hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
出稼ぎ・過疎・高齢化に関する学際的地域研究-生活史法から接近する,近代化のスローモーションとしての青森県津軽地方-

調査・研究活動の概要は各研究分担ごとに以下のとおりであった。1.出稼ぎ班南津軽郡平賀町新屋において、ライフヒストリー法にもとづくフィールド調査をおこなった。その結果、他地域と比較して、生活を支える主要な生業がないこの地域において、高度経済成長期以降に出稼ぎが職業選択の水路の一つとして定着し、結果としてある程度の人口流出を防ぐhold要因となったことが示唆された。また、この職業選択の水路として、大手漁業会社による南氷洋捕鯨、北洋サケ・マス・カニ漁への従事があった。この水路は出稼ぎというより、安定的な会社への就業といった意味があった。また、小泊、佐井において調査を行い、報告書にまとめた。西津軽郡深浦におけるフィールドワークでは、昭和50年ごろからの底建て網という漁法の導入により、通年地元沿岸漁業が可能になり、人口流出を防ぐhold要因となったことが示された。2.過疎班西目屋において、ライフヒストリー法にもとづくフィールド調査が継続され、大きな生業変遷のなかで個人の生き方が位置づけられた。3.高齢化班在宅高齢者介護者13例へのインタビュー調査をおこなった。とくに、インタビュー資料からそれぞれの語りの特色を抽出し、情動的な表現に注目することで、それぞれの対象者がもつ問題を理解した。相手の「語り」にそった状況理解の大切さが強調された。4.「出稼ぎ・過疎・高齢化」研究会各年度末に、「出稼ぎ・過疎・高齢化」研究会を開き、研究者、行政担当者をゲストに招き、研究成果の公開をおこなった。4回にのぼった。4回にのぼった。1.出稼ぎ班:北津軽郡小泊村にて、出稼ぎ経験者23名に面接調査をおこなった。それぞれの生活史を集め、時代ごとに分析することで都市部へ押し出すpush要因、都市の吸引pull要因、それに対して、村人を出稼ぎ者としてひきとめるhold要因があきらかになりつつある。それには2つの要因があり、ひとつは、「生業に埋め込まれた出稼ぎの伝統」である。もうひとつは、「生活史に組み込まれた出稼ぎの伝統」である。個々の人々の生活史に出稼ぎに出ることが、ライフビジョンとして組み込まれているのである。たとえば、小泊の場合、明治期以降、小泊村の人々は、北海道のニシン、下北、松前のイカと雇われ漁夫として、出稼ぎにでるのを当然のこととしていた。雇いによる収入とその時期以外における沿岸での雇われ漁業が生業の基盤となっており、その伝統は戦後、ニシン魚が衰退し八戸へ雇われるようになってからも続いていた。これらの伝統のなかで、都市部への出稼ぎは行われた。また、働けるうちはこのような「やとい」あるいは自営漁業の組み合わせですごし、老後は、小舟による「磯周り」をおこなう。事実、引退して小舟による漁業を行うものも多い。このような生業が成り立つのは、農業に比べて、資源のメインテナンスがいらない漁業の特質による。漁民の出稼ぎには、近代化に対して、服従するのでもなく、抵抗するのでもない、「すりぬける」態度をみることができる。彼らは、近代にからみとられず、自己選択をしない「すりぬける」態度をとりつづけてきたのである。2.過疎班:秋田市および岩手県岩泉町で、聞き取り調査を行った。秋田県は昭和40年代多くの出稼ぎ者を首都圏に送り込んだが、その後急速に過疎化が進んだ地域である。ここでは、主に行政側の過疎対策について概括的な知見を得た。また、岩泉町は、典型的な山村であり、過疎化・高齢化が進んでいる地域である。ここでも、生活史法により、生業形態の変遷をたどる試みをおこなった。また、東北各県で行われている活性化策を概観し、実地に視察することで、各地のイメージ戦略を詳しく調査した。

どのような意味づけを地域に行うのか、それがどのように形成されるのか、地域の活性化の鍵を握る。以下3分野について研究活動を行い、その成果を研究会にて検討した。1.「出稼ぎと生業形態」について弘前市に隣接する平賀町の3集落(大坊、広船、葛川)を対象に、老人会を中心にして、出稼ぎの聞き取り調査を行った。それによって、平野部大坊(稲作)、台地部広船(りんご)、開拓地葛川(高原野菜)ごとに、出稼ぎのパターンの違いを概括的にみることができた。とくに、りんご農家の出稼ぎは、りんごの栽培のサイクルに規定されており、そのために通年出稼ぎ化を免れている。そこには、りんご栽培への誇りもあり、平地稲作中心地のように出稼ぎを中心とした人口流失を防いでいる。2.「過疎と地域活性化」について(1)過疎地域を、地方中核都市との関連性に注目して、広域的視点から統計的・事例的に分析を行った。(1)東北6県の過疎の現況比較を行った。今年度は、とくに南東北の個別事例調査(福島県檜枝岐村、山形県西川町他)を重ねた。また過疎地域と都市との関係について統計的分析を引き続き行った。(2)青森県弘前市を中心とする津軽広域市町村圏(17市町村)について、「広域行政・地域連携」の観点から統計データを集計整理し、広域の中の過疎を浮き彫りにしようと試みた。(2)青森県相馬村・稲垣村を事例に、前年度に引き続き、過疎地域活性化施策と住民の対応を調査した。とくに今年度は過疎活性化施策に関わる住民リーダー調査を実施し、二村の活性化施策プロセスを浮き彫りにした。3.「地域活性化と自然保護」について秋田県・藤里町で現地調査を行ない、行政と住民から山林利用の実態、地域活性化政策、観光客の受け入れ状況および自然環境保護政策と実態、地域の環境教育への取り組みなどに関して聞き取り、資料を収集した。4.第2回「出稼ぎ・過疎・高齢化」研究会の開催「出稼ぎ・過疎・高齢化」研究会(でっこの会)をひらき、外部から研究者(大川健嗣山形大学教授、石川雅典秋田桂城大学助教授)を招き、一年間の活動を検討した。以下研究活動を行い、その成果を研究会にて検討し、中間報告書にまとめた。1.「出稼ぎと生業形態」について津軽地方におけるリンゴ栽培の歴史を主に文献によって概観し、平賀町広船集落において現地調査を試みた。津軽におけるリンゴ栽培は、明治期の粗放的栽培から病害虫の被害によって集約的な栽培へと変化していった。もともとりんご農家には、自作農が多く、それが大地主-小作といった制約のきびしかった米栽培と大きく異なる点であった。もともと、米作りには限界的な自然条件にあった津軽地方では、りんごは安定して収穫でき商品性も高い作物として位置づけられていた。この観点からすると、生活困窮から出稼ぎといった図式はりんご農家にはあてはまらない。2.「過疎と地域活性化」について青森県相馬村・稲垣村を題材に、過疎対策の現状について研究。本年度はとくに、対策に対する住民リーダーたちの認識・行動について、各村10名程度のインタビュー調査を実施した。また西目屋村では、過疎の中の過疎、砂子瀬・川原平集落にて、住民30名程度に、ライフヒストリー調査を行い、過疎化がどのように進行してきたのかを調査した。3.第3回「出稼ぎ・過疎・高齢化」研究会の開催
矯正的歯の移動におけるアルカリおよび酸性フォスファターゼ、骨基質蛋白遺伝子の発現

本研究は、歯の移動に伴い歯周組織のどの細胞でosteocalcin、osteopontin、osteonectin、アルカリフォスファターゼ、酸性フォスファターゼ等の遺伝子が発現しているかを調べることにより、歯の移動、歯根吸収のメカニズムを分子レベルで解明することを目的としている。平成6年度には、7週齢Wistar系ラットの上顎第一白歯と第二臼歯の歯間部に矯正用ゴムを挿入し,実験的歯の移動をWaldo法により行い、経時的にラットを屠殺し、顎骨を採りだして、脱灰後、パラフィン包埋をして、組織切片を作成した。アルカリフォスファターゼ、酒石酸抵抗性酸性フォスファターゼ、osteocalcin、osteonectin、osteopontinのcDNAを用いてDigoxigenin-11-UTP標識cRNAプローブを作成し、これらを用いてin situハイブリダイゼーションを行った。組織顕微鏡により,歯の移動に伴う圧迫側と牽引側の歯根膜、歯槽中隔の皮質骨および海綿骨、象牙質およびセメント質の形成および歯根吸収像を観察し,アルカリフォスファターゼ,酒石酸抵抗性酸性フォスファターゼおよび骨基質蛋白の遺伝子発現の、骨芽細胞、骨細胞、破骨細胞、セメント芽細胞、セメント細胞、象牙芽細胞、破歯細胞等における、細胞局在を調べた.特に各遺伝子の発現について、歯根膜の非特異的なシグナル発現を生じないハイブリダイゼイション条件を見いだすことに努力した。以上の結果、歯の移動によって骨のリモデリングが亢進し、骨芽細胞、破骨細胞、破歯細胞が多量に出現してくる時期に、非コラーゲン性骨基質蛋白やアルカリフォスファターゼ、酸性フォスファターゼの遺伝子が特異的にこれらの細胞に発現することを見いだした。一部の知見を本年度はJ Histochemistry Cytochemistryに論文投稿し、印刷された。現在は、いまだ、ほとんど解明されていない歯根形成にともなう細胞性セメント質および無細胞性セメント質形成に関連した歯根膜細胞の役割やセメント形成性細胞の分化における、これらの骨基質蛋白や酵素の新たな機能および役割について、さらなる研究成果を論文にもとめている。
脳科学研究のための電子スピン共鳴イメージング法の研究

実験小動物として用いられるマウスを対象として、電子スピン共鳴(ESR)イメージング法の研究を行った。マウス頭部を計測する650MHzのマイクロ波共振器を作製し、ESR分光装置を改良した。また、スライス選択ESR画像を取得するイメージング法を開発した。さらに、データ取得を高速化することにより、マウス頭部において、半減時が短い六員環のナイトロキシルラジカルを可視化することに成功した。マウスの頭部を対象とする電子スピン共鳴イメージング装置に用いるマイクロ波共振器の開発を行った。これまでに、ループ・ギャップ共振器、マルチコイル共振器の試作を行い、ファントムを用いた実験を行った。いずれの試作共振器も、650MHz電子スピン共鳴イメージング装置において使用できるように設計されており、マウス頭部が挿入できる寸法である。これまでに、TEMPOL水溶液および一酸化窒素(NO)をトラップした鉄錯体のイメージングを行った。これらの実験において、長時間の実験を行うと、変調コイルが発熱する現象が見られた。発熱によりイメージング装置の安定性が損なわれる問題が見られたが、共振器およびシールド、変調コイルの改良により、発熱を押さえることができた。イメージング装置のハードウエアに関しては、これまで開発してきた装置にマイクロ波増幅器を追加し、50mWまでマイクロ波を供給できるように改良を行った。この改良により、生体内の不対電子を測定する際の検出感度が改善されることが期待される。また、ソフトウエアの分野では、スペクトル空間電子スピン共鳴イメージングを行うためのソフトウエアを開発した。これまでに基本的な検証を行い、空間的には一次元、もう一つは磁場の次元でスペクトルを表示できるようになった。今後は、空間的には二次元とし、磁揚の次元と合わせて合計三次元でイメージングを可能にすることを目指す。てんかんモデルマウスの測定を行なうために、カイニン酸を用いたモデル実験の予備的な実験を行った。マウスにカイニン酸を投与し、てんかん発作のモデルとなることを確かめた。また、電子スピン共鳴分光装置の検出限界を実験的に検討し、TEMPOL水溶液の濃度にして0.7マイクロmol/Lの濃度まで検出することができた。平成19年度は機能的電子スピン共鳴(ESR)イメージングを行なう画像処理プログラムの開発を行なった。具体的には、ESRスペクトル情報を空間上にマッピングできるスペクトル空間ESRイメージングを可能にするソフトウエアを開発した。3次元(2次元空間とスペクトル)スペクトル空間イメージングが可能になった。酸素分圧によりスペクトルが変化する模擬試料を用いて、ソフトウエアが目的とする画像を再構成できることを示した。この成果は、今後のマウスを用いた実験において、マウス脳内のESRスペクトルの変化を可視化する際に役に立つものである。本研究課題で目的としている機能的情報、すなわち、脳内の酸素分圧や一酸化窒素の発生とてんかん発作の関係等の実験に使用する予定である。また、スライス選択ESR画像の取得を可能にする測定法を開発した。従来の方法では、3次元のイメージングを行なってから、コンピュータ上で2次元スライス画像を生成していた。開発した手法では、磁場勾配を正弦波的に振ることにより、磁場変調を受けない場所の信号のみ取得することが可能である。この原理を用いて、スライス選択された2次元画像を取得することに成功した。短時間に、特定の部位の画像を求めるには、スライス選択イメージングが有利である。また、スライス選択画像を重ねることにより、3次元画像の生成が可能であることも実験的に示すことができた。さらに、高速に3次元ESRイメージングを行なうために、高速磁場掃引と均一プロジェクション投影により、30秒でマウス頭部の3次元画像を取得することに成功した。この高速化により、従来測定することが困難であった短時間で消失するスピンプローブの可視化が可能になった。短時間で電子スピン共鳴イメージングを行うための装置開発を行った。これまでに、5.8秒で46プロジェクションのデータを取得し、三次元画像を再構成することに成功した。従来は、三次元画像の取得に数10秒程度の時間が必要であったが、格段にデータ取得を高速化することに成功した。この研究の過程で、マウス頭部において、半減時が短い6員環のナイトロキシルラジカルを可視化することに成功した。従来は、半減期が比較的長い5員環のナイトロキシルラジカルを用いた実験が行われていたが、半減期が短いラジカル種でも画像化できることを示した。この成果は、これまで測定時間の問題で使用が困難であった6員環のナイトロキシルラジカルを動物実験で使用できることを示している。測定対象が広がり、応用分野に応じたスピンプローブの選択がより柔軟になった。また、短時間での測定が可能になったことにより、生体内のフリーラジカル種の分布に関する時間経過を調べることが容易になった。

これまでの測定速度では、短時間で消滅するラジカル種の可視化は困難であったが、短時間での測定が可能になったため、早い速度の薬物動態を調べることが可能となったイメージング法の高速化に加え、スペクトルデータから情報を抽出し、空間にマッピングするイメージング法の開発も行った。酸素分圧感受性を持つスピンプローブを用いて、試験管内に封入したスピンプローブの酸素分圧を可視化できるようにした。本研究で開発したソフトウエアは、動物の脳内における酸素分圧の可視化のために用いられる。
遷移金属酸化物の巨大熱起電力とホッピング伝導を利用した熱電変換材料の開発

環境・エネルギー問題解決型技術開発の一つとして自動車、火力発電等から排出される高温廃熱ガスからの電力回生を目的として、固体が本質的に内蔵している熱電変換機能(固体の両端に温度差がある時、その温度差に比例した電位差が生ずる機能)を利用して優れた熱電変換材料の開発と、熱電変換機構の解明を行なった。優れた熱電変換材料は低い電気抵抗率、低い熱伝導率及び高い熱起電力を有する。使用温度域は高温(500°C800°C)であるため、酸化の問題から酸化物が有力な候補である。しかも高温超伝導酸化物の発見により、Co-系酸化物は高温でも抵抗率が非常に低い。この様な観点からBi_<2-x>Pb_xSr_<3-y>Y_yCo_2O_<9-δ>多結晶焼結体を研究対象として、x及びyを系統的に変化させ最適な熱電効率を持つ物質の探求、及び伝導機構の解明を行なった。その結果Y置換が熱電特性に大きな効果を与え、抵抗率を三桁も減少させ、同時に電気伝導機構を絶縁体から金属へ転移させ、その結果熱電機能が他の熱電変換材料の候補として上げられている酸化物に匹敵することを解明した。しかしBi_<2-x>Pb_xSr_<3-y>Y_yCo_2O_<9-δ>多結晶焼結体は不純物層を含む為に熱電変換特性の発現機構解明には困難が伴う。この不純物層の問題を取り除く為にBi_<1.5>Pb_<0.5>Ca_<2-x>M_xCo_2O_<8-δ>を作成し、MをSc^<3+>、Y^<3+>、La^<3+>で置換し、一方xを00.3まで変えることによりCo-Oイオン間距離を変化させ、熱電測定(抵抗率と熱起電力)と磁気測定を行った。磁気測定から算出された有効磁気モーメントから、優れた熱電特性が、主としてCo e_gと-O 2pレベル間の電荷移動(CT)エネルギーで説明されることが分かった。更に、試料中の酸素固溶および格子歪みも熱電特性に敏感に影響を与えることが解明された。熱電変換材料は固体の熱起電力(ゼーベック効果)を利用して熱を電気に変換する材料であり、P型・N型の熱電変換材料による熱電対が熱電変換素子である。その機能を表すパラメーターは性能指数Z=S^2/ρκで与えられる。ここで、Sは熱起電力、ρは抵抗率、κは熱伝導率である。特に、熱電変換素子から取り出せる電力は電力因子S^2/ρで決定される。即ち、熱起電力が大きく、抵抗率が小さければ熱電変換材料として優れている。酸化物・熱電変換材料の最有力候補として現在注目を集めているNaCo_2O_4は確かに従来の熱電変換材料に引けを取らない程に優れている。しかし、この酸化物はaging(時効)効果を起こし不安定である為、これに替わる安定で且つ高い電力因子を有する材料の開発が切望されている。バンド伝導を示す大部分の物質にとっては電力因子は互いに矛盾した因子を含む。

即ち、伝導電子或いは正孔濃度を上げ抵抗率を低下させると熱起電力も低下するので、その相乗効果で電力因子は決して上昇はしない。しかし、これまでの我々の研究が確認したように、強相関電子系酸化物は電子又は正孔がポーラロンを形成し、そのホッピングが伝導を支配しているので、電子又は正孔濃度の増加が単純に抵抗率と熱起電力の低下には直結しない。我々の研究結果はCo系遷移金属酸化物であるLa_<0.9>(Sr_<0.9>Ca_<0.1>)_<1.1>CoO_4が高温に於いて熱電変換材料の候補として有望である可能性を示す事に成功した。この物質は環境に影響を及ぼす様な有毒物質を発生する心配が無いので実用化という観点から有望な新物質である。同時に、その実用化の為には熱電変換素子化が不可欠である。しかし、遷移金属酸化物の中で、N型の熱電変換材料として有力な候補は依然不在のままである。今回、熱起電力がP/N反転する遷移金属酸化物LaCo_<1-x>Ti_xO_3(0.05≦x≦0.15)に着目し、その電子構造を計算した。但し、この物質は高電力因子を有さない。従って、N型熱電変換材料の探索が今後の課題である。環境・エネルギー問題の大幅な改善を図るために空気中高温で使用に耐え得るBi_<2-x>Pb_xSr_<3-y>Y_yCo_2O_<9-δ>-系を昨年に引き続きPb及びYの置換量xとyの組合せを変えることにより熱電機能の変化を調べ、最適な組合せを探索した。試料作製ではx、yをそれぞれ0.3から0.7まで変化させた。熱電変換機能の性能指数はZ=S^2/ρκで与えられ、Zの値が大きな材料ほど優れた熱電変換材料である。ここでS、ρ、κは熱起電力、電気抵抗率及び熱伝導率である。実験はρとSを室温以下での低温領域で温度の関数として測定し、熱電機能の一つの目安である電力因子S^2/ρを得た。その結果x=y=0.5の試料が最大の電力因子を示した。低温でのこの結果に基き、300K800Kの高温領域でx=y=0.5の試料のS、ρ、κをそれぞれ温度の関数として測定した結果、性能指数Zは300Kでは約2×10^<-5>K^<-1>800Kでは約7×10^<-5>K^<-1>であり、温度上昇に伴い増加し、空気中高温使用にとっては非常に有利な結果が出られた。またこの性能指数の値は他の酸化物熱電材料と比較しても遜色がない。更にこの系にとって有利な点は電気抵抗率が試料密度に依存し、密度が大きいと抵抗率が下がる。今年度はセラミックス試料を用いたが、この系の融点が比較的低いので来年度は溶融インゴット試料の作製を試みる。これにより抵抗率が1/50に減少し、従って性能指数が50倍になる可能性があり、もしこれが実現したら、これまでに開発された最も優れた高温用熱電材料となりうる。物理的には電子添加をもたらすPb-置換、正孔を添加するY-置換は合い矛盾するにもかかわらず、(x、y)の組合せにより極めて優れた熱電機能が得られたのは、この系においてはキャリアーの濃度ではなく、結晶構造の微細変化による決まる電子構造及びスピン状態が熱電変換機能を決定していることが解明された。環境・エネルギー問題解決には大気中高温で使用可能な熱電変換材料開発が重要である。この目的の為にBi_<2-x>Pb_xSr_<3-y>Y_yCo_2O_<9-δ>を研究対象として、x=y=0.5で高温で優れた熱電変換材料の開発した。更に優れた材料開発を目指すには熱電変換の発現機構、即ち相矛盾している低電気抵抗と高熱起電力の同時発現機構の解明が必要である。この目的の為にBi_<0.5>Pb_<0.5>Ca_<2-x5>M_<x>Co_2O_
待ち行列理論における平衡方程式の関数方程式的解析

この一年間、待ち行列理論における平衡方程式系を分担者と協同で、多方面から眺め、新しい統一的解析方法を検当してきました。検当対象となった平衡方程式系は、他の分野で遭遇する方程式系とは少々異なり、系固有の境界条件、初期条件を持ち、更に「平衡解」と言う独特な仮定を保持しており、他の分野からのアプローチは、大変困難なようでした。結果的には、これまでに解決されている系の「系固有の解法」の引力がとても強く感じられ、その解法から抜け出すことが出来ませんでした。したがって、代表者も分担者も、発表論文として研究成果をまとめることまで到達出来ませんでした。しかしながらこの一年間、代表者は勿論のこと、研究分担者もそれぞれの分野の研究集会に参加し、研鑽を重ね、有意義な研究活動が出来ました。そしてただ1つ芽ばえた実績は、平衡方程式構成の段階における分担者からの新しい解釈を提示されたことです。この新しい見地を待ち行列の分野でどう表現し、どう成長させていくか、これからの問題です。
Ia型超新星の起源

昨年度で遠方(z>1)におけるIa型超新星発生率(Rate)の結果が出たので、本年度は、その成果の発表を行った。本研究において、すばる望遠鏡を用いた超新星サーベイによって、近傍からz^1.2の遠方までのIa型超新星Rateを少ない誤差で求めることができ、その徐々に上昇していくRateから、星生成からIa型超新星爆発までの間の時間差について議論することができた。本研究の成果は、京都での国際学会、またブラジルでの国際天文学総会にて発表し、論文については、共同研究者であるローレンスバークレー研究所のメンバーと調整中である。また本年度後半では、同じデータより、重力崩壊型超新星Rateの測定を行った。本研究によって、初めて観測から重力崩壊型超新星Rateの進化を測定することができ、その上昇率は、銀河から求められた星生成史をよくトレースすることから、重力崩壊型超新星は星生成から非常に短いタイムスケールで爆発することが示せた。この結果を、2010年春季天文学会にて、発表した。本研究で求めた、Ia型超新星および重力崩壊型超新星のRateは、星生成と超新星爆発の間の時間差について、観測によって強い制限を加えることができるので、今後の超新星の起源の理論モデルの構築の大きな手掛かりになったといえる。本年度は、主に2002年のSubaru/XMM-Newton Deep Surveyで得られた観測データを用いて、遠方までのIa型超新星の発生頻度(Rate)を求めた。2002年の上記のSurveyでは、すばる望遠鏡のi'-bandによる多数回の測光観測が行われ、約1000個の変光天体が検出された。私は、この変光天体の光度曲線と、超新星テンプレートを比較することで、Ia型超新星を選び出す作業を行った。結果として、50個のIa型超新星を選定することが出来た。超新星のタイプ決定を行うには、通常はスペクトルから行えば確かなのだが、本研究では、測光情報のみから判定をしているので、タイプ決定に不定性が生じる。その不定性を評価するために、私はモンテカルロシミュレーションによって、仮想超新星を約100,000個発生させて、観測結果から得られたサンプルに施した手法と同様の手法を用いて、タイプ分類を行うことで、Ia型をIa型と何割判定できるか?またII型をIa型と何割判定ミスしてしまうか、を調べた。この結果をふまえて、観測で得られた超新星数を補正した。結果として、我々は、0.2<z<1.4の範囲で上昇していくようなIa型超新星rateを、少ない誤差の中で初めて得ることができた。この結果と精度は、Hubble SpaceTelescopeによって得られた結果(Dahlen et al.2008)に匹敵するものであり、宇宙望遠鏡と同様のクオリティで、地上の望遠鏡を用いて得られた、たいへん貴重な結果である。現在、この結果を論文としてまとめつつあり、まもなく投稿予定である。また、本研究の成果は、10月に東北大学の談話会にて、2月に愛媛大学の談話会にて、Ia型超新星と観測的宇宙論のレビューとともに、発表を行った。また、3月に日本天文学会にて、成果を発表した。
全ゲノムシークエンス解析を応用した鹿由来志賀毒素産生大腸菌のリスク評価

2013年9月から2018年8月にかけて、19県の鹿429頭、9県の猪267頭、ならびに1県の農場2ヶ所(A,B)の牛21頭の直腸便を供試した。O157の分離は、糞便0.5g量を4.5mLのノボビオシン加mEC培地に接種して42°Cで18時間増菌培養後、クロモアガーO157培地、CT-SMAC培地に塗抹し37°C、24時間培養した。各培地上のO157を疑うコロニーを回収し、PCRによりstx遺伝子が陽性かつrfbE O157遺伝子を保有し、O157スライドラテックス凝集反応で陽性となった株をO157と同定した。O157分離株については、XbaIを用いたPFGE解析、LSPA-6解析、ARMS-PCR解析による系統解析を行った。一部の株については次世代シーケンサーを用いた全ゲノム解析を行い、VirulenceFinder 2.0、ResFinder 3.0により病原関連遺伝子と薬剤耐性遺伝子を網羅的に解析した。本研究では、鹿の1.9%(8/429頭)、猪の1.1%(3/267頭)からO157が分離された。stxバリアントは猪由来2株がstx2c、1株がstx1a+stx2cで、いずれもeaeA(+)、hlyA(+)であった。O157を保菌していた猪が捕獲された付近の農場A,Bの牛では、農場Bの牛1頭からO157が1株分離された。これまでに我々が分離した全てのO157分離株(鹿9株、猪3株、牛1株)をPFGE解析した結果、猪3株は全て異なるパターンを示した。一方、牛1株は猪1株とパターンが一致した。鹿由来株は5パターンに分類され、いずれも猪、牛由来株とは異なるパターンであった。猪由来2株の全ゲノム解析では、それぞれ5,294,527bp、5,365,233bpの塩基配列が決定され、2株ともに22個の病原関連遺伝子と、1個(mdf)の薬剤耐性遺伝子が検出された。本年度は、これまでに鹿や猪から分離した志賀毒素産生大腸菌のうち、血清型O157であったものを対象として、PFGE解析や、全ゲノム解析を行った。平成29年度までに、従来から継続してきた志賀毒素産生大腸菌を継続的に分離してきたが、平成30年度に新たに、1前年度分離した猪由来志賀毒素産生大腸菌O157の由来を検討することを目的とし、当該猪が捕獲された地域周辺の牧場で飼育されていた牛から同菌を分離し、比較検討することで、猪と牛の間で同菌が伝播していた可能性を示した。2これまでの鹿由来志賀毒素産生大腸菌O1572株に加え、さらに猪由来O157や牛由来O157の全ゲノム解析を実施することができた。これらの課題は、平成29年度末の「今後の研究の推進方策」において掲げた課題であり、実際に実施することができた。また、一連の網羅的病原関連遺伝子解析の実施に加え、薬剤耐性遺伝子の網羅的解析も実施することができた。最終年度は、これらの成績を投稿論文として取りまとめると同時に、鹿、および猪由来の血清型O157以外の志賀毒素産生大腸菌分離株についても同様に、全ゲノム解析を用いた網羅的病原関連遺伝子解析を実施することを計画している。以上から、本研究課題の研究目的に対して、概ね順調に進展していると考えている。平成31年度は、引き続き、検体収集、志賀毒素産生大腸菌の分離培養、生化学性状解析を継続して実施する。研究協力団体の協力を得て、広く地域的にこれまでに検討できなかった地域における検体を収集することに注力する。特に、志賀毒素産生大腸菌の中でも、従来病原性評価の困難であったO157以外の血清型を示す分離株に着目し、全ゲノム解析による網羅的な病原関連遺伝子の探索を実施することを計画している。これらに加え、全ゲノム情報を用いた系統解析を実施することを計画している。従来の特定の遺伝子を標的とした系統解析に比べ、格段に信頼性の高い解析が可能となる。本研究により、わが国の野生鹿や野生猪が保菌する志賀毒素産生大腸菌O157が、様々な家畜、あるいは人患者株と、どのような関係性があるのか、明らかにする。この解析のためには、家畜や人患者由来株の全ゲノム情報が必要となる。このため、当該研究を実施している研究者との共同研究体制の確立を図る。2016年9月から2018年4月までに、鹿89頭、猪146頭から収集した直腸便を採取した。各糞便からSTEC、ならびにO157 STECの分離を行った。各培地上の大腸菌のうちstx遺伝子を保有する株をSTECとした。2012-2015年の間にわが国の鹿から分離し、制限酵素XbaI、BlnIを用いたパルスフィールドゲル電気泳動(PFGE)において、異なるプロファイルを示した12D102-4株と15D8-1株について、次世代シークエンサーにより全ゲノム解析を行った。その結果、11頭(12.4%)の鹿から19株のSTECが、3頭(2.1%)の猪から5株のSTECが分離された。

鹿由来株はいずれもnon-O157であったが、猪2頭から分離された4株はO157 STECであったが。stxの内訳は、鹿由来株ではstx1のみが4株、stx2のみが15株、さらにeaeA (+)は1株、hlyA (+)は9株であった。猪由来株では、stx2のみが4株、stx1+stx2が1株、さらにeaeA (+)は4株、hlyA (+)は4株であった。12D102-4株と15D8-1株の全ゲノム解析では、いずれの株も塩基配列の決定されない領域(ギャップ)を残したものの、12D102-4株は5,364,531bp、15D8-1株は5,371,720bpの塩基配列であった。SerotypeFinder 1.1の成績から、検討した2株はいずれもO157:H7と、実際の血清型と一致した。ResFinder 3.0の成績から、検討した全ての株は、いずれも薬剤耐性遺伝子は検出されず、また薬剤感受性試験においても、検討した全ての薬剤に感受性を示した。VirulenceFinder 1.5の成績から、12D102-4株は20個、15D8-1株は21個の病原関連遺伝子が検出され、いずれもeaeが検出された。本研究では、日本全国で捕獲された野生鹿、ならびに野生猪を対象として志賀毒素産生大腸菌(STEC)の分離を行い、得られた鹿由来STEC分離株について、全ゲノム解析による人ならびに牛由来STECとの比較ゲノム解析を実施する計画である。これらの目的のため、平成29年度では、さらなる検体数を増やすことにより、より多様性に富む鹿由来STECを分離することができた。特に、猪の検体についての検討が進んだ。鹿由来O157STEC分離株はこれまでに9検体由来9株得られていたが、本年度の研究により、初めて猪からO157 STECが4株分離された。本年度は予備的な検討として、2株の鹿由来O157分離株の全ゲノム解析を実施し、ドラフト配列を得ることができ、一連の網羅的病原関連遺伝子解析を実施することができたことから、今後、対象を広げ、同様に全ゲノム解析を実施する見通しを立てることができた。以上から、本研究課題の研究目的に対して、概ね順調に進展していると考えた。2013年9月から2018年8月にかけて、19県の鹿429頭、9県の猪267頭、ならびに1県の農場2ヶ所(A,B)の牛21頭の直腸便を供試した。O157の分離は、糞便0.5g量を4.5mLのノボビオシン加mEC培地に接種して42°Cで18時間増菌培養後、クロモアガーO157培地、CT-SMAC培地に塗抹し37°C、24時間培養した。各培地上のO157を疑うコロニーを回収し、PCRによりstx遺伝子が陽性かつrfbE O157遺伝子を保有し、O157スライドラテックス凝集反応で陽性となった株をO157と同定した。O157分離株については、XbaIを用いたPFGE解析、LSPA-6解析、ARMS-PCR解析による系統解析を行った。一部の株については次世代シーケンサーを用いた全ゲノム解析を行い、VirulenceFinder 2.0、ResFinder 3.0により病原関連遺伝子と薬剤耐性遺伝子を網羅的に解析した。本研究では、鹿の1.9%(8/429頭)、猪の1.1%(3/267頭)からO157が分離された。stxバリアントは猪由来2株がstx2c、1株がstx1a+stx2cで、いずれもeaeA(+)、hlyA(+)であった。O157を保菌していた猪が捕獲された付近の農場A,Bの牛では、農場Bの牛1頭からO157が1株分離された。これまでに我々が分離した全てのO157分離株(鹿9株、猪3株、牛1株)をPFGE解析した結果、猪3株は全て異なるパターンを示した。一方、牛1株は猪1株とパターンが一致した。
白亜紀豊西層群オルソコ-ツァイト層の堆積地質学的研究

中生代白亜紀の日本列島の地質環境を明らかにするうえで、石英質砂岩の研究は極めて重要である。それは大陸との直接的関係を示唆してくれるからである。幸い,山口県吉母海岸に発達する白亜紀最下部の豊西層群は本研究の貴重な資料を提供してくれるものと期待し,研究を実施した。その研究結果は次のようにまとめられる。層序学的・堆積学的研究平成7年度までに実施した山口県下関市吉母海岸における豊西層群の層序学的野外研究により,詳細な層序と岩相解析資料を得ており,それをとりまとめた。これによりオルソコ-ツァイト層の挟在層準を明確にし,堆積環境に関する基礎資料を得た。堆積岩岩石学的研究豊西層群オルソコ-ツァイト層準から既に採取されている試料に加え、さらに追加した試料を基に堆積岩岩石学的検討を行った。その結果,既に本研究者によって提唱された石英砂粒の4型分類方式(単結晶石英,単純複結晶石英,モザイク複結晶石英,片状複結晶石英)を明確に確立することが出来た。この分類方式は今後の堆積岩研究に重要な基礎付けになるものと思われる。3.アジア大陸の古生代オルソコ-ツァイト砂岩層との比較韓国の下部古生界カンブリア系壮山珪岩層とオルドビス系銅店珪岩層から産出するオルソコ-ツァイト試料の堆積岩岩石学的性状の比較検討を行い、両試料が豊西オルソコ-ツァイトと極めてよく類似していることを確認した。このことは,豊西珪質砕屑性堆積岩の起源が朝鮮半島の古生層と密接な関係を有することを示唆している。
non-coding RNA分子を包括した、ABO式血液型の発現機構の統合的解明

ABO式血液型遺伝子の転写産物のアンチセンスRNA(ABOAS)を同定した。ABO遺伝子の転写産物(ABOS)とABOASは様々な組織において同時に発現していたが、ABOSの発現を抑制するとABOASの発現は抑制された。これらの結果からABO式血液型遺伝子の転写調節にはABOASが関与していることが推測された。これまでに,ABO式血液型遺伝子の転写調節には,non-coding RNA分子や転写抑制因子が関わっていることが判明しており,これらにつき,更なる研究を進めた。ABO遺伝子はエキソン1からと,より上流に存在するエキソン1aからの二つの転写開始点を持っことが判明している。このため,様々なプラスミドベクターを作製し,これらを用いてレポーターアッセイを行い,エキソン1aからの転写がエキソン1からの転写に及ぼす影響を調べた。結果を以下に示す。1)テトラサイクリン遺伝子発現誘導系を用いてエキソン1aからの転写制御を可能にしたプラスミドベクターを作製し,テトラサイクリン添加によりエキソン1aからの転写を誘導すると,エキソン1からのプロモーター活性が低下した。2)エキソン1aの下流にpoly A付加シグナル配列を挿入したプラスミドベクターを作製し,エキソン1aからの転写をエキソン1より上流で終止させると,エキソン1からのプロモーター活性が上昇した。これら1)2)から,上流からの転写産物が下流の転写に影響を与え,転写を抑制する事が判明した。また,ABO遺伝子のイントロン1からABO遺伝子とは逆方向に転写されるABOAS転写産物を培養細胞内で強制発現させると内在性のABO遺伝子の転写活性が抑制されることが判明した。現在,エキソン1aからの転写産物とABOAS転写産物がエキソン1からの転写に及ぼす統合的影響を調べており,これらの働きの研究を通してABO式血液型遺伝子の転写調節は解明されると予想される。これまでに、ABO式血液型の細胞痔異的発現、ABO式血液型の細胞分化に伴う発現、癌細胞におけるABO式血液型抗原の欠失の原因等を探るために、ABO式血血液型遺伝子の転写調節機構が解明されてきた。その結果、1)ABO式血液型遺伝子の転写調節には、上流域に存在するNボックスに結合する蛋白Repressor of ABO constitutive promoter(RACP)によるプロモーターの抑制とその解除が重要であることがわかった。2)ABO遺伝子のイントロン1からABO遺伝子とは逆方向に転写される転写産物ABOASが重要であることがわかった。3)ABO遺伝子は二つの転写開始点を持つことが判明しているが、このうち、上流の転写開始点であるエキソン1aからの転写を途中で中止させると、下流のエキソン1からの転写が促進されることが判明し、このことから、上流のエキソ1aからの転写が、下流のエキソ1からの転写に影響を及ぼし、転写を抑制することがわかった。4)さまざまなレポータープラスミド及び発現尽クターを用いてレポーターアッセイを行った結果、ABO式血液型遺伝子の転写調節に関わる転写因子を発見し、クロマチン免疫沈降法によりABO式血液型遺伝子の転写開始点上流域に当該転写因子が結合することが判明した現在、ゲルシフトアッセイにおいても同様に転写因子が結合するかどうか調べている。この転写因子は、前述のRACPであるかどうかは未だ明らかではない。また、当該転写因子とエキソン1aからの転写に関連性があると考えられ、さらに詳細な研究を進める必要がある。遺伝子の転写調節には数十キロベースから百キロベース以上離れた領域や異なる染色体の領域が関わることが、グロビン遺伝子、HLA遺伝子、インターフェロンγ遺伝子などで明らかにされてきた。これらの発現調節には転写因子CTCFが関わり、クロマチン構造をループ構造にしたり、或いは核基質と結合することによって、クロマチン構造に複雑な3次元構造をもたらし、プロモーター領域と他の領域との相互作用を生み出すことによって、転写調節に影響が及ぼされることが判ってきた。そこで、ABO式血液型遺伝子の発現がクロマチンリモデリングに基づくものであるか、否かを検討するため、転写因子CTCFの発現をshort hairpin RNA (shRNA)を用いてノックダウンした胃癌培養細胞を作製したところ、コントロールの細胞に比較して、ABO式血液型遺伝子の転写産物量が約2倍となり、血液型合成酵素の活性が上昇し、血液型抗原量の増加が観察された。転写因子CTCFは細胞分化・成熟に伴い、その量が増加することが最近示されている。従って、この結果から、転写因子CTCFは、1)クロマチンリモデリングを介して、ABO式血液型遺伝子の発現に対して負の作用を及ぼし、2)細胞分化に伴うABO式血液型の発現に影響を与え、3)ABO式血液型の細胞特異的発現、例えば、胃には血液型物質が多いが、大腸には少ない、等の消化管における血液型物質の勾配に関わり、4)癌細胞における血液型欠失に関わる可能性が示唆された。
超大被写界深度デジタルマイクロスコープを用いた網膜血管系反応性の解析

網膜中心動静脈系は体外から直接目視できる唯一の中枢血管である。この血管系の薬理学的特性を明らかにすることを目的に、新たに構築した小動物用網膜血管観察システムを用い、2種カルシウム拮抗薬と脳循環改善薬として臨床応用がなされてきたイブジラストおよびビンポセチンの作用を検討した。また、ラット糖尿病モデルにおいて、糖尿病発症時の網膜血管反応性変化の可能性を明らかにするための実験を開始した。【方法】Wistar系雄性ラットを用、ウレタン/クロラロース又はチオブタバルビタール麻酔下、全身血圧、心拍数、腹部大動脈・総頸動脈血流量を測定した。小動物用眼底ビデオカメラ(スカラー社製)を介して得た網膜血管像をデジタル・ビデオテープに録画した。取得した映像をパーソナル・コンピュータに取り込み、動静脈径の変化を測定した。また、ラットにストレプトゾトシン(80mg/kg, i.p.)を投与して、糖尿病モデルを作製した。【結果】脳循環を改善することが示されているニカルジピン、フルナリジン、イブジラストおよびビンポセチンは、何れも用量依存的な網膜細動静脈径の拡大と頚動脈血流量の増加を引き起こした。ニフェジピンは動脈圧を下降させたものの、網膜血管径に変化は見られなかった。イブジラストの作用は、インドメタシン(5mg/kg, i.V.)またはN^G-nitro-L-arginine(30mg/kg, I.v.)前処置で抑制された。【考察】脳循環改善に使用されてきた薬物が網膜血管を拡張させたことから、本研究法が薬物の脳微小循環に対する作用を観察するうえで有用であることが改めて示された。また、糖尿病の進行に伴う網膜血管反応性の変化を示す成績が得られつつあり、今後の研究の進展が期待される。網膜中心動静脈系は体外から直接目視できる唯一の中枢血管であり、手術などによる侵襲を伴うことなく生理的実験条件下で薬物に対する反応を観察することができる。今回、性質の異なる3種Ca^<2+>拮抗薬を用いて、この血管系の薬理学的特性を明らかにすることを目的に検討を行った。【方法】実験にはWistar系雄性ラットを用いた。ウレタン(600mg/kg,i.p.)麻酔下に大腿動脈にポリエチレン製カニューレを挿入し、全身血圧と心拍数を測定した。CCDを装備した小動物用眼底カメラ(スカラー社製)を介して得た網膜の血管像をビデオ・モニター上で観察しつつ、薬物を静脈内に投与し、それによりもたらされる血管の反応を連続的にデジタル・ビデオテープに録画した。取得した映像をフレーム毎にパーソナル・コンピュータに取り込み、画像処理を施した後、動静脈径の変化を測定した。【結果】脳血管に選択性の高いニカルジピン(130μg/kg,i.v.)を投与したところ、用量依存的な全身血圧の低下とともに、網膜中心動静脈径の拡大が観察された。脳循環改善薬として用いられているフルナリジン(130μg/kg,i.v.)の場合は、全身血圧に顕著な変化は認められず、専ら網膜血管径の拡大のみが観察された。主として末梢細動脈に作用するニフェジピン(10300μg/kg,i.v.)は、用量依存的に全身血圧を下降させたものの、明らかな網膜血管径の変化は引き起こさなかった。【考察】血管選択性の異なる3種Ca^<2+>拮抗薬によって得られた結果が予想通りのものであったことから、本研究法は、生理的条件下で、薬物の中枢性微小循環に対する作用を観察するうえで有用であることが示された。

この方法を用いることにより、従来の方法では得ることの出来なかった新たな実験結果がもたらされる可能性が高く、将来の発展が大いに期待される。網膜中心動静脈系は体外から直接目視できる唯一の中枢血管であり、生理的条件下で薬物に対する反応を観察することができる。今回、この血管系の薬理学的特性の詳細を明らかにすることを目的に、脳循環改善薬として臨床応用がなされてきたイブジラスト及びビンポセチンの作用検討を行った。また、ラット糖尿病モデルにおいて、糖尿病発症時の網膜血管反応性変化の可能性を明らかにするための実験を開始した。【方法】実験にはWistar系雄性ラットを用いた。チオブタバルビタール(120mg/kg,i.p.)麻酔下、全身血圧、心拍数、腹部大動脈・総頚動脈血流量を測定した。CCDを装備した小動物用眼底カメラ(スカラー社製)を介して得た網膜の血管像をデジタル・ビデオテープに録画した。取得した映像をフレーム毎にパーソナル・コンピュータに取り込み、動静脈径の変化を測定した。また、ラットにストレプトゾトシン(80mg/kg,i.p.)を投与して、糖尿病モデルを作製した。【結果】脳循環を改善する作用があるとされているイブジラスト及びビンポセチン(0.11.0mg/kg,i.v.)は、何れも用量依存的な網膜細動静脈径の拡大と頚動脈血流量の増加を引き起こしたが、全身血圧には顕著な作用を示さなかった。これらのイブジラストの作用は、インドメタシン(5mg/kg,i.v.)またはN^G-nitro-L-arginine(30mg/kg,i.v.)前処置で大幅に抑制された。【考察】脳循環改善に使用されてきた薬物が網膜血管を拡張させたことから、本研究法は、生理的条件下で、薬物の脳微小循環に対する作用を観察するうえで有用であることが改めて示された。また、まだ例数が少ないため今回は明確な記述は避けるが、糖尿病の進行に伴う網膜血管反応性の変化を示す成績が得られつつあり、今後の研究の進展が期待される。
リング結晶の無電極測定による電荷密度波永久電流の観測

低次元導体特有の現象である電荷密度波(CDW)のトポロジー変化における新奇現象の観測を行った。われわれの研究室で唯一作製することができるリング結晶やメビウス結晶はCDWループを形成する物質である。電子が集団で運動を起こすCDW状態は、クーパーペアによる超伝導状態とは別の超伝導(フレーリッヒ超伝導)を起こす可能性がある。CDWは従来、古典的な描像で説明が可能であった。しかし、最近の研究により量子力学的な現象はすでにいくつか報告されている。申請者はCDWのループを作製することによって量子干渉効果の観測に初めて成功した。これはCDWが動いているときに、ベクトルポテンシャルとカップリングしたという新しい発見である。このことから、CDWにおいても量子効果が起こりえるということがはっきりしたので、さらなる発展、例えば、デバイス開発等にも応用ができる。CDWの転位温度は高温超伝導より高いものもあるため、そのような量子デバイスにも期待ができる。本年度の研究として、電極端子によるピン止めがない無電極の測定手法としてラゲール・ガウシアン(LG)ビームが有効であることを発見した。CDWループに螺旋状に等位相面が進むLGビームを照射することは、通常の針状結晶に対する直線偏光のレーザー照射と同様の効果があることが確かめられた。測定に用いるリング結晶は、そのサイズを数百nmから数十μmまでコントロール出来る。これはLGビームの絞りと同程度であり、無電極測定が可能であることを確かめた。今までに報告されていた擬一次元導体MX_3の結晶は、通常では針状であり、当研究室で発見されていたのはリング・メビウスの輪・8の字状のものであった。しかし、研究を進めていくうちにTaS3の結晶において角のあるリング結晶、つまり多面型のリング結晶を発見した。この新種の結晶は、結晶の原子配置にずれが無い(commensurate)針状結晶やずれがある(incommensurate)リング結晶とは質的に異なり、ずれが無い部分の間にずれが集中している(discommensurate)配置を持っている。電荷密度波は電子-格子相互作用により発現し、そこには実空間の格子ひずみを伴うことになる。原子配置のずれによって変調し難くなるであろう多面型のリング結晶では、電荷密度波転移への影響やその運動(電気伝導)に変化が期待される。針状の結晶で研究されてきたMX_3の結晶であるが、リング状の結晶になったことによる転移への影響はまだ調べられている最中である。多面型の結晶による研究を行うことで、その影響を調べるための研究ヘフィードバックが行えて、また新たな物理現象、例えば電場による2段階の電荷密度波の並進運動などが観測される期待が持てる。本年度の研究では、リング結晶と共にこの結晶の大量合成にも成功しており、今後の研究に十分なサンプルの準備は完了した。またこれらの微小な結晶を任意の場所に置くための手法(ピックアップ)も確立した。これらの研究結果により、今後、基板の任意の場所に傾きの無い状態でサンプルを置いての測定が可能になった。微視的な世界で適用される量子力学が巨視的な世界でも適用されるかどうかは未だ議論の最中である。この議論には質量が関係している。例えば、電子一個では種々な量子現象が観測されるが、数百倍や数千倍、またはそれ以上の質量をもつ場合に量子現象が起こりえるかどうかというのが巨視的量子現象の考えである。そのような中で、電子が集団で運動を起こす電荷密度波(CDW)状態は、クーパーペアによる超伝導状態とは別の観点から、この問題を解決する可能性がある。CDWの量子力学的な現象はすでにいくつか報告されているが、それらはCDWそのものの現象というよりはサイズ効果等による影響が考えられる。そのような中で、申請者はCDWのループを作製することによって量子干渉効果の観測に成功した。応用のための研究として、電極端子によるピン止めがない無電極の測定が上げられる。CDWループに螺旋状に等位相面が進むラゲール・ガウシアン(LG)ビームを照射することは、通常の針状結晶に対する直線偏光のレーザー照射と同様の効果があることを確かめた。

CDWの転位温度は高温超伝導より高いものもあるため、そのような量子デバイスにも期待ができる。本年度の研究として、電極端子によるピン止めがない無電極の測定手法としてラゲール・ガウシアン(LG)ビームが有効であることを発見した。CDWループに螺旋状に等位相面が進むLGビームを照射することは、通常の針状結晶に対する直線偏光のレーザー照射と同様の効果があることが確かめられた。測定に用いるリング結晶は、そのサイズを数百nmから数十μmまでコントロール出来る。これはLGビームの絞りと同程度であり、無電極測定が可能であることを確かめた。
ニワトリ胚を用いたCube-to-Chip型血液循環プラットホームの実現

本研究では,倫理的な敷居が低くかつ低コストで培養できるニワトリ胚を透明人工殻(Cube)内で長期培養しつつ,血管を外部のマイクロチップ(Chip)と連結することで,血液を循環させながら試験が行える全く新しいプラットホームの構築を目指している.本研究課題では,プラットホーム実現のための基盤技術として直径100 um以下の血管を所望の位置に誘導させる技術を確立するとともに,誘導した血管を遠隔操作するための双腕型3自由度マニピュレータを開発した.本研究では,倫理的な敷居が低くかつ低コストで培養できるニワトリ胚を透明人工殻(Cube)内で長期培養しつつ,血管を外部のマイクロチップ(Chip)と連結することで,血液を循環させながら試験が行える全く新しいプラットホームの構築を目的としている.本年度は以下のような研究を行った.・血管形成位置の誘導方法の確立:人工殻の酸素透過率のパターンを様々に変化させることで,血管の形成位置にどのように影響があるかを詳細に調べた.まず,cmmmサイズのパターンを作製し,ニワトリ胚の血管網がどのように形成されるかを確認するとともに,マクロな領域での血管形成誘導が可能であることを示した.続いて,mmumサイズのパターンを作製し,微細血管レベルでどのように血管が形成されていくかについて観察と評価を行った.・3自由度マニピュレータの作製:ACサーボモータとピエゾ回転ステージを組み合わせ,透明人工殻の近傍に設置できる小型のマスタースレーブ型3自由度マニピュレータを作製し,手先位置決め精度が数10umであることを確認した.また,双腕にすることで遠隔操作により血管の微細操作が可能であることを確認した.本研究では,倫理的な敷居が低くかつ低コストで培養できるニワトリ胚を透明人工殻(Cube)内で長期培養しつつ,血管を外部のマイクロチップ(Chip)と連結することで,血液を循環させながら試験が行える全く新しいプラットホームの構築を目的としている.本年度は以下のような研究を行った.高精度血管誘導方法の確立:これまでの研究により,ロボットを用いて血管を外部のマイクロチップと高い成功率で連結するためには,血管を人工殻の所望の位置に再現性良く誘導する必要があることが分かった.しかしながら,これまでは酸素透過性の違いのみで血管を誘導する方法を用いていたため,血管を精度良く誘導することが難しかった(分解能は高々mmオーダーであった).そこで,人工殻の外側に新しくチャネルを設けることで,血管の形成位置を高精度に制御する方法を新たに確立した.実際にニワトリ胚を培養しながら血管の誘導を行ない,血管をチャネルの内部に誘導できることを確認し,チャネルのパターンの幅を小さくすることで,最小で100μm程度の血管でも誘導できることを明らかにした.観察システムの開発:これまではニワトリ胚の培養時に血管の観察は多くても1日に1回程度が限度であった.理由としては,ニワトリ胚をインキュベータの外に出したり光を当ててしまうと極端に生存率が下がってしまうためである.そこで,インキュベータに窓を設けて光を瞬間的に当てながら窓越しに観察するシステムを構築し,数十分数時間間隔での観察が可能となった.このシステムを用いることで血管がチャネル内に誘導される様子を詳細に観察・評価することができようになった.本研究では,倫理的な敷居が低くかつ低コストで培養できるニワトリ胚を透明人工殻(Cube)内で長期培養しつつ,血管を外部のマイクロチップ(Chip)と連結することで,血液を循環させながら試験が行える全く新しいプラットホームの構築を目指している.本研究課題では,プラットホーム実現のための基盤技術として直径100 um以下の血管を所望の位置に誘導させる技術を確立するとともに,誘導した血管を遠隔操作するための双腕型3自由度マニピュレータを開発した.本研究の特色は,微細血管の接続を血管形成位置を酸素量で誘導する技術とロボットによる微細操作技術を組み合わせることで実現しようという点である.これまでの研究において,連結を達成するための血管誘導技術とロボットの開発を達成しており,研究は順調に進んでいる.バイオメディカルロボティクス血管との接合の実現:誘導した血管を顕微鏡で観察しながらマニピュレータで針の姿勢と位置を制御し,人工殻の膜を貫通させて血管内部に差し込むことで血管との接合を試みる.針にはチューブを取り付けておき,針を挿入した後に血液が正常に取り出せるかを確認する.また,針との接合を行った後の血管の形態については,培養を10日まで続けた後にニワトリ胚全体を薬剤で固定化し,顕微鏡やマイクロCTで観察を行うことで,組織・細胞レベルでの形態変化やダメージの有無を詳細に調べる.血管同定方法の検討:最終的にマイクロチップに接合して血液の循環を達成するには,少なくとも2箇所の接合が必要になる.したがって,接合する血管を事前に同定する方法の検討を行う.具体的には,透明人工殻の2方向以上から撮影した映像データを用い,血管形状・配向性・血流の方向等の情報を用いることで,動脈と静脈の位置から伸びる微細血管を各々推定しターゲットとなる血管位置を確定する.マイクロチップとの接続:血管径と同程度(幅・深さ:数100 um)の流路を有するマイクロチップを作製し,透明人工殻と接続することでチップ内に血液に導入することを試みる.この時,バイオ応用への可能性も検討する.当初計画していた物品を代替品で安価に調達できたため.さらに研究を進めるために,エンドエフェクタを開発する際の部品を購入する費用,加工を外注するための費用,及び電気電子部品を購入するための費用として執行する計画である.