hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
「米ぬか農法」の雑草防除メカニズムと生物農薬への展開

米ぬか農法は、経験的に雑草防除効果が知られている。米ぬか(果皮およびアリューロン層が主な構成組織)の作用は、遮光および嫌気効果と理解されてきたが、その発芽抑制メカニズムには未だ不明な点が残されている。本研究では、米ぬか成分中に含まれる物質の機能として、抗酸化能力に着目した。水田雑草として代表的なヒメタイヌビエを米ぬかの品種間差および濃度の影響について、発芽および伸長を調べた。その結果、特に、黒米の米ぬかに含まれるアントシアニンが抗酸化物質として、発芽・伸長を有意に抑制することを確認した。また併せて発芽機構の研究でモデル植物としてよく用いられているムギ類の知見に従って、生化学解析を行った。米ぬか(主として果皮および糊粉層の成分)農法は、有機肥料としての効用だけでなく、経験的に雑草防除効果が知られている。その作用は、物理的な遮光および嫌気効果と理解されてきたが、その雑草種子発芽抑制メカニズムには未だ不明な点が数多く残されたままである。本研究では、雑草抑制効果の高いとされる黒米の米ぬか成分中に含まれるアントシアニンの機能として、抗酸化能力に着目した。平成28年度は、米ぬかの濃度、品種により水田雑草の代表種であるヒメタイヌビエの発芽および伸長を調べ、黒米が特に有意に発芽・伸長を抑制することを確認した。また発芽機構の研究でモデル植物としてよく用いられているムギ類を材料に生化学解析を行った。オオムギ種子に吸水処理を行い、発芽率測定後、胚のみをサンプリングし、H2O2含量の測定を行った。遮光処理として暗黒条件を設定し、光条件に比べ、発芽は促進され、吸水処理後の胚内H2O2含量は有意に増大していることを明らかにした。このことから、黒米の米ぬかに含まれるアントシアニンは活性酸素を抑制し、発芽抑制に働くことが示唆された。平成28年度は、広く栽培されている水稲品種に比べ、黒米から分離した米ぬかは、水田雑草の代表種であるヒメタイヌビエの発芽抑制に有効であることの確認を行うことができた。これまで、米ぬか農法は、物理的な遮光および嫌気効果によると理解されてきたが、米ぬかで水田を完全に遮光することは不可能であることや、水田雑草は嫌気条件下でも発芽・生育可能という特性をもち、その発芽抑制メカニズムは必ずしも解明されていなかった。そこで、発芽機構の研究でよく用いられ基礎的知見のあるオオムギ種子を材料として用い、暗黒条件下では、発芽が促進され、吸水処理後の胚内H2O2含量は有意に増大していることを明らかにした。このことから、米ぬか農法に特に有効とされている黒米の米ぬかに含まれるアントシアニンがH2O2などの活性酸素を抑制し、発芽抑制に働くことが示唆された。米ぬか(組織は主として果皮および糊粉層)農法は、有機肥料としての効用だけでなく、経験的に雑草防除効果が知られている。その作用は、遮光および嫌気効果と理解されてきたが、米ぬかによる雑草種子発芽抑制メカニズムには未だ不明な点が数多く残されている。本課題では、特に雑草抑制効果が高い黒米の米ぬか成分中に含まれるアントシアニンの機能として、抗酸化能力に着目した。平成28年度は黒米が特に有意に発芽・伸長を抑制することを確認し、またイネ科植物の発芽研究でモデル植物としてよく用いられているムギ類を材料に生化学解析を行った。最終年度である平成29年度では、ひきつづき代表的な水田雑草のヒメタイヌビエを用い、米ぬかによる雑草種子の活性酸素(ROS)とROS分解酵素として、SOD, CAT, APX, GPX等の含量を調べた。まず、米ぬかは水稲の成長を抑制しないことを確認した。米ぬかの抗酸化能力が高いほど、ヒメタイヌビエの発芽および伸長を抑制することを明らかにした。米ぬかの抗酸化能力は無色米より有色米で高く、有色米(黒米)品種は、ヒメタイヌビエの発芽および伸長を著しく抑制した。米ぬか中の抗酸化物質がヒメタイヌビエのROSを直接分解したことが示唆された。オオムギ種子では、ROSの一種であるH2O2含量は、吸水処理後に胚で有意に増大し発芽を促進し、発芽抑制には、抗酸化物質による活性酸素消去系が機能していた。これらのことから、黒米の米ぬか中に含まれるアントシアニンはROSの生成を抑え、水田雑草の発芽抑制に有効に機能することが示された。米ぬかによる雑草種子のROSとROS分解酵素として、SOD, CAT, APX, GPX等の含量を調べる。また、水田土壌中の埋蔵種子についても着目し、米ぬかが水田雑草の発芽と伸長に及ぼす影響について、ヒメタイヌビエ以外の水田雑草も対象に調べる予定である。

また、実際に米ぬか農法をする場合に、抗酸化能力の高い米ぬか品種の選定についても検討する。今後、抗酸化物質等の有効成分を用いて水田雑草の発芽試験を行い、吸水時間ごとにRNAを抽出し、cDNA合成後、発芽関連遺伝子についてリアルタイムPCRを用いて発現解析を行う予定である。作物生理学
国際協力によるカイゼン支援の社会的なインパクトに関する研究

本研究が目的とするところは、日本が被援助国であった時にどのようにアメリカの生産性向上支援を受容していたかを検証し、被援助国としての経験がどのようなものであったのか導き出すことである。これまでの研究をもとに「戦後アメリカの生産性向上・対日援助における日本の被援助国としての経験は何かー民主化・労働運動支援・アジアへの展開」(JICA研究所「日本の開発協力の歴史バックグラウンド・ペーパー」No.2 )を執筆。このバックグラウンド・ペーパーをもとに論文「生産性向上のアメリカ対日援助の戦略と労働組合、アジアへの展開ー被援助国としての日本の経験」(「国際開発研究」、27号第2巻、p 69-84)を執筆。この論文の中で次の3点が明らかにした。1アメリカの対日援助が冷戦構造の中で極めて戦略的であった、2日本側において援助の受け入れの中心的な役割を担ったのが政府ではなく経済同友会であった、3労使関係がこの援助の後、戦闘的なものから建設的なものに変化し「日本型労使関係」と呼ばれるものが出来上がっていった。また、この論文を中心に「国際開発研究」において特集号「国際開発におけるカイゼン研究の到達点と今後の課題」の責任編集を行った。また、同特集の巻頭論文「国際開発におけるカイゼン研究の到達点と今後の課題ー学際的アプローチからの政策的インプリケーションの検討」を執筆した。また、さらに本特集号の発刊を記念したセミナーを企画、国際開発学会とJICA研究所の共催によりJICA研究所の国際会議場においてセミナーを実施、約150名の参加を得て活発な議論が行われた。セミナーの報告を国際開発学会およびJICA研究所のHPに掲載するなどし研究成果についてのフィードバックを行うとともに、外務省やJICAとも内容について議論を行った。現在のところほぼ計画した通りに研究が進捗しており、論文の発表やセミナーの実施もできているため。現在、執筆中の英文書籍とジャーナル論文について今後、出版を目指す。当該年度は国内における資料収集結果に基づき論文を作成し、現在、査読中である。また、2018年度6月の国際開発学会において発表する予定である。これまでのところで興味深い発見は次の通り。第1に、戦後のカイゼンの対日援助のかなりの部分が対ソビエトの文脈で行われていたことである。これは東西冷戦の中で、カイゼンを日本に導入することにより、労働者を共産化させず西側に取り込むことを狙っていたものである。そのため、日本側の経営陣よりもむしろアメリカ側がカイゼンの導入に熱心であったことがわかってきた。第2に、日本において労使関係はもともと対立的であったが、援助を受け入れていく中で協調的な労使関係に変化していったことである。つまり、協調的な労使関係は日本においても生産性向上に取り組む中でむしろ作り上げられてきたのである。第3に、米国・対日援助の受け入れにあたって、日本では政府ではなく民間セクター(特に経済同友会)が援助の受け入れに中心的な役割を果たしたことである。むしろ政府は活発な民間の動きを補助的に支える役割を担ったのであり、これは理想的な産業政策の在り方であったと言える。援助受け入れに当たって予算の半分(半年で1億800-3200万円)は日本が負担し、しかも政府ではなく大部分を民間が負担したのである。つまり、民間のコミットメントが高かったと言える。研究内容面では順調に資料を収集をすることができ、翌年度のワシントンでの調査に向けて順調な準備ができた。収集資料に基づく論文は、2018年度春の国際開発学会で発表予定であり、同じく秋に出版予定の同学会の「国際開発研究」の特集号の主要な論文として掲載されることが決まったため。なお、同論文の拡大バージョンのペーパーがJICA研究所のODA歴史研究のバックグラウンド・ペーパーとして採択される予定で、こちらもJICA研究所のホームページに掲載される予定である。最終的には、この拡大ペーパーをさらに手を加え単著に仕上げる予定である。なお、計画段階ではワシントン公文書館での調査を予定していたが、国立国会図書館経由でかなりのマイクロフィルムなどを見ることができることが判明し、計画を変更し当該年度は国立国会図書における調査を中心に行った。

また、この論文を中心に「国際開発研究」において特集号「国際開発におけるカイゼン研究の到達点と今後の課題」の責任編集を行った。また、同特集の巻頭論文「国際開発におけるカイゼン研究の到達点と今後の課題ー学際的アプローチからの政策的インプリケーションの検討」を執筆した。また、さらに本特集号の発刊を記念したセミナーを企画、国際開発学会とJICA研究所の共催によりJICA研究所の国際会議場においてセミナーを実施、約150名の参加を得て活発な議論が行われた。セミナーの報告を国際開発学会およびJICA研究所のHPに掲載するなどし研究成果についてのフィードバックを行うとともに、外務省やJICAとも内容について議論を行った。現在のところほぼ計画した通りに研究が進捗しており、論文の発表やセミナーの実施もできているため。ワシントンでの調査に向けて準備を進める。また、今年度は後半では外務省やJICAに対してフィードバックをしていくことを検討しており、当面はそのための論文や発表資料などの取りまとめを行っていくが、セミナー開催などのロジ的な作業も多く、今後、実施方法を検討していくこととする。現在、執筆中の英文書籍とジャーナル論文について今後、出版を目指す。計画段階ではワシントンの公文書における資料収集を予定していたが、国立国会図書館でかなりのマイクロフィルムを保管しており、それを見ることでかなりの情報を得られることが分かった。そのため当該年度については、これらの情報を精査し逆に米国でなければ入手困難な資料と、その入手先を調べることに集中したため。前年度に海外出張を取りやめた残額があったため。今年度、使用予定。
都市気象学のグローバル展開

1)汎用的都市気象解析を用いたメガシティー30地点の気候シミュレーション:汎用的都市気象解析手法を用いて、世界の30地点のメガシティー気候再現計算を行った。メソスケール解析(解像度1km・広域都市全体)は、過去10年間の気候再現を目的とした「再現計算」および都市域を都市化以前の支配的土地利用に完全に置き換えた「都市化以前計算」の2通りを行った。2)メガシティー30地点における都市・地球2つの温暖化のグローバルな要因分析:上記で行った、メソスケール解析の「再現計算」および「都市化以前計算」の2ケースから、地球温暖化に依存しない都市温暖化による気温上昇量を得ることができる。30都市の気温上昇量と、各都市のインフラ形態、地理条件、気候区分、社会経済状態、などとの関連付けを行い、平成29年度に行った200地点の全球気温解析データを用いた要因分析の結果と比較・参照することによって、都市気象の機構と要因の包括的解明を行った。3)メガシティー30地点における都市の変容予測シミュレーション:平成29年度に行った将来気候予測のための社会・経済シナリオ・適応策シナリオに基づき、メガシティー30地点における都市の変容予測(土地利用・人工排熱・建物粗度)を行い、次年度以降の将来予測計算のシナリオ別入力データとする。具体的には、アメリカの都市計画分野で開発されたSLEUTHモデルを用いた。これは、地形勾配・都市域・土地規制域・交通網の過去の時系列データを基にセル・オートマトンを用いて将来の都市域の変容を予測する物理モデルである。世界中の都市で適用実績があり、物理パラメータ値の制御により、容易に、コンパクト化、交通誘導型開発、などの都市シナリオを実現できるメリットがある。計画調書によれば今年度の計画は以下の3つに集約される。1)汎用的都市気象解析を用いたメガシティー30地点の気候シミュレーション2)メガシティー30地点における都市・地球2つの温暖化のグローバルな要因分析3)メガシティー30地点における都市の変容予測シミュレーション1)については予定通り研究を遂行し、すでに口頭発表レベルでの成果発信を行っている。現在、論文執筆段階にあり極めて順調である。3)については、当初の予定を超える成果が得られており、すでにNature databaseという極めて質の高いジャーナル論文に採択され、全世界に向けてのデータベース公開を待っている段階である。2)については、すでに解析材料はそろい要因分析を進めているが、すでに発表済みの実測データの結果と差異も見られており、さらに詳しい要因分析が次年度において必要であることが判明した。これついては、ジャカルタを初めとする観測データとの比較照合を行うなどの方策を講じている。以上より、研究はおおむね順調に進展していると言える。1)メガシティー30地点における都市・地球2つの温暖化のグローバルな要因分析:昨年度に引き続き、シミュレーション結果と観測データとの比較検討を詳細に行い、ヒートアイランド要因と球気候変動要因の明確な分離とそのメカニズム解明をグローバルなスケールで行う。2)メガシティー30地点における将来都市気象予測:前年度に作成した都市変容予測シミュレーション結果を基に、グローバル・ローカルな社会・経済・適応策シナリオ毎に、擬似温暖化手法を用いて、メガシティー30地点における将来都市気象予測計算を行う。予測計算は、メソスケールおよびマイクロスケールに対してそれぞれ行う。30都市の結果を相互比較することにより、グローバルとローカルの両者の視点を各国の政策決定支援に役立てることが可能である1)人工排熱グローバルデータベースの構築全球人口密度データ(LandScan)と全球夜間光データ(DMSP-OLS)を融合し(以降、夜間光補正人口データ、と呼ぶ)、エネルギー消費原単位法から高精度で推定された複数の先進国の人工排熱データとキャリブレーションを施すことによって、回帰的に人工排熱を推定する手法を提案している。本年度は、2016年から大幅に精度向上される全球夜間光データ(VIIRS)を新たに用いて再計算を行い、新たな人工排熱グローバルデータベース(解像度1km・毎年更新可能)を構築し、HP上で公開した。2)建物粗度グローバルデータベースの構築申請者らは、建物の平均高さ・高さ分散・建蔽率など5つの幾何パラメータから、建物粗度を推定する手法を提案している。また、夜間光補正人口データを基に、GDPなどの経済指標を追加変数として、回帰的に建物粗度を推定する手法を提案している。本年度は、レーザー測量による3次元建物データから計算された複数の先進国の高精度の建物粗度データとキャリブレーションを施すことによって、建物粗度グローバルデータベース(解像度1km・毎年更新可能)を構築し、HP上で公開した。3)全球気象観測データ200地点を用いた都市温暖化のグローバルな要因分析地球温暖化研究においてGlobal Surface Temperature(GST)と呼ばれる全球の気温観測データが利用されてきた。その際、ヒートアイランド影響を排除するため都市観測点は使用されてこなかった。本年度は、観測点の代表性・信頼度などを精査して、過去50年間の都市観測点200地点を抽出し、それぞれの地点での地球温暖化による気温上昇量を差し引いたヒートアイランドによる気温上昇量を算定した上で、都市・地球2つの温暖化のグローバルな要因分析を行った。計画調書によれば、平成29年度の計画は以下の6つに要約される。1)人工排熱グローバルデータベースの構築、2)建物粗度グローバルデータベースの構築3)全球気象観測データ200地点を用いた都市温暖化のグローバルな要因分析、

4)マルチダウンスケーリングによる汎用的都市気象解析手法の適用、5)マルチダウンスケーリングによる汎用的都市気象解析手法の観測検証、6)将来気候予測のための社会・経済シナリオ・適応策シナリオの設定。1)3)については、本年度の主要な研究成果であり、研究実績の概要でも詳しく述べた。研究は調書通りに遂行され、口頭発表・ジャーナル原稿執筆の段階にある。1)については、人工排熱グローバルデータベース(解像度1km・毎年更新可能)の構築を行った。当初計画以上の成果として、全球夜間光データの赤外域の情報を利用することにより、夜間時の高温域(ホットスポット)を抽出して、発電所・大型工場などを特定することができた。2)については、建物粗度グローバルデータベース(解像度1km・毎年更新可能)の構築は都市気象予測技術のグローバル展開に必須である。このようなデータベースは世界で唯一である。3)については、ヒートアイランド強度が、都市要因だけでなく、バックグラウンドとなる気候区分に強く依存するという重要な知見を得た。4)については、汎用的都市気象解析手法を複数の途上国に適用し、の観測点の代表性や信頼性の問題を検討した。5)については、東京・ジャカルタを中心に、フラックス計測を実施し、モデルによる熱収支計算の精度を、比較して検証した。また、マイクロスケール観測を実施し、歩行者レベルにおける微気象や温熱生理指標の計算結果の検証を行った。6)については、次年度以降に行う都市気象将来予測計算のために、グローバルおよびローカルの両視点から社会・経済・適応策シナリオを設定した。1)汎用的都市気象解析を用いたメガシティー30地点の気候シミュレーション:汎用的都市気象解析手法を用いて、世界の30地点のメガシティー気候再現計算を行った。メソスケール解析(解像度1km・広域都市全体)は、過去10年間の気候再現を目的とした「再現計算」および都市域を都市化以前の支配的土地利用に完全に置き換えた「都市化以前計算」の2通りを行った。2)メガシティー30地点における都市・地球2つの温暖化のグローバルな要因分析:上記で行った、メソスケール解析の「再現計算」および「都市化以前計算」の2ケースから、地球温暖化に依存しない都市温暖化による気温上昇量を得ることができる。30都市の気温上昇量と、各都市のインフラ形態、地理条件、気候区分、社会経済状態、などとの関連付けを行い、平成29年度に行った200地点の全球気温解析データを用いた要因分析の結果と比較・参照することによって、都市気象の機構と要因の包括的解明を行った。3)メガシティー30地点における都市の変容予測シミュレーション:平成29年度に行った将来気候予測のための社会・経済シナリオ・適応策シナリオに基づき、メガシティー30地点における都市の変容予測(土地利用・人工排熱・建物粗度)を行い、次年度以降の将来予測計算のシナリオ別入力データとする。具体的には、アメリカの都市計画分野で開発されたSLEUTHモデルを用いた。
離乳後の社会的隔離操作がスナネズミの社会行動および脳機能の発達に与える影響

本年度は研究計画に記載した通り、以下の2項目について研究を遂行した。1.社会的隔離操作の感受期の探索幼若期における社会的隔離体験が、個体の行動を永続的に変化しうるかを調べることを目的とした。オススナネズミを離乳後、2頭で飼育する群、単独で飼育する群、および6週齢時まで単独で飼育され、その後2頭での飼育条件に戻される群(再社会化群)に分け、各実験群の社会行動の発達様式を追跡した。この結果、単独飼育群は2頭飼育群に比べ、攻撃性の顕著な上昇、匂い嗅ぎ行動の増加、社会的不安傾向の上昇といった行動変化を示した、再社会化群は、単独飼育群に認められた攻撃性の上昇は抑制されるものの、2頭飼育群に比べると依然として高い攻撃性を保ち続けた。一方で、その他の行動は、2頭飼育群とほぼ同様の行動傾向に戻った。このことから、離乳後における短期間の社会的隔離体験が、個体の行動学的特性を一部不可逆的に変容することが示され、幼若期は社会的隔離操作の影響に対し高い感受性を有していることが明らかとなった。2.社会的隔離操作が脳機能の発達に及ぼす影響社会的隔離操作による脳由来神経栄養因子および神経成長因子の脳内発現量に与える影響を調べることを目的とした。測定に先立ち測定条件を検討したところ、マウスを用いた先行研究と同様の方法により測定可能であることが示された。実験では、離乳直後の、オスを、2頭飼育群、単独飼育群、および2頭を同じケージ内で網越しにて飼育する群とに分けた。1,3,5,9週後、各個体より脳部位(嗅球、海馬、前頭前野、扁桃体)を摘出し、各脳部位における両因子の発現濃度をEIA法により測定し、比較を行った。この結果、飼育形態の違いによる各脳部位での両因子の発現量の変化は認められなかった。このことから、これら2因子以外の要因が社会的隔離操作により誘発される行動変化に関わっていることが示唆された。
高速変形物体のリアルタイム計測により医療支援システムの研究開発

内視鏡用の超小型固定パターン光源に利用可能な、光源のキャリブレーション手法の開発を行い、その開発に成功した。これまで、光源のキャリブレーションは、クロムボールなど特殊な器具を用意し、間接的に行うか、一様な平行光源を仮定することが主流であり精度も低いものであった。このため、通常、フォトメトリック・ステレオ(PS)では、大量の入力画像を必要とした。これに対して、提案手法では、複数回、光沢のない板(画材用の模造紙と簡易に入手可能)に光をあて、それをカメラで撮影するだけで、分布パラメータと、カメラと光源の位置を推定する手法となっており、利便性と性能を大幅に向上可能である。さらに、初年度に開発したキャリブレーション手法を用いて、当研究室で開発しているアクティブ・グリッド方式の3次元スキャナに、フォトメトリックステレオ(PS)方式の3次元復元アルゴリズムを組み合わせるシステムの開発を行った。これは、グリッド方式で投影するパターンが疎なため、その間を点光源で照らすことで、高密度な復元を実現することを目的とした手法である。加えて、PS方式では、法線は求まるが、実際の3次元座標は不安定になるという問題があるが、グリッド方式で得られる3次元座標を用いることで、これを解消できる。本研究成果は、その新規性が認められ、医療画像で世界最大規模の国際会議であるMICCAIにおける、内視鏡関連の併設ワークショップにおいて、ベストペーパーに選出された。さらに、本研究を通して得られた、プロジェクタに関する知見を生かして、複数のプロジェクタを同時投影することで得られる光の干渉により、複数平面に異なるパターンを同時に投影する手法を開発し、特許出願した。27年度が最終年度であるため、記入しない。
LKB1が不活化した肺癌における腫瘍進展のメカニズムの解明

肺癌細胞株をLKB1の機能喪失変異がある細胞株と正常発現している細胞株に分類し、オミクスデータの統合解析を行った結果、LKB1が不活化した細胞株のみが特徴的に高発現する分泌タンパク質SPARC Related Modular Calcium Binding 1 (SMOC1)に着眼した。SMOC1は、正常組織では特に精巣で発現が高く、成長過程で骨や眼の形成を促進する因子である。In vitroの解析では、複数のLKB1の機能喪失変異がある細胞株において、SMOC1をノックダウンすると癌細胞の増殖が抑制されることをWST assayで確認した。また、癌細胞の移動能を評価するスクラッチアッセィでは、SMOC1をノックダウンすると有意な移動能の低下が確認された。さらに、血管上皮細胞を用いたtube formation assayにおいて、SMOC1をノックダウンした癌細胞の培養上清中では、コントロールと比較して、有意に血管新生が抑制されるという結果も得た。SMOC1の発現レベルの調整機構においては、LKB1のノックダウンに加えて、TNFα刺激・TGFβ刺激など、これまでに他分野でSMOC1の発現に関与すると報告のある因子との関連を検証したがが、SMOC1の発現増強は確認されなかった。TCGAのデータベースを用いた解析では、SMOC1の高発現が予後と関連するという結果も確認した。以上からこれまでの解析で、SMOC1の高発現は、LKB1の機能喪失変異がある肺癌の進展に大きく寄与していることを示唆する結果となった。In vitroの解析において、細胞株によってSMOC1の機能が異なる結果を得たため、その検証に時間を必要としたためである。進捗に大きな遅れはないが、細胞株を用いた研究結果を充実させ、より確信のある解析結果を得るために慎重に細胞株を選出する必要があると考えている。また、SMOC1は分泌タンパク質であるため、細胞株を濃縮してその発現レベルをウェスタンブロット法などによって確認する必要がある。一部の細胞株でsiRNAが働かずノックダウンの効果を検証できなかったことも、今回の研究の遅れにつながったと考えている。今後はSMOC1に標的を絞って、in vitroでの解析及びこれまでのデータの再検を行う。これまでの研究結果を基軸に、SMOC1と結合するタンパク質の同定及び、下流シグナル経路の解析を行い、より確信のある研究結果を構築していく。SMOC1の発現機構の解明においては、低酸素刺激などの条件下で検証を進め、LKB1のノックダウンを同時に行うなど複合的な解析を行っていく。また、in vitroの解析の進捗に応じて、マウスモデルを使用した実験の準備も進めていく予定である。同時に、肺癌の組織検体を用いた免疫染色の準備も進め、染色に使用する抗体の選出や倫理申請に関しても確認し、in vitroの結果に応じて速やかに解析が始められるように体制を整えていく。

同時に、肺癌の組織検体を用いた免疫染色の準備も進め、染色に使用する抗体の選出や倫理申請に関しても確認し、in vitroの結果に応じて速やかに解析が始められるように体制を整えていく。
ヒトラミニンM鎖の構造解析とその組織特異的発現

ヒト胎盤より無酵素的に単離した基底膜の主要構成成分のひとつであるラミニンには既報のマウスEHS腫瘍細胞産生ラミニンのA鎖とは異なるM鎖が含まれている.当研究室ではこれまで未変性ラミニンを認識する單クロ-ン抗体(ID8)を作成し,この抗体カラムを用いてヒト胎盤から大量にラミニンをアフィニティ精製することに成功したが,今回は変性還元ラミニンを抗原として3種の單クロ-ン抗体,2D9,3DM,3DB,を作成した。これらの抗体を用いることにより得られたラミニンの構造,組織分布は以下の通りである。1)精製ヒトラミニンを変性還元下電気泳動したのちウエスタンブロットすると,2D9および3DMはM鎖を,3DBはB鎖を認識した。さらに,M鎖のV8プロテア-ゼ分解物(85KD)に対する反応性の異同(2D9のみ陽性)から2D9,3DMはM鎖の異なる領域を認識することが判った。2)ヒト胎盤cDNAライブラリ-(λgt11)について上記3種の單クロ-ン抗体を用いてイムノスクリ-ニングすることにより,2D9に反応するpHLM(3.5kb)と3DBに反応するpHLB(2.2kb)の2つがクロ-ニングされた。塩基配列分析によりpHLBはB_2鎖の長鎖をコ-ドしていることが解った。pHLMについては現在cDNAの塩基配列を分析中である。3)M鎖認識抗体(2D9,3DM)およびB_2鎖認識抗体(3DB)を用いた免疫染色から,3DBは1D8と同様,腎糸球体および表皮下基底膜を好染するのに対して,3DMは腎メサンジウム領域,尿細管間隙および無髄神経束を好染するなど組織特異的発現が認められ,ヒトラミニンに多様性が存在することが判明した。
輪郭図形間の包含関係の決定

2次元輪郭図形の認識における新しい問題として、図形間の包含関係決定問題を提起し、この問題を解くための手法を考案、検討した。1.包含関係決定手法:図形Bが図形Aに完全に含まれるためには図形Bをどのように移動・回転させればよいかを決定する手法を検討した。まず、図形B回転しないものとして、図形Aに包含あれるように図形Aを移動させる移動ベクトルを求めることを考える。これは、数理形態学(mathematical morphology)における浸食(erosion)演算そのものである。結局、包含関係を決定するには、図形Bを少しずつ回転させながら、図形Aとの浸食演算を行えばよいこととなる。2.侵食演算の実現方法の検討:図形Bによる図形Aの侵食演算は、その定義に従えば、図形Aを適当に移動させながら、図形B内部の画素数の回数だけ図形間の論理積をとるという非常に計算コストのかかる演算である。本研究では、この計算コストを低減させるため、図形Bをその輪郭線だけで代表させる手法を考案した。つまり、図形Aは穴を持たないものと限定するならば、図形Bが図形Aに包含されるということは、図形Bの輪郭線が図形Aに包含されることに等しい。この性質を利用すると、論理積をとる回数を図形Bの画素数からその輪郭線を構成する画素数へと減少させることができる。さらに、図形A穴を持つ場合についても、同じような考え方が適用可能である。実際に、簡単な機械部品のシルエットを画像入力し、これを図形Aとして、円盤状の図形Bで侵食演算、つまり包含関係の判定を行ったところ、侵食演算の定義通りの方法に比べ、本研究で考案した手法は、計算コストが約1/10に減少し、有効性が確認できた。
小児慢性肉芽腫症の分子レベルの解析と診断

慢性肉芽腫症患者末消血細胞の,酸素活性化能とそれに関与する構成成分-特にシトクロムb_<558>-微量測定を可能にした。後者については,特にこのシトクロムの小鎖に細胞外から結合するモノクローナル抗体を用いてフローサイトメトリーを行ない,多くの成果を得た。基礎的成果としては,1.シトクロムb_<558>は,大鎖・小鎖から成り,そのいづれかが遺伝的に欠除すると,いづれも安定して存在しえない(文献1)2.シトクロムb_<558>の小鎖,分子量約2万であるが,その一部を細胞表面に表出した(文献2)膜貫通性蛋白である(昭和63年生化学会大会発表,文献1)。3.シトクロムb_<558>は,食細胞だけでなく,ヒト末消Bリンパ球表面にも存在し,その役割は今後注目すべき問題である(文献3,4)臨床的成果としては,4.末消全血を用いた簡便なフローサイトメトリー的慢性肉芽腫症の診断を可能にした(文献5)。5.上記4の方法を単球分画に応用し,細胞表面シトクロムb_<558>を定量的に測定できるようにした。その結果バリアント型の検出,極端な保因者の検出が可能となった(文献6)。6.生化的検索や免疫細胞化学的手法でもその亜型を明確にしてなかった症例を発見した(文献7)。7.日本には確実な報告のない症例である常染色体劣性型シトクロム欠損型の慢性肉芽腫症を免疫細胞化学的に同定できた(文献2)。今後は,DNA診断を含むより明確な診断法と,これに基づいた根治療法の確立が求められている。
金属破断面微細構造のバーチャルリアリティーによる表現

バーチャルリアリティシステム:バーチャルリアリティシステムを新たに開発し、以下のことが可能となった。(1)3次元CG技術の応用により、電子顕微鏡像の立体表示ができる。応用例として、シャルピー衝撃破断面、弾塑性疲労破断面の観察を行なった。(2)シャッターメガネを用いた、立体資により、立体形状の奥行きの把握が可能となった。(3)ウォークスルーに代表される、画像の動的表示により、微小空間に入り込んだかのような臨場感を味わえる。(4)6自由度入力デバイスを使うことで、画面上の破面の観察の自由度が増え、臨場感を増すことができる。回析アルゴリズムの開発:バーチャルリアリティーの応用例として、微視破断面の解析技法の一種であるFRASTAに応用することを試みた。そのためのアルゴリムを新たに開発し、破壊過程の推測を行なった。この結果、VRの特性を生かすことにより、以下が実現できた。(1)CGの隠面処理の機能がそのまま活かされ、破面の重なりありから破壊の進行状況が直接表示される。(2)立体の形状を持つ破面を自由自在に回転、移動できるので、試行錯誤の対応付け作業の負担が軽減される。(3)破面データの撮影時に水平基準の誤差がある場合にも、FRASTA解析時にそれを補正することができる。(4)破面を移動させることが破壊の時間的進行に相当するため、破面を操作することで時間的な変化を直接把握することができる。(5)対応付けの作業中に破壊の時間的進展を知ることができ、またその試行錯誤が容易に行なえるため、破面の操作を繰り返すことで対応付けの判断基準の曖昧さを補うことができる。(6)三次元デバイスと動画表示の組み合わせにより、破面の任意の箇所に没入していく感覚を味わうことができる。開発したシステムを用い、衝撃破壊、疲労破壊の典型的破面のFRASTA解析を実行した。バーチャルリアリティ・システム:バーチャルリアリティ・システムを新たに開発し、以下のことが可能となった。(1)シェ-ディングなどの3次元CG技術により立体形状の表示ができる。典型的な破面としてシャルピー衝撃試験で得られた破面の3D画像をCGワークステーション上で観察した。(2)シャッタメガネを用いた立体視により立体形状の奥行きの把握が容易になる。(3)ウォークスルーに代表される動画像表示により、微小空間に入り込んだかのような臨場感を味わえる。(4)6自由度入力デバイスを使うことで、画面上の破面をまるで現実にあるかのように操作することができる。また、解析者にとって3次元の操作を2次元に変換する必要がないので負担が軽減される。解析アルゴリズムの開発:バーチャルリアリティーの応用例として、微視破面の一解析技法であるFRASTAに応用することを試みた。そのためのアルゴリズムを新たに考案した。この結果、VRの特性を活かした以下のような特徴があることがわかった。(1)CGの隠面処理の機能がそのまま活かされ、破面の重なり合いから破壊の進行状況が直接表示される。(2)立体形状を持つ破面を自由自在に回転、移動できるので試行錯誤の対応づけ作業の負担が軽減される。(3)破面の形状解析時に水平基準の誤差がある場合にも、FRASTA解析時にそれを補正することができる。(5)対応づけの作業中に破壊の時間的進展を知ることができ、またその試行錯誤が容易に行なえるため、破面の操作を繰り返すことで対応づけの判断基準の曖昧さを補うことができる。

(6)3次元の入出力機能と動画表現を用いて破面の任意の箇所に接近、移動しながら観察することができる。バーチャルリアリティシステム:バーチャルリアリティシステムを新たに開発し、以下のことが可能となった。(1)3次元CG技術の応用により、電子顕微鏡像の立体表示ができる。応用例として、シャルピー衝撃破断面、弾塑性疲労破断面の観察を行なった。(2)シャッターメガネを用いた、立体資により、立体形状の奥行きの把握が可能となった。(3)ウォークスルーに代表される、画像の動的表示により、微小空間に入り込んだかのような臨場感を味わえる。(4)6自由度入力デバイスを使うことで、画面上の破面の観察の自由度が増え、臨場感を増すことができる。解析アルゴリズムの開発:バーチャルリアリティの応用例として、微視破断面の解析技法の一種であるFRASTAに応用することを試みた。そのためのアルゴリズムを新たに開発し、破壊過程の推測を行なった。この結果、VRの特性を生かすことにより、以下が実現できた。(1)CGの隠面処理の機能がそのまま活かされ、破面の重なりありから破壊の進行状況が直接表示される。(2)立体の形状を持つ破面を自由自在に回転、移動できるので、試行錯誤の対応付け作業の負担が軽減される。(3)破面データの撮影時に水平基準の誤差がある場合にも、FRASTA解析時にそれを補正することができる。(4)破面を移動させることが破壊の時間的進行に相当するため、破面を操作することで時間的な変化を直接把握することができる。(5)対応付けの作業中に破壊の時間的進展を知ることができ、またその試行錯誤が容易に行なえるため、破面の操作を繰り返すことで対応付けの判断基準の曖昧さを補うことができる。(6)三次元デバイスと動画表示の組み合わせにより、破面の任意の箇所に没入していく感覚を味わうことができる。開発したシステムを用い、衝撃破壊、疲労破壊の典型的破面のFRASTA解析を実行した。
自励振動半導体レーザの動特性

半導体レーザでは、光ファイバ端面や光ディスク表面などからの反射戻り光が、レーザに再入射すると、戻り光雑音と呼ばれる過剰雑音を発生し、レーザ動作が不安定になる。自励振動レーザは戻り光雑音を低減化できるレーザである。本研究は,DVD用の光ピックアップ光源として開発されている青色レーザについて,共同研究を依頼されている企業と共に,より良好な自励振動への動作条件と瀬設計指針を検討したものである。前年度までの研究により,青色レーザの物性的および構造パラメータを掌握し,実験結果と一致するシュミレーションが行なえるようになった。今年度は,強い自励振動を維持しながら,より低い発振しきい値電流が実現できる条件などを理論的に検討した。半導体レーザで自励振動を得る構造としてこれまでは,活性領域に並列に可飽和吸収領域を設置する構造について検討して来たが,新たな構造として,共振器の軸方向に可飽和吸収領域を設置する構造を共同研究の企業が試作を始めた。そこで,新構造での動作特性についてもシュミレーションプログラムを開発し,解析を行なった。実験結果によく一致するシュミレータが開発でき,低雑音青色半導体レーザの実現に向けて,開発が進められるようになった。しかし、戻り光により自励振動動作そのものが変動し、雑音を低減できなくなる場合もある。また、近年開発が注目されている青色レーザでは、自励振動を得る条件が明確になっていない。青色レーザの物性的パラメータには不明な点が多いが、共同研究を行っている企業研究所で、自励振動レーザを作製し、またパラメータの推定も行っている。当該特別研究員らは、これまで当研究室で開発してきた動作モデルを改良し、企業研究所で行っている実験データを定量的に説明するレベルに至った。これまで、国内外の学会での口頭発表や学術雑誌への投稿を行った。自励振動をする青色レーザが市販される日は遠くないと思われる。また、半導体レーザに戻り光がある場合の扱いになどについても検討を進めている。
分離肝細胞を用いた体外循環型ハイブリッド人工肝臓の評価

研究者らは、生命維持に必要な肝機能を代償し得るハイブリッド人工肝臓の実現のため、コラーゲンゲル包埋肝細胞をホローファイバーモジュールの中空糸外腔に充填することにより新しい肝細胞灌流培養法を開発、これを応用したハイブリッド人工肝臓を作製した。ラットでは全肝の約4%の肝実質細胞を有する人工肝モジュールにより急性虚血性肝不全モデルおよび薬剤性急性肝不全モデルに対し有効な肝補助効果を示した。ウサギでは全肝の約4%の肝実質細胞を有する人工肝モジュールによりウサギ全肝摘出モデルに対し有効な肝補助効果を示した。さらにモジュールを2本使用した場合では肝細胞は8%となり血液凝固機能の有意な改善がみられ、肝補助に使用する肝細胞数の増加とともに肝補助効果が増大することが示された。また、ブタ急性虚血性肝不全モデルでは、全肝の約7%のブタ肝実質細胞を有する人工肝補助システムにより生存時間が有意に延長し、血中アンモニア濃度の上昇が有意に抑制された。プロトロンビン時間では有意差を認めなかったが、出血傾向は人工肝補助により出現時期の遅延を認めた。さらにノーザンブロット法による人工肝モジュール内の肝細胞の解析では、人工肝モジュール内の肝細胞ではプラスミノーゲンアクチベーターインヒビター1(PAI-1)のmRNA発現を単層培養の肝細胞に比べ2倍程度強く認め、凝固線溶系への肝機能補助効果も示唆された。今後、生体への安全性について詳しく検討していく予定である。肝再生不全時の肝細胞障害の一つである肝細胞のapoptosis誘導が注目されているが、そのメカニズムとしてTGF β-1と低酸素の関与を培養肝細胞を用いて証明した。人工肝治療により宿主血清TGF β-1値が低下するとの報告から、人工肝治療の作用機序として、肝細胞のapoptosis誘導を抑制する可能性が示唆され、今後さらに検討を重ねていく予定である。肝機能の主体である肝細胞を組み込んだハイブリッド型人工肝臓の開発を目的として、3.5×10^8個のコラーゲンゲル包埋ウサギ肝細胞含有のホローファイバー型人工肝モジュールを作製し、ウサギ全肝摘出モデルに対して体外循環を施行した。また、モジュールのスケールアップを行い、3.6×10^9個のブタ肝細胞含有の人工肝モジュールを作製し、ブタ肝不全血漿を用いた灌流実験を施行し、以下の知見を得た。ウサギの体外循環では循環動態の改善、生存時間の有意な延長、血中アンモニアの上昇抑制に効果を認めた。人工肝モジュール2本直列に用いた体外循環では、プロトロンビン時間の改善、フィッシャー比の改善等、より強力な肝機能補助効果を認めた。ブタ肝不全血漿の灌流実験では、、本モジュールは1334.0μg/hr/moduleのアンモニア処理能を認めた。また、灌流12時間後にプロトロンビン時間、フィッシャー比、乳酸値の改善を認めた。以上より、本システムが解毒能・合成能・代謝能を有する新たな肝機能補助システムとして有効であることが示唆された。現在、ブタ肝不全モデルに対して体外循環実験を施行し、より詳細な肝機能補助効果と宿主への影響や安全性について検討中である。今後、異種肝細胞を用いた体外循環を施行し免疫学的検討行い、臨床応用へのモジュールの設定を行う予定である。申請者らは、肝機能の主体である肝細胞のコラーゲンゲル内高密度灌流培養法を開発し、これを応用したハイブリッド人工肝臓を作製した。人工肝モジュールは、コラゲナーゼ消化法によって分離した肝細胞をコラーゲンゲルに包埋し、ホローファイバー型モジュールの中空糸外腔に充填したものである。昨年度までにラットおよびウサギによる肝不全または無肝モデルにおいてこの人工肝モジュールの有効性を実証してきた。

さらに本年度は、臨床応用に向けて、さらに大型の5.4×10^9個のブタ肝細胞を有する人工肝モジュールを作製し、その機能評価としてブタ肝不全血漿を用いた灌流実験およびブタ肝不全モデルに対する体外循環による肝補助実験を施行し、以下の知見を得た。ブタ急性虚血性肝不全モデルより採取した肝不全血漿の灌流実験では、本モジュールは1334.0μg/hr/moduleのアンモニア処理能を認めた。また、灌流12時間後にプロトロンビン時間、フィッシャー比乳酸値の改善を認めた。また、ブタ急性虚血性肝不全モデルに対し、肝補助として体外循環下に人工肝モジュールを12時間使用した。肝補助群では非肝補助群に比べ有為な血中アンモニアの上昇抑制、血中乳酸値の上昇の抑制を認めた。さらに、生存時間では非肝補助群の15.8時間に対し肝補助群では31.2時間と有為な延長を認めた。以上より、申請者らが開発した人工肝モジュールを用いた肝補助システムが解毒能・合成能・代謝能を有する新たなシステムとして有効であることが示唆された。現在、より詳細な肝機能補助効果と宿主への影響や安全性について検討中である。研究者らは、生命維持に必要な肝機能を代償し得るハイブリッド人工肝臓の実現のため、コラーゲンゲル包埋肝細胞をホローファイバーモジュールの中空糸外腔に充填することにより新しい肝細胞灌流培養法を開発、これを応用したハイブリッド人工肝臓を作製した。本年度は、これまでにラットおよびウサギによる肝不全または無肝モデルにおいて有効性が実証されたこのハイブリッド人工肝臓を臨床応用に向けてさらにスケールアップし、コラーゲンゲル包埋ブタ肝細胞を組み込んだハイブリッド人工肝臓を作製、その機能を評価するとともに臨床応用の可能性を検討した。人工肝モジュールは、コラゲナーゼ消化法によって分離したブタ肝細胞をコラーゲンゲルに包埋し、ホローファイバー型モジュールの中空糸外腔に充填したものである(組み込み細胞数:5.4×10^9cell)ノーザンブロット法による人工肝モジュール内の肝細胞の解析では、培養48時間後の人工肝モジュール内の肝細胞ではプラスミノーゲンアクチベーターインヒビター1(PAI-1)のmRNA発現を単層培養の肝細胞に比べ2倍程度強く認めた。ブタ急性虚血性肝不全モデルに対する人工肝補助システムによる治療実験では、人工肝補助により生存時間が31.2±3.1時間と有意な延長を認めた。また、体外循環施行中の血中アンモニア濃度の上昇が人工肝補助により有意に抑制された。プロトロンビン時間は有意差を認めなかったが、手術創および肺出血を含めた出血傾向は人工肝補助により出現時期の遅延を認めた。以上より、研究者らが開発した人工肝モジュールを用いた肝補助システムが解毒能・合成能・代謝能を有する新たなシステムとして有効であることが示唆された。今後、さらに詳細な肝機能補助効果と宿主への影響や安全性について検討する予定である。
下準位緩和を利用した固体レーザーの高効率化の基礎的研究

高輝度パルス光の発生は、通常、単パルス発振とその光を増幅する増幅器で構成される。効率や出力、コンパクト性を決定するのは主に増幅器システムである。本研究は、多重パスを利用することでこの増幅器の下準位緩和を有効に利用し、効率を向上させ、通常の増幅器システムの効率の限界の約2倍の効率改善の可能性を追求することである。ネオジューム等の4準位系レーザーの下準位緩和は、レーザー発振に成功した初期の時代から関心を持たれていたが、YAG等の代表的な媒質さえ文献調査では明確な寿命の報告が無く、近年の新レーザー材料にはついてはほとんど報告が成されていない。下記に実施した研究項目と得られた成果を記述する[1]準3準位系(下準位緩和を含む)のレーザーエネルギー抽出効率の計算を行った。(a)固体レーザー材料の飽和パラメーターを考慮した準3準位系増幅方程式(下準位緩和効果を含む)Frantz-Nodvikの式を含んだLowdermilk-Murrayモデル増幅解析コードを開発した。(b)増幅解析コードを用いて、1パス、多重パス構成での、増幅過程を解析し抽出効率の評価を行った。また下準位緩和の効果の有無による最大2倍の抽出効率の向上を確認した。[2]多重パス増幅による下準位緩和による効率の向上測定を行った。(a)シングルパス増幅構成を組み、測定レーザー材料の小信号利得、損失、飽和増幅率を取得した。飽和増幅率からレーザー材料の飽和パラメーターEsを求めた。レーザー材料はLHG8、LHG80、LG750を行った。Esはそれぞれ3.01+0.148Eo,2.64+0.131Eo,2.7+0.17Eo[J/cm^2]であった。(b)多重パス増幅構成を組み、測定レーザー材料の小信号利得、損失、飽和増幅率の取得した。上記のEsを用い、往復時間11nsでは利得回復パラメーターpの値はLG750が0.614,LHG8が0.545,LHG80が0.258が得られた。また35nsではLHG8は0.5の値が得られた。この値は、レーザーガラスの下準位緩和により、上準位のホピュレーションがほぼ完全に利用できる条件であることがわかった。利得回復パラメーターpより、下準位の寿命はLG750で7.6ns,LHG8で4.8nsと推定できた。本研究で多重パス増幅時の下準位の緩和を利用し、従来のシングルパスで想定されていたレーザー蓄積エネルギーの2倍のエネルギー抽出の実現を追求することができた。多重パスシステムを構成し、レーザー媒質の下準位緩和の特性と緩和寿命を測定し、抽出効率の改善を確認した。
細胞性粘菌のcAMPを介した細胞間コミュニケーションに関する研究

本研究は、単細胞生物でありながら多細胞化する細胞性粘菌をシステムとしての生命研究のモデル生物として採用し、細胞内、細胞間のコントロールメカニズムを解明することを目的とした.細胞性粘菌は細胞間コミュニケーションにパルス状のcAMPを利用する.しかし、cAMP分泌は細胞凝集終了と共にその分泌が止まってしまうという問題が存在した.そこで細胞性粘菌を基板上に形成するマイクロウエルに閉じ込め、細胞群の凝集を止めることでcAMPパルスの発生を長時間安定維持し、細胞分化の外部制御を行うチップ上のマイクロラボを構築し、生命システムの本質を明らかにすることを目指した.今年度の成果は、(a)MEMS技術を用い、基板上に直径50-200μ、深さ20-50μのマイクロウエルを作成し、その内部に細胞性粘菌を閉じ込めることに成功した.研究の過程で細胞性粘菌の閉じ込めには基板に対する強い材質依存性の存在が判明し、その実現には困難を極めた.しかし最終的に寒天が最適材料であることを明らかにした。しかも寒天であれば、自ら入り込み、数時間以上安定的にウエル中に滞在した.寒天以外ではマイクロウエルに入り込んでもほどなく飛び出してしまう.(b)細胞シミュレーションとの定量比較を可能にするため、距離情報、時間情報と共に、細胞性粘菌のタイムラプス顕微鏡画像を系統的に取得できるシステムを構築した.ここでは細胞性粘菌のcAMPに対する正の走化性を利用し、cAMPの時間変化を細胞の形状変化で判定するという間接的な計測法を採用した.本研究は初年度としての目標をほぼ達成し、今後は構築したマイクロラボ・オン・チップでcAMPパルスを人工的に生成し、システムとしての生命研究へと展開する予定である.理論的な研究も並行して行い2編の論文を投稿し、現在審査中となっている.本研究は、単細胞生物でありながら多細胞化する細胞性粘菌をシステムとしての生命研究のモデル生物として採用し、細胞内、細胞間のコントロールメカニズムを解明することを目的とした.細胞性粘菌は細胞間コミュニケーションにパルス状のcAMPを利用する.しかし、cAMP分泌は細胞凝集終了と共にその分泌が止まってしまうという問題が存在した.そこで細胞性粘菌を基板上に形成するマイクロウエルに閉じ込め、細胞群の凝集を止めることでcAMPパルスの発生を長時間安定維持し、細胞分化の外部制御を行うチップ上のマイクロラボを構築し、生命システムの本質を明らかにすることを目指した.今年度の成果は、(a)MEMS技術を用い、基板上に直径50-200μ、深さ20-50μのマイクロウエルを作成し、その内部に細胞性粘菌を閉じ込めることに成功した.研究の過程で細胞性粘菌の閉じ込めには基板に対する強い材質依存性の存在が判明し、その実現には困難を極めた.しかし最終的に寒天が最適材料であることを明らかにした。しかも寒天であれば、自ら入り込み、数時間以上安定的にウエル中に滞在した.寒天以外ではマイクロウエルに入り込んでもほどなく飛び出してしまう.(b)細胞シミュレーションとの定量比較を可能にするため、距離情報、時間情報と共に、細胞性粘菌のタイムラプス顕微鏡画像を系統的に取得できるシステムを構築した.ここでは細胞性粘菌のcAMPに対する正の走化性を利用し、cAMPの時間変化を細胞の形状変化で判定するという間接的な計測法を採用した.本研究は初年度としての目標をほぼ達成し、今後は構築したマイクロラボ・オン・チップでcAMPパルスを人工的に生成し、システムとしての生命研究へと展開する予定である.理論的な研究も並行して行い2編の論文を投稿し、現在審査中となっている.
中・高層建築への木材用途拡大を目指した木－RCハイブリッド床システムの開発

本年度では、これまでに検討を行った要素接合部と実大曲げ試験体について、クリープ性能を評価する長期試験を行った。1.接合部単位のクリープ試験とその評価異形鉄筋を溶接した穴あき鋼板及び穴あきチェッカープレートを折り曲げた物、また一般に用いられているスタッドタイプの接合部を用いた接合部せん断クリープ試験を実施した。現在までに、大気下で約1年8か月間、恒温恒湿下で約10か月間継続した加力を行っている。大気下条件では鋼板接着型の両タイプのクリープ変形は0.1mmに満たず、スタッドタイプの変形と比べて相当抑制されており、提案している接合方法の長期性能が高いことが確認された。また、大気下条件では恒温恒湿条件よりもクリープ変形の進行が若干大きい傾向が確認された。2.実大床の曲げ試験及び設計法の検討昨年度短期性能を把握した実大床試験体と同条件の試験体について、短期試験から推定した長期許容耐力に相当する荷重を与え、長期曲げ載荷試験を実施した。現時点で試験開始後約1年が経過した。試験開始1時間後の変形を初期変形としたクリープ変形増大係数は、二次クリープを用いたPower則の計算により6.8程度であり、RC(16)と木材(2)の変形増大係数の中間的値を示すことを確認した。なお、今後継続した試験データを取得することにより、変形増大係数は多少低減されると考えている。つぎに変形予測について、接合部クリープ試験から得られた変形増大係数と、RCと木材の設計用変形増大係数を用いた計算手法について検討した。その結果、剛性梁のたわみ推定式中に各部の変形増大係数と各種の係数を代入することで、実験値に対しやや危険側ではあるが、精度良い推定が可能となる見通しを得た。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本課題の検討項目は、1コンクリートー鋼板ー木接合部の圧縮せん断試験、2接合部単位のクリープ試験、3実大床の曲げ試験及び設計方法の提案、4実大床のクリープ試験、5実用化のための課題整理とその検討、で構成されている。2016年度の研究は、最も基本となる上記1に重点を置いた検討をおこなった。様々な平面・立体形状、表面処理等を持った鋼板接合具を対象に、集成材またはCLT部材中に接着挿入して、鋼板接着部と木部とのせん断試験を実施し、強度発現に有効な要素を把握した。特に、鋼板に穴を設けることで、穴中に接着剤が投錨効果を発揮してせん断耐力性能の向上に寄与することがわかった。また、スリットに注入した接着剤中に鋼板を挿入するだけで、圧締力を与えずにある程度のせん断強度を安定して得ることが出来たが、その接着強度は木部材の基準せん断強度にわずかに達せず、さらなる改良の余地があると考える。次に、木材-鋼板接着試験体は床材として振動による繰り返し加力を受けることを想定し、10万回以上の片振り繰り返し加力実験に供したが、その結果剛性や耐力の低下は確認されず、信頼性を検証できた。また、3の検討として、RC床板と木梁をモデル化したFEM数値解析モデルの構築を検討している。1で得られた試験結果を元にして接合部挙動をモデル化し、解析モデルに組み込むことで木-コンクリートの合成桁を3次元モデル化し、荷重伝達の様子を調査している。最適な接合具配置や接合具の要求性能の把握など、次ステップの4実大試験に向けた予備的な検討となる。さらに2については長期クリープ試験用の加力装置について検討し、治具を設計、発注、組み立てが終了したので、2016年度の結果を踏まえて2017年度に試験を開始する。当初計画において、平成28年度は1接合部せん断実験に関して鋼板接着せん断接合部の仕様を検討し、高性能で施工性や費用的にも優れているものを決定し、2それを用いた単位接合部クリープ試験を開始すること、をあげていた。実際に実施した項目として、1の検討において深く検討すべき課題が見つかったことからそれに対処する一方で、2を開始するのがやや遅れた状態ではあるが、すでに端緒についている。1において繰り返し加力による影響評価試験を新たな項目として実施し、信頼性の確保に向けた検討を追加した。また平行して28年度予定に含まれていなかった数値解析モデルの検討をすでに開始しており、今後の研究進行が円滑に進むことが期待できる。平成29年度の研究は、昨年度良い成果を得られた接合部を用いて、2接合部単位のクリープ試験、3実大床の曲げ試験を実施した。また、3の設計方法のための検討と4の実大床クリープ試験の試験体作成の準備をおこなった。2の成果として、温湿度無調整下で、接合鋼板に穴あけ加工を施した接合具とスタッドをそれぞれせん断抵抗要素とした接合部クリープ実験を実施した。その結果、接着系の接合部におけるクリープ変形は、ほとんど生じていない様子が6か月の観察から明らかとなり、スタッドと比較するとクリープ変形が小さくなることが確認できた。来年度も実験を継続することにより、夏場などの温湿度の影響を明らかにする。