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現代ロシア文化における文学と視覚芸術の相互的影響の解明

「第1回南極ビエンナーレ」で問い直す人類と芸術の関わり」(『ウェブ版美術手帖』)、及び千葉大学で開催した一般向けの講演会等により、研究の成果を広く公開すると共に、2017年12月にウラル連邦大学(ロシア、エカテリンブルク)、2018年1月に国立トレチャコフ美術館(ロシア、モスクワ)で、南極ビエンナーレ等についての専門的な講演を行い、ウラル連邦大学では美術史研究者タマーラ・ガレーエワ博士らと共に、また1月のトレチャコフ美術館のシンポジウム時には、ロシア、フランス、オーストリア、スペイン等の美術研究者、科学者と共に共同討議を行った。2017年8ー9月には、ガレージ現代美術館(ロシア、モスクワ)で、ロシアの美術コレクターでアーカイブ作成者であるレオニート・ターロチキンのアーカイブ調査を進め、ターロチキンの書簡と日記の分析を進めた。この研究成果は2018年度中にロシア語論文として発表される予定である。モスクワ滞在時には、元モスクワ・コンセプチュアリストであるイリヤ・カバコフの旧アトリエ調査、ロシアの現代詩翻訳と詩人の取材、ロシア語の現代俳句についての調査等も行った。モスクワ滞在中にロシアの文学新聞の取材を受け、それらの研究業績が現地の新聞で紹介された。一方で、ロシアの現代アーティスト、ニキータ・アレクセーエフのテクストと視覚芸術の研究を進め、2017年6月には、作家の協力を得て、作家の新作の展示を千葉大学附属図書館で行った。展覧会開催時には、研究の成果を学生のテクストと共に小冊子として刊行し、公開講演会を開催した。また、展覧会終了後には、アクテイブラーニングとして学生と共に現代美術作家の展示を作る試みを検討するために論考を発表した。本研究では、ロシア近現代文化における文学と視覚芸術について検討した。ロシアの芸術家、作家(イリヤ・カバコフ、アレクサンドル・ポノマリョフ、ニキータ・アレクセーエフ、アンドレイ・ベールイ)の作品、ロシア現代美術と現代文学におけるジェンダーとセクシュアリティ、南極ビエンナーレ等について論文を刊行した。また、本研究の成果として、日本、ロシアで、レクチャー、セミナー、展覧会が開催された。現代ロシア詩(歌詞を含む)の研究、翻訳を進め、論文を執筆する。各国の現代詩との比較も行う。現代ロシア美術の研究を進め、美術家のテクスト(カバコフのテクスト、ポノマリョフの詩、アレクセーエフのテクスト等)の分析も行う。作家の居住地(ロシア、アメリカ等)で作品調査を行うが、作家の健康状態等の事情を配慮してもし可能であれば、日本の民間伝承をテーマに創作してきたロシアの作家を日本に招聘し、長野・京都等で共にフィールドワークを行い、「現代ロシア美術における日本の主題」についての研究を進める。招聘が不可能な場合は、作家の居住地での取材を行う。日露児童文化の比較を行い、海外の絵本が日本語に翻訳される際の文体、日露を中心とする絵本・児童書のテーマや構成の相違について調査を進める。また、児童書・絵本の制作に関わってきたロシアの詩人・作家について資料を収集し、各国の状況と比較する。現代ロシア美術と詩を中心とする現代ロシア文学の研究を進め、美術家のテクスト、ヴィジュアル・ポエトリーなどのアーカイブの分析を行う。夏期にモスクワの現代美術館ガレージのアーカイブの調査を予定している。その際に、現代美術作家の作品調査をあわせて行う。ナセトキン、チシコフ、バダニナ、若手作家の作品調査を行う。アレクセーエフを千葉大学に招聘し、アレクセーエフの創作における日本的主題についての研究を継続して行い、作品の展示と公開レクチャーという形で研究成果を一般に公開する。
酸素呼吸量測定による抗癌剤薬剤感受性の迅速測定システムの開発

癌細胞に対する抗癌剤の薬剤感受性を簡便、迅速かつ正確に判定する方法を開発した。すなわち、癌細胞の代謝活性変化をその呼吸量の変化として捉えるところにこの研究の特色がある。癌細胞の活性が高ければ高いほどその酸素消費量は増加し、逆にそれが低ければ低いほど、その酸素消費量は減少する。したがって抗癌剤に対し薬効があればあるほど細胞の酸素消費量は減少する。我々は癌細胞の呼吸量をリアルタイムでみることができる溶存酸素測定装置(DOX-10,DOX-96)を開発・試作した。癌細胞として子宮体癌、子宮頸部扁平上皮癌、卵巣漿液性腺癌、卵巣粘液性腺癌、絨毛癌、癌肉腫ならびに奇形種、神経芽細胞腫、黒色腫、胃癌由来のCell linesと、癌組織からの解離細胞を用いた。また抗癌剤としてvp-16,CDDP,MTX,MMC,CAP,ADM,THP,CPT-11,EPI等を用いた。その結果そのそこの装置を用いると最適な抗癌剤の選択とその至適濃度の決定をほぼ15時間以内で行うことが可能であった。この装置による判定結果はMTT法ならびに担癌ヌードマウスによる判定結果とほぼ一致した。さらにこの装置は従来法と異なり細胞を生かしたままその呼吸量の変化をリアルタイムで計測するため、抗癌剤の相乗効果を判定するのに最適なものである。今後今回得られたノウハウを基に医療の現場で実際に使用可能な30種類の抗癌剤を各5段階濃度でしかもダブルでcheckできる装置(DOX-300)の開発と全自動化の研究を行う予定である。溶存酸素電極を利用し癌薬剤感受性試験を迅速に測定するシステムを開発することを目的に実験を行い以下の結果を得た。材料と方法細胞株:HL-60(ヒト前骨髄芽球性細胞、通産省工技院融合研により分与)、人癌細胞株(理研Ishi'sライブラリーより分与)多チャンネル溶存酸素電極システム:使い捨て酸素電極、10チャンネル測定ユニット(以上、ダイキン工業株式会社で試作)、パソコンからなる。細胞浮遊液を静置した状態で各チャンネル溶存酸素濃度の変化をリアルタイムに測定した。モデル実験としてHL-60細胞のTPA(12-o-tetradecanoyl phrbol 13-acetate)による分化の系を準備した。1X10^6/ml濃度に調整したHL-60細胞にTPAを0.110nM添加した。HL-60細胞の呼吸量の変化を溶存酸素濃度の変化としえ捉え、多チャンネル溶存酸素電極システムで経時的に測定した。この結果をもとに各種培養細胞株と抗癌剤の組み合わせ実験を行った。結果と考察TPA添加によるHL-60細胞の分化は酸素消費量の減少として、072時間の経時的測定の間各々約20分間で容量依存的に捉えることができた。また測定は細胞に対して非侵襲で行われるので、同一サンプルの変化を経時的に追うことが可能であった。次にヒト悪性黒色腫(HTMM株)に対するマイトマイシンCの効果を検討した。マイトマイシンCの濃度増加に伴って培養細胞の酸素消費量は減少した。各種培養癌細胞株の薬剤感受性も同様に短時間に判定が可能であった。このシステムは薬剤による細胞の代謝変化を、呼吸量の変化として測定する。今回の検討で、細菌のみならず細胞においても薬剤感受性の迅速測定が可能な事が確認された。自動化装置に適用可能な点、細胞毒性の進行状況・回復状況を経時的に測定可能な点など、従来の検出方法に比較して有用な測定方法と思われた。今後各種癌細胞に対する適性抗癌剤の種類と濃度の選択を短時間で可能にするシステムの開発をさらに続行する。癌の化学療法を実施するにあたり、薬剤の効果を上げるために数種の抗癌剤を複合投与するのが一般的である。

このような抗癌剤の複合投与が一方で癌治療における多剤薬害として大きな社会問題になってきている。たとえば抗癌剤による副作用の問題、また医療保険システムの崩壊等枚挙に暇がない。この多剤薬害をさけるためには、正確で簡便な癌薬剤感受性の確立が必須である。そこで我々は癌薬剤感受性として全く新しい酸素電極による溶存酸素測定法を考案し、本補助金の申請をした。すなわち、癌細胞の入った密封された培養液中の溶存酸素量を酸素電極で計測すれば、癌細胞のactivityが高ければ高いほどすなわち抗癌剤の効果がなければないほど酸素の消費量が大きく、逆に抗癌剤の効果があればあるほど癌細胞の酸素消費量は減少し、短時間(1時間以内)で癌薬剤感受性の判定が可能であるはずと考えた。この考え方に基づき、本補助金にて平成9年度、10チャンネルの溶存酸素測定装置(ダイキン工業(株)DOX10)を作製した。この装置を用いて、手術で摘出されたヒト胃癌組織あるいは白血病細胞(HL-60)に対する種々の抗癌剤の薬剤感受性試験を行い、さらに従来法であるコロニー法並びにMTT法との比較を行った。その結果、溶存酸素測定装置を用いて短時間で得た癌薬剤感受性試験結果と従来法による癌薬剤効果判定とはほぼ一致する結果を得た。更に平成10年度、この電極の特徴を生かし96穴マイクロプレートの底部に電極を埋め込んだ多チャンネルタイプの酸素電極を作製した(ダイキン工業(株)DOX96)。多チャンネル化したことにより臨床評価が可能となったので、次年度最適な抗癌剤の選択、それらの至適濃度の選択を一括して短時間で行なえるプロトコールを作製する予定である。細胞の代謝活性を細胞の呼吸量から推定することはできないものかと考え、酸素電極(基本特許:ダイキン工業(株)MEC研究所、所有)を用いて溶存酸素量(培養液に溶けている酸素量)を経時的に測定する装置(DOX-10)を当科学研究費補助金にて試作した。この装置を用いて癌細胞の抗癌剤に対する感受性を迅速に判定するシステムの開発を試みた。すなわち密閉された培養液中の酸素量は癌細胞の代謝活性が高いほど減少する。すなわち抗癌剤に感受性があればあるほど溶存酸素の減少は少なくなるはずである。この原理に基づいて卵巣癌、子宮癌、消化器癌、神経腫瘍などについて調べ、その結果を従来のMTT法と比較した。その結果、試作した溶存酸素測定装置により15時間以内に薬剤感受性を判定できることが判明した。またこの結果はMTT法とほぼ一致した。しかし、DOX-10は10チャンネルであるため約30種類の抗癌剤から最適な抗癌剤の選択とその至適濃度の決定を同時に行うことが不可能であること、また必要な細胞数を確保するには大きな癌組織が必要であることが判明した。そこで96チャンネルの装置を試作した。この装置(DOX-96)は電極が容器の底にあり8種類の抗癌剤を各5段階濃度でしかもダブルで同時に測定できるものである。その後、底部の電極は癌細胞が測定時間中に電極上に積もってしまうため、どうしても上差し式の電極が必要なこと、また96個、各々の電極の安定性に問題のあることが判明したので、次の科研費に応募し、30種類の抗癌剤をダブルでチェックできる上差し式の300チャンネルの測定装置を試作するつもりである。この装置ができあがれば針生検片を用いて実際に医療の現場で使用できるものとなり、将来ネオアジュバント療法への道が開けるものと確信している。
身体変化への脳適応機構の解明

サルを対象とした研究では、第一に一方向性筋再配置モデルの解析から、身体改変に対する神経系機能適応のslow dynamicsには2つの局面が存在する事が明らかになった。まず再配置筋及び周辺筋の把握運動時の筋活動パタンとその3ヶ月間の時系列的変化を非負値行列因子分解(NNMF)によって分解する解析方法を確立した(B01:矢野・近藤博士と連携)。抽出された2つの要素は、それぞれ異なった適応の時系列を呈していた。第二に、両方向性再配置モデル(つけかえ)を用いた解析からは、筋シナジーによる運動制御様式にも、その適応過程において2局面が存在する可能性を見出した(B03:舩戸博士と連携)。筋シナジー空間パタン(筋シナジー生成器:脊髄や1次運動野を想定)が変わらず、筋シナジーの時間変動(筋シナジー制御器:小脳や運動前野・頭頂葉などを想定)が適応局面によって柔軟に変化するという適応パタンは、身体や中枢神経系への損傷などへの適応メカニズムのプロトタイプと考えることができる。次に、運動課題中のニホンザルの小脳で苔状線維(入力)、プルキンエ細胞(中間)、歯状核細胞(出力)という3つの神経細胞集団の活動を分析し、歯状核からの小脳出力が未来の小脳入力(=運動野の出力)を予測する情報を持ち、カルマンフィルター等であることを明らかにした(Tanaka et al. The Cerebellum, 2019)。また、運動制御において重要な働きをする運動野ー小脳ループは小学生ではまだ解剖学的にも機能的にも未成熟で、発達と伴にゆっくりと成熟していくことを示した。また、この研究は、人の脳機能が、局所的機能結合が優位な状態から遠距離領域間の機能結合が優位になる状態へと成熟するというslow dynamicsの原理が、運動野ー小脳連関の発達にも当てはまることを初めて明らかにした。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成26年度は本研究課題を進めるためのセットアップ及び基本となる方法論の開発を行なった。まず、サルの上肢運動の際の筋電図記録法及び、そこから筋シナジーを抽出する方法を確立した。また動物の身体改変に必要な腱移行術の術式開発、さらに末梢神経活動への介入に必要な、ウィルスベクターの開発と、サル隔離飼育装置の導入等を行なった。ヒトの筋シナジー抽出に関しては、ヒト脳活動(BOLD信号)の活動パターンを詳細に解析するための最新のデコーディング技術(iSLR)を開発した。また、長期運動訓練に伴う運動野の可塑的変化に関して、世界的サッカー選手であるネイマールで検証し、彼は足の運動をする際に極めて限局した脳活動しか使っていないことを明らかにした。脳内のシナジー制御器の動作原理の解明についてはまず、運動中のサルに様々な外乱を与え、小脳の学習信号である複雑スパイク活動が関連する座標系を同定する計画であるが、これについては、使用する2頭の動物の訓練がほぼ完成し、H27年度以降の神経活動記録の準備が完成した。さらに、神経疾患患者(パーキンソン病、ジストニア等の基底核疾患,脊髄小脳変性症、小脳梗塞等の小脳疾患)の全身運動を高精度のモーションキャプチャーで記録し、クオータ二オンで記述し、全身運動のシナジーをキネマティクスレベルで分析するための準備を行なった。本年度は、次年度からの実験の準備が主目的であったが既に注目すべき結果が得られているので、当初の計画以上に進展の評価とした。具体的には、まず霊長類の上肢運動の評価に必要な筋シナジー解析の方法が確立しただけでなく、従来記録したデータの再解析から、脊髄、赤核、皮質など複数の領域に筋シナジー生成器の存在が示唆された。また次年度以降の身体構造への介入実験を行なうための霊長類関連の機器や施設の準備が完了した。ヒトを対象とした筋シナジー制御器の同定ではiSLRという新しいデコーディング法を開発し、人差し指と中指など従来の脳機能マッピングでは分離することが難しかった微細な脳内身体表現を分離して同定することを可能にした。身体認知に関しては、筋肉の筋紡錘センサーを振動刺激することで人間が体験できる、四肢の運動錯覚現象(姿勢変化知覚)を用い、人間が自己の身体像変化を知覚する場合には、右半球の上縦束第3ブランチで結合された前頭(44野)-頭頂(PF野)ネットワークの活動が本質的であることを明確に示した。筋シナジー制御器の同定の目的の為には2つの柱で研究を進めてきた。まず、外乱実験に使用する2頭のニホンザルの訓練がほぼ完成し、H27年度以降の小脳からの神経活動記録の準備が完成した。この実験では、同定されたプルキンエ細胞での複雑スパイクの記録が特に重要であり、現在同定方法のノウハウを積み重ねつつある。次に、神経疾患の患者でモーションキャプチャーによる精密なキネマティクスの記録を行うが、細かなノウハウの積み重ねで効率良く短時間でデータを取得することが患者での研究成功の鍵を握るため、健常者でのテストを進めている。

抽出された2つの要素は、それぞれ異なった適応の時系列を呈していた。第二に、両方向性再配置モデル(つけかえ)を用いた解析からは、筋シナジーによる運動制御様式にも、その適応過程において2局面が存在する可能性を見出した(B03:舩戸博士と連携)。筋シナジー空間パタン(筋シナジー生成器:脊髄や1次運動野を想定)が変わらず、筋シナジーの時間変動(筋シナジー制御器:小脳や運動前野・頭頂葉などを想定)が適応局面によって柔軟に変化するという適応パタンは、身体や中枢神経系への損傷などへの適応メカニズムのプロトタイプと考えることができる。次に、運動課題中のニホンザルの小脳で苔状線維(入力)、プルキンエ細胞(中間)、歯状核細胞(出力)という3つの神経細胞集団の活動を分析し、歯状核からの小脳出力が未来の小脳入力(=運動野の出力)を予測する情報を持ち、カルマンフィルター等であることを明らかにした(Tanaka et al. The Cerebellum, 2019)。また、運動制御において重要な働きをする運動野ー小脳ループは小学生ではまだ解剖学的にも機能的にも未成熟で、発達と伴にゆっくりと成熟していくことを示した。また、この研究は、人の脳機能が、局所的機能結合が優位な状態から遠距離領域間の機能結合が優位になる状態へと成熟するというslow dynamicsの原理が、運動野ー小脳連関の発達にも当てはまることを初めて明らかにした。まず、総指伸筋(EDC)と浅指屈筋(FDS)を相互に付け替える交差再配置モデルを確立した。前述の一方向性モデルは、BRDの元の機能は欠損したままなので、「機能代償モデル」である一方、両方向性モデルは屈筋と伸筋の機能が「入れ替わる」という点で身体改変モデルと呼ぶことができる。両方の動物モデルにおいて、術後から再訓練を行うと数ヶ月後には見かけ上術前と変わらない運動(手首屈曲伸展または把握運動)が行われるまでに回復し、定常状態に到達した。しかし、興味深いことにこの定常状態は術前とは異なっていた。またこの定常状態に至る過程には行動および神経活動指標ともに2相性のダイナミクスが認められた。このダイナミクスは身体改変に対する脳神経系適応のスローダイナミクスを反映していると考えられる。次に、運動課題を行うニホンザルの小脳から記録された苔状線維(入力)、プルキンエ細胞(中間表現)、歯状核細胞(出力)という3つの神経細胞集団間の活動の関係性を分析し、歯状核からの小脳出力が未来の苔状線維入力を予測する情報を持っていることを明らかにした。また、B02近藤グループと共同でMicrosoft社の協力を得てKinect v2というゲーム機用のセンサーを利用した低コストの全身運動の記録・評価システムを完成させた。さらに、ヒトの運動領野ネットワークと上縦束第3ブランチという脳内神経線維で結合される下前頭-頭頂ネットワークがどのように自己身体認知に関与しているのか、これらが発達という脳のslow dynamics過程において示す可塑的変化に関する研究を行った。その結果、ヒトの脳内身体表現の定型発達に伴う貴重なslow dynamicsの知見を提供した。今年度は予定通りの研究が進捗すると同時に、7本の英文原著が出版された。上記とは別に、項目間連携で脳卒中患者の筋シナジーを用いた脳内身体表現マーカーが日伊共同研究で確立しつつあり、今後解析と論文化を進めてゆく必要がある。
宗達を中心とする琳派研究

昨年度にひきつづき、十七世紀初頭に活躍した絵師、俵屋宗達の主要作品を分析対象とした。本年度の成果の一部は「宗達筆「源氏物語関屋・澪標図屏風」の造形手法」として『東京藝術大学美術学部論叢』7号(2011年刊行予定)に掲載される。「源氏物語関屋・澪図屏風」(静嘉堂文庫美術館蔵)は古典物語を主題とする金地大画面作品として重要な作例であり、もと伝来した醍醐寺に関わる資料が発見されたことで制作年や注文主がほぼ特定され、近年注目を集めている。本研究では、源氏絵および物語の舞台となった住吉を描く関連作例が相次いで紹介されていることをうけ、主に造形面から作品に考察を加えた。論点はモチーフの配置方法、背景の設定、両隻で相似形となる構図であり、相似形の構図が左右隻の入れ替えを可能としていることを指摘した。すなわち物語の順では「関屋図」が右に位置するが、これまで図版掲載や展覧会では左に置かれることが多かったのである。その理由と、どちらの配置をも想定させる造形要素について論じ、宗達の機知的な表現手法を浮き彫りにした。本年度はさらに、昨年調査を行った宗達筆「雲龍図屏風」(フリーア美術館蔵)を中心に、宗達と他の琳派の絵師による水墨画について、「たらしこみ」技法を軸とする分析をすすめた。主に用語が近代以降に定着する様相、技法成立に関する諸説の分析、宗達活躍期とそれ以後の用法の違いについて、現在論考をまとめている。本研究は俵屋宗達について、近年における「琳派」概念の見直しを受け、作品をめぐる問題点の洗い直しをもとに、詳細な観察と諸資料を通して作品が生み出された当時の文脈を回復し史的位置付けを再考することを目指す。本年度はまず、前年から継続して調査研究をすすめている宗達筆「舞楽図屏風」(醍醐寺蔵)について論文をまとめた。これは土谷恵氏や五十嵐公一氏らによる醍醐寺関連資料の紹介をうけ、宗達活躍当時に醍醐寺でそれまで途絶えていた伝統行事の桜会(主に桜の時期の舞楽をともなう法会)を再興しようとする動きのあったことを指摘し、このことが同寺が宗達に桜をともなう舞楽図の制作を注文した一因となった可能性を述べたものである。これまで構図や色彩の効果に論点が集中しがちであった作品に、制作背景という新たな視点から解釈を加えることを試みた。成果は「俵屋宗達筆「舞楽図屏風」の制作背景」として『美術史』167冊に掲載された。つづいて、宗達が前時代および同時代の造形とどのような影響関係にあったかという点について、いわゆる中世やまと絵屏風からの図像と料紙装飾的技法の摂取という点から調査をすすめた。宗達は作品の独自性がとくに強調される傾向にあり、先行作例とのかかわりを具体的に検証する余地がある。主な調査対象は、宗達筆「槇檜図屏風」(石川県立美術館)と宗達筆「松島図屏風」(フリーア美術館、アメリカ)である。実物に接しての細部観察により得られた知見は学内での口頭発表を経て、現在論考を準備中である。さらにフリーア美術館では宗達筆「雲龍図屏風」の調査も行い、これをもとに宗達の水墨画技法についても分析をすすめている。
標準化された部品を用いて組立てる「機械学習キット」の開発

中学校の技術科において生徒が機械的な動く仕組みを製作して動かす実習を通して様々な機構に触れて学ぶことができる,組立て式の機構学習キットの開発を行った。キットは回転軸と無給油ブッシュ,プーリー,歯車,スライダー,リンク等数サイズから構成されている。機構学習キットの教育的効果を評価するために研究授業を行った。研究授業は、講義と実例紹介による従来型の授業と、機構学習キットを用いた授業を行い,それぞれの授業後に生徒たちを対象としてアンケート調査を実施した。その結果,機構学習に本キットを用いることによって,生徒は高い関心を持って授業を受けることができ,身近な機械の仕組みをよく理解することができたことが分かった。本研究は組立て式の「機械学習キット」の開発を目的としている。そこで今年度はキットの構成部品に関する検討,ならびにこのキットを用いて製作可能な機構作品例を3D-CAD上で検討した。構成部品に関する検討(1)基盤と軸基盤は,外寸を300×300×12,これにパーツを取付けるためφ10.2mmの穴を20mm間隔で225個明けた構造とすることとした。この基盤はアダプタを用いて,上下左右ならびに立体的に何枚でも接合できる構造になっており,様々なサイズの機構作品を制作することが可能である。なお,材料は合板で試作したが,厚さのバラつきがあるために,今後さらに検討する。軸は,基盤に各種のパーツを取付けるために用いるものであり,外径φ8mmのデフロン製の円柱にM4寸切りボルトを貫通させた構造とする。これを基盤に取り付ける際には,樹脂製の無給油ブッシュを併用することによって,軸の滑らかな回転を実現する。(2)軸の回転をパーツに伝達する構造プーリーや歯車等のパーツを回転軸に取付ける際に空転を防ぐ噛み合い構造とする。(3)ベルト伝動装置を構成する部品キットの基本的な構成部品として,各種の有効径を持つプーリーを試作した。試作においてはアクリルを用いたが衝撃に弱く割れやすいので,デルリン等のエンジニアリングプラスチックの利用を検討している。(4)リンク装置を構成する部品様々な長さを実現可能なリンクとスライダーを試作した。試作ではアクリルを用いたが,デルリンの利用を検討している。(5)歯車伝動装置を構成する部品様々な歯数の歯車を組み合わせることができるよう,使う歯車に最適な軸間距離を実現するためのアダプタを試作した。機構作品例の検討このキットを用いることを前提として,ピンポン球を運ぶ様々な機構,小学校での活用例として「動く掲示板(月替わり)」の機構を検討した。昨年度に設計・試作した「機械学習キット」を中学校の1クラスの授業に必要なセット数を揃えて,それらを用いて中学校技術科の授業において授業実践を行った。その結果,本キットの改善すべき課題を明らかにすると共に,授業における活用方法を検討した。「機械学習キット」の試験的量産本キットを活用した授業を西条市立西条西中学校の協力を得て実施することになった。中学校側との打合せの結果,授業を4人一組10班体制で実施することとし,教員用の1セットを含めて11セットのキットを製作した。基盤の素材は厚さが比較的均一であるシナベニヤ,その他のおもな部品はデルリンを用いて,3次元造形装置による切削加工で製作した。また,歯車については市販品を使った。「機械学習キット」を用いた授業実践西条西中学校において,「機械学習キット」を用いた授業実践を行った。その際には,教師が種々の組立図を描き各班(生徒たち)に配布し,生徒たちが組立図に従って製作を行った。その結果,1時間の授業内で全ての班が機構の組み立てに成功し,短時間での機構学習に効果があることが確認できた。各部品の量産方法の検討「機械学習キット」に含まれる部品の多くはアクリルやデルリンなどのプラスチックを切削加工して試作されているが,より少ない工程で製作できるよう設計変更を行った。新しい設計による部品製作を22年度に実施する。切削加工に予想以上に時間がかかったために樹脂成型の試行ができなかった。部品の形状変更と製作前年度の研究の結果,「機構学習キット」を構成する部品の設計変更を行った。主要な変更点は,(1)加工工数を減らすための形状ならびに寸法の変更,(2)回り対偶や滑り対偶を実現する部品の動きがよりスムーズになるように材質および形状の変更,(3)部品種類を減少させることを目的とした形状の変更である。これらの変更の結果,昨年度製作した部品に比べて概ね半分の時間と材料でキットに必要な部品を製作することができた。機構学習キットを用いた授業実践と得られた評価「機構学習キット」の教育的効果を評価するために,西条市立西条西中学校2年1組と2組を対象に研究授業を行った。

1組には講義と実例紹介による従来型の授業を行い,2組には「機構学習キット」を用いた授業を行い,それぞれの授業後に生徒たちを対象としてアンケート調査を実施した。授業時間は50分×2時間連続であり,両方の組に対して同じ中堅の技術科教員が授業を行った。どちらの授業も身近な機械である扇風機の首振りやエンジンが動く機構を理解させることを目的としており,それらに至る過程として一方は板書と配布資料を用いた講義形式,他方は機構学習キットを用いた実習形式を取っている。その結果,機構学習に本キットを用いることによって,生徒は高い関心を持って授業を受けることができ,扇風機の首振りやピストンからクランクへの運動の変換をよく理解することができたことが分かった。
リソソーム膜タンパク質による新規多剤耐性獲得機構の解明

リソソーム膜タンパク質LAPTM4aはユビキチンリガーゼであるNedd4-1および小胞輸送の因子であるEps15と結合することを明らかにした。さらに、リソソームへの輸送に、ESCRT複合体が関与することも明らかになった。また、LAPTM4aはエンドソームの内部小胞に隔離され、リソソーム内で分解されることを明らかにした。LAPTM4aが抗がん剤耐性に寄与しているか明らかにするため、LAPTM4aをヒト細胞に発現させ、抗がん剤暴露後の細胞生存率を検討したところ、発現前に比べて生存率は有意に上昇した。申請者が行ったこれまでの実験から、LAPTM4αはTGNからリソソームへと輸送されることが明らかとなっている。この輸送が如何にして行われているか、その分子メカニズムを明らかにすることを本年度の研究の目的とした。小胞体で合成されたリソソーム膜タンパク質はゴルジ体を経てTGNで選別され、エンドソーム/リソソームへと輸送される。TGNからの輸送には、アダプタータンパク質(AP)複合体やGGA (Golgi-localizing, gamma-adaptin earhomology domain, ARF-binding protein)の関与が考えられる。そこで、LAPTM4αの輸送について、TGNからリソソームへの輸送に最も関与すると考えられるAP-1とGGA3に注目して、ヒトHeLa細胞を用いて以下の実験を行った。タグ付きLAPTM4αを用いた免疫沈降(in vivo)解析でAP-1とGGA3との相互作用について検討をおこなったが、相互作用は認められなかった。各輸送タンパク質をRNAiで抑制しLAPTM4αのリソソームへの輸送の可否を明らかにしたが、AP-1やGGA3との関与が否定され、新たにLAPTM4αと相互作用しTGNからの輸送に関与し得る因子を同定することに成功した。また、LAPTM4αのユビキチン化がリソソームへの輸送に関与するか、ユビキチン化不能変異体を用いて検討をおこなったところ、ユビキチン化不能変異体においても依然ユビキチン化が観察され、さらにリソソームへの輸送とユビキチン化は必ずしも相関しないことが示唆された。当初の計画通りに、実験は遂行できているため。一部、当初の予想に反した結果が得られたが、計画通りに進まなかった場合に想定していた計画に則って遂行できたため、支障なく研究計画を進めることが出来た。さらに、LAPTM4αは3つのPYモチーフを介してユビキチンリガーゼNedd4-1と結合し、そのモチーフに変異を導入するとNedd4-1と結合せず細胞膜へ輸送されるが、LAPTM4αのユビキチン化はリソソームへの輸送には相関しないことを前年度までに明らかにしてきた。すなわち、Nedd4-1はLAPTM4αとは異なるタンパク質をユビキチン化し、そのユビキチン化されたタンパク質がLAPTM4αと結合することで、LAPTM4αをTGNからリソソームへと輸送する可能性が示唆されていた。本年度、LAPTM4αと結合が確認されたあらたなタンパク質がNedd4-1にユビキチン化されることでLAPTM4αの輸送に関与する可能性を示唆することが出来た。さらに、LAPTM4αの機能解析を目的として、LAPTM4αが実際に薬物輸送タンパク質として機能しているか否か細胞レベルで検討を行ったが、野生型と変異体で生存率において、顕著な差が認められなかった。今年度は途中から、産休および育休を取得したため、本研究課題の進展が途切れたが、前年度に予定よりも前倒しで進んでいたため、大幅な遅れとなることはなかったため。これまでの研究から、リソソーム膜タンパク質LAPTM4aが抗がん剤のリソソーム内隔離に関与することが示唆されており、LAPTM4aを新たな多剤耐性機構のコア因子として位置づけ、細胞内分子メカニズムや薬剤に対する基質特異性の解析を行った。以下にその結果を示す。1LAPTM4aはユビキチンリガーゼであるNedd4-1と結合することを明らかにした。Nedd4-1との結合は、LAPTM4aのリソソームへの輸送に必要であるが、LAPTM4aのユビキチン化がこの輸送には関与しないことも明らかとなった。2LAPTM4aは新たに、細胞内輸送分子のひとつであるEps15とそのDIIIドメインを介して相互作用することを見いだした。3LAPTM4aはリソソームへ輸送された後、エンドソームの内部小胞に隔離され、リソソーム内で分解されることが明らかにした。4LAPTM4aのリソソームへの輸送にESCRT複合体が関与することが明らかとなった。ただし、これは既存の多胞体様小胞内への隔離ではなく、多胞体様小胞上へのソーティングに関与することが示唆された。5LAPTM4aが抗がん剤耐性に寄与しているか明らかにするため、LAPTM4a野生型およびリソソームへ正しくソーティングされない変異型を哺乳動物細胞に発現させ、抗がん剤暴露後の細胞生存率をMTTアッセイを用いて検出したが、発現前と比較して、生存率は有意に上昇したものの、野生型と変異型との間には有意差は確認できなかった。以上の結果から、LAPTM4aの細胞内輸送分子機構については多くの新しい知見を得ることが出来たが、多剤耐性については不明な点が未だ多く残っている。

今後は、薬剤耐性を引き起こすとしてよく知られているP-糖タンパク質やMRP1との相関について、より詳細な検討を行っていく予定である。リソソーム膜タンパク質LAPTM4aはユビキチンリガーゼであるNedd4-1および小胞輸送の因子であるEps15と結合することを明らかにした。さらに、リソソームへの輸送に、ESCRT複合体が関与することも明らかになった。また、LAPTM4aはエンドソームの内部小胞に隔離され、リソソーム内で分解されることを明らかにした。LAPTM4aが抗がん剤耐性に寄与しているか明らかにするため、LAPTM4aをヒト細胞に発現させ、抗がん剤暴露後の細胞生存率を検討したところ、発現前に比べて生存率は有意に上昇した。引き続き、新たに得られたLAPTM4αの相互作用タンパク質について、今後もそのタンパク質との機能解析を詳細に実施する。また、LAPTM4αの生理機能の解析を目的として、LAPTM4αが実際に薬物輸送タンパク質として機能しているか否か、細胞レベルで以下のように検討する。1多くの抗がん剤(daunorubicin, doxorubicin等)は蛍光物質であることを利用し、LAPTM4α野生型やPYモチーフ変異体、ユビキチン化不能変異体を発現した細胞あるいは正常およびLAPTM4α欠損マウス胎児繊維芽細胞を用いてこれら薬物の細胞内分布を共焦点レーザー顕微鏡により調べる。2細胞膜に局在するLAPTM4αが抗がん剤の細胞外への排出に寄与するか否か、daunorubicin等の細胞内への取り込みをフローサイトメトリーによって定量する。3アデノウイルスベクターによるLAPTM4αの過剰発現系を構築し、LAPTM4α欠損マウスの胎児繊維芽細胞で観察される薬物感受性がLAPTM4αの過剰発現により回復または耐性を獲得するか否かについて検討する。今後は、新たに同定された因子とLAPTM4αの輸送分子機構について詳細な解析を進めるとともに、LAPTM4αの薬物輸送タンパク質としての機能解析を行なっていく予定である。これまで、HeLa細胞を使って生理機能の解析を行なってきたが、その他のがん細胞にも着目して、その生存率を検討する必要がある。とくに、主な薬物輸送タンパク質のひとつであるP-糖タンパク質を高発現した細胞と発現量の少ない細胞とを用いて、LAPTM4αの寄与について解析を行ないたいと考えている。同時に、これまでに報告されているP-糖タンパク質およびMRPとの基質特異性を比較解析することにより、LAPTM4αとこれらの薬物輸送ポンプとの機能的相関性について検討する。LAPTM4αを過剰発現させた細胞をMRPの阻害剤で前処理し、薬物のリソソーム内隔離に対する阻害剤の効果を解析することで、LAPTM4αがMRPとは異なる分子機構により薬物輸送ポンプとして機能しているか否かについて明らかにする。また、細胞膜に局在するLAPTM4αが抗がん剤の細胞外への排出に寄与するか否か、抗がん剤の細胞内への取り込みをフローサイトメトリーによって定量する。細胞生物学今年度使用予定であった、細胞培養に係る経費(血清や培地、抗生物質等)が一部、計画変更のため使用しなかったため。年度途中から、産休及び育休を取得し、本研究が中断したため。研究計画の一部変更に伴い、次年度のタンパク質ータンパク質相互作用の詳細解析を目的とした生化学的実験に使用する予定である。
都市のサステイナビリティの定量的評価に関する実証的研究

都市は資源・エネルギーを投入し、廃棄物を排出することで支えられているが、この投入と排出は厳しい制約を受けつつあり、環境共生都市、環境適合型都市など持続可能な発展の理念を導入した都市づくりが進められようとしている。また、環境自治体構想にみられるように都市の環境監査システムの考え方も普及しつつある。しかし、現在の都市システムを持続可能なそれへと転換する理論的な根拠及び都市のサステイナビリティ(持続可能性)に関する定量的な評価手法の開発は十分とはいえない状況である。平成9年度は、既存の評価モデル(LCAパソコンソフト、地域資源勘定モデル、Hiddenヒデンフローモデル、環境効率評価モデルなど)を体系的に整理し、サステイナビリティ(持続可能性)評価の構造分析を行った。その結果、影響範囲の設定(あるいは切断)、異なる単位の等価変換方法が評価モデルを作成する上で、鍵となることを明らかにした。平成10年度では、前年度実施した、サステイナビリティ(持続可能性)評価の概念的分析を踏まえ、その実用可能な定量評価手法の開発の基礎的な検討を行った。LCA(ライフサイクルアセスメント)の都市への適用の可能性を探るため、産業連関方式と積み上げ方式の両方式によって、住宅のライフサイクルエネルギー、ライフサイクル二酸化炭素を算出した。その結果、いくつかの仮定を必要としたが、伝統的住宅と現代住宅では2倍程度の差があることが明らかになった。平成11年度は、持続可能な構想の実現のための政策提言として、環境マネージメントシステム、製品責任の拡大、マーケット・インセンティブ、情報の収集と提供、総合勘定の採用、持続可能な発展指標、資金調達、補助金制度の改革、収益中立的な税の転換があげられており、今後は環境会計に代表されるように、資金・税・勘定などのソフトな仕組みが必要となる点を明らかにした。本研究の目的は、都市のサステイナビリティ(持続可能性)の概念整理を行い、資源希少性、資源循環性、環境負荷性の3つの側面から都市のサステイナビリティに関する定量的な評価手法の開発することにある。本年度は研究初年度ということで、次の点を明らかにした。第1に、既存の評価モデル(LCAパソコンソフト、地域資源勘定モデル、Hiddenヒデンフローモデル、環境効率評価モデルなど)を体系的に整理し、サステイナビリティ(持続可能性)評価の構造分析を行った。この点については、公平性の観点から見た持続可能性の定量評価との連動で次年度以降より具体的な方法を探っていきたい。第2に、大阪府T市を対象に、環境統計・データを収集し、都市を総体として持続可能なものに転換する政策変数の体系的を行った。環境負荷については、二酸化炭素を代表指標とすることが有効であることは確認されたが、共生、参加概念を含む総合・合成指標を実際に定量するには、データの整備が遅れていることが明らかになった。この点について、自治体の環境マネージメント・監査制度に集約する方向でさらに検討を進める。第3に、ゼロ・エミッション的な資源循環プロジェクトを中心に、持続可能な開発構想・プロジェクト事例の収集と現地調査を行った。これらの構想・プロジェクトは環境社会実験として実施することが適切と判断され、そのため総合的なフィージビィリティ判定のシステムの概念枠組みを作成した。本研究の目的は、都市のサステイナビリティに関する定量的な評価手法を開発することにある。本年度は2年度ということで、次の事項の検討を行った。前年度実施した、サステイナビリティ(持続可能性)評価の概念的分析を踏まえ、その実用可能な定量評価手法の開発の基礎的な検討を行った。

その結果、いくつかの仮定を必要としたが、伝統的住宅と現代住宅では2倍程度の差があることが明らかになった。この算出・評価に必要となるデータベースのサーベイと原単泣の利用可能性を検討したが、その整備は不十分であり、都市を対象に実用に耐えうる水準に達していないことも明らかとなった。また、サステイナビリティを評価する基礎空間単位として流域圏の妥当性も検討した。資源循環性、特に水資源などの場合、総合性を確保する点から評価単位として有効な場合が多いことも明らかにした。さらに、サステイナビリティ評価における公平性について明らかにするため、ベトナム工業開発と環境保全の実態分析を行い、途上国の都市における持続可能性の問題点を抽出したうえで、環境経済統合型の政策立案・評価フレームを作成した。以上の検討から、都市の建設・活動のサステイナビリティ評価モデルの構築にあたってはLCAをベースに基礎情報を得ながら、エコリュックサック、エコエフィセンシーを定量化する手法がより、有効性も実現可能性も高いものになることを明らかにした。本研究の目的は、都市のサステイナビリティに関する定量的な評価手法の開発することにある。本年度は3年度目の最終年度ということで、次の事項の検討を行った。前年度は、都市の建設・活動のサステイナビリティ評価モデルの構築にあたってはLCAをベースに基礎情報を得ながら、エコリュックサック、エコエフィセンシーを定量化する手法がより、有効性も実現可能性も高いものになることを明らかにした。LCA的な思考により個々の物質のエコリュックサックから、物質量に応じて、物質集約度の総和(総物質消費)を求めることができる。ファクター10、ファクター4もこの中に含まれるもので、ファクター4とはエネルギー生産性、物質生産性、輸送生産性の4倍化を図るものである。技術的には数多くの成功事例が見られるが都市を対象にした作り替えにはまだまだ成功してない。そこで本年度は、持続可能な構想の実現のための政策提言としてあげられている、環境マネージメントシステム、製品責任の拡大、マーケット・インセンティブ、情報の収集と提供、総合勘定の採用、持続可能な発展指標、資金調達、補助金制度の改革、収益中立的な税の転換について、特に環境会計に代表されるように、資金・税・勘定などのソフトな仕組みが必要となることを明らかにした。本年度は、さらにこれらの試算も試みたが、環境指標の体系化のような形となった。確かに、都市の持続可能性は複雑なものであり、ごく少数の指標で表現することには問題があることも指摘した。3ヵ年本研究を続けてきて、持続可能な定量評価がまだGDPを補完/対峙するまでには至ってない状況にあることを明らかにしたが、その一方で環境ファンドのような新しい試みが始められており、この点に期待を込めて報告としたい。
白血病・骨髄異形成症候群発症におけるAML1遺伝子変異の生物学的意義

AML1/RUNX1遺伝子は造血初期発生制御において中心的役割を担う転写因子をコードし、同時に、ヒト急性白血病におけるもっとも高頻度の遺伝子変異の標的のひとつでもあることが知られている。当該研究では、染色体転座による古典的AML1融合遺伝子形成ではなく、最近明らかにされたAML1/RUNX1のゲノム遺伝子変異による白血病・骨髄異形成症候群の発症過程の分子メカニズムを明らかにすることを、その目標としている。本年度は以下の諸点を明らかにした。1.白血病骨髄異形成症候群の自験170症例について、DNA結合ドメインに相当するエクソン3から6におけるAML1遺伝子座のゲノムDNA変異をSSCP法によって検討し、うち5例(2.9%)に変異を認めた。2.うち2例はN末端近くでのフレームシフトであり、単純な機能喪失型変異と考えられた。また、1例はサイレント変異であり、アミノ酸配列に変化を生じないものであった。3.一方、2例にDNA結合ドメインのC末端近傍の挿入型変異(それぞれI150insおよびK168ins)を見い出した。4.これらのAML1変異体はAML1欠損ES細胞の造血障害をレスキューすることができず、微細な変異ではあるものの、生物活性に関しては機能喪失しているものと考えられた。5.また、I150insまたはK168insを胚細胞系列に導入した遺伝子改変マウスの作成に成功した。現在、これらのマウスを用いて骨髄異形成症候群・白血病発症に挿入型AML1遺伝子変異がどのように関わっているのか検討をすすめている。
イオン輸送体の機能発現規定因子の同定とその制御機構による高血圧の新たな治療法

腎臓は、血液を濾過・再吸収する過程により、生命活動に伴い発生する老廃物を体外に除去すると共に、血圧を含む体液ホメオスタシスを維持している。維持機構は、腎遠位尿細管での再吸収過程が主に担うが、この過程にはK^+チャネルによるK^+輸送が不可欠である。本研究では、従来の研究で同定した遠位尿細管K^+チャネルの機能局在を制御する因子MAGI-1を新たに同定することに成功し、更に、生体への電解質負荷に対応したMAGI-1によるチャネル機能制御がホメオスタシス維持に関与していることを解明した。高血圧症は本邦で10人に3人以上といわれる高い罹患率を示す先進諸国における最大の心血管イベント(中枢神経系・心臓における血管障害)危険因子である。適切な血圧制御による心血管イベントの発症抑制効果が判明しているが(N. Engl. J. Med. 2000, 342 : 1-8)、現行の治療法では高血圧症の半数以上で適切な降圧が達成できていない(治療抵抗性高血圧症)。血圧は末梢血管抵抗と循環血漿量により規定されるが、現行降圧剤は主に末梢血管抵抗を標的としており、治療抵抗性高血圧症の一因であることが推定される(Cell 2001,104 : 545-556)。循環血漿量は腎遠位尿細管におけるNa+再吸収過程により制御されている。同部でのNa^+再吸収は、基底膜側Na^+/K^+-ATPaseを駆動力とし管腔側Na^+輸送体を介し行われる。このため、再吸収に際して細胞内に流入するK+を細胞外に出すK^+-recycling機構がこれを維持していると考えられる。本研究では、K^+-recycling機構を構成するチャネルを主な標的とし、腎遠位尿細管Na^+再吸収を司るイオン輸送体の機能発現を規定する分子機構を解明することにより、同機構の制御法を解明し、これに則り循環血漿量を適切に制御することにより、病態生理に基づいた高血圧症の新たな治療法の解明を試みる。腎尿細管カリウムリサイクルは腎臓イオン排泄・再吸収機構の調節因子として、体液ホメオスターシスや血圧コントロールにおいて重要な機能を果たすことが判明してる。従来の研究で、その基底膜側経路を構成するカリウムチャネルとその発現を制御するシグナルの同定に成功しており、本研究ではこのシグナルを介したカリウムリサイクルの制御解明を更に進めた。シグナルを含むチャネルのカルボキシル末端部アミノ酸配列に対して施行したyeast two hybrid法で同定した蛋白断片に基づき、チャネルカルボキシル末端部を認識する蛋白を同定することに成功し、同定した蛋白が一般にアンカー蛋白として機能する蛋白群に属する蛋白で、腎臓に発現する新たなスプライス変異体であることを解明した。各々の欠損変異体・点変異体を作成し、それらの相互作用を確認することにより、このアンカー蛋白とチャネルが、PDZ-binding motifシグナルを介した蛋白間相互作用をすることを解明し、更にこのアンカー蛋白に対する特異的抗体を作製することにより、このアンカー蛋白とチャネルが腎臓においてin vivoレベルで相互作用し、腎臓遠位尿細管において共発現することも解明した(投稿中)。この相互作用を制御する機構の解明により、プロテオミクスを介した腎尿細管におけるイオン排泄・再吸収制御の解明を進行中である。また、高血圧疾患治療のに対する臨床面からのアプローチとして、二次性高血圧の主因の一つである原発性アルドステロン症の診断法に関しホルモン負荷試験の受容性に関し報告し(J Hypertens 25:480-481,2007)、他の主因である腎血管性高血圧の治療指標として狭窄部の最小径の有効性を明らかにし(投稿中)、高血圧治療における診断・治療における新たな提示を行った。従来の研究で、腎遠位尿細管でのNa^+再吸収過程に不可欠の役割を果たすK^+-recyclingのイオン通過孔を形成するK^+チャネルの同定に成功し、更に、基底膜側K^+-recycling経路の構成因子であるKir4.1サブユニットのカルボキシル末端特異的アミノ酸配列であるdi-hydrophobicモチーフ、PDZ-bindingモチーフが、この経路の機能発現シグナルとして機能していることを解明していた。昨年度の研究で、PDZ-bindingモチーフを認識する蛋白の同定と、相互作用部位の同定、腎臓内相互作用の確認に成功していた。本年度の研究では、更に研究を進め、同定した認識蛋白とK^+チャネルの発現制御機構が、細胞内リン酸化経路を介して制御されることを明らかにした。また、生体のNa^+摂取量に応じた認識蛋白とK^+チャネルの相互作用の調整を介して、K^+-recyclingが制御されることを解明することができた。近年の生理学的研究から、腎遠位尿細管でのNa^+

再吸収過程は、循環血漿量の調節において重要な働きを持つことが判明してきており、循環血漿量が血管抵抗と並ぶ血圧を規定する主要因子でありことを考慮すると、本研究成果は、高血圧症の発症および病態の維持の解明に繋がる可能性が考えられる。また、高血圧症に対する臨床面からもアプローチを試み、腎血管性高血圧症と内分泌性高血圧症の新たな診断法を明らかにしており、基礎・臨床両方向からの高血圧症の新たな診断・治療を進展することができた。従来の研究で、腎遠位尿細管でのNa^+再吸収過程に不可欠の役割を果たすK^+-recyclingのイオン通過孔を形成するK^+チャネルと、その機能局在を規定する特異的アミノ酸配列(局在シグナルモチーフ)を同定し、昨年度までの研究で、基底膜側K^+-recycling経路を担うK^+チャネル局在シグナルの一つであるPDZ-bindingモチーフを認識する蛋白としてMAGI-1を同定し、MAGI-1上のPPZ-bindingモチーフ認識部位を解明することに成功していた。この研究成果に基づき、PDZ-bindingモチーフを介したK^+チャネル-MAGI-1の相互作用の制御機構の解明を進めた。この結果、個体へのイオン負荷状況により相互作用が変化すること、この相互作用がPDZ-bindingモチーフへのリン酸化を介して制御されていることを明らかにした。更に、リン酸化を担うキナーゼの解明を進め、循環血漿量の調節に関与することが明らかになっているキナーゼがPDZ-bindingモチーフのリン酸化を担っている可能性を明らかにすることに成功している。この結果は、腎遠位尿細管でのNa^+再吸収過程が循環血漿量の調節において重要な働きを持つことを示唆する近年の生理学的研究に合致するものであり、循環血漿量が血管抵抗と並ぶ血圧を規定する主要因子であることを考慮すると、本研究成果を高血圧症治療へ応用出来る可能性を示唆すると考えられる。また、高血圧症や電解質異常に対する臨床面からもアプローチを試み、腎血管性高血圧症と内分泌性高血圧症の新たな診断法を明らかにし、また電解質異常に対する解釈も新たな呈示しており、基礎・臨床両方向からのイオン輸送に関する研究を進展することが出来た。腎遠位尿細管K^+チャネルは、Na^+再吸収過程でK^+-recycling機構を担うことにより、生体の電解質ホメオスタシスを維持している。従来の研究で、K^+チャネルの同定とその機能局在を規定するモチーフの同定、更に、モチーフを介する局在制御因子であるアンカータンパクMAGI-1の同定に成功していた。また、昨年度までの研究で、チャネル・MAGI-1の相互作用が生体へのイオン負荷状態により調節され、この調節に細胞内リン酸化経路が関与していることも解明していた。本研究では、生体内でリン酸化経路を担うキナーゼの同定を試みた。各種キナーゼのイオン負荷状態による発現量の変化を検討したが、WNKに属するキナーゼの発現量の僅かな変化を認めるのみであった。このことから、イオン負荷状態によるチャネル・MAGI-1の相互作用変化はキナーゼの発現量ではなく活性の調整を介し制御されることが推定された。また、チャネルの細胞表面発現の詳細な検討により、K^+-recycling機構がチャネル・MAGI-1の相互作用のみならず、細胞表面直下におけるチャネル輸送機構によっても制御されることも明らかとなった。
ZnO 系透明導電膜のキャリア輸送に対する構造の影響とその制御技術に関する研究

本研究では、最初にガラス基板上に直流及び高周波マグネトロンスパッタ(MS)法により成膜されたAl添加ZnO(AZO)透明導電膜における配向性とキャリア輸送との関係を定量化した。直流MSの特長は、(0001)配向性を上げることで高キャリア輸送の実現が可能であることを見出した。解決策として、(0001)優先配向を有した10 nmのAZO薄膜を高周波MSでガラス基板上に作製し、その上に直流MSでAZOを成膜することで、(0001)配向以外の配向組織((10-11)等)をほぼ無くすことに成功した。その結果、多結晶薄膜におけるキャリア輸送特性の制御が実現となった。本研究の目的は、N型多結晶酸化亜鉛(ZnO)系透明導電膜の物性(導電性、透過性、耐湿熱性など)主支配因子は多結晶構造内の結晶子配列形態であると仮定し、薄膜成長初期の極薄膜層(膜厚は数10nm以下)を設計的に制御することで、当該仮定の正否を実証的に明白化することにある。前記極薄膜はキャリア輸送機構を左右することから、Critical Layer(CL)と呼称し、設計指針及び具体的な成膜プロセスを実験及び理論の両面から、本研究成果を通して確立し、提案する。初年度はAl添加ZnO(AZO)膜に焦点を絞った。第1に、キャリア輸送の観点から、従来技術(直流(DC)及び高周波(RF)マグネトロンスパッタリング(MS)の特徴と課題とを明白にした。第2に、従来技術枠内において上記課題を解決する技術(高周波重畳直流(RF/DC)-MS)を提案し、その効果及び課題を議論した。第3に、解決する技術として、独自技術なるCLの提案とその効果を検討した。上記第1及び第2の成果は論文掲載となった(J. Nomoto et.al., Journal of Applied Physics Vol. 117, pp. 045304-1 (2015).)。該論文では、結晶子配列形態の決定因子として、(002)と(101)面の2つに焦点を絞り、その見知から、従来技術の共通点と相違点とを明白化した。「キャリア輸送阻害因子は(101)面の残存である」と立場を明確にし、上記解決策の効果を定量化した。薄膜構造とキャリア輸送機構との相関関係および定量化は国内外初である。第3においては、2つの従来技術の長所を活かし、かつCritical Layerの設計指導原理を明白化したことに意義があり、その成果が広く認められた(野本他、2014年秋季応用物理学会:該報告において、第37回応用物理学会講演奨励賞を受賞。)本研究の目的は、N型多結晶酸化亜鉛(ZnO)系透明導電膜のキャリア輸送の主支配因子は多結晶構造内の結晶子配列形態であると仮定し、薄膜成長初期の極薄膜層を設計的に制御することで、当該仮定の正否を実証的に明白化することにある。前記極薄膜はキャリア輸送機構を左右することから、Critical Layer (CL)と呼称し、設計指針及び具体的な成膜プロセスを実験及び理論の両面から、本研究成果を通して確立し、提案する。初年度はAl添加ZnO (AZO)膜に焦点を絞り、キャリア輸送の観点から先ず、従来技術(各種マグネトロンスパッタ(MS))の特徴と課題とを明白にした。結晶子配列形態の決定因子として、(0001)と(10-11)面の2つに焦点を絞り、その見知から、従来技術の共通点と相違点とを明白化した。これらの結果を踏まえて、従来技術の長所を活かし、かつCLの設計指導原理を明白化した。最終年度は出現する配向秩序を変化させる成膜パラメータとして、1成膜に使用する焼結体ターゲット中の不純物の添加量及び種類、2成膜電力、3成膜技術を選択し、CL及びその上に形成されるZnO系薄膜の形成条件の最適化を行った。特筆すべきは、イオンプレーティングによりCLを形成した後に、総膜厚500 nmに成るまで直流MSにより形成したAZO膜では、単一面((0001)面)の成長が観察され、低粒界散乱故のホール移動度50.1 cm2/Vsの実現に至った。対して、CL無しのAZO膜では混合配向に因る高い粒界散乱の影響で、ホール移動度は38.7 cm2/Vsに留まる。上述の如く、「キャリア輸送阻害因子は(0001)配向以外の配向組織((10-11)等)の残存である」ことを実証すると共に、その構造は、膜厚10 nmの形成に至る成膜初期の構造特性に決定付けられることを明白化した。