hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
サイトメガロウイルス感染細胞由来糖蛋白質によるサブユニットワクチンの開発

1.サイトメガロウイルスサブユニットホクチンの試作サイトメガロウイルス弱毒株(Town株)をWI-38細胞に感染させ、培養上清よりウイルスを精製した。これをdetergentを用いて溶解し、さらにConcanavalin-Aカラムに吸着させた。続いてカラムより溶出させて糖蛋白質を精製し、これを試作ワクチンとした。2.サイトメガロウイルス皮内抗原液(標準)の調製サイトメガロウイルス(Town株)感染細胞(WI-38)培養上清を超遠心して得られた可溶性分画を皮内抗原液とした。3.試作ワクチンの免疫原生1)モルモットへの接種実験サブユニットワクチン(50μg/ml)をモルモットに2回皮下接種することによって、血中抗体価の上昇が66%、皮内反応の陽転が100%の率で観察された。2)CMV抗体陽性小児における反応性自然感染によってCMV抗体を獲得した小児30名に対して、サブユニットワクチン(5μg/0.1ml)と標準皮内抗原液を用いて皮内テストを実施したところ、前者で33%、後者では100%が陽性を示した。4.総括:試作ワクチンの免疫原性は未だ不十分であったがアジュバントの併用など、今後検討の余地はある。1.サイトメガロサブユニットワクチンの試作サイトメガロウイルス(AD169株)をヒト胎児繊維芽細胞に感染させ培養上清よりウイルスを精製した。これをdetergentを用いて溶解し、更にConcanavalin-Aカラムに吸着させた。続いてカラムより溶出させて糖蛋白を精製し、これを試作ワクチンとした。2.試作ワクチンによる動物実験試作ワクチンの免疫原性,安全性を確認するために、モルモットによる試験接種を実施中である。3.サイトメガロウイルス皮内反応液の調製サイトメガロウイルスに対する細胞性免疫能を評価する目的でウイルス糖蛋白を精製した。ワクチン接種を受けた動物およびヒトに使用する予定である。4.腎移植患者におけるサイトメガロウイルス抗原の動態阪大病院泌尿器科において腎移植術を受けた患者20名より、ウイルス抗原の検出を試み10例(50%)より感染性ウイルスが分離された。抗原の同定はDNA-DNAhyb【r! ̈】idization法によって確認することが出来た。DNAのパターンは制限酵素を用いて分析することが可能であった。これらにより、試作ワクチンの効果をウイルス抗原の動態から評価する場合の基盤が確立できたと考える。5.腎移植患者におけるサイトメガロウイルス抗体の動態免疫沈降法・酵素抗体法,IAHA法などを用いて、サイトメガロウイルス活性化と誘導される抗体の測定が可能となった。これらにより、試作ワクチンの免疫原性を種々の面から評価しうるようになった。1.サイトメガロウイルス皮内抗原液の調製サイトメガロウイルス(AD169株, Towne株,野性株)をヒト線繊芽細胞に感染させ,細胞変性効果が100%に達した時点で培養上清を無血清培地と置換し,更に5日間4°Cに放置した.この上清より超遠心法にてウイルス粒子を除去したものにはサイトメガロウイルス感染細胞特異的な糖蛋白貭が含まれており,これを皮内抗原粗材とした.2.サイトメガロウイルスサブユニットワクチンの調製同上の方法で得た培養上清より超遠心法によって得たウイルス粒子をdetergentを用いて溶解し,更にConーAカラムを吸着させ,続いてカラムより糖蛋白貭を溶出させて,これをワクチン粗材とした.3.モルモットによるワクチンの免疫原性テストワクチン粗材をモルモットに接種して,誘導される免疫(血中抗体,細胞性免疫)を中和試験, LTF試験によって測定中である.4.モルモットに於て誘導される細胞性免疫の皮内テストによる評価上記免疫モルモットに皮内テストの試み,誘導される細胞性免疫能についてLFTとの比較を行った.その結果両者は有意に相関することが明らかになった.5.腎移植患者におけるサイトメガロウイルス抗原の動態上記の皮内テスト液を用いて,腎移植患者の免疫能を評価すると同時に,患者尿からウイルス分離を行なった.

その結果,約50%の患者からサイトメガロウイルが分離され,そのような患者の免疫機能がウイルス特異的に抑制されていることが判明した.1.サイトメガロウイルスサブユニットワクチンの調製サイトメガロウイルス弱毒株(Towne株)をWIー38細胞に感染させ、培養上清よりウイルスを精製した。detergentを用いてこれを溶解し、更にConcanaralin-Aカラムに吸着させた。続いてカラムより溶出させて糖蛋白を精製し、これを試作ワクチンとした。2.サイトメガロウイルス皮内抗原液の調製サイトメガロウイルス弱毒株(Towne株)培養上清を超遠心して得られた可溶性分画を皮内抗原液(標準)とした。3.ワクチンの力価1)免疫モルモットにおける反応性サブユニットワクチン(50μg/ml)をモルモットに2回皮下接種することによって、血中中和抗体は66%(2/3)、皮内反応は100%(3/3)に陽転した。2) CMV抗体陽性小児における反応性自然感染によってCMV抗体を獲得した小児30名に対してサブユニットワクチン(5μg/0.1ml)と標準皮内抗原液を用いて皮内テストを実施したところ、前者で333%(10/30)、後者では100%(30/30)が陽性反応(発赤径25mm)を示した。4.サブユニットワクチンによる2次応答抗体陽性者におけるサブユニットワクチンの効果は100%であった。
イトゴカイの共生細菌に関する研究

イトゴカイはヘドロ化したに底質生息する数少ない多毛類で、有機物分解を促進し、硫化物の蓄積を阻んで環境悪化を抑制することが知られている。本研究はこの具体的なメカニズムを明らかにする目的で、主に以下の三点の研究を行った。1.イトゴカイを実験室で飼育し、好気性細菌、嫌気性細菌および硫酸還元菌の変動を調べた。いずれの菌群も常に検出されたが、イトゴカイの有無による明瞭な差は得られなかった。イトゴカイの飼育系に添加する有機物がそれぞれの菌群の増殖を直接間接に支えるためと結論づけられた。2.イオウ細菌を培養法および分子生物学的方法で検出することを試みた。イオウ細菌は一般に培養困難で、種々の培地を検討した結果、pH7で培養可能な菌が分離された。現在、その16S rRNA塩基配列を検討中で、その結果に応じて特異的なプローブを設計する予定である。3.イトゴカイが作る巣穴は周囲の環境に様々な影響を及ぼす。好気的プロセスの促進の大きさを定量化するため、テトラゾリウム化合物を用いて現場の微少生物群の呼吸活性を定量化する方法を開発した。この方法の適用によってイトゴカイの環境浄化に果たす役割をより客観的に評価することが可能になった。今年度は主に3つの実験を行った.第一に,イトゴカイがAutotrophicに生育が可能なことを示すため,有機物を添加せずに硫化ナトリウムの存在下での飼育を試みた.その結果コントロールと比較して有為に高い生育が得られ,独立栄養共生細菌の存在が強く示唆された.第二に,イトゴカイの共生細菌の存在を探るため,イトゴカイをつぶしてその体内の細菌の培養,分離を試みた.この結果,初期段階での細菌の増殖が確認されたが,継代培養がまだうまくいかず,今後の課題として残された.一方,細菌由来の16SrRNA遺伝子を直接抽出,増幅して検出する試みも併せて行っている.第三に,イトゴカイの飼育環境における微生物の動態を探るため,泥およびその上の水中の微生物の量と群集構造を追跡した.泥中の菌は必ずしも明りょうな変化を示さなかったが,イトゴカイの存在下では水中の菌数に減少がみられ,イトゴカイが水中の菌やデトライタスを捕食している可能性が指摘された.イトゴカイはヘドロ化した底質に生息する数少ない多毛類で、有機物分解を促進し、硫化物の蓄積を阻んで環境悪化を抑制することが知られる。本研究はこの具体的なメカニズムを明らかにする目的で、主要に以下の2点について検討した。1.イオウ細菌の検出イトゴカイにはイオウ細菌が付着あるいは共生し、還元型のイオウ化合物を酸化することによって硫化物の蓄積を防ぐとともに有機物を固定してイトゴカイに供給している可能性がある。分子遺伝学的方法により、イトゴカイの体内あるいは体表に真正細菌の存在が認められた。ビデオ観察により、環境中のイオウ細菌が摂食され、検出されていることが示唆されたため、イトゴカイ周囲の泥中のイオウ細菌を培養法によって追跡したところ、pH7.0で培養可能なイオウ細菌が減少するのが認められた。3:2.イトゴカイの有機物代謝様式イトゴカイは底泥に巣穴を作り、そこから出入りするとともに摂食、糞の排出などを行ってその周囲の環境に物理化学的な影響を及ぼす。こうした作用が好気性微生物の活動に及ぼす影響を確かめるため、テトラゾリウム化合物(INT)を用いた新たな解析法を確立した。これにより、イトゴカイの活動が酸素を含む海水を底泥に導入し、好気性細菌の活動を活発化させて好気的有機物分解過程を促進することが初めて定量化された。なお、今回新たに開発された方法は堆積物中の他の生物にも適用が可能で、今後多方面の研究に適用が期待される。
応力応答性粉末状粘着剤の創出

本研究では、高粘度液体である粘着性高分子の液滴表面を固体微粒子で覆ったリキッドマーブルを作製し、粘着剤の粉末化を目指す。また、リキッドマーブルの形成メカニズムの解明を行うとともに、外部応力による粉末状粘着剤の粘着力発現機構を明らかにし、材料化学分野へ研究を展開する。平成28年度は、下記2項目について検討を行った。1.粉末状粘着剤の作製および構造評価粘着性高分子微粒子水分散体を内部液とするリキッドマーブルから、様々な条件において水を蒸発させることで粉末状粘着剤を作製し、蒸発条件と生成粉末状粘着剤の構造・形成性の相関関係を精査した。粉末状粘着剤の表面および内部の化学組成および構造評価を、元素分析器、電子顕微鏡、X線光電子分光装置、コンピュータ断層撮影装置を用いて行った結果、リキッドマーブルの安定化剤である固体ナノ粒子の凝集体が粘着性高分子の液滴の表面に吸着していることを明らかにした。また、粉末状粘着剤の安息角測定を行い粉体の流動性評価を行った結果、良好な流動性を有することを確認した。2.粉末状粘着剤の粘着性発現メカニズムの解明外部応力(圧縮応力およびせん断応力)が粉末状粘着剤の初期粘着力(タック)に与える影響を、タック試験機を利用し評価した結果、応力を印加することでタックが発現することを確認した。また、粘着剤に対して被着体を接触させる際の圧力を高くすると、粘着力が向上することを明らかにした。さらに、粘着性発現前後における粉末状粘着剤の表面、内部の化学組成および構造を、電子顕微鏡、X線光電子分光装置、コンピュータ断層撮影装置を用いて評価した結果、外部応力印加後、リキッドマーブルの安定化剤である固体ナノ粒子が、粘着剤の表面から内部に潜り込み、表面に粘着性高分子が露出している様子を確認した。28年度が最終年度であるため、記入しない。平成27年度は、下記2項目について検討を行った。(1)高分子微粒子の精密合成・評価リキッドマーブルの安定化剤として使用する疎水的表面を有する固体粒子、およびリキッドマーブル内部に導入する粘着性粒子の水分散体を合成した。具体的には、リキッドマーブルの安定化剤として、疎水的高分子であるポリジメチルシロキサンで表面がコーティングされた微粒子を合成した。また、粘着性粒子については、工業的に粘着剤のベースポリマーとして広範に利用されているポリアクリル酸ブチルをベースとするラテックスを無乳化剤乳化重合により合成した。さらに、生成粒子の粒子径・粒子径分布、形状、化学組成を評価した。(2)リキッドマーブルの作製および形成機構の解明粘着性高分子微粒子水分散体の液滴を、疎水的表面を有する微粒子乾燥粉末上で転がすことでリキッドマーブルの作製に成功した。固体粒子粉末上における粘着性高分子微粒子水分散体の接触角を評価したところ、90度以上の接触角を示す系において、安定なリキッドマーブルが形成され、少なくとも1日間は内部液が漏れだすことがないことを確認した。比較実験として表面疎水化処理を行っていない親水的表面を有する粉末上では、粘着性高分子微粒子水分散体は安定なリキッドマーブルを形成せず、液体は粉末に吸収されることを確認した。以上の結果から、ラテックスの粉末に対する濡れ性がリキッドマーブルの形成に重要なパラメーターであることを明らかにした。平成27年度の研究計画通り、リキッドマーブル安定化剤として使用する疎水的表面を有する微粒子、および粘着性高分子微粒子の精密合成・評価を行った。さらに、リキッドマーブル作製条件と、形成性および構造との相関関係を明らかにすることに成功し、計画通り目標を達成することができた。また、領域研究メンバー(企業)との共同研究成果を元に、特許出願を行い、「生物規範工学」の工業化への展開も開始している。

さらに、粘着性発現前後における粉末状粘着剤の表面、内部の化学組成および構造を、電子顕微鏡、X線光電子分光装置、コンピュータ断層撮影装置を用いて評価した結果、外部応力印加後、リキッドマーブルの安定化剤である固体ナノ粒子が、粘着剤の表面から内部に潜り込み、表面に粘着性高分子が露出している様子を確認した。平成28年度以降も、当該新学術領域研究のメンバーとの連携を通じて、「生物規範工学」の学理の体系化に努める。自然界で観察される微粒子の界面吸着現象をコロイド化学、高分子化学の観点から研究することで、生物規範工学の科学の確立推進に力を注ぐ。具体的には、下記2点について研究を推進する。(1)粉末状粘着剤の作製および構造評価:粘着性高分子微粒子水分散体を内部液とするリキッドマーブルから、様々な条件(温度、湿度、圧力)において水を蒸発させることで粉末状粘着剤を作製し、蒸発速度と生成粉末状粘着剤の構造・形成性の相関関係を精査する。微小液滴は比表面積が大きいため、バルク状態の水と比べ蒸発速度が高く、その内部液の流れの向き・速度が粉末状粘着剤粒子の構造に影響を与えると予想される。粉末状粘着剤の表面および内部の化学組成および構造評価を、元素分析器、電子顕微鏡、X線光電子分光装置を用いて行う。また、粉末状粘着剤のハンドリングを考慮すると、流動性の評価は非常に重要である。そこで、粉末状粘着剤の安息角測定を行い、粉体の流動性評価を行う。(2)粉末状粘着剤の粘着性発現メカニズムの解明:粉末状粘着剤の外部応力(圧縮応力およびせん断応力)に対する初期粘着力(タック)、粘弾性等の粘着特性変化を、タック試験機、レオメーターおよび微小圧縮試験機を利用し評価する。さらに、粘着性発現前後における粉末状粘着剤の表面、内部の化学組成および構造を、電子顕微鏡、X線光電子分光装置を用いて評価する。得られた結果を取りまとめ、学会発表、論文投稿を行う。平成27年度、平成28年度で取得する基礎的データを有機的に繋げることで、生物規範工学に立脚した真に使えるコロイド材料開発の実現に向けた足掛かりとしたい。28年度が最終年度であるため、記入しない。下記サイトで研究がハイライト28年度が最終年度であるため、記入しない。
漁獲物の体長組成データに基づくコホート解析手法の開発と推定精度の評価

【目的】従来のコホート解析は年齢別に行われるが、体長組成から年齢組成を推定したり、網目規制など体長に関する漁獲規制を検討する場合は、体長階級ごとにコホート解析を行う方が簡単であり、また体長-年齢変換に伴う誤差も除くことができる。演者らは、既に体長組成によるシングルコホート解析を提案したが、この方法では多くのパラメータを与える必要があった。そこで本講演では、Pope & Shepherd(1982)のマルチコホート解析の原理を応用した体長によるマルチコホート解析法を提案し、その精度を検討した。【方法】まず、体長組成の推移を表現する遷移行列を作成する。個体の成長の履歴が分かる場合は直接、推移行列を推定できるが、年齢での平均体長と分散さえ得られれば、粗解析は可能である。次に、年ごとの漁獲強度を示すパラメータf_iと体長階級ごとの漁獲選択性を示すパラメータs_jを、以下の方法により推定する。最終年の漁獲量とf・sから最終年の資源量を計算し、これに遷移行列をかけ、自然死亡分をたし、前年の体長別資源量を計算する。これとf・sから前年の理論漁獲量が得られる。以上の手順を、データのある全ての年について順次行い、全期間の理論漁獲量を得る。理論漁獲量と実測漁獲量の残差平方和が最小になるようなf_i,s_jを、Apple社製Power Macintosh 6100/60上で非線形最適化法(シンプレックス探索法)を計算して求める。また、この方法の妥当性と精度を検討するために、さまざまなパラメータに誤差を導入した模擬データを作成し、設定した値と推定された値の誤差を検討した。【結果】誤差を与えない模擬データを推定過程にかけると、設定した資源量などの値が高い精度で偏りなく推定された。また、成長曲線のまわりの偏差、成長曲線のパラメータの個体差、加入量の変動などを与えても、精度良く推定された。
神経変性疾患における異常蛋白質蓄積機構の解明

本年度は、認知症等、神経変性疾患の原因と考えられるタンパク質の異常凝集のメカニズムについて、αシヌクレインの試験管内モデルを用いて明らかにした。またその根本治療法や治療薬として最近注目を集めている低分子化合物のタンパク凝集抑制効果について、特異抗体を用いた方法や生化学解析からその分子作用機序を明らかにした。αsynはパーキンソン病(PD)やレビー小体病患者脳に蓄積するタンパク質であるが、明瞭な構造をとらないnatively unfbld edproteinの一種とされている。αsynのN末端からC末端まで、約10アミノ酸ごとのペプチドを抗原にして作製した特異抗体を用いてその構造変化を解析した結果、αsynは溶液中である程度の構造をとっていること、線維化することによりその構造が大きく変化することを明らかとなった。また、凝集阻害効果を有する低分子化合物を添加すると化合物と結合したモノマーや二量体が形成されるが、それらはモノマーと線維のちょうど中間的な構造を示すことを抗体を用いた解析から示された。この結果は低分子凝集阻害薬が結合したαsynモノマーや二量体は線維形成のon-pathwayの中間体であり、阻害薬は構造変化したモノマーや二量体に作用して線維形成を抑制することを意味する。家族性PDに発見されたA30P変異を導入したαsynは、野生型αsynとは性質が異なる断片化しやすい線維を形成することを見いだした。このA30P線維を鋳型に野生型αsynを線維化すると、野生型ではなく、A30P型の性質を有する線維が形成される。逆に野生型αsyn線維を鋳型にA30P αsynを線維化しても、A30P線維の構造と性質を有する線維が形成されることが判明した。以上の結果から、線維化したタンパク質の構造の違いが変性疾患の多様な病理、病態となって現れる可能性が考えられる。本年度は主に患者脳にみられるTDP-43蓄積を細胞内で再現する細胞モデルの構築を行った。野生型のヒトTDP-43、及び核移行配列の可能性がある二つの配列、PKDNKRK(78-84)とPLRSRK(187-192)を欠損させた変異体をSH-SY5Y細胞に発現し、細胞内局在の変化や凝集体形成の有無について、抗リン酸化TDP-43抗体、及び抗ユビキチン抗体を用いて検討した。その結果、78-84欠損(△78-84)変異体を発現した細胞では細胞質に局在が観察され、187-192欠損(△187-192)変異体を発現した細胞では核内に顆粒状のTDP-43の局在が観察された。さらに細胞をプロテアソーム阻害剤であるMG132で処理した結果、△78-84には細胞質に、△187-192細胞は核内に大きな凝集体様の構造物が観察され、それらは抗リン酸化TDP-43抗体、及び抗ユビキチン抗体に陽性を示した。また△78-84と△187-192の2カ所を欠損させた変異体ではMG132処理なしでも細胞質に明らかな凝集体系性が観察された。この実験から、TDP-43の核移行配列、あるいはRNA認識配列の障害にプロテソームの障害が加わった場合、凝集体の形成が促進される可能性が示唆された。現在のところ、いずれの発現細胞においても、顕著な細胞死は観察されていないが、凝集体形成が認められた欠損変異体において、TDP-43の機能として知られているCFTRエクソン9スキッピング活性の低下が観察されている。その細胞内凝集の引き金になる可能性(あるいは、その逆の可能性)もあり、注意深く解析を続けていきたい。今後はこの細胞モデルを用いてTDP-43の凝集を抑える薬剤の探索などを検討する。

逆に野生型αsyn線維を鋳型にA30P αsynを線維化しても、A30P線維の構造と性質を有する線維が形成されることが判明した。以上の結果から、線維化したタンパク質の構造の違いが変性疾患の多様な病理、病態となって現れる可能性が考えられる。
軟体動物二枚貝における形態進化機構の解明

軟体動物は螺旋卵割を行い、その分裂方向や不等分裂の極性はよく保存されている。しかし二枚貝類の貝殻始原細胞と考えられているX割球は典型的な螺旋卵割のルールから逸脱し、分裂ごとに不等分裂の極性と分裂方向を変化させるという特徴的な分裂パターンを示す。この特徴的なX割球の分裂パターンの進化的変更は二枚貝の「2枚の貝殻」の獲得という形態進化において重要なイベントであったと考えられている。前年度までに、二枚貝の特徴的な卵割パターンが単離した割球においても示されることを示した。この結果は二枚貝の割球は自身の分裂回数を数える機構を持つことを示唆する。本年度は、実験発生学的手法を用いて、分裂回数を数える機構の実体を明らかにすることに取り組んだ。具体的には第一卵割を実験的に等割にさせることで、割球のサイズを変化させ、細胞質/核の体積比または極葉細胞質の量が分裂回数の制御に関与するかどうか検証した。正常胚のD割球系譜では、第三卵割は植物極側の娘細胞が大きく、第四卵割で反転する。等割させた胚において、24%のD割球系譜で第三卵割が等割に変化した。第一卵割を等割にさせたことで、4細胞期のD割球は正常胚に比べると小さくなっている。つまり核と細胞質の体積比が8細胞期の1D割球の状態に近いと解釈すれば、この結果は不等分裂の極性の逆転を示す第四卵割の表現型に近づいていると考えられる。また等割させた胚は第二卵割においてそれぞれ不等分裂し、4細胞期では2つの大型の割球が存在していた。この2つの大型の割球は極葉細胞質を受け継いでいる。この2つの割球において、正常胚と同様に第四卵割時に不等分裂の逆転が見られた。これは、極葉細胞質に二枚貝の特徴的な卵割パターンを制御する因子が存在することを示唆する。26年度が最終年度であるため、記入しない。しかし二枚貝類の貝殻始原細胞と考えられているX割球は典型的な螺旋卵割のルールを無視した特徴的な分裂パターンを示す。この二枚貝特有の卵割パターンを制御するメカニズムを解明するために、将来貝殻腺に分化する二枚貝のD割球を単離しその後の分裂パターンを観察した。その結果単離割球のみで二枚貝特有の卵割パターンが再現されたことから、二枚貝特有の卵割パターンは他の細胞に由来する外因性因子に依存せず、細胞内に存在するタンパク質の局在などによって制御されていることが示唆された。また単離したD割球はトロコフォア幼生に似た形態まで発生した。この幼生は足などの腹側の構造を欠いているが、蝶番も含めた貝殻構造は形成されていた。このことから二枚貝の貝殻構造はD割球の娘細胞に由来するという従来の仮説が確かめられた。さらに二枚貝の卵割パターンの変更が進化的にいつ起こったのか検証するために、掘足類の卵割パターンを観察した。掘足類の卵割パターンは50年前に1例報告があるのみで、近代的手法により検証されていない。また未だ解明されていない腹足類一二枚貝一掘足類の間の系統関係を示唆する重要な知見も得られると考えられる。そこで掘足類の初期胚に蛍光色素を注入し、ライブイメージングによって卵割パターンを観察した。その結果、D割球の初期の分裂パターンが二枚貝と同様であることが確認された。またアコヤガイにおいてbHLH転写因子の網羅的発現解析を行い、特定の組織や割球のマーカーになりうる遺伝子を多数発見した。これは今後二枚貝をはじめとする軟体動物の形態形成を理解するために行う発生学的研究に大いに役立つものである。しかし二枚貝類の貝殻始原細胞とと考えられているX割球は典型的な螺旋卵割のルールを無視して、分裂後とに不等分裂の極性と分裂方向を変化させるという特徴的な分裂パターンを示す。その結果単離割球のみで二枚貝特有の卵割パターンが再現されたことから、二枚貝特有の卵割パターンは他の細胞に由来する外因性因子に依存せず、細胞内に存在するたん白質の局在などによって制御されていることが示唆された。さらに単離割球においても分裂回数に応じて不等分裂の極性、分裂方向の変化が生じたことから、X割球は自信の分裂回数を"数える"機構を持つことが示唆された。また単離したD割球はトロコフォア幼生に似た形態まで発生し、貝殻腺マーカーの発現解析によって腺細胞分化が起こっていることがわかった。

またアコヤガイにおいてbHLH転写因子群の網羅的発現解析を行い、特定の組織や割球のマーカーになりうる遺伝子を多数発見した。これは今後二枚貝をはじめとする軟体動物の形態形成を理解するために行う発生学的研究に大いに役立つものである。軟体動物は螺旋卵割を行い、その分裂方向や不等分裂の極性はよく保存されている。しかし二枚貝類の貝殻始原細胞と考えられているX割球は典型的な螺旋卵割のルールから逸脱し、分裂ごとに不等分裂の極性と分裂方向を変化させるという特徴的な分裂パターンを示す。この特徴的なX割球の分裂パターンの進化的変更は二枚貝の「2枚の貝殻」の獲得という形態進化において重要なイベントであったと考えられている。前年度までに、二枚貝の特徴的な卵割パターンが単離した割球においても示されることを示した。この結果は二枚貝の割球は自身の分裂回数を数える機構を持つことを示唆する。本年度は、実験発生学的手法を用いて、分裂回数を数える機構の実体を明らかにすることに取り組んだ。具体的には第一卵割を実験的に等割にさせることで、割球のサイズを変化させ、細胞質/核の体積比または極葉細胞質の量が分裂回数の制御に関与するかどうか検証した。正常胚のD割球系譜では、第三卵割は植物極側の娘細胞が大きく、第四卵割で反転する。等割させた胚において、24%のD割球系譜で第三卵割が等割に変化した。第一卵割を等割にさせたことで、4細胞期のD割球は正常胚に比べると小さくなっている。つまり核と細胞質の体積比が8細胞期の1D割球の状態に近いと解釈すれば、この結果は不等分裂の極性の逆転を示す第四卵割の表現型に近づいていると考えられる。また等割させた胚は第二卵割においてそれぞれ不等分裂し、4細胞期では2つの大型の割球が存在していた。この2つの大型の割球は極葉細胞質を受け継いでいる。この2つの割球において、正常胚と同様に第四卵割時に不等分裂の逆転が見られた。これは、極葉細胞質に二枚貝の特徴的な卵割パターンを制御する因子が存在することを示唆する。26年度が最終年度であるため、記入しない。二枚貝の形態進化と卵割パターンの改変との関係を解明するために、初年度予定していた実験に関しておおむね予定通りに進展した。さらに近年の研究動向を踏まえたうえで掘足類を用いた実験を追加し、一定の成果を上げることができた。二枚貝の足糸形成と腹足類の蓋形成の比較に関しては、網羅的な遺伝子発現解析を行い、詳細に解析すべき遺伝子の候補を得た。以上のように、研究計画と異なる実験も行ったがおおむね予定通りに研究が進行している。不等分裂を制御する因子を探索するために、極性因子ーGFP融合タンパク質コンストラクトを使用する計画であったが、この手法の確立が遅れ、研究計画の変更を余儀なくされたため。近年次世代シーケンサーを用いた軟体動物の系統関係に関する大規模な解析が報告された。それに基づくと、二枚貝の形態進化を理解するためにも掘足類の卵割パターンについて研究する必要性が生じた。これについては初年度に実験を行い、本年度データを追加することで論文として発表できるめどが立った。掘足類の実験を除いては、研究計画に大きな変更はなく、今後も予定通りに遂行する予定である。本年の研究によって二枚貝のX割球は自身の分裂回数を数える機構を持つことが示唆された。今後はこの機構の解明及び二枚貝の特徴的な分裂パターンの制御メカニズムを明らかにすることを目指す。当初とは手法を変更し、サイトカラシンなどの薬剤を用いて人為的に細胞分裂を停止・再開させた時の分裂様式を観察することによって、上記メカニズムの解明を試みる
高等教育機関における情報基盤利用記録を用いたアナリティクス

高等教育機関におけるラーニングアナリティクスを現実化するために,e-Learningなどの利用記録だけでなく,無線LANなどの利用記録を利用者情報とともに分析することにより,高等教育機関における活動に関する体系的な情報を取得することを可能とする基盤を構築することを試みた.神戸大学の全学無線LANシステムの利用記録と,利用者情報(所属学部,入学年度)を組み合わせて分析することにより,大学における学生の学習行動をある程度分析できることを確認した.本研究では,ラーニングアナリティクスなどの高等教育機関において期待されている様々な分析(アナリティクス)を実現するために,情報基盤において生成・蓄積されている操作記録(ログ)情報と, e-Learningシステム等の高等教育機関における教育研究サービスを提供するための情報システにおける利用記録を,情報基盤における認証情報やデバイスの識別情報などを用いて組み合わせる.これにより,部分的な操作記録を各利用者毎に補完し,高等教育機関における活動に関する体系的な情報を取得するための基盤を構築することを試みる.さらに,具体的な教育用施設・情報システム等を用いた教育研究活動を例に取り,操作記録データに基づいた解析・効果測定を実施することを目的とする.H27年度は,研究計画に従って,(1)本研究に関わる操作記録の研究利用に関し,研究倫理委員会に許可申請し,ユーザID情報の匿名化等を条件とした承認を得た.また(2)現在蓄積されている操作記録を整理統合して研究用の記憶装置に統合した.さらに(3)全学無線LANの接続記録を分析することにより,学内学習施設の利用状況や学生の学内における滞在状況に関する解析を行い,成果を情報処理学会IOT研究会において発表を行った.研究計画に記載した内容をすべて実施しているので順調に進展しているものと判断している.さらに,高度な解析のためのプログラム開発の準備のため,パイロット的なプログラム開発をすすめている.本年度は,学内に過去5年間に渡って保存されている1)有線ネットワークへの機器の接続記録, 2)学内IP毎のHTTP利用記録,3)無線LANシステムの認証情報,接続記録を分析し,学内における情報基盤の利用状況の解析を実施した.その結果,機器の接続記録の分析により,a)ネットワーク上に障害が発生していたことが利用記録から推定できることが判明した.b)機器の入れ替え状況の季節変動が学部によりかなり相違点があり,これから各学部における情報機器の利用状況が推定できることが判明した. c)長期間に渡って接続されたまま放置されている機器があり,セキュリティ上大きな問題があることが判明した.また,HTTP利用記録の解析により,一定の条件のもとで過去にウイルス等に感染したPCをかなりの精度で検出できることを示した.c)無線LANシステムの利用記録により,過去5年間の利用人数の把握とともに,どのようなデバイス(機器の種類,OS)が用いられているかの解析が可能であることを示した.理系学部と文系学部で比較を行った結果,利用の大部分はスマートフォンであり,大差がないことが判明した,さらに,学内自習施設の利用状況(学年毎,利用時間),部局毎に集計することにより各学部の学生の在学時間の傾向分析も可能であることを示した.上記の成果は,情報処理学会インターネットと運用研究会において発表している.個々の利用記録の分析に関しては終了しているため.本研究では,情報基盤における操作ログや認証情報を利用し,情報基盤上の断片的な操作記録を各利用者に関連付けることにより統合し,利用者の学習行動などの体系的な情報を取得することにより,高等教育機関における様々なアナリティクスを実行可能にすることを試みた.利用ユーザが特定できる無線LANシステムの利用記録を過去5年間に渡って分析し,学生全体の利用傾向を分析するとともに,人文系,社会系,理系ごとに利用傾向の分析を実施した.その結果,スマートフォンの普及とともに,無線LANの利用者は増加しており,学問分野による差異は認められなかった.また,利用機器の種類については,増加分の殆どはスマートフォンであることもデータから裏付けられた.更に,日中に無線LANの利用者の中で一時間ごとにどのくらいの割合て各学年の学生が利用しているかについて,各学部ごとおよび自習室ごとに分析を行った.その結果,学部ごとに顕著な特徴があり,学部における教育活動から推測できる結果と一致した.このことより,無線LANの利用状況の分析は大学における学生の活動を反映したものとなっていることが強く推察される結果を得た.以上の分析により,無線LANの利用傾向は,ほとんどの学生がスマートフォンを保持している現在においては,学内における行動の傾向とほぼ一致することが裏付けられた.また,スマートフォン以外の通信を分析することにより学生の学内における学習行動のより詳細な分析が可能であることも推察される.高等教育機関におけるラーニングアナリティクスを現実化するために,e-Learningなどの利用記録だけでなく,無線LANなどの利用記録を利用者情報とともに分析することにより,高等教育機関における活動に関する体系的な情報を取得することを可能とする基盤を構築することを試みた.神戸大学の全学無線LANシステムの利用記録と,利用者情報(所属学部,入学年度)を組み合わせて分析することにより,大学における学生の学習行動をある程度分析できることを確認した.基本的に,研究計画通りに研究を推進する.更にアナリティクスに適用可能なデータ(操作記録)があれば取り入れることを検討する.

得られた成果に関しては,国内外の学会において発表を行う.今後は,複数の種類の利用記録(無線LANとHTTP,有線接続とHTTP)を組み合わせた解析を行い,どのような解析が可能であるかに関する研究を行う.解析手法,結果に関しては論文にまとめて発表を行う.情報システム工学平成27年度に導入した機器の価格が想定よりも低かったことと,調査のための出張がスケジュールの関係で一部できなかったためである.予定していた国際学会への投稿が間に合わず旅費が支出できなかったため.残額に関しては本年度導入予定の機器・消耗品・調査研究旅費に充当する予定である.最終年度に投稿し,発表を行う.
臓器ニッチを用いたヒトiPS細胞から腎への分化誘導法の開発

マウス・ラット小動物モデルにおいて、Six2遺伝子改変マウスモデルを用いて、マウス腎臓を土台として、ラット腎前駆細胞を注入することにより、除去したマウスネフロン発生部位にラット細胞由来のネフロンの新規発生を行うことが可能であった。上記手法はクロアカ(膀胱付き幼若腎臓)の腎皮膜下にあるネフロン発生部位への細胞注入を行うことにより、可能となったが、現状のプロトコールでは尿管・膀胱は異種のまま残存する事になるため、今後は腎のみならず、尿管・膀胱をふくめてhiPSC/RPC由来にすることを目指してさらなる検討を行っていく予定である。注入するネフロン前駆細胞は将来の臨床応用を想定した場合、腎不全患者さん由来のiPS細胞を用いる事になる可能性があるため、腎不全患者さんのiPS細胞がネフロン前駆細胞へ分化するか否かの検討を行った結果、腎不全患者由来のiPS細胞と健常者由来のiPS細胞では腎不全患者由来のiPS細胞でも遜色なくネフロン前駆細胞まで誘導できると考えられた。しかしながら、土台となるマウス腎臓内にヒトiPS細胞由来ネフロン前駆細胞を注入した場合の発育条件の検討がまだ進んでおらず、ここを今後さらに入念に検討する必要があるとともに、細胞ソースとしてのヒトiPS細胞からネフロン前駆細胞への分化誘導効率のさらなる高効率化が必要と考えられた。また将来のヒト臨床応用を想定して霊長類であるコモン・マーモセットによる腎原基異種移植検討を行ったが、発育条件としての免疫抑制療法の検討も今後さらに調整が必要であることが考えられた。iPS細胞からネフロン前駆細胞への分化誘導や、臓器内注入したキメラ腎臓の発育が当初想定していた結果にはならず、さらなる詳細な検討を必要としている。iPS細胞からネフロン前駆細胞への分化誘導について、高効率化を目指しさらなる条件検討を行う。土台となる腎・クロアカへの最適な細胞投与条件についても条件検討を行い、研究の遂行を目指す。また現状のプロトコールでは尿管・膀胱は異種のまま残存する事になるため、今後は腎のみならず、尿管・膀胱をふくめてヒトiPS細胞由来に置き換えていくことを目指してさらなる検討を行っていく予定である。腎臓再生療法を実現するために我々は胎生臓器ニッチ法を開発した。胎生臓器ニッチ法とはすなわち異種胎仔の腎発生部位に幹細胞・腎前駆細胞を注入することで動物の分化シグナルを幹細胞に入れ、腎へと分化誘導させる方法であるが、そこには解決すべき課題がいくつか存在する。腎の発生部位にはもともとの腎前駆細胞が存在し、外来異種の腎前駆細胞を注入しても一部にしか定着しないことが分かった。そこで我々はアポトーシスを誘導できる遺伝子改変マウス(ER/E2F1 Tgマウス)を準備し、マウスの体内でラットのエリスロポエチン(EPO)産生組織をつくる事に以前成功しているため、本研究ではそのシステムを応用して、新規腎を発生させることを目標とした。本年度、研究を進めていくにあたり、より特異的にアポトーシスを誘導することを目標とし、新たな遺伝子改変動物(Six2発現腎前駆細胞を薬剤投与によって特異的に除去する遺伝子改変マウス)を開発し、ホスト動物の後腎において腎前駆細胞のアポトーシスが誘導されるシステムを構築した。このシステムにより、in vitroにおいて腎前駆細胞を特異的に除去することが可能となった。今後、さらにこのシステムを発展させ、in vivoでの各種検討も行っていく。また、将来的にヒト細胞由来の腎を作成し、ヒト臨床応用を目指しているが少なくとも現時点でマウス・ラットのげっ歯類間での後腎・クロアカ(総排泄腔)移植をより安定して生着させるために、異種移植の免疫抑制薬調整を検討した。その結果、現時点ではTACおよびMMFによる2剤併用プロトコールで安定して移植腎生着を保つことができるようになった。遺伝子改変動物を当初の計画と変更したが、順調に進行している。研究を進めていくにあたり、より特異的にアポトーシスを誘導することを目標とし、新たな遺伝子改変動物(Six2発現腎前駆細胞を薬剤投与によって特異的に除去する遺伝子改変マウス)を開発し、ホスト動物の後腎において腎前駆細胞のアポトーシスが誘導されるシステムを構築した。これを用いて、腎前駆細胞を除去すると同時に目的とする動物種の腎前駆細胞を注入することにより、目的動物種の腎を再現することが可能となった。現在、in vivoでの検証およびヒトiPS細胞を用いた検証を行っている。

マウス・ラットのげっ歯類間での後腎・クロアカ(総排泄腔)移植をより安定して生着させるために、異種移植の免疫抑制薬調整を検討し、現時点ではマウスおよびラットにおいてはTACおよびMMFによる2剤併用プロトコールもしくはTACおよびmPSLの2剤併用プロトコールで安定して移植腎生着を保つことができるようになった。昨年度、遺伝子改変動物を変更することによって、前駆細胞除去システムを改良し、げっ歯類においては良好な結果をもたらすことができた。しかしヒト細胞での検証は未だに達成されていないため、本年度はヒト細胞での検証を重ねていく。マウス・ラット小動物モデルにおいて、Six2遺伝子改変マウスモデルを用いて、マウス腎臓を土台として、ラット腎前駆細胞を注入することにより、除去したマウスネフロン発生部位にラット細胞由来のネフロンの新規発生を行うことが可能であった。上記手法はクロアカ(膀胱付き幼若腎臓)の腎皮膜下にあるネフロン発生部位への細胞注入を行うことにより、可能となったが、現状のプロトコールでは尿管・膀胱は異種のまま残存する事になるため、今後は腎のみならず、尿管・膀胱をふくめてhiPSC/RPC由来にすることを目指してさらなる検討を行っていく予定である。注入するネフロン前駆細胞は将来の臨床応用を想定した場合、腎不全患者さん由来のiPS細胞を用いる事になる可能性があるため、腎不全患者さんのiPS細胞がネフロン前駆細胞へ分化するか否かの検討を行った結果、腎不全患者由来のiPS細胞と健常者由来のiPS細胞では腎不全患者由来のiPS細胞でも遜色なくネフロン前駆細胞まで誘導できると考えられた。しかしながら、土台となるマウス腎臓内にヒトiPS細胞由来ネフロン前駆細胞を注入した場合の発育条件の検討がまだ進んでおらず、ここを今後さらに入念に検討する必要があるとともに、細胞ソースとしてのヒトiPS細胞からネフロン前駆細胞への分化誘導効率のさらなる高効率化が必要と考えられた。また将来のヒト臨床応用を想定して霊長類であるコモン・マーモセットによる腎原基異種移植検討を行ったが、発育条件としての免疫抑制療法の検討も今後さらに調整が必要であることが考えられた。iPS細胞からネフロン前駆細胞への分化誘導や、臓器内注入したキメラ腎臓の発育が当初想定していた結果にはならず、さらなる詳細な検討を必要としている。in vivoにおいて、遺伝子改変動物が計画通りアポトーシスが誘導されるかを検討する。アポトーシス誘導薬の投与経路・投与量・投与タイミングを検討する。最終的にiPS細胞由来の腎前駆細胞を用いて新規腎を発生させる予定である。また、in vivoの検討を進めるために、異種腎移植のための免疫抑制薬投与の検討もさらに進めていく。げっ歯類(マウスおよびラット)では目的動物の腎前駆細胞を腎へと分化誘導させることに成功しているが、ヒト細胞ではいまだに成功していない。本年度はヒトiPS細胞を動物内で腎へと分化誘導することに注力する予定である。iPS細胞の脆弱性ゆえに多くの検証が必要となることが想定される。iPS細胞からネフロン前駆細胞への分化誘導について、高効率化を目指しさらなる条件検討を行う。土台となる腎・クロアカへの最適な細胞投与条件についても条件検討を行い、研究の遂行を目指す。また現状のプロトコールでは尿管・膀胱は異種のまま残存する事になるため、今後は腎のみならず、尿管・膀胱をふくめてヒトiPS細胞由来に置き換えていくことを目指してさらなる検討を行っていく予定である。
大学生に対する教育成果に教育評価のあり方が与える影響

高等教育において,教育評価のあり方がいかに学習の質や教育成果に影響するかを解明した。また,様々な大学で実施されている成績評価制度改革が,学習にどのような影響を与えているかを調査し,これによって実際の授業での学生の学びがどのように変化したのか実態を把握した。さらに,本研究ではICT(情報通信技術)を活用した形成的評価に注目し,これを用いた教育改善とその効率化を提案し,大学教育改革に資する可能性を示した。教育効果の向上に資するICT(情報通信技術)を活用した教育方法および教育評価方法を提案することによって,大学教育改革に貢献することを目的としている。ポイントは2つで, 1つは教育評価が教育成果に与える影響に関するプロセスの検証,もう1つは国内外の大学での成績評価制度改革の実態把握である。前者では,教育評価のあり方が大学教育の教育成果に影響するプロセスを解明する。本研究では特に, ICTを利用した形成的評価に注目する。形成的評価は,学生に自分の理解度や学習方法を見直す機会を与え,効果的な学習方略の使用と学習習慣作りを促すと考えられる。採点や成績集計の自動化,即時フィードバックが可能になるICTを利用した形成的評価の有効性を詳しく実証する。さらに, ICT活用教育の大学経営的な有効性の証左を得る。後者では,国内外で実施されている大学全体での成績評価制度の改変が,学生の学習にどのような影響を与えているかについて調査し,大学の成績評価改革によって実際の授業での学生の学びがどのように変化したのか,実態を把握する。1,本研究課題に関わる予備調査の実施学生が受講した授業のうち,最も成績評価が厳しい授業と易しい授業のそれぞれについて,どのような学習態度で授業に臨んでいたか(予習をしていたかなど),どのような学習方略を用いていたか,学習成果をどのように評定するかといったことを調査した。成績評価の難易度のほかに,試験を複数実施してフィードバックをする形成的評価が行われていたかどうかも調査した。これらのことから,学習成果をあげるには学生に学習させる必要があること,そして学生に学習させるには成績評価を厳格にするだけでは不十分で,試験を複数実施するなどして学生の学習習慣を形成する必要があることが示された。(西垣著「成績評価の何をどのように検討するべきなのか」にて発表)その一方で,形成的評価の実施状況が,学習方略が学習成果に与える影響は限定的でもあった。この背景としては,学生が返却された試験を効果的に見直していない可能性が考えられる。この点について主も追訴査が必要である。また,大学の成綾評価改革によって実際の授業での学生の学びがどのように変化したのかなどについて,国内の大学の実地調査を行うとともに,海外調査の実施(平成19年度に実施予定)に向けた事前調査を行った。2,ICT利用コンテンツ開発の着手1の実施にあわせて,ICTを利用して教育成果の向上に資する学習コンテンツのプロトタイプを作成し(「力学基礎」,「電磁気学基礎」),平成19年度の試用に備えた。(成果の一部は,2007PCカンファレンス(8月,北海道大学)で発表予定)1,教育評価が教育成果に与える影響に関するプロセスの検証これまでの予備調査の分析結果に基づき,本調査の実施と分析を行った。分析によると,成績評価の難易度と学習成果の関連が初年次生と高年次生で異なっており,学習成果の認識は,学習動機のあり方等とも関連が深いものと理解され,初年次教育のあり方などを考える上での示唆を得た。また,形成的評価の実施は授業時間外学習を促すという効果があるものの,学習成果を高めるという効果は確認されなかった(大学教育学会(6月,目白大学)およびIUT(7・8月,英国・グラスゴー)で発表予定)。形成的評価のあり方については,学生の授業への参加意識の向上や特定の知識や技能の向上などに的を絞って,今後より詳細に検討していく。2,成績評価制度の改変と学生の学習への影響に関する調査国内外の高等教育機関について,調査を行った。特に,米国のインディアナ大学-パーデュー大学インディアナポリス(IUPUI)を訪問し,Assessment Instituteに参加するとともに,状況調査を行った。その他韓国についても,別途予算により訪問し(高麗大学,KERISなど),ICT活用を中心に基本的な状況把握を行った。これらの調査は,今後の研究成果とりまとめの参考とする。3,ICT活用教育に利用するコンテンツの拡充これまでに作成したコンテンツおよび,開発した教育手法について,利用を継続するとともに,その評価・改善を行い,ICT利用に留まらず,実施可能な教育方法改善を検討・実施した(成果の一部は,2008PCカンファレンス(8月,慶応義塾大学)で発表予定)。また,ICT活用による教育方法と教育効果に関して,信州大学「教育の質保証」プロジェクトと連携し,ICTを教育に利用している教員を中心にアンケート調査を実施し,平成20年度以降の教員を主対象とする調査の準備を行った。【教育評価が教育成果に与える影響に関するプロセスの検証】

平成19年度までに実施した調査結果をとりまとめ,大学教育学会で発表するとともに,論文を『大学教育学会誌』に発表した。成績評価が厳しいと学生が認識している授業と甘いと学生が認識している授業における学生の学習行動や学習成果についての調査では,学年による違いが判明した。初年次学生は「大学の学習成果」についてまだ十分な認識を持っていない可能性があることが示唆され,初年次学生に対する教育の在り方(各大学の教育目標の理解など)を検討する上での示唆を得た。【国内の大学における成績評価制度改革後の実態調査のとりまとめ】平成19年度までに実施した単位制度の運用状況等の調査結果をとりまとめ,大学教育研究フォーラム(京都大学)にて発表した。この調査では,学生の自習を支援する体制について,整備が進みつつある現状が示された。特にe-Learningを活用した取組が幅広く行われていた。また,GPA制度と履修登録単位数の上限設定を実施した後に学生の学習時間が増えたという大学では,シラバスへの自習支援情報の明示などの自習支援策をより多くの組み合わせで実施していることも示された。このことから、単位制度に関わる諸施策は個別に導入するのではなく,学習目標を明確設定した上で,学生の学習を支援するための取り組みを体系的に整備していくことが必要であることが示唆された。【ICT利用による教育評価実施の「効率性」の検証】信州大学「教育の質保証」プロジェクト(現代GP「自ら学び,学び続ける人材育成の基盤形成」)と連携して,同プロジェクト協力教員を中心にアンケート調査を行い,同プロジェクトの報告書として整理した。今後,この結果を精査し,本研究の趣旨である「効率性」の検証を行う予定である。担当者の間では,この効果・効率について,肯定的な意見が多かった。【教育評価が教育成果に与える影響に関するプロセスの検証について】これまで実施した調査を総合的に分析し,本補助金報告書にまとめた。概略は,以下の通り。1)成績評価の厳しい授業とやさしい授業における受講生の学習方略の利用状況には違いがあり,厳しい授業においては受講生が,理解方略,拡張方略といった積極的学習方略とともに暗記方略も多く利用していた。逆にやさしい授業では学習方略を利用しない傾向があった。その一方で,学習成果の認知には両者に違いが見られなかった。2)形成的評価の実施状況は,学生の授業時間外学習時間には影響する。3)学習成果に対して,成績評価の難易度と学年による交互作用が見られ,成績評価が厳しい授業の学習成果を1年生は低く評定していた。4)形成的評価がもたらす効果は,教員との評価を介したやり取りを通じた学習意欲の高まりといった情動的な側面への効果である可能性がある。【国内の大学における成績評価制度改革後の実態調査について】これまで実施した国内の大学における成績評価制度改革後の実態調査を総合的に分析し,本補助金報告書および論文(西垣・矢部)にまとめた。概略は,以下の通り。1)学生の自習を支援する体制については,整備が進みつつある。2)特にe-LearningなどICTの活用が幅広く取組まれている。
脳内の生理活性物質を対象とするキャピラリー電気化学センサーの創案

本研究の成果の概要は以下のとおりである.1.導電的サンプリング能(先端径数μm)および毛管現象に基づくサンプリング能(10μm程度)のガラスキャピラリーを用い,内部溶液として酵素GluOx及びアスコルビン酸オキシダーゼを含む溶液を入れたL-グルタミン酸センサーを開発した.このセンサーを用いてマウス脳スライス内より放出されるL-グルタミン酸の定量を行った.2.逆行性神経伝達物質の候補のひとつであるアラキドン酸が脂質二分子膜において選択的なイオン輸送(チャンネル型)を引き起こすことを見出した.アラキドン酸のイオン輸送に基づくイオン電流は,アラキドン酸センサーの信号として有用なことを示した.3.目的物質のレセプターによる認識が,独立に存在するチャンネル分子の活性化を引き起こすという新しい作動機構に基づく微小脂質二分子膜センサーを,レセプターとしてビオチン化脂質およびジニトロフェニル(DNP)修飾リン脂質,情報変換素子としてのグラミシジン単一チャンネルを用いて開発した.このセンサーの原理が一般的に成り立つことを示した.4.ガラスキャピラリー先端に作成した脂質二分子膜にグルタミン酸レセプターチャンネル分子種を包埋したシングルチャンネルセンサーを作成、イオン透過性に基づく新しいアゴニスト選択性評価法を提案した。本センサを用いて評価した選択性は、結合能に基づく選択性とはパラレルでないことをしめした。1.電気泳動によるイオンサンプリング能を内蔵するガラスキャピラリーセンサーを作成した.モデルイオンとして[Fe(CN)_6]^<4->及びフェロセニルメチルトリメチルアンモニウムを用いて,φ1-2μmの円錐型先端をもつガラスキャピラリー電極では,イオンの電気泳動速度は電気浸透流よりも速く,電荷選択的にイオンがキャピラリー電極内部へと輸送されることを見出した.この原理に基づいて,電荷選択的イオンサンプリング能をもつキャピラリー超微小電極を創案し,その感度,応答速度,選択性について検討した.2.脂質二分子膜中のチャンネル分子の側方拡散を,目的物質-脂質相互作用によって制御する新しい原理のセンサーを,グラミシジンシングルチャンネルを用いて開発した.このセンサーでは,認識部位を修飾した脂質二分子膜表面での分子認識反応をチャンネルの側方拡散の変化として検出する.目的物質及び認識素子のモデルとしてアビジン誘導体及びビオチンを用い,センサーの原理及び感度について調べた.3.逆行性神経伝達物質のアラキドン酸を脳スライス内のその場で検出する脂質二分子膜センサーの開発に着手した.マウス脳より取り出したスライス標本中の細胞膜をガラスキャピラリーで掴み取り生体膜センサーを作成し,スライス内でのアラキドン酸の応答挙動について検討した.その結果,生体膜センサーでは,10nMもの低濃度のアラキドン酸を検出できることを見出した.1.逆行性神経伝達物質アラキドン酸の電気化学検出アラキドン酸(AA)は逆行性神経伝達物質の候補の一つであるが、神経伝達の中で果たす役割は未解明である。AAは電気不活性なためこれまで電気分析法の対象をされてこなかった.我々は、アラキドン酸が脂質二分子膜及び生体膜と相互作用してチャンネル的な膜透過性の変化を引き起こすことを見出した。脳海馬スライスを用いて、生体膜での膜透過性の変化をセンサーの応答として引き出すことによりグルタミン酸刺激によるアラキドン酸の放出及びその濃度(nMレベル)をin situに検出できた(投稿中)。2.グルタミン酸レセプター分子種の電気化学的識別噛乳類大脳の神経シナプス後膜に存在するグルタミン酸レセプター(GluR)イオンチャンネルは記憶、学習などの神経情報伝達において最も重要な膜蛋白である.マウス脳より取り出した海馬スライスを用いて一個のnative NMDAレセプター含む生体膜シングルチャンネルセンサーをその場で作成した.シングルチャンネルを透過するイオン量およびAAの効果に基づいて4種のNMDAレセプター分子種を識別できた.これは,生体膜を用いるセンサーを開発する上で感応素子としてのGluRの特性を示したことになる(投稿中).3.超微小キャピラリー電極による海馬スライスでのL-グルタミン酸放出の検出神経伝達物質L-グルタミン酸の局所濃度を知ることは,神経伝達の分子機構を知る上で必須のことである.