hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
偏光を用いた星間微粒子の研究

吸収バンドの強度と星間減光との関係から、炭素-水素結合をもつ星間塵は銀河面にあまねく分布していることを確立した。これらの天体の中から選び出したものを偏光観測し、大きな偏光を持ちしかも3ミクロン帯に氷の吸収にともなう偏光の超過を示す天体を発見した。2ミクロン帯のスペクトルなどから、暗黒星雲の背後にある天体と考えられる。このような天体に対する偏光の超過は散乱の影響を受けずに氷の偏光超過を調べることができるため貴重であるが、今までにただ一つの観測例があるだけだった。一方、暗黒星雲にうもれた天体の氷の吸収にともなう偏光もこれまでの観測限界をこえて数多く観測した。この中には単純な星間偏光のメカニズムでは説明できそうにない波長依存性を示す天体もあり、これまで観測されていた少数の明るい天体が必ずしも星形成領域を代表するものではないことがわかってきた。星間減光にともなう偏光を示すものと散乱の影響が大きく効いているものとに大別した。前者の解析から、長細い星間塵の方向を磁場でそろえる効率・氷の組成などを求めた。観測された偏光を説明するには高い効率を必要とせず、現在考えられている磁場のメカニズムで十分説明できる。一方、氷の組成としては純粋な水よりもメタノールやアンモニアを混ぜたものを実験室で測定したデータの方が観測値からのずれが小さいが、それらを使ってもまだ観測値をうまく再現できず、暗黒星雲の中の氷の組成を説明する物質が文献になることが明らかになった。さらに、星形成領域の観測から、3ミクロン帯に氷の吸収をもつ天体や3.3ミクロンに輝線バンドをもつ天体を数多く発見した。中には氷の吸収と3.3ミクロン輝線バンドの両方をもつ天体もあった。氷の吸収は、これらの天体から我々までの視線方向に、紫外線が入り込まないために氷が存在できる場所があることを示している。一方、3.3ミクロンの輝線バンドはある種の芳香族炭化水素が紫外線によって励起されて発することまではわかっている。したがってこの2つの特徴を示す天体は相反する条件をもつ領域を観測ビームの中にもつことになる。今後空間的に高分解能の観測によって星形成時の幾何学にせまりたいと考えている。主として、波長1.3-4.2ミクロンにわたって分光および分光偏光観測を行なった。対象天体は銀河面で赤化をうけた巨星・超巨星と星形成領域の若い天体・暗黒星雲の背景の天体である。銀河面の天体は波長1ミクロンまでのサーベイで見つけられていたもので、これまで詳細な性質は全くわかっていなかった。これらの天体のスペクトル型を同定し、その元来の色と観測データを比べることにより、星間減光の量を見積もった。その結果、かなりのものが元来赤いM型星がわずかの赤化を受けたにすぎないことを見いだした。これは、星間物質の研究を進める上で不可欠な背景光源を探索するのに波長1ミクロン程度までの観測では不十分なことを、初めてはっきりと示したものであると言えよう。この赤化量と星間偏光の量を比較すると、従来言われていたような「赤化や減光はひきおこすが偏光に寄与しない星間微粒子」の存在に疑問を呈することができると考えている。数多く観測した天体の中から選び出したものをワイオミング大学天文台で偏光観測したところ、大きな偏光を持ち、しかも3ミクロン帯に氷の吸収にともなう偏光の超過を示す天体を発見した。また、星形成領域では氷の吸収にともなう偏光の超過を数多くの天体で見いだした。
溶融塩電解を用いる革新的貴金属回収プロセスの開発

白金族金属(Platinum group metals, PGM)は、希少性が高く化学的安定性に優れることから、宝飾品や貨幣のほか、投資目的の地金としても用いられている。さらに、その耐酸化性および触媒活性から、自動車の排気ガス処理触媒や工業用触媒として使用される。また、磁性材料や、創薬などにも応用されている。これらのPGMの需要は、我々の生活水準の向上、クリーンテクノロジーの導入に伴い、益々増加すると予想される。一方で、これらの貴金属の天然資源は、南アフリカやロシアなど限られた地域に偏在しており、我が国の安定的な資源供給のためには、使用済みの自動車用触媒や電子デバイスからの回収プロセスが極めて重要である。スクラップ中のPGMの含有濃度は合計でも数千ppm程度と低いため、溶銅や溶鉄などの抽出剤(コレクターメタル)によって濃縮処理したのちに分離・回収するのが一般的である。その後、貴金属を含む合金を水溶液中での湿式処理により、溶解・相互分離・精製している。PGMは化学的に安定である(イオン化エネルギーが大きい)ため、水溶液中へ溶解するには、強力な酸化剤(イオン化剤)を要する。さらに、PGMは水溶液中での化学的性質が類似しているため、その相互分離には多段かつ複雑な工程が必要である。そのため、強力な酸を含む有害廃液を多量に発生するという問題がある。従って、PGMのリサイクルにおいては、簡便で有害廃液の低減を可能とする革新的プロセス設計が求められている。こうした現状を踏まえ、本研究では、イオン化する工程を湿式(室温の水溶液系)から乾式(高温の溶融塩系)へ変更し、簡便で有害廃液の発生のない、効率性と環境調和性を兼備した新規リサイクルプロセスの開発に取り組んでいる。本年度は、イオン化処理にいて、文献調査、ならびに実験的検証により評価・検討するとともに、反応を評価するための電気化学セルの設計・構築を行った。これまでに、白金(Pt)および金(Au)について、乾式処理および溶融塩への溶解に関する基礎的実験を行った。本年度は、乾式処理に使用する設備の整備や条件設定を行った。また、電気化学的に溶解現象を解析するためのセルの設計・構築を行った。これらの設備を利用してPtおよびAuについて溶融塩への溶解現象を電気化学的に解析することに成功した。貴金属の溶融塩への溶解に関するメカニズムの解明・解析に取り組む。今後は、電気化学的視点から事象の解析・考察を迅速化し、化学状態分析と組み合わせることで、開発した新技術を用いた際に生成する貴金属化合物の溶融塩中での化学状態を明確化し、工学的知見のみならず学術研究として掘り下げた調査も行う。また、溶解した貴金属の溶解度および析出反応の速度論的の評価に取り組む。元素同士の電子授受および物質輸送に関する速度論的パラメータは異なることから、それらを系統的に測定し比較検討することで、高効率で分離能の高いプロセス設計を目指す。さらに、開発した手法を、他のレアメタルのリサイクル技術へ応用し、その有効性を検証する。

今後は、電気化学的視点から事象の解析・考察を迅速化し、化学状態分析と組み合わせることで、開発した新技術を用いた際に生成する貴金属化合物の溶融塩中での化学状態を明確化し、工学的知見のみならず学術研究として掘り下げた調査も行う。また、溶解した貴金属の溶解度および析出反応の速度論的の評価に取り組む。元素同士の電子授受および物質輸送に関する速度論的パラメータは異なることから、それらを系統的に測定し比較検討することで、高効率で分離能の高いプロセス設計を目指す。さらに、開発した手法を、他のレアメタルのリサイクル技術へ応用し、その有効性を検証する。所属する研究室の電気炉・ガスラインの使用率が低く、代表者が使用できる設備が存在したため、次年度使用額が生じた。31年度は、所属研究室での電気炉の使用率が上がっているため、当初予定していた電気炉・ガスラインの整備を行う予定である。また、試薬および高純度ガス、実験ツール、旅費などに使用する予定である。該当なし。
アルベール・ロンドルとルポルタージュ文学の誕生

本研究では、アルベール・ロンドルの著作を分析するとともに、近代ジャーナリズムの歴史とルポルタージュ文学の誕生について考察する。また関連領域として、19世紀以降の犯罪科学と犯罪報道、植民地主義ならびに奴隷制度、さらに、精神医学、売春制度、軍隊制度、ユダヤ人問題などについても検証する。以上の作業を通じて、ロンドルのルポルタージュの社会的影響を再検討するとともに、現代のメディアのあり方についても再考を試みる。
ナノCMMレーザトラッピングプローブの試作開発

本研究は,レーザトラッピング技術によって捕捉されたマイクロメートルオーダの微小プローブ球によって3次元位置座標をナノメートルオーダの精度で検出できるレーザトラッピング座標検出プローブの試作・開発を行うことを目的としており,その主要な成果は以下のように要約される.1.独自に開発した3次元光線追跡法と光放射圧理論を用いたレーザトラッピングプローブ力学的挙動解析シミュレータによって,水中および大気中における微粒子のトラップ力,外力の作用とプローブ球変位の関係などを解析し,トラッピングの光学的条件および位置座標検出時の力学的挙動を明かにした.2.集光Arレーザを用いて,LCD用高精度スペーサシリカ粒子(直径58μm)の水中における3次元トラップを実現した.さらに,トラツプされたプローブ球の微小変位をHe-Neレーザを光源とするMirau干渉計によって検出する位置検出原理を確立し、レーザトラッピングプローブによってナノメータオーダの位置検出精度が実現できる可能性を実験的に示した.3.最大出力15WのQ-switchYAGレーザ(波長1064nm)を用いたレーザトラッピング光学系を構築し,スペーサシリカ粒子(直径8μm)の大気中3次元レーザトラッピングを実現した.さらに,プローブ球の微小変位を高感度に検出するリニーク干渉計,ナノブロックステージ(最小移動量5nm)を組込んだ大気中レーザトラッピング・プローブ測定システムを用いた基礎実験から,大気中における非接触位置座標検出原理を見いだした.4.大気中レーザトラッピングプローブの非接触位置座標検出原理に基づいて,微小形状測定実験を行った.試料としてNISTトレーサブルなガラス球(粒径約160μm)を用いて,レーザトラッピングプローブによる3次元位置座標測定を試みた結果,本技術の有効性が検証された.本研究は,レーザトラッピング技術によって捕捉されたマイクロメートルオーダの微小プローブ球によって3次元位置座標をナノメートルオーダの精度で検出できるレーザトラッピング座標検出プローブの試作・開発を行うことを目的としており,その主要な成果は以下のように要約される.1.独自に開発した3次元光線追跡法と光放射圧理論を用いたレーザトラッピングプローブ力学的挙動解析シミュレータによって,水中および大気中における微粒子のトラップ力,外力の作用とプローブ球変位の関係などを解析し,トラッピングの光学的条件および位置座標検出時の力学的挙動を明かにした.2.集光Arレーザを用いて,LCD用高精度スペーサシリカ粒子(直径58μm)の水中における3次元トラップを実現した.さらに,トラツプされたプローブ球の微小変位をHe-Neレーザを光源とするMirau干渉計によって検出する位置検出原理を確立し、レーザトラッピングプローブによってナノメータオーダの位置検出精度が実現できる可能性を実験的に示した.3.最大出力15WのQ-switchYAGレーザ(波長1064nm)を用いたレーザトラッピング光学系を構築し,スペーサシリカ粒子(直径8μm)の大気中3次元レーザトラッピングを実現した.さらに,プローブ球の微小変位を高感度に検出するリニーク干渉計,ナノブロックステージ(最小移動量5nm)を組込んだ大気中レーザトラッピング・プローブ測定システムを用いた基礎実験から,大気中における非接触位置座標検出原理を見いだした.4.大気中レーザトラッピングプローブの非接触位置座標検出原理に基づいて,微小形状測定実験を行った.試料としてNISTトレーサブルなガラス球(粒径約160μm)を用いて,レーザトラッピングプローブによる3次元位置座標測定を試みた結果,本技術の有効性が検証された.平成9年度は,レーザトラッピングプローブ光学系の設計・試作および基礎実験を行い,以下のような成果を得た.1.プローブ球トラッピング光学系とプローブ球微小変位検出光学系より構成されるレーザトラッピング光学系の設計を行った.まず,レーザのパワー,偏光状態,スポット径および集光対物レンズの開口数や焦点距離等の光学定数を光の放射圧理論に基づいて計算し,直径数μmのプローブ球を3次元的に捕捉する光学系を設計した.次に,干渉光学系によって形成される干渉縞の変化によってプローブ球の微小変位を計測する光学系を設計した.2.出力2Wの半導体レーザ励起高出力固体レーザ(CW Nd:YAGレーザ,波長1064nm),波長選択用ダイクロイックミラー及び集光対物レンズなどから構成されるプローブ球トラッピング光学系およびHe-Neレーザ,Mirau干渉対物レンズ,第2対物レンズ,接眼レンズ及び干渉縞検出用のCCDエリアセンサなどから構成されるプローブ球微小変位検出光学系を融合したレーザトラッピング光学系を試作した.3.試作したレーザトラッピングプローブ光学系を用いてLCD用高精度スペ-サシリカ粒子(直径58μm)のレーザトラッピングを試みる基礎実験を行い、トラッピング特性やプローブ球トラッピング位置の安定性を定量的に調べる基礎実験を行った.まず,トラッピング力の理論計算に基づいてトラッピング特性を調べ,水中での3次元トラッピングを実現した.次に,トラッピング条件下でのプローブ球微小変位のMirau干渉計を用いた計測によって,プローブ特性として重要な捕捉安定性および位置検出特性の解析を行い,ナノメータオーダの精度が実現できる可能性を示した.

本研究は,マイクロメートルオーダの微小プローブ球をレーザトラッピング技術によって3次元捕捉し,その捕捉位置をナノメートルオーダの精度で検出する位相干渉計測技術を適用したレーザトラッピング座標検出プローブの試作開発を行うことを目的としている.平成10年度は,新たな大気中レーザトラツピングプローブ光学系の設計・試作および基本特性実験および実際のマイクロ形状測定実験を行い,以下のような成果を得た.1. 3次元光線追跡法と光放射圧理論を用いた新たなレーザトラッピングプローブ力学的挙動解析シミュレータを構築し,位置座標検出時のプローブ球の力学挙動を検証した.2.前年度に構築したレーザトラッピング光学系に,最大出力15WのQ-switchYAGレーザ(波長1064nm),ナノブロックステージ(最小移動量5nm)およびリニーク干渉計を組込だ大気中レーザトラッピング・プローブ測定システムを試作した.3.試作した測定システムを用いて,プローブ球として利用するLCD用高精度スペーサシリカ粒子(直径8μm)の大気中レーザトラッピングを実現し,ガラス基板上のシリカ粒子を高出力Q-switchパルスレーザによって一度補足すれば,大気中において0.1W程度のCW発振に切替ても安定したトラッピングが可能であることを明らかにした.さらにトラッピング基本特性やプローブ球座標位置の安定性を定量的に調べた.4. Ljnnik干渉によってプローブ球表面に生成した干渉縞画像を計測し,プローブ球移動量と午渉縞変化の理論解析に基づく座標検出位置を求める新たな手法によってナノメートルオーダの位置座標検出が可能であることを示した.5.実験的に新たに見いだされたレーザトラッピングプローブの非接触位置座標検出原理に基づき,微小形状測定実験を行った.試料としてNISTトレーサブルなガラス球(粒径約160μm)を用いて,レーザトラッピングプローブによる3次元位置座標測定を試みた結果,本技術の有効性が検証された.
算数分野におけるデータに基づく支援システムの構築

2018年度は,算数分野の基礎的学業スキルに関するデータマネジメントシステムの開発に関する検討を行った。アセスメントツールとしては,カリキュラムに基づく尺度(curriculum-based measurement; CBM)をこれまで開発してきたが,まだ検証されていなかったCBMの信頼性(再検査信頼性,代替形式信頼性)の検証を行った。公立小学校1校の1年生から6年生546名を対象として算数CBM(大小比較,数系列,足し算,引き算,掛け算,割り算,足し算&引き算,四則混合の7種類)を実施し,データを分析した。再検査信頼性を検討するために,1回目の算数CBM課題の実施の1週間後に同じ課題を再度実施し,その得点の相関関係について分析した。また,代替形式信頼性を検討するために,同じ難易度であると想定される算数CBM課題を2種類実施し,その特典の相関関係について分析した。分析の結果,開発した算数CBMは十分な再検査信頼性および代替形式信頼性を備えていることが明らかとなった。算数CBM自体の信頼性・妥当性についての検証が終了したため,CBMを学校現場で実施できる「データに基づく支援システム」の構築に向けて,採点・データ入力から結果の出力,その後の意思決定をサポートするアプリケーション開発に取り組んだ。アプリケーション開発については,業者と内容について検討しながらまずは採点を自動化できるアプリケーション開発に取り組んだ。しかし,画像認識技術を必要とする採点アプリケーションについては,業者の開発にかなりの時間がかかり,年度内にはプロトタイプの試作版の開発にとどまった。データマネジメントシステム開発のための業者のアプリケーション開発作業が想定よりも難航しており時間がかかっている。アプリケーション開発に関しては,2018年度とは異なる業者(エンジニア)にも相談する等,対応を検討している。採点アプリケーション開発がどの業者でも困難(時間的にも費用的にも)であると判断した場合には,データ入力および出力,意思決定に関する部分についてのアプリケーション開発に切り替えるなども検討する。アプリケーション開発が想定よりも少し進行が遅れているため,教育現場でのデータに基づく意思決定の実践研究については並行して行う。現在,公立小学校の特別支援学級の児童や放課後等デイサービス利用者に対して研究協力者募集を進めており,2019年度内には算数CBMを用いてデータに基づく支援を実施しその効果検証を行う予定である。業者へのアプリケーション開発について予算を計上していたが,開発検討段階において当初の予定よりも限定した内容についてのアプリケーション開発となり,一部予算が残った。次年度は,遅れているアプリケーション開発について,複数の業者と検討するなどより効率的に研究遂行が可能なようにする。
低出力超音波パルスによる末梢神経再生の促進をめざす新しい理学療法の検討

昨年度は、成熟ラット坐骨神経再生におけるLIPUSの至適強度検証を行い、140mW/cm2強度群で最も再生促進効果が認められ、疑似治療群に対して軸索数および髄鞘径が約30%増大することを明らかにした。最終年度として、LIPUS治療効果の背景にある作用メカニズムを遺伝子発現解析にて検討した。12週齢のLewisラットを用い、坐骨神経損傷モデルを作成した。超音波照射を行うUS群と疑似照射を行うSham群を作成し、超音波刺激介入は損傷後3日目より開始した。損傷後7日目に坐骨神経サンプルを採取し、mRNAの発現解析をリアルタイムPCR法にて定量解析した。また、当初内部標準化遺伝子としてGAPDHを予定していたが、坐骨神経損傷による変動が大きかったため、TaqMan Array Rat Endogenous Control plateを用いて本実験条件において安定的な内部標準化遺伝子候補を網羅的に探索した。その結果、PSMC4が最も安定した遺伝子であることが判明した。mRNA発現解析の結果、軸索伸長阻害因子であるSEMA3AとGSK3beta、及び髄鞘化阻害因子のNT3の発現がUS群において有意に低いことが明らかとなった。坐骨神経損傷モデルラットにおいて、140 mW/cm2強度の超音波刺激で最も末梢神経再生が促進され、その神経再生促進作用として軸索伸長を阻害するSEMA3A、GSK3betaの発現抑制及び髄鞘化を阻害するNT3の発現抑制が一部関与していることが示唆された。本研究結果は、末梢神経再生を促進する超音波治療の作用メカニズムを一部解明していることから、超音波を用いた末梢神経再生治療における基盤的な知見を加えるものとして意義深いと考えられる。末梢神経再生における低出力超音波パルス(LIPUS)治療の効果検証を行うために、まず末梢神経再生過程の評価システムの検討を行った。これまでの評価では組織学的および電気生理的学的な評価が主であったが、運動機能を直接的に評価する方法は限られており、Sciatic Functional Index(以下SFI)というフットプリントを用いた方法がゴールドスタンダードであった。しかしながら、SFIは損傷後12週の早期では評価が困難であることなど、課題がいくつか残されていた。そこで我々は、三次元動作解析装置を用いた運動機能評価システムを開発した。ラット坐骨神経損傷モデルを作成して下肢関節運動を評価した結果、toe off期における足関節および足趾関節角度を解析することで、SFIよりも統計学的に有意に神経再生を反映することを明らかにした。これら評価システムを用いて、本研究テーマの一つである成熟ラット坐骨神経再生におけるLIPUSの至適強度検証を行った。LIPUSの疑似照射群および30、140、250 mW/cm2(spatial average, temporalaverage: SATA)の3段階の強度を用いて検討した結果、140mW/cm2強度群で最も再生促進効果が認められ、疑似治療群に対して軸索数および髄鞘径が約30%増大した。SFIおよび三次元動作解析装置を用いた運動機能評価においても、損傷後2週および3週時点で統計学的に有意な回復を認めた。以上のことから、140mW/cm2強度のLIPUS治療は、ラット坐骨神経再生過程を促進する物理療法として有用であることが示された。三次元動作解析装置を用いた運動機能評価システムを新たに開発し、初年度のテーマである成熟ラットにおける効果検証を終えた。さらに平成30年度のテーマであるLIPUSの至適強度検証をすでに終え、現在その作用メカニズムの解明を行っている。以上のことから、当初の計画以上に進展している。末梢神経再生における低出力超音波パルス(LIPUS)治療の作用メカニズムの解明を進める。特に、神経成長因子や免疫細胞に対する影響を中心に解析する。

研究開始当初は予定していなかったが、分子生物学的な解析を広く且つ深く行うために、今後は実験動物としてラットに加えてマウスを用いる。さらに、神経細胞で特異的に蛍光タンパク質を発現する遺伝子組み換え動物を用いて、神経軸索再生過程を時空間的に解析する。その取り扱いに関しては「遺伝子組換え生物等の使用等の規制による生物の多様性の確保に関する法律」を始めとする関連法令を遵守し、所属大学の「遺伝子組み換え実験安全委員会」の承認を得て使用する。
セルフチェッキングプロセッサ自動合成に関する研究

コンピュ-タシステム内部に故障が生じても正常な機能を果たし続ける、いわゆるフォ-ルトトレラントコンピュ-タシステムを実現するためには、その制御中枢であるプロセッサ自身が通常動作中に自己内部の故障を検出するセルフチェッキング能力を具備しなければならない。本研究では、セルフチェッキングプロセッサの自動合成を目的として、汎用プロセッサの各機能ブロックを構成する組み合わせ回路及び順序回路のセルフチェッキング論理構成方式、各インタフェ-スに用いる誤り検出符号方式、それを監視するセルフチェッキング検査回路の構成方式、セルフチェッキング回路の多段論理合成方式、セルフチェッキング回路網合成方式、論理設計検証方式などについて総合的に研究を行ない、以下の主な研究成果を得た。多品種少量生産の論理LSI実現方式であるPLA(Programmable Logic Array)を基本構成要素として、セルフチェッキング回路の最も重要なクラスとして知られるSFS(Strongly Fault Secure)/SCD(Strongly Code Disjoint)論理回路(組み合わせ回路及び順序回路)の構成法を確立した。この回路実現法は、複数のSFS/SCD回路を要素としてそれらの縦続接続で得られるさらに大規模な論理回路網もやはりSFS/SCD回路になるという特徴を有する。一般に、論理回路網の内部インタフェ-スには充分な数の符号語がシステムの通常動作時に現われる保証がないという問題があり、これに対する有効な解決法はこれまで知られていなかったが、回路網全体の仕様を変更することなく部分論理関数の写像変換によってこの問題が解決できることを示した。この方法に基づいて、セルフチェッキング論理回路網自動合成システムを試作した。このシステムは、通常の論理設計で得られた回路網をSFS/SCD論理回路網に変換するもので、セルフチェッキングプロセッサの自動合成に有効であるとの見通しが得られた。フォ-ルトトレラントシステムの基本ハ-ドウェア要素であるべきセルフチェッキングプロセッサの自動合成システム実現を目的として研究を実施しているが、本年度は、以下のような成果が得られた。1.SFS(strongly fault secure)性及びSCD(strongly code disjoint)性を満たす組合せ回路の新しい構成方法を開発し、そのフォ-ルトカバレッジ、回路量オ-バ-ヘッド、性能オ-バ-ヘッドに関して、既存の方法と比較評価を行った。この構成方式は、入出力インタ-フェ-スに同一の誤り検出符号を使用するので、セルフチェッキング組合せ回路のカスケ-ド接続によってより大規模な回路を得る場合に適している。2.多段論理合成で用いる基本演算として、簡易型ブ-ル除算と呼ぶ新しい論理式除算アルゴリズムを開発した。この簡易型ブ-ル除算は、従来のブ-ル除算と代数除算の折衷方式であり、ブ-ル除算と同程度の除算能力を代数除算と同程度の計算時間で実行する。この演算方式を基本としたセルフチェッキング組合せ回路の多段論理合成アルゴリズムの開発、及び、評価を行う予定である。3.セルフチェッキングプロセッサの基本ビルディングブロックの検討を進める過程で、これまで主として対象としていた論理縮退故障だけでなく、タイミングフォ-ルトがフォ-ルトトレラントシステムの実現にとって深刻な問題になるとの認識に達した。特に、将来、スイッチング遅延が1ピコ秒程度の超高速論理素子が実用化される状況を考慮すれば、現在の同期式プロセッサの設計は事実上不可能になるとの認識から、非同期式プロセッサのア-キテクチャ、回路方式、論理合成方式、セルフチェッキング方式の検討に着手した。フォ-ルトトレラントシステムの基本ハ-ドウェア要素であるべきセルフチェッキングプロセッサの自動合成システム実現を目的として、本年度は下記のように研究を実施した。1)セルフチェッキング回路構成の基礎となるPLA(Programmable Logic Array)の誤りモデルを再検討し、単方向誤り検出符号による入出力符号化で充分なフォ-ルトカバレッジが得られることを確認した。これに基づいて、PLA構成を基本としたセルフチェッキング順序回路の新しい構成法を開発した。

2)前年度に提案した組み合わせ回路の構成法と上記の順序回路の構成法を用いて、いくつかに機能ブロックからなるラルフチェッキング論理回路ネット-ワ-クの構成方法の開発した。この構成法の要点は、ネットワ-ク全体にセルフチェッキング性を持たせるために、各ブロックの写像を適当に変換することによってネットワ-ク内部のブロック間インタフェ-スにあらかじめ定められたすべての符号語パタ-ンを出現させることである。3)上記の構成法に基づいたセルフチェッキング論理回路ネットワ-クの自動合成システムを試作し、このシステムへの入力となる回路記述、及びこのシステムの生成するセルフチェッキング回路の回路オ-バ-ヘッド、性能オ-バ-ヘッド、フォ-ルトカバレッジの評価を行なった。4)将来、超高速素子が実用化される状況では、従来の論理フォ-ルトに加えて、タイミングフォ-ルトが深刻な問題になるとの認識から、非同期式プロセッサのア-キテクチャ、回路方式、論理合成方式の検討を行なうとともに、セルフチェッキング回路と非同期式回路の双方で重要な役割を果たす2線式論理の多段論理の多段論理合成アルゴリズムを開発した。
オピオイド鎮痛機構の小胞体分子シャペロンによる制御

モルヒネを始めとするオピオイドは優れた鎮痛薬であるが、慢性疼痛疾患への連用では耐性や痛覚過敏性の形成が問題となり得る。一方、難治性疼痛疾患である線維筋痛症ではオピオイドが効き難く、疼痛閾値が低下している。こうした病態の背景にはオピオイドが重要な役割を果す全身的な鎮痛機構と下行性疼痛抑制系の機能不全が存在する。ミューオピオイド受容体は複雑な構造を持ち、その立体構造の形成、細胞表面への輸送には小胞体機能が深く関与している。外因性のオピオイドの連用や、慢性的な疼痛刺激による内因性オピオイドペプチドの過剰分泌によってミューオピオイド受容体の内在化、分解が促進され、神経細胞表面に発現する機能的なミューオピオイド受容体が減少する。また、小胞体機能不全によって細胞内情報伝達の異常を惹起し、下行性疼痛抑制系の機能不全が生じる可能性がある。小胞体機能を補完する小胞体化学シャペロンの投与は小胞体ストレス反応の抑制と小胞体での機能的なミューオピオイド受容体の立体構造の形成、細胞表面への輸送の促進を通じて、オピオイド鎮痛系と下行性疼痛抑制系の機能不全を改善する可能性がある。本研究では、1.モルヒネ連用による耐性形成マウスモデル、2.疼痛刺激の反復によって全身的な疼痛閾値の低下を起こす線維筋痛症マウスモデル、を作製して、痛覚過敏、モルヒネの鎮痛効果を評価する。並行して線維筋痛症患者を対象として、化学シャペロンの活性があるウルソデオキシコール酸を投与し、疼痛閾値の正常化、疼痛の軽減が得られるかどうかを検証する臨床研究を企画、実施する。前年度に引き続き、上記の計画を行なった。オピオイド受容体の機能不全の原因として、オピオイド受容体の発現量の低下や細胞内分布の変化とオピオイド受容体の情報伝達の異常が考えられる。本研究では、1モルヒネ連用による耐性形成マウスモデル、2疼痛刺激の反復によって全身的な疼痛閾値の低下を起こす線維筋痛症マウスモデル、を作製して中枢神経系におけるオピオイド受容体の発現、細胞内分布とオピオイド受容体の情報伝達を評価する。マウスは正常マウスと変異BiPマウスを用いる。モルヒネ連用による耐性形成マウスモデルについては正常マウスと変異BiPマウスにおいて作製した。オピオイド受容体の発現、オピオイド鎮痛効果、下行性疼痛抑制系の異常について組織学的、分子生物学的に検証している。線維筋痛症マウスモデルとしては、足底への酸性食塩水(acid saline, pH 4)の反復注入を検討し一定の効果が得られている。また、線維筋痛症患者を対象とし、下行性疼痛抑制系の機能評価として、機能的脳MRI撮影を行う臨床研究計画を立て、倫理委員会に申請している。前年度に引き続いて研究を進める。野生型マウスと変異BiPマウスにモルヒネ連続投与を行う。我々の過去の検討では、一日二回モルヒネ20mg/kgを腹腔内に5日間投与すると、野生型マウスではモルヒネの鎮痛効果が失われ耐性が形成された。しかし、変異BiPマウスでは、モルヒネの鎮痛効果は保たれ、耐性は形成されなかった。5日間投与後にナロキソンを投与し、モルヒネのmuオピオイド受容体に対する効果を拮抗させ、マウスの退薬症状をビデオで観察記録する。我々の予備実験では、変異BiPマウスでは退薬症状が見られにくい。痛覚過敏性や退薬症状発現に必要な期間が耐性形成よりも長期間必要な可能性も考慮して、モルヒネ投与期間は必要に応じて修正する。小胞体での蛋白質のfolding機能を補完する作用のある小胞体化学シャペロンとしてtaurine-conjugated ursodeoxycholic acid (TUDCA) (3)と4- phenylbutyrate (PBA)を用いる。2剤とも米国ではFDAから臨床使用が認可されている。線維筋痛症マウスモデル実験、モルヒネ耐性形成実験において野生型マウスにTUDCAあるいはPBAを投与し、痛覚過敏性やモルヒネの鎮痛効果が正常化されるかどうかを検証する。また、オピオイド受容体の発現、オピオイド鎮痛効果、下行性疼痛抑制系の異常について組織学的、分子生物学的に検証し、小胞体化学シャペロンの治療効果を検証する。また、線維筋痛症患者を対象として、下行性疼痛抑制系の機能評価として、機能的脳MRI撮影を行い、脳幹部、脳の神経結合と疼痛感受性について探索する。

また、小胞体機能不全によって細胞内情報伝達の異常を惹起し、下行性疼痛抑制系の機能不全が生じる可能性がある。小胞体機能を補完する小胞体化学シャペロンの投与は小胞体ストレス反応の抑制と小胞体での機能的なミューオピオイド受容体の立体構造の形成、細胞表面への輸送の促進を通じて、オピオイド鎮痛系と下行性疼痛抑制系の機能不全を改善する可能性がある。本研究では、1.モルヒネ連用による耐性形成マウスモデル、2.疼痛刺激の反復によって全身的な疼痛閾値の低下を起こす線維筋痛症マウスモデル、を作製して、痛覚過敏、モルヒネの鎮痛効果を評価する。並行して線維筋痛症患者を対象として、化学シャペロンの活性があるウルソデオキシコール酸を投与し、疼痛閾値の正常化、疼痛の軽減が得られるかどうかを検証する臨床研究を企画、実施する。オピオイド受容体の機能不全の原因として、オピオイド受容体の発現量の低下や細胞内分布の変化とオピオイド受容体の情報伝達の異常が考えられる。本研究では、1モルヒネ連用による耐性形成マウスモデル、2疼痛刺激の反復によって全身的な疼痛閾値の低下を起こす線維筋痛症マウスモデル、を作製して中枢神経系におけるオピオイド受容体の発現、細胞内分布とオピオイド受容体の情報伝達を評価する。マウスは正常マウスと変異BiPマウスを用いる。モルヒネ連用による耐性形成マウスモデルについては正常マウスと変異BiPマウスにおいて作製した。オピオイド受容体の発現、オピオイド鎮痛効果、下行性疼痛抑制系の異常について組織学的、分子生物学的に検証している。線維筋痛症マウスモデルとしては、足底への酸性食塩水(acid saline, pH 4)の反復注入を検討し一定の効果が得られている。モルヒネを始めとするオピオイドは優れた鎮痛薬であるが、慢性疼痛疾患への連用では耐性や痛覚過敏性の形成が問題となり得る。一方、難治性疼痛疾患である線維筋痛症ではオピオイドが効き難く、疼痛閾値が低下している。こうした病態の背景にはオピオイドが重要な役割を果す全身的な鎮痛機構と下行性疼痛抑制系の機能不全が存在する。ミューオピオイド受容体は複雑な構造を持ち、その立体構造の形成、細胞表面への輸送には小胞体機能が深く関与している。外因性のオピオイドの連用や、慢性的な疼痛刺激による内因性オピオイドペプチドの過剰分泌によってミューオピオイド受容体の内在化、分解が促進され、神経細胞表面に発現する機能的なミューオピオイド受容体が減少する。前年度に引き続き、上記の計画を行なった。
仮想事例とSNSによる保健医療福祉連携教育演習システムの構築と有用性の検証

多数の学生と教員が同時に作業できるよう,仮想事例のモデュールをデータベースとして構築する作業を継続する。全学生と全ファシリテータ教員が同時に一堂に会するのは困難なのでネットワークシステムを構築している。これを実際に使った演習を9月に実施する計画である。TV会議システムも実際に使用した。昨年度は対象者を模擬的に再現できる事例(モデュール)を用意してコンピュータ上に再現できるシステムの構築がさらに進展した。ファイルは音声付きのフラッシュ形式に統一した。今年度もさらに現実の患者さんの体験をもとに医療.福祉的評価に基づき仮想的な事例を増やした。学生や教員がアクセスできるようにIDとパスワードによって学内外に公開中のサーバーに移動し、みながアクセス方法に慣れるようにした。現在も10名以上の連携研究者が、対象とする疾患や症例を更新しており、公開した事例は約20例になった。また用語集を加えて学内に対してのみ公開した。現在各事例に対する指導教員用マニュアルを作製するよう作業中である。学生のグループに事例を示し、事例の問題点の抽出と介入計画を立案させ、互いに発表させる。そのモデュールはコンピュータに蓄積し学外からも参照できるようにし、学生・教員が閲覧できるよう仮想事例データベースとしての完成に向けて作業中である。今年度も6月に連携教育ファシリテータ教員養成講座をおこなう。また今年度も9月に県内多大学に呼びかけて合同で連携教育セミナーとして当大学を主会場として、インターネット及び学内LANによる仮想事例データベースを使用しながら学部4年生を対象の中心にして連携総合ゼミをおこない、仮想事例を使用しながら連携協働の演習を行う。最初はSNSによる討論を予定していたが、"Nota"というウェブ上の書き込みシステムの方が学生が容易に取り組めるのでこちらを使用することとして、その使用練習を指導予定教員がおこなっている。当大学は設立以来保健医療福祉連携教育の重要性に着目してきた。カリキュラム策定にあたって学年を追う毎に学生が連携に対し徐々に目覚めることができるように、また教員も連携教育の重要性を認識し、ファシリテータとしての能力を備えていくことを目指し、連携に関する座学と演習が交互に組み合わされることを意識してきた。連携教育の先進地である英国連携教育推進センターに学ぶため2007年に首都大学東京、慈恵医大グループと一緒にまた2008年には当学単独で訪問した。CAIPEセンター長のHugh Barr氏や副センター長のHelena Low女史の指導や助言を受けるため両氏も来日した。連携教育の仕上げである「連携総合ゼミ」の改善を目指しているが、600名近くになる4年生全員に連携演習を行うことは場所やファシリテータ教員の数の制約から困難がある。サザンプトン大学やオックスフォードブルックス大学にならい、仮想事例データベースの作成をめざしている。英国には「患者の語りのデータベース」などがあり、インターネットを介して事例が演習に利用されている。日本でもこれにならった組織が活動開始している。当大学でも仮想事例の蓄積を開始した。英国でも用いられているTV会議システムによる連携教育も実験をおこなった。2008年の当大学連携総合ゼミは外部ファシリテータによる指導を片山壽尾道市医師会長に依頼した。尾道方式の症例検討会議も見学した。平成20年度は連携を目指した「総合ゼミ」の発表会で尾道市医師会館と当学講義室とをインターネットで双方向にむすび、実際に発表と指導を受けた。現在県内外の大学が合同で連携演習ができる方策を目指している。遠隔地の大学問で合同演習するために仮想事例データベースの構築を開始し、またすでに導入されたConnect Pro (TM)などのTV会議システムを使用させて頂き、使用実験をおこなった。Social Networking Sewice (SNS)も使用させていただき遠隔地の大学であっても共同演習ができる体制作りを準備している。カリキュラム改訂で学年を追う毎に学生が連携に対する自覚が高まるように、また教員も連携教育のためのファシリテータ能力を備えそいくことを目指し、連携に関する座学と演習が交互に組み合わされるカリキュラムがほぼ完成してきた。2009年7月大学院の講義においてライブ講義システムを使用した国際的な通信により学生の連携の研究発表とそれに対しロンドンからCAIPEセンター長のHugh Barr氏より講評をいただく実験に成功した。8月にロンドンセントジョージ大学Fiona Ross学部長が来日し新潟県内7大学の学生70名を対象にした連携演習ゼミをおこなうときの指導を受けた。9月にCAIPE副センター長のHelena Low女史が来日し当大学8学科の学生を対象に連携総合ゼミの演習を指導した。連携教育の先進地であるセントジョージ大学ロンドン校に学ぶため11月に首都大学東京、埼玉県立大学のグループと一緒に訪問し"vPsim"というオンラインで連携教育用仮想事例を製作する方法を学んだ。この開発方法を日本にも普及さらるため2010年2月に東京と新潟で2回にわたり"vPsim"研修会をおこなった。連携教育の仕上げである「連携総合ゼミ」の改善を目指しているが、600名以上になる4年生全員に連携演習を行うことは場所やファシリテータ教員の数の制約から困難がある。サザンプトン大学やオックスフォードブルックス大学にならい、仮想事例データベースの作成と蓄積を開始した。例えば骨粗鬆患者の大腿骨頚部骨折の事例などのストーリーを取り上げ、それによりシナリオを作成、これをもとにイラストを用いてパワーポイントにより学生に経時的に経過を提示できるものを作成した。これをサーバーに蓄積するときに改ざんをふせぐことやナレーションを挿入するためにFlashのファイル形式に変換し、オンデマンド講義システムサーバーに約10例の仮想事例を蓄積した。

次年度は実際に構築した仮想事例データベースを用いて学生の連携演習に用いることが目標である。多数の学生と教員が同時に作業できるよう,仮想事例のモデュールをデータベースとして構築する作業を継続する。全学生と全ファシリテータ教員が同時に一堂に会するのは困難なのでネットワークシステムを構築している。これを実際に使った演習を9月に実施する計画である。TV会議システムも実際に使用した。昨年度は対象者を模擬的に再現できる事例(モデュール)を用意してコンピュータ上に再現できるシステムの構築がさらに進展した。ファイルは音声付きのフラッシュ形式に統一した。今年度もさらに現実の患者さんの体験をもとに医療.福祉的評価に基づき仮想的な事例を増やした。学生や教員がアクセスできるようにIDとパスワードによって学内外に公開中のサーバーに移動し、みながアクセス方法に慣れるようにした。現在も10名以上の連携研究者が、対象とする疾患や症例を更新しており、公開した事例は約20例になった。また用語集を加えて学内に対してのみ公開した。現在各事例に対する指導教員用マニュアルを作製するよう作業中である。学生のグループに事例を示し、事例の問題点の抽出と介入計画を立案させ、互いに発表させる。そのモデュールはコンピュータに蓄積し学外からも参照できるようにし、学生・教員が閲覧できるよう仮想事例データベースとしての完成に向けて作業中である。今年度も6月に連携教育ファシリテータ教員養成講座をおこなう。また今年度も9月に県内多大学に呼びかけて合同で連携教育セミナーとして当大学を主会場として、インターネット及び学内LANによる仮想事例データベースを使用しながら学部4年生を対象の中心にして連携総合ゼミをおこない、仮想事例を使用しながら連携協働の演習を行う。最初はSNSによる討論を予定していたが、"Nota"というウェブ上の書き込みシステムの方が学生が容易に取り組めるのでこちらを使用することとして、その使用練習を指導予定教員がおこなっている。
顎顔面形態の環境因子による変形の解析と矯正訓練実施後の形態変化の予測法の開発

顔面形態の外力による変形に関する研究は、究極では、力学刺激により骨と筋肉の形態が遺伝で伝えられている形態から二次的な変形を生ずる問題に帰せられる。顔に作用する外力の性質を解析し、複雑な顔面骨格の各パ-ツの形への外力の影響を明らかにすれば、脊椎動物の形態に及ぼす環境因子と遺伝要因の関係が解明される。すでに臨床的研究を通して、顔面に作用する外力のすべてが「口腔とその周辺の習癖」として一括されることを研究代表者が明らかにした。つまり、遺伝性疾患と外傷、ホルモン異常を除いて、それ以外のあらゆる顔の変形は、すべて生理的な変形であり、習癖に起因する外力に正確に対応する。これを定量化することはまだ正確には困難であるが、本研究により、外力が法則性をもって変形症を究症する機序が解明された。これは顔面骨格におけるWolffの法則の検証にもつながるものであるから、これにより顔面変形症と歯列不正の治療と予防が極めて容易となった。この「口腔とその周辺の習癖」と顔面変形症から歯列不正など骨格系疾患のみならず、鼻咽腔疾患から免疫病発症との関連性を解明した成果が広く新聞、テレビ、健康雑誌に取り上げられ、国民の健康に寄与することができた。これらをまとめて「顔の科学」(日本教文社・東京)として出版した。筋肉や骨格の力学刺激による変形は、本研究と他の科研費研究(重点領域、総合研究A、試験研究B)の成果を統合した結果、生体力学が引き金となって起こる骨格を構成する局所の間葉細胞の遺伝子の発現に依存することが解明された。これは、形態学(系統発生学)、生理・生化学(分子生物学)、遺伝学(分子遺伝学)の三者を生体力学で統合した研究により解明されたものである。あらゆる機能は、器官を構成する細胞の遺伝子の発現によるものであり、あらゆる形態の基本も体細胞の遺伝子の発現により、組織の再生・修復からリモデリング・再生産(生殖)もまた遺伝子によるという自明のことを、真に理解した結果得られた結論である。これにより、顔面頭蓋という器官の研究を端緒として、脊椎動物の進化の様式が、ラマルクの用不用の法則すなわち生体力学主導で制御されていることを世界に先駆けて明らかにすることができ、著しい成果が得られた。平成6年度は、従来の臨床研究で実施した機能訓練前・後の症例の正貌の写真とX線規格写真の画像処理を行い、術前・術中・術後の形態的変化と生体力学的要因との相関性の解析を行った。顔貌の非対称性は生体力学要因のうち、主として片側咀嚼習癖と睡眠姿勢習癖、口呼吸習癖の三者の習癖の連鎖により、発症することを代表者が既に明らかにしたので(1993、西原)、顔貌の非対称の顕著な新たな症例について以下の測定を実施した。(1)簡易筋電計を用いて咀嚼筋力の左右差を測定(10名)(2)頭蓋重量の顎骨と歯列に及ぼす影響のstrain gaugeによる実測(睡眠姿勢習癖と枕の硬さとの関連性)(3)口呼吸習癖患者の舌圧のstrain gaugeでの測定これらのデータの解析により変形症の発症の法則性を明らかにした。

力学要因の矯正による形態変化の関連性をコンピューター処理により、予測を行った。これらにより得られたデータをもととして新たな症例に対し機能訓練前に、訓練後の顔貌の変化を予測した顔画像を合成した。顔面の変形症が「口腔とその周辺の習癖」に起因する外力により発症することを代表者は既に明らかにしていたが、平成6年度にはこの外力を種々の装置を作製し、筋電計を用いて実測を行い定量的に把握することができた意義は大きい。これにより、片側咀嚼習癖による筋肉の左右差が明らかとなり、睡眠姿勢習癖による頭蓋の重量が歯列に及ぼす力の大きさと、口呼吸習癖者の舌の〓下時の前歯に及ぼす舌圧の大きさが明らかとなった。これらの資料に基づいて顎顔面および脊椎の変化症の矯正訓練法すなわち姿勢の改善療法のプログラムを開発した。これらの研究成果を顎顔面バイオメカニクス学会において発表し大きな反響があり、一般雑誌への掲載およびテレビ等での放映により直接国民への健康指導ができた意義は大きい。代表者は歯の生体力学的特性の解明(1992、西原)および骨の生体力学特性の解明(1994)を行ったが、このデータの導入により、歯列弓の変形を介して顔面変形症が法則性を以て発症することが明らかになり、これにより生体力学的治療法の臨床応用が可能となった意義は大きい。顔面形態の外力による変形に関する研究は、究極では、力学刺激により骨と筋肉の形態が遺伝で伝えられている形態から二次的な変形を生ずる問題に帰せられる。顔に作用する外力の性質を解析し、複雑な顔面骨格の各パ-ツの形への外力の影響を明らかにすれば、脊椎動物の形態に及ぼす環境因子と遺伝要因の関係が解明される。すでに臨床的研究を通して、顔面に作用する外力のすべてが「口腔とその周辺の習癖」として一括されることを研究代表者が明らかにした。つまり、遺伝性疾患と外傷、ホルモン異常を除いて、それ以外のあらゆる顔の変形は、すべて生理的な変形であり、習癖に起因する外力に正確に対応する。これを定量化することはまだ正確には困難であるが、本研究により、外力が法則性をもって変形症を発症する機序が解明された。これは顔面骨格におけるWolffの法則の検証にもつながるものであるから、これにより顔面変形症と歯列不正の治療と予防が極めて容易となった。本年度は、この「口腔とその周辺の習癖」と顔面変形症から歯列不正など骨格系疾患のみならず、鼻咽喉疾患から免疫病発症との関連性を解明した成果が広く新聞、テレビ、健康雑誌に取り上げられ、国民の健康に寄与することができた。これらをまとめて「顔の科学」(日本教文社・東京)として出版した。筋肉や骨格の力学刺激による変形は、本研究と他の科学費研究(重点領域、総合研究A、試験研究B)の成果を統合した結果、生体力学が引き金となって起こる骨格を構成する局所の間葉細胞の遺伝子の発現に依存することが解明された。これは、形態学(系統発生学)、生理・生化学(分子生物学)、遺伝学(分子遺伝学)の三者を生体力学で統合した研究により解明されたものである。あらゆる機能は、器官を構成する細胞の遺伝子の発現によるものであり、あらゆる形態の基本も体細胞の遺伝子の発現により、組織の再生・修復からリモデリング・再生産(生殖)もまた遺伝子によるという自明のことを、真に理解した結果得られた結論である。これにより、顔面頭蓋という器官の研究を端緒として、脊椎動物の進化の様式が、ラマルクの用不用の法則すなわち生体力学主導で制御されていることを世界に先駆けて明らかにすることができ、著しい成果が得られた。
生殖細胞の機械的刺激応答機構および胚発育に及ぼす効果に関する研究

哺乳類精子および受精卵の機械的刺激感知機構、細胞分裂阻害・促進機構を解明するために、卵管内の機械的刺激を制御可能なマイクロ流体デバイスを作製し、流路内生殖細胞の顕微観察を行った。ヒト精子においては固定された精子頭部の細胞内カルシウム濃度上昇が見られた。また、精子の運動方向はせん断応力分布に影響を受けることが判明した。マウス受精卵については胚発育におけるせん断応力に対する閾値の存在を見出した。A:卵管内精子移動に際し流体刺激が重要であることを機械受容チャネルなどの分子機構および精子運動性変化で示すことを目標とする。本年度は、マイクロ流路およびミリスケールの流路を用いて卵管内で精子が遡上する因子を検討した。その結果、マイクロ流路内ではシェアーストレス(SS)が大きくなるために、上下方向の精子運動が抑制され、頭部が上流を向く力が働いていると考えられる。今後は、マイクロ流体内の運動精子近傍の流体移動を観測する計画である。当初は流体刺激に応答することが遡上機構の一つと考えていたが、流体刺激応答機構が精子の卵管内遡上とは直接関係ないと思われる。精子が流体刺激に応答するか否か検討した。マイクロ流路内に固定した精子近傍に1mm/sの流体が流れた際には(SSは約10dyne/cm2)蛍光強度が約3倍となり数百ミリ秒内の細胞内カルシウム濃度([Ca2+]i)上昇が観察されたことから、精子も過剰なSSに応答する機構を有することを初めて示した。今後、その生理的意義を評価したく考えている。B:受精卵培養においては、適度なSS負荷群ではアポトーシスの割合が低下していると推測され、その胚発育機構を解明することを最終目標とする。本年度はSS負荷培養可能な空気圧アクチュエータとマイクロ流路を含む培養システムを構築した。空気圧で厚さ0.1mmのPDMS膜を駆動させた際の培養において、非駆動時と比較して培養成績が上昇した。このシステムでは機械刺激に対する細胞内応答を評価することが可能であり、PDMS膜を駆動させた際に[Ca2+]iの上昇が観察された。現時点では負荷された機械刺激とその[Ca2+]iの上昇量との相関について精査が必要であるが、受精卵に機械的刺激を負荷することによって[Ca2+]i上昇が起こり、その結果、受精卵内の遺伝子発現パターンが変化する、あるいは、ストレスシグナルカスケードが働く可能性があると推測する。卵管蠕動に伴う受精卵に負荷されるメカニカルストレス(MS)について、負荷されたMSとその細胞内応答を同時計測できるデバイスを目指して、シリコーンエラストマ-poly(dimethylsiloxane)(PDMS)製の厚さ0.1mmの薄膜を含むマイクロ流路と空気圧アクチュエータを組み込んだ卵管蠕動モデルとなる培養システムを開発した。図Aに示されるこのシステムを用いて、<1>マウス二細胞期から胚盤胞への発育評価、および<2>マウス胚盤胞の細胞内カルシウム濃度([Ca^2]_i)変化とその時に負荷されだMSを同時計測した。<1>二細胞期から胚盤胞春の発育を、当システムを駆動して流路内の培地を動かした際(dynamic)とそうでない場合(static)と比較した。胚盤胞到達率においては駆動した培養区において有意に上昇した(dynamic,74%(n=126);static,62%(n=118);P<0.05)。胚盤胞内細胞数の平均についても有意に上昇した(dynamic,83±3(n=54);static,76±3(n=51)(P<0.05))。従って、マウス受精卵の最大移動速度が0.2mm/sとなる条件では、胚盤胞到達率および胚盤胞内細胞数が上昇することが確認された。<2>当該システムを用いて、マウス胚盤胞におけるMSと[Ca^<2+>]_iについて同時評価した。[Ca^<2+>]_iを反映する蛍光色素Fluo-4AMを融解したマウス胚盤胞に添加し、マイクロ流路内に導入した。流路内で「回転」「並行移動」「圧縮」に伴うMSを負荷した状態の胚盤胞について共焦点蛍光顕微鏡観察を行った。受精卵が「回転」した際には最大蛍光強度変化は殆ど観察されなかった。40μm/sで「並行移動」する受精卵については、非常に短い時間であったが最大10%増加した。「圧縮」時の歪は約20%程度であり、応力-歪関係は25%程度までは線形に近似できることから、圧縮に伴う力は0.5-2.0μNと見積もられた。この際、共焦点撮影面内平均蛍光強度および蛍光強度の総和は10%程度増加した。従って、[Ca^<2+>]_iの変化は「並行移動」または「圧縮」が起こる際に観察された。1)マイクロ流路構造と運動精子の向きの関連について検討した。