hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
単独翼とターボポンプインデューサに生じるキャビテーションの動特性に関する研究

ロケットエンジン用ターボポンプインデューサに生じるキャビテーション動特性を明らかにすることを目的として、単独翼に生じる翼面キャビテーションの動特性を主に実験で調べた。平板翼、NACA0015翼、Clark-Y11.8%翼では、圧力変動や迎え角変動に対して、キャビティは大きな位相遅れなく応答することがわかった。また、キャビティの体積は、この翼形の順に小さく、また、このために変動量が小さくなることが明らかとなった。ロケットエンジンでは、ターボポンプインデューサで生じるキャビテーションが原因となって流量変動が生じる場合がある。圧力変動や流量変動に対するキャビティ体積の変化率、すなわち動特性がその発生に大きな影響を持つため、これを明らかにすることが、信頼性の高いロケットエンジン(ターボポンプー推進薬供給系)の実現のために必要とされている。平成26年度の研究では、基本的なキャビテーションの動特性を明らかにすることを目的として、単独翼(平板翼)に生じる翼面キャビテーションの動特性の計測と数値シミュレーションに取り組んだ。キャビテーションの動特性は、吸込圧力変化に対するキャビティ体積の変化率であるキャビテーションコンプライアンスKと、流量変化に対するキャビティ体積の変化率であるマスフローゲインファクタMでモデル化される。実験の結果、Kの大きさは、加振周波数、およびキャビテーション数の増加に伴って減少し、Kの位相は、加振周波数とキャビテーション数によらず、ほとんど遅れないことがわかった。また、Mの大きさは、加振周波数の増加に伴ってわずかに減少し、キャビテーション数の増加に伴って減少することがわかった。Mの位相は、加振周波数とキャビテーション数の増加に伴って進むことが明らかになった。以上のように、本研究により、翼面キャビテーションの動特性が実験で初めて明らかになった。また、数値シミュレーションでは、キャビテーションの動特性を予測できる部分とできない部分があることが明らかになった。予測精度の改善には、より適切なキャビテーションモデルが必要な可能性があることが示唆された。今後は実際のターボポンプインデューサで主に観察される翼端もれ渦キャビテーションの動特性を明らかにし、ロケットエンジンの安定性解析に、より実践的に役立つ情報を提供する予定である。平成27年度の研究では、基本的なキャビテーションの動特性を明らかにすることを目的として、単独翼(平板翼)に生じる翼面キャビテーションの動特性の計測と数値シミュレーションに取り組んだ。特に管路長の影響の解明に取り組み、数値シミュレーションで、管路長が長くなると、キャビティの振幅が小さくなることを明らかにした。また、我々の研究グループが開発したケーシング(旋回止めを有する周方向溝付ケーシング)が、キャビテーションによる不安定流動現象を効果的に抑制するメカニズムを明らかにするために、LDVを用いてインデューサ上流の流れ場の計測に取り組んだ。その結果、逆流を抑制する周方向渦が周方向溝内に形成されることで、逆流渦キャビテーションを含む、ほぼすべての不安定流動現象が抑制されることがわかった。次年度は、他の翼型に生じるキャビティの動特性に加えて、不安定流動現象が生じるケーシングと生じないケーシングに生じるキャビティの動特性を明らかにすることで、ポンプに生じるキャビティの動特性を体系的に明らかにする予定である。単独翼の動特性を比較的容易に取得できる状況になっているため、平板翼に加えて、ClarkY翼型に生じるキャビティの動特性の解明にも取り組んでいる。ClarkY翼型の動特性の解明後には、NACA0015翼型の動特性を明らかにする予定である。平板翼とNACA0015翼型に生じるキャビティの動特性を、平成26年度に主に解明する予定であったが、貴重な動特性を明らかにできる状況に至ったため、現有のClarkY翼型を研究対象に追加した上で、引き続き単独翼の動特性の解明に取り組んでいる。平板翼の動特性の計測で計測技術等を確立したため、ClarkY翼型とNACA0015翼型の動特性の解明は、取り組み始めると比較的短期間で完了する見通しである。また、動特性と流れ場の関係を明らかにするために必要なデータの取得を目的の一つとして、キャビテーションによる不安定流動現象が発生しにくいケーシングを用いた場合の流れ場の計測を、計画通りに実施した。以上の状況から、本研究はおおむね順調に推移しているものと評価した。平成28年度の研究では、基本的なキャビテーションの動特性を明らかにすることを目的として、単独翼(平板翼、Clark Y11.7%翼、NACA0015翼)に生じる翼面キャビテーションの動特性の計測と数値シミュレーションに取り組んだ。試験部の上下流の配管を矩形管に変更することで、計測精度の向上を図った上で、動特性の計測を実施した。

いずれの翼においても、圧力変動や迎え角変動(動翼の流量変動に相当)に対するキャビティ体積変動の位相は、概ね-30°10°の範囲であったことから、圧力変動や迎え角変動に対して、キャビティが大きな位相遅れなく応答することがわかった。クラウドキャビティの放出が頻繁なNACA0015翼の場合には、68Hzの場合に限り、-50°-40°と比較的大きい位相遅れが生じた。動特性の大きさは、翼面キャビテーションの体積が小さくなる、平板翼、NACA0015翼、Clark Y11.7%翼の順に減少することがわかった。また、動特性の大きさは、加振周波数に対して、それぞれの翼でおおよそ一定であった。数値シミュレーションでは、動特性の大きさが過小評価され、また加振周波数に対する位相の応答の詳細を捉えられないが、位相の範囲を概ね予測可能であることがわかった。ロケットエンジン用ターボポンプインデューサに生じるキャビテーション動特性を明らかにすることを目的として、単独翼に生じる翼面キャビテーションの動特性を主に実験で調べた。平板翼、NACA0015翼、Clark-Y11.8%翼では、圧力変動や迎え角変動に対して、キャビティは大きな位相遅れなく応答することがわかった。また、キャビティの体積は、この翼形の順に小さく、また、このために変動量が小さくなることが明らかとなった。平板翼に生じるキャビテーションの動特性を、研究計画通りに実験と計算で明らかにした。平板翼のキャビテーションの動特性の計測が可能であれば、引き続いてNACA0015翼などの他の翼型に対する動特性の計測を行う予定にしていた。平板翼に関する動特性の計測が可能であったため、NACA0015翼などの他の翼型に対する動特性の計測を実施する予定である。計測技術等を本年度の研究で確立したので、他の翼型に対する動特性の計測は比較的短期間で完了する予定である。以上のような背景から、本研究はおおむね順調に進展しているものと評価した。本研究で確立した動特性計測技術を用いて、ClarkY翼型とNACA0015翼型に生じるキャビティの動特性を速やかに解明する。また、インデューサの動特性の計測に取り組み、ポンプに生じる動特性を体系的に明らかにするとともに、本年度に取得した流れ場のデータを用いて、動特性と流れ場の関係を明らかにする。流体工学平成26年度には、平板翼に生じるキャビテーションの動特性の計測を行った。平成27年度には、培った計測技術を利用して、NACA0015翼とClarkY翼(いずれも2次元の単独翼)に生じるキャビテーションの動特性を明らかにする予定である。近年、これらの翼に生じるキャビテーションが再度注目され、実験と数値計算でその性質が精緻に再調査され始めている。しかしながら、計測の困難さなどから、動特性の計測に取り組む研究はなく、単独翼に生じるキャビテーションの動特性は未だに実験的には明確でない。このため、本研究で計測したデータは、たいへん貴重なものとなる。また、ロケット用ターボポンプインデューサでは、翼端漏れ渦キャビテーションが顕著に発生する。そこで、平板翼に生じる翼端漏れ渦キャビテーションの動特性も明らかにする予定である。
遺伝情報を背景にした統合失調症の脳組織病理学検討

本研究課題は、統合失調症などの精神疾患の神経病理学的な背景を明確化することである。この研究の特徴は、遺伝情報を基盤にした動物モデル、ヒト死後脳を対象としたことである。動物モデルとして、DISC1ノックアウトマウス、ABCA13遺伝子欠失ニホンザル、ヒト死後脳として、GLO1フレームシフト死後脳、22番遺伝子欠失脳、MBD5遺伝子欠失脳を用いた。それぞれのモデル動物、ヒト死後脳において、神経線維伸長や細胞構築像の変異、カテコラミン神経系などの神経の遊走の異常などが観察された。これらは、遺伝子の異常が、実際の脳組織上での表現系を示していると考えられ、この疾患の病態の一部を表していると考えられた。本研究課題の目標は、1、分子生物学的な背景の明確な疾患死後脳において、モテル動物などで確認された所見を手かかりに神経病理学的に検証することおよび、2、脳のマクロ所見からの検討て、萎縮所見のある疾患死後脳の顕微鏡観察をおこない、神経画像上で観察される萎縮の様態についてミクロの組織学的検証することである。1、については、分子遺伝学的背景のよくわかっている統合失調症死後脳、すなわち、カルホニルストレス性統合失調症(GLO1遺伝子フレームシフト、22q11.21欠失、MBD5欠失について検討した。。後方視的に診療録から、再度臨床症状を検討しDSM-5の診断基準に適合することを確認した。つぎに脳組織から、脳標本染色(HE、ニッスル染色)を作成し、古典的脳神経病理学的観察を行った。この観察においては、22q11.21欠失、MBD5欠失脳においては、大脳皮質白質の形態学的変異や細胞構築像に異常は見いだせなかったが、GLO1遺伝子フレームシフトのある脳に関しては、白質の脱随所見が見いだされた。2、については、統合失調症脳10例および、年齢をマッチさせた精神神経疾患のない対象脳9例に対して、関心領域である上側頭回皮質のミエリンタンパクの発現を検討した。脳標本に対してMOG(Myelin-Oligodendrocyte-Glycoprotein)の抗体を用いて免疫染色おこない、統合失調症死後脳におけるミエリンタンパクの発現と、正常対象脳のそれと比較した。その結果、より加齢の統合失調症脳においてミエリンの発現が上側頭回皮質の中間層で低下している傾向が見いだされた。一方で、ABCA13の欠失のあるニホンザルの脳組織について検索した。HE染色およびニッスル染色標本における観察において、皮質の細胞層構造が不明瞭で、皮質の錐体細胞の狭小化傾向、細胞密度の低下傾向が観察された。本課題の目標は、1.分子遺伝学的な背景の明確な疾患死後脳において、疾患モデル動物において確認された所見などを手掛かりに神経病理学的に観察・検証すること、および2,脳のマクロ所見の検討にて、従前の研究でいわれている脳のボリュームが減少している疾患死後脳において、その萎縮の様態について顕微鏡下のミクロの所見を、組織学的に検証することである。1.について昨年度に引きつづき、カルボニルストレス性統合失調症死後脳(GLO1遺伝子フレームシフト)、22q11.21欠失の遺伝背景をもった死後脳について検証をおこなった。この脳においてはペントシジンの蓄積があることが生化学的に分かっているが、その脳内の分布に関しては全くわかっていなかった。そこで、当該年度では、この死後脳にたいして抗AGEs(Adovanced glycation end product)を用いて免疫組織染色をおこなった。一方、GLO1フレームシフトのないことを確かめた統合失調症3例を比較対象とし同様に抗AGEs染色をおこなった。神経細胞内にAGEs陽性顆粒が確認でき、現在GLO1シフトの有無によりその蓄積にどのような差異があるか検索中である。カルボニルストレス性統合疾患死後脳は、現在のところ世界的にも唯一の症例で病態解明に貢献しうる。また、22q11.21欠失死後脳において、抗TH、抗parvalbumin,抗NPY抗体で免疫染色をおこなった。NPY染色標本において、陽性線維の形態に従前から統合失調症脳で報告されている所見がみいだされた。2.については、昨年度は上側頭回のみの観察であったが、検討領域を海馬(CA3領域)、頭頂葉に拡大し検討し、これらの領域でMOGの発現に差異がみられた。一方、ABCA13欠失のある霊長類(ニホンザル)の死後脳で、GABA神経系等の染色を行った。現在コントロールと比較検討中である。昨年度に引きつづきカルボニルストレス性統合失調症死後脳(GLO1フレームシフト)、22q11.21欠失死後脳について、さらに検討をおこなった。前者に対して、ストレス性の物質のAGEs物質の発現の程度をみるために、抗AGEs抗体を用いて免疫染色をおこなった。その結果、神経細胞内においてAGEs陽性産物が蓄積しているのが観察され現在、GLO1シフトのないことを確かめた統合失調症死後脳との比較をおこない、その分布の量や脳部位などを検討しシフトの有無でAGEsの分布にどのように変異をもたらしているかを観察検討中である。22q11.21欠失死後脳については、抗TH、抗parvalbumin,抗NPYの各抗体を用いて免疫染色をおこない、欠失のない死後脳と顕微鏡観察にて比較検証をおこなった。従前から報告されているような、統合失調症で報告されている陽性線維の特徴的な形態が観察された。

しかし、各症例の死後脳の死線期の状態やPMI(Postmortem interval)などの個体の差異の染色性の相違が予想以上にあり、比較対象となる死後脳の選択には注意を払う必要を認めた。同様に、MBD5欠失脳に関しても、同様の染色をすすめている最中である。一方、統合失調症脳における萎縮の様態を明確化するために、組織上での変化をミクロで観察をおこなっているが、昨年度は、上側頭葉でのミエリン(MOG)発現を観察し統合失調症脳での特徴を見いだしたが、観察部位を、海馬CA3、頭頂葉にまで拡大して観察した。現在、比較において有意な所見かどうかについて検討中である。また、精神疾患との関連がいわれているABCA13欠失の霊長類(ニホンザル)脳について、昨年度のHE、ニッスル染色につづいて、当該年度ではGABA系神経系染色、NPY染色および最近の文献から注目されている5TH2Cについて染色を行い現在検討中である。本課題の目標は、1.分子遺伝学的背景の明確な統合失調症死後脳において、疾患モデル動物の病理所見などを手掛かりに神経病理学的に観察・検証することおよび2.統合失調症で脳の萎縮が指摘されているが、その萎縮の様態について顕微鏡下のミクロの所見を、組織学的に検証し病因病態を明らかにすることである。1.については、疾病モデル動物の神経病理学的検討と並行しながら、検討対象としたヒト死後脳は、カルボニルストレス性統合失調症(GLO1遺伝子シフト)死後脳、22q11.21欠失した統合失調症死後脳、MBD5欠失した統合失調症死後である。カルボニルストレス性統合失調症死後脳に関しては、着目するストレス物質産物であるAGEsの免疫染色をおこなった。その結果、カルボニルストレス性統合失調症の死後脳において、AGEsの細胞内の蓄積が多く観察された。このことは、AGEs産物蓄積が神経機能の障害をもたらしていることが想定された。22q11.21欠失脳、MBD5欠失脳に対して、カテコラミン神経系の指標のTH染色、GABA神経系の指標のParalbumin染色、代表的神経ペプチドのNPY染色おこない各神経ネットワークの変化を比較検証した。その結果、これらの欠失脳においては、NPYおよびTH陽性線維の線維上のシナプス様の念珠状の陽性突起の減少などが観察され、すでに統合失調症死後脳で報告されていることと合致した。最終年度では、さらに、従前から検討しているDISC1欠失の統合失調症モデルマウスの更なる検討および、自閉症モデル動物のABCA13欠失ニホンザルにおいて細胞構築や神経ネットワークの検討を行い細胞構築の変異を確認した。2.については、統合失調症死後脳におけるミエリンの形成不全に着目して、MOG染色などを用いて観察した。その結果、統合失調症においては、ミエリンの形成不全を示唆することが観察された。本研究課題は、統合失調症などの精神疾患の神経病理学的な背景を明確化することである。この研究の特徴は、遺伝情報を基盤にした動物モデル、ヒト死後脳を対象としたことである。動物モデルとして、DISC1ノックアウトマウス、ABCA13遺伝子欠失ニホンザル、ヒト死後脳として、GLO1フレームシフト死後脳、22番遺伝子欠失脳、MBD5遺伝子欠失脳を用いた。
高等植物におけるグルタチオンの異化とシステインリサイクル系に関する研究

高等植物では硫酸イオンから還元同化経路で生成するシステインの蓄積量は極めて小さい。大部分はシステインを含むトリペプチドであるグルタチオン(GSH)として蓄積されているといわれ、システインの再利用にあたってはGSHの異化経路が働く必要がある。本研究では異化経路に関与しているγ-グルタミルトランスフェラーゼ(γ-GT)とジペプチダーゼ(DP)について解析を行った。可溶性γ-GTを均一に精製し諸性質を解析した。またcDNAを単離した。酵素タンパク質とcDNAの解析から,一本のペプチド鎖として合成された後,翻駅後プロセッシングをうけて2つに解列し,これが会合してヘテロダイマーの酵素タンパク質を構成することを示した。また結合型γ-GTが存在することを確認し,それが細胞壁に結合していることを明らかにした。この結合型γ-GT2種類を均一に精製した可溶性,結合型いずれの酵素もGSHを良い基質とし,その他の性質もおおむね似ていた。これらの結果はアポプラストでもGSHの異化が起こっている可能性を示唆しており,GSHの異化に新たな知見を加えた。DPはシスティニルグリシン(CysGly)を基質としてシステインの生成を定量して活性測定した。この方法でダイコン子葉から,少なくとも3種類あるうちの一つのDPを均一に精製した。最終的に分子量は約300,000であり,55,000のサブユニットのオリゴマーであると推定した。阻害剤の検討からこのDPは金属プロテアーゼに属することが示唆され,基質特異性はCysGlyに特異的であり,他のジペプチドやGSHはほとんど分解しなかった。アミノ末端の配列は検討中である。以上の結果より,細胞内およびアポプラスト両方にGSHの異化系が存在する可能性を示した。今後これらの全遺伝子単離とその解析が待たれる。本研究では異化経路に関与していると考えられるγ-グルタミルトランスフェラーゼ(γ-GT)とジペプチダーゼ(DP)の精製と諸性質の解析を行った。γ-GTはダイコン子葉から種々のカラムクロマトグラフィーや等電点クロマトグラフィーを用いて精製し、等電点の異なる(4.9と4.7)2つの酵素(A,B)を得ることができた。γ-GTのグルタミル基受容体としてはメチオニン、アルギニン、ACC等がよい受容体であった。また受容体なしでも加水分解活性あるいは転移活性が認められた。A,Bいずれの性質も非常によく似ており、この両者は糖鎖の違いによるものと推定している。DPはシステイニルグリシン(CysGly)を基質としてシステインの生成を定量して活性測定した。この方法でCysGlyを加水分解してシステインを生成するDPが存在することを示し、種々のカラムクロマトグラフィーや色素アフィニテイークロマトグラフィー等で電気泳動的に単一に精製した。分子量約40,000のホモ4量体と推定した。アミノ末端のアミノ酸配列は検討中である。阻害剤の検討からこのDPは金属プロテアーゼに属することが示唆された。またCysGlyあるいはγGluCysをよい基質とし、GSHはよい基質ではなかった。

今後アンチセンス植物作成のためのcDNAの単離等を行う予定である高等植物ではグルタチオン(GSH)がシスティンの貯蔵体であるといわれ,その再利用にあたってはGSHの異化経路が働く必要がある。本研究では異化経路に関与していると考えられるγ-グルタミルトランスフェラーゼ(γ-GT)とジペプチダーゼ(DP)について解析を行った。可溶性γ-GTは昨年度精製したが,今年度はcDNAを単離した。酵素タンパク質とcDNAの解析から,一本のペプチド鎖として合成された後,翻訳後プロセッシングをうけて2つに解列し,これが会合してヘテロダイマーの酵素タンパク質を構成することを示した。また結合型γ-GTが存在することを確認し,それが細胞壁に結合していることを明らかにした。この結合型γ-GT2種類を均一に精製した。可溶性,結合型いずれの酵素もGSHを良い基質とし,その他の性質もおおむね似ていた。これらの結果はアポプラストでもGSHの異化が起こっている可能性を示唆しており,GSHの異化に新たな知見を加えた。DPはシスティニルグリシン(CysGly)を基質としてシスティンの生成を定量して活性測定した。この方法でダイコン子葉から,少なくとも3種類あるうちの一つのDPを均一に精製した。最終的に分子量は約300,000であり,55,000のサブユニットのオリゴマーであると推定した。阻害剤の検討からこのDPは金属プロテアーゼに属することが示唆され,基質特異性はCysGlyに特異的であり,他のジペプチドやGSHはほとんど分解しなかった。アミノ末端の配列は検討中である。以上の結果より,細胞内およびアポプラスト両方にGSHの異化系が存在する可能性が示された。今後これらの全遺伝子単離とその解析が待たれる。
難治性てんかん治療を目的とした頭蓋内植え込み型大脳冷却装置の開発

はじめに:難治性てんかんに対し外科治療が行われているが、手術により神経脱落症状の出現が予想される場合、手術が困難なことも少なくない。そこで近年切除手術以外の治療法が模索されている。そのひとつとして、2001年Yangらが、熱電素子を用いた大脳冷却法によるてんかん放電の抑制効果を報告して以来、脳冷却法が治療法として注目を集めている。そこで我々も熱電素子を用いた局所大脳冷却装置を作成し、実用化に向けて詳細な実験的検討を行った。動物実験およびその結果:冷却装置としては、熱電素子(ペルチエ素子)を用いた。これは電流を流すことで2種類の金属の間に熱勾配が生じる現象(ペルチエ効果)を利用したもので、片面は冷却が起こり、片面は放熱により高温.(6070°C)となる。この放熱による片面の温度上昇を抑えるため、アルミニウム製の枠を素子周囲に取り付け、その内部に水路を形成し、冷却水を流す工夫をおこなった。ハロセン麻酔下に雄ラット(500-590g)の頭頂側頭部を開頭し、脳表に熱伝素子からなる大脳冷却装置・温度計および脳波電極を設置した。そして皮質下2mmにカイニン酸を3μg定位的に注入することでてんかんモデルを作成した。熱電素子に1Aの電流を流すことにより冷却を行った。冷却後、脳表温は2224°Cに低下、この時てんかん放電は冷却開始より高振幅の異常放電が減少した。また組織学的にも脳表温20°C、30分間の冷却温度では明らかな大脳の組織変化はみられなかった。さらにラット海馬にカイニン酸を3μ9定位的に注入し側頭葉てんかんモデルを作成した後、新たに試作した脳深部用冷却装置および深部脳波記録電極を対側海馬に刺入、冷却によるてんかん性異常波の抑制効果を検討した。結果は海馬を20°Cに冷却することで異常放電の抑制効果が認められた。考察および結語:実際体内埋め込み式にする場合、放熱による片面の温度上昇をいかに制御するかという問題点があったが、今回体温とほぼ同じ37°Cの冷却水を灌流させることで冷却が可能であったことより、体内埋め込み式への展望が開けてきた。しかしながら体内埋め込み式の装置を開発するには、深部を冷却する装置の形状、冷却水を還流させるマイクロポンプ、てんかん放電を感知し冷却を開始させるシステム、埋め込み型電源など、改良しなければならない点は多い。工学の分野では医療工学の発展はめざましく、将来新しい精密医用機器の開発により、局所大脳冷却がてんかん治療の一選択肢となりうる可能性が示唆される。てんかんは有病率が1000人に対し8人と決して稀な病気ではなく、その約20%は抗けいれん薬を投与しても発作が抑制できない難治性のてんかんである。

その難治性てんかんに対し外科治療(大脳焦点部位切除手術)が行われているが、切除範囲に制限があり、すべての症例が適応となるわけではない。しかし近年実験的に大脳皮質を20°C程度に冷却することで、てんかん発作波が抑制されることが報告されている。従って大脳皮質を冷却するシステムが開発できれば、大脳を切除することなく発作の抑制が可能と考えられる。そこで今回我々は、現在てんかん手術で用いている脳波記録用頭蓋内電極に、ペルチェ素子からなる冷却装置を埋め込んだ医用材料を製作し、てんかんの治療に応用するシステムを開発する。大脳冷却に薄型ペルチエ素子を使用する試みは過去に報告がなく、今回我々は水冷式超薄型ペルチエ素子を新しく考案した。そして今回考案した薄型冷却装置を用い、ラットにおいて実験的に大脳神経細胞の変性をきたさない至適冷却温度を検討した後、カイニン酸皮質内注入によりてんかんモデルを作成し、冷却により実際てんかん発作波の抑制が可能であることを証明した。今後は硬膜下電極に冷却装置を組み込んだ医用材料を作成する。将来的にはこの装置を頭蓋内に植え込み、てんかん発作波を生じている部位を頭蓋内脳波により同定、発作波をトリガーとして、冷却装置にシグナルが伝達され、発作波を生じている脳表を冷却することによりてんかん発作を制御するシステムを構築することを目指す。はじめに:難治性てんかんに対し外科治療が行われている。しかし、手術により神経脱落症状の出現が予想される場合、手術が困難なことも少なくない。そこで近年切除手術以外の治療法が模索されている。そのひとつとして、2001年Yangらが、熱電素子を用いた大脳冷却法によるてんかん放電の抑制効果を報告して以来、脳冷却法が治療法として注目を集めている。そこで我々も熱電素子を用いた局所大脳冷却装置を作成し、実用化に向けてさらに詳細な実験的検討を行った。動物実験およびその結果:冷却装置としては、熱電素子(ペルチエ素子)を用いた。これは電流を流すことで2種類の金属の間に熱勾配が生じる現象(ペルチエ効果)を利用したもので、片面は冷却が起こり、片面は放熱により高温(6070°C)となる。この放熱による片面の温度上昇を抑えるため、アルミニウム製の枠を素子周囲に取り付け、その内部に水路を形成し、冷却水を流す工夫をおこなった。冷却に用いる水の温度は、体内埋め込みを想定し、37°Cに設定し実験を行った。ハロセン麻酔下に雄ラット(500-590g)の頭頂側頭部を開頭し、脳表に熱伝素子からなる大脳冷却装置、温度計および脳波電極を設置した。そして皮質下2mmにカイニン酸を3μg定位的に注入することでてんかんモデルを作成した。熱電素子に1Aの電流を流すことにより冷却を行った。冷却後、脳表温は2224°Cに低下した。このときてんかん放電は冷却開始より高振幅の異常放電が減少した。また組織学的にも脳表温20°C、30分間の冷却温度では明らかな大脳の組織変化はみられなかった。考察および今後の展望:熱電素子は形状が小型で薄型にできるため、新しい医用材料として将来の埋め込み式脳冷却装置の開発が期待できる材料のひとつと考えられる。しかし実際体内埋め込み式にする場合、放熱による片面の温度上昇をいかに制御するかという問題点があったが、今回体温とほぼ同じ37°Cの冷却水を灌流させることで脳表を22-24°Cに冷却が可能であったことより、体内埋め込み式への展望が開けてきた。
カルコパイライト構造化合物薄膜太陽電池の性能向上に向けた新規界面制御技術の開発

本研究では、カルコパイライト型構造Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜太陽電池の高効率化に向け、CIGS表面にCu欠損層(Cu欠損状態のCIGS)を導入することにより積極的に価電子帯不連続を形成し、n型CdSバッファ層とp型CIGS光吸収層とのヘテロ接合界面におけるキャリア再結合を抑制することを目的とした。本年度は、CIGS上の(1)Cu欠損層形成メカニズムの解明、及び(2)Cu欠損層の精密制御技術の確立を試みた。(1)申請者は、多元同時蒸着法によるCIGS結晶の成長過程において、一時的に偏析するCu2Se異相が最終的なCu欠損層の起源となると考えた。これを実証するため、CIGS成長の途中段階でCu2Se異相にSeの供給を行い、途中で成膜を止めて薄膜断面の観察を行った。その結果、Se供給無し場合、CIGS表面のCu2Se異相は不均一に形成される一方で、Se供給有りの場合、異相がCIGS表面に薄く均一に形成されることを見出した。また、完成後のCIGS表面の組成分析を行った結果、Se供給有りの場合、全表面領域に亘って均一にCu欠損層が形成されることを明らかにした。以上の結果を基に、Cu2SeがSe過剰・Cu欠損状態のCu2-xSeとなった際に、これが起源となりCu欠損層へと変化する、というCu欠損層の成長モデルを構築した。(2)Cu欠損層の成長モデルを基にCu欠損層の精密制御技術の開発を行った。CIGS成長過程において「Se照射プロセス」を導入し、積極的にCu2-xSeの組成制御を施した。Se照射プロセスを5分導入することにより、CIGS上に厚さ200nmの均一なCu欠損状態が形成され、Cu欠損層の制御が可能であることを明らかにした。実際にSe照射プロセス5分を導入し、CIGS太陽電池を試作したところ、19.8%の世界最高レベルの変換効率を達成した。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
障害学生への合理的な配慮の提供におけるソーシャルワーク実践モデルの開発研究

本調査では、ICFの「活動」と「参加」の側面から、幅広く学生の抱えるディスアビリティと支援策について明らかとすることを目的としている。研究代表者の所属の改組、異動に伴う諸事情により実施が予定より遅れたが、2018年度は一般学生及び障害学生を対象とする質問紙調査を行った。調査時期は2018年9月2019年2月であった。機縁法により複数の大学に所属する学生(修学支援を受けている学生を含む)に任意による調査協力を依頼した。調査の趣旨や手続き、倫理上の配慮等に関しては文書及び可能な場合には口頭でも説明を行い、調査の趣旨に賛同し任意で協力が得られた学生から323票の回答を得た。対象者のうち慢性的な障害があると回答したのが50名(15.5%)、何らかの修学支援を受けていると回答したものが13名(4.4%)であった。「慢性的な障害」があるとこたえたもののうち、自由記述で具体的な記載が得られたものでは聴覚障害、うつ、発達障害(自閉症スペクトラム/アスペルガー症候群、AD/HDを含む)、アトピーなどが挙げられ、複数の診断名を挙げるものもあった。現在はデータクリーニングを行いつつより詳細な分析を行っている最中である。今後、学生生活上の困難を把握するための尺度の因子構造の検討の他、各因子の標準値の算出、標準化されたディスアビリティの尺度とされるWHODASとの得点との比較等を行っていく予定である。最終的に障害学生のディスアビリティを把握する尺度を作成し、修学支援担当者に対して聞き取り調査を行い有用性について検討を深める。研究代表者の所属機関の改組に伴い、研究安全倫理審査体制が変化したことや、研究分担者の妊娠に伴い調査の一部の実施に影響が生じたことから、調査の全体の実施が大幅に予定より遅延した。質問紙調査は終えることができたが、それらを踏まえた聞き取り調査の予定に遅れが引き続き生じている。現在研究分担者は産休中であり9月末まで育児休業を取得予定である。また研究代表者も5月下旬より9月末まで育児休業を取得予定である。そのため、2019年度は早急に質問紙データの分析を終わらせ、2019年5月中には分析結果をまとめる。また、聞き取り調査等一部の調査は2019年度10月以降に調査対象を首都圏近郊に限定する形で、質問紙調査の結果を踏まえて実施する予定である。本調査では、ICFの「活動」と「参加」の側面から、幅広く学生の抱えるディスアビリティと支援策について明らかにすることを目的としている。調査の実施に際して修学支援担当者に予備的な情報収集を行ったところ、ディスアビリティが把握できたとしても、「合理的な配慮を要する障害」なのかどうかで支援の提供が難しくなる現状があり、「診断書」によりインペアメントの状況を把握することが求められることが多いという。そこで、インタビュー調査に先立ち、ディスアビリティの程度をある程度計量的かつ客観的に把握する手法についても検討することにした。近年は多くのディスアビリティや生活上の困難を把握するための各種行動評定尺度や、発達障害のアセスメントツールが開発されている。そこで平成28年度はまずはそれらの項目を収集し、その内容を精査検討して、専任障害学生修学支援コーディネーターを対象とするインタビュー調査に活用することとした。発達障害のアセスメント票を含めて複数の尺度を収集し、その項目について検討した結果、WHOによるディスアビリティの尺度であるWHODAS日本語版、SP感覚プロファイル、Vineland-II適応行動尺度が、学生の修学上の困難を把握する際には有用であると考えられた。これらの項目を整理し、より大学生活に特化した項目内容に修正して、学生のディスアビリティを把握する簡便なチェックツールを開発する。その上で障害学生修学支援コーディネーターを対象とするインタビュー調査を行うことを予定している。研究代表者が平成28年年末に育児休業を取得したため、インタビュー調査の実施の調整が遅れてしまった。そのため、障害学生修学支援を担当しているソーシャルワーカーの人事異動などがひと段落する新年度に入ってから、改めて調査の調整を行うこととした。本年度は昨年度の研究に基づき、学生の修学上の困難を把握する際には有用であると考えられたWHODAS日本語版、SP感覚プロファイル、Vineland-II適応行動尺度の項目を大学生活に特化した内容に改変し、まずは一般学生を対象とした調査により標準値を得ることとした。そのために学生のディスアビリティを把握するためのチェックリストとして用いることを想定した調査票を作成し、複数回にわたる予備調査を行って完成した。予備調査の結果からは、自己評価版と他者評価版では表現に工夫が必要であることが指摘された。標準サンプルを対象とした大規模調査では自己記入式質問紙法による実施を想定しているため、自己評価を前提とした表現が望まれる。障害学生修学支援コーディネータが用いる際にも、他計式で用いるにせよ基本的に障害学生本人との対話を前提として使用するよう、使用ガイドを充実させることの必要性が示唆された。なお計画では2017年度中に標準サンプル調査を終え障害学生修学支援コーディネーターを対象とする調査を実施予定であったが、調査の実施時期が遅れている。そのため調査の実施時期を全面的に半年から1年程度遅らせながら、2018年度は本調査を行うとともに、障害学生修学支援を担当している職員らを通じて障害学生を対象とした調査の実施につなげる予定である。

研究代表者が所属する大学の学部改組に伴い大学業務に大幅に時間を割かれたため本調査では、ICFの「活動」と「参加」の側面から、幅広く学生の抱えるディスアビリティと支援策について明らかとすることを目的としている。研究代表者の所属の改組、異動に伴う諸事情により実施が予定より遅れたが、2018年度は一般学生及び障害学生を対象とする質問紙調査を行った。調査時期は2018年9月2019年2月であった。機縁法により複数の大学に所属する学生(修学支援を受けている学生を含む)に任意による調査協力を依頼した。調査の趣旨や手続き、倫理上の配慮等に関しては文書及び可能な場合には口頭でも説明を行い、調査の趣旨に賛同し任意で協力が得られた学生から323票の回答を得た。対象者のうち慢性的な障害があると回答したのが50名(15.5%)、何らかの修学支援を受けていると回答したものが13名(4.4%)であった。「慢性的な障害」があるとこたえたもののうち、自由記述で具体的な記載が得られたものでは聴覚障害、うつ、発達障害(自閉症スペクトラム/アスペルガー症候群、AD/HDを含む)、アトピーなどが挙げられ、複数の診断名を挙げるものもあった。現在はデータクリーニングを行いつつより詳細な分析を行っている最中である。今後、学生生活上の困難を把握するための尺度の因子構造の検討の他、各因子の標準値の算出、標準化されたディスアビリティの尺度とされるWHODASとの得点との比較等を行っていく予定である。最終的に障害学生のディスアビリティを把握する尺度を作成し、修学支援担当者に対して聞き取り調査を行い有用性について検討を深める。研究代表者の所属機関の改組に伴い、研究安全倫理審査体制が変化したことや、研究分担者の妊娠に伴い調査の一部の実施に影響が生じたことから、調査の全体の実施が大幅に予定より遅延した。質問紙調査は終えることができたが、それらを踏まえた聞き取り調査の予定に遅れが引き続き生じている。調査時期を約半年繰り延べるものの、調査内容は当初の計画通り進める予定である。昨年度中に標準サンプルを対象とした調査を実施するとともに障害学生修学支援コーディネータへの調査を実施する予定であったが、所属機関の改組に伴い実施が遅れている。調査時期を次年度へ繰り越しつつ、2018年度当初にできるだけ早く標準サンプルを対象とした調査を実施するとともに、障害学生修学支援コーディネーターにも調査協力を依頼しインタビュー調査を実施する現在研究分担者は産休中であり9月末まで育児休業を取得予定である。また研究代表者も5月下旬より9月末まで育児休業を取得予定である。そのため、2019年度は早急に質問紙データの分析を終わらせ、2019年5月中には分析結果をまとめる。また、聞き取り調査等一部の調査は2019年度10月以降に調査対象を首都圏近郊に限定する形で、質問紙調査の結果を踏まえて実施する予定である。今年度研究代表者が育児休業を取得したため、予定していたインタビュー調査等が行えず、その予定経費が繰り越し金として発生した。今年度研究代表者の所属する大学学部の組織改編があり、それにともない当初予定より大学業務が増加し、研究に充てることができる時間が減少した。
学習に困難を抱える児童生徒の算数数学学習のつまずきと支援の体系化と指導の研究

算数数学学習におけるつまずきと支援に関する質問紙調査とテスト調査,訪問調査の結果をもとに,算数数学学習におけるつまずきと支援を学習内容と学習活動の2つの観点から体系的に整理するとともに,その結果をもとにつまずきを改善するための指導プログラムを「学級全体に関する支援」と「個別の児童生徒に対する支援」の2つの観点から開発し,指導実践を通して有効性と課題を考察した。指導プログラムでは,算数数学に関する側面と学習者に関する側面にも留意するとともに,1つまずきの実態把握と評価の方法,2つまずきの体系化をもとにしたつまずき間の関連を考慮した支援,3多層的な支援,4ICTの活用などを検討し開発を行った。算数数学学習におけるつまずきと支援に関する先行研究や文献を調査し,その質問紙調査とテスト調査,訪問調査のための内容を検討し,調査項目を作成した。質問紙調査とテスト調査の研究協力校を,小学校,中学校,高等学校,大学校に依頼し,質問紙調査とテスト調査を実施した。それらの調査結果をもとに,訪問調査する学校を選出し,算数数学学習におけるつまずきと支援を具体的に同定するための授業の観察とビデオ分析を行った。その結果,学習に困難を抱える児童生徒の算数数学学習のつまずきと支援の現状と課題について,(1)算数数学学習におけるつまずきと支援は,「学習内容に関するつまずきと支援」と「学習活動に関するつまずきと支援」があること,(2)学級全体を対象とした支援と学習に困難を抱える児童生徒個人を対象とした支援があることが明らかとなり,これらを分類整理と体系化のための観点とした。さらに,(3)学習に困難を抱える児童生徒は自分自身の学習困難の状況を正しく把握していないこと,(4)小学校や中学校までは算数数学学習のつまずきがほとんどなくとも中学校や高校で数学につまずきが現れる場合が少なからずあること,(5)小学校算数からつまずいている児童生徒と中学校数学以降からつまずきだした生徒のつまずきと支援については,その原因をさらに詳細に調査する必要があることなどが明らかとなった。また,学習に困難を抱える児童生徒のつまずきと支援の体系化の結果をもとに,ICTを活用した指導法を開発し予備実践を行い,指導プログラムを開発するための基礎的な資料を得た。研究協力校のもと,質問紙調査とテスト調査,授業のビデオ分析を行うことができ,学習に困難を抱える児童生徒のつまずきと支援の現状と課題を把握することができた。また,現状と課題の分析を通して得られた観点をもとに,つまずきと支援について分類整理し,それらの体系化を図ることができた。しかし,体系化については,実践を通して,さらに精緻化と構造化が必要である。学習の困難を抱える児童生徒の算数数学学習のつまずきと支援の体系化の結果をもとに,ICTを活用した指導法を開発し,予備実践を行い,指導プログラムを開発するための基礎的な資料を得ることができた。算数数学学習におけるつまずきと支援に関する質問紙調査及びテスト調査,訪問調査の結果をもとに,小学校,中学校,高等学校段階におけるつまずきと支援を体系的に整理し,各学校段階におけるつまずきを改善するための指導プログラムを開発し,指導事例を提案した。開発した指導プログラムは,1児童生徒のつまずきの実態把握,2つまずきの体系化をもとに,つまずき間の関連を考慮した支援,3多数の児童生徒に見られるつまずき(第1層),少数の児童生徒に見られるつまずき(第2層),特定の児童生徒に見られるつまずき(第3層)に対する多層的な支援,4ICTの活用,5支援の形成的評価の5点を考慮し開発を行った。第1層は学習に困難を抱える児童生徒以外にも見られるつまずき,第2層は学習に困難を抱える児童生徒に見られるつまずき,第3層は算数障害等の発達障害の児童生徒に見られるつまずきとも捉えられることが明らかとなった。また,算数数学に関する側面(指導目標,数学的な意味や概念,数学的活動など)と学習者に関する側面(認知特性の分析,方略の選択的採用,動機づけなど)にも留意し,指導プログラムを開発した。指導プログラムにおけるICT活用では,(a)数学的な表現(図,表,グラフ等)による視覚的な情報提示,(b)問題解決プロセスの明確化,(c)操作活動による意味の理解などを取り入れた。開発した指導プログラムは,小中高等学校等において実践を行い改善を図ったが,次年度はさらに実践を重ね,開発した指導プログラムの具体的効果を検証することと一般化を図ることが課題である。算数数学学習におけるつまずきを改善するための指導プログラムを小学校,中学校,高等学校の実践協力校と連携し開発することができた。また,開発した指導プログラムの改善では,小学校,中学校,高等学校だけではなく,大学校の協力も得ることができ,多角的に評価することができた。ICT活用のした指導プログラムでは,1ロボット教材を活用した実験型指導プログラム,2センサーを活用した体験型指導プログラム,3動的ソフトウェアを活用した視覚的指導プログラムを開発することができ,学習に困難を抱えた児童生徒だけではなく,すべての児童生徒の資質・能力の育成に効果的な指導プログラムを開発することができた。本研究では,学習に困難を抱える児童生徒の算数数学学習のつまずきと支援について現状と課題を明らかし,彼らのつまずきを「学習内容に関するつまずき」と「学習活動に関するつまずき」の2つの観点から体系的に整理した。その成果をもとに,学習に困難を抱える児童生徒の算数数学学習のつまずきを改善するための指導プログラムを「学級全体に関する支援」と「個別生徒に関する支援」の2つの観点から開発し,開発した指導プログラムの有効性を実践を通して検証した。

特に今年度は,ICTを活用した指導プログラムを開発し,実践を通して検証し,それらの有効性を考察した。ICTを活用した指導プログラムは,1ロボット教材を活用した体験的指導プログラム,2センサーを活用した実験的指導プログラム,3動的ソフトウェアを活用した視覚的指導プログラムの3つに分類し,それぞれに指導事例を提案した。これらの指導プログラムでは,1児童生徒のつまずきの実態把握,2つまずきの体系化をもとに,つまずき間の関連を考慮した支援,3多数の児童生徒に見られるつまずき(第1層),少数の児童生徒に見られるつまずき(第2層),特定の児童生徒に見られるつまずき(第3層)に対する多層的な支援,4ICTの活用,5支援の形成的評価の5点を考慮し開発を行った。また,算数数学に関する側面(指導目標,数学的な意味や概念,数学的な見方・考え方,数学的活動など)と学習者に関する側面(認知的特性の分析,方略の選択的採用,動機づけなど)にも留意し,指導プログラムを開発した。開発した指導プログラムの指導事例は,各学校段階の一部の単元や領域においてであるため,さらに他の単元や領域でも指導事例を開発し,実践による検証を行い,指導プログラムの一般化を図ることが課題である。算数数学学習におけるつまずきと支援に関する質問紙調査とテスト調査,訪問調査の結果をもとに,算数数学学習におけるつまずきと支援を学習内容と学習活動の2つの観点から体系的に整理するとともに,その結果をもとにつまずきを改善するための指導プログラムを「学級全体に関する支援」と「個別の児童生徒に対する支援」の2つの観点から開発し,指導実践を通して有効性と課題を考察した。指導プログラムでは,算数数学に関する側面と学習者に関する側面にも留意するとともに,1つまずきの実態把握と評価の方法,2つまずきの体系化をもとにしたつまずき間の関連を考慮した支援,3多層的な支援,4ICTの活用などを検討し開発を行った。学習に困難を抱える児童生徒のつまずきと支援の体系化及び予備実践の結果をもとに,指導プログラムを開発する。指導プログラムの開発では,実践協力校を依頼し,指導プログラムを用いた授業を分析することを通して,PDCAサイクルによって行う。特に,(1)つまずきの実態把握と評価の方法,(2)つまずきの体系化をもとにしたつまずき間の関連に配慮した支援,(3)多層指導モデルを参考にした,多数の児童に見られるつまずき(第1層),少数の児童生徒に見られるつまずき(第2層),特定の児童生徒に見られるつまずき(第3層)に対する多層的な支援,(4)ICTの活用の4点を考慮し開発を行うこととする。また,指導プログラムの開発過程において,「算数数学学習のつまずきと支援の体系化」の精緻化と構造化を図る。開発した指導プログラムの効果を実践協力校のもとで,さらに実践を重ね,検証し,改善を図ることが課題である。特に,高等学校では,学校によって生徒のつまずきの状況が大きく異なるため,つまずきの状況に応じた支援を行うための工夫が必要である。高校学校の協力のもと,指導プログラムを改善していく。
X線写真計測法による顎関節形態の分析

本研究は,生体における顎関節構成骨の形態を個体間で比較したり,同一個体の骨形態の経時的変化を定量的に分析するために,X線写真の計測等をパーソナルコンピュータレベルで自動計測化することを試み,顎関節症の発症メカニズムを考察することを目的とした.顎関節症患者では,下顎骨正中の偏位が観察されることが少なくないが,現在のところ下顎骨の左右非対称性や頤部の偏位についての研究は十分に行われていない.対象を平成3年から5年の3年間に,本学附属病院へ顎機能異常症状を主訴として来院した患者のうち,女性562名,男性160名,総計722名とし,頤部の側方偏位量を,頭部X線規格写真をイメージスキャナを用いてパーソナルコンピュータに取り込み,その画面上で計測した.この偏位量と顎関節正面多層断層写真における左右下顎頭の形態差について,分散分析及び相関関係の検定により,統計学的に比較,検討をした.この結果,左右下顎頭の形態を比較して,下顎頭垂直径の小さい方へ頤部は偏位する傾向が認められた.顎関節症患者における下顎骨の偏位の原因としては下顎頭関節面の形態変化による左右差のみならず,下顎頭の位置異常や下顎骨全体の発育異常など多くの因子の関与が考えられ,その関与の程度も個体内,個体間,両者でさまざまであると考えられるが,下顎頭の形態変化が下顎骨の偏位を引き起こす要因の一つであり,また逆に下顎骨の偏位により下顎頭に変化の生じる可能性もあることが示唆された.本研究は,生体における顎関節構成骨の形態を個体間で比較したり,同一個体の骨形態の経時的変化を定量的に分析するために,X線写真の計測等をパーソナルコンピュータレベルで自動計測化することを試み,顎関節症の発症メカニズムを考察することを目的とした.顎関節症患者では,下顎骨正中の偏位が観察されることが少なくないが,現在のところ下顎骨の左右非対称性や頤部の偏位についての研究は十分に行われていない.対象を平成3年から5年の3年間に,本学附属病院へ顎機能異常症状を主訴として来院した患者のうち,女性562名,男性160名,総計722名とし,頤部の側方偏位量を,頭部X線規格写真をイメージスキャナを用いてパーソナルコンピュータに取り込み,その画面上で計測した.この偏位量と顎関節正面多層断層写真における左右下顎頭の形態差について,分散分析及び相関関係の検定により,統計学的に比較,検討をした.この結果,左右下顎頭の形態を比較して,下顎頭垂直径の小さい方へ頤部は偏位する傾向が認められた.顎関節症患者における下顎骨の偏位の原因としては下顎頭関節面の形態変化による左右差のみならず,下顎頭の位置異常や下顎骨全体の発育異常など多くの因子の関与が考えられ,その関与の程度も個体内,個体間,両者でさまざまであると考えられるが,下顎頭の形態変化が下顎骨の偏位を引き起こす要因の一つであり,また逆に下顎骨の偏位により下顎頭に変化の生じる可能性もあることが示唆された.
炭酸ガスによるメタン改質反応における触媒機能と金属酸化物の活性促進効果の研究

炭酸ガスによるメタンの改質反応(CH_4+CO_2→2CO+2H_2)について、触媒研究で重要な点は、i)炭素析出とii)担体効果である。本研究では、本反応に対して活性であるRhとRu金属を触媒とし、上記2つの観点から、担体として用いられる種々の金属酸化物をRh/SiO_2及びRu/SiO_2に物理的に混合するという方法で研究を行なった。また、圧力条件を変え、低圧(52Torr)と高圧(456Torr)で反応を行なった。低圧条件では、Ru/SiO_2とRh/SiO_2の活性を比較すると、Ru/SiO_2の方が高活性であるが、炭素析出による劣化がし易かった。これに、Al_2O_3,TiO_2,MgOなどを物理混合すると、Al_2O_3,TiO_2の場合は活性が促進するが、MgOでは著しい活性劣化が起こった。活性の促進は、金属酸化物表面での逆水性ガスシフト反応による原因、活性の劣化はMgO表面でのCH_4の解離によるものと考えている。一方、高圧の条件では、転化率及び触媒の劣化の点において、Ru/SiO_2よりもRh/SiO_2の方が優れていた。物理混合の結果においては、MgOが著しい活性劣化を起こすことが、Ru/SiO_2及びRh/SiO_2の両者に共通していた。しかしながら、低圧条件においてみられた、Al_2O_3やTiO_2の活性促進効果は、高圧条件において、Ru、Rhいずれの触媒係においても認められなかった。
哺乳類減数分裂をささえる細胞骨格ダイナミクス制御機構

哺乳類中心体非依存的スピンドル形成の重要因子のひとつとして、オーグミン複合体を中心に研究を行っている。昨年度に引き続き、複合体のサブユニットの中でもコアと考えられるAug6に着目し解析を行った。樹立したAug6全身性欠損ヘテロマウスを用いて交配を行い、ホモ欠損マウスの作出を行ったが、ホモ欠損マウスは発生初期に耐性致死となることが判明した。欠損胚では、野生型に比べ、胚盤胞期の発生が遅延し、細胞分裂の停滞及び失敗を示す凝縮染色体や異常形態の核が観察された。また、卵子および初期胚の細胞分裂解析系構築のため、GFP-tubulin発現マウス及びスピニングディスク共焦点顕微鏡による3次元イメージング及びエレクトロポレーションによる遺伝子発現システムの導入を行った。それにより、初期胚の細胞分裂時には、複数の微小管形成中心が現れ、それらが2つの極に集極するような特徴的な形式で細胞分裂が遂行されることが観察された。そこで、交配したAug6欠損胚で同様に観察したところ、微小管形成中心がスピンドル内部で散乱し、それに伴い分裂の遅延が起こることが明らかになった。中心体マーカーの解析により、この時期の胚は、成熟した中心体が形成される前であることが判明した。これらのことから、オーグミンが中心体形成前の初期胚の細胞分裂に重要な役割を持つことが示唆された。上述のような、微小管形成中心の集極化による二極化紡錘体形成は、癌細胞等の中心体が増幅した細胞でも観察されることから、中心体増幅の細胞でも検証を行ったところ、オーグミン経路を阻害する処理によっては、中心体の集極化に障害が観察された。これらの結果により、オーグミン経路が初期発生のみならず癌細胞の細胞分裂でも共通する重要な役割をもつことが示唆されており、現在これらを成果としてとりまとめ論文作成にとりかかっている。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、非対称分裂を中心とする生体内細胞分裂でのアクチン重合の役割解明を目的とし既に作出していたmDia2欠損マウスを用い解析した。mDia2欠損マウスは胎生12.5日以降に致死となり、その際貧血の表現型が確認された。mDia2欠損マウス胎児由来の末梢血を解析したところ、多核化した赤芽球が増加することが判明した。さらにこの時期の造血組織である胎児肝臓内の赤芽球の細胞数減少も見られ、コロニーフォーメーションアッセイにより赤血球産生能の障害を確認した。さらに、この赤血球産生障害のメカニズム解明を行うため、胎児肝臓細胞を用いた赤血球分化誘導実験及びライブイメージング観察により検討を行ったところ、赤芽球分化段階の途中より高い細胞質分裂の障害がおこることが判明した。現在、この分化段階特異的に細胞分裂が障害される機構の詳細の解析を行なっている(論文投稿準備中)。一方で、哺乳類中心体非依存的スピンドル形成の重要因子として、所属研究室で発見したオーグミン複合体に着目し解析を行っている。マウスでのオーグミンサブユニットの発現をウエスタンブロッティングにより検討した上で、発現するサブユニットについて、同複合体機能上の重要性を、各種培養細胞により検討している。また、同時に組織特異的にスピンドル(微小管)の動態解析を行うため、GFP-tubulin発現マウスを用いたイメージングの初期検討を進めている。非対称分裂を中心とし、生体内細胞分裂でのアクチン重合の役割解明を目的として、アクチン重合分子mDia2を欠損するマウスを用い解析した。昨年度までの研究で、欠損マウスは赤芽球の多核化を伴う貧血を呈し胎生致死となることを見出していた。今年度は、赤血球分化障害の機構を焦点に解析を行った。その結果、1mDia2欠損細胞では、赤血球分化進行に伴いより高い細胞質分裂の失敗が観察されること、2分化段階後期である好塩基性及び多染性赤芽球段階にあるmDia2欠損細胞群では、細胞質分裂時の分裂溝へのアクチン集積が阻害されること、3一方で、アクチンの重合阻害やmDia2の上流分子である低分子量GTP結合タンパク質Rhoの特異的阻害では、早い分化段階から高頻度に多核化がおこること、4赤芽球は最終的に核を排出(脱核)することで成熟赤血球となるが、予想に反し、mDia2欠損赤芽球は多核化するにもかかわらず、核排出が起こること、5この核排出は低分子量GTP結合蛋白質Racやアクチン重合の阻害処理により抑制されることが分かった。以上により、赤血球分化時の細胞質分裂と脱核が、それぞれRho-mDia2及びRacを中心とする異なるアクチン重合機構により制御されることが明らかとなった(Watanabe S. et al., Cell Rep., 2013)。中心体非依存的スピンドル形成及び微小管ダイナミクスの重要因子のひとつとして、オーグミン複合体に着目し解析を行っている。今年度の研究により、オーグミンが中心体非依存的に微小管を増幅させる際に重要となるサブユニットを欠損するマウスの作出が完了したので、その表現型の解析を進めている。また、微小管増幅の機構についても、オーグミンサブユニットと他の微小管増幅因子との相互作用に焦点を当て、その機能メカニズムの検証を進めている。