hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
不安定核研究の精密化に向けたＭＲＦＱクーラー・バンチャーの開発

この研究はこれまで不可能と思われて世界でも例を見ない不安定核の電子散乱実験を実現するためのイオン濃縮装置の開発である。我々はイオンを加速装置内にとどめて電子散乱を実現できることを実証したが、その蓄積イオン濃度の向上が実験の成否のカギとなる。我々は最終的に電極のエッジ効果を利用したイオントラップに方針を切り替えて、目標の半分ほどのイオン濃度を実現することに成功した。本研究では従来のRFQトラップに、Multi-Frequency RFQ(MRFQ)という新しいアイデアを導入することにより冷却蓄積を目的とする重イオンと軽いイオンを一台のRFQに同時に蓄積し、しかも各RF電圧操作によってそれぞれのイオンの蓄積量を容易に制御できる。本年度の成果はMRFQで質量の大きく異なる2種類のイオンの同時トラップが可能になる高周波シミュレーションを行い、さらにイオン間の衝突で冷却する効果を考慮のうえ、電極の形状、入射取り出しに必要な電場勾配を作るための電極の分割の仕方などの検討を行い、装置設計を完了した。製作は入札の上、過去に実績のあるコミヤマエレクトロンに発注し、2月初旬に納品があった。まずは真空チェンバーを組み立てて最終到達真空度を測定した結果10-6TQrr台に達しており、真空漏れが無いことが確認された。その後、電極等の複雑な部品の組み立てに入ったが、原理的には作成可能と思われていた部品の穴のサイズに誤差を生じて作り直すなどの必要が生じ、年度内のイオントラップの確認にまで到達することはできなかった。当初の計画よりは少し遅れ気味ではあるが、想定の範囲内であり、予算の大部分の執行が終了したという意味でも重要なステップを通りぬけたと自己評価している。今後、1.2種のイオンを同時にトラップすることの確認2.RFをスイッチすることで軽イオンを捨て、重イオンだけを保持できることを確認3.エミッタンスの測定により重イオンがどれだけ冷却されるかを確認4.上記の確認項目で重イオンの収量を最適化する条件を求めることのポイントに焦点を絞り、研究開発を進めていく予定である。その成果は日本物理学会及び国際学会で報告する。本研究の目的はISOLなどで作られる低速の不安定原子核イオンビームを蓄積および冷却するための、超高真空環境で動作するイオンビームクーラー・バンチャーを開発することである。これは、不安定核研究の精密化を実現すること、また、不安定核イオンの再加速のためのイオン源等に応用することを目指している。加速器等においては、超高真空環境こそが決定的な性能を与える場合が多く、世界に普及しているバッファガス法はその条件を満たさない。平成25年度はMRFQクーラーバンチャーの真空槽および電極系の配線や制御用電源、スイッチ等の組み込みが終わり装置が完成した。また、singleRFQでのイオントラップのコミッショニングを進めた。当初ガスを電子銃でイオン化してRFQに閉じ込める手法を予定していたが、電子銃の入手に時間を要し当該年度に実現困難であることが判明したため、Naの含浸表面電離型イオン源を当面使うことにした。まず、イオン源から引き出してアインツェルレンズで絞ったイオン流を四重極部に導入し、singleRFの有無でトラップ部前後に配置したファラデーカップの電流量の比によって透過効率を調べた。その結果イオンの透過効率はイオンのエネルギーに依存し、低エネルギーほど高い効率が得られる。3eVまで極端に下げたとき70%ほどが透過することの確認が得られた。今後、(1)トラップ時間の測定(2)2種のイオンの同時トラップの確認(3)重イオンのクーリング効率と収量の最適化に焦点を絞り、R&Dを完了させる予定である。成果発表も次年度の課題である。本研究の目的は低速の不安定原子核イオンを蓄積および冷却を施すことにより不安定原子核を用いた実験の可能性を格段に拡大することである。当初、複数のRFを導入することにより不安定核重イオンを冷却して蓄積濃度を最大化する予定であったが、入射電極のエッジ効果により単色のRFでも重イオンをある程度蓄積できることが分かり、最終年度である平成26年度では、その蓄積性能を理解し、最適化する方針に切り替えて、研究を進めた。その理由は主として、必要とされるRFの最大電圧を実現することに手間取ったため、蓄積濃度を最大化するイオントラップ領域に到達するには、時間が不十分であると判断したためである。イオンは四重極電極の入り口で小さな穴を通り抜ける必要があるが、その穴を持つ極板と四重極電極の間には、電場のゆがみのために進行方向に電場が振動している。あるタイミングで入射したイオンはそこで減速されるため、軸方向の閉じ込めポテンシャルの山を越えられなくなり、トラップされてしまうというのが、上記のエッジ効果である。四重極RFイオントラップにおいては、トラップ効率に対して四重極電極の形状および位置決めが大変重要であることが分かり、急遽新な電極を作成し、交換して測定を繰り返す等、様々な試みを行った。

最終的には電極の相対位置を正確に調整しなおすことで133Csによる達成蓄積効率は目標の10%に対して4.8%を実現することができた。結論として、当初予定していた複数RFによるイオン冷却による蓄積率向上のテストには達しなかったが、目標とする蓄積率の1/2を実現し、開発研究を進める傍ら、本実験にこのバンチャーを利用する目途がついた。26年度が最終年度であるため、記入しない。実験核物理26年度が最終年度であるため、記入しない。研究計画の段階では四重極電極が設置された真空チェンバーを設計、製作し、イオンが高周波によりトラップされるところまで確かめる予定であった。実際には四重極電極及び真空チェンバーの製作が終了し、テストを行うのに十分良い真空が達成できたところであり、これからトラップの確認を行うため。研究計画の段階では四重極電極が設置された真空チェンバーを設計、製作し、イオンが高周波によりトラップされ、軽イオンによる冷却効果を確認する予定であった。実際には四重極電極及び真空チェンバーの製作が終了し、テストを行うのに十分良い真空が達成でき、singleRFQによるイオンの透過度を確認できたところである。RFQオフでは2%(バックグラウンドレベル)の透過効率がRFQオンで70%まで向上することが確認され、イオントラップとしての性能を確立できたことは大きなステップである。R&Dのペースとしては少々遅れ気味ではあるが、2種のイオンのトラップの確認とクーリング性能の確認は平成26年度中には完了できると考えられるため、本研究はおおむね順調に進展していると評価できる。現段階では大きな問題は生じておらず、当初計画していた通り研究開発を実行していく予定である。RF系の装置の整備が不十分なため、今後他の資金を確保しつつ高周波源等の増強をはかっていく予定である。なお、以下の項目は平成26年度中に本研究でその可否を判断することが必須である。(1)トラップ時間の測定(2)2種のイオンの同時トラップの確認(3)重イオンのクーリング効率と収量の最適化に焦点を絞り、R&Dを完了させる予定である。なお、本研究で開発されるMRFQ手法は実現されればこの分野における標準的手法となりうるような大きな成果が期待される。当初の目標である重イオンの冷却とバンチ化が達成されなかった場合は、少なくともその原因を究明し、次の改善案を提案していきたい。四重極チェンバーにイオンを導入する必要があるが、そのイオンを導入する装置の購入および組み立て調整作業の人件費として使用する予定である。RFQによるイオントラップのR&Dにおいて、RF系の装置の不備が判明しつつあり、テストの進展を待って効率的にRF機器、装置の増強をはかっていきたいと考えているためである。
日本人フランス語学習者の社会言語学的能力の発達過程に関する通時的研究

平成30年度はフランス語学習者14名の会話の録音を実施し、録音の文字化を重点的に進めている。録音参加者のうち10名はフランス語圏への留学前であったことから、帰国後に再度録音を行うことで、社会言語学的変異の習得の長期的な調査が可能になる。また日本で学習を続ける学習者4名の録音も同時に行ったため、これによって留学という要因が社会言語学的変異の習得にどのように影響するのかについても調査が今後可能になる。日本およびフランスで出版されたフランス語の教科書コーパスの構築を行った。データ処理・分析は今後行う予定である。同時に、北米のフランス語圏であるカナダのケベック州で出版されたフランス語教科書のデータ化を行った。この教科書にはケベック州特有の地理的変異および他のフランス語圏でも観察される社会言語学的変異の反映が顕著に観察され、また話し言葉で頻度が高い形の習得を優先させるという特徴がある。このコーパスの分析を行うことで、教科書への社会言語学的特徴の反映方法の可能性を探ることができた。語彙的変異および統語的変異については10月に日本ケベック学会第10回大会で、音声的変異については12月に外国語教育学会第22回大会で報告を行った。19世紀末に出版されたフランス語の音声教本を基に、20世紀以降の三人称代名詞ilおよびilsの/l/の発音の規範化について分析を行った。この分析の成果は、7月にベルギーで行われたフランス語学世界大会で報告した。申請時に研究計画調書に記載した「通時的な観察を可能とするフランス語学習者の話し言葉コーパスの構築」および「日本およびフランスで出版されたフランス語教科書コーパスの構築」については、順調に進展しており、分析もすでに始めている。また、教科書コーパスの一部でもある、ケベック州で出版された教科書コーパスの分析を進めたことで、教科書における社会言語学的特徴の反映方法について分析を行い、研究成果の公表のために論文を執筆した。ただし、「母語話者の教授言語コーパスの構築」を開始できなかったため、これは今後着手する予定である。以上から、本研究は当初の計画通り「おおむね順調に進展している」と評価できる。令和元年度は、前年度に録音を行った学習者を対象に同様の録音を実施し、またさらなるコーパスの拡充を行い、文字化を進める。母語話者の教授言語コーパスの構築に着手する。学習者の話し言葉コーパスを用いて、発話に表れる社会言語学的能力の発達過程についての分析に着手する。特に否定辞neの脱落および三人称代名詞における/l/の脱落について調査を進める。学習者の発話におけるリエゾンの実現と教科書コーパスでのリエゾンの実現を比較することで、学習者のリエゾンの習得が教科書的な規範にどの程度影響されるのかについて、8月に開催される国際研究大会New Sounds(早稲田大学)で報告する予定である。フランス語の教科書に反映される社会言語学的変異について、7月に開催されるAssociation of French LanguageStudiesの国際研究大会(ブリストル大学)で発表を行う。これらの報告後、論文執筆を行う。

特に否定辞neの脱落および三人称代名詞における/l/の脱落について調査を進める。学習者の発話におけるリエゾンの実現と教科書コーパスでのリエゾンの実現を比較することで、学習者のリエゾンの習得が教科書的な規範にどの程度影響されるのかについて、8月に開催される国際研究大会New Sounds(早稲田大学)で報告する予定である。フランス語の教科書に反映される社会言語学的変異について、7月に開催されるAssociation of French LanguageStudiesの国際研究大会(ブリストル大学)で発表を行う。これらの報告後、論文執筆を行う。
マイトファジーにおけるParkinの基質選択性とオルガネラ間膜蛋白質輸送の解析

(A) Parkinの基質選択性とミトコンドリア局在型E3の寄与Parkinの基質として非常に多くの蛋白質が報告されてきたが、それらの共通したモチーフはみられず、Parkinが厳格な基質特異性を有するかどうか明らかではなかった。そこで、細胞内には存在しない外来蛋白質(GFP, MBP)をミトコンドリアに局在化させたうえで、Parkinが基質として認識するかどうか検討した。その結果、ミトコンドリアの膜電位低下依存的に、外来蛋白質がParkinによってユビキチン化されることがわかった。したがって、「Parkinはミトコンドリア外膜に存在する、表面にリジンを露出した蛋白質をユビキチン化基質として認識し、基質選択性は限りなく低い」ことが示唆された。また、複数のミトコンドリア局在型E3のうち、MITOLを欠損した場合に、ミトコンドリア膜電位低下初期におけるParkin動員が遅延することがわかった。したがって、「MITOLがParkin介在性選択的ミトコンドリア分解の開始を制御している」可能性が示唆された。(B)マイトファジーにおけるミトコンドリア蛋白質の異所局在性ミトコンドリアに局在する蛋白質Aがペルオキシソームに移行することを見出したので、そのメカニズムに迫るため、多面的に解析を行った。変異体解析やマススぺクロトメトリー解析を通じて、ミトコンドリアの膜電位が低下したときに、Parkinによってユビキチン化されるリジン残基を同定した。同定した蛋白質Aのユビキチン化部位を変異させると、ペルオキシソームへの移行が阻害されることから、「Parkinによるユビキチン化は蛋白質Aの移行に必要である」ことが示唆された。蛋白質Aがユビキチン化されると、VCP/p97によって認識されて膜から引き抜かれたあとに、ペルオキシソームに輸送されることが強く示唆された。実績の概要に記載した(A)の課題に関しては、論文査読後に再投稿を行った。また、(B)の課題についても、論文を投稿し、under revisionの最中である。(B)の課題について、詳細な分子メカニズム及び生理的意義を明らかにするために解析を進める予定である。平成31年度に2報の論文が掲載される見込みであるので、論文掲載料として使用するため翌年度分に基金の一部を繰り越すこととした。
一分子解析とオミックス解析の統合による核小体静的クロマチン構造の解明

核小体の形態異常は、遺伝病(リボソーム病)を引き起こす要因となることが知られている。本研究では、核小体クロマチン内に新たに同定した因子が局在する凝集構造体に着目し、そこに含まれる因子群を一分子顕微鏡で観察した。その結果、RNAポリメラーゼIがブラウン運動しながらも、ある一定の範囲でまとまる様子が観察されたことから、凝集構造体は液滴様の塊であることが判明した。さらに、リボソーム病の原因であるRNAポリメラーゼの変異アレルを異所的に発現させることで、液滴様凝集構造体を再構築することができた。このことから、本研究で着目した凝集構造体の液滴様性質が、遺伝疾患の一因になっている可能性が考えられる。本研究は、リボソームRNA遺伝子(rDNA)上にできる静的クロマチン構造の転写抑制メカニズムを解明することを目指している。平成27年度において1凝集構造体として観察される静的クロマチンのライブイメージングを行うために、当初、そのマーカータンパクであるTopBP1にEGFPを付加したコンストラクトをFlp-Inの組み換えシステムを利用して安定発現株の作成を試みた。しかし、発現が外来のプロモーターの強さに依存するため、TopBP1が通常より高く、かつ恒常的に発現した結果、細胞の生存に負に働き安定発現株をとることはできなかった。そこで、現在CRISPR/Cas9システムを利用して、内在性のTopBP1にGFPタグを付加することを試みている。また、ライブセルイメージングに先立って、凝集構造体の発生の起源に目星をつける為に、TopBP1に対する抗体による免疫染色を用いて、細胞周期の同調や細胞老化の誘導、そしてプロモーター結合因子群をノックダウンするなどの様々な条件下での、凝集構造体の出現頻度変化を調べた。その結果、クロマチンリモデリング因子のNuRD複合体に関わる因子がノックダウンされた時にのみ、有意に凝集構造体の発生頻度が4倍以上上昇した。過剰な凝集構造体の発生がNuRD働きによって回避されていることがわかった。2凝集したクロマチンの凝縮度を測定するために、rDNAクロマチンの一分子イメージングを行うための系の作成を試み、成功した。具体的には、UBFをPA-GFPでラベルし、超解像顕微鏡(PALM)で、追跡が可能となった。面白いことに、凝集構造をとったクロマチンの動きが、その見た目と裏腹に一分子レベルでは逆に上がっていることがわかりつつある。ライブイメージング用のEGFP-TopBP1安定発現株の作成に手間どっているが、免疫染色によって、発生起源のきっかけがクロマチンリモデリング因子の低下が引き金になっていることがわかった。どのような生理的条件下で、NuRDの機能の低下が引き起こされるかを明らかにすることは次の課題である。また、rDNAクロマチンの一分子レベルの計測系は、予定通り作成することができ、新たに凝集したクロマチン構造内では、分子が速く動いていることがわかった。これは、免疫染色によるクロマチンの分布の変化から推察されるイメージには反する結果であり、非常に興味深い。ただ、別のグループがTopBP1依存的静的クロマチン構造について5月に公表し(Sokka M. et al., Nucleic Acids Res 2015)が大きな痛手となり、今後競争が激化することが予想される。本研究は、核小体内にできるリボソームRNA遺伝子(rDNA)の静的クロマチン構造を解明することを主眼とし、平成28年度にはその実態を明らかにすることに加え、静的クロマチンの凝集構造体とヒト遺伝病との関連を示すことに成功した。TopBP1を一過的に強制発現させ、人為的に凝集構造体を誘導する系を作成し、一分子イメージングによって、凝集構造体内の分子の動きを観察した。転写が止まった凝集構造体内では、転写している領域に比べて、分子の動きが大きく上がっていた。これと同時に、転写装置の密集具合を測定することで、転写ファクトリーの存在の有無を検討したところ、凝集構造体内では、疎(バラバラ)になっていた。このことから、転写ファクトリーという留め金がなくなった結果、クロマチン構造がより大きなブラウン運動をしていると考えられた。次に、転写装置のサブユニットの一つに変異を挿入し、強制発現させたところ、核小体の淵に転写装置が集まった塊、TopBP1の強制発現によってできる凝集構造体と同じ類のものが観察された。実際、この塊の中では、転写が起こっておらず、rDNA領域やTopBP1が集まり、それらの分子が激しく動き回っていた。このことから、凝集構造体の実態は、機能不全となった転写装置がその自己集合化能によってできる液滴の塊、例えるならば水の中の油のようなもの、であることが明らかとなった。

そして、興味深いことは、転写装置のサブユニットに挿入した変異は、ヒト遺伝病下顎顔面異骨症(トリーチャーコリンズ症候群の一種)の優性原因因子として知られているものであり、本研究で着目した凝集構造体は、発生過程でリボソームRNAの合成を阻害し、遺伝疾患の引き起こす一因になっている可能性が考えられる。別のグループにより、本研究で着目していた静的クロマチン構造について公表されてしまったので、平成27年度に開発したrDNAクロマチンの一分子イメージングを軸にして、解析を行っていく。また、代表者自身が留学先で開発した包括的クロマチン因子同定法(ePICh法)を活用していく。これにより、静的クロマチンの凝集構造体を誘導後、プロモーター領域に結合するタンパクを網羅的に同定し、凝集構造体の構成因子を明らかにする。これらの2つのオリジナルの系を絡み合わせることで、競合相手と差別化を図り、クロマチン動きとそれを規定する役者を明らかにし、論文としてまとめて公表する。分子生物学平成27年度と平成28年度にかけて、包括的クロマチン因子同定法(ePICh法)を用いて、静的クロマチン構造を構成する因子群を質量分析計により同定する予定であった。クロマチン精製実験に必要な費用と外注の質量分析にかかる費用の全てが平成28年度に回ったためである。静的クロマチン精製実験に必要な試薬と質量分析(外注)にかかる費用に当てる。
Na^+,K^+ーATPaseを用いる新しいバイオセンサ-の基礎研究

モルモット小腸刷子縁膜から単離,精製したNa^+/Dーグルコ-ス共輸送蛋白質を,単分子膜貼り合わせ法により作製した平面脂質二分子膜に包埋することによって,能動輸送型Dーグルコ-スセンサ-を作製した。このセンサ-におけるDーグルコ-スの能動輸送は,Na^+イオンの電気化学ポテンシャルをエネルギ-としており,一定電圧下においてDーグルコ-スによって変調されるNa^+イオンfluxを膜コンダクタンスの変化として検出している.このような応答は,Dーグルコ-スの場合には10^<ー9>Mという鷲くべき低濃度で観測され(図1),さらに10^<ー6>M Dーガラクト-スに対しても見られたが,Lーグルコ-ス,Dーフルクト-ス,Dーマンノ-スでは全く見られなかった.また,上記のDーグルコ-ス輸送系とNa^+,K^+ーATPaseポンプ系との結合によるエネルギ-循環型のハイブリッド輸送系の検討を行った.その一環として,Na^+,K^+ーATPase包埋脂質二分子膜の膜電位について検討し,この膜はATP濃度に依存した膜電位を生起することを見出した.さらに,Na^+/Dーグルコ-ス共輸送蛋白質とNa^+,K^+ーATPaseを同時に包埋した脂質二分子膜では,Dーグルコ-ス基づくNa^+電流が減少することを見出した.これによりDーグルコ-スの能動輸送をNa^+,K^+ーATPaseによって駆動する可能性が示された.モルモット小腸刷子縁膜から単離,精製したNa^+/Dーグルコ-ス共輸送蛋白質を,単分子膜貼り合わせ法により作製した平面脂質二分子膜に包埋することによって,能動輸送型Dーグルコ-スセンサ-を作製した。このセンサ-におけるDーグルコ-スの能動輸送は,Na^+イオンの電気化学ポテンシャルをエネルギ-としており,一定電圧下においてDーグルコ-スによって変調されるNa^+イオンfluxを膜コンダクタンスの変化として検出している.このような応答は,Dーグルコ-スの場合には10^<ー9>Mという鷲くべき低濃度で観測され(図1),さらに10^<ー6>M Dーガラクト-スに対しても見られたが,Lーグルコ-ス,Dーフルクト-ス,Dーマンノ-スでは全く見られなかった.また,上記のDーグルコ-ス輸送系とNa^+,K^+ーATPaseポンプ系との結合によるエネルギ-循環型のハイブリッド輸送系の検討を行った.その一環として,Na^+,K^+ーATPase包埋脂質二分子膜の膜電位について検討し,この膜はATP濃度に依存した膜電位を生起することを見出した.さらに,Na^+/Dーグルコ-ス共輸送蛋白質とNa^+,K^+ーATPaseを同時に包埋した脂質二分子膜では,Dーグルコ-ス基づくNa^+電流が減少することを見出した.これによりDーグルコ-スの能動輸送をNa^+,K^+ーATPaseによって駆動する可能性が示された.
超効率的不斉反応のためのメディエーター修飾高分子マトリックス反応場の構築

基板電極としてグラファイトフェルトヘポリアクリル酸(PAA)膜を被覆し、その層中にメディエーター(Med)としてl-aza-4-amino-2,2,7-trimethyl-10-isopropylspiro[5.5]undecane-N-oxylを化学的に固定した修飾電極を作製した。この修飾電極は、分子内にキラル残基を有するため、絶対配置の相違によりアルコール類等の酸化反応に対して立体選択的な差異が見られた。即ち、二級ラセミアルコールであるl-フェニルエチルアルコールの酸化反応において1c:(6S,7R,10R)はS-体のみを選択的にアセトフェノンへ酸化し、R-体は未反応物として回収された。一方、1a:(6R,7R,10R)は電気化学的に不活性化するが過酸処理により再活性化し、R-体のみを選択的にアセトフェノンへ酸化し、S-体は未反応物として回収された。一方、再活性化1aはラセミアミンである1-フェニルエチルアミンの酸化反応において、R-体のみ選択的にイミンへ酸化し、加水分解によりアセトフェノンへ変換するのに対して、S-体は未反応物として回収された。ジオールである3-メチル-1,5-ペンタンジオールの酸化反応においては、1cは対応するS-体の光学活性なラクトン、再活性化1aは対応するR-体の光学活性なラクトンへ高電流効率、高収率、高選択性で変換した。Medとしてフェロセン(Fc)誘導体をPAA被覆GF電極上にNADHの補酵素、酸化還元系酵素としてジアフォラーゼ(Dp)およびアルコールデヒドロゲナーゼ(ADH、E.C.l.l.l.l)を固定した修飾電極を作製した。この修飾電極は3-メチル-1,5-ペンタンジオールの基質存在下で、触媒電流を与えた。これはFc、NADH、DpおよびADHの複合系メディエーター系が、基質との電子移動を触媒していることを示している。実際にこの系でマクロ電解を試みたところ、対応するクラントンへの立体選択的酸化を実現した。またシス-1,2-シクロヘキサンジメタノールにおいても同様に、対応するラクトンへの立体選択的酸化が可能であった。
フェオダリアは海洋炭素循環にどれだけの貢献をしているか?

北極海と北太平洋のフェオダリアおよび放散虫の物質循環における役割について研究を行った。2013年5月から8月にかけて、オスロ大学自然史博物館のKjellR. Bjorklund教授の研究室に滞在し北極海のフェオダリアと放散虫の分類に専念した。研究試料は西部北極海ノースウィンド深海平原の観測点Station NAPで2010年10月から2012年9月にかけて採取された海洋沈降粒子試料を用いた。帰国後、Station NAP沈降粒子試料中のフェオダリアおよび放散虫の群集解析を行い、1日1m^2あたりに沈降する個体数(フラックス)の時系列データを得た。その結果、季節海氷域である西部北極海において海氷消失期間と海氷被覆期間とでは、優占する種が異なり、群集組成が変化することが分かった。西部北極海におけるフェオダリアフラックスは、北太平洋に比べて低いことが分かった。2010年11-12月の結氷期において放散虫フラックスの極大が観測され、その値は、高生物生産域である北太平洋亜寒帯域に匹敵することを見出した。放散虫フラックス極大時において、Amphimelissa setosaが9割以上を占めた。また、海洋研究開発機構の研究船「みらい」MR13-06航海に乗船し、北極海ノースウィンド深海平原とカナダ海盆内においてプランクトンネット試料を採集した。両海域の放散虫およびフェオダリア群集を比較した結果、ノースウィンド深海平原ではAmphimelissa setosaが優占し、カナダ海盆内では、Actinomma属が優占していた。ノースウィンド深海平原における海洋沈降粒子試料の結果から、2012年は、2011年に比較してカナダ海盆内に優占するActinomma属の割合が増加していた。2012年は北極海の海氷面積が観測史上最小を記録した年であり、海氷減少に伴い、ノースウィンド深海平原におけるカナダ海盆の水塊の影響が2011年に比較して強まった可能性が示唆された。本研究は、北極海の海氷減少に伴う環境変化とそれに対する生物生産応答の変化が海洋炭素循環にどのような影響を与えるかを考察する上で、重要な基礎研究である。現在、本研究の結果をまとめた論文原稿を執筆している。(抄録なし)北太平洋の2009年の多層曳きプランクトンネット試料の放散虫群集解析を行った。鉛直分布を得るのに必要な顕微鏡観察による種の同定・カウントを行い、生群集の炭素量見積もりの下準備を行った。また、当初の計画に北極海の海洋沈降粒子試料中の放散虫群集解析を追加し、北太平洋の群集との比較を行った。本研究課題を遂行する上で、北太平洋において採集された海洋沈降粒子試料中の放散虫群集解析が土台となる。放散虫群集解析の結果から、近年の海洋環境変化に対して放散虫群集がどのように応答するのかについても研究を行った。東北大学で開催された微化石サマースクールに参加し、放散虫のデータ解析の他、特定の放散虫種の分類について講義を受けた。ICES AmualScience Conference 2012においては、ある放散虫種と中規模渦(数十キロから数百キロスケールの環状の流れで海流や水温などに大きな影響を与える)の関係を見出し、放散虫種が良いトレーサーになることを示した論文を発表し、多くの研究者達と議論した。また、ノルウェーのオスロ大学地質博物館のKjell R.Bjorklund教授を訪問し、北極海の海洋沈降粒子試料中の放散虫群集の分類に関して、次年度から共同で研究を行う方針を決めた。本研究を進めるにあたって、顕微鏡観察が必須である。来年度以降も主体的に研究を行うため、顕微鏡を一台購入した。アウトリーチ活動としては、九大理学部ニュースの記事をはじめ、九大百年祭、オープンキャンパスなどを通じて、一般向けに研究内容の紹介を行った。

両海域の放散虫およびフェオダリア群集を比較した結果、ノースウィンド深海平原ではAmphimelissa setosaが優占し、カナダ海盆内では、Actinomma属が優占していた。ノースウィンド深海平原における海洋沈降粒子試料の結果から、2012年は、2011年に比較してカナダ海盆内に優占するActinomma属の割合が増加していた。2012年は北極海の海氷面積が観測史上最小を記録した年であり、海氷減少に伴い、ノースウィンド深海平原におけるカナダ海盆の水塊の影響が2011年に比較して強まった可能性が示唆された。本研究は、北極海の海氷減少に伴う環境変化とそれに対する生物生産応答の変化が海洋炭素循環にどのような影響を与えるかを考察する上で、重要な基礎研究である。現在、本研究の結果をまとめた論文原稿を執筆している。炭素量を測定する前に必要な放散虫群集解析を、当初の計画よりも詳細に行う必要が生じた。また、世界的なヘリウムガスの不足により、元素分析計を稼働できない状況が続いている。海洋沈降粒子試料中の放散虫群集解析を進めるとともに、沈降粒子試料中のフェオダリアの拾い出しと炭素量測定を行う。九州大学の元素分析計(Perkin Elmer CHNS2400)は、ヘリウムガス使用量が大きいため、外来研究員となっている海洋研究開発機構地球環境変動領域物質循環研究プログラムの元素分析計(Carlo Erba NC2500)の使用を検討する。(抄録なし)
極柔軟マルチボディシステム制御のためのシステム自由度の低次元化に関する研究

本研究は,大変形と大回転を伴う極めて非線形性の強い極柔軟体の制御系設計のために,高精度,かつ,低次元のモデル化手法を開発することを目的に,【1】曲げ捩りせん断および軸変形を考慮した非線形梁および非線形板へモード合成法を適用する自由度低減モデルの開発とその検証,【2】開発したモデルを用いた大変形と大回転を伴う極柔軟体の制御系の試設計,を行った.その結果,【3】非線形性の強い極柔軟梁と板に対する低次元モデルが計算精度を保持しながら,システムの自由度を低減できること,【4】提案した自由度低減モデルが床体操のように大回転と大変形を伴いながら移動するロボットの制御に適用可能であることを示した.本年度は2年目であり,大変形・大回転を伴う極柔軟薄板の非線形挙動解析の低次元化手法の開発,および大回転・大変形を伴う3次元極柔軟梁の曲げ・伸びを考慮した制御系の設計法検討を目的に,以下の項目について,研究を行った.1.大変形・大回転を伴う極柔軟薄板の非線形挙動解析の低次元化手法の開発従来提案されているANCF板要素の弾性力は線形部分と非線形部分に分けることが難しいので板厚方向の歪勾配を単純化したANCF板要素の定式化を行い,その運動方程式を時刻歴積分して応答を求める計算プログラムを作成した.その計算プログラムを用いて幾つかの例題について数値シミュレーションを実施中である.計算時間がかなり短縮できる見通しはあるが,良い計算結果が出る場合とでない場合が有り,その原因を検討中である.また,本定式化を基にした低次元化手法について式展開を行っている.さらに,昨年度製作した空気抵抗の影響を排除したアクリル製真空チャンバを用いた柔軟梁のスピンアップ実験用モータ制御とシール機構の改良を行い,予備実験を実施した.2.大回転・大変形を伴う3次元極柔軟梁の曲げ・伸びを考慮した制御系の設計法検討上部にラッチ金物が取り付いた柔軟梁の下端をスライダにより振動的に水平方向に駆動することにより,柔軟梁を振動的に大きく撓ませラッチ金物をスライダと同じ高さに設置したラッチ機構に結合する制御系を設計するため,昨年度開発した低次元化手法を用いて自由度の低減を行い,状態方程式を構築した.現在励振フェイズ・中間フェイズ・制振フェイズを設定しゲインスケジュール法を用いた制御系の試設計を行い,高次モードを抑制しながらラッチ機構に漸近できる見通しを得た.本年度は最終年度であるので,前年度までに開発した低次元化手法を用いたモデルに基づく大変形・大回転を伴う極柔軟梁の制御系の試設計および実験による有効性確認を目的に,以下の項目について研究を行った.1.極柔軟薄板の低次元化手法の検証実験昨年度開発したANCF板要素の定式化の改良を行い,弾性力を線形部分と非線形部分に分けるモード合成法を適用したANCF板要素を開発し,その運動方程式を時刻歴積分して応答を求める計算プログラムを作成した.その計算プログラムを用いて幾つかの例題について数値シミュレーションを実施して,大回転と大変形を伴う柔軟板の動的シミュレーションの計算時間の短縮効果を確認した.さらに,モード合成法を適用したANCF梁要素から構成される網構造のモデル化を行い,宇宙デブリ等の捕捉シミュレーション等が可能なプログラム開発を行った.これらの定式化等の妥当性を検証するため,昨年度予備実験を実施したアクリル製真空チャンバを用い,柔軟板と網の基本モデルの旋回駆動実験を実施した.その結果,若干の誤差が見られるものの,これらの定式化等の数値シミュレーション結果と実験結果が比較的良く一致することを確認した.2.極柔軟梁の制御実験上部にラッチ金物が取り付いた柔軟梁の下端をスライダにより振動的に水平方向に駆動することにより,柔軟梁を振動的に大きく撓ませラッチ金物をスライダと同じ高さに設置したラッチ機構に結合する制御系をビジュアルフィードバックにより設計した.数値シミュレーションによる励振挙動と実験による励振挙動は比較的大きな大変形領域まで同様の傾向があることが確認されたが,数値シミュレーションではラッチ機構に結合できる結果を得たものの,実験ではラッチ機構に結合するまでの励振されなかった.励振方法等について,今後制御系設計についての更なる検討が必要である.本研究は,大変形と大回転を伴う極めて非線形性の強い極柔軟体の制御系設計のために,高精度,かつ,低次元のモデル化手法を開発することを目的に,【1】曲げ捩りせん断および軸変形を考慮した非線形梁および非線形板へモード合成法を適用する自由度低減モデルの開発とその検証,【2】開発したモデルを用いた大変形と大回転を伴う極柔軟体の制御系の試設計,を行った.その結果,【3】非線形性の強い極柔軟梁と板に対する低次元モデルが計算精度を保持しながら,システムの自由度を低減できること,【4】提案した自由度低減モデルが床体操のように大回転と大変形を伴いながら移動するロボットの制御に適用可能であることを示した.本年度は初年度であるため,大変形・大回転を伴う極柔軟体の非線形挙動解析を,精度を保持しつつ低次元化することを目的に,以下の項目について,研究を行った.1.3次元極柔軟梁のシステム自由度の低次元化手法の開発大回転・大変形を伴う3次元極柔軟梁の曲げ・伸びを考慮したANCFの形状関数を3次多項式と固有関数の線形和で表現する定式化を行い,低次元化したBernoulli-Euler梁の運動方程式を導いた.

また,その運動方程式を時刻歴積分して応答を求める計算プログラムを作成した.その計算プログラムを用いて幾つかの数値シミュレーションを実施し,低次元化を行わない従来のANCFによる数値シミュレーション結果との比較を行い,本研究の低次元化手法がある程度自由度を縮退しても十分な精度を有することを確認した.2.3次元極柔軟梁の低次元化手法の検証実験1.で開発した大回転・大変形を伴う3次元極柔軟梁の動的挙動に関する応答計算結果を検証するために,空気抵抗の影響を排除したアクリル製真空チャンバ内で初期に吊り下げられたPET樹脂製梁の上端をアームにより旋回させるスピンアップ実験を行うための実験装置を製作した.この実験装置においては,アームの角加速度が大きく,かつ遠心力および重力による梁長手方向軸力が小さい間は,接線方向の慣性力により3次元極柔軟梁に大きな曲げ変形が生じるが,角速度の増加に伴い遠心力により梁の軸力が増大し,その幾何剛性効果によって曲げ変形は急速に小さくなるように工夫を行った.予備実験の結果,予定していた挙動に近い応答は得られたが,真空保持のためのモーター回転部のシール機構やモーター制御に不都合があり,本研究の低次元化手法の検証を行うのに十分な結果を得ることはできなかった.薄板構造の定式化および計算プログラム化までは予定通り達成した.薄板構造の低次元化手法の開発においては,ANCFで回転角の代わりに勾配を用いなければならない点に関連して縮退アルゴリズムに検討課題が有り,若干の遅れがある.昨年度課題の積み残しがあった実験装置の改良はほぼ終了した.また,極柔軟梁の制御系の設計も見通しは立ったが,検証作業において若干の遅れがある.低次元化手法の開発,定式化および計算プログラム化までは予定通り達成した.ただし,製作した実験装置が目的のための機能を十分発揮できないため,2012年度において改良が必要である.3次元極柔軟梁の低次元化手法の検証実験を行い,2013年度計画である低次元化3次元板要素の低次元化およびその実験検証モデル構築,極柔軟梁の制御系の制御性能を数値シミュレーションにより明らかにする.またその検証実験を実施する.なお,昨年度極柔軟梁の制御系の設計にも若干の遅れがあったため,制御系実装に関係する部品購入の一部を先送りにしたことによる「次年度使用額」(172,148円)が生じた.昨年度十分でなかった3次元極柔軟梁の低次元化手法の検証実験を行い,2012年度計画である低次元化3次元梁要素を平面的に組み上げた網状柔軟体のモデル構築,極柔軟梁の制御系の試設計を行い,数値シミュレーションにより動的に非線形挙動をする極柔軟梁の制御系の性能を明らかにする.なお,昨年度予備実験で実験装置に不都合があることが分かったので,その検討が終わるまで本実験用の部品購入を見送ったため「次年度使用額」(224,633円)が生じた.今年度で不都合を改良して検証実験を行う.制御系実装に関係する部品等の購入する.また, 2012年度成果発表のための会議参加費と旅費に使用する.低次元化手法の検証用実験装置の改良のための部品等の購入,制御系構築のためのモータとQuaRC用デジタルカメラ等の購入,2012年度成果発表のための会議参加費と旅費に使用する.
超低消費電力の自己保持機能を有する導波路型磁気光学スイッチの開拓

超低消費電力な光ネットワークに有用な自己保持機能を有する磁気光学スイッチを提案し、その実現に向けた開拓研究を行った。自己保持機能は磁気光学導波路の上部に形成した磁気記録材料の不揮発な磁化により得られる。本研究期間において、大きな磁気光学効果を持つCe:YIGを用いた磁気光学スイッチの基礎動作実証と応答速度計測を達成した。また、磁気記録材料の成膜と微小パターン化の検討を行った。光クロスコネクト技術に有用な超低消費電力の導波路型磁気光学スイッチを目指し、研究を行った。最終目標である自己保持機能を有する磁気光学スイッチの動作実証までは至らなかったが、中期目標としての磁気光学ガーネット上での光スイッチの製作と評価では目標性能以上の応答速度を達成し、その後、自己保持動作に必要な磁気記録材料の形成について検討を行った。光スイッチの動作特性として、応答速度の目標性能として1マイクロ秒程度を掲げていたが、製作した光スイッチでは、25ナノ秒以下の高速な応答が計測された。これは、自己保持動作化した場合の制御パルスの印加時間の短縮につながり、消費電力の削減効果につながる。磁気記録材料の形成においては、所望の方向に磁化容易軸を配向するためには何らかの工夫が必要であることが判明した。そこで、対向ターゲット式スパッタ法による成長磁気異方性と、縦横非対称パターンによる形状異方性を利用することを試みた。磁化させたい方向に長軸を持つ長方形を並べる手法を提案し、磁気記録材料の成膜と評価を行った。これは現在も実施中であり、微小なパターンで大きな残留磁化を示す形状、成膜条件の探索を行っている。最後に、提案特許について報告する。従来、磁気光学スイッチの動作偏波は縦偏波のみを想定していたが、今回横方向に非対称性を有し縦偏波と横偏波の両方で磁気光学効果が利用できる光導波路とその製作方法について特許出願を行った。本研究の目的は、光クロスコネクト技術(OXC: Optical Cross Connect)に有用な、中速で超低消費電力の導波路型光スイッチとして、自己保持機能を有する磁気光学スイッチの開拓研究を行うことである。OXCでは、電気的再生中継を介さずに光信号を伝送する形態が用いられ、光の経路を切り替える光スイッチがキーデバイスとなる。OXCで用いられる光スイッチは経路選択が主用途であるため、比較的低速で安定かつ低消費電力であることが重要視される。本研究で提案する光スイッチは、磁気光学薄膜上に形成されたMZI型の磁気光学スイッチにおいて、導波路上部の磁気記録材料の磁化を書き換えることで印加磁界を反転し光スイッチ動作させる。磁気記録材料の不揮発性により自己保持機能が実現される。単パルス的な制御信号の印加によりそれ以降は無電力でスイッチ状態を維持するため、従来の光スイッチに比べ35桁の消費電力低減が見込まれる。当初の研究計画におけるステップとして、1、磁気光学ガーネット上の光導波路と、マッハツェンダー干渉計光回路の製作。2、磁気記録材料なしでの導波路型磁気光学スイッチの動作検証と応答速度評価。3、磁気記録材料の集積と自己保持機能の動作実証。を掲げている。今年度は2の磁気記録材料のなしでの導波路型磁気光学スイッチの動作検証に成功した。磁気光学導波路上に形成した回路に電流を印加し、その向きにより光スイッチとしての経路が切り替わり、消光比10dB程度が実現された。導波路型磁気光学スイッチは世界的にも未開拓な領域であり、その動作実証に成功したことは大きな成果である。また、これらの研究と並行して、シリコンを導波層とする光アイソレータについて特性向上に成功している。これは、集積に適した構造検討における先行研究に該当し、本研究の光スイッチへの応用が期待される成果である。平成24年度の研究実施計画では、1、磁気光学ガーネット上の光導波路と、マッハツェンダー干渉計光回路の作製。2、磁気記録材料なしの導波路型磁気光学スイッチの動作検証と応答速度評価。を掲げており、これらは概ね達成された。以下に詳細を記す。1では、(CeY)3Fe5O12(Ce:YIG)を用いた磁気光学ガーネット導波路の損失評価を行った。2×2方向性結合器の作製を行い、等分岐回路(3dBカップラ)の最適化を行った。MZIの作製と消光比の評価を行った。2では、磁気記録材料なしの光スイッチの試作を行った。電流により反平行な外部磁界を印加する制御回路を作製し、異なる向きの電流による光スイッチ動作を確認した。電流の向きに依存する違いであるため、熱光学効果ではなく磁気光学効果によるものであると断定できる。クロスポートにおいて10dB程度の消光比が実現された。次に、Ce:YIGの磁化応答速度評価を行った。磁気記録材料なしの光スイッチに対し、電流による外部磁界の変調を行い、Ce:YIGの磁化応答速度を計測した。

変調された光信号の計測に成功したが、光出力が弱く高感度の光検出器を用いねばならなかったため、光検出器の応答限界である数十マイクロ秒までの計測となった。磁気光学効果自体はこれ以上の速度で応答できると考えられ、デバイスの低損失化が必要となる。まず、前年度の未達成項目である磁気光学材料(Ce:YIG)自体の磁化反転の応答速度の評価を行う。これには、デバイスの低損失化とともに、光増幅器の使用により行う。次のステップは、磁気記録材料の集積と自己保持動作の実証を目指す。まず、磁気記録材料の選定を行う。要求特性は大きな残留磁化と比較的小さな保磁力を持つことである。当初はSmCoを考えていたがこれまでの調査によりFeCoを有力視している。これらの材料を実際に磁気光学回路上に成膜し外部磁界による磁化反転を評価する。磁気記録材料は、光導波路内の光信号に損失を与えない程度(1マイクロメートル)に離して形成する必要があり、その距離でCe:YIGの磁化を十分に飽和させる残留磁化が必要条件となる。保磁力は小さい方が反転に必要な電流が小さくて済むと考えられる。次に、光スイッチとしての自己保持動作実証を行う。まず永久磁石などによる外部磁界の反転により磁化反転を行い、光スイッチ動作と自己保持機能を確かめる。その後、電流回路を集積した光スイッチを作製する。電流印加による磁化反転を行い、書き換え時間の評価とともに消費電力を見積もる。これにより、当初の計画で予測している数マイクロワット程度の超低消費電力の光スイッチ動作を実証する。これらの検討と同時に、実用上の観点から集積化に適したデバイス構造を検討する。具体的には、磁気光学材料をクラッド層として、導波層に半導体材料を用いて同様のデバイス作製を試みる。平成24年度の未使用額は42,720円と少額であり、これは研究経費を効率的に使用したためである。次年度の研究の遂行に当たってはデバイス作製がメインとなる。光導波路、磁気、電気回路パターンの形成には柔軟な回路設計が可能な電子ビーム描画装置を用いる。従来の光露光装置を用いた場合、回路パターンのマスク形成ごとに時間と費用を要するのに対し、電子ビーム描画では毎回任意のパターンを設計・形成できることがメリットである。その他の実験装置、光学測定機器については、昨年度までの研究費でおおよそ準備が完了している。また、恒常的に実験で用いる高純度の試薬や、光学測定で用いる光ファイバなどの消耗品の購入も引き続き必要となる。よって、下記のように未使用額を含めた研究経費の計上を予定する。設備備品等:導波路や磁気、電気回路作製のために用いる電子ビーム描画装置の使用料として1000千円(50千円×20回程度)を計上する。消耗品等:高純度試薬等の消耗品の購入に100千円程度を計上する。旅費等:成果発表のための旅費、学会参加費として、国内(5千円×2件程度)および海外(300千円×2件程度)を計上する。
カナダにおける穀物輸出システム再編と小麦ボード改革

本研究の課題は、世界有数の穀物輸出国カナダにおける穀物輸出システムの急速な構造変化の実態を解明し、それとの関わりで穀物輸出を独占する国家貿易企業カナダ小麦局の改革の背景と影響について検討を加えることである。あわせて、カナダの穀物輸出システムの中で重要な役割を果たしており、近年論議を呼んでいる穀物鉄道輸送問題の経過と最近の政策レビューについても整理し、現在の争点を明らかにする作業に取り組んだ。本研究によって得られた知見を要約すれば次のとおりである。第1に、穀物輸出市場の変化にともない、主産地の平原諸州から積み出し港までの穀物の物流経路が激変した。太平洋岸のバンクーバーとプリンスルパートからの輸出が大きな比率を占めるようになるとともに、平原諸州から陸路アメリカ合衆国への輸出が増えた。第2に、穀物輸出を担う穀物関連産業では、農家から穀物を集荷・保管するプライマリー・エレベーターの合理化と統合化が急速に進行した。また、多国籍アグリビジネスがカナダの穀物加工や集荷部門に進出して、北米規模での国境を超えた統合化が進んでいる。第3に、小麦・大麦の輸出と国内販売を一手に独占してきたカナダ小麦局(CWB)の機構改革である。これによってCWBは連邦政府の公社から「生産者と政府が共同で運営する企業体」へとその性格を変えた。とはいえ、CWBは輸出独占の国家貿易企業として中心的な役割を果たしており、いまのところその事業運営に大きな変化はない。カナダの穀物主産地プレーリー3州からの穀物輸出は、東南に長い物流経路によって行われる。1980年代以降、カナダでは穀物エレベーターの統合化と大型エレベーターへの集荷の集中が急ピッチで進み、物流体系の再編成が進行してきた。なかでも、近年その見直しが大きな議論になっているのが、穀物の鉄道輸送体制である。そこで、本研究では穀物の鉄道輸送に関する歴史的経過と現在の見直し論議の争点を明らかにすることに焦点をしぼり、1999年8月にプレーリー3州において現地調査と資料収集を行った。1995年8月の西部穀物輸送法(WGTA)廃止以降、穀物の鉄道輸送の見直し論議が進行している。とくに、1998年12月のエスティ・コミッション報告は、運賃上限制の撤廃や、カナダ小麦ボードが鉄道輸送に関与することをやめるなど、より商業的・競争的な鉄道輸送に転換することを提言した。この提言の実施について検討したクルーガー委員会報告が1999年10月に公表され、その内容をめぐって生産者団体や穀物業界関係者による議論が続けられている。そこでの主な争点は次のような点である。(1)現行の運賃上限制と距離ベースの運賃体系を続けるのか、それとも輸送経費を反映した運賃体系に変えるのか(この場合は本線と支線で運賃に差をつけることができる)。(2)支線廃止による鉄道輸送の生産性上昇の成果をどう算定し、どのように配分するのか。とりわけ穀物生産者に配分するのか。(3)鉄道輸送におけるカナダ小麦ボードの役割をどう位置づけるのか。現行の貨車配分管理を続けるのか、それとも鉄道会社とエレベーター会社による入札契約に移行するのか。(4)2社による鉄道輸送の独占のもとで、実質的な競争を促すことができるのか否か。(5)支線廃止が農村地域経済や道路の維持管理・補修に及ぼす影響、つまり社会的費用を誰がどのように負担するのか。

太平洋岸のバンクーバーとプリンスルパートからの輸出が大きな比率を占めるようになるとともに、平原諸州から陸路アメリカ合衆国への輸出が増えた。第2に、穀物輸出を担う穀物関連産業では、農家から穀物を集荷・保管するプライマリー・エレベーターの合理化と統合化が急速に進行した。また、多国籍アグリビジネスがカナダの穀物加工や集荷部門に進出して、北米規模での国境を超えた統合化が進んでいる。第3に、小麦・大麦の輸出と国内販売を一手に独占してきたカナダ小麦局(CWB)の機構改革である。1999年から穀物生産者へのアカウンタビリティー(説明責任)を明確にするために理事の3分の2を穀物生産者の投票で選出することにした。これによってCWBは連邦政府の公社から「生産者と政府が共同で運営する企業体」へとその性格を変えた。また、同時にCWBは穀物買い付けと販売方式の弾力化にも踏み切っている。とはいえ、CWBは輸出独占の国家貿易企業として中心的な役割を果たしており、いまのところその事業運営に大きな変化はない。
腎臓血管の起源と発生の理解に基づく再構築法の開発

我々は幹細胞から腎臓組織を誘導することに成功したが、腎臓が機能するには血管と接続することが必須である。そこで本計画では、マウス腎臓血管系の起源と発生様式を理解し、それを再構築することを目的とした。まず腎動静脈及び腎臓内血管の形成過程を発生段階を追って明らかにした。また大動脈血管内皮に比べて腎臓血管内皮で増加あるいは減少する遺伝子群を同定した。さらに胎生期腎臓の移植によって、ドナー由来の血管がある程度発生することを見出した。申請者は以前にマウスES細胞及びヒトiPS細胞から3次元の腎臓組織を試験管内で誘導することに成功した。しかし腎臓が機能するには血管と接続することが必須である。本計画では、それを目指すための基盤技術として、マウス腎臓血管系の起源と発生様式を理解し、それをin vitro及びin vivoで再構築することを目的とする。1)腎臓血管の起源同定と正常発生の理解多種類の遺伝子改変マウスを使って腎臓血管の起源を探索するとともに、血管内皮が蛍光発色するVEGF受容体-GFPマウスを使って腎臓血管の形成過程を検討中である。特に後者には2光子顕微鏡が必要なことが判明し、その技術をほぼ習得した。また血管内皮を単離してマイクロアレイを行った結果、大動脈血管内皮に比べて腎臓血管内皮で増加あるいは減少する遺伝子群を明らかにした。これら正常の発生過程の情報は、ES/iPS細胞から血管内皮を誘導する際のpositive controlとして有用である。2)腎臓血管が正常に発生する器官培養法及び移植法の開発現時点での器官培養法ではネフロンは発生するが、血管は退縮してしまう。そこでVEGF受容体-GFPマウスの胎生11.5-12.5日の腎臓を単離し、VEGF投与、VEGFに寄与する低酸素濃度、低酸素状態を模倣する薬剤などを検討したが、生体内の血管発生を再現できる器官培養系はまだ完成していない。移植法に関しては、免疫不全マウスの腎臓被膜下や大網・精巣上体などに移植して、血管発生を今後検討する。発生期の腎臓血管の可視化に時間がかかったため。染色法の改善に加え、いくつかの共焦点顕微鏡を試したが、明瞭な血管像が得られなかった。試料の厚みによることが考えられたため、2光子顕微鏡顕微鏡の使用を開始した。本学には一台だけ存在するが、古い型で操作が複雑な上、本計画に必要な対物レンズが装備されていなかった。これを別予算で購入するとともに、試料の透明化の方法も複数検討した。年度後半にはいって、ようやく安定した血管像が得られるようになった。一方、生体内の血管発生を再現できる器官培養系は未完成である。申請者はマウスES細胞及びヒトiPS細胞から3次元の腎臓組織を試験管内で誘導することに成功した。1)腎臓血管の起源同定と正常発生の理解: Whole mount免疫染色、血管内皮が蛍光発色するVEGF受容体-GFPマウス、2光子顕微鏡を使って、腎動静脈及び腎臓内血管の形成過程を発生段階を追って明らかにした。また血管内皮を単離してマイクロアレイを行った結果、大動脈血管内皮に比べて腎臓血管内皮で増加あるいは減少する遺伝子群を同定した。さらに遺伝子改変マウスを使った系譜追跡により、腎臓血管の起源が大動脈とは異なることも明らかにした。2)腎臓血管が正常に発生する移植法の開発:現時点での器官培養法ではネフロンは発生するが、血管は退縮してしまう。様々な条件を検討したが、生体内の血管発生を再現できる器官培養系はまだ完成していない。そこでVEGF受容体-GFPマウスの胎生期腎臓を単離し、免疫不全マウスに移植したところ、ドナー由来の血管がある程度発生することを見出した。今後は正常な腎臓のみならず、再凝集した腎臓組織を移植して腎臓血管を再構築し、その機能を検定したい。1)腎臓血管の起源同定と正常発生の理解血管の可視化はできるようになったので、今後解析を進めていく。また糸球体血管のマイクロアレイも行って、腎臓の部位による遺伝子発現の違いも明らかにする。さらに血管の起源の違いの意義を明らかにすることによって、将来の誘導法への基盤情報としたい。2)腎臓血管が正常に発生する器官培養法及び移植法の開発器官培養法が難航しているので、今後は移植法の開発・改善に力を注ぐ。正常な腎臓のみならず、後葉間葉と尿管芽を外して解離し血管を入れ込んで再凝集したものも移植し、腎臓血管を再構築する。そして蛍光ラベルした様々な分子量のデキストランをホスト血管内に投与し、それがドナーの糸球体や尿細管腔に検出されるかを検討する。

腎臓発生前記のように、血管の可視化と器官培養系の確立が遅れ、その先の実験に進めなかったため。血管の可視化は克服したので、今後は順調に進められると考えている。また移植用の免疫不全マウスが高価なので、予算は急速に消化されると予想している。