能にはお互いが必要であると考えられた。KIF5Aとプロトルーディンを共発現させたところ、相乗的に突起形成が誘導された。以上より、KIF5とプロトルーディンはHeLa細胞の突起形成において協調的に機能していると考えられた。

KIF5は様々な積荷を輸送するモータータンパク質であることから、プロトルーディンはKIF5と結合することによって突起方向へ輸送され、その結果、突起形成が誘導されると考えられる。プロトルーディンとKIF5の相互作用を介した神経突起形成メカニズムの解明1)プロトルーディンとKIF5は直接的に結合するプロトルーディンとKIF5を昆虫細胞Sf21株および大腸菌BL21株でそれぞれ発現させ、それぞれに付けておいたタグ(GSTおよびHis_6)で精製した。得られたリコンビナントタンパク質を用いて、in vitroでプルダウン実験を行ったところ、両者が直接的に結合していることが明らかになった。2)プロトルーディンはKIF5のアダプタータンパク質として機能するHEK293T細胞における過剰発現系で、既知のプロトルーディン結合タンパク質であるRab11や、今回同定された結合タンパク質であるVeside-associated membrane protein-associated protein-A,-B等が、プロトルーディンの発現に依存的にKIF5と共免疫沈降した。この結果から、プロトルーディンは、これらの結合タンパク質をKIF5に繋ぐアダプタータンパク質として機能することが明らかになった。3)プロトルーディン-KIF5複合体はプロトルーディン結合タンパク質を神経突起に輸送する初代培養神経細胞において、KIF5のプロトルーディン結合領域の過剰発現によりプロトルーディンとKIF5の結合を阻害したところ、プロトルーディンは神経突起から消失し、細胞体に蓄積した。同条件において、プロトルーディン結合タンパク質であるRab11も、プロトルーディンと共に細胞体に蓄積した。KIF5は神経突起へのタンパク質輸送に重要な役割を果たすモータータンパク質であることから、プロトルーディンはその結合タンパク質をKIF5に繋ぐことでそれらの神経突起への輸送を可能にし、神経突起形成に重要なタンパク質群等を神経突起に供給しているという新規のメカニズムが考えられる。