hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新規間葉系幹細胞を移植する機能回復を目指した骨格筋再生治療への挑戦

それに伴って歩行機能も回復するものと考えられるが、この機能の回復状況を詳細に解析したデーターはほとんど見られない。そこで、CatWalk (Noldus社)を使用して、歩幅(ゲイト)、足底接地状況(フットプリント)をビデオによりとらえて、解析する。モデルマウスは損傷後、歩行は早期に回復するようにみえるが、実際のCatWAlkによる測定結果では約5週間の回復期間を要することが分かった。今後移植による回復状況を、非移植群と比較検討して、移植の効果を機能面から解析していく。データーが集まったところで、学会発表、論文発表を行う予定である。次年度は消耗品を中心に研究費を使用する。また学会発表のための旅費や論文発表のための費用を計画している。
宋代禅宗が社会に与えた多面的影響の研究

中国宋代の仏教研究は、儒教・道教との関係においても、また禅学・華厳学など仏教内部の分野においても、学問分野の全域において研究が遅れていることは否めない。特に、仏教については、唐代の研究が盛んであるのに対して、これまで看過されてきたといってよい。それは、中国仏教の頂点が唐代にあったからであるが、それを継承した宋代の仏教は、政治・経済・社会とより深く絡んで密着しており、唐代の仏教よりも一層中国化した仏教として位置づけられる。さらに、周辺諸国に与えた影響も大きく、我国においても、鎌倉仏教に主たる源を発する仏教各派の興起と展開は、宋代,仏教の影響を抜きにして考えることはできない。最終年度に当たる今年度は前年度迄の研究方針をより進展させ、宋代仏教の中心的存在である禅宗に視点を置き、宗教・政治・経済・芸術・民衆生活などとの関りについて考究を進めた。各分野を専門とする分担研究者の協力を得て、宋代仏教・禅の特質と影響を明らかにしようと、諸分野の資料収集と、各分野との研究の連携を深めた。宋代の禅はその時代の仏教の中心的役割をなし、よくも悪くも政治と密接に関連している。本研究ではその特徴に視点を置き、宋代社会と禅との関係を総合的に明らかにできたと自負している。中国宋代の研究は、一部の領域を除いて、各学問分野で研究がやや遅れていることは否めない。特に宋代の仏教については、唐代の研究の盛んなるに対して、これまで看過されてきたといってよい。それは、中国仏教の頂点が唐代にあったからであり、当然の傾向である。しかし・宋代の仏教は、政治・経済・社会と深くからんで密着しており、唐代の仏教よりも一層中国化した仏教として位置づけられるのである。さらに、周辺諸国に与えた影響も大きく、我国においても、鎌倉仏教に主たる源を発する仏教各派の興起と展開は、宋代仏教を抜いて考えることはできない。今年度は、宋代仏教の中心的存在であった禅宗に視点を置き、宗教・政治・経済・芸術・民衆生活などとの関りについて、各分野を専門とする研究者の協力を得て、総合的考察を開始した。宋代仏教・禅の特質と影響を明らかにしようと試みる基礎資料の収集と、各分野との連携を深めた。宋代の禅はその時代の仏教の中で中心的役割をなし、よくも悪くも政治と密接に関連している。本研究では次年度よりその特徴に視点を置き、宋代社会と禅との関係を総合的に明らかにする。さらに、周辺諸国に与えた影響も大きく、我国においても、鎌倉仏教に主たる源を発する仏教各派の興起と展開は、宋代仏教の影響を抜きにして考えることはできない。2年目に当たる今年度も前年度の研究方針を進展させ、宋代仏教の中心的存在である禅宗に視点を置き、宗教・政治・経済・芸術・民衆生活などとの関りについて考究を進めた。本研究ではその特徴に視点を置き、宋代社会と禅との関係を総合的に明らかにする。

それは、中国仏教の頂点が唐代にあったからであるが、それを継承した宋代の仏教は、政治・経済・社会とより深く絡んで密着しており、唐代の仏教よりも一層中国化した仏教として位置づけられる。さらに、周辺諸国に与えた影響も大きく、我国においても、鎌倉仏教に主たる源を発する仏教各派の興起と展開は、宋代仏教の影響を抜きにして考えることはできない。最終年度に当たる今年度は前年度迄の研究方針をより進展させ、宋代仏教の中心的存在である禅宗に視点を置き、宗教・政治・経済・芸術・民衆生活などとの関りについて考究を進めた。各分野を専門とする分担研究者の協力を得て、宋代仏教・禅の特質と影響を明らかにしようと、諸分野の資料収集と、各分野との研究の連携を深めた。宋代の禅はその時代の仏教の中心的役割をなし、よくも悪くも政治と密接に関連している。本研究ではその特徴に視点を置き、宋代社会と禅との関係を総合的に明らかにできたと自負している。
ポジトロニウムとポジトロニウム負イオンの基礎および応用研究の新展開

2018年度には、以下の研究を行った。(1)ポジトロニウム負イオン光脱離におけるレーザー偏光角依存性:2017年度に行ったレーザー偏光角依存性のデータ解析と論文の執筆を行った。(2)固体表面におけるポジトロニウム回折の実験: LiFやMgO表面でのポジトロニウム回折実験を行うための試料ホルダーの整備を行った。(3)の実験を先に行うことになったため、測定は2019年度に先送りすることになった。(3)ポジトロニウムの運動誘起共鳴:2017年度に設計した磁気格子をポジトロニウムビーム装置に設置し、ポジトロニウムの運動誘起共鳴の観測を行った。運動誘起共鳴が起こっていることを示す明確なデータが得られた。(4)ポジトロニウム波動関数干渉効果の測定の検討:グラフェンホルダーを製作して、ポジトロニウムの波動関数の干渉効果を観測するための準備を行った。研究代表者らは、従来は不可能であった高品質エネルギー可変ポジトロニウムビームの生成を実現した。これは、加速不可能なポジトロニウムの代わりにポジトロニウム負イオン(電子1個と陽電子2個の束縛状態)を電場で必要なエネルギーにまで加速し、その後に光脱離によってポジトロニウムをえることによる手法である。代表者らが開発に成功したポジトロニウム負イオンの高効率生成によってはじめて可能となった生成法である。本研究課題は、これを用いてビームを用いて下記のテーマを行うことを目的としている。(1)固体表面におけるポジトロニウム回折実験、(2)固体表面やグラフェン薄膜を用いたポジトロニウム波動関数の量子干渉実験、(3)ポジトロニウムビームを用いた固体の深さ方向の物性研究、(4)ポジトロニウム負イオンのFeshbach共鳴の観測、(5)ポジトロニウムの運動誘起共鳴上記のうち、2018年度には(5)を示すデータが得られている。(1)(2)についてはすでに測定の準備が終わっている。(3)(4)は残りの2年間で測定を行う予定である。これらのテーマ以外に、当初予定していなかったポジトロニウム負イオン光脱離におけるレーザー偏光角依存性を示すデータが得られており、そのデータからは解析によってポジトロニウム負イオンの束縛エネルギーが初めて得られている。さらに、本研究課題を遂行するにあたって得られた発想に基づく研究テーマがいくつかあり、当初の予定を越える成果が出始めている。高品質エネルギー可変ポジトロニウムビーム装置を用いて、研究を進める。当初予定していたテーマをすすめるとともに、本研究を進めるうちに発想を得た研究を加えながら、ポジトロニウムビームの特性を生かした研究を推進していく。(1)固体表面におけるポジトロニウム回折の実験:2018年度までにLiFやMgO表面でのポジトロニウム回折実験の準備を行ってきた。実際に回折スポットの観測実験を行い、明確なデータを取得することを目指す。(2)ポジトロニウム波動関数干渉効果の測定:電子ビームがグラフェンを透過すると、下流側に置かれた2次元検出器に回折スポットが現れることが知られている。ポジトロニウムビームを用いて、同様の実験を行う。(3)ポジトロニウム負イオン光脱離断面積測定:ポジトロニウム負イオン光脱離閾値付近における光脱離断面積の測定を行い、光子エネルギー依存性を調べる。光脱離断面積の立ち上がりの様子からポジトロニウム負イオン束縛エネルギーを求める。ポジトロニウム負イオンの束縛エネルギーは高精度で理論計算されているが、測定が全くなく、計算の検証が行われていなかった。実験値と理論計算値との比較を初めて行う。(4)ポジトロニウム負イオンFeshbach共鳴観測の検討:理論的に存在が予測されているポFeshbach共鳴の観測に向けて、具体的な実験の検討を行う。以上の実験を行うための装置の多くはすでに準備されている。しかしながら実験に使用する密封陽電子線源が減衰して、ポジトロニウムビーム強度が下がっている。2018年度には陽電子線源を新たに購入し、ビーム強度を向上させる。また、既に結果が得られている研究については、論文の執筆を進める。電子の反粒子である陽電子は、電子と束縛して水素原子様の束縛状態であるポジトロニウムを形成する。さらにもうひとつの電子と束縛して、水素負イオン様の束縛状態であるポジトロニウム負イオンを形成することも知られている。ポジトロニウム負イオンは、アルカリ金属を蒸着したタングステンに低速陽電子ビームを入射すると、蒸着面から高効率で放出される。これを電場で加速したのちにレーザー光で光脱離させると、エネルギー可変ポジトロニウムビームが得られる。申請者はこのようにしてポジトロニウムビームを生成する装置を開発してきた。この装置では固体ネオンによる陽電子減速材を用いて、高強度低速陽電子ビームを実現している。また、陽電子を磁場と電場で溜め込んでからパルス状低速陽電子にすることによって、高強度パルスレーザーと同期させてポジトロニウム負イオンを効率よく光脱離させることを可能にしている。さらに、入射陽電子を磁場レンズで1mm以下に収束させてから100nmの薄膜タングステンに入射し、ポジトロニウム負イオンを入射面とは反対側の面から放出させている。このような工夫によって、輝度が高いポジトロニウムビームの生成が可能となっている。

本研究課題では、この装置を用いてポジトロニウムの基本的性質の解明とポジトロニウム負イオンの基礎研究を行う。前者では、固体表面におけるポジトロニウムの回折実験を行う。これによってポジトロニウム波動関数の干渉効果を観測すると同時に、新たな表面解析方法としての有効性を調べる。またグラフェンのような周期的構造を有する薄膜の透過実験やポジトロニウムの運動誘起共鳴実験を行う。後者では、ポジトロニウム負イオンのFeshbach共鳴の観測やポジトロニウム負イオン光脱離におけるレーザー偏光角依存性の測定に取り組む。研究代表者らが開発してきた高輝度ポジトロニウムビーム生成装置では、ポジトロニウム負イオンの生成量が短時間のうちに減少する問題があった。まずはそのトラブルシューティングを行った。その結果、装置にわずかな真空漏れがあり、それによって侵入した気体がアルカリ金属と反応することが原因であることがわかった。真空漏れをなくすことによって、ポジトロニウムを安定に引き出すことが可能になった。この高輝度エネルギー可変ポジトロニウムビーム装置を用いて、下記の研究を行った。(1)ポジトロニウム負イオン光脱離におけるレーザー偏光角依存性の測定:ポジトロニウム負イオンの光脱離の際には、光子のエネルギーと束縛エネルギーの差が余剰のエネルギーとなって、脱離する電子とポジトロニウムの反跳が生じ、それに伴ってポジトロニウムビームのエネルギーに広がりが生じる。この様子をポジトロニウムの飛行時間の測定によって観測した。解析の結果、ポジトロニウム負イオンの束縛エネルギーや光脱離における非対称パラメータの値が得られた。(2)固体表面におけるポジトロニウム回折の実験:固体表面にポジトロニウムビームをすれすれの角度で入射し、その反射の様子を調べる実験を行った。試料にはLiFおよびMgOの単結晶を用いた。現時点でポジトロニウムの鏡面反射が観測されているが、回折による明確なスポットは得られていない。これは手持ちの試料マニピュレータに問題があるためであると考えられる。そこでマニピュレータの改造を行った。(3)ポジトロニウムの運動勇気共鳴(コヒーレント共鳴励起):ポジトロニウムの運動誘起共鳴測定のための特殊マグネットの設計を行った。(4)ポジトロニウム波動関数干渉効果測定の検討:ポジトロニウム波動関数の干渉効果を観測するために、高輝度ポジトロニウムビームのグラフェン薄膜透過実験の検討を行った。グラフェンホルダーの設計も行った。2018年度には、以下の研究を行った。(1)ポジトロニウム負イオン光脱離におけるレーザー偏光角依存性:2017年度に行ったレーザー偏光角依存性のデータ解析と論文の執筆を行った。(2)固体表面におけるポジトロニウム回折の実験: LiFやMgO表面でのポジトロニウム回折実験を行うための試料ホルダーの整備を行った。(3)の実験を先に行うことになったため、測定は2019年度に先送りすることになった。(3)ポジトロニウムの運動誘起共鳴:2017年度に設計した磁気格子をポジトロニウムビーム装置に設置し、ポジトロニウムの運動誘起共鳴の観測を行った。運動誘起共鳴が起こっていることを示す明確なデータが得られた。
ＩｇＧ４関連疾患の病態形成メカニズムの解明

IgG4関連疾患においては、Th2およびTregサイトカインが病態形成に重要とされており、それらサイトカインはT細胞によって産生されていると考えられていた。しかしながらT細胞による産生とするにはunusalな点が多々あったことから、サイトカイン産生細胞を同定すべく本研究助成において研究を開始した。唾液腺領域のIgG4関連疾患、唾石および正常顎下腺を対象として、各種サイトカインのmRNAの定量および免疫染色によるサイトカイン産生細胞の解析を行った。その結果、IgG4関連疾患において各種サイトカインmRNAおよび陽性細胞が有意に増加していた。またこれらはマスト細胞であることを明らかにした。IgG4関連疾患では、Th2およびTreg系サイトカイン(IL-4, IL-5, IL-10, IL-13, TGF-betaなど)が病変部で上昇していることが知られており、T細胞がこれらサイトカインを産生していると考えられていた。しかしながら、T細胞がこれらのサイトカインを産生しているとすると矛盾する現象がいくつもある。加えてこれまで実際にそれらのサイトカインがT細胞によって産生されているというevidenceはえられていない。そこでわれわれはサイトカイン産生細胞を突き止めるべく研究を開始した。対象は顎下腺IgG4関連疾患、唾石症および口腔癌などで摘出された正常顎下腺をもちいた。まずパラフィン材料からRNAを抽出し、各種サイトカインの定量を行った。その結果、顎下腺IgG4関連疾患はコントロール群に比して有意にサイトカインの上昇が認められた。さらに免疫染色において各種サイトカイン陽性細胞が見いだされ、顎下腺IgG4関連疾患で有意に増加していた。さらにこれらサイトカイン陽性細胞はc-kitに陽性を示し、マスト細胞であることが確認された。われわれの研究においてこれらのサイトカインがマスト細胞によって産生されていることが明らかとなった。IgG4関連疾患では、患者の多くにアレルギーの合併や既往が多く、病態形成に何らかのアレルギー的要因が示唆されていたが、今回の研究結果において、それを支持する結果となった。本研究成果は病態形成メカニズム解明への大きな糸口になったと考えている。現在、顎下腺IgG4関連疾患の病理組織標本を用いて、IgG4関連疾患の病態に関与していると考えられている各種サイトカイン(IL-4, IL-5, IL-10, TGF-b)を検索した。まず、パラフィン切片からRNAを抽出し上記サイトカインのmRNAがupregulateしていることを確認した。さらに免疫組織学的に解析し、これらサイトカインをマスト細胞が発現していることを見出した。これまでIgG4関連疾患では、上記サイトカインはT細胞が産生していると考えられていたが、今回の検索した範囲ではそのようなevidenceはなく、あらたな知見であると考えている。現在、コントロール群(顎下腺唾石および口腔癌で摘出された顎下腺をコントロール群としてもちいている)を設定して、IgG4関連疾患群とコントロール群での各種サイトカインの比較検討を行っている。この検索が終了次第すみやかに論文発表を行いたいと考えている。IgG4関連疾患の病変部でIL-4, IL-10, TGFβ1などのTh2/Tregサイトカインが亢進しているという報告は病態形成機序を解明する上で非常に重要であり1,2、これらのサイトカインの影響でリンパ球・形質細胞浸潤、IgG4の産生、線維化、好酸球浸潤、高IgE血症などの特徴的な所見を形成されると現在推測されている。T細胞が直接これらのサイトカインを産生すると考えるのが自然であるが、我々の免疫染色による検討ではT細胞以外の細胞にサイトカイン強陽性像が認められた。これらの細胞が何であるかについて検討を行った。材料と方法:9例のIgG4関連唾液腺炎、コントロールとして5例の顎下腺唾石症、6例の正常顎下腺のホルマリン固定パラフィンブロックを用いてreal-time PCR。免疫染色、蛍光二重染色を行い検討した。結果:IgG4関連疾患では他のコントロール2群と比較して有意にIL-4, IL-10, TGFβ1の発現が亢進しており、従来の報告と合致する結果であった。一方で、IL-5については少なくとも今回の検討では明らかな差は見られなかった。これらのサイトカインの免疫染色を行うとIgG4関連疾患においてIL-4, IL-10, TGFβ1はいずれも陽性細胞が有意にコントロール群よりも増加しておりreal-time PCRの結果と相関していた。これらの陽性細胞の形態は多辺形で比較的豊かな胞体を有し、リンパ球よりもマスト細胞に類似した形態を示した。マスト細胞の代表的なマーカーであるc-kit陽性細胞はIgG4関連疾患において正常よりも有意に増加が認められたが、唾石群の方がより多い傾向が見られた。蛍光二重染色を行うとIgG4関連疾患においてIL-4, IL

-10, TGFβ1それぞれのサイトカインとc-kitの二重陽性像が認められ、少なくとも免疫染色で確認されるレベルにおいてはマスト細胞がこれらのサイトカインの産生細胞である可能性が示唆された。病理学当初の研究目的はサイトカイン産生細胞の同定であり、今回の研究において産生細胞がマスト細胞であることが明らかとなった。さらにIgG4関連疾患の病変部ではコントロール群に比して有意にIgEを高発現するマスト細胞が増加していることが明らかとなった。当初予定していたとおりのコントロールも含めてサンプルを集めることができ、サンプルとコントロール群において、各種サイトカインの発現を免疫学的に検索した。その結果、マスト細胞と思われる細胞からのサイトカインの産生を確認した。さらにこれらをサンプルとコントロール群で比較したところ、サンプルの方がコントロール群よりも有意に陽性細胞が増加していた。さらにmRNAも同様の結果であった。今後さらに追加実験を行い、論文化に結び付けたいと考えている。上述したようにサイトカイン産生細胞がマスト細胞であることが明らかとなった。これに加えて、IgG4関連疾患の病変部においてIgEを高発現するマスト細胞が増加していることから、何らかの抗原が病態形成に関与している可能性が示唆された。現在、抗原提示細胞である樹状細胞とIgG4関連疾患との関係について研究をスタートさせている。現在、マスト細胞が活性化してIgG4関連疾患の病態を形成しているサイトカインを産生していることが判明した。現時点での成果は追加実験が終了次第、論文発表を行う予定である。今後さらにマスト細胞を活性化するファクターを突き止めるべく、さらに研究を進めていく予定である。平成24年度と同様に、免疫染色に必要な抗体やキット、RT-PCRに必要なプライマーや試薬を中心に研究費を使用する予定である。また、論文化の際には英文校正費用にも使用する。
特別な置換表現の個数に関する母関数の特性及びその応用の研究

1 n次交代群における方程式x^d=1の解の個数に関する指数型母関数に現れる2つの指数関数exp(f(x))およびexp(g(x))がもつp進べき級数としての性質を調べた。さらにexp(f(x))およびexp(g(x))をそれぞれ数列{h_n}と数列{r_n}の指数型母関数と見るとき、h_nおよびr_nをp進解析関数を用いて記述した。2 Hを有限単純群として,HをHの内部自己同形とみなす。GをHの自己同形群とし,Gの元aはHの元ではなく、a^2はHの元であるとする。予想「Hの位数の約数eがHの位数を割り切る2の最大べきの倍数であり、しかも、aHにおけるx^<2e>=1の解の個数が丁度eならば、すべてのaHの元がx^<2e>=1の解である」がHがn次交代群である場合に正しいことが証明された。3有限群Gから1の原始m乗根で生成される巡回群C_mへの準同型により定まる、n次対称群によるGの環積から有限巡回群C_mへのある準同型の核として有限群G_nを考える。有限生成群AからG_nへの準同型の個数に関する指数型母関数が、すべてのAからC_mへの準同型に関する核の共通部分Φ_m(A)によるAの剰余群A/Φ_m(A)の各元cΦ_m(A)に対して決まるexp(f(x))の形の指数関数の和で表されることを、既約指標の第1直交関係を用いることにより示した。4有限巡回群p群からn次対称群による位数pの巡回群の環積への準同型の個数に関する指数型母関数のp進的性質を得た。今年度の研究業績として、以下の2点がある。1.巡回群からn次交代群への準同型の個数に関する指数型母関数はexp(f(x))/2+exp(g(x))/2のように2つの指数関数の和を1/2倍した形で表される。ここでf(x)およびg(x)はAの置換表現上の和で記述される多項式で、Aの置換群としてのふるまいに依存してそれらの項が定まっている。さて、得られた研究成果として、この和に現れる指数関数exp(f(x))およびexp(g(x))がもつp進べき級数としての性質を調べることにより、exp(f(x))およびexp(g(x))をそれぞれ数列{h_n}と数列{r_n}の指数型母関数と見るときのh_nおよびr_nをp進解析関数を用いて記述したことが挙げられる。特に、h_nとr_nのうちの一方は巡回群からn次対称群への準同型の個数であるから、n次対称群におけるx^d=1の解の個数に関するp進的な性質を得たことになる。また、その結果として,巡回群からn次交代群への準同型の個数を割り切る素数Pの最大のべきの下限が得られた。2.有限群Gにおけるx^d=1の解の個数はGの位数とdの最大公約数の倍数であるが(Frobeniusの定理)、それが丁度Gの位数とdの最大公約数に一致するならば、x^d=1の解の集合はGの部分群であるということが知られている(Frobenius予想)。この事実を一般化するための基礎になると思われる次の予想をたてた。「Hを有限単純群として,HをHの内部自己同形とみなす。

このとき、Hの約数eがHの位数を割り切る2の最大のべきの倍数であり、しかも、aHにおけるx^<2e>=1の解の個数が丁度eならば、すべてのaHの元がx^<2e>=1の解である。」この予想についての研究成果として、Hがn次交代群である場合にはこの予想の主張が正しいことが証明された。その証明には1で記述した「巡回群からn次交代群への準同型の個数を割り切る素数pの最大のべきの下限」に関して得られた結果を応用することができる。今年度の研究業績として、以下の2点がある。1有限群Gから1の原始m乗根で生成される巡回群C_mへの準同型により定まる、n次対称群S_nによるGの環積から有限巡回群C_mへのある準同型の核として有限群G_nを考える。特別な場合には、G_nは複素鏡映群となる。このとき、有限生成群Aから群の系列G_nへの準同型の個数に関する指数型母関数が、すべてのAからC_mへの準同型に関する核の共通部分Φ_m(A)によるAの剰余群A/Φ_m(A)の各元cΦ_m(A)に対応して決まるexp(f(x))の形の指数関数の和で表されることが、既約指標の第1直交関係を用いることにより示された。さらにf(x)は多項式で、Aの各部分群B対する、a)Aを剰余類A/B上の置換群と考える場合のAの元cの符号、および、b)A/Φ_m(A)からB/Φ_m(B)への移送写像Vによるcの像V(c)、に依存して定まることがわかった。2有限巡回群p群からS_nによる位数pの巡回群の環積への準同型の個数に関する指数型母関数のp進的性質が得られた。特に有限巡回群2群からB_n型のワイル群W(B_n)への準同型の個数に関する指数型母関数の2進的性質が得られた。証明には有限巡回群p群からS_nへの準同型の個数に関する指数型母関数のp進的性質が応用された。
液中微量成分高感度センサ-としての気泡合一現象

反射防止膜付きのレ-ザ窓を備えたステンレス容器中に固定ノズルと移動ノズルを設置し、ノズル先端に保持した気泡を接近させて気泡を合一させる装置を作成した。移動ノズルは光学移動台に取り付け0.33mm/sで移動できるようにした。2個の気泡の中心を通るように100mWのHeーNeレ-ザビ-ムを照射し,気泡同志が接触する面からの散乱光進度変化を測定したが,A/D変換ボ-ドのメモリ-の制限から測定時間内に気泡合一現象を捕えることが極めて因難なことがわかった。次に2本のノズルを近接して固定し,ノズルから出るガス流量を調整して2本のノズルから同時に生成した気泡が合一して上昇する状態で接触面からの散乱光強度時間変動を測定したところ、合一時間の実測が司能であることを見出した。nーアルコ-ル水溶液についての気泡合ー速度の実測値は高速度カメラ撮影による既往の測定結果とほぼ一致した。陰イオン界面活性剤としてSDSを用い,臨界ミセル濃度(CMC)の1/30001/5000の極低濃度における気泡合ー速度を測定し,イオン交換水の場合との明きらかな違いを確認した。また陽イオン界面活性剤の場合も同様の測定を試みたが陰イオン界面活性剤の場合とのはっきりとした差は認められなかった。現段階の測定技術では,個々のデ-タ間のバラツキが大きく,液中微量成分検出法としての精度は不十分である。今後はガス流量の精度良い微調整および気泡接触面位置の精度良い調整を目標にして測定法精度の向上を目指す予定である。
耐遠心力性を付与した超高速主軸対応工具把持メカニズムの開発

機械加工の精度と能率を向上するために,高速切削技術の開発が強く求められている.これを達成するためには,主軸高速回転に対応した高性能な工具把持メカニズムの開発が不可欠である.高速回転時には大きな遠心力が作用するため,ツールホルダと主軸との結合状態が影響を受けて,把持精度および把持剛性が劣化する.この課題を解決するために,いくつかの2面拘束形ツールインタフェースが開発され,その結果,対応可能な主軸回転数は高まった.しかしながらこの種のインターフェースでも対応できる主軸回転数には限界があり,その限界が今後の主軸高速化の避けがたい阻害要因のひとつとなっている.本研究では,この課題を本質的に解決するために,主軸回転に伴う遠心力を工具把持力の増力源として生かす新たな工具把持メカニズムを提案している.最初に,本メカニズムの基本的要求仕様を定めた.それに基づいて基本的モデルを設計し,その工具把持特性を有限要素法解析により評価した.さらに,その設計に基づいて,テストモデルを実際に製作し,工具把持特性を測定した.その結果,部品の製作精度が過剰に厳しいため,十分な工具把持トルクを得ることが難しいことがわかった.そこで,構造を大幅に簡素化し,構成部品の寸法誤差の影響を受けないように設計を改良した.さらに,工具の位置決めのためのツールストッパや遠心補正くさびの案内機構を組み込むことにより,チャッキング動作がより適切になるように改善した.最後に,その改良モデルの工具把持特性を理論解析および有限要素法を用いて評価した.その結果,以下のことが確認できた:引込み力に対して工具把持力を10倍以上に増力できる.従来のツールチャックと同程度の工具把持力を実現できる.主軸回転数10,000min-1において,遠心力の作用により工具把持力を18%高めることができる.以上より,開発した把持メカニズムは,超高速主軸に適用可能と言える.機械加工の精度と能率を向上するために,高速切削技術の開発が強く求められている.これを達成するためには,主軸高速回転に対応した高性能な工具把持メカニズムの開発が不可欠である.高速回転時には大きな遠心力が作用するため,ツールホルダと主軸との結合状態が影響を受けて,把持精度および把持剛性が劣化する.この課題を解決するために,いくつかの2面拘束形ツールインタフェースが開発され,その結果,対応可能な主軸回転数は高まった.しかしながらこの種のインターフェースでも対応できる主軸回転数には限界があり,その限界が今後の主軸高速化の避けがたい阻害要因のひとつとなっている.本研究では,この課題を本質的に解決するために,主軸回転に伴う遠心力を工具把持力の増力源として生かす新たな工具把持メカニズムを提案している.最初に,本メカニズムの基本的要求仕様を定めた.それに基づいて基本的モデルを設計し,その工具把持特性を有限要素法解析により評価した.さらに,その設計に基づいて,テストモデルを実際に製作し,工具把持特性を測定した.その結果,部品の製作精度が過剰に厳しいため,十分な工具把持トルクを得ることが難しいことがわかった.そこで,構造を大幅に簡素化し,構成部品の寸法誤差の影響を受けないように設計を改良した.さらに,工具の位置決めのためのツールストッパや遠心補正くさびの案内機構を組み込むことにより,チャッキング動作がより適切になるように改善した.最後に,その改良モデルの工具把持特性を理論解析および有限要素法を用いて評価した.その結果,以下のことが確認できた:引込み力に対して工具把持力を10倍以上に増力できる.従来のツールチャックと同程度の工具把持力を実現できる.主軸回転数10,000min-1において,遠心力の作用により工具把持力を18%高めることができる.以上より,開発した把持メカニズムは,超高速主軸に適用可能と言える.高精度・高能率な機械加工を実現するために,工作機械の高速化が進められてきている.この高速切削技術においては,主軸高速回転に対応した高性能な工具把持メカニズムの開発が不可欠である.これに対して,高速回転への対応を考慮した新しいツールインタフェースが提案されてきているが,いまだ十分なものは無い.そこで本研究では,超高速回転時の遠心力による悪影響を防止して,工具を高精度・高剛性に把持できる新たな工具把持メカニズムの開発を試みている.本年度は,まず最初にこの超高速主軸対応工具把持メカニズムの基本構造を,3次元CADを応用して設計した.この工具把持メカニズムは,複数のくさび機構を組込んだ工具直接把持方式とし,くさび機構によるクランプ力の増力と遠心力の把持力への転用を可能にする構造とした.この際,遠心力の影響を補正するためのくさびの作用を確実にするために,遠心補正くさびガイド機構を組み込むこととした.さらに,上で設計した工具把持メカニズムの各種の特性を評価するために,有限要素法解析を行った.この解析は,構成部品同士の接触を考慮した解析を行う必要があり,まずそのための解析法を確立した.その手法を用いることにより,本研究において設計している工具把持機構が十分に把持力を伝達するとともに,工具の軸方向に幅広く把持圧力を作用させることができることを確認できた.さらに,高速回転下での挙動について解析した結果,くさび機構による遠心力の把持力への転用が可能であることを確認できた.高精度・高能率な機械加工を実現するために,工作機械の高速化が進められてきている.

この高速切削技術においては,主軸高速回転に対応した高性能な工具把持メカニズムの開発が不可欠である.主軸高速回転時には,大きな遠心力が作用するためにツールホルダと主軸との結合状態が悪くなり,工具の把持精度ならびに把持剛性が劣化する.このため,近年,フランジ面とテーパ面の2面が同時に結合する2面拘束形ツールインタフェースが提案されてきているが,対応可能な主軸回転数に限界があるため,主軸回転数のさらなる高速化における阻害要因のひとつとなっている.そこで本研究では,この課題を解決するために,超高速回転時における遠心力の作用を工具把持力の増力に生かし,工具を高精度・高剛性に把持し続けることのできる新たな工具把持メカニズムの開発を試みてきた.本年度は,昨年度に考案した超高速主軸対応工具把持メカニズムをもとに,設計の改良を行うことにより,構造を大幅に簡素化し,製作を容易にするとともに,工具の位置決めのためのツールストッパや遠心補正くさびの駆動精度を高める案内機構などを組み込んだ.さらに,その工具把持特性を理論解析および有限要素法解析を行って評価した.本解析においては構成部品同士の接触を考慮した解析を行い,引込み力に対する工具把持力の増力比を求めるとともに,遠心力補正効果を発揮するための設計条件を定めた.その結果,各構成要素間の摩擦係数,遠心力補正くさびのくさび角および重量を適切に設定することにより,従来のツールチャックと同程度の工具把持力を実現でき,かつ,主軸回転時の工具把持力の低下を防止できることを確認できた.本年度までの研究成果として,実用化が可能な超高速主軸対応工具把持メカニズムを具体化することができたと言える.
異種複核金属錯体による触媒制御型Ｃ－Ｈ官能基化反応

本研究課題では、ルイス酸性金属と後周期遷移金属からなる異種複核金属を用いてこれまでのオルトメタル化では達成困難な位置選択性のC-H官能基化反応を達成することを目的としている。当研究室ではこれまでにルイス酸性金属としてホウ素やアルミニウムを用いてピリジン類を活性化し、ニッケル錯体を用いてピリジン類の2位と4位を選択的にアルケニル化およびアルキル化する協働触媒系を開発している。本年度はこの協働触媒系を参考に、ホウ素部位を有するNHC,ホスフィン,フェナントロリン,シクロペンタジエニル配位子を用いて位置選択的CーH官能基化の検討するとともに,これらに加えてアルミニウム部位を導入した含ルイス酸配位子をそれぞれ合成し,その活性・選択性制御能を同様に評価した。特に,安息香酸アミドのパラ選択的アルキル化反応については,反応機構の詳細が理論計算によって明らかになりつつあるので,そこで得られる遷移状態構造を基に,メタ位選択性発現のための含ルイス酸NHC配位子を精密設計した。さらに後周期遷移金属とアルミニウムが近傍に位置するような(PN)Al(NP)ピンサー配位子を設計し、後周期遷移金属ーアルミニウム結合を有する化合物の合成に成功した。アルミニウム含有ピンサー配位子に9族および10族遷移金属を組み合わせることで13族金属ー遷移金属結合を有する錯体を合成し,その反応性を評価する。特に,CーH, CーO, CーC結合などの不活性結合に対する反応性を精査した。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
逆問題手法による経年劣化材の超音波非破壊損傷評価手法の開発

1.焦点型プローブ付探触子の開発:後方散乱波によるクリープ疲労損傷材の劣化評価を行うにあたり、超音波が特定の場所に焦点を結ぶようプローブ付探触子を新たに開発した。材料の劣化評価実験に供したところ、従来型の探触子に比べて顕著な改善は見られず、測定精度の向上のためには、むしろ後述の測定系の改善が必要であることがわかった。2.超音波測定システムの開発:ワークステーションとパルサレシーバ、ディジタルオシロスコープからなる超音波測定システムを新たに開発した。ワークステーションの活用によってフーリエ変換のような高度の計算を高速で行うことが可能となり、実時間処理が実現された。また、新たにDCソレソイドを利用した押し付け力制御装置を開発し、測定精度が大幅に改善された。3.クリープ疲労損傷材の作成:寿命率が25100%の間のクリープ疲労試験片を実験により作成し、損傷模凝材とした。材質は中圧ロータ材として用いられているC_r-M_o-V鍛鋼である。4.逆問題手法のための損傷度評価手法の開発:損傷度評価手法として従来の減衰定数法に加えて、新たに2種類の方法を開発した。ノイズエネルギ法は、後方散乱波のパワースペクトルの積分を適切な周波数領域でとり、無次元化したものである。重み付ノイズエネルギ法は、さらに第一エコーのパワースペクトルにも着目して積分し、無次元化したものである。5.損傷度評価測定結果:新たに提案した重み付きノイズエネルギ法は、積分する周波数範囲の影響を受けないという大きなメリットがあることがわかった。また2種類のノイズエネルギ法は、従来の減衰定数による評価よりも劣化評価の可能性が高いことを示した。本年度は、蒸気タ-ビンのロ-タ軸やブレ-ドに発生するクリ-プ波労損傷に注目し、その非破壊的検出に超音波法がどこまで適用できるのか、その適用限界について検討した。システム開発に関しては、FFTアナライザ-を解析システムに組み込みリモ-ト操作を行うことによって、解析時間を大幅に短縮した。それにより、今後多くのデ-タベ-スを構築する際の省力化につながると考えられる。クリ-プ試験片、クリ-プ疲労試験片を用いて寿命消費率と超音波パラメ-タ(減衰定数、ノイズエネルギ-、重心周波数の移動量)の関係を調べた。その結果、定数的には三つのパラメ-タが損傷量に対応づけられ、その中でも特に減衰定数が他のパラメ-タに優っていることを確認した。超音波触子において、(1):より高周波のものを用いること(20MHz→50MHz)(2):表面近傍のある面に焦点を絞り、そこからの後方散乱波だけを観察する探触子を用いることによる有利性について考察した。その結果、(1):50MHz程度では高周波の効果は現れないこと(2):焦点型探触子は逆に不利であること、と考察することができた。しかし、(1):発信面と材料の間にディレイ材を挿入することによって表面での乱反射が抑えられ、後方散乱成分が精度良く捕まえられること(2):平行度の問題を解決すれば、表面直下のノイズ成分が強く測定できることが確認された。実機適用の実験装置面からのアプロ-チとして、タ-ビンロ-タ孔超音波計測装置を作成し、実機測定実験を行った。そして、装置をさらに改善し、ノイズエネルギ-の栄験精度が改善されれば、ロ-タ孔表面の非破壊的損傷検出が可能であることが示唆された。1.焦点型プローブ付探触子の開発:後方散乱波によるクリープ疲労損傷材の劣化評価を行うにあたり,超音波が特定の場所に焦点を結ぶようプローブ付探触子を新たに開発した。

材料の劣化評価実験に供したところ,従来型の探触子に比べて顕著な改善は見られず,測定精度の向上のためには,むしろ後述の測定系の改善が必要であることがわかった。2.超音波測定システムの開発:ワークステーションとパルサレシーバ,ディジタルオシロスコープからなる超音波測定システムを新たに開発した。ワークステーションの活用によってフーリエ変換のような高度の計算を高速で行うことが可能となり,実時間処理が実現された。また,新たにDCソレソイドを利用した押し付け力制御装置を開発し,測定精度が大幅に改善された。3.クリープ疲労損傷材の作成:寿命率が25100%の間のクリープ疲労試験片を実験により作成し,損傷模擬材とした。材質は中圧ロータ材として用いられているCr-Mo-V鍛鋼である。4.逆間題手法のための損傷度評価手法の開発:損傷度評価手法として従来の減衰定数法に加えて,新たに2種類の方法を開発した。ノイズエネルギ法は,後方散乱波のパワースペクトルの積分を適切な周波数領域でとり,無次元化したものである。重み付ノイズエネルギ法は,さらに第一エコーのパワースペクトルにも着目して積分し,無次元化したものである。5.損傷度評価測定結果:新たに提案した重み付きノイズエネルギ法は,積分する周波数範囲の影響を受けないという大きなメリットがあることがわかった。また2種類のノイズエネルギ法は,従来の減衰定数による評価よりも劣化評価の可能性が高いことを示した。
生物教材に関する情報の集約と生物教材研究の今後の発展を目指した研究発表理念の検討

本研究は,生物教材研究の研究成果のデータベースを作成すること,および生物教材研究の研究方法を確立することを目的とした。1おおむね過去15年間に公表された下記の出版物に掲載された11,524件の生物教材を研究した論文等のデータベースを作成した。(1)生物教材に関する単行本(基礎的研究物は除いている。)。(2)生物教材を研究した単行本中の生物毎のテーマ。(3)雑誌論文(生物教育,採集と飼育,教材生物ニュース,日本理科教育学会研究紀要,理科の教育,遺伝初等理科教育,理科教室,楽しい理科授業,科学教育研究)。(4)各都道府県の教育センターや諸団体の研究物から関係するもの。(5)大学の研究紀要の中で,教材研究に関わる論文。(6)その他,研究者からの登載依頼論文。2本研究で蓄積した11,524のデータベースは,次の2通りの検索方法を開発した。(2)CD-ROMインターネットを利用できるのは大学等の研究者で,本データベースの主たる利用者と考えている学校の教師は現状ではインターネット利用は限定される。そこで,CD-ROMを600枚作成し,全国の教育センター,及び,学会等に所属した教員等へ配布した。利用者から高い評価を得ている。3教材研究の在り方について研究した。その成果は,各分担者の研究物に反映されている。)。1.平成7年7月に第1回の研究打合せ会を開催し、以下のような研究の基本的な方針を策定した。(1)生物教材に関する文献・資料の収集範囲を検討し決定した。雑誌は、生物教育、採集と飼育、教材生物ニュース、日本理科教育学会研究紀要、理科の教育、遺伝、生物科学、初等理科教育、理科教育、楽しい理科授業、科学と実験、科学教育研究、環境教育学会誌、生物研究の14誌とした。その他、教材研究関係の単行本及び大学、教育センター等発行の研究物も対象とした。収集範囲として1980年以降に発表された論文とすることにした。(2)文献を整理するための整理の観点を研究し、著者名、研究発表年、論文名、研究対象、研究材料名、分野の選択、教育上の利用法、キーワードの8観点を決定した。さらに、文献を整理するための基本的な形式を3種類の『文献整理票』として決定した。(3)文献・資料の収集地域と担当者を決定した。(4)収集した文献・資料を代表者の川上に送り、川上がそれの整理に当たることにした。2.以上の方針に基づき各研究分担者は資料収集を精力的に行った。本年度に整理した文献の項目数は約2千件である。3.整理した文献集録の発表形式として、単行本とコンピュータのMOを計画中であるが、インターネットを利用して全国の研究者に供することができる可能性が明らかになったため、来年度はその方法を検討する。生物教材の研究は,従来多くの者によって手がけられて,その研究成果は,単行本,各種雑誌,大学や教育センターの研究紀要,各地で独自に発行した研究物(単行本や資料)等,実にさまざまな場所で発行されている。生物教材を利用したい者は,それらの文献を探索しきれないために,いきおいゼロから研究を始めることになりやすい。教材研究を行って成果を得た場合,それを公表すべきか否かについては,先行研究を探索しきれないために「どこかで誰かが研究した内容ではないか」との恐れを感じてしまう。このような思いは生物教材の研究をしようとする誰もが感じることである。そこで,本研究では生物教材研究の研究成果を文献目録として編纂することを計画した。現在までに,10種類の雑誌(生物教育,採集と飼育,教材生物ニュース,日本理科教育学会研究紀要,理科の教育,遺伝,初等理科教育,理科教室,楽しい理科授業,科学教育研究)に,過去15年間に掲載された論文,単行本,及び各都道府県で発行された教材研究の成果など約6000件のデータの入力を終えた。そして,このデータを下記インターネット上で検索することができるようにした。本研究は平成9年度で完了する予定であるが,現在の状況を生物教育学会の年会(平成9年1月に開催)で発表したところ,この情報データベースの利用者は多い。

平成9年2月から3月にかけての利用件数は,1日平均7件である。本研究は,生物教材研究の研究成果のデータベースを作成すること,および生物教材研究の研究方法を確立することを目的とした。1おおむね過去15年間に公表された下記の出版物に掲載された11,524件の生物教材を研究した論文等のデータベースを作成した。(1)生物教材に関する単行本(基礎的研究物は除いている。)。(2)生物教材を研究した単行本中の生物毎のテーマ。(3)雑誌論文(生物教育,採取と飼育,教材生物ニュース,日本理科教育学会研究紀要,理科の教育,遺伝初等理科教育,理科教室,楽しい理科授業,科学教育研究)。(4)各都道府県の教育センターや諸団体の研究物から関係するもの。(5)大学の研究紀要の中で,教育研究に関わる論文。(6)その他,研究者からの登載依頼論文。2本研究で蓄積した11,524のデータベースは,次の2通りの検索方法を開発した。(2)CD-ROMインターネットを利用できるのは大学等の研究者で,本データベースの主たる利用者と考えている学校の教師は現状ではインターネット利用は限定される。そこで,CD-ROMを600枚作成し,全国の教育センター,及び,学会等に所属した教員等へ配布した。利用者から高い評価を得ている。3教材研究の在り方について研究した。その結果は,各分担者の研究物に反映されている。
MSCエクソソームと多糖ナノゲルによる骨再生システムの構築

骨芽、脂肪細胞などあらゆる細胞へ分化する能力を持つ間葉系幹細胞(MSC)を用いた組織再生治療が着目されており、MSCが放出する膜小胞(エクソソーム)も同様の効果があると考えられている。本研究課題ではMSCおよび骨芽細胞へ分化させたMSC由来エクソソームを単離し、機能評価を行った。骨芽細胞が分化後期に分泌する石灰化の核となるエクソソーム様のマトリックスベシクルと呼ばれる小胞も同時に単離したところ発現タンパク質や骨芽細胞の石灰化への影響に違いが見られた。また、エクソソームの表面糖鎖は細胞の種類や分化に伴い変化することを見出した。間葉系幹細胞(MSC)は骨芽、軟骨、脂肪細胞などあらゆる細胞へ分化する能力を持ち、組織修復能に優れている。MSCは細胞の増殖や分化に必要な因子を放出することからMSC移植による再生医療が注目を集めているが、大量培養にかかるコストや品質管理などの問題も残されている。あらゆる細胞は30-200 nmの小胞(エクソソーム)を細胞外へと分泌し、その内部にタンパク質やDNA、micro RNAを保持していることが知られている。エクソソームは細胞のみならず血液、尿、母乳などに存在し、由来細胞に応じた種々の働きを持つため、細胞間コミュニケーションツールとして注目を集めている。MSCが分泌するエクソソームもMSCと同様の効果を持つと考えられることから、組織修復に必要な成長因子を保持するエクソソームをMSCから単離し、これを欠損部に移植することで効果的な組織再生を試みることとした。これまでに心筋や神経再生の報告例があるが、本研究では特に骨再生におけるエクソソームの役割について検討した。様々な組織(骨髄、脂肪、歯髄)由来MSCからエクソソームを超遠心分離法によって単離し機能評価を行った。全てのサンプルにおいて透過型電子顕微鏡観察や粒径測定により約180 nm前後の脂質二重膜で囲まれた粒子が得られ、エクソソームマーカーやMSCマーカーのタンパク質発現を確認した。次に骨形成との関連を調べるため、まずは骨芽細胞分化によく用いられているマウス頭蓋骨由来細胞(MC3T3-E1)を使用し、分化開始後に経時的にエクソソームを回収したところ、各分化日数で180-200 nm程度の粒子が得られた。また、骨芽細胞が分化後期に分泌する石灰化の核となるエクソソーム様のマトリックスベシクルと呼ばれる小胞も同様に回収した。現在、発現タンパク質の解析やエクソソームとマトリックスベシクルの機能の比較などを行っている。細胞の種類によってエクソソームの分泌量には差があるため、まずは安定かつ大量に回収できる細胞の選別を行った。本研究ではよく用いられているマウス骨髄由来(BM-MSC)に加え、脂肪由来(ADSC)およびヒト脱落乳歯髄由来(SHED)のMSCからエクソソームの単離を試みた。SHED由来もある程度単離できたが、BM-MSCおよびADSC由来が比較的多くの量が回収できた。透過型電子顕微鏡による構造観察およびナノ粒子解析装置による粒径測定により、直径が180 nm前後の脂質二重膜で囲まれた粒子が得られたことがわかった。エクソソームマーカーであるCD9やMSCマーカーであるCD73, CD90などのタンパク質発現も確認された。現在他のタンパク質発現についても解析中である。骨形成とエクソソームの関連性を調べるために、MSCを分化誘導する前にまずは骨芽細胞分化によく用いられているマウス頭蓋骨由来細胞(MC3T3-E1)を用いることとした。分化のステージの違いによる機能比較を行うため、誘導開始0、3、7、10、14、21日後に超遠心分離にて回収した。MSC由来エクソソーム同様に、180-200 nm程度の小胞が確認できた。現在、骨芽細胞マーカーおよびエクソソームマーカータンパク質の発現確認を解析中である。また、骨芽細胞は自身が分泌するコラーゲンにマトリックスベシクルと呼ばれるエクソソームに似たベシクルを埋め込み、ここから石灰化を開始することで骨基質が形成されることが知られている。そこで、分化が十分に進行した21日後にエクソソームと同時にマトリックスベシクルも単離した。骨形成の指標となるアルカリフォスファターゼ活性を測定したところ、エクソソームでは分化が進むにつれ高くなり、マトリックスベシクルは最も高い活性を示した。今後は石灰化アッセイなどを行い、両者の比較を行う。以上よりおおむね計画通りに進展している。細胞が分泌する膜小胞(エクソソーム)は、その内部にタンパク質やDNA、micro RNAを保持している。エクソソームは由来細胞のデータをコピーし受け手側の細胞へと情報を伝える役割を担っている。本研究では骨芽、軟骨、脂肪細胞などあらゆる細胞へ分化する能力を持つ間葉系幹細胞(MSC)に着目した。MSCの分化に伴い、放出されるエクソソームの機能も変化すると考えられることから、骨芽細胞分化前後でのエクソソームの機能比較を行った。脂肪由来MSCおよび骨芽分化誘導したMSCからエクソソームを超遠心分離法によって単離した。透過型電子顕微鏡観察や粒径測定により約180 nm前後の脂質二重膜で囲まれた粒子が得られ、エクソソームマーカーやMSCマーカーのタンパク質発現、種々のサイトカインの含有を確認した。

細胞との相互作用を見るため未分化MSCにエクソソーム又はマトリックスベシクルを添加して骨芽細胞分化培地で培養した際の石灰化への影響を評価したところ、骨芽分化細胞由来エクソソーム添加群では石灰化が抑制され、マトリックスベシクル添加群では顕著な石灰化促進が確認できた。さらに、骨吸収を担う破骨細胞への分化への影響についても同様の実験を行ったところ、骨芽分化細胞由来エクソソーム添加群で破骨分化が促進されるのに対し、マトリックスベシクル添加群では破骨分化が抑制されたことから、骨芽細胞から分泌されるエクソソームとマトリックスベシクルでは異なる機能を持つことが示唆された。現在はエクソソームおよびマトリックスベシクルの表面糖鎖の解析、比較を行っており、細胞との相互作用機構の解明につながると考えている。骨芽、脂肪細胞などあらゆる細胞へ分化する能力を持つ間葉系幹細胞(MSC)を用いた組織再生治療が着目されており、MSCが放出する膜小胞(エクソソーム)も同様の効果があると考えられている。本研究課題ではMSCおよび骨芽細胞へ分化させたMSC由来エクソソームを単離し、機能評価を行った。骨芽細胞が分化後期に分泌する石灰化の核となるエクソソーム様のマトリックスベシクルと呼ばれる小胞も同時に単離したところ発現タンパク質や骨芽細胞の石灰化への影響に違いが見られた。また、エクソソームの表面糖鎖は細胞の種類や分化に伴い変化することを見出した。前年度までに得られたエクソソーム及びマトリックスベシクルに関してさらなる機能評価を行う。具体的には、分化の進行度合いによりosteocalcinやRunx2などの骨芽細胞分化マーカーの発現量の違いを比較し、骨形成に効果的なエクソソームを選択する。前年度はMC3T3-E1細胞を用いたが、MSCを骨芽細胞へと分化させた系についても同様の検討を行う。また、エクソソームとは別にマトリックスベシクルを単離したが、これについてもカルシウムトランスポーターであるアネキシン、石灰化に重要な酵素であるPHOSPHO1などの発現を調べる。発現タンパク質のプロファイルが得られ次第、未分化細胞へのエクソソームもしくはマトリックスベシクル添加による骨芽細胞分化能を調べる。骨欠損部に目的の骨再生因子を効果的に作用させるには足場となる材料が必要となる。エクソソーム内包の足場材料として、本研究では多糖ナノゲルを用いる。骨形成因子を内包した多糖ナノゲルは骨再生の足場材料として有用であることを報告しており、エクソソームを埋め込む際にも同様の効果が得られると予想される。すでに、エクソソームと多糖ナノゲルとの相互作用については、多糖ナノゲル内のコレステロールからなる疎水性ドメインと脂質二重膜からなるリポソームが相互作用すること、表面がプラスにチャージしたカチオン性ナノゲルとエクソソームは静電的相互作用により複合化することがわかっている。そこで、細胞が入る隙間を有するポーラスゲルやフィルム状に乾燥させたナノシート、細胞接着性を付与したナノゲルとの複合体、ナノファイバーなど様々な種類の材料と組み合わせ最適な条件を検討する。エクソソームの内包量や多糖ゲルからの放出挙動は蛍光色素を修飾したエクソソームを用いて算出する。その後、実際にin vivoでの骨形成能を評価する。