hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
分子ビーム誘起表面反応の立体制御と超高速高分解能光電子分光分析

連続噴射型の超音速分子ビーム源等を製作して、分子ビームの強度不足を克服した。また、高速原子・分子(イオン)ビーム装置では、プラズマイオン源を改造してイオン電流を増大させた。さらに、超高速光電子分光システムでは、5チャンネル検出器に対応した新型の測定システムを導入して高速測定を実施した。これらの装置を活用して、多数の外部機関と共同して分子ビーム誘起表面反応とその高速光電子分光観察を実施し、多数の表面反応機構を解明した。1研究代表者(寺岡有殿)は、自身が立案した研究計画に基いて研究を管理・推進して、超音速配向分子ビーム装置の開発、高速中性原子・分子ビーム装置の活用、超高速光電子分光システムの改良を主導した。研究分担者(吉越章隆)はそれらの開発・改良を研究代表者と共同して行い、装置を活用したアルミニウム酸化膜形成実験等を行った。さらに、東北大学通研、東北大学多元研、京都大学理学部、大阪大学理学部、大阪大学工学部、神戸大学工学部等と共同研究(シリコンや炭化シリコンの酸化反応ダイナミクス、ダイヤモンドライクカーボンや窒化ゲルマニクムの光電子分光分析など)を実施して多数の成果を得た。2超音速配向分子ビーム装置における連続噴射型超音速分子ビーム源の開発:超音速配向分子ビーム装置では、平成19年度までに超音速NO分子ビームの状態選択と配向制御を実現していたが、分子ビーム源がパルス型であるために試料表面に供給する分子の量が不足する難点があった。そこで連続噴射型の超音速分子ビーム源を新たに開発・製作して分子ビームを大強度化した。3高速中性原子・分子ビーム装置の活用:既存の高速中性原子・分子ビーム装置を用いて数keV領域での高速窒素原子・分子イオンビームを核融合炉内壁用材料として期待されるタングステン表面に照射して、放射光を用いて深さ方向の窒素原子分布とその化学結合状態を分析した。4超高速光電子分光システムの改良:64チャンネル光電子検出器を用いた光電子分光の超高速化では、試作システムを使用しながら総合的な試験を行い、ハードウェアの改造、さらに、制御ソフトウェアの操作性を改善するための改良に向けて問題点を抽出した。5成果発表:共同研究も含めた研究開発成果を国際学会(19件;国内開催の国際会議も含む)、国内学会(21件)で発表した。さらに国内外の専門誌に論文(14件)を発表した。本研究では、酸素、炭素、窒素などの超音速分子ビームおよび高速原子・分子(イオン)ビームを用いて半導体や金属表面での化学反応を誘起し、極薄酸化膜・窒化膜・炭化膜の形成を高精度に制御することを目的としている。さらに、大型放射光施設(SPring-8)の軟X線放射光を活用して、その反応過程を高速にリアルタイムその場光電子分光観察することを目指している。平成21年度では以下の成果を得た。(1)高速原子・分子(イオン)ビーム装置におけるフィラメント型イオン源の開発:高速原子・分子(イオン)ビーム装置では、現用のコールドカソード型プラズマイオン源をフィラメント型イオン源に交換する装置の改造・改良を検討した。それによってイオンの初期エネルギーを数eV程度に低減することを目指した。(2)連続噴射型超音速分子ビーム源の開発:超音速配向分子ビーム装置では、「ガス導入機構接続チェンバ」を設計・製作して、前年度に製作した連続噴射型超音速分子ビーム源を装着し、それらを既存のX線光電子分光装置に接続して、同一試料に対して超音速分子ビーム照射と高速原子・分子(イオン)ビーム照射を可能とし、さらに照射面のX線光電子分光観察を可能とした。(3)超音速分子ビームを援用した放射光光電子分光装置の活用:東北大学通研、東北大学多元研、京都大学理学部/コベルコ科研、横浜国立大学工学部、大阪府立大学、大阪大学理学部、大阪大学工学部と共同研究を実施して、シリコン、ゲルマニウム、炭化シリコン、ルテニウム、銅の酸化反応、タングステンの炭化反応、それらの表面の放射光光電子分光分析など、多数の成果を得た。本研究では、酸素、窒素などの超音速分子ビームおよび高速原子・分子(イオン)ビームを用いて半導体や金属表面での化学反応を誘起し、極薄酸化膜・窒化膜の形成を高精度に制御することを目的としている。平成20年度の超音速配向分子ビーム装置の整備、平成21年度の高速中性原子・分子ビーム装置におけるフィラメント型イオン源の検討に引き続いて、平成22年度には超高速光電子分光システムの改良を行った。それによって、超音速分子ビーム、または、高速中性原子・分子ビームを具備した表面ナノプロセス化学装置の性能を向上させた。それらを用いて、産業上重要な材料表面に極薄酸化膜や窒化膜を形成する表面ナノプロセス化学の実証実験を実施した。

1.高速原子・分子(イオン)ビーム装置の開発では、現用のコールドカソード型プラズマイオン源のコールドカソードを新型に更新してイオン電流を増大させた。2.連続噴射型超音速分子ビーム源の開発では、製作したそれを既存のX線光電子分光装置に接続して、同一試料に対して超音速分子ビーム照射と高速原子・分子(イオン)ビーム照射が行えることを実証した。3.超高速光電子分光システムの改良では、測定システムを新型のものに更新し、解析プログラムを改造して高速測定を実施した。4.超音速分子ビームを援用した放射光光電子分光装置の活用では、東北大学通研、東北大学多元研、大阪大学科学教育機器リノベーションセンター、横浜国立大学工学部、大阪府立大学、大阪大学工学部と共同研究を実施して、シリコン、ゲルマニウム、炭化シリコン、銅の酸化反応、タングステンの炭化反応、それらの表面の放射光光電子分光分析など、多数の成果を得た。
日本の高等専門学校における英語以外の外国語教育に関する調査研究

最終年度に当たる平成17年度は,これまでの実地調査で判明した四つの全体的な傾向,つまり,(1)高専におけるドイツ語教育の今日的意義の相対的希薄化,(2)高専の外国語教育における英語教育の徹底した実学化,(3)高専の教育課程における英語以外の外国語科目の低い位置づけ,(4)中国語などを中心とした多様な外国語教育の漸次的広がり,を踏まえて,さらに特徴的な傾向を浮き彫りにするための調査を進めた。具体的には,インターネットのHPなどを活用し,全63校(国立,公立,私立)の教育課程表から英語以外の外国語教育の実施状況を調べた。教育課程表の掲載がない場合には,電話取材と実地取材を行い,正確なデータの収集に努めた。その結果,1997年度の教育状況と比較して,履修形態と履修学年の点で大きな変化が生じていることがわかった。確認できた範囲ではあるが,まずドイツ語を必修科目にしている高専が38校から26校に減り,逆に英語以外の複数の外国語科目の必修選択,多様な科目の中から英語以外の外国語を選ぶ選択必修(あるいは自由選択)といった履修形態が大幅に増えている。履修学年についても,高校段階に当たる1・2・3年次に英語以外の外国語を開講していた高専が18校から13校に減っている。このように,(5)英語以外の外国語科目の履修形態としての脱必修科目化,(6)英語以外の外国語科目の履修学年(4・5年次)の固定化,という傾向が明らかになった。上記の研究成果の一部は,ポーランド・ワルシャワ大学東洋学研究所主催日本学招聘講演会(2005年12月8日,ワルシャワ大学,ワルシャワ)において,「日本の高等専門学校と英語以外の外国語教育-英語志向の時代潮流の中で問われる必要性と展望-」と題して口頭発表した。高等専門学校の英語以外の外国語教育に関する実地調査は、北海道の全5校(釧路工業,旭川工業,苫小牧工業,函館工業,札幌市立)について終了した。その結果、外国譜教育における英語教育の比重が以前にも増して一段と強まっていること、高専におけるドイツ語教育を中心とする英語以外の外国語教育の今日的意義の希薄化という課題の解決が急務となっていること、の二つの点が特筆すべきほぼ共通の傾向として判明した。また、ロシア語教育を実施している全4校(旭川工業,福島工業,富山商船,育英工業)について、実地調査を行なった。旭川工業,福島工業,富山商船の3校については、ロシアとの地域的な関わりや経済的な結びつきなどにより、ロシア語運用能力のある人材に対する地元のニーズがある程度存在し、その意味で、ロシア語教育の重要性や意義が学校内において強く認識されていること、一方、東京にある育英工業ついては、長年にわたって異文化理解教育の一貫としてロシア語を開講してきたが、英語教育を強化する教育課程編成への強い志向の中で、来年度以降、閉講されることになり、英語以外の外国語教育に対する相対的なニーズの希薄化とともにロシア語を含む多様な外国語教育の維持が非常に困難になっていることが明らかになった。さらに、これまでの研究成果の一部について、国際会議(「日本とロシアとの学校間交流-豊かなロシア語教育の土壌を育む営み-」,日ロ共同シンポジウム,モスクワ,2003年9月)、学内の公開セミナー(「ロシアと日本-ことば・社会・教育の諸相-」,筑波大学現代語・現代文化学系公開セミナー,2003年10月)、そして、国内の研究会(「日本の高等専門学校における英語以外の外国語教育に関する現状と課題-ロシア語教育の事例報告も含めて-」,ロシア語研究会《木二会》,東京外国語大学,2004年3月)において口頭発表した。平成16年度は、東北(八戸工専)、中部(豊田工専、近畿大学工専)、関西(大阪府立高専、神戸市工専)、四国(高松工専)、九州(鹿児島工専)、沖縄(沖縄工専)の計8校について、英語以外の外国語教育に関する実地調査を行った。その結果、昨年実施した北海道の高等専門学校と同様の傾向があらためて浮かび上がった。すなわち、(1)高専の外国語教育における英語教育のさらなる強化と、(2)英語重視のカリキュラム編成による英語以外の外国語教育の相対的低下、の2点である。特に(1)は、高等教育機関としての技術者教育プログラムの質を保証する、日本技術者教育認定機構(JABEE)による認定を高専が積極的に受ける動きと密接に連動しており、実学としての英語教育の徹底化と英語教育の一層の強化という傾向を生み出している。具体的には、学生がTOEICで、例えば、最低400点取るという目標値が設定され、その達成のためのカリキュラムが全学的に組まれている。こうした英語教育の強化の中で、(2)のような教養教育の一角を担っていた第二外国語教育がはじき出されるという構図が出来上がっている。各校とも英語以外の外国語は必修科目ないし選択科目の第二外国語として設けられているが、全体としては単位数が大幅に減るなど、外国語教育に占める存在意義が年々小さくなっている。その一方で、(3)英語以外の外国語教育が多様化する傾向も伺われた(近畿大学工専-中国語、神戸市工専-独語・中国語、沖縄工専-中国語・韓国語)。上記の研究成果の一部は、国際日本文化講演会「アジアと日本-ことば・文化・教育の諸相-」(2005年3年12日、キルギス共和国キルギス国立教育大学、ビシュケク)において、「日本の外国語教育の最前線-新しい教育環境に挑む高等専門学校を中心にして-」と題して口頭発表した。

最終年度に当たる平成17年度は,これまでの実地調査で判明した四つの全体的な傾向,つまり,(1)高専におけるドイツ語教育の今日的意義の相対的希薄化,(2)高専の外国語教育における英語教育の徹底した実学化,(3)高専の教育課程における英語以外の外国語科目の低い位置づけ,(4)中国語などを中心とした多様な外国語教育の漸次的広がり,を踏まえて,さらに特徴的な傾向を浮き彫りにするための調査を進めた。具体的には,インターネットのHPなどを活用し,全63校(国立,公立,私立)の教育課程表から英語以外の外国語教育の実施状況を調べた。教育課程表の掲載がない場合には,電話取材と実地取材を行い,正確なデータの収集に努めた。その結果,1997年度の教育状況と比較して,履修形態と履修学年の点で大きな変化が生じていることがわかった。確認できた範囲ではあるが,まずドイツ語を必修科目にしている高専が38校から26校に減り,逆に英語以外の複数の外国語科目の必修選択,多様な科目の中から英語以外の外国語を選ぶ選択必修(あるいは自由選択)といった履修形態が大幅に増えている。履修学年についても,高校段階に当たる1・2・3年次に英語以外の外国語を開講していた高専が18校から13校に減っている。このように,(5)英語以外の外国語科目の履修形態としての脱必修科目化,(6)英語以外の外国語科目の履修学年(4・5年次)の固定化,という傾向が明らかになった。上記の研究成果の一部は,ポーランド・ワルシャワ大学東洋学研究所主催日本学招聘講演会(2005年12月8日,ワルシャワ大学,ワルシャワ)において,「日本の高等専門学校と英語以外の外国語教育-英語志向の時代潮流の中で問われる必要性と展望-」と題して口頭発表した。
炭化物分散浸炭(CDC)法による超微細粒高硬度鋼の試作

Ti,V,Mo,W等の炭化物形成元素を有する鋼を浸炭、焼入れして、MC型やM_6C型の硬質炭化物を析出させるCDC法は、多量の炭化物を非常に微細にかつ均一に析出させる事によって表面硬度を上昇させ、耐摩耗性の向上を図ることができ、新しい高速度鋼作製プロセスとして期待されている。本研究では、この方法により鉄鋼材料としての硬さの壁であるビッカース硬さ1000以上の極めて硬い材料を得るための組織制御とその製造プロセスの確立を目的とし、以下のような結果を得た。(1)合金設計の基礎であるFe基多元系の相平衡を精度良推定するために、Fe-C及びFeーN基系状態図の実験及び熱力学的解析を行った。その結果、Fe-V-MoーC系を始めとした多元系における相平衡を瞬時に計算できる体勢が確立した。(2)(1)で確立した計算状態図に基づき、Fe-V-MoーC系の浸炭過程での組織変化(析出相の結晶構造、体積分率、組成等について)をシミユレートした。その結果を用いて様々な組成を有するFe-V-MoーC系合金を溶解・作製し、平衡化熱処理を行い、炭化物の体積分率、サイズ、形状、分布状態や基地相の炭素濃度を測定した。その結果、MoとVの成分比と炭素濃度が、炭化物の形状や大きさを支配する重要な因子であることを見出した。(3)以上の基礎研究の結果に基づき、適正な合金設計を行ったところ、目標通りビッカース硬さ1000程度の材料が得られた。以上より、本材料は金型用材料及びコンバインカッター用材料等の用途が有望であることが判明した。現在共同研究の企業において試作材の作製がなされている。Ti, V, Mo, W等の炭化物形成元素を有する鋼を浸炭、焼入れして、MC型やM_6C型の硬質炭化物を析出させるCDC法は、多量の炭化物を非常に微細にかつ均一に析出させることによって表面硬度を上昇させ、耐磨耗性の向上を図ることができ、新しい高速度鋼作製プロセスとして期待されている。本研究ではこの方法により、鉄鋼材料としての硬さの壁であるビッカース硬さ1000以上の極めて硬い材料を得るための組織制御とその製造プロセスの確立を目的とした研究を行い、以下のような結果を得た。(1)すでに行われている熱力学的解析結果を用いて、Fe-V-Mo-C系の状態図を計算し、浸炭過程での組織変化(析出層の結晶構造、体積分率、組成等について)をシミュレートした。この結果を用いて様々な組成を有するFe-V-Mo-C系合金を溶解・作製し、平衡化熱処理を行い、炭化物の体積分率、サイズ、形状、分布状態や基地相の炭素濃度を測定した結果、計算結果は、実験結果と良い一致がみられた。以上は、本合金系の組織制御を行う上で、計算状態図の活用が有用であることを示している。(2)浸炭材の硬さをビッカース硬度計にて測定した結果、硬さは合金濃度とその組織に大きく依存し,最高硬さは拡散・均一化熱処理時にオーステナイト+炭化物となるような炭素濃度の時に得られることが分かった。本実験により、目標としていた焼戻し後の最高硬さが1000Hvを超す試料を作製することができた。Ti,V,Mo,W等の炭化物形成元素を有する鋼を浸炭、焼入れして、MC型やM_6C型の硬質炭化物を析出させるCDC法は、多量の炭化物を非常に微細にかつ均一に析出させる事によって表面硬度を上昇させ、耐磨耗性の向上を図ることができ、新しい高速度鋼作製プロセスとして期待されている。

本研究ではこの方法により、鉄鋼材料としての硬さの壁であるビッカース硬さ1000以上の極めて硬い材料を得るための組織制御とその製造プロセスの確立を目的とした研究を行い、以下のような結果を得た。(1)昨年に引き続き、Fe-V-Mo-C系の浸炭過程での組織変化(析出相の結晶構造、体積分率、組成等について)をシミュレートし、その結果を用いて様々な組成を有するFe-V-Mo-C系合金を溶解・作製し、平衡化熱処理を行い、炭化物の体積分率、サイズ、形状、分布状態や基地相の炭素濃度を測定した。その結果、MoとVの成分比と炭素濃度が、炭化物の形状や大きさを支配する重要な因子であることを見出した。(2)以上の基礎研究の結果に基づき、金型用材料及びコンバインカッター用材料の用途が有望であることが判明した。現在、共同研究の企業において試作材の作製がなされている。
随意運動を開始する意思の脳機構の生理学的研究

運動の意思に関する研究の神経学的・心理学的基礎は1983年のLibetらの高速で回転する時計を用いた報告にさかのぼる。彼らの求めた運動意思時間(W時間)は運動開始の0.2秒前であり、その後の追試によっても確認されているが、同時に被検者の記憶に依存するなどの問題点も指摘されている。この問題点に対処すべく我々は2008年に自発運動を行う健常被検者15人に対し、外部からランダムな信号音を与え、被検者が音を聞いたときに運動開始の意思を持っていたらそれを中止し、そうでなければ無視する事で被検者の記憶に頼らずに運動意思の開始時間(T時間)を測定する研究手法を開発した。その結果は平均して運動開始前およそ1.4秒であった。ただし同時に記録した頭皮上脳波での運動準備電位とT時間との有意な関連は認められなかった。T時間はW時間より早く、その時間差の間に運動意思が信号音によってのみ認識され得る段階から、おのずからそれと認識するメタ意識の段階に発展するものと考えた。このような意思の形成と認識が脳でどのように生ずるかという点については前頭葉の補足運動野、前頭眼野、頭頂葉外則などの報告はあるも結論は出ていない。我々は脳波に比べ空間分解能に優れる脳磁図を用いLibetの時計課題および上記に記載の新しい課題を行っているときの脳活動を記録した。その結果Libetの課題において補足運動野近傍に多く求まった運動準備磁場(RF)が、意思を自覚したとされるW時間と相関すること、Libet課題よりも早い段階の意思を示すT時間と補足運動野の活動が相関すること、一方で随意に開始しようとした運動を中止することができなくなるP時間は頭頂葉の活動と相関しており、これらは随意運動を開始する意思に前頭葉-頭頂葉のネットワークが如何に関わっているかを示すものであると考えられた。平成21年度は、実験課題の遂行に必要な全頭型脳磁気計測装置内で使用可能なポインティングデバイス(トラックボール)の納品が遅れたため、実施計画書の課題1を行う前にまず予備実験を行うとともに、研究計画では平成22,23年度に行うことになっていた信号源推定手法の開発を本学工学研究科生体機能工学講座の小林哲夫教授から助言と技術支援を受けて行った。1)既存の手法であるハーバード大学のMNE SUITEは生体内の実環境下における信号源推定の正確さ・妥当性を十分に検証されていない。また、周波数領域での検討、領域間コヒーレンスの推定、DICS等の手法をすぐに適用することができない。このため、難治性てんかんに対する外科的治療の術前検査目的で慢性硬膜下電極留置を行った患者を対象に脳磁図(MEG)と皮質脳波との同時計測を行い、導体モデル・信号源分布・フィルタ法について、さまざまな条件の下で信号源推定の妥当性と最適なパラメータを検証した。この結果は平成21年の第18回国際脳電磁図トポグラフィ会議で報告し、さらに平成22年6月の理論応用力学講演会にて意見交換を行う予定である。2) MEG計測に際し、患者の体内金属特に歯科金属が生ずるアーチファクトは重大な影響を及ぼし、時にはまったく記録が不可能となることがある。また、近年広く一般診療で使用されているMRI検査は、その強い磁場が歯科金属を磁化させ強いアーチファクトを生じることを経験しているが、この点についてこれまで経験則しかなかったものを各種歯科金属を用いて実際にMRIの磁場に暴露してアーチファクトの入り方を検討し、さらに消磁装置の有効性についても示した。

この結果は平成21年12月発行の認知神経科学Vol.11 254-267にて発表した。3)課題1については予備実験および実記録を開始し、平成22年度も引き続き行ってゆく。(1)前年度に行った導体モデル・信号源分布・フィルタ法について、さまざまな条件の下で信号源推定の妥当性と最適なパラメータを検証した結果について平成22年6月の理論応用力学講演会にて意見交換を行った。(2)また、前年度に引き続き課題1:回転する時計の針を用いた随意運動課題の脳磁場記録を行った。随意的意図の自覚時刻を計るW時間の全被験者における平均はおよそ170ミリ秒であった。前年度の結果を利用し、随意運動にかかわる脳活動を被験者の3次元MRI画像(現有機器)上での神経活動分布と時間変化を推定し、随意運動開始の意思の認識時間との関連を探った。その結果、運動前の前頭葉・頭頂葉内側における準備脳活動がW課題時のの早期意思群、後期意思群とで相関していると考えられ、全被験者のデータを用いた事後解析にてこれはかろうじて統計的に有意であったが、本結果の解釈およびよりよい解析手法につき今後研究室内、および国内外の研究者との情報共有と討論を通し更なる発展を図ってゆく予定である。(3)本年度より課題2:随意運動中の信号音を用いた動作中止課題の磁場・脳は記録を開始した。本課題は平成23年度も引き続き記録を行い、解析してゆく。(1)前年に引き続き課題2のデータ収集を行い、最終的に追加を含め19人の被験者から記録を行った。内容については前年度の研究実地計画のまま変更していない。(2)課題1の解析結果において、運動前の前頭葉・頭頂葉内側における準備脳活動がW課題時のの早期意思群、後期意思群とで相関してしていることが示唆されていたが、さらに時間・周波数分析の結果の信号源推定のために最小ノルム法の変法(sLoreta法)による信号源推定を行い、更に分散共分散行列を用いてDynamic imaging of coherent sourcesと同様の手法により脳内での信号パワーの変化とW時間との相関を計算したところ、左右の中心溝近傍から頭頂葉背外側にかけての領域において運動開始2秒前を中心にW時間との相関が高い傾向が見られた。(3)課題2の解析結果において、運動前準備脳活動の信号源推定のために最小ノルム法の変法(sLoreta法)による信号源推定を行い、T時間との相関を計算したところ、運動前1秒から運動開始直前にかけて右補足運動野に優位に高い相関を認めた。一方、P時間は右頭頂葉後方との相関が強かった。時間・周波数分析の結果の信号源推定のために分散共分散行列を用いてDynamic imaging of coherent sourcesと同様の手法により脳内での信号パワーの変化とT,P時間との相関を計算したが著明な変化は認めなかった。(4)これらの結果をまとめて発表準備中である。24年度が最終年度であるため、記入しない。
海産バイオマス由来のメタン発酵残渣のカスケード的利用に向けた試み

人間活動が盛んな都市部が隣接する大阪湾では,過栄養状態に起因する海産バイオマスの爆発的な増殖が発生し,海域環境・生態系に深刻なダメージを与えている。これは北東部における慢性的な過栄養状態が続いていることに起因する。一方,南部や西部ではノリの色落ちが生じるなど貧栄養状態となり,いわゆる「栄養塩の偏在」が生じており,栄養塩の適切な管理に対する社会的要請は高まっている。本研究は,海産バイオマス由来のメタン発酵残渣には,窒素やリンなどの栄養塩の他に,鉄などの微量金属が豊富に含まれていることに着目し,メタン発酵残渣の貧栄養海域における海洋肥沃化効果を明らかにするとともに,微量金属を含むメタン発酵残渣の循環利用によるメタン発酵促進剤としての有効性を検証することを目的とする。平成29年度は,メタン発酵残渣を用いたノリの培養実験及び鉄添加によるメタン発酵促進効果の検証を行った。ノリの培養実験を通して次の2点が明らかになった。発酵残渣を添加した海水で培養したノリは,残渣無しの海水に比べ栄養塩吸収速度が窒素・リン共に優れていることがわかった。さらに,色落ちしたノリの色調の回復についても,残渣無しの海水に比べ色調の回復が顕著であった。栄養塩吸収速度については,発酵残渣に含まれる窒素がアンモニア態窒素であること,色調に関しては窒素源以外に微量金属類も作用している可能性が示唆された。次に,鉄添加によるメタン発酵促進効果について,鉄の発酵促進への寄与を炭素変換効率という指標を用いて定量的に確認した。また,バイオマスの種類によって促進されるガス(メタン,二酸化炭素)が異なるという新たな知見を得ることができた。さらに,当初の計画に入れていなかった細菌類の同定を行った。これにより海産バイオマスのメタン発酵過程に寄与する細菌類が明らかになり,促進効果に寄与する細菌類の同定に発展できる成果が得られた。平成29年度はノリの培養実験を通して,発酵残渣の優位性が生長速度および色調から明らかになった。さらに,鉄添加の促進効果についても定量的に明らかになるとともに,鉄添加の促進効果とバイオマスの関係についても興味深い知見が得られた。さらに,細菌類の同定を通して,メタン発酵促進のメタン発酵過程の細菌面からの考察が可能となり,各発酵過程に寄与する主な細菌類が明らかになった。これにより,当初の計画にはなかった発酵促進に関する生物学的なアプローチが加わり,多面的な検証が可能となった。また,環境面・経済面の実現可能性評価の予備調査として,データ収集・現地調査等を行った。平成30年度は,平成29年度で明らかになった発酵残渣の優位性について繰り返し実験を行い,発酵残渣の海洋肥沃化効果について考察を進める。さらに,メタン発酵促進過程について,連続発酵実験を通してバイオマスの成分と促進効果との関連を詳しく調べるとともに,細菌面からの考察も行う。また,平成29年度で行った実現可能性評価の予備調査と実験的知見をまとめ,具体的な実社会への効果を明らかにする。人間活動が盛んな都市部が隣接する大阪湾では,過栄養状態に起因する海産バイオマスの爆発的な増殖が発生し,海域環境・生態系に深刻なダメージを与えている.これは北東部における慢性的な過栄養状態が続いていることに起因する.一方,南部や西部ではノリの色落ちが生じるなど貧栄養状態となり,いわゆる「栄養塩の偏在」が生じており,栄養塩の適切な管理に対する社会的要請は高まっている.本研究は,海産バイオマス由来のメタン発酵残渣には,窒素やリンなどの栄養塩の他に,鉄などの微量金属が豊富に含まれていることに着目し,メタン発酵残渣の貧栄養海域における海洋肥沃化効果を明らかにするとともに,微量金属を含むメタン発酵残渣の循環利用によるメタン発酵促進剤としての有効性を検証することを目的とする.平成28年度は,メタン発酵残渣の均質性・安全性の検証を行うとともに,平成29年度に予定しているノリの培養方法の確立に向けた予備実験を行った.均質性に関して,投入するバイオマスの組成の違いによるアンモニア態窒素・溶存無機態リンの濃度の変動量を明らかにした.特に,アオサを投入した場合は溶存無機態リンが減少しており,発酵残渣に含まれる金属類に栄養塩が吸着した可能性があることがわかった.また,重金属であるヒ素については,海産バイオマス由来の発酵残渣は現状の海洋散布の基準を上回っており,希釈が必要になることがわかった.ノリの培養方法の確立に向けた予備実験を通して,発酵残渣の添加がノリの生長に好影響を与えることを定性的に確認した.平成29年度は,予備実験で得られた知見を基に,生長速度と栄養塩吸収速度の関係を明らかにする予定である.平成28年度の目的は,メタン発酵残渣の均質性・安全性の検証である.回分式メタン発酵実験で得られたアオサ・ノリ・魚あらなどの発酵残渣を分析し,海産バイオマス由来の発酵残渣の均質性・安全性が明らかにした.さらに,平成29年度実施予定のノリ培養の予備実験により,実験方法を確立するとともに,発酵残渣の添加における優位性を確認した.しかしながら,分析機器の関係で微量金属の分析には至らなかったため,平成29年度は微量金属の分析に注力する予定である.人間活動が盛んな都市部が隣接する大阪湾では,過栄養状態に起因する海産バイオマスの爆発的な増殖が発生し,海域環境・生態系に深刻なダメージを与えている。

これは北東部における慢性的な過栄養状態が続いていることに起因する。一方,南部や西部ではノリの色落ちが生じるなど貧栄養状態となり,いわゆる「栄養塩の偏在」が生じており,栄養塩の適切な管理に対する社会的要請は高まっている。本研究は,海産バイオマス由来のメタン発酵残渣には,窒素やリンなどの栄養塩の他に,鉄などの微量金属が豊富に含まれていることに着目し,メタン発酵残渣の貧栄養海域における海洋肥沃化効果を明らかにするとともに,微量金属を含むメタン発酵残渣の循環利用によるメタン発酵促進剤としての有効性を検証することを目的とする。平成29年度は,メタン発酵残渣を用いたノリの培養実験及び鉄添加によるメタン発酵促進効果の検証を行った。ノリの培養実験を通して次の2点が明らかになった。発酵残渣を添加した海水で培養したノリは,残渣無しの海水に比べ栄養塩吸収速度が窒素・リン共に優れていることがわかった。さらに,色落ちしたノリの色調の回復についても,残渣無しの海水に比べ色調の回復が顕著であった。栄養塩吸収速度については,発酵残渣に含まれる窒素がアンモニア態窒素であること,色調に関しては窒素源以外に微量金属類も作用している可能性が示唆された。次に,鉄添加によるメタン発酵促進効果について,鉄の発酵促進への寄与を炭素変換効率という指標を用いて定量的に確認した。また,バイオマスの種類によって促進されるガス(メタン,二酸化炭素)が異なるという新たな知見を得ることができた。さらに,当初の計画に入れていなかった細菌類の同定を行った。これにより海産バイオマスのメタン発酵過程に寄与する細菌類が明らかになり,促進効果に寄与する細菌類の同定に発展できる成果が得られた。平成29年度はノリの培養実験を通して,発酵残渣の優位性が生長速度および色調から明らかになった。さらに,鉄添加の促進効果についても定量的に明らかになるとともに,鉄添加の促進効果とバイオマスの関係についても興味深い知見が得られた。さらに,細菌類の同定を通して,メタン発酵促進のメタン発酵過程の細菌面からの考察が可能となり,各発酵過程に寄与する主な細菌類が明らかになった。これにより,当初の計画にはなかった発酵促進に関する生物学的なアプローチが加わり,多面的な検証が可能となった。また,環境面・経済面の実現可能性評価の予備調査として,データ収集・現地調査等を行った。平成29年度の目的は,発酵残渣を用いたノリの培養実験を通して,発酵残渣とノリの生長速度との関係を定量的に明らかにすることと,発酵残渣中の微量金属を活用した発酵促進に関する実験方法を確立することである.培養実験では,平成28年度の予備実験結果を基に,ノリ以外の海産バイオマスについても発酵残渣とノリの生長速度の関係をより詳しく調べる.発酵促進に関しては,微量金属のうち特に鉄の成分を明らかにするとともに,発酵促進実験の方法を確立する.平成30年度は,平成29年度で明らかになった発酵残渣の優位性について繰り返し実験を行い,発酵残渣の海洋肥沃化効果について考察を進める。さらに,メタン発酵促進過程について,連続発酵実験を通してバイオマスの成分と促進効果との関連を詳しく調べるとともに,細菌面からの考察も行う。また,平成29年度で行った実現可能性評価の予備調査と実験的知見をまとめ,具体的な実社会への効果を明らかにする。
「農」とふれあう人間行動に着目した新しい生活空間の形成に関する基礎的研究

本年度は最終年度ということで、前年度までの研究成果をまとめる作業と研究成果発表を行った。ただ、前年度に実施したゲーミングシミュレーション実験で、都市と農村の交流という観点において、自然を生かした環境教育に焦点があてられ、その重要性が指摘された。そこで、仙台市郊外の自然の豊かな場所に位置する小学校において、子どもの遊びを通した環境教育に対する地域市民の捉えかたについて、調査・実験を加えた。研究発表は、米国(アトランタ)で開催された国際会議(ISAGA Conference)、日本計画行政学会、日本環境共生学会、日本シミュレーション&ゲーミング学会等で行った。都市郊外の自然を生かした子どもの遊びについて、仙台市西部の栗生小学校の協力を得て、調査・実験を行った。対象は4年生。保護者と子どもの遊びの意識や遊ぶ内容についてペア調査を行ない、その結果を生かして、ゲーミング実験を行った。この実験では、子どもの地域の自然環境での自由な遊びの構想づくりについて、地域市民が遠巻きに観察し、市民の子ども遊びに対する意識変化を捉えることを目的としている。結果を大まかに述べると、今の子どもたちの遊びは、ルールの確立したスポーツ系の遊びが増えており、昔からの慣習的な遊びは少なくなっている、それが自然との接触を少なくしているし、大人たちもそれを評価していないことである。農村地域内の交通格差、農村から捉えた都市へのまなざしの歴史的変化、都市の倫理などを踏まえて、報告書検討会を開いて、研究成果報告書を纏めあげた。対象は4年生。本研究は初年度であり、農村空間の持つ機能について、国内調査および海外調査から開始した。それは農村空間の倫理学的観点からの評価モデルの検討のためである。海外調査は、滞在型農村ツーリズムなど農村環境保全先進国のヨーロッパ諸国で実施した。オーストリアでは、農業体験を取り入れた先進的な環境教育の実態を、またオランダを中心にして、農村での生活調査、および農村風景調査を通した農村のイメージ調査を実施した。本研究での視野は地方中枢都市周辺の豊かな農村資源の活用にあるが、農村空間の評価軸を狭めずより魅力ある農環境交流都市のコンセプトを提案するために、初年度は大都市周辺に限定せず、北海道での観光資源としての農業の実態調査と、東北の一農村での実験的調査を行った。実験的調査は、農村住民の都市との交流、地域生活・文化・歴史の視点が、農村の地域づくりにおいてどのように機能し、地域環境学習を推進するのかをみるものである。すなわち、都市農村交流について農村側からの実行可能性を社会的合意形成・環境教育の視点から検討した。また、生活の豊かさについて「農」環境の観点から環境倫理・生命倫理などの専門家を交えた研究会を高頻度に開催した(農環境倫理研究会、環境セミナー等)。ここでは、農環境が滞在型農業や市民農園のような農業生産に関わることの他に、人・社会・自然の交流の場、発見の場、驚きの場、ときめきの場として、都市住民への生活の豊かさに寄与する可能性が検討された。本年度は、前年度に行った環境教育の実態調査、農村風景調査による農村のイメージ調査、および専門家による研究会を通して得た環境倫理に関する知見をもとに、実際に地方中枢都市郊外における環境教育事例に焦点を当てたゲーミング・シミュレーション実験を行った。(仙台市郊外の学校ビオトープを核とした地域づくりをケーススタディとした。)同時に、農環境倫理研究会を2度開催し、農業の観点からの環境倫理学の枠組みについて検討した。また、海外(米国およびカナダ)における都市郊外型の農的資源利用の調査、および地球環境変動に対する人間杜会の在り方に関するシンポジウム(カナダ・モントリオール)での報告を行った。仙台市郊外で実施した環境教育ゲーミングは、地方中枢都市圏で生活する大人世代が、郊外の豊かな地域環境の中で子ども世代と協働する地域環境学習のスタイルを探るものである。ここでは、大人の「気づき」が重要なポイントであり、子どもが自由に大人たちに訴えかけ、大人を説得しやすい仕組みを考案した。

得られた知見として、学校ビオトープの環境教育を補完する形で、地域の自然環境において杜会教育の観点から地域住民が子どもの環境教育に参加すること、また子どもの自己確立に寄与する自然環境での「遊び」行動を考慮し、可能な限り地域の大人たちがそれを見守るよう努力すること、の必要性に関する「気づき」があった。さらに、次年度の中心課題である地方中枢都市圏の農的資源を生かす形での都市農村交流モデルの提案について、今年度の環境教育に関する知見を生かすために、仙台都市圏にある自然環境豊かな伊豆沼地方の調査を12月より開始し、環境教育、食・農体験、文化・歴史探訪、スポーツ交流の観点から都市と農村の結び方の検討を始めた。前々年度(2002年度)の郡山市郊外農村での「農村の再生」をテーマとしたロールプレイングゲーミング(RPG)の実験で,その合意形成機能(本研究グループではこの機能を地域文脈の想起を評価基準の中心に据えている)を確認したのを受け,本年度は,仙台市北部農村地域(伊豆沼・内沼地域)と仙台市との交流デザインの構築と地域住民を交えた合意形成の可能性を実験的に検討した.RPGは,「都市と農村の交流」をテーマに,より洗練されたものに改良した.具体的には,RPGの代理人を農業経済学専攻の大学院生を採用し,現地調査,地域市民との事前打合せ,研究分担者のアドバイスのもとで地域交流デザインの作成,さらにRPGは公開方式で実施した.実験結果として,前々年度と同様に公的立場におかれた地域住民の地域文脈の想起が確認できた.さらに,代理人と市民の議論の議事録にもとづいたプロトコル分析(発語内行為に着目)では,地域住民の議論の活発化,地域の状況判断的発言から価値判断的発言への移行が確認された.代理人の提案した地域交流デザインは地域住民に好評であり,検討に値するものとして実際に検討することとなった.本結果は来年度のISAGA(国際ゲーミング&シミュレーション学会で公表する予定である.上記のRPGのしくみは子どもの環境教育にも適用可能であることが,前年度(2003年度)の仙台市郊外の小学校での実験で明らかになったが,この結果についてミュンヘンでのISAGA,東京でのJASAG(日本ゲーミング&シミュレーション学会)で報告した.そこでは,地域づくりと環境教育を融合する場合の地域住民の役割,子ども遊びを支援する地域の大人たちの態度形成などが課題として挙げられた.さらに,東南アジアの都市と農村の交流事例について現地調査を行い,日本で失われた農村の豊かさと都市との交流のスタイルの比較をするための資料収集をした.本年度は最終年度ということで、前年度までの研究成果をまとめる作業と研究成果発表を行った。ただ、前年度に実施したゲーミングシミュレーション実験で、都市と農村の交流という観点において、自然を生かした環境教育に焦点があてられ、その重要性が指摘された。そこで、仙台市郊外の自然の豊かな場所に位置する小学校において、子どもの遊びを通した環境教育に対する地域市民の捉えかたについて、調査・実験を加えた。研究発表は、米国(アトランタ)で開催された国際会議(ISAGA Conference)、日本計画行政学会、日本環境共生学会、日本シミュレーション&ゲーミング学会等で行った。
反応誘起相分離によるメソスコピック構造形成の直接観察による素反応と構造形成の相関

重合性官能基を両末端に有するポリジメチルシロキサンと種々のラジカル重合性モノマーの共重合により得られる高分子試料内部の相分離構造形成機構解明と詳細構造解析の研究を行った。構造形成とラジカル重合反応の相関には、時間分割赤外分光法と小角X線散乱法を主とした解析によりモノマー反応性比が重要なパラメーターとなる。また親水性モノマーとの共重合により得られたハイドロゲルにおいて、疎水性領域の周りを溶媒和しない親水性高分子が覆ったコアーシェル構造であることをわかった。重合性官能基を両末端にもつテレケリック高分子であるポリジメチルシロキサンジアクリレートとラジカル重合性モノマー(ジメチルアクリルアミド、重水素化スチレン、メタクリル酸メチル)のラジカル共重合で形成されるメソスコピックネットワーク構造の形成過程を、小角X線散乱、中性子散乱、赤外分光法によって観察し、反応進行度と構造形成の相関について調べた。いずれも反応前の初期状態は、均一に混合した状態であったが、反応が進行するに伴い、相分離が進行することを確認した。テレケリック高分子と上記モノマーとの反応性比には顕著な違いのない系であり、共重合反応はランダムに進行していることを時間分割赤外分光法により明らかにした。また反応系を通常のラジカル重合とリビング重合系に分けて行ったが、重合機構が最終構造に与える影響は小さいことが明らかとなった。リビング重合系を用いたことで、反応を途中で止めることが可能(UV照射をとめるあるいは温度を低下させる)であり、反応率と重合過程の構造変化を詳細に追随できた。反応率の低い領域では、ランダム二相系の相分離構造であったものが、反応率がある閾値を超えると、相分離構造にテレケリック高分子の分子量に関係する大きさの周期性が現れることが明らかとなった。本年度の研究において、相分離構造形成と各反応成分の反応率の時間発展についてそれらの関係を詳細に検討することを目的に、反応物それぞれの各時間における濃度、モノマー濃度などを明らかにし、相分離構造のモデルを想定した上で構造解析を行った。構造形成に重要な因子である、系全体の反応率についての知見をえることができた。これらの結果は、透明で内部に共連続構造を有する高分子材料の開発に貢献するものである。各種親水性モノマー(2ヒドロキシエチルメタクリレート、ビニルピロリドン、ジメチルアクリルアミド、N-イソプロピルアクリルアミド)と重合性テレケリク高分子であるポリジメチルシロキサンとの多事かる共重合によるネットワーク構造について、その構造の形成過程と形成構図の大きさの相関について明らかにするため、様々な角度から検討を行った。特にモノマーとポリジメチルシロキサンとの重合反応性すなわちモノマー反応性によって形成する構造が分類できることがわかった。メソスコピックな相分離構造を有する透明ゲルを構築するには、互いのモノマー反応性比が等しい(1に近い値)ことが必要であり、それ以外はマクロ相分離する。相分離構造は互いのモノマー反応性比の大小関係にも依存し、マクロ相分離を起こす機構に違いがあることを突き止めた。さらに本系では透明なゲルに対して、重合反応速度はあまり意味がなく、遅くても早くてもおおむね同じ構造を形成することがわかった。構造の大きさはポリジメチルシロキサンの分子量と親水性モノマーの連続的につながるシーケンス長によって支配される。また重合と同時に3次元ネットワーク化が構築されるため、相分離構造の大きさの発展が阻害されたと考えられる。より詳細な相分離構造の解析のため新しく、X線コントラスト変調法を考案し、ゲルをある極性溶媒に浸漬することで得られる膨潤ゲルの相分離状態の構造解析を行った。親水性ドメインが本年度は透明ゲルにのみ適応し、その手法の確立を試みた。二成分の高分子成分からなるゲルであるが、親水性ドメインが極性溶媒のみを吸収することで各ドメインのコントラストを変調できることがわかった。その結果、親水性ドメインが単純な、均一相ではなく二成分以上の不均一構造であることが明確になった。これらの結果は含水状態での親水性ドメインの物質透過挙動などの物性値にあらたな知見を与えるものである。二種類の重合性化合物のラジカル共重合反応を通して高分子が生成する過程において、同時に相分離が誘起される系に注目した。その中でも、重合性化合物の組み合せとして低分子モノマーと両末端重合性のテレケリック高分子による共重合の系とした。反応初期は均一に相溶しているが、重合過程で高分子の生成(重合度が増大)に伴い、系の高分子濃度が高くなることで相分離が起きる。しかし、系のゲル化やガラス化により巨視的な相分離を起こすことができず、内部にメソスコピックな相分離構造を有する透明な重合体が形成する。この構造形成には、反応機構、反応率、高分子の運動性、相分離とガラス化およびゲル化といった様々な因子がカップリングし影響を及ぼす。この構造形成のダイナミクスを理解すること、および相分離のサイズや規則性を決定する因子を明らかにすることを目的とした。

メソスコピックスケールの構造解析に有効な放射光小角X線散乱や中性子散乱法を利用し、高分子の相分離構造形成過程のその場観察から構造形成の時間発展を追跡した。また時間分割赤外分光法や熱分析、電子スピン共鳴法、核磁気共鳴法による素反応の追跡を行うことで、構造形成メカニズムに関わる構造と化学的要因との相関が明らかになった。より詳細な相分離構造の解析のためX線コントラスト変調法を考案し、ゲルを極性溶媒に浸漬した膨潤ゲルの相分離状態の構造解析を行った。親水性ドメインが単純な、均一相ではなく二成分以上の不均一構造であることが明確になった。このような構造は含水状態での親水性ドメインの物質透過挙動などの物性値に影響を与えること、また、試料の力学物性にも影響を与え、機能性評価において新たな考慮すべきパラメーターを与えるものであり、詳細な構造解析によって、新規機能性材料の開発の助けとなるものとなる。当初は中性子散乱法を利用した構造解析を行う予定としていたが、事故の影響でそれが進んでいない。しかし、類似の他の手法が有効であることを確認できつつあるため、当初の時間的予定から外れることなく進展している。新しい解析手法を見出せたことは当初計画より進展した点である。24年度が最終年度であるため、記入しない。昨年度、構造解析の手法として考案した手法を、様々なモノマーとの組み合わせでつくったゲルにも適応し、より詳細に構造解析を進める。それにより昨年度まで得ている結果と構造との相関を確たるものにし、総括していく。
骨格筋由来幹細胞の多分化能の制御機構と筋疾患治療への応用

骨格筋組織は、生体の40%もの重量を占める最重量臓器である。約50年前の電顕観察から筋基底膜直下に存在する筋衛星細胞が筋分化に寄与する細胞として解析が推進されてきた。一方、骨格筋内に新たな間葉系前駆・幹細胞が同定され、脂肪化、繊維化、異所性骨化への寄与が証明された。さらに、われわれは、筋肥大経路で作用するmiRNAを同定しAkt/mTOR系、PTEN系とのクロストーク分子機構を解明した。筋分化調節転写因子の上流に新たな長鎖非翻訳RNAを発見した。本研究は、ヒトの筋萎縮の抑制法につながる事が期待される。幹細胞研究を利用した再生医療への応用の実現化が期待されている。骨格筋組織に関しては、筋芽細胞やiPS細胞由来の筋細胞の移植治療応用が想定される。しかし、骨格筋が全身にくまなく存在し生体の40%を占める最重量の臓器であることから、再生治療は未だ実現していないのが現状である。従って、筋に存在する幹細胞システムの理解を深めることは医学応用の面からも重要である。骨格筋では、約50年前に電顕観察から発見され解析されてきた筋細胞を産み出す筋衛星細胞が重要な幹細胞である。それに加えて、近年、骨格筋内には筋衛星細胞以外の幹細胞が存在し、筋分化のみならず、脂肪化・繊維化・骨化に寄与することが明らかにされている。哺乳類の骨格筋試料から、筋衛星細胞とは局在が異なり、脂肪細胞・繊維芽細胞・骨芽細胞等に分化する細胞が存在することが明らかとなっている。この新規の間葉系幹細胞と筋衛星細胞を明確に分離して取得し分化培養させる手法を開発した。新規の幹細胞は、試験管内では、脂肪細胞・繊維芽細胞・骨芽細胞・軟骨様細胞への多分化能を示した。培養条件や移植条件によって脂肪細胞を産み出す細胞として働いたり、異所性骨化や繊維化に寄与するという知見が得られた。近年、小分子RNA核酸分子(miRNA)が、細胞分化に寄与することが解析されている。間葉系前駆細胞からの骨芽細胞分化に関与するmiRNAを見出し、阻害実験によりその機能を精査した。さらに、筋肥大経路で作用する小分子RNA核酸を同定し、サイトカインシグナルとの相関を明らかにした。多くの学術論文や関連する英文総説を公表した。近年、幹細胞の再生医療への応用の実現化が期待されている。骨格筋に関しては、筋芽細胞やiPS細胞由来の筋細胞の治療応用が想定される。しかし、骨格筋が生体重量の約40%を占め全身に存在する臓器であることから、再生医療は未だ実現しておらず、今後の進展が期待される状況である。さて、骨格筋には、筋細胞を産み出す筋サテライト細胞が約50年前に電顕観察から発見され解析されてきた。近年、我々を含めた幾つかの研究グループの解析から、骨格筋内には筋サテライト細胞の他にも種々の幹細胞が存在し、筋分化、骨分化、脂肪分化に寄与するという興味深い知見が示されている。マウスやヒトの骨格筋試料から、筋サテライト細胞と、新たに見い出した間葉系前駆細胞を明確に分離して採取する手法を開発した。試験管内では、筋サテライト細胞は、筋芽細胞分化、骨芽細胞分化を示すが、生体内では、筋細胞の産生と再生に主に寄与すると考えられる結果を得た。一方、新規の間葉系前駆細胞は、試験管内では、脂肪細胞、繊維芽細胞、骨芽細胞、軟骨様細胞への多分化能を示した。移植実験においては、条件によって脂肪細胞を産み出す細胞として働いたり、異所性骨化や線維化に寄与するという知見が得られた。異所脂肪沈着、異所性骨形成は筋疾患で見られる病態であり、それを担う細胞を明らかにした成果である。間葉系前駆細胞に発現する分子を解析しその特徴を詳しく調べた。骨芽細胞分化に関しては、miR-146-5p, miR424といった従来骨分化への関与が知られていなかったmiRNAが分化過程で発現上昇し、骨芽分化に関与する事を示した。幹細胞と呼ばれる細胞には、ES細胞・iPS細胞のように胚由来や人工的に作製した多能性幹細胞と、体内に元々備わっている体性幹細胞に二分される。骨格筋組織は、生体の40%もの重量を占める臓器であり中胚葉由来と考えられている。遺伝性の筋疾患のみならず、種々の病態で筋萎縮が見られる。骨格筋の再生医療は緒についたばかりであり、幹細胞システムの包括的な理解が重要である。約50年前に電子顕微鏡観察から発見された、筋基底膜と細胞膜の間に存在する筋衛星細胞が筋分化に寄与する細胞として解析が推進されてきた。

一方、私たちは、筋分化への寄与をほとんど観察されないが、筋の脂肪化、間質の結合織増加、TGF-βシグナルの活性化による繊維化、そして異所性骨化に寄与する細胞(間葉系前駆・幹細胞)の同定に成功している。倫理審査承認を経て、使用しているヒトの筋標本を出発点として、培養条件を詳細に検討し、筋衛星細胞と間葉系幹細胞を分取する手法を開発した。また、近年、22塩基程度の小分子核酸(miRNA)や長鎖非翻訳RNA (lnc RNA)が筋分化を含めた分化素過程に関与する事が解析されている。本研究で、筋肥大経路で作用するmiRNAを同定しAkt/mTOR, PTEN系へのクロストーク等の詳細な分子機構を解明した。筋分化調節転写因子の上流にこれまで未同定であった長鎖非翻訳RNAを発見し、質量分析装置を駆使してその会合分子を同定に成功した。筋分化や筋萎縮・老化との関連について研究を推進させた。これらの、一連の研究は、研究代表者の研究室を主体に進行させている研究成果であり、筋萎縮疾患や老化による筋萎縮への応用展開が期待される。藤田保健衛生大学総合医科学研究所難病治療学研究部門分子細胞生物学研究はおおむね順調に進展している。骨格筋に存在する幹細胞を効率よく単離し培養する基盤技術が開発された。筋分化の新たな制御機構の解明に積極的に取り組み、良好な予備結果を得ている。欧文雑誌への掲載も多くなされた。骨格筋関連の欧文総説依頼を受け発表した。ヒトのサンプルを用いて、筋内に存在する幹細胞複数種を純化するという本研究部門でしか行なえない手法を開発したことは評価できると考える。ヒト試料を用いて、脂肪分化、骨分化、軟骨分化といった複数の中胚葉系譜の細胞に分化可能な細胞を同定したのも大きな成果である。筋内にカルシウムが沈着したり骨化する難病として進行性骨化性線維異形成症(FOP)や筋ジストロフィーが知られている。骨化に寄与する細胞を同定できたことは病態の解明と共に治療法開発にもつながる成果と言えよう。筋に存在する幹細胞システムの解析を通して、分化素過程、病態との関連を調べる。これまでの研究成果を踏まえて、分化調節因子の候補となる小分子RNAの機能を阻害実験で明らかにし、筋分化経路の新たな制御機構を探索する。分化過程で変化するシグナル伝達経路に着目し、Akt/PTEN経路、Smad経路、レチノイン酸経路等を中心に筋再生・筋肥大や筋萎縮のシグナル経路を包括的に解析する。骨格筋に存在する幹細胞システムの多分化能や各々の相互作用の理解を深め、筋難病で生じる筋量と筋力の低下・筋内脂肪沈着・線維化・筋変性といった病態が生じる機構を明らかにし、根本的な治療の基盤となる研究を展開させる。筋分化素過程、間葉系前駆細胞の骨芽細胞分化素過程で発現が増加する小分子RNAは、それぞれの細胞分化や増殖に関与する可能性が高い。平成24年度の成果を踏まえて、分化調節因子の候補となる小分子RNAとその阻害実験を行ない、分化の調節効果を検討する。分化過程で変化するシグナル伝達経路に着目し、Akt/PTEN経路、Smad経路、レチノイン酸(RA)経路を中心に筋再生、肥大、骨分化の経路解析を行なう。筋組織と骨組織、膵臓等の内分泌組織との臓器間相互作用を解析する。全体の研究期間で、骨格筋に存在する幹細胞システムの多分化能の理解を深め、筋難病で筋量低下、筋内脂肪化、骨化、線維化といった病態が生じる機構を明らかにし、根本的な治療の素地の構築を試みる。基金化のため小額の次年度使用額が生じました。次年度分の支払い請求額と合わせ、効率よく研究の進展のため使用します。