hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
心臓房室弁形成におけるBNPとNOTCHシグナルの役割に関する研究

本研究の目的は、上皮-間葉転換後の弁成熟の過程におけるBMPとNotchシグナルの役割をあきらかにすることである。我々は、BMPが骨形成のlineageにクッション組織を誘導するのに対してNotchが抑制的に働き、弁の骨化や石灰化を防いで、正常な房室弁形成に寄与しているとの仮説を立てて、研究を行った。その結果、以下の3点が明らかになった。1) BMP2は心臓房室弁形成の過程で、Notchシグナルを増強させる。2) BMP2はヒアルロン酸の発現を増加させることで、細胞遊走をコントロールしており、その機序にはPI3Kシグナルが関与する。3)心臓房室弁形成において、BMPがもつ骨化作用をNotchシグナルが抑制することで、弁組織の成熟に関与している。これまで、BMP-2が上皮間葉転換後の心クッション間葉細胞に発現しており、type I BMPreceptorsも同様にクッションに局在していることを明らかにしてきた。同時期にNotchも同様な発現パターンを示しているとの報告があり、今回BMPとNotchシグナルが互いに関係して、心臓房室弁形成時の心クッション間葉細胞の分化と成熟を調節しているとの仮説をたて、これを検証するため、本年度は以下のような研究を行なった。まず、既報の細胞培養系を使って、HHstage24の心臓房室弁の間葉細胞の培養を72時間行なった。同時に、培養液にBMPを加えたものと、BMPアンタゴニストであるNogginを加えたものを用いた培養も行なった。培養した細胞からRNAを抽出し、RT-PCRを行なってNotchの発現を定量評価した。その結果、BNPを加えた細胞ではNotchの発現がコントロールの約4倍に増加し、Nogginを加えた細胞ではNotchの発現が0.3倍まで減少していた。さらに、同様の方法を用いて、Notchシグナルの下流に存在するHairy-1の発現を定量評価した。その結果、BNPを加えた細胞ではHairy-1の発現は約10倍に増加し、Nogginを加えた細胞ではHairy-1が0.2倍まで減少していた。さらにHairy-1はNotchアンタゴニストであるDAPTによってその発現が抑制されることも確認した。これらの検討から、BMPは心臓房室弁形成の過程で、Notchシグナルを増強させる働きをしていることが示唆された。今後は、BMPの持つ骨形成作用がNotchシグナルによってどのような影響を受けるかを検討していく予定である。昨年度までの研究で、心臓房室弁形成の過程において、BMP-2はhairy-1を介してNOTCHの発現をコントロールしていることを明らかにしてきた。BMP-2は房室弁において、間葉細胞の遊走に深く関与して、その形態形成を担っており、その効果はNOTCHシグナルを介している可能性が高いと考えられる。間葉細胞の遊走を促進するメカニズムを明らかにし、BMP-2とNOTCHシグナルがどのように影響し合っているかを検討した。細胞の遊走に関与する要素としてヒアルロン酸を取り上げ、BMP-2とヒアルロン酸の関係を明らかにするとともに、細胞遊走を促進する機序についての実験を行った。Stage24の鶏胎仔の心内膜床の間葉細胞をコラーゲンゲル上で培養し、細胞遊走の定量的観察を行った。同様の培養系で、BMP-2およびその阻害薬Nogginを加えて培養し、ヒアルロン酸の発現を免疫染色法とRT-PCRを用いて検討した。最後にヒアルロン酸を阻害するolygomerおよびPI3Kシグナルを抑制するWortmanninを加えて培養し、それぞれの細胞遊走に対する効果を評価した。その結果、BMP-2は容量依存性にヒアルロン酸の発現を増強させた。ヒアルロン酸は心臓房室弁における細胞遊走を促進するが、その効果は阻害薬であるolygomerで減弱した。BMP-2によって促進された細胞遊走はWartomanninによって阻害された。以上より、BMP-2はヒアルロン酸の発現を増加させることで、細胞遊走をコントロールしており、その機序にはPI3Kシグナルが関与することが示唆された。昨年度までの研究で、BMP-2はヒアルロン酸の発現を増加させることで、細胞遊走をコントロールしており、その機序にはPI3Kシグナルが関与することが示唆された。本年度は、明らかになったこれらのメカニズムとNotchシグナルがどのような関連を持っているかについてさらに検討をかさねた。われわれは、BMP2によって本来もたらされる骨化の過程が、Notchシグナルによって抑制されているのではないかという仮説を立てて以下の実験を行った。

これまでの研究で確立した実験系であるhanging drop cultureの手法で、Stage24の鶏胎仔の心内膜床の間葉細胞をコラーゲンゲル上で72時間培養し、その細胞集団内のアルカリフォスファターゼを測定することで、細胞内のmineralizationの程度を判定した。M199のみでこの培養を行った場合と、BMP200μg/ml加えた場合、BMP200μg/mlとNotchのantagonistであるDAPTを加えた場合、さらにDAPTのみで培養した場合で、mineralizationの評価を行った。その結果、BMPのみの場合でもM199のみの場合に比べてALP値は軽度上昇していたが、DAPTを加えることで、さらに高値となることが判明した。この結果は、心臓房室弁形成において、BMPがもつ骨化作用をNotchシグナルが抑制し、弁組織のmaturationに重要な働きをしていることを示唆すると考えられた。
国定算術教科書の改訂過程に関する研究：教育実践研究との関連を基本的観点として

(1)分数除法の計算規則に対象とする教育内容を限定して、1国定教科書の改訂過程(第1期版、第2期版、第3期版、第3期改訂版)、2国定教科書(第1期版、第2期版)の使用時期に取り組まれた実践的研究の動向、3両者の関連について研究を進めた。1については、教科書(教師用、児童用)に加え、先行研究においては十分に活用されていなかった関連史料として、編集関係者による解説書、文部省による編纂趣意書、師範学校からの意見報告についても検討の対象とした。(2) 1の成果については学会発表を経て論文の執筆を進めた。2の成果については、国定教科書(第2期版)の使用時期に対象を限定して、論文の執筆を進めた。(3)上記12により、3国定教科書の改訂と実践的研究との関連について、それを問う視点が明らかになった。特に3は、本研究の課題に直接的に関連する重要な成果である。(4)上記に加え、2についても重要な成果が得られた。国定教科書(第2期版)の使用時期における実践的研究における説明の試みに共通する特徴として《結果主義》の存在が明らかになったことである。本研究の分析視点によれば、この特徴については、説明に含まれていた間接的性格をどのように克服するかという課題が存在する。この課題は、現在においても、なお、その解決が要請されている課題である。本研究の課題である国定算術教科書の改訂と実践的研究の動向との関連について、重要な知見を獲得することができた。この知見は歴史的知見として重要であるに止まらず、現在の算数・数学教育においてもその解決が要請されている課題である。ただし、この知見は、特定の時期(国定教科書(第2期版)の使用時期)および特定の教育内容(分数除法の計算規則)に、それぞれ限定されている。今後の研究においては、対象とする時期および教育内容を拡張する必要がある。《分数除法の計算規則》に関する説明、特にその成立根拠・理由を示す説明に対象を限定すると同時に、対象とする時期を拡張した形で、次の研究に取り組む。(1)特に、国定教科書(第1期版)の使用時期に取り組まれた実践的研究について、さらなる検討を進める。検討においては、《結果主義》の存在とその克服という課題に焦点を当てると同時に、対象の拡張を図り、先行する時期である明治検定期の算術教科書との関連を検討の対象に加える。これにより、国定教科書の使用時期に関して得られた知見の歴史的普遍性の検証を試みる。なお、この課題に取り組んだ先行研究は、筆者の知る限り、存在しない。(2)国定教科書(第3期版、第3期改訂版)の使用時期に対象を拡張し、この時期に取り組まれた実践的研究の動向に関する検討を進める。当該の動向と国定教科書との関連については、国定教科書(第4期版)との関連に注目することが必要かつ有効であると考えられる。この検討により、《結果主義》の存在とその克服という課題に対するアプローチがどのような形で進められ、どのような成果が得られたのかを解明する。さらに、その成果を基礎として、この時期に得られた成果は現在に対して何を示しているのか、この問題に関する検討を試みる。本研究の第一の目的は、国定算術教科書『尋常小学算術書』(通称、黒表紙教科書)の改訂(第2期版から第3期版への改訂)過程において、当時における教育実践研究の成果が、どのような形で摂取されたかを解明することにある。平成28年度においては、この目的において最も基礎的かつ重要な位置を占める教育実践研究の成果に注目し、その内実を、特定の教育内容に即した形で具体的には解明する点に重点を置いた。まず、本研究の全体構想について、2016年10月、弘前大学教育学部において開催された日本数学教育史学会、第16回研究発表会において報告した。質疑応答において、国定教科書の編集委員が執筆した文書に注目する必要性が指摘された。これを受けて、国定教科書の編集委員が執筆した文書の収集と検討を進めた。その結果、自然数の記法に関する教育内容構成について重要な知見が得られた。次に、国定算術教科書(第2期)の使用時期(1910(明治43)年度から1921(大正10)年度までの時期)に取り組まれた分数教授に関する実践的研究を対象とする研究を進めた。その結果、この時期の実践的研究を基礎付けていた分数論として、学校数学としての分数論が存在すること、合わせて、分数の定義に関する教育内容構成の特徴として次の3点を示した。なお、(2)(3)については、その根拠・理由に関する解明と検討にも取り組んだ。(1)《分割分数の論理》に依拠した定義から《商分数の論理》に依拠した定義へと進む形で順序が構成されている。(2)《分割分数の論理》に依拠した定義を“易"、《商分数の論理》に依拠した定義を“難"とする形で、2通りの方法による定義に難易度が区別されている。(3)《分割分数の論理》に依拠した定義を加法・減法の前に、《商分数の論理》に依拠した定義を乗法・除法の前に位置付ける方法により、分数の定義が四則演算との関連付けられている。国定教科書の編集および師範学校からの意見報告については、すでに主要な史料がまとまった形で復刻・刊行されているため、参照が容易である。これに対して、実践的研究の展開を示す史料は、その多くが、著書あるいは教育雑誌に掲載された論文として存在している。

特に論文については、複数の教育雑誌に散在しているため、その調査、収集には多くの時間と労力が必要になる。平成28年度には他大学への出張も実施したが、学会・研究会への参加による研究成果の摂取および研究成果の発表に主要な時間と労力を費やし、史料の調査・収集のために十分な時間と労力を費やすことができなかった。その結果、実践的研究の展開を解明するための史料の収集が十分な形で進んでいない。(1)師範学校からの意見報告においてその問題性が指摘されていた教育内容として、分数の定義に注目し、その導入に関する教育実践研究の動向について研究を進めた。第一に、国定教科書(第2期版)の使用時期に取り組まれた教育実践研究の動向を検討し、それを基礎付けていた分数論(分数の定義・説明に関する基本的立場)として、《学校数学としての分数論》の存在を示した。同時に、その具体的な存在形態について、次の3点に渡る特徴とその成立根拠を解明した。1《分割分数の論理》の論理に依拠した定義から《商分数の論理》に依拠した定義へと進む順序の構成、2《分割分数の論理》に依拠した定義を“易"、《商分数の論理》に依拠した定義を“難"とする難易による区別の設定、3《分割分数の論理》に依拠した定義を主要な方法による定義、《商分数の論理》に依拠した定義を副次的な方法による定義とする、主副による区別の設定。この内、特に、2の成立根拠に問題性が含まれていたこと、また、上記3点はほぼ同じ形で現代の《学校数学としての分数論》の特徴として継承されていることを指摘した。上記の成果については、学会報告および論文の形で発表した。第二に、上記の研究に続く形で、国定教科書(第3期版および第3期改訂版)の使用時期に取り組まれた分数の定義の導入に関する教育実践研究の動向を示す史料の収集と検討を進めた。検討の結果、この時期においても、《学校数学としての分数論》、《初等数学としての分数論》、2つの立場の存在が確認された。(2)師範学校からの意見報告においてその問題性が指摘されていた教育内容として、分数除法の計算規則に注目し、国定教科書における説明の内容を、その使用時期に取り組まれた教育実践研究の動向と関連付けた形で検討した。その結果、《逆数》の定義の位置に注目する方法が、この時期の動向を解明する有効な方法ではないかとの着想を得た。(1)師範学校からの意見報告においてその問題性が指摘された教育内容として、分数の定義、分数除法の計算規則を選定し、当該の教育内容について、国定教科書に関する検討、および、国定教科書の使用時期に取り組まれた教育実践研究の動向を示す史料の収集とその内容に関する検討がおおむね終了した。(2)その結果、現在においては、検討の成果を整理して発表することが可能な段階に至っている。(3)本研究の構想当初においては、研究の対象を、国定教科書(第2期版)とその使用時期に限定していたが、その特徴を明確かつ具体的に示すためには、国定教科書についても、教育実践研究の動向についても、その前後、すなわち、第1期版、第3期版、第3期改訂版とその使用時期を対象に含める必要性が明らかになった。これにより、現在においては、構想当初から対象を拡張した形で研究を進めている。(3)前年度においては十分に取り組むことができなかった教育実践研究の動向を示す史料の調査と収集を国立教育政策研究所図書館において実施した。合わせて、附属図書館を通して他大学への複写依頼のサービスを活用した。収集した資料の検討は有効な知見の獲得につながっている。
高温固体表面に於ける熱陽イオン生成反応機構の解明と高性能小型熱陽イオン源の開発

NaIの分子線を高温のRe線に入射させて,その表面から放射されるNa^+の放射量を,色々な実験条件(真空度,表面温度,入射密度,表面を高温処理後の経過時間など)の下で測定し,イオン化効率の変化を調べた.更に,そのデータを,本人が創案した理論によって解析し,吟味と検討を行った.その結果, (1)イオン化効率の変化には, Re表面の仕事関数の変化が大きく関与していること,(2)中温領域(13001700K)における仕事関数の変化は,主として残留ガス(特に酵素)の吸着に起因すること,(4)高温(1800K以上)では何れの吸着効果は表われないこと,(5)試料分子が解離吸着する場合(1300K以上)には,仕事関数に影響を与えないこと,などを明らかにした.以上の研究成果は,昨年度の場合(試料はLiIとLi)と同様に,上記理論式の妥当性を実証するものある.更に,低温領域で試料の入射を停止すると, Na^+の放射量が一時的に増大する現象を活用して, NaI分子の平均吸着滞在時間,吸着熱,吸着エントロピーなどを求める新しい実験方法も開発した.これらは全く新しいデータで,他に類例は全く見られないのである.以上の成果に基づいて,小型軽量の熱陽イオン源を開発した.即ち, Re線を13001500Kに加熱し,残留ガス圧を10^<-7>10^<-5>Torrに設定すれば,各種アルカリハライドについて100%のイオン化効率が容易に達成できる.また,上記の理論を適用すれば,当該イオン源の作動条件を客観的に選定することも可能である.以上の研究成果については,大部分を既に,国際誌上や国内の研究発表大会で公表しており,残餘の分については,現在,英文で執筆中である.NaIの分子線を高温のRe線に入射させて,その表面から放射されるNa^+の放射量を,色々な実験条件(真空度,表面温度,入射密度,表面を高温処理後の経過時間など)の下で測定し,イオン化効率の変化を調べた.更に,そのデータを,本人が創案した理論によって解析し,吟味と検討を行った.その結果, (1)イオン化効率の変化には, Re表面の仕事関数の変化が大きく関与していること,(2)中温領域(13001700K)における仕事関数の変化は,主として残留ガス(特に酵素)の吸着に起因すること,(4)高温(1800K以上)では何れの吸着効果は表われないこと,(5)試料分子が解離吸着する場合(1300K以上)には,仕事関数に影響を与えないこと,などを明らかにした.以上の研究成果は,昨年度の場合(試料はLiIとLi)と同様に,上記理論式の妥当性を実証するものある.更に,低温領域で試料の入射を停止すると, Na^+の放射量が一時的に増大する現象を活用して, NaI分子の平均吸着滞在時間,吸着熱,吸着エントロピーなどを求める新しい実験方法も開発した.これらは全く新しいデータで,他に類例は全く見られないのである.以上の成果に基づいて,小型軽量の熱陽イオン源を開発した.即ち, Re線を13001500Kに加熱し,残留ガス圧を10^<-7>10^<-5>Torrに設定すれば,各種アルカリハライドについて100%のイオン化効率が容易に達成できる.また,上記の理論を適用すれば,当該イオン源の作動条件を客観的に選定することも可能である.以上の研究成果については,大部分を既に,国際誌上や国内の研究発表大会で公表しており,残餘の分については,現在,英文で執筆中である.真空中で高温に加熱したレニウム線の表面にアルカリハライド(LiI,LiBr,またはLiC1)の分子線やアルカリ(Li)の原子線を入射させて、その表面から放射されるアルカリ陽イオン(【Li^+】)の放射量を、いろいろな実験条件(真空度,表面温度,原子分子線の入射密度,表面を高温処理後の経過時間)の下で測定し、各試料の飽和蒸気圧やイオン化効率などを求めた。さらに、これらのデータを、本人が創案した理論によって解析し、吟味と検討を行なった。その結果、(1)本実験には系統誤差がほとんどないこと、(2)イオン化効率の変化には、レニウム表面の仕事関数の変化が大きく関与していること、(3)中温領域(約1400-1700K)に於ける仕事関数の変化は、主として残留ガス分子の吸着に起因すること、(4)しかし、低温領域(約1300K以下)に於ける仕事関数の変化は、残留ガス分子と入射試料原子分子の共存吸着によること、(5)従って、低温領域に於ける仕事関数の変化は、試料原子分子の入射密度にも依存すること、(6)ただし、高温領域(約1800K以上)では、残留ガス分子や試料原子分子の入射に関係なく、レニウム表面は実質的に清淨な表面に保持されること、(7)試料分子の解離度が100%の時には、試料の入射・吸着によって仕事関数はほとんど変わらないこと、(8)しかし、Li原子を入射させると、残留ガス分子(特に酸素)の吸着による仕事関数の増大作用は、ほゞ100%抑制されること、などを突き止めた。また、入射分子の解離度や電離度並びに表面の仕事関数などが、上記の理論式によって合理的に算出されうることも、明らかにした。

さらに、低温領域で試料の入射を停止すると、陽イオンの放射量が一時的に増大することを発見すると共に、この現象も又、当該理論によって合理的に説明しうることが判った。以上の研究成果の中、一部は既に口頭で発表し、その要点は国際誌上で公表または印刷中である(裏面参照)。
中央アジアで蔓延するリウマチ性心疾患総合対策のための分子疫学的研究

キルギスでは未だにリウマチ熱が猛威を奮っている。我々は論文化・国際シンポジウム開催などの情報発信、迅速診断キットの導入、母子手帳・医師向けプロトコールの作成と頒布など、この問題に対する主導的役割を担ってきた。さらにリウマチ熱が低酸素、食習慣とともに当該地域の死因の過半数を占める心不全の潜在的リスクファクターであることを報告した。本海外調査研究のもと2000人を超える住民に対するフィールド調査を完遂し、その結果、リウマチ熱患者では溶連菌以外の細菌感染の陽性率も高く、その一因に未だに主流であるバイオマス燃料による粘膜免疫の低下が考えられることを見出した。キルギス共和国を始めとする中央アジア諸国では未だに溶連菌感染によるリウマチ熱が猛威を奮っている。さらに、高地(低酸素)、食習慣とともに当該地域の死因の過半数を占める心不全の潜在的リスクファクターであることを発見した。これまで3度の現地調査と800人を超える溶連菌感染の細菌学的検査とその論文化・国際シンポジウム開催など情報発信、迅速診断キットの認可の法整備、母子手帳、医師向けプロトコールの作成と頒布などこの問題に対する主導的役割を担ってきた。当該研究では、さらなる学際的研究の発展のため必要な細菌学・小児科学(西)、免疫・栄養学(川原)、畜産・獣医学(三浦)の専門家を要請し、中央アジア諸国の連携機関と国際的研究コンソーシアムを構築し、分子疫学的調査と総合的対策を行うことを目的とする。平成25年度はオムルザコバ医師を招聘し、超音波検査法の研修、各大学での討議を行った。さらに、細菌学的検討を行った。同医師により帰国後、北東部のナルイン高原の疫学調査を行った(論文投稿中)。昨年度に引き続き、キルギス共和国の2か所のエリアのリウマチ性疾患の調査研究を行った。1. Choy州(北部)書面にて同意を得られた約700名の住民に対して、アンケート調査、聴診、各関節の触診、咽頭の視診、咽頭ぬぐい液の溶連菌迅速テスト、心電図、心エコーを行った。82%の住民に何らかの病的状態が認められていることが明らかとなり、現在その詳細を解析中である。2.Osh州のChon-Alai地域(南部山岳地帯標高3500m) 1と同様の項目について約1550名の住民に対して検討を行った。98%の住民に何らかの病的状態が認められていることが明らかとなった。そのうち、成人の48%は溶連菌が陽性であり、小児の場合は、57%に溶連菌迅速検査で陽性反応を呈した。さらに、30%住民にリウマチ熱・リウマチ性心疾患の症候が認められた。これらの結果を一部、国際学会で報告するとともに、現在論文執筆中である。キルギスをはじめとする中央アジアにおけるリウマチ性疾患の制圧に向けた貴重なデータであると考えられる研究代表者はキルギス共和国(キルギス)からの要請により、2006年に医学交流のため同国を訪問した際に、我が国では人口10万人当たり0.5人以下の発症率と現在ではほとんど診ることのなくなったリウマチ熱(Rheumatic fever: RF)が中央アジア諸国では未だに猛威を奮っていることを見出した。さらに、キルギス国立心臓病センターとの国際共同研究により顕在化しないRFの後遺症も含めたリウマチ性心疾患(Rheumatic heart diseases:RHD)が国土の94 %以上が海抜千メートル以上の山地から成り、山岳地帯ともなれば4000メートルを超える高地での生活、つまり低酸素と、肉食中心の食習慣とソビエト時代からのウオッカの飲酒とあわせて、当該地域での死因の過半数を占める60歳までの心不全の潜在的リスクファクターであることを報告した。本研究のもと、キルギスのほぼ全土を網羅する2000名を超える詳細なフィールド調査を行い、RF/RHDの有無、聴打診、心電図、心エコーなどの理学的所見、溶連菌を中心とした細菌感染症の頻度、バイオマス燃料、食習慣、遊牧民のテントであるユルタに住んでいるか否か等の生活歴、畜産の有無、慢性呼吸器疾患などの既往歴、家族歴など100を超える項目に関する調査を完遂した。これらの項目を解析した結果、以下のデータを得た。(1)溶連菌だけでなく肺炎球菌、インフルエンザb型菌などの呼吸器感染症を引き起こす細菌との混合感染が有意に認められること。(2)暖房・調理などの際にいわゆるバイオマス燃料を用いることで、粉塵・COなどが、35分間の家事でタバコ5本分に相当する粘膜免疫に対するリスクとなること(3)溶連菌感染によるRF/RHDの発症頻度(日本に比べ、約45倍高い)と集積度に関する検討から宿主因子が存在する可能性キルギスでは未だにリウマチ熱が猛威を奮っている。本年度で首都ビシュケクに加えて北部および山岳地帯のキルギスにおけるフィールド調査(健康調査)を完了した。これらの調査により今後の詳細な細菌学的解析のためのキルギス人検体を採取することができた。27年度が最終年度であるため、記入しない。

分子細胞生物学、リウマチ学、国際医療貢献、難治性疾患、分子病態、タンパク質分解本年度は、現地調査の際に採取したサンプルを用い細菌学的解析、ならびに宿主因子の解析を行う。また、すでにすでに作成・頒布をすすめている、キルギス全土における溶連菌感染ならびにその合併症であるリウマチ性心疾患の予防と早期治療ためのプロトコールのキルギス語版を作成する。1.細菌学的解析、とくに耐性菌のDNAタイピング(西・中島):溶連菌由来DNAの解析。咽頭ぬぐい液などの患者由来のサンプルをキルギスにて培養、分離後、キルギス国内にてDNAを抽出する。DNAの状態で日本に移送し、耐性遺伝子の遺伝子配列を決定する。責任遺伝子変異が同定された場合にはPCR型別法を開発しキルギス国内で簡易タイピングを行えるようにする。さらに、溶連菌の遺伝子型別を行い、RFを生じやすい型かどうかを検討するとともに、分子疫学的解析を行う。最終年として、これまで得られたデータをもとに、中央アジア全体の溶連菌感染マップを作成する。2.宿主因子の検討:抽出したDNAをPCR法にて増幅後、遺伝子配列を決定し、HLAタイピングを行う。3.医療機関向けと母子向けのプロトコールのキルギス語への翻訳:私たちは、すでにロシアによる医療機関向けと母子向けのプロトコールを2000部ずつ作成し頒布した。キルギスはロシア語とともににキルギス語が(特に山岳地帯において)公用語として用いられている。そこでキルギス全土にリウマチ性疾患の予防・治療法を啓蒙するためロシア語によるプロトコールをキルギス語へ翻訳する。JICA,ならびにキルギス共和国大使館へ協力要請をしている。本研究の主たる目的である北東部の高原地域の疫学調査が実施できたことにより、キルギス共和国の全域にわたる溶連菌感染の感染率、リウマチ熱、さらには超音波検査による詳細なリウマチ性心疾患の頻度が明らかとなったた。今後、本テーマに対する対策を勘案するうえで貴重なデータが得られたと考える。27年度が最終年度であるため、記入しない。当該年度の研究費残高不足により、支払を翌年度に先延ばししたため27年度が最終年度であるため、記入しない。以前、我々がキルギスで採取された溶連菌は幾つかの抗生物質に対して耐性を示していた。今後、細菌学と小児科学の専門的知識を有する西を加え、このデータのさらなる検証を行う。同時に、感染症としてのリウマチ熱の病因論を考えるとき細菌サイドの問題点だけではなく宿主因子の解析の必要性は明白である。例えば、HLA,ASLO,溶連菌へのリンパ球芽球化応答性などである。さらに、2次調査により、馬乳酒などの中央アジアの伝統的食品の摂取が溶連菌感染リスクの低減との関連の可能性が示唆されている。これらの食品栄養学と感染症の視点より川原を中心に解析を行う。近年、人畜共通感染症の分野では、家畜のえさに含まれる抗生物質が環境変化を生じせしめ、ひいてはヒトに対する感染症の耐性化に関与していることが問題となっている。しかしながら、牧畜が主要産業であるキルギスにおける調査報告はこれまでなされていない。本研究では三浦を中心に、この点の現地調査を行う。平成26年度の研究費と合算し、支払いたい。
強歪み加工による高耐食性ナノ微結晶アルミニウム合金の創製

近年,強ひずみ加工であるECAP(equal-channel angular pressing)処理によりAlの結晶粒をサブミクロンあるいはナノレベルまで微細化して,強度および延性等の機械的特性を改善することが注目されている。一方,Al合金は,通常,耐食性,硬度等を改善するため陽極酸化(アルマイト処理)を施して使用されることが多い。しかし,陽極酸化したAl合金の耐食性に及ぼすECAP処理の影響については,これまでに報告されていない。そこで本研究では,代表的な高張力Al合金であるAl-Cu合金およびその陽極酸化膜の耐孔食性に及ぼすECAP処理の影響を調べた。一方,陽極酸化したAl-Cu合金においては,孔食が発生するまでの時間は,ECAP処理を行った方が明らかに長くなっており,ECAP処理により耐孔食性が改善されることが分かった。Al-Cu合金には合金元素からなる第2相析出物が存在しているが,この析出物はECAP処理により分断され微細となった。析出物の中でもAl_2Cu,Al_2CuMgは陽極酸化の際に溶解して消失したが,SiおよびAl-Cu-Si-Fe-Mn系金属間化合物は陽極酸化の際に酸化されず酸化膜中にそのまま存在し,欠陥部を形成していた。陽極酸化したAl-Cu合金の孔食は,この析出物の周辺から開始した。ECAP処理を行なうと析出物が分断され微細になることから,ECAP処理により陽極酸化Al-Cu合金の耐孔食性が改善されたのは孔食の起点になる析出物のサイズが減少したことによるものと考えられる。近年,強ひずみ加工であるECAP (equal-channel angular pressing)処理によりAlの結晶粒をサブミクロンあるいはナノレベルまで微細化して,強度および延性等の機械的特性を改善することが注目されている。そこで本研究では,陽極酸化したAl-Mg合金(AA5052)およびAl-Cu合金(AA2024)の耐孔食性に及ぼすECAP処理の影響を電気化学的手法を用いて調べた。陽極酸化したAl-Mg合金に孔食が発生するまでの時間はECAP処理を行った方が短くなっており,ECAPにより耐孔食性が劣化した。しかし,陽極酸化Al-Mg合金の耐孔食性は,ECAP処理後,焼鈍を行うと温度の上昇に伴いECAP無しの場合と同レベルまで改善された。陽極酸化膜には圧縮の内部応力が残存し,ECAP処理を行うとその内部応力が大きくなることが分かった。陽極酸化膜の圧縮応力は,焼鈍温度が高くなる程減少した。ECAP処理によりAl-Mg合金の内部応力が増加するため,陽極酸化膜の内部応力も増加し,酸化膜にクラックが生じ易くなると考えられる。ECAPを行った陽極酸化Al-Mg合金の耐孔食性が焼鈍により改善されたのは,陽極酸化膜の内部応力が焼鈍により減少したためと考えられる。一方,陽極酸化したAl-Cu合金の耐孔食性はECAP処理により改善されることが分かった。析出物の中でもSiおよびAl-Cu-Si-Fe-Mn系金属間化合物は陽極酸化の際に酸化されず酸化膜中にそのまま存在し,欠陥部を形成していた。
多機能性を有するナノユニット複合金属酸化物触媒の開発

本研究では、12ナノメートル(nm)前後の微細な細孔構造を有するポーラスシリカを鋳型にして、様々な金属酸化物を導入及び複合させることで、エネルギー分野や環境浄化技術への応用が期待される新規機能性材料の開発を行った。主な成果としては、次の2点が挙げられる。1シリカ鋳型を用いてCr種を合成して得られた再生可能な酸化剤兼燃焼触媒:室温から連続的にVOC排ガス処理が可能。2酸化チタン-酸化タングステンのナノ複合微粒子:酸化剤作用と水熱合成法を組み合わせてナノレベルで両者を接合させることに成功:電荷分離を促進によるナノ複合光触媒活性の飛躍的な向上を確認。・前年度に引き続き、様々な金属酸化物を1nm前後の細孔径を有するシリカマトリックスないに導入してその物性を調べた。それら金属酸化物量子ドットの中で、Crシリカマトリックス内で固定したクロムの酸化物量子ドットは六価でも安定である。クロム酸化物量子ドットは空気中・加熱(480°C)条件下で反応物(エタノール等)が存在するときはCr2O3(+3)になりやすく、空気のみで加熱した時はCrO3(+6)になりやすい特性があり、Cr2O3⇔CrO3のような酸素の吸脱着が反応物の有る無しのみで起こることがTG-DTA(示唆熱熱重量同時測定)の結果から示唆された。CrO3は室温で強い酸化剤として働き、Cr2O3は加熱条件下で燃焼触媒として働くことを応用し、昇温室温時からVOC酸化処理が可能な新しい触媒式処理方法として利用できることを示した。・通常ポーラスシリカ合成時に金属イオンを添加すると比表面積は減少することが多いが、無溶媒法でセリウムイオンをシリカ合成時に僅かに添加することで、動的吸着に適した細孔径である1nm付近の穴径を保ちつつ、比表面積を増大することに成功した。実際の動的吸着能もエタノールを用いて破過する時間を測定することで調べ、セリウムイオンの効果を確認した。・従来合成が困難であった酸化チタン量子ドットについて、水熱合成法を工夫して酸化チタン量子ドットを1nm前後のシリカマトリックス細孔内に析出されることに成功した。以前作製に成功していた酸化タングステン量子ドットと今回の酸化チタンの二種類の金属酸化物の複合量子ドットを作製し、光照射下において、電子移動が起こることを吸収スペクトル解析で分光学的に確かめた。・UVや可視光を用いてVOCガスの分解や水の分解活性を測定することが可能な光触媒評価システムを構築した。本研究ではこれまで培ってきた金属酸化物触媒の合成・複合技術と、ナノオーダーの均一細孔径を持つポーラスシリカ作製技術を組み合わせた新規触媒・光触媒開発、触媒の量子サイズ効果に関する基礎データ取得を目的としている。一年目は様々なナノサイズ金属又はその酸化物を1-2nmの均一な細孔を持つポーラスシリカと複合させ、その物性と触媒活性特性などの基礎データを収集・解析した。下記にその概要を記す。主にCe,Co種を1-2nmの均一な細孔を持つシリカ内に2種類の方法で導入を試みた。すなわち(i)ポーラスシリカ合成と同時に導入、或いは(ii)あらかじめ作製したポーラスシリカに浸漬させることで導入させる方法である。Co,Ce種は全て硝酸塩として導入させた。上術の細孔構造、吸脱着特性、触媒活性特性の解析結果より、下記の点(18)が推測された。1Ce化合物を同時合成(i)で導入した場合、10 mol%辺りからシリカのポーラス構造は崩壊が始まった。2Co化合物を同時合成(i)で導入した場合、18 mol%でもシリカのポーラス構造は崩壊しなかった。3同時合成(i)の場合、Ce化合物は細孔壁表面に析出しやすい傾向がある。4同時合成(i)の場合、Co化合物は細孔壁シリカ壁の内部に向けて析出しやすい傾向がある。5浸漬法でシリカ孔へCo化合物を導入(ii)した場合、最高で4 mol%強の導入が可能であったが、細孔を塞ぐほどの量ではなかった。6Coの場合、触媒活性は(i)より(ii)のほうが高かった。7Ce,Coの複合は、(ii)で行い、Ce,Coを同時に入れたときの活性が高かった。8Ce,Co以外の多種の金属種も導入可能であった。本研究では、12nmの細孔(ゼオライト(例:0.5nm)とメソポーラスシリカ(250nm)の間の領域)を有するスーパーマイクロポーラスシリカを鋳型として、ナノサイズの金属酸化物を合成し、その機能性について調査した。様々な物質を試した結果、下記事項(13)に関して有用性を見出した。112nm領域の細孔を鋳型としてCr酸化物を合成すると、六価のCr種が優先的に生成した。

一般に、六価のCr種は酸化剤として機能するが、通常加熱条件下では不安定である。今回作製した六価のCr種は熱安定性を有していた。その特徴を生かし、室温中温側では酸化剤として、高温側では触媒として機能させると同時に高温条件下で六価への再酸化が起こることを利用して、室温(25°C)から高温領域(400°C)まで連続的にVOC分解が可能な環境浄化技術に応用した。2金属酸化物を用いたVOC分解用触媒ではCe,Co等の異種元素の複合によって、活性が向上することが知られている。今回、Ce,Co種を中心にシリカの壁の中や孔の中にそれら酸化物を導入し、VOC分解活性を調べたが、大幅な活性向上にはつながらなかった。粒子同士をナノスケールで効率よく接合できなかった可能性がある。しかしながら、シリカ細孔壁に異種元素を導入することで、細孔径を維持しつつ細孔の比表面積のみ増加する傾向が観測された。3はじめにシリカ細孔内に導入したWO3を触媒として水熱合成条件下でTiO2をWO3上に導入する手法によって複合したTi-W系複合ナノ酸化物は、その光触媒活性(エタノール分解)が、細孔内にWO3及びTiO2を単独で導入した場合やバルクを用いた時の活性に比べて、大幅に向上した。光触媒、燃焼触媒、ナノ材料以下の5点より、おおむね順調と考えた。1クロム酸化物量子ドットを用いたユニークな触媒の開発に成功した。2セリウムイオンの同時添加で動的吸着に適した1nm近い細孔径を保持しつつ比表面積を増大できることを見出した。32種類の金属酸化物量子ドットの複合系を構築し、それら量子ドット間で電子移動が起こることを分光学的に確認した。5光触媒評価系が完成した。5前記以外の金属でも、量子ドットにすることによって、バルクとは異なる現象がいくつか観測されている。・合成物の性質を知るうえで触媒活性の温度依存性や脱離特性のデータが必要であると判断したため、触媒反応解析を前倒して実施し、化合物の性質に関する多くの知見を得ることができた。前倒しの影響で金属酸化物のシリカへの導入方法の開発は遅れ気味となっているが、これまで得られた知見を活かして二年目前半で複合、新規材料合成に力を入れる。これまでの知見をもとに複数の量子ドットを複合させ、VOC分解触媒活性の向上を図るとともに、光触媒の電化分離の促進やZスキーム系を利用した可視光応答光触媒への応用を考えている。(1)Co,Ce系の調査⇒Ce,Co触媒については継続的な測定と得られた結果の解析を続けて、金属酸化物種の挙動を調べ、最適な複合について考察を行う。CoについてはCoOが主成分と考えられ、触媒活性の高いCo3O4になりにくいことから、Co以外で以前我々が見出していたCuO-Co3O4-CeO2触媒に習い、CuOとの複合効果も見出す。合成手法についても、最適な複合が可能なように、種々の方法を試みる。(2)Co,Ce系(+Cu)触媒の耐熱性調査⇒700°C以上の高温雰囲気下における耐熱性についてバルク等と比較した調査を行う。(3)人工光合成等、光触媒機能への応用⇒得られた種々のシリカ複合金属酸化物の挙動を解析し、光触媒として働く物質の量子サイズ効果を利用するなど、適応範囲を広げる。触媒-助触媒の複合効果を利用した電子伝達系を構築し、光を用いたCO2還元等について研究を行う予定である。高効率な新規材料を開発する。触媒評価装置をユニットで部品ごとに購入し、組み立ては当方で行ったため、当初の予想よりも割安になった。
中性子・X線回折によるアモルファス氷の結晶化その場観察

塩は通常の氷にはほとんど取り込まれることがない。しかし、高圧氷にはかなりの量の塩分を含みうることが、最近の研究でわかってきている。この塩を含む高圧氷は、低温高圧下でアモルファス氷から結晶化するという特殊な方法で生成されている。本研究期間では、この生成過程の基礎研究、すなわち塩分濃度の違いによるアモルファス化や結晶化の温度圧力を調べる研究を行い、またこの特殊な生成過程を応用した新規塩水和物の結晶構造解析にも成功した。高圧下で生成した不純物を含むアモルファス氷からの結晶化を観察するため、平成25年度は、低温下で大気圧まで減圧できるダイヤモンドアンビルセルの開発を行った。具体的には、ピストンとシリンダーの摩擦を軽減しつつ、最低限ピストンとシリンダーの平行度を確保できるよう両者のすり合わせを調整し、かつ双対する台座の間に皿ばねを挿入することで低温下での大気圧への減圧に成功した。また開発したセルを用いて、PF-18CおよびJ-PARC/PLANETにおいて、低温・高圧その場X線/中性子回折実験を行った。塩や酸を少量含む水溶液を液体窒素温度下で加圧し、アモルファス氷を生成した後、加熱することで結晶化させ、得られた氷結晶相について、その不純物を含まない系のX線/中性子回折パターンとの比較を行った。その結果、塩を含む系で生成した高圧氷は、純粋なそれより格子体積が膨張し、氷の格子中にイオンとして取り込まれていることが示唆された。また、相関係そのものも大きな変化が見られた。純水を用いた系では、低温下で加圧することで、1.0-1.5 GPa程度でアモルファス化し、さらに加圧していくことで、氷VII'相に相転移することが知られていたが、塩を含む系では、少なくとも4 GPaまではシャープなブラッグピークは現れず、アモルファス構造を保っていることがわかった。さらにアモルファスからの散乱強度の特徴であるFSDPの位置が圧力にともなって大きく変化し、高密度アモルファス氷(HDA)的な構造から超高密度アモルファス氷(VHDA)的な構造へ変化したことが示唆された。本研究によって、さらに高圧までアモルファス氷を維持することができれば、未だ知られていないさらに高密度なアモルファス氷を生成できる可能性があり、その点でも興味深い結果といえる。平成26年度は、不純物が核形成に与える影響を調べることを目的として、重水素化した塩酸を加えた重水を試料に、低温高圧下で秩序化すると考えられている氷VI相の中性子回折実験を行った。その結果、従来考えられていた秩序相(氷XV相)の安定領域は大きく見直す必要があることが本研究により初めて明らかになった。従来の研究では、低温高圧下でその場中性子回折実験を行うことができなかったため、常圧下に回収された試料についてのみ中性子回折が測定され、その結果が高圧まで外挿されてきた。今回の結果によって、その外挿が大きく外れていることが明らかになったことは、今後の高圧氷研究にとって大きなインパクトを与えるものと思われる。また、不純物を意図的には加えない重水のみの試料についても同様の実験を行ったが、塩酸を加えた試料の結果をほぼ再現する結果となり、微量の塩酸が相転移に与える影響は小さいことが示唆された。また、氷Ic相の生成温度に与える不純物の影響を調べる実験も行った。まず、重水から氷Ih相を作り、液体窒素温度で加圧することで高密度アモルファス相(HDA)と氷Ih相の混合相を得た。ここから直接脱圧して昇温すると135K程度で氷Ic相とIh相の混合物ができるのに対し、一旦高圧下で昇温して超高密度アモルファス相(VHDA)を経た後に脱圧、昇温すると160 K程度まで結晶化せずにアモルファス相に留まるという結果が得られた。これはHDAには氷Ih相やIc相の核となるような構造が残っているのに対し、VHDAにはそれがないという興味深い示唆を与える。今年度は塩を含む水溶液を出発物質としたアモルファス氷について、以下の成果を得た。(1)新規塩化マグネシウム水和物の発見とその構造解析塩化マグネシウム水和物は,化学式MgCl2nH2Oで表され,これまでn = 1, 2, 4, 6, 8, 12の少なくとも6相が存在することが知られていた。このような塩水和物は高圧下でさらに多くの相を持つ可能性があるが,その結晶学的研究はあまり進んでいない。その理由はおそらく,塩水和物の高圧相が,良質な単結晶にも良質な粉末にもどちらにもなりにくいためであろう。塩水和物高圧相ができる過程で氷の高圧相が析出することも多く,析出した氷高圧相もやはり良質な単結晶/粉末のいずれでもないことが多い。しかし申請者らは,試料を一度急冷してアモルファス化させ,さらに低温のまま目的の圧力まで加圧して,その後昇温することで結晶化させる,という手法をとることで,新規塩化マグネシウム水和物の良質な粉末試料を得ることに成功し、粉末X線・中性子その場回折実験を行うことでその構造解析にも成功した。(2)塩を含む秩序氷の発見塩化マグネシウム水溶液を急冷し、ガラス化させ、低温下で加圧した後に昇温すると、塩を含む氷VII相が出現することが、前年度までの実験で明らかになっていた。今年度は、さらに、このようにして得られた氷VII相を再び低温に晒すことで、塩を含む氷VIII

相が出現することを明らかにした。塩を含む氷の秩序相は初めての発見であり、なぜ不純物を含みつつ水素結合ネットワークを作ることができるのか、という新たな問題を提起した。塩は通常の氷にはほとんど取り込まれることがない。しかし、高圧氷にはかなりの量の塩分を含みうることが、最近の研究でわかってきている。この塩を含む高圧氷は、低温高圧下でアモルファス氷から結晶化するという特殊な方法で生成されている。本研究期間では、この生成過程の基礎研究、すなわち塩分濃度の違いによるアモルファス化や結晶化の温度圧力を調べる研究を行い、またこの特殊な生成過程を応用した新規塩水和物の結晶構造解析にも成功した。平成25年度に生じたJ-PARCにおけるハドロン事故および平成26年度末に生じたJ-PARC内での火災の影響によりいくつかの実験がキャンセルになった。特に平成25年度の事故の影響は小さくなく、予定していた実験計画は半年ほど遅れている。しかし、これまでのX線回折による予備実験から研究の方向性が正しいことは確認できており、次回の中性子回折実験により研究成果はまとまると考えている。高圧中性子回折における技術的な情報を掲載している。高圧結晶学これまで、高圧氷(氷VI相)および準安定氷(氷Ic相)の結晶化に与える不純物の影響を調べてきたが、不純物の影響だけでなく、経由する温度圧力パスに依存して、結晶化前のアモルファス状態に変化が生じることが明らかになった。これは、現在盛んに研究されている高密度アモルファス氷の緩和の問題と深く関連していると考えられる。すなわち、十分に緩和されていないアモルファス氷では氷Ih相や氷Ic相の核となる構造が残っているのに対し、緩和された高密度アモルファス氷からはそれらの核となる構造とはエネルギー的に障壁があると予想される。この仮説にもとづき、不純物の影響とアモルファス氷の構造緩和の関係を明らかにできれば、氷や水の理解に大きく貢献できると期待される。すでに、実験室系でのX線回折実験によって、仮説を支持する予察的な結果が得られており、今後さらに中性子回折によって、いくつかの条件でアモルファス氷を作り、結晶化の観察を進めていく予定である。このように、高圧氷や氷の準安定相(Ic相)の核形成に対する不純物を影響を調べるという研究の過程で、従来知られていた安定領域を見直す必要が生じたり、アモルファス氷の構造に対する重要な知見が得られたことは予想外の収穫であった。このため、研究期間を1年延長し、この期間内に、これまで得られた研究成果の原著論文として報告する。平成25年5月にJ-PARCで起きたハドロン実験施設の放射能漏れ事故を受けて、10ヶ月あまり中性子回折実験を行うことができなかったために、中性子が必要な実験については多少の遅れが生じている。しかし、X線によるアモルファス氷の結晶化の観察は予定通り進展しており、本研究の進展には事故の影響は甚大ではなく、概ね順調に進展しているといえる。平成25年度5月に生じたJ-PARCハドロン実験施設における放射能漏れ事故によって、長期に渡り中性子回折実験が行えない状況になった。これによって、使用予定であった実験にかかる消耗品や実験期間中の旅費を次年度に繰り越すこととした。これまでの研究で、アモルファス氷を高圧下で加熱し結晶化した場合についての実験は順調に進んでおり、今後も引き続き種々の不純物を添加した系について同様の実験を行っていく予定である。
気候変動に伴う河川魚類の分布・生物量変動予測

本研究では,河川に生息する魚類を対象とし,河川水温が上昇することによって分布域が拡大および縮小することが予想される種をモデル生物に,環境DNA分析によって得られた広域・高頻度の魚類の分布・生物量データ,設置型水温ロガーによって得られた水温の連続モニタリングデータ,および数値地図システム(GIS)によって算出した地形・水文学的データを用いて,河川水温変動が,各種の分布・生物量に与える影響を予測することを目的とする.本研究では,河川に生息する魚類を対象とし,河川水温が上昇することによって分布域が拡大および縮小することが予想される種をモデル生物に,環境DNA分析によって得られた広域・高頻度の魚類の分布・生物量データ,設置型水温ロガーによって得られた水温の連続モニタリングデータ,および数値地図システム(GIS)によって算出した地形・水文学的データを用いて,河川水温変動が,各種の分布・生物量に与える影響を予測することを目的とする.
複合熱・力学負荷条件下における形状記憶合金の微視的変形メカニズムの解明と応用

現在の形状記憶合金の工業的・工学的応用は、単軸での挙動,たとえば簡単な伸び・縮みを用いた1次元的アクチュエーティング挙動に限られている。これに対し、形状記憶合金の基本メカニズムを考えるとき、はるかに複雑でエレガントな機能・挙動が期待できる.すなわち、形状記憶合金の変形メカニズムは、マルテンサイト変態とその逆変態である.この変態現象は、6つの独立成分を持つ応力テンソルと温度、すなわち7つのパラメータにより制御される。本研究の目的は7つのパラメータの役割を基礎的に解明し,形状記憶合金の更なる産業的応用を拡大することである。たとえば三次元アクチュエータや複合デバイス,さらにはこれらを用いた知的材料システムの実現である。このような目的を達成するために、ねじりと軸力からなる種々の組み合わせ負荷を銅系形状記憶合金製の薄肉円筒試験片に与え、その変形挙動を計測した。またマルテンサイト変態により生じる表面性状変化をその場観察できる実験システムを構築し、組み合わせ負荷条件下でのマルテンサイト・バリアントの挙動を観察した。この基礎実験により、成分結晶粒内での,複合負荷条件下でのマルテンサイト・バリアントの発生・成長・消滅の挙動と巨視的変形の間の関係を解明するための基礎的データが収集された。現在の形状記憶合金の工業的・工学的応用は、一次元的な挙動、たとえば簡単な伸び・縮み挙動の範囲に止まっている。しかしながら、形状記憶合金の変形メカニズムが6つの独立な成分を持つ応力にて誘起されるマルテンサイト相変態であることを考えると,形状記憶合金は、はるかに複雑でエレガントな機能を持っていると想像される。またこの機能を制御することにより知的材料システム構築に大きな役割を果たす可能性がある。本研究では、応力の6つの独立なパラメータの役割を解明するための系統的な実験を実施した。すなわち、複合負荷条件を受ける形状記憶合金における多様な(配向の異なる)マルテンサイトの発生、成長、またバリアント間の相互作用を系統的な実験により調べた。これらの成果は積極的に公表してきた。次年度はこの実験データを詳細に解析することにより、形状記憶合金を自在に操る熱・力学的負荷システムを構築できると考える。
FRETマウスを用いた生体イメージング

NuCyMを発現するトランスジェニックマウスとFRETバイオセンサー発現トランスジェニックマウスを交配し、NuCyMマーカーを指標として細胞後に分子活性を定量し、細胞間での分子活性の多様性について検討し、さらにデータの数を増やすとともに、質の高いデータの取得を行った。また、イメージングデータを補完する生化学データの取得を行った。Western blottingでself cleavage peptideが切れているかを、様々な臓器のWestern blottingを行うことで明らかにした。これらの成果をもとに論文を発表した。またNuCyMマウスの配布を進めるために、バッククロスを重ね、このマウスを基盤研に寄託する。NuCyMを使ったイメージング研究をさらに展開させるために、ROCK活性を測定するFRETバイオセンサーを発現するトランスジェニックを作成した。このマウスの血管内皮に傷害を与え、血管が収縮する際のROCK活性の上昇を観察した。また、その分子機構を詳細に解析するためにカルシウムセンサーGCaMP6を発現するトランスジェニックマウスで同様の実験を行った。一方、さまざまな阻害剤を投与することにより、カルシウムやROCK活性がどのように変化するかも多光子顕微鏡を用いた生体イメージングにより解析した。その結果、血管収縮は局所のカルシウム依存性の収縮に引き続き、交感神経反射によるより広い領域の収縮が誘導されることがわかった。ROCKは局所の血管収縮には不可欠というわけではないかが、交感神経を介するより広い領域の血管収縮には必要であるということが明らかになった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。FRETバイオセンサーは蛍光タンパク質を改変したもので、タンパク質リン酸化酵素等の細胞内情報伝達分子の活性を生細胞で観察することを可能とする。このFRETバイオセンサーを用いて生体組織で分子活性を測定したとする研究は以前にも報告されている。しかし従来の技術ではFRETバイオセンサーの安定発現は困難であり、研究手法としては広がりを見せなかった。そこで申請者は培養細胞やマウスにFRETバイオセンサーを安定して発現させる技術を開発した。本技術により数日以上の分子活性モニターが初めて可能となった。しかしこの過程でこれまでの研究で組織生体イメージングの問題点も浮き彫りになってきた。本研究では、トランスジェニックマウスにおいて細胞を形態で容易に識別できるためのマーカーの開発、および分子活性を測定するFRETバイオセンサーを任意の細胞に発現させる技術の開発を行った。本年度は特にマーカー開発において進捗があった。ERK活性をモニターできるFRETマウスの表皮基底細胞を多光子顕微鏡で観察し、ERK活性伝搬(SPREAD)を発見し、論文化した。さらに、このメカニズムを詳細に検討するためにマウス耳介の安定的観察法を可開発した。また、EGFR受容体阻害剤を始めとする様々な薬剤を投与し、SPREAD発生の有無を多光子顕微鏡で観察して、SPREADに関与する情報伝達系は上皮細胞増殖因子受容体が主たるものであることを見出した。さらに、これらの阻害剤を用いて、皮膚の変化を解析し、SPREADの生理的意義を明らかにした。本年度は、さらに、細胞形態を多光子顕微鏡下で観察するためのバイオセンサーNuCyMを開発した。申請者らは開発したFRETバイオセンサー発現トランスジェニックマウス(以下、FRETマウスと称する)を用い、多光子顕微鏡下での生体イメージングを発展させてきた。さらに、組織形態の叡智とFRETマウス技術を基盤とする「統合ライブヒストロジー」という新しい学問分野を創生することを目的として、多光子顕微鏡下にヘマトキシリン・エオジン染色と同様の画像を作製するための技術として、二色の赤色(mCherry)・遠赤色(iRFP)蛍光タンパク質を核・細胞膜と細胞質にさせるプラスミドNuCyMを作成し、これを発現するトランスジェニックマウスを作製した。平成28年度には、下記の研究を行った。1.このマウスの全身でプローブが発現しているかを多光子顕微鏡を用いて確認した。その結果、リンパ球系細胞、およびLangerhans氏島細胞などの内分泌系細胞では発現が弱いものの、ほぼ全ての細胞で発現していることがわかった。マウスはすでに4世代を経て、正常に発育することを確認した。2.核、細胞質、細胞膜での発現を確認した。しかし、皮膚や膵臓など一部の組織では、分布が予測とは異なることがわかった。3.多光子顕微鏡で観察すると、ヘマトキシリン・エオジン染色様の画像を祝することが可能で、組織形態学的に細胞を同定するのに用いうることがわかった。4. ERK活性を測定するFRETバイオセンサー発現マウスと交配させ、両方を発現するマウスが作成できた。5. NuCyM画像から、一つ一つの細胞を同定するプログラムを作成した。マウスの作成および画像解析プログラムは予定通り作成できているが、一部の組織において、NuCyMの分布が想定と異なるという意外な発見があった。その原因を探索するのに時間を要している。