hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非自明な境界条件を持つ可解系;量子群と交換代数

本研究では特に、既にかなり理解されてきている解ける場の理論や可解格子模型、共形場の理論の有望な一般化として、それらが非自明な境界条件を持つ場合に持つ顕著な諸性質を力学的および対称性(量子群と交換代数)の見地から明らかにすることを目指した。まず全空間で厳密に解ける理論が与えられた場合に、これを「半空間に制限して、適当に(非自明な)境界条件を選ぶことによって"解けるか"」という一般的な問題設定がある。この問題を、一連のアファイン戸田場の理論に関して調べて、肯定的な答えを得た。上で得られた古典的に可解な半空間上の場の理論が「すべて量子論的に可解であるか?」という問題を調べて、安定性による強い制限を明らかにした。この安定性による評価の方法を、"純虚数結合定数"を持つアファイン戸田場の理論の`ソリトン'の安定性にも適用し、更にエルミートの詳しい議論により、通常受け入れられている"ソリトン質量の量子補正"の計算が根拠に欠けることを示した。更に無限個の非局所保存量が可解性を保証する一連の非線形シグマ模型に関して、半空間上での可解性を論じた。自由境界条件の場合には戸田場の理論の場合とは対照的に、非線形シマ模型の無限個の非局所荷電は、半空間に制限すると保存されないことを、これらの荷電を具体的に構成することによって示した。またファイン戸田場の理論の運動方程式の簡約を系統的にかつ包括的に調べて、多くの新しい簡約関係を発見した。この研究のもう一つの柱である量子群・交換代数等の力学的影響を理解する一助として、比較的構造の簡単な有限自由度の物理系を扱った。特に量子光学で重要な役割を果たす不確定性が最小となるChoherent状態やSqueezed状態に関連して、多くの量子代数(一般化された変形振動子代数、q-変形振動子、アイソスペクトラル振動子、Calogero-Sutherland系統)とその表現を与えた。
ES細胞を用いたVIII型コラーゲンα1鎖遺伝子の相同組換え

本研究の目的は角膜内皮細胞が主に産生するVIII型コラーゲンのうちのα1鎖をコードする遺伝子をES細胞(胚性幹細胞)を用いてターゲッティングを行なうことであった。ターゲッティングベクターの作製にはすでにクローニングされていたマウスVIII型コラーゲンα1鎖遺伝子を用いた。その遺伝子からポリアデニレーション部を除きpBluescriptに挿入した。次にエクソンのユニークな部位にポリアデニレーション部を欠いたネオマイシン耐性遺伝子を組み込んだ後、遺伝子の5'未端にチミジンキナーゼ遺伝子を入れターゲッティングベクターを完成させた。このベクターDNAをエレクトロポレーション法によりES細胞にトランスフェクトした後、ES細胞をG418およびGANCを含むメディウムで2週間培養した。形成されたES細胞のコロニーからDNAを抽出し、HindIIIで切った後ターゲッティングベクター外の遺伝子断片をプローブとしてサザーンブロッティングを行った。その結果250個のコロニーから抽出したDNAのうち3個にネオマイシン耐性遺伝子が挿入されることにより生ずるバンドが内因性のバンドより大きい部位に認められた。この研究の最終目的はVIII型コラーゲンα1鎖欠損マウスを作製し、その遺伝子および分子の機能を解明することであるため今回得られた陽性クローンはマイクロインジェクション法によりマウスの胞胚内に植え込みキメラマウスを作製し、そのキメラマウスをかけあわせることによりターゲッティングされたVIII型コラーゲンα1鎖遺伝子を胚細胞に移行させることが今後の課題である。
ひずみを導入した軽合金の半溶融成形加工

1.再結晶を利用した半溶融成形加工プロセスの過共晶Al-Si系合金への適用性の調査を目的として、P添加により初晶Siを微細化したAC9Bアルミニウム合金にひずみを導入し、半溶融成形加工した。その際の組織変化、引張強さおよび成形時の試料の流動性を調査した。(1)ひずみを導入したAC9Bアルミニウム合金を半溶融成形加工することにより、微細かつ球状なアルミニウム固溶体および初晶Siを試料全体に均一に分布させ、かつ共晶Siを半溶融温度からの加圧急冷により、微細に晶出させることが可能である。(2)AC9Bアルミニウム合金の半溶融成形加工材の引張強さは、JIS規格値を十分満足するが、初晶Siを起点として破壊が生じるため、強度そのものは成形加工前の母材と同程度となる。(3)半溶融成形加工時の金型内への充填性は、ひずみ導入材および無ひずみ材とも大差はないが、ひずみ導入材の方が球状のアルミニウム固溶体、初晶Siおよび液相が均一に分布したミクロ組織となる。2.半溶融成形加工法を用いた組織制御により、耐熱性に優れた合金を開発することを目的として、Mg-Al系およびMg-Zn系合金にマグネシウムと高融点の化合物を作るシリコンおよびカルシウムを添加した合金のひずみ導入材を用いて半溶融成形加工を行い、得られた成形加工品の組織および機械的性質を評価した。(1)ひずみを導入した各種マグネシウム合金を半溶融成形加工することで、微細かつ球状の固相粒子が均一に分布し、さらにMg-Al系にシリコンあるいはカルシウムを添加した合金では半溶融温度からの加圧急冷により微細な共晶相を持つ組織が得られる。(2)液相量の増加は流動性を向上させ、成形欠陥の発生を減ずるものの、端部への液相の偏りを助長し、マクロ的な組織の不均一さを生む。(3)Mg-Al系合金にシリコンあるいはカルシウムを添加した合金は粒内の全面析出により大きな時効硬化を示し、さらに粒界に細かく分散した金属間化合物により耐熱性に優れる。
負ミュオンビームによる原子分子物理の精密検証と宇宙物理観測への展開

原子に負ミュオンが捕獲されると、負ミュオンと原子核から構成されるミュオン原子が孤立して生成される。ミュオン原子では束縛負ミュオンが原子核正電荷に起因する超強電場に晒される。よってミュオンエネルギー準位は、極限条件下での量子電磁力学効果を探求する理想のプローブである。J-PARCにおいて供給される高強度低速大強度負ミュオンビームと高分解能TES型超伝導X線検出器などの最先端検出器を組み合わせることにより、広帯域にわたる従来の精度を遥かに凌駕するミュオン特性X線精密分光計測を実現することを目指している。本課題採択後、H30年6月のJ-PARC一般課題申請を行い、高い評価を得て採択が決定された。これによってビームタイムがH31年度4月に配分された。そこで、H30年度は実験をスムースに立ち上げるべく関連する準備を着実に進めた。供給される負ミュオンビームのエネルギー、その幅、さらに角度分布に依存して実際にガス中で負ミュオンが止まる位置が変化する。これを最適化し、加えてチェンバー壁等で発生するX線バックグラウンドを低減化するために、ビームライン出口の収束磁石条件と低ガス圧の試料標的を保持するためのガスチェンバーチェンバーを組み合わせたコンピューターシミュレーションを実施した。これにより最終的な磁場条件とガスチェンバー設計を終えた。さらに、現有の200ピクセル多素子TES型超伝導X線検出器や、Si半導体検出器、CdTe検出器など様々な検出器を設置できる導入部を用意した。また、当初H31年度以降に購入する予定だった断熱消磁冷凍機や多重化読出回路を今年度購入した。これにより予定していた30keVや100keVといった高エネルギーX線を対象とする検出器開発を前倒して行うことにより、早期に振動・電気ノイズなどの問題点を洗い出し、この問題点を十分に対処できる時間を設けることが可能となった。実際にJ-PARCの課題申請が順調に採択されビームタイムを確保できたことの意義は大きいい。その結果、実験環境の現場に合わせた標的チェンバーの準備や、ビーム形状を観測するためのビームモニターの選定やその配置や取り付け手法も進展した。加えてX線検出器動作に必要な、実験ポートの電源の安定度やノイズ環境を調査し万全の準備を行うことができた。今回報告するH30年度内ではないが、実際にH31年度4月にはビームタイムを使ってフィージビリティテストを実施した。負ミューオンをガス標的に導入し、TES検出器でミュオン特性X線を期待通りの高精度で観測できることを実証することができた。加えて、研究全体の後半に計画していたより高エネルギーのTES検出器導入に対応した準備も進展し、使用する当断熱消磁冷凍機や多重化読出回路を今年度導入することで、開発が加速することが期待される。よって、進捗状況としては当初の計画以上に進展したと判断した。先に述べたようにH31年4月のビームタイムにおいて、実際にTES検出器を使って高精度でミュオン特性X線を観測することに成功している。今後は、電子線照射による一般の特性X線を利用したTES検出器のオンライン条件下のエネルギーキャリブレーションを可能にして、絶対エネルギー測定を実施し計測系を完成させたい。標的ターゲットも当初量子電磁力学効果が大きい一方原子核の大きさの影響が無視できるネオンの5g-4f/5f-4dのミュオンX線を予定しているが、これを他の様々な遷移ラインに展開し、統一的に高精度スペクトルを得る予定である。その後Ne以外の希ガス標的にもこれを拡張したい。また、高エネルギーのTES検出器導入のための検出器や回路の開発を本格化させH31年度には、動作可能な検出器システムを完成させたい。一方、実際にデータが蓄積されることが期待される状況下、理論共同研究者を交えて、今後期待される結果に対応した理論展開に関するワークショップを開催し、得られたスペクトルをもとに基礎物理検証への可能性を議論し、実際の宇宙物理観測で観測される放射スペクトルへの貢献などを検討する予定である。

また、当初H31年度以降に購入する予定だった断熱消磁冷凍機や多重化読出回路を今年度購入した。これにより予定していた30keVや100keVといった高エネルギーX線を対象とする検出器開発を前倒して行うことにより、早期に振動・電気ノイズなどの問題点を洗い出し、この問題点を十分に対処できる時間を設けることが可能となった。実際にJ-PARCの課題申請が順調に採択されビームタイムを確保できたことの意義は大きいい。その結果、実験環境の現場に合わせた標的チェンバーの準備や、ビーム形状を観測するためのビームモニターの選定やその配置や取り付け手法も進展した。加えてX線検出器動作に必要な、実験ポートの電源の安定度やノイズ環境を調査し万全の準備を行うことができた。今回報告するH30年度内ではないが、実際にH31年度4月にはビームタイムを使ってフィージビリティテストを実施した。負ミューオンをガス標的に導入し、TES検出器でミュオン特性X線を期待通りの高精度で観測できることを実証することができた。加えて、研究全体の後半に計画していたより高エネルギーのTES検出器導入に対応した準備も進展し、使用する当断熱消磁冷凍機や多重化読出回路を今年度導入することで、開発が加速することが期待される。よって、進捗状況としては当初の計画以上に進展したと判断した。先に述べたようにH31年4月のビームタイムにおいて、実際にTES検出器を使って高精度でミュオン特性X線を観測することに成功している。今後は、電子線照射による一般の特性X線を利用したTES検出器のオンライン条件下のエネルギーキャリブレーションを可能にして、絶対エネルギー測定を実施し計測系を完成させたい。標的ターゲットも当初量子電磁力学効果が大きい一方原子核の大きさの影響が無視できるネオンの5g-4f/5f-4dのミュオンX線を予定しているが、これを他の様々な遷移ラインに展開し、統一的に高精度スペクトルを得る予定である。その後Ne以外の希ガス標的にもこれを拡張したい。また、高エネルギーのTES検出器導入のための検出器や回路の開発を本格化させH31年度には、動作可能な検出器システムを完成させたい。一方、実際にデータが蓄積されることが期待される状況下、理論共同研究者を交えて、今後期待される結果に対応した理論展開に関するワークショップを開催し、得られたスペクトルをもとに基礎物理検証への可能性を議論し、実際の宇宙物理観測で観測される放射スペクトルへの貢献などを検討する予定である。
膵癌オルガノイドライブラリの構築による膵癌発癌機構の解明

オルガノイド培養技術を用いて従来不可能であった患者検体に由来する培養膵癌細胞のライブラリ(膵癌オルガノイドライブラリ)を構築することに成功した。全エクソンシーケンス、遺伝子発現マイクロアレイ解析、染色体コピー数解析、メチル化アレイ解析を行い多階層的な遺伝学的情報を収集するとと同時に、オルガノイド培養に必須な複数の細胞増殖因子に対する要求性を全オルガノイドに対して詳細に検討した。その結果、膵癌はWntとRspondinという2つの細胞増殖因子に対して、遺伝子異常に因らない機序で非依存性を獲得していることが明らかとなり、その要求性の違いからWnt非分泌型、Wnt分泌型、Wnt/Rspo非依存型に分類されることが示された。膵癌オルガノイドおよびがん関連線維芽細胞に対するWntの発現解析、ならびにWnt非分泌型膵癌とがん関連線維芽細胞による新しい共培養系による検討の結果から、Wnt非分泌型膵癌は周囲のがん関連線維芽細胞からWntの供給を受けていることが示された。Wnt分泌型膵癌は自己分泌性Wntの活性を阻害する薬剤に対して感受性がみられた。3つのサブタイプは徐々に悪性化していることが示唆され、その根底ではGATA6という膵臓の発生過程で重要な役割を担う転写因子の発現が低下していることが一因と考えられた。実際、GATA6の遺伝子ノックダウンによりWnt非分泌型はWnt分泌型へ変化し、反対にGATA6の遺伝子過剰発現によってWnt分泌型はWnt非分泌型へ変化した。一方、CRISPR/Cas9システムにより正常膵管上皮由来のオルガノイドから、KRAS、CDKN2A、TP53、SMAD4の変異のみを有する人工的膵癌モデルオルガノイドの作製に成功した。このKCTSオルガノイドは免疫不全マウスへの異種移植によって病理組織学的に膵癌であることが示された。新たに20例の膵癌オルガノイドを樹立し、これまでに樹立していた20例と合わせて40例の膵癌オルガノイドによるライブラリーを作製した。このライブラリーの全サンプルに対してエキソームシーケンス、染色体コピーナンバー解析、遺伝子発現マイクロアレイ解析を施行し、網羅的に膵癌オルガノイドの遺伝学的情報を収集するとともに、オルガノイドの長期的な細胞増殖能を維持するために必要な種々のニッチ因子の要求性を検討した。その結果、膵癌オルガノイドはWntとRspondinという2つのニッチ因子の要求性に応じて3つのサブタイプに分けられることが明らかとなった。すなわち、1WntとRspondinのいずれも必要とするタイプ(Wnt非分泌型)。2Wntは自己分泌し、Rspondinのみを必要とするタイプ(Wnt分泌型)。3WntとRspondinのいずれも必要としないタイプ(Wnt/Rspondin非依存型)である。網羅的遺伝子発現解析、および予後付き公開データの解析から、この3つのサブタイプは段階的に悪性化していることが明らかとなり、加えてメチル化マイクロアレイ解析の結果、その背後では転写因子GATA6の発現量が低下していることが判明した。実際、shRNAを用いたGATA6のノックダウンにより、Wnt非分泌型膵癌はWnt分泌型膵癌に変化し、反対に、GATA6の過剰発現により、Wnt分泌型膵癌はWnt非分泌型に変化した。一方で、正常膵管オルガノイドに、CRISPR/Cas9システムを用いて膵癌に代表的な4つの遺伝子(KRAS, CDKN2A, TP53, SMAD4)の変異を導入することで、人工膵癌オルガノイドを作製することに成功した。この人工膵癌オルガノイドは、Wnt非存在下で培養すると著しく増殖が抑制されるが、徐々にその環境に適応し、Wnt分泌型へ変化することが明らかとなった。膵癌はWntとRspondinという2つのニッチ因子に対する非依存性を獲得しながら、段階的に悪性化することが明らかとなり、その根底には転写因子であるGATA6の発現が密接に関わっていることが明らかとなった。

一方、CRISPR/Cas9システムにより正常膵管上皮由来のオルガノイドから、KRAS、CDKN2A、TP53、SMAD4の変異のみを有する人工的膵癌モデルオルガノイドの作製に成功した。このKCTSオルガノイドは免疫不全マウスへの異種移植によって病理組織学的に膵癌であることが示された。Wnt非分泌型からWnt分泌型への移行はGATA6という1つの遺伝子の発現で説明が可能であるが、Wnt分泌型からWnt/Rspondin非依存型への移行は他の複数の転写因子が関与している可能性がある。遺伝子発現マイクロアレイのデータから、Wnt/Rspondin非依存型となるために必要と考えられる候補遺伝子を20種類程度選択し、sgRNAライブラリーを作製する。これをレンチウイルスを用いて人工膵癌オルガノイドにトランスフェクションし、WntとRspondinが不要となったオルガノイドでノックアウトされた遺伝子を解析する。この手法により膵癌が段階的に悪性化する際に関わっている複数の転写因子を同定する。そして、Wnt/Rspondin非依存型膵癌は免疫不全マウスの脾臓移植により、他のタイプではみられない肝転移をすることがわかっているので、膵癌肝転移の仕組みについても探求する。
狭窄性細気管支炎の分子病態解明に基づく細胞・遺伝子治療

狭窄性細気管支炎はウイルス感染、膠原病、慢性過敏性肺炎に代表される間質性肺炎などに伴って発症することが知られている極めて予後の悪い疾患である。近年は骨髄移植や肺移植などの臓器移植後に高頻度におこることからその臨床的な対処が問題となっている。私たちは同系でありながらC57/BL6マウスのGFP発現マウスの骨髄を、全身性に放射線照射をして骨髄産生を抑制した野生型のC57/BL6マウスに移植すると、その末梢気管支周囲に移植した炎症細胞が集蔟することを見出した(Mol Ther,2005)。しかしこのマウスモデルでは気道周囲炎のみで、狭窄性細気管支炎にまでの進行は確認できなかった。このため、さまざまな疾患における気道周囲の炎症発現の解析を試みた。ヒトインフルエンザと現在世界的に話題になっている鳥インフルエンザ(H5N1)のそれぞれの受容体の分布をヒト肺組織の中でみてみたところ、ヒトインフルエンザの受容体は気道壁に分布するものの、肺胞領域にはほとんど認められない。しかし鳥インフルエンザの受容体はそれとはまったく逆に、気道にはほとんど分布しておらず、肺胞上皮細胞を中心として密に分布をみることを明らかにした(Nature,2006)。これはヒトインフルエンザへの感染が気管支の炎症にとどまるのに対して、鳥インフルエンザへの感染は肺内を中心とした炎症を引き起こし、急速な肺損傷を来たす原因を示している。また、狭窄性細気管支炎の病態改善の遅延が、リンパ管分布の患者肺組織における異常が気管支壁の病変の修復をもたらしている可能性に関して、免疫組織染色学的に検討した。その結果、狭窄性細気管支炎の周囲のリンパ管は気道内部に入り込めないことを確認した。またこの傾向は難治性喘息患者肺における気道病変と類似しており、難治化の病態機序を反映しているものと推測された(投稿準備中)。狭窄性細気管支炎(constrictive bronchiolitis obliterans)は膠原病やウイルス性感染症などに伴うもの難治性疾患として従来より知られ、近年では骨髄移植や肺移植後に発症する最も治療が困難な合併症として認知されている。最近ではアマメシバなどの健康食品の摂取後に発症し、その多くの患者が死に至ったことから社会問題としても取り上げられた。臨床上経験されるこれらの患者の診断は外科的肺生検なくしては困難で、また生検肺の中にも病変部が検出できないこともあり、その発症病態の理解が求められている。本研究を進めるにあたり、臨床的に経験された様々な原因から発症した狭窄性細気管支炎患者の生検肺を詳細に観察し、病理学的考察を加えて報告した。さらに、マウスに対して骨髄移植を行い、それによって細気管支周囲のリンパ球の集積を伴う炎症が、極めて臨床的に経験される狭窄性細気管支炎の病態と類似していることを確認した。GFP陽性マウスの大腿部の骨髄を、放射照射によって骨髄抑制を起こしたマウスに移植すると、その狭窄性細気管支炎病変部に集積するリンパ球が、新たに移植した骨髄由来細胞であることが示された。この骨髄移植マウスの気道にブレオマイシンを投与して気道-肺傷害を引き起こすと、気道上皮細胞と気道周囲の肺胞上皮細胞にアポトーシスが誘導され、さらに引き続いて肺の線維化が進むことを確認した。このようなブレオマイシン肺傷害のある、あるいは単に骨髄移植のみを行なったマウスに、肝細胞増殖因子(hepatocyte growth factor,以下HGF)を遺伝子導入すると、産生されたHGFによって気道内の炎症や、その周囲の肺組織の炎症像は著明に抑制された。この結果は、狭窄性細気管支炎に対するHGF遺伝子導入の治癒的効果と、その臨床応用への可能性を示している。
諸外国の情報教育体系化を考慮したカリキュラムの方向性と実践方法

本研究の目的は,日本・韓国・中国など諸外国の中学・高校生(以下,中高生とする)の情報教育に関する知識や態度について比較検討することである。調査は,日本・韓国・中国の中高生で実施した。その結果,以下のことが判った。1) PCと将来の自己の関係についての考え方は日本・韓国・中国の中高生で異なる。2)日本人の中高生の情報活用能力の習得の意欲は「情報の科学的理解」を除き最も高い。3)情報に関する認知度については日本の中高生共に韓国・中国の中高生より低い。これらの結果を踏まえて,体系的情報教育のカリキュラム開発の方向性について検討した。本研究は,日本と同じアジア圏の韓国・中国が『小学校から高校の一連の情報教育により児童・生徒の認知的能力や科学的理解が充実している』という平成24年度までの我々の先行研究を踏まえ,両国および両国と異なる文化圏(西洋,米国)の調査と比較検討し,体系的情報教育のカリキュラム開発と具体的な情報教育の指導方法を提案することを目的とした。本研究の3年間の計画の中では,『各学校段階に応じた指導方法の提案がされ,学習者の意欲と知識を融合した,質の高い情報教育の体系化が導き出せる』ことを前提として,ブルームの「認知領域・精神運動領域・情意領域」と,ペレグリーノの「認知」「観察」「解釈」の理論を踏まえ調査・分析を進めている。ここで本研究の初年度である平成25年度は,これまで日本・韓国・中国の中学・高校生(以下中高生とする)を対象に,情報教育の学習過程での生徒の「自己評価による意識調査」の診断を通して,職業意識とICTとの関わり,我が国の中学・高校情報教育のカリキュラム上の情報に関する用語の認知度について比較検討した。その結果,情報教育における「情報活用の実践力」の習得,「情報社会に参画する態度」の形成に対する習得意欲では,いずれも日本の中高生の平均値が最も高くなった。しかし,日本の中高生は,「情報の科学的理解」に対する志向性が他の2観点に比べて相対的に低く,情報関連用語に対する認知度も韓国・中国に比べて最も低かった。これらのことから,我が国の情報教育は,韓国や中国に比べて教育課程上の位置づけが弱いため,中高生の意欲は高いものの,情報関連用語の認知形成を十分に達成できていない実態が明らかになった。我が国は,各学校段階での情報教育のカリキュラムとして基礎的・基本的な知識の習得をはかり学校段階に応じた教授法の体系化を充分検討する必要性があることが示唆された。研究の目的は,日本と同じ文化圏のアジアの中学・高校生(以下,中高生)の情報教育のカリキュラム・イメージを比較検討することにより,我が国の体系的な情報教育のカリキュラムの方向性を探り,併せて実践に必要な教材構成のあり方を検討することである。そこで本年度は,学習者が情報教育に対して抱くカリキュラムのイメージを我が国と韓国,中国の3カ国で国際的に比較することで,我が国の情報教育のカリキュラム評価を試み,情報教育の指導方法と実践のポイントを検討することとした。研究方法は,昨年度(平成25年度)は情報教育の認知度を分析。これをもとに本年度(平成26年度)は情報教育について生徒の持つイメージについて比較・検討した。その結果,日本の中高生は情報教育のカリキュラムに基ずく内容よりむしろ,社会の情報化に応じたメディア活用や技能を重視しているものの,その点のみに終始し情報教育の3観点の認識度が弱く,カリキュラムの内容を充分把握していない可能性が指摘できる。この結果は,情報のカリキュラムが小学校からスタートしている韓国や中国ほど体系的でないため,情報活用能力,特にブルーム評価理論でいう「認知的領域」と「情意的領域」の内容の習得に向けた動機付けを生徒に適切に持たすことができにくく,学習の結果として,適切な知識や意欲を段階的に習得させることが難しいと考えられる。つまり,我が国においては,情報教育のカリキュラムを体系的に構築すると共に,学習者に対しては,情報教育の目標である情報活用能力の習得に向けて,生徒に学習の意味づけを行い,適切に動機付けることが極めて重要であると考えられることが明らかになった。そして,この視点を中心とした教材の作製が重要であることもわかった。本研究は,日本と類似の文化圏の韓国・中国が『小学校から高校の一連の情報教育により児童・生徒の認知的能力や科学的理解が充実している』という我々の先行研究の結果を踏まえ,アジア及び両国と異なる文化圏(例えば西洋,米国)の調査も含めて,体系的情報教育のカリキュラム開発と具体的な情報教育の在り方を提案することを目的とした。本研究により,各学校段階に応じた情報教育が示され,体系化が導き出せると考えた。また,ブルームの「認知領域・精神運動領域・情意領域」を柱とする評価理論と,ペレグリーノの「認知(Cognition)」「観察(Observation)」「解釈(Interpretation)」の理論を踏まえ分析した。その結果,日本・韓国・中国の中学校・普通高校の比較では,日本の情報教育は,韓国や中国に比べて,「情報の科学的な理解」の習得に向けた動機付けを生徒に適切に持たすことができていないため,結果として,情報に関する適切な知識・理解を達成し難い状況が把握された。また,情報教育に関するブルーム評価理論の認知的領域や情意的領域において初期段階のレベルで留まっており,精神運動的領域に該当する技能習得に偏っていることが明らかになった。一方西洋では,イギリスのナショナル・カリキュラムを始め,訪問したオランダ等ヨーロッパ各国で情報教育が再構築され,論理的思考力の一環としてプログラミングやイメージ型プログラムなどによる授業を展開し,新たなカリキュラムの構築が始まっていることが判った。

今後我が国は,情報教育固有の目標である「情報活用能力」の発展と小中高での体系的なカリキュラム構築に向けて,2013年から改訂された普通高校「共通教科情報科」と中学校技術・家庭科技術分野の「情報に関する技術」,小中高の総合的な学習の時間を軸として,アジア・西洋・米国の情報教育の比較研究と,具体的な教材による実践を踏まえ検討する必要性があることが明らかとなった。本研究の目的は,日本・韓国・中国など諸外国の中学・高校生(以下,中高生とする)の情報教育に関する知識や態度について比較検討することである。調査は,日本・韓国・中国の中高生で実施した。その結果,以下のことが判った。1) PCと将来の自己の関係についての考え方は日本・韓国・中国の中高生で異なる。2)日本人の中高生の情報活用能力の習得の意欲は「情報の科学的理解」を除き最も高い。3)情報に関する認知度については日本の中高生共に韓国・中国の中高生より低い。これらの結果を踏まえて,体系的情報教育のカリキュラム開発の方向性について検討した。研究は,我が国の情報教育の体系化を目指す上で必要と思われる中高生の情報教育の実態を知り適切なカリキュラムの方向性を探るため,日本・韓国・中国・インドネシアの中学・高校生(以下,中高生)の情報教育のカリキュラム・イメージを調査した。本年度は,まず学習者が情報教育に対して抱くカリキュラムのイメージを国際的に比較し,その上で我が国の情報教育のカリキュラム評価を試み,情報教育の指導方法と実践に必要な教材のポイントも検討することとした。その結果,日本の中高生は情報教育の学習については興味があり,技能については重視しているものの,情報教育本来の3観点については認知度が弱く,学習内容を充分把握していない可能性が指摘できる。この結果は,情報のカリキュラムが教科として,また教科にまたがり小学校から導入されている韓国や中国ほど体系的でないため,情報活用能力,特に「認知」と「情意」の内容の関係及び習得について,生徒に適切にその意味を持たせることが困難で,段階的に習得させることが難しいと考えられる。つまり,我が国においては,情報教育のカリキュラムを横断的にも縦断的にも,また教科として体系的に構築すると共に,学習者に対しては,昨年度見いだされた「情報の科学的理解」に対する理解を深めされること,そして情報教育の目標である情報活用能力の習得に向けて,適切に動機付けることが大切であることがわかった。情報教育本年度(平成26年度)は同じ国でのカリキュラムに関するイメージ調査を実施した。その際,評価項目はこれまで18年間にわたり実施してきた情報教育に関する調査項目としてブルームの評価理論である精神運動領域,認知領域,情意領域を踏まえたものを使用した。本年度は,これに各領域に含まれる技能,知識・理解,態度,工夫の4観点を,ペレグリーノの評価理論の目標と理論的枠組みによる評価を利用し,現在の情報教育の内容に合うように修正し調査に利用した。その結果,我が国ではブルーム評価理論の「認知的領域」と「情意的領域」の内容の習得,すなわち知識と意欲の動機付けを生徒に適切に持たすことができず,段階的に習得させることが難しいことがわかった。
半導体ナノ構造新物質の創製と機能デバイスへの応用

我々の開発したクラスタービーム蒸着法によって、Ge及びSiからなる、極めて粒径のそろったクラスタを形成できることを見い出し、その物性評価を行った。その結果、その結晶構造が通常のバルクの結晶構造であるダイヤモンド構造ではなく、GeにおいてはST-12構造、SiにおいてはBC-8構造と呼ばれる、いずれも、バルクでは高圧状態でのみ安定な結晶構造に相変化を起こしていることが新たに見い出された。Geナノ構造の結晶構造を詳しく同定するために、高分解能電子顕微鏡による超微粒子像の観察、個々の微粒子からのTEDパターンの解析、X線光電子分法による、ナノ構造Geの価電子帯の電子構造及びプラズモンエネルギー分析などの各種の評価技術を駆使した系統的な実験を行い、いずれも結晶構造がダイヤモンド構造ではなく、ST-12構造であるという確証が得られた。さらに、ST-12構造の物性を明らかにする目的で、単結晶バルクGeへの高圧付加実験を行い、高圧相への相転移の機構を調べた。その結果、単に80kbarまでの圧力を印加しただけではST-12構造は出現せず、圧力を印加したままで10日程度放置した後、圧力を解放することによってST-12構造が出現することが明らかになった。また、バルクのST-12構造は常圧では準安定状態で、150°C程度の温度上昇でダイヤモンド構造に相変化することが認められた。このことは、Geナノ構造が700°C程度まで安定にST-12構造を保つことと対照的である。Siについても、、高分解能電子顕微鏡による構造解析、薄膜X線回折実験によって、高圧相である、BC-8構造の存在が確認できた。Siは、Geに較べて著しく酸化されやすいことから、表面に形成される酸化膜が各種の評価実験の支障になることが明らかになった。2 SiOxナノ構造膜の低誘電率材料への応用Siのガス中蒸発法において、雰囲気ガスに酸素を一部導入することによって形成されたSiOx膜がLSl配線間用低誘電率材料に有望であることを見い出し、これを特許化した。現在、この成果をもとに産業界との共同研究をスタートさせる段階に至っている。3 Siドープガラス多層膜を用いた光共振器の作製可視発光を示すSiドープガラスからの発光スペクトルから任意の比較的シャープな発光を指向性良く取り出す方法を開発した。Siドープガラス作製時の高周波スパッタ電力を周期的に変化させることによって高性能のファブリペロ干渉計用の多層膜反射鏡を製作する方法を確立した。ナノ構造化による新構造物質の創製を目指して、クラスタビーム法による半導体ナノ構造の製作とその評価を行った。この方法で室温に保たれた基板上に堆積されたGeクラスタ膜は、STMによる観察の結果、約34nmの極めて粒径のそろった球状のクラスタからなる一様な膜であることが確認された。

この膜の電気伝導を測定したところ、約30K以下の低温領域においてトンネル伝導と考えられる温度に依存しない抵抗率領域が見られ、その領域では01V程度まで電流の流れない、いわゆるクーロンブロッケードと思われる現象が観測された。現在さらにこの現象の確認を行っているが、もしこれが事実であれば粒径が一様である新たな証拠と言える。同じ方法で液体窒素温度に保たれた基板上に堆積されたGeクラスタ膜は極めて不均一で、非常に酸化されやすくなる。通常Geは酸化されにくいと考えられてきたが、ナノ構造化することによって酸化されやすくなることが明らかになった。さらに、紫外光照射によって室温でも容易に酸化が進行することが発見された。光酸化が進行するための最小光エネルギーは約2.9eVで、この値はGeクラスタ膜の実効バンドギャップに一致することが見い出されている。照射する光のエネルギーによって、光酸化後の膜の光学的バンドギャップが変化することが見い出された。このことは、クラスタ内部のGe核の粒径を照射光で制御できることを意味し、クラスタの粒径の新たな制御方法として有用である。クラスタビーム法で形成されたGeクラスタはダイヤモンド構造ではなくテトラゴナル構造であることが明らかになっているが、同じ方法で製作されたSiクラスタ膜もダイヤモンド構造とは異なる結晶構造であることが電子線回折などから明らかになりつつある。なだ結晶構造の同定にまでは至っていないが、Geの場合のようなテトラゴナル構造ではないことは確認されている。クラスタの粒径をさらにそろえる目的で質量分離クラスタ発生装置を現在製作中である。これによってさらに明瞭なクーロンブロッケードを示すクラスタ膜の形成が可能になると期待される。Geについては既にクラスター化することによってST-12と呼ばれるテトラゴナル構造をとることをラマン分光法により見いだしているが、本年度はこのことをさらに、電子線回折、X線電子分光によって確認した。また、クラスタービーム法によって形成された、Siクラスターは電子線回折によって、BC-8と呼ばれる立方晶をとることを新たに見いだした。2SiOxナノ構造膜の低誘電率材料への応用すでに我々が青色発光材料として報告した、ガス中蒸発法によって形成されたSiOx膜がLSI配線間用低誘電率材料として極めて有望であることを見いだした。従来の配線間誘電膜の比誘電率が3.9であるのに対し、新しい方法で形成されたSiOxナノ構造膜では、比誘電率が1.8以下のものが得られ、絶縁性や安定性も優れている。ステップカバレージについても、ライン間隔0.5μmまでは空隙を完全に埋めることが可能であることが実証された。3Siドープガラス多層膜を用いた光共振器の作製可視発光を示すSiドープガラスはSiO2とSiを同時スパッタすることにより作製されるが、スパッタ時のRFパワーを変化させるだけで膜の屈折率を変化できることが明らかになり、これを利用したRFパワー切り替えによる多層膜反射鏡の製作方法を確立した。その結果、Siドープガラスからのブロードな可視領域発光から、任意のシャープな発光を指向性良く取り出すことが可能になった。1 Geナノ構造新物質の同定我々の開発したクラスタービーム蒸着法によって、Geを約34nmの極めて粒径のそろった球状のクラスタを形成できること、さらには、そのようなナノ構造がST-12構造と呼ばれるGeの高圧相に相変化を起すことを見い出しているが、今年度さらにその構造の詳しい評価を推進した。
代教的および確率的手法による離散構造の限界の究明

本研究では、代数的手法および確率的手法を用いて、置換族の構成、電子商取引、VLSI計算、可逆計算、および耐故障計算などに関する離散構造の限界を解明した、置換族の構成に関しては、電子文書間の高速な類似性ツールとして応用が知られているκ限定ε近似的最小値独立置換族Fに対して、一般分布上で定義される置換族Fを行列Uにより定式化し、その行列Uの階数を評価することにより置換族Fのサイズの良好な下界を導出した。電子商取引に関しては、最適選好マッチング問題において、顧客集合が複数の重み付きグループに分割されているとき、顧客数n商品数mの比に関して、乱択化最適選好マッチングが存在するためのほほ合致する上界と下界を導出した(これは、既に知られている顧客集合が1つグループである場合の乱択化最適選好マッチングが存在するための顧客数nと商品数mの比に関する上界・下界の拡張である)。まだ、商品価格設定問題に関しては、正価格モデルおよび無損失割引モデルにおいて見積価格が制限された場合に対して、確率的手法を用いることで,グラフ価格設定問題・線状高速道路問題・環状高速道路問題の良好な近似アルゴリズムを提案した。VLSI計算に関しては、3次元チャネル配線問題がNP困難であることを明らかにした。可逆計算に関しては、可逆回路の縮退故障に対する最小完全テスト集合生成問題がNP困難であることを示した。耐故障計算に関しては、様々なネットワークに対して効率的な確率的耐故障ネットワークを構成する統一的な手法を提案した。本年度は,以下の研究-(1)置換族の構成に関する研究;(2)ネットワークのルーチングに関する研究;(3)ネットワークのレイアウトに関する研究;(4)大規模システムの高信頼化に関する研究-を行った.(1)置換族の構成に関する研究:これまでにk-対独立置換族の構成に関しては,特定のkにおいてその構成が知らており(k=2,3),一般のkに関しては,その非自明(対称群・交代群以外)な構成法は存在しないと予想されていた.そこでk-対独立置換族の条件を緩和しε-近似k-対独立置換族という概念に着目し,Feistel変換を用いて,任意のkに対するε-近似k-対独立置換族の構成法を提案した.さらに,その挙動をマルコフ連鎖と捉え,マルコフ連鎖の定常状態への収束速度をカップリング法を用いて解析することでε-近似k-対独立置換族の近似精度および置換族のサイズの上界を導出した(伊東).(2)ネットワークのルーチングに関する研究:QoSアルゴリズムに関する研究では,各種のパケットをその優先度に応じて効率的に転送制御するための複数キューQoSアルゴリズムに関して検討した.一般にQoSスイッチに到来するパケットを事前に予測することは不可能であるので,QoSアルゴリズムはオンラインアルゴリズムとして定式化される.そして,キューに格納されているパケットを破棄することを許したパケット破棄不可能モデルに着目し,複数優先度を持つ複数キューQoSアルゴリズムの競合比の解析を行ない,これまで未解明であった非自明な下界を導出するとともに,単一優先度における競合比の下界を改善した(伊東).また,マルチキャスト通信について考察し,マルチキャスト木のコスト制限下で遅延を最小化する問題に対する完全多項式時間近似スキームを提案した(上野).(3)ネットワークのレイアウトに関する研究:グラフの直交描画に関する研究では,外平面グラフと直並列グラフに対して,少ないベンドを用いて二次元及び三次元に直交描画する多項式時間アルゴリズムを提案した(上野).また,三次元チャネル配線に関する研究では,二端子ネットの組を配線するために必要な三次元チャネルの層数の上界と下界を明らかにした(上野).(4)大規模システムの高信頼化に関する研究:逐次故障診断に関する研究では,様々なシステムの逐次診断可能次数の上界と下界を統一的な手法を用いて示した(上野).また,確率的耐故障ネットワークに関する研究では,様々なネットワークに対して,疎な確率的耐故障ネットワークを構成する統一的な手法を提案した(上野).本年度は,以下の研究--(1)置換族の構成に関する研究;(2)ネットワークルーティングに関する研究;(3)ネットワークレイアウトに関する研究;(4)可逆論理回路に関する研究--を行った.(1)置換族の構成に関する研究:これまでにε-近似k-制限最小値独立置換族のサイズの下界に関しては,上界及び下界が知られていたが,それらには大きな隔たりがあった.そこで,代数的手法を用いてε-近似k-制限最小値独立置換族を半正定値行列に変換し,それを多色ラムゼー数に還元することで,既存の下界を改善した(伊東).(2)ネットワークルーティングに関する研究:QoSアルゴリズムに関する研究では,各種のパケットをその優先度に応じて効率的に転送制御するための複数キューパケット破棄可能QoSオンラインアルゴリズムに関して検討した.愚弟的には,複数の優先度が非零である一場合の競合比の一般的な上界と下界を導出した(伊東).また,通信網における先行制約のあるメッセージの集合の最短送信スケジュールを求める問題に対して検討し,その近似アルゴリズムの近似比の評価を改善している(上野).(3)ネットワークレイアウトに関する研究:グラフの直交描画に関する研究では,外平面グラフと直並列グラフに対して,少ないベンドを用いて2次元及び3次元に直交描画する多項式時間アルゴリズムを提案している.3次元チャネル配線に関する研究では,2端子ネットの組を配線するために必要な3次元チャネルの層数の上界と下界を明らかにしている.

また,3次元チャネル配線問題はNP困難であることを明らかにしている,ネットワークの3次元レイアウトに関する研究では,バタフライネットワークを効率的に3次元にレイアウトする多項式時間アルゴリズムを提案している,光結合ネットワークに関する研究では,de Brui jnネットワークを効率的に光転置結合システムで実現する多項式時間アルゴリズムを提案している(上野).(4)可逆論理回路に関する研究:可逆論理回路CとCの配線の任意の集合Fが与えられたときに,F上の縮退故障を検出する最小完全テスト集合を生成する問題はNP困難であることを明らかにしている(上野).線形符号の双対距離と共通鍵暗号への応用に関する研究:共通鍵暗号の安全性は,差分攻撃及び線形攻撃に対する耐性で評価され,差分攻撃及び線形攻撃に対して安全なブール関数の設計が重要となる.そのようなブール関数の設計は-任意の整数dとd'が与えられたとき,符号Cの最小距離はd,符号Cの双対符号C'の最小距離はd'-を満たす符号Cの最小符号長Nを求める問題に帰着される,そこで,任意の整数d, d'に対してNの上界を評価するとともに,代数的手法を用いてその良好な下界を導出した.QoSアルゴリズムに関する研究:各種のパケットをその優先度に応じて効率的に転送制御する複数キューQoSアルゴリズムに関して検討した.一般にQoSアルゴリズムはオンラインアルゴリズムとして定式化される.そして,パケット破棄可能モデルに着目し,複数優先度を持つ複数キューQoSアルゴリズムの競合比を解析し,良好な上界を示すとともに,既存の下界を改善した.VLSI計算に関する研究:3次元チャネル配線と3次元単層配線について考察した.3次元チャネル配線問題に関しては,それがNP困難となる簡便な証明を与え,さらにそのNP完全性を明らかにした.一方,3次元単層配線に関しては,既存の結果を改良し,構成的上界を導出した.可逆計算に関する研究:出力ベクトルの集合が入力ベクトルの集合の置換である論理回路を可逆論理回路と言い,低消費電力設計,ナノ・量子計算などの応用を持つことが知られている.本研究では,可逆論理回路の全て配線上の縮退故障を検出する最小完全テスト集合生成問題がNP困難であることを示し,可逆論理回路の故障検出問題の計算複雑度を明らかにした.量子計算に関する研究:グラフの最小全域木問題や最短路問題などに対しては,古典的アルゴリズムより高速である量子アルゴリズムが知られている.本研究では,全点対間最短路問題の量子計算量の非自明な下界を導出し,この下界が既存の下界の改良となっていることを示した.本研究では、代数的手法および確率的手法を用いて、置換族の構成、電子商取引、VLSI計算、可逆計算、および耐故障計算などに関する離散構造の限界を解明した、置換族の構成に関しては、電子文書間の高速な類似性ツールとして応用が知られているκ限定ε近似的最小値独立置換族Fに対して、一般分布上で定義される置換族Fを行列Uにより定式化し、その行列Uの階数を評価することにより置換族Fのサイズの良好な下界を導出した。
磁性強化　―新しい材料強化機構―

従来の材料強化法は『転位の運動を弾性場相互作用の下以下に抑制するか』という描像に基づいた強化法である。一方、転位をはじめとする欠陥近傍の原子構造の乱れは、マトリクスとは異なる電子状態を局所的に実現することでもあることから、電磁気学的な物性もマトリクスと異なることが想定される。従って強化法の学理は、弾性場相互作用のみならず、電磁場との交差的・直接的相互作用も考慮されるべきであると考えられる。本研究では、このような磁気的にマトリクスとは異なる転位を導入した材料の変形素過程を調査し、転位が帯びる磁性のドラッグ効果や転位同士の磁気的近接効果に基づく、新たな強化機構ー磁性強化ーの確立と学理構築を目指す。
ハウス内の果樹栽培における水消費機構の解明と水管理方式に関する研究

ハウス内の果樹として、グアバを供試果樹とし、水消費機構の解明と水管理方式に関する研究を行なった。3年間の研究成果は次のように要約される。1.ハウス栽培に関連した気象環境特性について、西日本の各気候区の特性を調査分類し、鳥取は日照時間、快晴日が少なく、年間の積算温度も少ないという気象特性を有することを明らかにした。2.グアバ果樹の生育特性として、新芽および枝の伸長速度を調査するとともに、葉面積指数の種々の推定法を検討した。その結果、夏期には1週間に10cmも枝の伸長が観察された。また、枝の長さから葉面積を実用上精度よく推定できる方法を提案した。3.グアバ果樹の耐寒性を調べるために、冬期に、ビニールやワラを用いて地上部と地下部を被覆し、温度環境と生育状況を観測した。その結果、耐寒限界温度は-7°C前後であり、無加温二重ビニールハウスの保温効果および透明地表マルチの地温上昇効果が果樹の生育に有効であることを指摘した。4.排水収支型ライシメータを用いた水収支法、下方からの水分フラックスを考慮した土壌水分減少法によって、また、点滴区においては二次元土壌水分減少法によって、グアバの蒸発散量を推定した。その結果、黒ボク試験区では、夏期に10mm/日の蒸発散量を記録し、灌水量,土壌の保水性,葉面積指数と蒸発散量との相互関係を考究した。5.西日本におけるグアバ栽培試験地と栽培農家の実態調査によって、生育管理および水管理等の資料収集と研究討議を行なった。その結果、葉を主体とするか、あるいは果実収量を主体とするかという栽培目的や栽培地域によって、水管理;栽培管理,仕立方式等を変更する必要があることを指摘した。また、地下水によるウォーターカーテン方式による保温効果が大きいことから、その有効性を確認した。
Dual糖鎖クラスター効果による抗ピロリ菌剤の開発

本申請研究では、胃粘膜の表層粘膜に棲息するピロリ菌がルイスb型糖鎖に結合し、胃粘膜下層のαGlcNAcを有するムチン型糖鎖がピロリ菌に対し抗菌作用を有するという二つの知見を基に、まず、αGlcNAc集積体の合成を達成し、その抗ピロリ菌作用を明らかにした。さらに、ルイスb型糖鎖とαGlcNAcを混在化させたハイブリッド糖質集積体を化学合成して、新たな概念である“Dual糖鎖クラスター効果"の発現による抗ピロリ菌剤の開発に繋げた。本研究では、胃粘膜の表層粘膜に棲息するピロリ菌がルイスb関連糖鎖に結合し、胃粘膜下層のムチン糖鎖がピロリ菌に対し抗菌作用を有するという二つの知見を基に、従来の抗生物質とは異なる機序でのピロリ菌を標的とした抗菌剤を開発する。すなわち、ルイスb関連糖鎖とムチン糖鎖の二種類の糖鎖から成るハイブリッド糖鎖集積体を用いた高活性な抗ピロリ菌剤の創製を目指す。この抗菌剤はルイスb型糖鎖がピロリ菌のトラップ剤として働き、近傍のムチン型糖鎖が抗菌剤として機能する仕組みを持つ。本研究では、二種類の糖鎖の集積効果による新しい概念である“Dual糖鎖クラスター効果"の発現を目指す。本研究では、ルイスb型糖鎖とαGlcNAc型糖鎖の二種類の糖鎖から成るハイブリッドタイプの糖鎖分子集積体を化学合成して、抗ピロリ菌活性評価を行う。この抗ピロリ菌活性評価では、二種類の糖鎖の集積効果に基づくDual糖鎖クラスター効果の有効性の検証を兼ねる。本研究の進展はハイブリッド糖鎖集積体の化学合成の成功に依存している。平成25年度は、ハイブリッド糖鎖集積体を構成する化合物である糖鎖誘導体とスキャフォールド材の化学合成を検討した。スキャフォールド材では生体での安全性が高いシクロデキストリンやアミノ酸型デンドリマーを用いることとした。スキャフォールド材と糖鎖との結合は、還元的アミノ化反応やクリック化学として知られているHuisgen環化反応で構築することとし、これに適用可能なスキャフォールド材の合成に成功した。本研究では、二種類の糖鎖の集積効果による新しい概念である“Dua1糖鎖クラスター効果"の発現を目指す。実際には、ルイスb型糖鎖とαGlcNAc型糖鎖の二種類の糖鎖から成るハイブリッドタイプの糖鎖分子集積体を化学合成して、抗ピロリ菌活性評価を行う。この抗ピロリ菌活性評価では、二種類の糖鎖の集積効果に基づくDua1糖鎖クラスター効果の有効性の検証を兼ねている。本研究は、1)糖鎖合成、2)糖鎖分子集積体を構成するスキャフォールド材の設計・合成、3)ハイブリッド糖鎖集積体の効率的合成法の開発、4)抗ピロリ菌活性評価、の構成から成り、研究の成果はこれらの相互の進展に掛かっている。平成26年度は、昨年度に引き続いて糖鎖合成及びスキャフォールド材の設計・合成を行った。さらにハイブリッド糖鎖集積体の合成法の開発を目指し、平成25年度にスキャフォールド材として大量合成したヘプターアジドーβーシクロデキストリンへの糖鎖導入を検討した。糖鎖医薬分子の設計では、糖鎖集積化によるレクチンへの結合特性を高める“糖鎖クラスター効果"を用いたシステムを構築することが重要となっている。ピロリ菌は胃の表層粘膜に存在するルイスb型糖鎖に結合している一方で、胃粘膜下層のαGlcNAcを有するムチン糖鎖からは抗菌作用を受けている。本研究では、ルイスb型糖鎖をピロリ菌のトラップ剤として働かせ、近傍に存在するαGlcNAcが抗菌作用を発揮するというユニークな仕組みを持つ抗ピロリ菌剤の開発を目指した。ルイスb型糖鎖とαGlcNAcという2種類の糖質を近傍に集積化させることによる“Dua1糖鎖クラスター効果"の発現という新しい概念の構築も視野に入れた。本年度は、糖を集積化させるスキャフォールド材として、前年度までに合成が達成されたメチルL-アラニンをコアとするL-リジン残基を三世代延長したデンドリマー誘導体や、ヘプタ-アジド-β-シクロデキストリン(CyD)に、同じく化学合成によって得られたαGlcNAc誘導体を多価に導入する方法を検討して、これらのデンドリマーやCyD誘導体にαGlcNAcを多価で集積化できることを確認した。良好な収率で得られた七置換分岐αGlcNAcβ-シクロデキストリンでは、抗ピロリ菌評価試験を行った。これらの評価試験を通じて、αGlcNAcがCyDとある程度の距離を持つようなスペーサーの分子設計が必要なこと、さらにαGlcNAcのアグリコンに脂溶性特性を持たせる分子設計が、より一層の抗ピロリ菌活性作用の向上に必要であることを明らかにした。さらにDua1糖鎖クラスター効果の概念の構築のために、2種類の構造の異なる糖誘導体をCyDに集積化する方法について検討した。

高効率なクリックケミストリーを用いれば、2種類の糖誘導体のモル比を任意に操作するだけで、2種類の糖誘導体を望む集積度合でCyDに導入できるがわかった。本申請研究では、胃粘膜の表層粘膜に棲息するピロリ菌がルイスb型糖鎖に結合し、胃粘膜下層のαGlcNAcを有するムチン型糖鎖がピロリ菌に対し抗菌作用を有するという二つの知見を基に、まず、αGlcNAc集積体の合成を達成し、その抗ピロリ菌作用を明らかにした。さらに、ルイスb型糖鎖とαGlcNAcを混在化させたハイブリッド糖質集積体を化学合成して、新たな概念である“Dual糖鎖クラスター効果"の発現による抗ピロリ菌剤の開発に繋げた。ルイスb型糖鎖とαGlcNAc型糖鎖から成るハイブリッド糖鎖集積体合成する前段階の試験的実験として、構造の異なるいくつかの糖誘導体から選ばれる二種類の糖誘導体を様々な化学量論量を考慮してヘプターアジドーβーシクロデキストリンへの集積化を検討した。これら二種類の糖誘導体はクリック化学として知られているHuisgen環化反応によって、シクロデキストリンへ導入した。二つの糖鎖を総計で反応点に対して2倍量過剰にして用いたところ、いずれも反応自体は速やかに進行して7置換体が収率良く得られた。構造が似ている糖誘導体ではほぼ導入数が等しくなったのに対して、立体障害が異なると予想される糖誘導体では、導入数に大きな違いが見られることがわかった。さらに、化学量論量を制御すれば、反応性が異なる2つの糖誘導体を用いても導入数を任意に制御できることを明らかにした。これらの成果から、ハイブリッド糖鎖集積体の合成法の原理を確立できたと考えられる。平成26年度も二種類のルイスb型糖鎖(Fucα1→2Galβ1→3(Fucα1→4)GlcNAc及びFucα1→2Galβ1→3GlcNAc)及びαGlcNAc型糖鎖(GlcNAcα1→4Galβ1→4GlcNAc)の化学合成を併せて行って、目的評価化合物の合成に向けた準備は整いつつある。糖質化学平成26年度の成果として得られたシクロデキストリンへのハイブリッド糖誘導体集積体の合成情報を基に、ルイスb型糖鎖(Fucα1→2Galβ1→3(Fucα1→4)GlcNAc及びFucα1→2Galβ1→3GlcNAc)とαGlcNAc型糖鎖(GlcNAcα1→4Galβ1→4GlcNAc)から成るハイブリッド糖鎖集積体の化学合成を検討する。スキャフォールド材はシクロデキストリンの他に、メチルLーアラニンをコアとするLーリジン残基を三世代延長したアミノ酸デンドリマー誘導体を用いる。スキャフォールドへの糖鎖の固定化は、Huisgen環化反応以外にも還元的アミノ化反応を利用することで、反応性や導入効率の改善を図る。得られたハイブリッド糖鎖集積体は、マススペクトルによって、二種類の糖鎖の導入率や導入割合を算出する。糖鎖の立体障害等が原因で糖鎖の導入率が悪い場合には、糖鎖とスキヤフォールド分子の間にスペーサーを入れた糖鎖集積体の設計を行う。化学合成されたハイブリッド糖鎖集積体は随時、抗ピロリ菌活性の評価を行う。ハイブリッド糖鎖集積体を用いることでのDua1糖鎖クラスター効果を見積もり、ハイブリッド糖鎖集積体と抗ピロリ菌活性の構造活性相関についても議論する。これらの情報を基に、さらに新たなハイブリッド糖鎖集積休を設計・合成を行う。得られた抗ピロリ菌活性評価を検証して、高度な抗菌活性を有する抗ピロリ菌剤の開発に向けた情報を得ることが最終的な課題である。