hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
もやもや病の新規バイオマーカー探索－患者iPS細胞・末梢血によるエピゲノム解析

【方法】表現不一致一卵性双生児1組2名、成人もやもや病患者9名からなる一般患者群と、8名からなる健常対照群の血漿サンプルを用いて、マイクロアレイによるmiRNA網羅的発現解析を行った。凍結血漿200 microLから抽出したRNAは、脱リン酸化反応、ラベル化反応の後、2588種のmiRNAを検出可能なマイクロアレイチップを用いてハイブリダイゼーションを行った後、シグナルデータを取り込んだ。続いて主成分解析を実施し、血漿miRNA発現のプロファイルを確認した。さらに患者群で共通変動するmiRNAを抽出し、そのうちqPCRによる定量解析を行うものを選択した。さらに別cohortの患者3名と健常者3名の単核球から樹立したiPSECsにおけるmiRNAの発現解析も行った。細胞内total RNAを抽出し、定量解析を行った。続いて発現変動を認めたmiRNAの予測標的遺伝子およびiPSECsのトランスクリプトームデータからpathway解析を行った。【結果】主成分解析では、miRNA発現プロファイルにより患者群と健常群が2つのクラスターに分離されることが示された。2つのcohortで共通変動する23種のmiRNAが同定され、そのうち定量解析ではmiR-6722-3p、miR-328、miR-150-5pの患者群/健常群発現比が有意な発現増加を認め、マイクロアレイ解析の結果とも矛盾しなかった。また、これら3種のmiRNAはiPSECsにおいても、同様の発現傾向を示した。さらに、これらのmiRNAの予測標的遺伝子による制御方向と発現方向が一致した296 iPSECs遺伝子のpathway解析では、PTENシグナル系を筆頭とし、細胞増殖、細胞生存、細胞接着などにかかわる経路が示された。【方法】表現不一致一卵性双生児1組(Cohort 1)、成人もやもや病患者9名と健常者10名(Cohort 2)の血漿サンプルを用いて、マイクロアレイによるmiRNAの網羅的発現解析を行った。一卵性双生児は採血時12歳で、一方は3歳時にもやもや病を発症し、血行再建術後、経過観察が継続されている。もう一方は、発症していないことが画像的に確認されている。一般患者群9名に関しては、可能なかぎり均質化するため、一過性脳虚血発作型で、かつ血行再建術が実施され、病態が安定している者の中から無作為に選択した。さらにRNF213遺伝子型は、ダイレクトシークエンス法で全員ヘテロ型であることを確認した。健常対照群は、一般患者群9名と年齢、性別に有意差が出ないように選択した。研究者はこれらの対象者に対する十分な説明の後に、文書による同意を得た上で、血液の採取を行った。未成年の対象者に関しては本人および保護者の承諾を得た。【結果】全21サンプルの抽出液において、Bioanalyzerの電気泳動像ではsmall RNAを含む200 ntにかけての領域に明瞭なピークがみられ、RNA品質に問題ないことを確認した。全対象者の血漿miRNAを網羅的にアレイ解析した結果、搭載されている全probeのうち、21.1% (537/2549)がflag callとして検出された。シグナル値のノーマライゼーション後、両コホートで共通変動すmiRNAの発現プロファイルを用いた主成分解析を行った。その結果、この発現プロファイルの違いにより患者群と健常対照群がそれぞれ別クラスターとして分離できることが確認できた。現在、血漿miRNAのqPCRによる定量方法の最適化を行っている。マイクロアレイ解析で変動のあったmiRNAのqPCRによる定量解析を行う。その後、iPS細胞を用いた解析を行う。
高分子ハイドロゲルの界面機能制御：分子鎖熱運動性と生体適合性の二次元パターニング

平成30年度は、中性子反射率(NR)測定に基づきハイドロゲル膜の水中における構造解析を行い、水平力顕微鏡(LFM)観察に基づきハイドロゲル膜の表面摩擦特性を評価した。まず、架橋密度の異なる3種類のハイドロゲル薄膜を調製した。NR測定において、ポリマーブラシの密度分布を記述する際に用いられる放物線関数を適用した際に、最も精度よく実験値を再現することができた。よってハイドロゲル膜は、水界面において自由に運動する分子鎖(ダングリング鎖)を有し、厚さ十数nmにわたってポリマーブラシと同様の体積分率プロファイルを有することが明らかになった。さらに界面層は、架橋密度が低下するに従い、界面層の厚みが増加した。これは、架橋密度の低下に伴い、水界面近傍におけるダングリング鎖の面内密度が減少することと相関があると考えられる。以上、NR測定から、水中におけるハイドロゲル膜の界面構造を明らかにした。次に、ハイドロゲルの分子鎖熱運動性に関する界面物性として摩擦特性に着目し検討を行った。摩擦特性の指標として水平力の垂直荷重依存性を評価した。水平力は荷重と比例して増加したのちに、ある垂直荷重を境にほぼ一定の値となった。これは臨界垂直荷重以下すなわち界面近傍では、臨界垂直荷重以上すなわち膜内部と比較して摩擦係数が大きいことを意味する。ハイドロゲル膜の水界面における分子鎖の分布が、ポリマーブラシと同様であることを考慮すると、界面近傍の摩擦の起源は、接触したプローブによって引き伸ばされた分子鎖のエネルギー損失であると考えられる。一方、膜内部まで押し込むと、界面層の分子鎖はすべて押しつぶされる。そのため摩擦は膜内部の膨潤率などを反映し、荷重への依存性が極めて低下する。以上から、ハイドロゲルの摩擦特性は界面近傍ではダングリング鎖の影響を受け、それより深い領域では膜内部の特性により決定づけられると結論した。平成30年度は当初の目的に従って、膨潤率の制御されたハイドロゲル薄膜の調製、中性子反射率(NR)測定に基づく構造解析および水平力顕微鏡(LFM)観察に基づく摩擦特性の評価を実施した。NR測定では、ハイドロゲル薄膜の深さ方向の密度プロファイルを明らかにした。特に、水界面における分子鎖凝集状態について詳細な考察を行うことができた。さらにLFM観察では、水中におけるハイドロゲル薄膜表面の摩擦特性が界面近傍とそれ以上押し込んだ際に顕著に異なった挙動を示すことを明らかにし、その起源を分子鎖凝集状態の描像をもとに明らかにした。研究成果は、国際学会を含め複数の学会にて発表済みであり、現在、論文執筆中である。以上の理由により、期待通り研究が進展したと判断した。次年度は、まず水界面における分子鎖ダイナミクス評価法の開発を行う。ハイドロゲルは、高度な分子設計がなされていない限り、前述のとおり構造内にダングリング鎖を有する。また、表面におけるダングリング鎖は膜内部と比較して高い熱運動性を有すると考えられ、あらゆる機能発現に影響することが予想される。しかしながら、ハイドロゲル最界面の分子鎖熱運動性を定量的に評価する手法は確立されていない。そこで、これまでに凝集状態と力学物性の詳細を明らかにした前述のハイドロゲル薄膜をモデルとして用い、定量評価に取り組む。そのための手法として、粒子追跡法に着目した。粒子追跡法では、プローブ粒子の熱運動を観測し、その軌跡を解析する。ハイドロゲル膜上にプローブ粒子の分散液を着滴させ静置すると、いくつかの粒子は激しく熱運動しながらも重力に従い、ハイドロゲルと水の界面に到達する。界面層に拘束された粒子の熱運動は水分子および接触した分子鎖の熱運動性を反映すると考えられる。現在、網目サイズと同等の粒径を有するプローブ粒子を用いながら、実験条件および解析方法の確立を目指し、検討を始めている。さらに、分子鎖熱運動性の積極的な二次元方向の制御および生体適合性の評価を行う。最終的には、分子鎖熱運動性ひいては生体適合性の二次元パターニング方法を確立する。平衡膨潤に達したハイドロゲルにおいて、水界面と内部では分子鎖凝集状態や力学物性が著しく異なる。そのため、ハイドロゲルの界面機能の制御には、マクロで平均化された情報だけでなく、最界面に着目した構造物性評価が重要である。本研究では、ハイドロゲル/水界面における分子鎖熱運動性の観点から細胞接着性を検討し、さらに生体適合性の二次元パターニング手法の確立を目的としている。平成29年度は、中性子反射率(NR)測定に基づきハイドロゲル膜の構造解析を行い、水平力顕微鏡(LFM)観察に基づきハイドロゲル膜の表面摩擦特性を評価した。具体的な項目と主な研究成果を以下にまとめる。1、水中において種々の平衡膨潤度に達するように、共重合組成比の異なる高分子を合成した。さらにそのそれを用いて基板上ハイドロゲル薄膜を調製し、膨潤率および界面近傍における膜の弾性率を評価した。その結果、およそ狙い通りの膨潤率および弾性率を有するハイドロゲル薄膜が得られた。2、NR測定に基づき、重水中においてハイドロゲル薄膜内の構造解析を行った。その結果、平衡膨潤に到達した膜内部における密度プロファイルは、膜厚方向に不均一であり、水界面において非常に膨潤率の高い層が形成していることが明らかになった。3、LFM測定に基づき、膨潤状態におけるハイドロゲル薄膜の摩擦特性の評価を行った。その結果、水平力は垂直荷重の増加に伴い増加し、臨界荷重以上では一定値を示した。

臨界荷重以上における挙動は、マクロな系で検討されているハイドロゲルの摩擦挙動とよく一致するが、それ以下の荷重における挙動は特異であった。臨界荷重におけるプローブの押し込み深さは大きくても10数nmであったため、この特異な挙動は界面においてのみ観測されたことが明らかになった。以上の結果から、界面層における分子鎖の凝集状態が、表面の摩擦挙動と密接に関わることが明らかになった。平成29年度は当初の計画に従って、膨潤率の制御されたハイドロゲル薄膜の調製、水平力顕微鏡(LFM)観察に基づく分子鎖熱運動性の評価、および中性子反射率(NR)測定に基づく構造解析を実施し、ハイドロゲル薄膜内部の密度分布が垂直方向に不均一であること、ならびに膨潤状態における摩擦特性が押し込み深さに応じて特異な挙動を示すことを明らかにした。研究成果の一部は国際学会を含め、複数の学会にて発表済みであり、現在、論文執筆中である。以上の理由により、期待通り研究が進展したと判断した。平成30年度は、中性子反射率(NR)測定に基づきハイドロゲル膜の水中における構造解析を行い、水平力顕微鏡(LFM)観察に基づきハイドロゲル膜の表面摩擦特性を評価した。まず、架橋密度の異なる3種類のハイドロゲル薄膜を調製した。NR測定において、ポリマーブラシの密度分布を記述する際に用いられる放物線関数を適用した際に、最も精度よく実験値を再現することができた。よってハイドロゲル膜は、水界面において自由に運動する分子鎖(ダングリング鎖)を有し、厚さ十数nmにわたってポリマーブラシと同様の体積分率プロファイルを有することが明らかになった。さらに界面層は、架橋密度が低下するに従い、界面層の厚みが増加した。これは、架橋密度の低下に伴い、水界面近傍におけるダングリング鎖の面内密度が減少することと相関があると考えられる。以上、NR測定から、水中におけるハイドロゲル膜の界面構造を明らかにした。次に、ハイドロゲルの分子鎖熱運動性に関する界面物性として摩擦特性に着目し検討を行った。摩擦特性の指標として水平力の垂直荷重依存性を評価した。水平力は荷重と比例して増加したのちに、ある垂直荷重を境にほぼ一定の値となった。これは臨界垂直荷重以下すなわち界面近傍では、臨界垂直荷重以上すなわち膜内部と比較して摩擦係数が大きいことを意味する。ハイドロゲル膜の水界面における分子鎖の分布が、ポリマーブラシと同様であることを考慮すると、界面近傍の摩擦の起源は、接触したプローブによって引き伸ばされた分子鎖のエネルギー損失であると考えられる。一方、膜内部まで押し込むと、界面層の分子鎖はすべて押しつぶされる。そのため摩擦は膜内部の膨潤率などを反映し、荷重への依存性が極めて低下する。以上から、ハイドロゲルの摩擦特性は界面近傍ではダングリング鎖の影響を受け、それより深い領域では膜内部の特性により決定づけられると結論した。平成30年度は当初の目的に従って、膨潤率の制御されたハイドロゲル薄膜の調製、中性子反射率(NR)測定に基づく構造解析および水平力顕微鏡(LFM)観察に基づく摩擦特性の評価を実施した。NR測定では、ハイドロゲル薄膜の深さ方向の密度プロファイルを明らかにした。
大規模数値実験による西日本海域の津波伝播特性に関する研究

想定を大幅に超える津波の発生は甚大な人的被害を発生させる。次にどのような津波が発生するかを一意に決められない現状では、様々な津波の発生を想定してその結果として得られる脆弱性を勘案して防災計画を立てる必要がある。本研究では、西日本の沿岸域を対象として、多数の津波遡上を数値解析によって計算し、その結果をデータベース化して、各沿岸域の津波脆弱性を可視化した。またこれを使って避難計画などに資する情報を提供するための仕組みを検討した。西日本沿岸域の津波来週ポテンシャルを把握する研究を実施した。まず、政府より出されている南海トラフ巨大地震による津波の来襲特性を把握するために、全地域、全ケースでの津波数値解析を行って、1分おきの津波来襲状況をGISデータベースにし、ウェブを介して閲覧可能にした。また、このデータを使って、それぞれの地域において、浸水が発生するケース数、津波到達時間の最大・最小値、浸水深の最大・最小値などを可視化し、それぞれの地域において、ケースの差でどのような津波浸水の差があるのかをまとめ、避難に役立てる情報とした。さらに、地震学の資料とから、プレートの境界面・すべり方向などのパラメータを設定し、すべり量を変えて多数の計算をするシステムを構築した。これにより、1000万ケースほどの波源モデルを設定できるようにした。現在は、ユーザーがある程度すべり量などのパラメータを変えながら、津波計算が出来るウェブサイトを開発している。また、これに平行してあらゆる津波発生ケースを考慮して避難を行う知恵の生成を促す想定情報の提供方法を検討した。具体的には、津波避難訓練を中核に据え、避難訓練と津波数値解析から得られる時系列の津波来襲状況を組み合わせて、訓練者が津波の来襲を考えながら避難訓練をできるように、また避難訓練後に自らの訓練結果を津波来襲状況と重ね合わせて振り返り、よりよい避難の方法を検討できるようにした。これらの仕組みは、スマートフォンのアプリケーションとして開発した。スマートフォンを用いることによって、現場でのリアルタイムでの訓練ができるほか、データを収集することによって訓練結果を有効に活用できるようになる。また、津波防災の担い手となる地域の若者がより津波避難に興味をもち、積極的に津波防災に関わる効果も見込まれる。昨年度に引き続き南海トラフで発生する地震を想定して津波の数値シミュレーションを実施した。地震のマグニチュード、断層位置、形状、傾斜角、すべり角、すべり量などの断層パラメータをモンテカルロシミュレーションによって変えながら、津波の伝播および遡上のシミュレーションを多数実施した。その結果を整理し、沿岸の遡上域の各地点において、浸水するケース数、家屋流出となる2m以上の浸水となるケース数、到達時間別ケース数などをまとめた。また、断層パラメータをコード化し、断層パラメータコードをキーとして、断層パラメータデータベースと浸水域分布・到達時間分布データベースを作成・連携させたデータベースを作成した。これを用いて、浸水域の各地点ごとに、浸水深や到達時間を検索条件としたクエリを作成し、ある一定以上の浸水深をもたらす断層の特徴、またはある一定時間以内に津波を到達させる断層の特徴を検索するデータベースシステムを作成している。また、このデータを地域で活用できるようにするための研究を行った。まず地域で活用するためには、地域住民がその地域に到達する津波とそれによる被害についてどのように理解しているかを調査し、それに対してどのようにコミュニケーションを取って想定情報を伝えていくかを検討する必要があった。そこで、津波災害について、津波関連の一般向け書籍を調査し、研究者や専門家が伝えたいと思っていることをグラフ形式でモデル化したエキスパートモデルを作成した。次にこれと対比しながら一般住民はどのように理解しているかについて、実際に津波を経験した東日本大震災被災地域、将来の津波に対して対策を進めている南海トラフ想定被災地域、および津波常襲地帯と津波の経験が無い地域においてインタビュー調査を行っている。これを各地域で行うことにより、避難のためのシミュレーション情報の提供方法の検討が行えるようになると考えている。昨年度に引き続き南海トラフで発生する地震の津波数値シミュレーションを実施した。プレート境界面の形状に一致させるように矩形断層を走行方向に約10kmずつずらし、また傾斜方向に10通りの断層深さを設定し、さらにマグニチュードを0.2間隔で複数設定し、津波のシミュレーションを実施した。その結果を整理し、断層パラメータ、浸水深分布、到達時間分布、沿岸津波高分布からなるデータベースに追加した。さらに、膨大な数の数値シミュレーション結果から西日本海域の津波伝播特性を抽出するため、沖合の代表点の津波波形と沿岸の津波高の関係について、機械学習を用いて分析した。10以上の機械学習モデルを用いてそれぞれの機械学習モデルの精度を検証しながら、沖合の代表店の津波波形から沿岸の津波高を学習した関係に基づいて機械に予測させたところ70%の精度で津波高を予測することができた。地域住民がその地域に到達する津波とその到達時刻を理解するために、上記で作成したデータベースをもとに、ウェブブラウザー上で簡単に住民が津波の想定情報を得られるようにした。シミュレーション結果はウェブGISサーバー上にGISサービスとして展開し、住民がウェブブラウザー上の地図で想定したい沿岸の地点と、津波を発生させてみたい南海トラフ沿いの場所を指定し、マグニチュードを指定すると、シミュレーション結果がGISサービスにより検索され、ウェブブラウザーの地図上に重ね合わせられるようにした。これにより、西日本海域のどの場所で、どの規模の地震が発生したら、関心の地点がどのくらいの津波になるかを試しながら、西日本海域の津波伝播特性を学ぶ防災教育のツールができた。

次にどのような津波が発生するかを一意に決められない現状では、様々な津波の発生を想定してその結果として得られる脆弱性を勘案して防災計画を立てる必要がある。本研究では、西日本の沿岸域を対象として、多数の津波遡上を数値解析によって計算し、その結果をデータベース化して、各沿岸域の津波脆弱性を可視化した。またこれを使って避難計画などに資する情報を提供するための仕組みを検討した。本研究の目的である、多様な津波発生を考慮した想定データベースの構築はおおむね順調に進んでいる。モンテカルロシミュレーションを継続的に実施しており、計算結果の蓄積が進んでいる。また、想定をフィールドにおいてどのように利用して津波避難を進めていくかの検討についてもおおむね順調に進んでいる。津波の発生の仕方によって地域に来襲する津波の特徴が変化するが、それを理解するためには専門的な知識が必要となる。そこで、住民がどのくらいの知識や直感を地域に来襲する津波について知っているかを調べるインタビュー調査を行い、住民がどのようなことを知りたいと思っているのかに迫ることができた。津波防災工学引き続きデータベースへの計算結果の追加を行って、データの蓄積を進めていく。また、住民へのインタビュー調査を行って、想定についてどのようなことを知りたいと思っているのかを明らかにしていく。これらを用いて最終年度のとりまとめを行う。具体的には、住民が自ら操作して地域の避難検討に資する情報を得られるように、ウェブを用いてデータベースに登録されている津波シミュレーション情報にアクセスできる仕組みを検討する。また、そのプロトタイプを用いて実際に住民に操作してもらい、改善点やさらに必要な情報や仕組みを検討する。本研究の目的となる多様な津波の発生を考慮した西日本域の津波来襲特性を体系化する仕組みを作ることが出来た。仕組みづくりを最初に行ったために、西日本域の津波来襲特性を実際に数値解析から計算してデータベースを作成するという本年度の目的までは達成されなかったが、それをやる土台は出来ていると考えられる。さらに本年度の予定には入っていなかったが、本研究のもう一つの目的となるその結果をフィールドにおいて利用するという目的にたいして、避難訓練と津波数値解析の連動というアプローチをはじめ、それを実現する仕組みが出来始めて来ている。従って、当初の本年度予定の達成度としては、おおむね順調に進展していると考えている。研究を進めていくなかで、多地域、多数の住民へのインタビュー調査の実施や、本研究で作成するデータベースをウェブで閲覧できるようにするシステムの開発が必要となったので、今年度の支出を抑え、次年度にこれらを実施できる額を残した。
近赤外光アップコンバージョンの開拓とバイオ応用

本研究の目的は、発光性の配位子を用いて新規発光性MOFを合成し、そのナノ細孔中に三重項増感剤(ドナー)を凝集させることなく導入することで、これまで困難を極めていた固体中でのドナー凝集という問題を合理的に解決し、非常に弱い励起光強度で高効率なフォトン・アップコンバージョンを達成することである。フォトン・アップコンバージョンとは長波長の光を短波長の光へと変換する現象であり、これまで利用が困難であった低エネルギー光を利用可能にすることで、太陽電池や光触媒などの太陽光利用デバイスの効率を向上させるとして期待されている。昨年度に引き続き、発光性部位を有する配位子の合成、およびそれらの配位子を用いた新規発光性MOFの合成と評価を行った。単結晶構造解析により新規イオン性MOFの構造を明らかにした。蛍光スペクトルや蛍光寿命、蛍光量子収率などの測定によりMOFの発光特性を評価した。MOFの骨格中にイオン性のドナーを導入することにより、フォトン・アップコンバージョン発光を発現することに成功した。更に、MOFの骨格中にドナー分子を組み込む戦略により、ドナー分子を凝集させることなくMOF中に分散し、近赤外光から可視光へのアップコンバージョンを得ることに成功した。当初の計画通り、発光性の配位子とMOFを合成し、そのMOF中にドナーを分散させることでフォトン・アップコンバージョン発光を得ることに成功した。可視光域におけるフォトン・アップコンバージョンに加え、近赤外光から可視光へのアップコンバージョンを得ることにも成功し、多様な波長域におけるアップコンバージョンを達成した。これまでに得られたフォトン・アップコンバージョン材料の構造を最適化し、より効率の高いアップコンバージョン材料を得ることを試みる。得られた材料をポリマー中に分散し、フィルム状態においてアップコンバージョンを得ることを目指す。
新しいセンシングプラットフォームとしての脂質二分子膜単電子トンネリング場の創成

本研究は、脂質二分子膜の超絶縁性をナノ電子デバイスの創成に活用し、脂質膜内での単電子トンネリング場の創成と、そのバイオセンサ応用を目指したものである。はじめに脂質二分子膜へのナノ粒子の包埋について検討し、粒径の小さいナノ粒子であれば自立型の脂質二分子膜への包埋が可能であることを明らかにした。次にナノ粒子配列を対象とした数値シミュレーションを行い、室温においても観測可能な単一電子効果が期待できることが分かった。また、膜内電極を配線しチップの作製にも成功しており、今後はこれらの統合に基づくデバイス創成とそのセンサ応用が期待される。脂質二重膜への金ナノ粒子の導入について検討し、金ナノ粒子(φ2 nm)の表面が親水基で修飾されている場合は脂質二分子膜中に導入されないが、親水基を置換して疎水化することにより脂質二重膜中に導入できることを見出した。また、作製した脂質二重膜の表面平坦性と流動性の変化を原子間力顕微鏡により評価した結果、金ナノ粒子を導入した脂質二分子膜は欠陥の少ない平坦な膜となることが分かった。さらに、金ナノ粒子の導入により、脂質分子の拡散がどのような変化を受けるかについても検討を行った。次に、金ナノ粒子配列における単一電子帯電効果について、モンテカルロ法を用いた数値シミュレーションによる特性予測を行った。その結果、比較的大きなサイズ分散をもつ金ナノ粒子を用いた場合でも、室温において観測可能なレベルの単一電子帯電効果を期待できることが示唆された。一方、本研究の遂行には、ナノ粒子包埋脂質二分子膜のトランジスタ特性を調べることが必須であるが、従来の脂質二分子膜の評価装置ではトランジスタ特性の評価は難しいという問題があったため、本年度はトランジスタ評価用の装置を用いた脂質二分子膜特性の評価について検討し、十分なノイズ対策をすれば、トランジスタ評価用の装置を用いて脂質二分子膜の特性評価がおおむね可能であることを確認した。また、脂質二分子膜内での電極配線について検討し、微細孔形成基板上での金電極配線が可能であることが分かった。この他、微細孔形成基板中に作成した脂質二分子膜中へのイオンチャネルタンパク質の包埋について検討し、一過性の強い刺激の付与により、高効率なチャネル包埋が可能となることを見出した。本研究では,脂質二分子膜に基づく単電子トランジスタという全く新しいナノバイオデバイスの創製を目的としている.そのための検討項目としては,脂質二分子膜中へのナノ粒子の包埋と確認,デバイス構造のシミュレーション,膜内電極の配置,そしてそれらの統合によるトランジスタの構築が挙げられる.平成27年度は,前年度に引き続き脂質二分子膜へのナノ粒子の包埋について検討し,ナノ粒子の種類によっては,支持二分子膜中には包埋されるが自立型の脂質二分子膜には包埋されないものがあること,自立型の場合は極めて粒径の小さい粒子であれば包埋できることが分かった.一方,支持二分子膜の場合は比較的大きなナノ粒子の包埋が可能であり,形成したナノ粒子含有脂質二分子膜が欠陥の少ない平坦な膜構造をとることが分かった.また,膜内にソース・ドレイン電極を配置するための電極配線シリコンチップの作製を進め,シリコンチップ上への電極配線と電流測定系の構築に成功した.一方,デバイス構造のシミュレーションについては,平成26年度はモンテカルロ法に基づく数値シミュレーションを,平成27年度は固体基板上に形成したナノギャップ電極とナノ粒子を用いたモデル実験を行い,その単一電子特性についてパーコレーション理論に基づく解析を行った.この他,脂質二分子膜へのチャネル分子の包埋確率について遠心力を利用することにより,従来の約6%から70%に向上できることを見出した.また,生体の脂質二分子膜である細胞膜の絶縁性を利用した細胞外電位信号の増幅について検討し,新しい細胞外電位増幅法として提案した.本研究は、脂質二分子膜の超絶縁性をナノ電子デバイスの創成に活用し、脂質膜内での単電子トンネリング場の創成と、そのバイオセンサ応用を目指したものである。ナノ粒子の包埋方法やデバイスシミュレーションについての検討が進み、デバイス構造および設計の指針が立てられるようになってきた。また、脂質二分子膜の特性評価にトランジスタ評価用の装置が使用できることも確認でき、二分子膜内電極配線についても配線方法を確定することができた。以上より、おおむね順調に進捗していると考えている。分析化学平成26年度の結果に基づき,電極配線をほどこしたシリコン基板に金属ナノ粒子を含む脂質二分子膜を形成したトランジスタを作製し,そのトランジスタ特性を測定して構造の最適化を行う.具体的には,単電子トランジスタの特徴であるクーロン階段,クーロン振動,クーロンダイヤモンドが観測できるか検討し,二分子膜径や,ナノ粒子径,粒子間距離等の最適化を行う.また,ソースードレイン電圧によって,金属ナノ粒子が動いてしまう可能性もあるため,最適配置を固定できるような仕組みについても光架橋性リン脂質等を用いて検討する.さらに、このトランジスタのセンサー応用についても検討を開始する。

金属ナノ粒子の表面処理により物質認識素子を修飾した単電子島を用いて単電子トランジスタを作製し,まわりの液中に対象物質を添加した際の単電子トランジスタ特性の変化について詳細に検討し,単電子トランジスタという新しいプラットフォームが,これまでにない超高感度なトランスデューサーとして機能しうるのか検討を行う.これを、新しいセンシングプラットフォームに基づくバイオセンサーとして提案する.以上の一連の研究結果から,脂質二分子膜に基づく新規単電子トランジスタの構築とバイオセンサーへの展開について,研究の総括を行う.科研費の適切な使用を心がけて節約につとめたところ、余剰が生じたために、翌年度への繰り越しとした。来年度の平成27年度は、本研究課題の最終年度となり、測定回数も大幅に増えると予想されるため、脂質溶液や金ナノ粒子他の試薬を含む消耗品費の増大が予想される。H26年度からの繰り越し金は、その消耗品費として使用したいと考えている。
合成ガスからの液体燃料の製造に関する研究

合成ガスからイソパラフィンまたは芳香族成分に富むガソリン,あるいは直鎖パラフィンまたはα-オレフィンを主体とするディ-ゼル軽油をそれぞれ選択的に生産できる、新規な触媒プロセスの創造を目指した。冨永は、ゼオライトの酸性と担持金属の種類(Ru,Pt,Ru-Pt)を変え触媒の各成分の機能を調べ、反応機構を明らかにした。乾は、Ga-,Fe-,Zn-シリケ-トを合成し、改良型F-T合成触媒(Fe-Mu-Ru)を複合化し、高収率でガソリンを得た。岩沢は、ZSM-5の外表面を超薄層の単分子層の【ZrO_2】でコ-ティングした触媒でメタノ-ルからイソペンタンを選択率的80%で合成した。新山は、Coカルボニル系触媒を調製し、オレフィンのホモロゲ-ションやオキソ反応を利用して、炭素数分布やi/n比を変化させ得ることを示した。村上は、PSRA法による分子論的理解に基づいて、触媒の開発を行い、酸化還元性と塩基性とを合わせ持つ希土類酸化物とRu金属触媒を複合化することにより、含酸素燃料合成用触媒設計の要件を明らかにした。八嶋は、HZSM-5触媒がブタンを分解し低級オレフィンをつくって、その重合環化を行い、担時Gaが環状オレフィンを脱水素して芳香族を与えることが分った。藤元は、スラリ-法F-T用Co触媒の細孔径と反応物の拡散過程の関係を反応工学的に検討し、従来より2倍以上活性の高い触媒を得た。内島は、Ruコロイド・ゼオライト触媒を調製し、合成ガス変換反応における複合効果を調べた。御園生は、細孔構造と酸性質を調整した粘土層間化合物にRuを担時した触媒で80%の選択率でガソリンを得た。小野は、Zn-ZSM-5触媒の調整法と反応の操作因子を詳しく検討し、最高約70%の収率で芳香族を得た。荒井は、2成分系複合酸化物担体にCo-Ni合金を担時した触媒を調製し、MnO-【ZrO_2】担体では59%の選択率でガソリンを得た。
若年喫煙習慣者の禁煙治療前後における脳血流・代謝変化についての研究

20歳代までの若年男子喫煙習慣者に対して、禁煙治療前後で^<99m>Tc-ECD脳血流SPECT検査及び^<18>F-FDG-PET/CTを用いて脳糖代謝、脳循環の評価を行った。また禁煙治療前後で心理テストself-rating depression score testを行った。禁煙治療後では喫煙時と比較して、両側前頭葉皮質、左側頭葉皮質、帯状回前部、左尾状核、右視床、左海馬で有意な血流増加が認められた。また左側頭葉皮質後部で有意な脳糖代謝の活性化が認められた。禁煙治療前後で心理テストには有意な変化を認めなかった。慢性喫煙状態における微小循環障害や精神活動の低下が禁煙により改善したものと思われた。若年男子喫煙習慣者では禁煙治療を導入することで脳糖代謝、脳循環の改善し合併症のリスクを軽減できる可能性が示唆された。若年者の喫煙習慣は社会問題の一つであり,虚血性心疾患や血管炎などの循環器疾患,肺気腫等の呼吸器疾患の様に不利益な状態を早期に齎し慢性化する可能性が報告されている。また喫煙習慣が脳循環代謝に及ぼす影響についても数多く報告されているが,若年者で特に画像診断解析手法を用いての研究報告は少ない。本研究では10歳代後半から20歳代までの若年男性喫煙習慣者において禁煙治療前後で脳血流および糖代謝の変化をPET検査およびSPECT検査を用いてモニタリングし、喫煙の脳血流・糖代謝への影響について画像的に解析するとともに、禁煙治療による脳循環代謝の変化・改善を証明した。SPM5を用いた画像統計解析法により2群間の比較を行い、以下の2つの項目を検討した。(1)若年喫煙習慣者の脳血流分布・脳血流分布値・脳糖代謝の特徴(2)禁煙後における脳血流・脳糖代謝の変化、喫煙時との比較(1)では非喫煙者の正常コントロールと比較して帯状回前部を含めた大脳辺縁系の有意な局所脳血流低下と糖代謝低下が証明された。また前頭葉下部および頭頂葉後部の血流低下・糖代謝低下も認められ,うつ状態およびうつ状態に伴う認知機能異常との関連も示唆された。(2)では喫煙状態と比較して,禁煙治療導入後では帯状回前部などの脳血流低下・脳糖代謝低下領域は消失した。禁煙治療法導入により,脳血流,脳糖代謝改善をはかることで,循環器疾患,呼吸器疾患以外にも有意義な治療効果があることが証明された。若年者における喫煙は社会問題の一つであり,循環器疾患,呼吸器疾患,悪性新生物等不利益な状態を早期に齎す可能性が報告されている。また喫煙習慣が若年者の脳循環代謝に及ぼす影響について,心理学的な解析データも数多く報告されている。しかし画像診断解析を用いての研究報告は少ない。本研究では10歳代後半から20歳代までの若年男性喫煙者において禁煙治療前後で脳血流・代謝の変化をモニタリングし、喫煙の脳血流・代謝への影響について画像的に解析するとともに、禁煙治療による脳循環代謝の変化・改善を証明した。SPM5による画像統計解析法を用いて2群間の比較を行い、以下の2つの項目を検討した。(1)若年喫煙者と非喫煙者正常コントロールとの脳血流分布・脳血流分布値・脳糖代謝の比較(2)禁煙開始早期における脳血流・脳糖代謝の変化、喫煙時との比較(1)では非喫煙者正常コントロールと比較して帯状回前部を含めた大脳辺縁系の有意な局所脳血流低下と糖代謝低下が証明された。(2)では喫煙習慣状態と比較して,禁煙治療導入後では有意な脳血流低下・脳糖代謝低下領域は消失した。禁煙治療法導入により,若年者における脳血流,脳糖代謝改善をはかることで,循環器疾患,呼吸器疾患や腫瘍性疾患以外にも有意義な治療効果があることが証明された。研究最終年度であり研究結果を解析統括した。若年喫煙習慣者に対する禁煙治療導入により、局所血流増加、糖代謝増加が観察された。SPMによる対応のあるT検定では禁煙治療前後で左側頭葉上部に有意な血流増加が認められた。3DSRTを用い関心領域毎に局所脳血流値を比較した結果では、禁煙治療後に右前頭葉、右中心溝周囲、右側頭葉、右レンズ核、左視床、左海馬、左帯状回前部で有意に血流増加を認めた。さらにFine SRTによる詳細

解析では右眼窩前頭野、両側下前頭回、右上前頭回、右中前頭回、右前中下側頭回、横側頭回に有意な血流増加が認められた。FDG-PET/CTを用いた脳糖代謝評価では、SPMを用いた画像統計解析法により禁煙後に左側頭葉後部、左角回に有意な糖代謝増加が認められた。心理テスト(SDS試験及びCMI調査)の結果は、それぞれ禁煙前で35.6と1.43、禁煙後で35.1と1.35であり鬱状態や神経症の範疇では無く正常範囲であった。今回の結果の原因として2つの観点から考えることが出来る。一つは可逆的な微小循環障害からの回復であり、もう一つは長期喫煙による精神活動低下からの改善である。前者については神経障害等の根拠となる客観的所見がなく疫学的な長期観察が必要である。また後者についても喫煙習慣者で高次機能障害があったことを意味するわけでは無いが,僅かに低下していた高次機能が禁煙治療により改善・向上した可能性は推測される。今後の作業能力試験を含めた検討が必要と思われる。禁煙政策は、高いコストを伴わずに周囲環境に対して、他の因子をも上回る予防効果をもたらすものと考えられた。なお今回の研究は喫煙者の脳循環・糖代謝の変化を禁煙治療前後に評価したものであり、現在話題の受動喫煙で同様な現象が起きるか否かは将来的に明らかにされるべきテーマである。
教科で育成すべき見方・考え方の指導法のモデル化と模擬授業ゲームへの応用

本研究では、「生きる力」の育成に向け、見方・考え方や問題解決の枠組みを明示的に指導する方法を確立し、それを教師教育に結び付ける方法論の開発に取り組んだ。具体的には、領域固有知識、見方・考え方、問題解決スクリプトで構成する学習者モデルを提案した。また、モデルに基づく指導フレームワークを共通性と相違点に着目しながら各教科で開発し、情報、数学、理科などでゲーミング教材を開発した。そして、授業実践を通じて、教科学習への関心や有用性の意識を高めること、問題解決力の向上に効果があることも確認した。以上の成果を教師教育に結びつけるために学習者エージェント機能を持つ模擬授業ゲームの設計と試作を行った。本研究では、PISA型学力や学習成果の活用力を育成するために、教科目標に含まれながら明確な指導がされてこなかった「見方・考え方」の指導法を確立し、それを教師教育に結び付ける方法論の開発を行う。具体的には、以下の15を行う。1仮説となる学習者モデルを作成する。2モデルに基づく指導法を定式化し、eラーニング教材化して学習実験を行う。3結果に基づきモデルや指導法を改良する。4以上の成果を教師教育に結びつけるために模擬授業ゲームを開発する。5模擬授業ゲームの効果を検証し、改善する。なお、対象教科は数学と情報である。昨年度、13を数学と情報の両方に対して行ったため、今年度は、それらを改良、詳細化しながら、13を繰り返すと同時に、4にも取り組んだ。具体的には、1の学習者モデルについては、問題解決スクリプトが階層的に構成されており、それらがメタルールによって活用されるとした。見方・考え方は、それらの問題解決スクリプトから起動されるが、有用性や活用の自信度で活用されるかどうかが決まるというメカニズムを考えた。また、見方・考え方は学習方略としての機能も果たし、領域専門知識の獲得や組織化に影響を与えることをモデル化した。そして、領域専門知識とそれらが活用される文脈との関連づけの様態によって、テスト学力と日常生活の中に生きる学力との違いが説明されるとした。なお、学習者モデルは、各教科別ではなく、複数教科で共通化できるものとして統合化を図っている。また、それに合わせて、数学の課題学習や科学技術コミュニケーションのための教材開発にも着手した。これらのモデルを明確にしつつ、現在、模擬授業ゲーム開発の基盤となる教授活動ゲームに、学習者モデル記述機能を拡張すべく、作業を行っている。本研究では、PISA型学力や学習成果の活用力を育成するために、教科目標に含まれながら明確な指導がされてこなかった「見方・考え方」の指導法を確立し、それを教師教育に結び付ける方法論の開発を行った。具体的には、1仮説となる学習者モデルの作成、2モデルに基づく指導法の定式化とeラーニング教材の開発、3教材を用いた授業実践、4実践結果に基づくモデルや指導法の改良、5以上の成果を教師教育に結びつけるために模擬授業ゲームの設計と試作を行った。1については,Bruer(1993)のアイデアを参考に,学習成果を日常の問題解決に活用するには、領域固有知識・見方・考え方・問題解決スクリプトの適切な習得と活用が必要であるとする学習モデルを提案した。2については、数学の課題学習、理科の科学技術コミュニケーションや探求活動、教科「情報」のマルチメディア制作などで、教材の設計フレームワークと具体的なeラーニング教材を開発した。3として、それらを用いた授業実践を行い、開発した教材は、各教科の学習成果が日常生活の問題解決に役立つという意識を高めたり、その教科を学ぶことへの関心・意欲を高めたり、さらには、実際に問題解決する力を高めたりする効果があることを確認した。4として、システムログに基づく対話過程の分析を行い、教材設計フレームワークの改良すべき点や詳細化すべき点を検討した。特に、明示的に見方・考え方を示し、活用させることや、それらを活用させる時のヒントの出し方などについて検討した。5として、学習者モデルを導入した模擬授業ゲームの設計を行い、学習者モデルの要素だけでなく、動作に必要な指導案データや教授行動スクリプトなどの記述方法について検討した。5については、システムの実装や模擬授業ゲームの効果検証などについて、平成2628年度の科学研究費補助金の助成を受け、さらに発展的な研究を行う計画である。具体的には、以下を行う。a)学習者が知識と見方・考え方とを結び付けて活用するための学習モデルを仮説として作成する。b)学習モデルに基づいて指導法を定式化し、それをeラーニング教材化して学習実験を行う。c)実験結果に基づき、指導法や見方・考え方の明確化を行う。

d)模擬授業ゲームにモデルをエージェントとして実装し、指導結果をフィードバックする機能を開発する。e)良い指導計画とそうでない指導計画の識別や、良い指導計画を授業として運用する際の適切な意思決定を訓練するための模擬授業訓練ゲーム盤を開発する。f)訓練効果を検証し、改善する。なお、対象教科は数学と情報である。今年度は、「二次関数」に焦点を当ててa)c)の作業を行うとともに、d)の学習者エージェントの開発と、e)の模擬授業ゲーム盤の開発とを平行して行う計画であった。実際には、「二次関数」に加えて「図形と計量」、数学に加えて情報についてもa)c)の研究を進めた。数学については、数学的な見方・考え方を活用して問題解決する活動を支援できる対話インタフェースの開発が中心となった。情報については、情報的な見方・考え方を使ってより良い問題解決をする方法と、「3種の知識」に基づく情報モラル判断の方法とを統合した問題解決の枠組みを提案し、それを指導・評価するゲーム型教材の設計原理を定式化した。d)とe)については、当初、Javaで開発した学習者エージェント内にルールベースの学習者モデルを記述することを想定していたが、教材開発や模擬授業実施環境である教授活動ゲーム内に記述した方が開発効率が良いことから、そのような形でシステムの拡張を図った。既に、数学、情報の両方について学習者モデル、指導法、教材の検討と開発が進み、さらに、それらを理科にも広げるとともに、それら全体を統合するモデルへと拡張している。模擬授業ゲームについては、学習者モデルの拡張・詳細化に伴い、学習者モデルの記述機能を新たに開発する必要が生じたため、若干作業が遅れているが、むしろ、より良いシステムが開発される見通しが得られており、その意味でも、当初計画以上に進展していると評価できる。今年度は、当初の予定では、数学の「二次関数」の範囲についてのみ、目的のa)c)についての作業を行う予定であったが、実際には、「二次関数」に加えて「図形と計量」の範囲についても作業を行い、さらには、数学だけでなく情報についても目的a)c)の作業を進めることができた。全体的に当初計画より大幅に進んでいるが、2012年度は学習者モデルの詳細化に重点を置き、数学的な見方・考え方を活用して問題解決をさせるための対話インタフェースの完成度がまだ十分とは言えない。2013年度は、この対話インタフェースの開発を進めながら教材開発を進める。同様に、模擬授業ゲームに関しても、学習者モデルを実装した後、学習者の状況をユーザにフィードバックするための対話インタフェースの開発が鍵になる。2013年度は、学習者モデルの記述機能と、対話インタフェースの開発に重点を置き、完成したゲームの教育効果を検証する。研究目的のa)c)については、当初計画より大幅に進んでいるが、数学については、数学的な見方・考え方を活用して問題解決をさせるための対話インタフェースの完成度がまだ十分とは言えない。2012年度の目標としては、この対話インタフェースの汎用化が必要である。
教師教育用オンライン＜動画リテラシー＞プログラムの開発研究

本研究は、日本の学校教育に<動画リテラシー>教育を組み込む際の前提となる、教員自身の<動画リテラシー>を、オンラインで育成するプログラムを開発することを目的としている。当該プログラムは、1初回の「講義」、2映像技法、2音声技法、3構成技法の3つの各「習得プログラム」、および4動画分析課題と5動画制作課題からなる「技法活用プログラム」、そして6最終回の「講義」からなる。またここでプログラム開発とは、適切な試行ののち、評価・改善を施して完成させることまでを含んでいる。3年計画の内の1年目は、オンラインでのプログラムの実施にあたり、当初活用予定であった<VVCweb>は、その機能を<MOODLE>に移植する作業が必要と判断され、予定を変更し、その分、遅れがちであった。2年目は大きく進展し、1から4までを完成させ、当初の予定からの遅れは5と6が3年目に残された状態までに挽回させた。また、動画をウエブ上で分析・学習できる技術を開発し、端末のシステムに依存せずに実施可能な体制を整えるなど、オンラインでの受講の可能性を整えた。ただし同時に、大学提供の<MOODLE>の機能に不足があるなど、課題もみつかり、プロジェクトの全体を完遂させるには、民間サーバーでの実施が必要になる可能性も出てきた。そこで、最終年である3年目は、5と6の開発に加え、民間サーバーでの展開方法の確立が課題として残された。オンラインでの実施システムに関して1年目に時間を要したが、2年目の本年度は、大きく、挽回し、当初の予定通り、3年間で完遂できる目処が立った。上述のように、開発するプログラムは、1初回の「講義」、2映像技法、2音声技法、3構成技法の3つの各「習得プログラム」、および4動画分析課題と5動画制作課題からなる「技法活用プログラム」、そして6最終回の「講義」からなる。最終年度である3年目は、5及び6、そしてオンラインでの実施システムを、民間サーバーでの実施を含めて確立させることで、当初からの目標は達成できる見込みである。加えて、当初の予定にはなかったが、オンラインでの学習システムは、実施場所を選ばない特性があることに鑑み、日本語だけでなく、他言語でも受講できる技術を確立させること、外国の研究者の興味を引きつけ、共同での国際的展開の可能性も、可能な範囲で追求したい。本研究は、日本の学校教育に<動画リテラシー>教育を組み込む際の前提となる、教員自信の<動画リテラシー>を、オンラインで育成するプログラムを開発することを目的としている。当該プログラムは、映像技法、音声技法、構成技法の3つの各「習得プログラム」、および動画分析課題と動画制作課題からなる「技法活用プログラム」、そして初回と最終回の二回の「講義」からなる。初年度は、初回の「講義」と映像技法の「習得プログラム」の構成と評価をすることを目的として設定していたが、計画は以下の通り変更の上実施されることになった。1開発を進める過程で、3つの「習得プログラム」は、制作方法が似ていることがあり、年次ごとに分けるのではなく、一度に制作する方が効率的であることが考えられたため、当初の計画とは別の順番で開発を行うことになった。すなわち、初年度は映像技法の「習得プログラム」の開発と評価を先行させる予定であったが、音声技法、構成技法の「習得プログラム」の開発を先行させ、初年度に完成させ、各「習得プログラム」の評価は第2年度以降に回すことにした。2また、当初活用予定であった<VVCweb>は、その機能を<MOODLE>に移植することでより効果的なプログラム実施につながることが考えられたため、当初は予定になかった<MOODLE>上でのプログラム実施のための準備を行った。3そのため、3つの「習得プログラム」の評価、および「講義」は、第2年度以降に回すことにした。1当初プログラムの実施のために活用予定であった<VVCweb>は、その機能を<MOODLE>に移植することでより効果的なプログラム実施につながることが考えられたため、当初からの研究計画に設定されていなかった<MOODLE>上でのプログラム実施のための作業が付け加わったため。24月より研究代表者の大学内での役割が増えたため、当初予定していたエフォート通りに時間を振り分けられなくなり、研究分担者により多くの役割を担っていただくなどの対応があったため。

また、動画をウエブ上で分析・学習できる技術を開発し、端末のシステムに依存せずに実施可能な体制を整えるなど、オンラインでの受講の可能性を整えた。ただし同時に、大学提供の<MOODLE>の機能に不足があるなど、課題もみつかり、プロジェクトの全体を完遂させるには、民間サーバーでの実施が必要になる可能性も出てきた。そこで、最終年である3年目は、5と6の開発に加え、民間サーバーでの展開方法の確立が課題として残された。オンラインでの実施システムに関して1年目に時間を要したが、2年目の本年度は、大きく、挽回し、当初の予定通り、3年間で完遂できる目処が立った。2年度は、1<MOODLE>上でのプログラム実施方法の確立、2映像技法、音声技法、構成技法の3つの各「習得プログラム」の評価、3動画分析課題と動画制作課題からなる「技法活用プログラム」の開発、4初回の「講義」の構成、を行う。最終年は、5「技法活用プログラム」の評価、そして最終回の「講義」の構成、6プログラム全体の調整、を行う。上述のように、開発するプログラムは、1初回の「講義」、2映像技法、2音声技法、3構成技法の3つの各「習得プログラム」、および4動画分析課題と5動画制作課題からなる「技法活用プログラム」、そして6最終回の「講義」からなる。またここでプログラム開発とは、適切な試行ののち、評価・改善を施して完成させることまでを含んでいる。最終年度である3年目は、5及び6、そしてオンラインでの実施システムを、民間サーバーでの実施を含めて確立させることで、当初からの目標は達成できる見込みである。加えて、当初の予定にはなかったが、オンラインでの学習システムは、実施場所を選ばない特性があることに鑑み、日本語だけでなく、他言語でも受講できる技術を確立させること、外国の研究者の興味を引きつけ、共同での国際的展開の可能性も、可能な範囲で追求したい。初年度は、初回の「講義」と映像技法の「習得プログラム」の構成と評価をすることを目的として設定していたが、開発を進める過程で、3つの「習得プログラム」は、制作方法が似ていることがあり、年次ごとに分けるのではなく、一度に制作する方が効率的であることが考えられたため、当初の計画とは別の順番で開発を行うことになった。すなわち、初年度は映像技法の「習得プログラム」の開発と評価を先行させる予定であったが、音声技法、構成技法の「習得プログラム」の開発を先行させ、初年度に完成させ、各「習得プログラム」の評価は第2年度以降に回すことにした。そのため、プログラムの評価に関わる人件費の一部に余剰が生まれた。4動画分析課題(「技法活用プログラム」の一部)、そして6最終回の「講義」の作成および評価について活用すると同時に、民間サーバーの使用について検討する。また、外国での研究成果交流を実施したい。
ステロイドホルモン代謝酵素活性発現を利用した生殖機能の制御

20α-水酸化ステロイド脱水素酵素(20α-HSD)は、多くのステロイドホルモン合成系の上流にあるプロゲステロン(P)を、生理学的に不活性な20α-ダイハイドロプロゲステロン(20α-OHP)に代謝する酵素であり、ステロイドホルモン産生細胞やリンパ球に存在し、それぞれ、ステロイドホルモン産生の負の調節因子、又は、Pの免疫抑制効果を弱める因子としてステロイドホルモン代謝系で重要な役割を担う酵素である。特にラット黄体では、本酵素活性を上昇させることにより、P分泌期間を短縮し、約4日という短い排卵周期を実現する一方、妊娠時にはプロラクチン(PRL)が本酵素活性を抑制し、黄体のP分泌を維持していることが知られている。本研究では、この20α-HSDの活性調節機能を、細胞・分子レベルで解明することを目的として、研究を遂行し、以下に示す様な成果を得た。1)卵巣20α-HSDの精製に成功し、分子量約3万の物理化学的性質の違う2種のアイソザイムが存在することを明らかにした。2)本酵素の特異抗体の作製に成功した。3)抗体を用いた免疫組織化学やウエスタンブロッティングにより、卵巣内の本酵素の発現を精査した結果、本酵素の活性が低い機能黄体には本酵素量が少なく、活性の高い退行黄体では本酵素量が多いことが明らかとなり、活性調節が酵素合成系に依存している可能性が示された。4)黄体細胞培養系を用いた実験により、PRLによる黄体の本酵素活性抑制機序には、黄体内マクロファ-ジが産生するTGF-βが細胞間情報伝達物質として機能しており、マクロファ-ジの存在が、PRL作用発現に不可欠であることを示す結果を得た。5)ラット卵巣のcDNAライブラリ-を作製し、アフリカツメガエル卵を用いたタンパク質翻訳系で、20α-HSD活性を誘導するcDNAフラクションを得た。現在20α-HSD遺伝子の配列決定の作業が進行中である。次に、精製標品を用いて本酵素に対する特異抗体を作成した。この抗体を用いて20d-HSDエンザイムイムノアッセイ系を確立し、分子量約48Kの20d-HSD前駆体を発見した。黄体相初・中期および末期卵巣中でのHSD1とHSD2の各活性を調べたところ、黄体相を通じてHSD1活性はほぼ一定量存在するのに対し、HSD2活性は黄体相の時期の推移に伴い減少することが判明した。また、黄体相初・中期の卵巣サイトゾルをDEAEで前処理することにより、その活性が上昇した。このことは、この時期の20d-OHP分泌量低下は、酵素量の低下によるものではなく、活性抑制物質の存在によっている可能性を示唆している。このように、20d-HSDの活性調節には、HSD1・HSD2の生合成調節機構に加えて、活性抑制物質による調節機構の存在する事が明らかとなった。以上、63年度に予定していた研究計画の大部分と64年度に計画したものの内、卵巣中での酵素活性と酵素量の調節機構に関する研究、および卵巣組織内20d-HSDの免疫組織学的研究に関しては、当初の予定をはるかに越える研究業績を得た。一方、本年度の予定に含まれているラジオイムノアッセイ系の確立はその途上にあるので、本年度確立した研究基盤をもとに、来年度の予定である遺伝子レベルの研究と平行しておこなっていきたい。なお、最近我々は20d-HSD活性抑制物質の分離に成功したので、さらにこの精製を進めたい。

20α-水酸化ステロイド脱水素酵素(20α-HSD)は、多くのステロイドホルモン合成系の上流にあるプロゲステロン(P)を、生理学的に不活性な20α-ダイハイドロプロゲステロン(20α-OHP)に代謝する酵素であり、ステロイドホルモン産生細胞や、リンパ球に存在し、それぞれ、ステロイドホルモン産生の負の調節因子、又は、Pの免疫抑制効果を弱める因子としてステロイドホルモン代謝系で重要な役割を担う酵素である。特に、ラット黄体では、本酵素活性を上昇させることにより、P分泌期間を短縮し、約4日という短い排卵周期を実現する一方プロラクチン(PRL)が本酵素活性を抑制し、黄体のP分泌能を維持していることが知られている。本研究では、この20α-HSDの活性調節機構を、細胞・分子レベルで解明することを目的として、研究を遂行し、前年度までに卵巣20α-HSDの精製に成功し、分子量約3万の物理化学的性質の違う2種のアイソザイムが存在することを明らかにし、本酵素の特異抗体の作成に成功した。本年度は、さらに以下に示すような研究成果を得た。1)抗体を用いた免疫組織化学やウェスタンブロッテイングにより、卵巣内の本酵素の発現を精査した結果、本酵素の活性が低い機能黄体には本酵素量が少なく、活性の高い退行黄体では本酵素量が多いことが明かとなり、活性調節が酵素合成系に依存している可能性が示された。2)黄体細胞培養系を用いた実験により、PRLによる黄体の本酵素活性抑制機序には、黄体内マクロファ-ジの産生ずるTGF-βが細胞間情報伝達物質として機能しており、Mφの存在が、PRL作用発現に必要不可欠であることを示唆する結果を得た。3)ラット卵巣のcDNAライブラリ-を作成し、アフリカツメガエル卵を用いたタンパク質翻訳系で、20α-HSD活性を誘導するcDNAフラクションを得た。現在20α-HSD遺伝子の配列決定の作業が進行中である。