hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
下垂体前葉細胞・腫瘍の多ホルモン産生における転写因子・諸種レセプターの分子機構-免疫組織化学、in situ hybridization, in situ RT-PCR法による形態学的アプローチ-

98年度に引き続き99年度(最終年度)では、ラット、ヒト下垂体細胞、ヒト下垂体腺腫における転写因子Pituitary hoeobox1(Ptx1)の発現を主に検討した。Ptx1蛋白は核結合転写因子であり免疫組織学的にはヒト、ラットにおいてGM、PRL、TSH、ACTH、FSH/LHなどの多くの細胞に発現して見られた。また、ヒト下垂体腺腫においても免疫組織化学、FSH/LH産生腺腫、非機能性腺腫など広く発現が見られた。Ptx1はUniversalな転写因子として位置付けられ、他の転写因子との強調作用が個々のホルモン産には重要であることを示唆した。また、ラットにおいて濾胞星状細胞Folliculo-stellate(FS)cellにもPtx1が認められたことはFS細胞の起源が下垂体ホルモン再生細胞と同じである可能性を示唆して興味深い。また、個々のホルモン産生への分子機構を検討する上で、まず、下垂体細胞のACTHへの分化に関与する因子としてNeuroD1にも着目し同様の解析を行った。結果としてNeuroD1は核結合転写因子であり、ACTH産生腺腫と非機能。性腺腫に高い頻度で発現が見られACTH産生への機能的役割が示唆された。非機能性腺腫腫瘍での役割はさらに明らかにする必要がある。現在では、Ptx1とNeuroD1など転写因子相互の強調作用も特異的な転写の分子機構として重視されている。このような転写因子およびレセプターと強調作用が多ホルモン産生にも重要と考えられさらに解析を進めている。ヒト下垂体細胞、ヒト下垂体腺腫における転写因子と諸種レセプターの関わりを明らかにすることを目的とする本研究において、平成9年度は以下の諸点を明らかにした。平成9年に引き続きヒト下垂体腫瘍における転写因子の協調作用を明らかにするためにPit-1を中心に免疫組織化学、In situ hybridization(ISH)、In situ RT-PCRにより更に検討した。特に、個々の細胞内での微量なレセプターmRNAの局在観察を可能にするIn situRT-PCRの安定した技術を確立した。今年度は下垂体腫瘍において成長ホルモン刺激ホルモン(GHRH)-receptor(R)とPit-1の協調作用についてIn situ RT-PCRと免疫組織化学の解析を行なった。パラフィン切片を利用した二重染色では、In situ RT-PCRによりGHRH-RmRNAを腫瘍細胞内の細胞質に、免疫組織化学的にPit-1を同一細胞の核内に証明し、微量なレセプターと転写因子との協調作用の検討が初めて可能となった。結果として、成長ホルモン(GH)産生腫瘍において、特にGHRH-RmRNAとPit-1の共存が顕著であり、腫瘍細胞でのGH産生における両者の協調が示唆された。本法の開発により、細胞の特異的機能発現の分子機構が更に明らかにされることが期待される。また、さらにGHRH産生膵内分泌癌の下垂体転移による過形成GH細胞にPit-1とGHRH-Rを上記の方法により証明し臨床的な末端肥大症の病態を解明し、この方法の有用性を確認した。我々がこれまで報告してきたように、GH産生腫瘍の多くはプロラクチン(PRL)、αサブユニット(SU)を産生する。我々はISH、免疫組織化学によりPRL産生腫瘍では、Estrogen receptor(ER)とPit-1の共存を証明しているが、GH産生腫瘍におけるPRしなど多ホルモン産生の機序を明らかにすべくPit-1,GHRH-R,ERなど多因子の同一細胞内の共存の観察法をさらに検討中である。

ヒト下垂体細胞および下垂体腺腫においての細胞の機能分化の分子機構(Molecular mechanism)を転写因子を中心に明かにするのが本研究の主たる目的であが、研究が進むにつれPit-1の協調因子である種々レセプターの発現の解析へ進展し、最近では多くの下垂体ホルモン関連転写因子(Prop-1,Ptx1,Msx-1,SF-1,NeuroD1など)が明かにされ、我々の研究内容もこれらの転写因子のヒト下垂体での解析に発展してきている。97年度にはヒト下垂体細胞、下垂体腺腫においてPit-1と協調して作用するレセプターの発現を免疫組織化学、In situ hybridization(ISH)にて解析し、結果としてPit-1と協調する因子として、GHへの転写にはGHRHレセプター、PRLへの転写にはエストロジェンレセプター(ER)、TSHへの転写にはretinoid X receptor(RXR)γが作用することが明らかとなった。特に、THS発現におけるPit-1とRXRγとの協調作用は、東北大学医学部菅原明博士との共同研究で初めて明らし国内外から注目された。また、Pit-1が関与する腫瘍の中でGH産生腺腫とTSH産生腺腫はしばしばGH、PRL、TSHの組み合わせでMultihormonalでありPit-1と協調する因子の関与が重要と考えらた。98年度には次々と発見される転写因子の免疫組織化学、ISHの検索をすべく次の転写因子に対するポリクローナル抗体を作成し、Profit of Pit-1(Prop-1),Msx-1、Ptx1を対象にと検索を行い、Prop-1は下垂体発生の初期に一過性に出現する転写因子でPit-1のearly enhancerとして注目した。99年度では、ラット、ヒト下垂体細胞、ヒト下垂体腺腫におけるPtx1の発現を主に検討した。Ptx-1蛋白は核結合転写因子であり免疫組織化学的にはヒト、ラットにおいてGH、PRL、TSH、ACTH、FSH/LHなどの多くの細胞に発現し、ヒト下垂体腺腫においても免疫組織化学、RT-PCR法によりGH産生腺腫、PRL産生腺腫、TSH産生腺腫ACTH産生腺腫、FSH/LH産生腺腫、非機能性腺腫など広く発現が見られ、Ptx1はUniversalな転写因子として位置付けられた。また、下垂体細胞のACTHへの分化に関与する因子としてNeuroD1にも着目し同様の解析を行い、NeuroD1は核結合転写因子であり、ACTH産生腺腫と非機能性腺腫に高い頻度で発現が見られACTH産生への機能的役割が示唆された。非機能性腺腫瘍での役割は更に明らかにする必要がある。Ptx1とPit-1,Ptx1とNeuiroD1など転写因子相互の協調作用も転写の分子機構として重視であると考えられた。
陽電子消滅法による金属・半導体中の転位を中心とした結晶のキャクタリゼ-ション

1積層欠陥エネルギ-の大きく異なるいくつかの面心立方金属・合金(Al,Au,Cu,CuーGe)を変形し、完全転位もしくはショックレ-部分転位における陽電子寿命を、高分解能陽電子寿命測定と寿命スペクトルの成分解析によって精確に決定した。2得られた陽電子寿命値を転位の拡張の巾で整理し、次の事を見出した。積層次陥エネルギ-が大きく、完全転位が実質上拡張していない場合は、陽電子寿命値は単一原子空孔中の値にほぼ等しいのに対し、拡張の巾が一定値(【less than or equal】10A)を越えると陽電子寿命値は単一原子空孔中の値のほぼ60%にまで低下し、以後は拡張巾の増加に関わらずそ3上記の結果は、陽電子は従来考えられていた様に転位上のジョグ等に捕獲されるのではなく、線状の転位芯そのものに捕獲されることを明確に示している。4過剰空孔が形成する二次欠陥を利用し、フランク転位とステアロッド転位における陽電子寿命値を精確に決定した。先にもとめた完全転位およびショックレ-部分転位における陽電子寿命値を含めて、転位のバ-ガ-スベクトルの大きさで整理し、転位における陽電子寿命値は、転位のバ-ガ-スベクトルの大きさにほぼ比例する事を見出した。5規則合金の同様の手法を適用し、超格子転位においては陽電子寿命値は単一原子空孔中の値よりもさらに大きく、この場合も転位のバ-ガ-スベクトルの大きさにほぼ比例する事を見定した。以上の研究成果は、これまで定説のなかった陽電子と転位との相互作用を明かにする一方、転位を含む各種結晶の陽電子消滅によるキャラクタリゼ-ションという新たな応用に突破口を開くものである。当初の遅れを完全に取り戻し,予想をはるかに上まわる画期的な成果が得られつつある。本研究によってこれまでに得られた新たな知見を以下に要約する。1陽電子は,積層欠陥エネルギ-の大きいAl(135erg/cm^2)では,塑性変形によって導入された転位を1本の完全転位(バ-ガ-ス・ベクトルa/2〈110〉)としてとらえるのに対し,積層欠陥エネルギ-の小さいAu,Cu,Cuー8at%Ge(それぞれ35,45,13,9erg/cm^2)では完全転位が拡張しているため2本のショックレ-部分転位(バ-ガ-ス・ベクトルa/6〈112〉)としてとらえることを見出した。この結果は,転位の拡張の有無や拡張様式を陽電子寿命法によって判定できることを示すものとして注目される。2陽電子寿命法により,次世代の軽量耐熱合金として注目を集めている金属間化合物TiAlにおいて,組成および変形温度の違いによって活動する転位種に明瞭な差が認められることを明らかにした。得られた結果は,これまでの電子顕微鏡を主体とした研究結果とよく対応している。3転位のバ-ガ-ス・ベクトルとその転位での陽電子寿命との間に明瞭な相関があることを明らかにし,その関係式をもとめ,さらに理論的考察を加えた。以上の結果は,材料物性の分野において,転位を含む各種結晶の陽電子寿命によるキャラクタリゼ-ションという新たな応用の道をひらく一方,理論面では従来定説のなかった陽電子と転位との相互作用の解明に突破口をひらくものとして極めて重要な意味をもつ。

2得られた陽電子寿命値を転位の拡張の中で整理し、次の事を見出した。積層欠陥エネルギ-が大きく、完全転位が実質上拡張していない場合は、陽電子寿命値は単一原子空孔中の値にはほぼ等しいのに対し、拡張の巾が一定値(【less than or equal】10A)を越えると陽電子寿命値は単一原子空孔中の値のほぼ60%にまで低下し、以後は拡張巾の増加に関わらずそ3上記の結果は、陽電子は従来考えられていた様に転位上のジョグ等に捕獲されるのではなく、線状の転位芯そのものに捕獲されることを明確に示している。4過剰空孔が形成する二次欠陥を利用し、フランク転位とステアロッド転位における陽電子寿命値を精確に決定した。先にもとめた完全転位およびショックレ-部分転位における陽電子寿命値を含めて、転位のバ-ガ-スペクトルの大きさで整理し、転位における陽電子寿命値は、転位のバ-ガ-スペクトルの大きさにほぼ比例する事を見出した。5金属間化合物TiAlに同様の手法を適用し、超格子転位においては陽電子寿命値は単一原子空孔中の値よりもさらに大きく、この場合も転位のバ-ガ-スペクトルの大きさにほぼ比例する事を見出した。6以上の研究成果は、これまで定説のなかった陽電子と転位との相互作用を明かにする一方、転位を含む各種結晶の陽電子消滅によるキャラクタリゼ-ションという新たな応用に突破口を開くものである。
5年以上追跡されたバレット食道例のテロメア長とバレット癌の発生予測

世界的に見てバレット腺癌の発生母地はバレット食道の腸型上皮であるとされており、バレット食道の定義に必須とされている。しかし、我々はこれまでに早期の癌に隣接する粘膜の性状から組織発生学的に噴門型の上皮から発生するバレット癌が存在することを報告してきた。また、組織切片において噴門型上皮と腸型上皮のテロメア長をQ-FISH法により解析することでそれらの染色体不安定性に差がないことを明らかにしてきた。今回、生検組織を用いて、その後のフォローアップ中にバレット癌の発生した組織と発生しなかった組織とで染色体不安定性の検証を行うことを目的として研究を計画した。研究対象としては、バレット食道からのランダム生検組織で、腫瘍性病変のないものを用い、免疫染色により噴門型・腸型の上皮に分類、組織切片を用いたQ-FISH法により各々のテロメア長を解析し、フォローアップ語に腺癌の発生した症例と発生のない症例とで比較を行う計画であった。前年度までに研究目的に合致した症例が不足していることが明らかとなった。共同研究者(ドイツ)より既に供与されているバレット食道検体について追跡ができていないものが予想よりも多く、フォロー後に癌の発症した症例が著しく不足している。さらに追加症例を依頼したが、最近、ドイツにおける共同研究および検体供与の手続きが以前よりも厳しくなり、また研究代表者の研究施設においてもドイツでの正式な倫理承認を求められたため、手続きを要し、今年度追加提供される予定であった検体の貸出が遅れた。解析を開始したが、解析結果を集計する十分な症例の集積が不足している。現在の所、癌の発症群と非発症群とで有意な差は見られていない。前年度までに研究目的に合致した症例が不足していることが明らかとなり、った。当初の予定よりも検体入手に遅延が生じ、生検後のフォローが予想以上にドイツではなされていないことがわかり、フォロー中に癌を発症した症例が不足しそうなので、他の施設に目的に合致する症例がないか当たる。また、5年以上経った、というのもますます難しいので、もう少し近年のものも検索してもらい、症例を補充して解析する。しかし我々は組織発生学的に噴門型の上皮から発生するバレット癌も存在することを報告してきた。また、組織切片において噴門型上皮と腸型上皮のテロメア長をQ-FISH法により解析することによりそれらの染色体不安定性に差が無いことを明らかにしてきた。研究対象としてはバレット食道からのランダム生検組織で、腫瘍性病変のないものを用い、免疫染色により噴門型・腸型の上皮に分類、組織切片Q-FISH法によりそれぞれのテロメア長を解析し、フォローアップ後に腺癌の発生した症例と発生のない症例とで比較を行う計画であった。当該年度は研究目的に合致した症例の収集を行った。共同研究者(ドイツ)より既に供与されているバレット食道検体について、追跡ができなかったもの、解析に不適であったものを除外したところ、症例数が不足していることが明らかとなり、追加症例の供与を依頼した。ドイツにおける検体供与の手続きが以前とは変更になったことにより提供が遅れているが平成30年度に追加提供される予定である。症例数は当初の予定数(初年度目標100)を下回っているが、解析を開始した。解析結果を集計するには至っていない。既に供与されていた組織により解析を行う予定であったが、追跡状況の不備や組織の検討により噴門型・腸型の双方の解析可能な症例が少なく、追加供与を依頼することになった。しかしドイツ共同研究者の施設における検体提供に関する手続き方法に変更があり、手続きが遅れているため追加症例の検体入手が遅れている。30年度中には入手可能となる予定である。現在手元にある検体については解析を開始した。

研究対象としては、バレット食道からのランダム生検組織で、腫瘍性病変のないものを用い、免疫染色により噴門型・腸型の上皮に分類、組織切片を用いたQ-FISH法により各々のテロメア長を解析し、フォローアップ語に腺癌の発生した症例と発生のない症例とで比較を行う計画であった。前年度までに研究目的に合致した症例が不足していることが明らかとなった。共同研究者(ドイツ)より既に供与されているバレット食道検体について追跡ができていないものが予想よりも多く、フォロー後に癌の発症した症例が著しく不足している。さらに追加症例を依頼したが、最近、ドイツにおける共同研究および検体供与の手続きが以前よりも厳しくなり、また研究代表者の研究施設においてもドイツでの正式な倫理承認を求められたため、手続きを要し、今年度追加提供される予定であった検体の貸出が遅れた。解析を開始したが、解析結果を集計する十分な症例の集積が不足している。現在の所、癌の発症群と非発症群とで有意な差は見られていない。前年度までに研究目的に合致した症例が不足していることが明らかとなり、った。当初の予定よりも検体入手に遅延が生じているが、追加検体が入手次第、集中的に解析を行いなるべく遅れを取り戻し、今年度から来年度前半までにテロメア長解析を行い、来年度内にデータの分析と論文作成を完了したい。当初の予定よりも検体入手に遅延が生じ、生検後のフォローが予想以上にドイツではなされていないことがわかり、フォロー中に癌を発症した症例が不足しそうなので、他の施設に目的に合致する症例がないか当たる。また、5年以上経った、というのもますます難しいので、もう少し近年のものも検索してもらい、症例を補充して解析する。旅費・人件費などの支出額を差し引いた際、端数として280円の残金が生じた。翌年度分請求額に合わせて使用するが、特定の目的として使用するには少額であり、旅費および人件費の端数分として使用する予定である。3月末に海外で学会があり、今回の研究に直接関係する発表はできなかったものの協力研究者との打ち合わせを含め、関連した他の研究を行っている研究者達とdiscussionしたり新しい知見を得る目的で学会に参加することとしたため、前倒し請求を行ったが、クレジットカード引き落としなどの関係で支払いの一部が次年度に繰り越されたため。主として3月参加の旅費として使用する予定である。
食事スフィンゴミエリンによる加齢にともなう脂肪吸収環境の改善

これまでのスフィンゴミエリン(SPH)食で観察された消化管機能への影響(中性脂肪の蓄積など)がその構成成分であるセラミドに基づくのかコリンリン酸部分に基づくのかそれともSPHそのものの効果であるのかを調べた。食事にスフィンゴ糖脂質(GS)およびホスファチジルコリン(PC)を添加し、消化管機能の諸パラメーターを測定した。それぞれの食事を与えたマウス間での脂肪の見掛けの消化率の差異は大きくはなかったが、GSを摂取したマウスで脂肪の排泄量が少なく、吸収率は最も高い傾向であった。小腸での沈着脂肪量もGS摂取マウスで最も大であった。これらの結果は、SAMPにSPH食を摂取させたときの結果と同様の傾向であった。消化管腔内でのSPHの消化・吸収に関する知見は乏しいが、いくつかの報告はSPHが小腸粘膜酵素の作用で分解を受け吸収されることを示していることから、SPHの消化管機能への影響は、その一方の代謝産物であるホスホコリンではなく、もう一方の代謝産物であるセラミドに基づく可能性が大きい。摂取したGSやSPHがどのような機構で消化管での脂肪吸収に影響するのかについては本実験からは明らかでないが、SPH摂取マウスでは下部小腸におけるクリプトが深くなることや上部小腸でのスクラーゼ活性が高くなる傾向が認められた。上部小腸のスクラーゼ活性はGS食マウスで高くなる傾向があった。スクラーゼは微絨毛膜の標識酵素のひとつであることから、GSおよびSPHの共通の代謝産物が小腸上皮細胞の機能に影響し、ひいては、脂肪消化産物の吸収を亢進するように作用している可能性があった。食事スフィンゴミエリンの効果として老化促進マウス(SAM)を用いて、バイオマーカー測定を行っている。1)老化促進マウス(SAM)を用いた食事スフィンゴミエリンによる加齢にともなう脂肪吸収環境の改善次に分子生物学的手法の技術導入として他系統を用いて遺伝子の検索を行った。2)外因性高コレステロール血症(ExHC)ラットを用いた高コレステロール血症発症に関係する遺伝子の検索食事コレステロールという刺激に対して、敏感に応答するExHCラットにおいて特異的な発現パターンを示す遺伝子群の検索をDifferential Display法を用いて行い、それらを肝臓中の疾患遺伝子群の候補として同定している。既に、いくつかのクローンが採取されており、そのなかでもFatty acid synthese(FAS)はExHCラットで対照となるSD系ラットより低いmRNA量を示し、この遺伝子の調節領域にはSterolRegulatory Element Binding Protein-1(SREBP-1)があり、そのmRNAを調べると、SD系ラットよりExHCラットで低下し、コレステロール負荷で増加していた。
Non-dipper型高血圧の発症における時計遺伝子の役割

経時的にサンプリングしたマウスの腎臓・大動脈・心臓におけるNa-K-ATPase β1のmRNAおよびタンパクレベルは、24時間の日内変動を認めた。DEC1ノックアウトマウスでは野生型マウスよりもNa-K-ATPase β1の発現量が上昇したが、CLOCKミュータントマウスでは、Na-K-ATPaseβ1の発現量が低下していた。また、テレメトリー自動血圧測定器を用いた血圧測定では、野生型マウスと比較して、DEC1ノックアウトマウスでは収縮期血圧および拡張期血圧が低下していた。逆に、CLOCKミュータントマウスでは、野生型と比較して、血圧が上昇し、血圧の日内変動が消失していた。Na-K-ATPase beta1(ATP1B1)遺伝子プロモーター上のE-boxの転写活性はCLOCK/BMAL1で上昇し、DEC1またはCRY1によって抑制された(Luciferase assay)。さらに、ヒト平滑筋細胞にDEC1をアデノウイルスによって過剰発現させると、MOIに依存してATP1B1の発現量が低下した。以上より、ATP1B1は時計遺伝子によって直接的な制御を受けることを明らかにした。また、経時的にサンプリングしたマウスの腎臓・大動脈・心臓におけるATP1B1のmRNAおよびタンパクレベルは、臓器間でほぼ同位相のサーカディアンリズムを示した。DEC1ノックアウトマウスでは野生型マウスよりもATP1B1発現量が上昇したが、CLOCKミュータントマウスでは低下し、さらにサーカディアンリズムも消失したことから、生体内におけるのATP1B1発現レベルにはサーカディアンリズムを認め、ATP1B1の発現量は時計遺伝子によって直接的に調節されていることが確認された。非観血的マウス血圧測定器98-A(softron社)を用いた血圧測定では、Dec1ノックアウトマウスでは、野生型マウスと比較して同位相のリズム形成は保たれていたが、収縮期血圧が大きく低下していた。購入したテレメトリーシステム埋め込み型血圧測定器(TA11PA-C10: Data Sciences International社)を用いて血圧測定を行ったところ、Dec1ノックアウトマウスでは野生型マウスと比較して収縮期血圧および拡張期血圧が大きく低下しており、自由行動下においてもDec1ノックアウトマウスの血圧は低下していることが明らかとなった。これまでの実験から、Na-K-ATPaseβ1遺伝子プロモーター上のE-boxの転写活性はCLOCK/BMAL1で上昇し、DEC1またはCRY1によって抑制すること、ヒト平滑筋細胞にDEC1を過剰発現させるとNa-K-ATPaseβ1の発現量が低下することを確認しており、Na-K-ATPaseβ1は時計遺伝子によって直接的な制御を受けることを明らかにした。また、経時的にサンプリングしたマウスの腎臓・大動脈・心臓におけるNa-K-ATPaseβ1のmRNAおよびタンパクレベルは、臓器間でほぼ同位相のサーカディアンリズムを示し、DEC1ノックアウトマウスでは野生型マウスよりもNa-K-ATPaseβ1の発現量が上昇したが、CLOCKミュータントマウスでは、Na-K-ATPaseβ1の発現量が低下し、さらにサーカディアンリズムも消失したことから、Na-K-ATPaseβ1の発現量は時計遺伝子によって直接的に調節されていることが確認された。血圧測定および埋込み型テレメトリー自動血圧測定器(Primetech社)を用いた血圧測定を行い、DEC1ノックアウトマウスでは野生型マウスと比較して有意に血圧が低いことが判明した。また、DEC1は光誘導・低酸素でも発現が上昇することが知られており、我々もヒト血管平滑筋細胞およびヒト近位尿細管上皮細胞(HK-2)を用いて、通常酸素化で培養したものと比較して低酸素化ではDEC1の発現が10倍以上になりNa-K-ATPase β1は低下していることを確認した。来年度はDEC1ノックアウトマウスおよび野生型マウスを低酸素ケージで飼育して、生体内におけるDEC1およびNa-K-ATPase β1の発現を確認するとともに、低酸素による血圧変動とDEC1、Na-K-ATPase β1の関連について検討する。これまでの研究から、1Na-K-ATPase beta1遺伝子のプロモーター領域にあるE-boxの転写活性は分子時計の促進因子であるCLOCK/BMAL1で上昇し、抑制因子であるCRY, DEC1で抑制すること、2経時的に採取したマウスの大動脈・腎臓・心臓で、Na-K-ATPase beta 1の発現レベルは夕方をピークとする24時間のリズム形成を示すこと。さらに、Dec1-/-マウスではwild-typeマウスと比較してマウスの大動脈・心臓・腎臓におけるNa-K-ATPase beta 1の発現量が上昇し、分子時計の促進因子であるCLOCKのmutantマウスではNa-K-ATPase beta 1の発現量は低下すること、4Dec1-/-マウスではwild-typeマウスと比較して有意に血圧が低下し、逆に、Clock mutantマウスでは血圧が上昇することを明らかにしており、Na-K-ATPase beta1は時計遺伝子によって直接的な制御を受け、血圧の日内変動を調節する役割を有していると考えられる。

埋込み型テレメトリー自動血圧測定器を用いた血圧測定は順調に遂行できており、通常飼育下びおけるDEC1ノックアウトマウスおよび野生型マウスの比較は遂行できた。夜間に光刺激を行った系で血圧の変化を検討しようとしたが非常に困難であったため、細胞実験を行い、低酸素によってDEC1、Na-K-ATPaseβ1の発現が変動することを確認できた。来年度は、低酸素ケージで飼育した際の、生体内におけるDEC1およびNa-K-ATPase β1の発現を確認するとともに、低酸素による血圧変動とDEC1、Na-K-ATPase β1の関連について検討する。腎臓内科DEC1ノックアウトマウスおよび野生型マウスを低酸素ケージで飼育した際の、生体内におけるDEC1およびNa-K-ATPase β1の発現を確認するとともに、低酸素による血圧変動とDEC1、Na-K-ATPase β1の関連について検討する。テレメトリーシステム埋め込み型血圧測定器における血圧測定において、カテーテルを内頸動脈より挿入する必要がある。顕微鏡下でのカテーテル挿入の作業に慣れるまで長期間を費やしたが、現在は順調に行うことができている。計画していた本年度の研究は、予想した使用額よりも使用額が少なかったが、ほぼ予定通りに遂行できた。次年度の物品費として使用したい。順調に使用が可能となったテレメトリーシステム埋め込み型血圧測定器を用いて、負荷を与えた際の、Dec1ノックアウトマウスおよび野生型マウスの血圧変化を比較し、時計遺伝子変異による血圧への影響を明確にする。次年度の物品費に充てる。購入した物品の一部が、実際の価格よりも値引きされており、1,782円の残額が生じた。次年度の使用額と合わせて、次年度に使用させて頂きたい。残額は1,782円であり、次年度の使用額と合わせて使用させて頂きたい。
休耕田ビオトープを学校教育や社会教育に利用するための設営及び管理に関する研究

本研究は,農村地帯に放棄された水田を,ビオトープとして,学校教育や社会教育の材料として維持・管理し,活用していくシステムを確立していくことを目的としている.フィールドは,平成17年度と同様,越前市(旧武生市)黒川町の休耕田を用いた.このエリアは,武生西部地区と呼ばれ,ナミゲンゴロウやハッチョウトンボのほか,アベサンショウウオなどの希少種が数多く残存する地域として有名である.環境省が全国から4つ選定した「里山保全モデル事業」の1つにもなっている場所である.フィールドとなった休耕田の管理を始めてから,今年で4年目である.近年の温暖化,少雪傾向を反映してか,イノシシの増加が目立つ.そのため,あぜの決壊が頻繁に起こり,その対策が必要となった.なお,希少種であるナミゲンゴロウは,平成19年度も新成虫が誕生している.トンボ類では,ニューフェイスの飛来は見られなかったが,種多様度は全体的に維持されている.里地保全で最も重要と言うべき,地元の協力は相変わらず強く得られている.アベサンショウウオに代表される希少種の保護活動が,住民の意識を高めているのは言うまでもないが,それから派生して,外来種問題などにも協力を得られている.オオクチバスやアメリカザリガニと言った里地に生息可能な侵略的外来種に対しては,地域の厳しい監視の目が存在する.昨年度から見られるようになったヒシ類の極端な増加は見られず,トンボ類にとって,重要な休憩場所及び産卵場所になっていることが観察された.他地域に位置する休耕田との比較の調査を前年に続き,継続した.北陸における水資源の豊かさは,本州太平洋側や四国,九州と比べて際だっており,ビオトープ造営や維持・管理に関しては,大きな強みであることが改めて示された.本研究は,農村地帯に放棄された水田を,ビオトープとして,学校教育や社会教育の材料として維持・管理し,活用していくシステムを確立していくことを目的としている.休耕田は自然湿地とは異なる人工湿原とも言える環境であるが,希少種のいわば「逃げ込み場」となっているところも少なくない.本研究の主なフィールドは,越前市(旧武生市)黒川町の休耕田を用いた.一昨年に放流したメダカは完全に定着しており,またマツモムシやアメンボ,ヤゴなどの水生昆虫も豊富になった.全国的に個体数の減少が著しいナミゲンゴロウの産卵および幼虫の成長も観察することができた.観察会などのフィールドとして用いられる教育材料と,ナミゲンゴロウやハッチョウトンボなどの希少種の保全場所という両側面をにらみつつ,維持管理方法を模索している.本年は,無処理区を5ヶ所設けて,ここではコナギ,イボクサなどの水田雑草の除去を一切行わなかった。夏期秋期にかけて.これら両種を中心とする水田雑草の繁茂は著しく,年単位で放棄すれば,休耕田全体が陸地化する危険性は高い.草抜きによる間引きは,一見一時的に開放水面域を作るだけのように思えるが,水中内に占める雑草の茎などの容積は,無処理区は,適宜雑草を間引いた場所より大きくなる.メダカなどの移動を阻害してしまうエリアも見られた.瀬戸内や九州地域の同様の休耕田で比較調査した結果,北越地域には,他地域に比べて,優れた休耕田が多く残存することが判明した.これは,この地域が,もともと農業が盛んであったことに加え,水資源が豊富であることも大きいと考えられる.少子高齢化社会を見据えた地域社会の立て直しと,休耕田の保全が両立できるシステム作りが急務である.本研究は,農村地帯に放棄された水国を,ビオトープとして,学校教育や社会教育の材料として維持・管理し,活用していくシステムを確立していくことを目的としている.フィールドは,平成17年度と同様,越前市(旧武生市)黒川町の休耕田を用いた.このエリアは,武生西部地区と呼ばれ,ナミゲンゴロウやハッチョウトンボのほか,アベサンショウウオなどの希少種が数多く残存する地域として有名である.環境省が全国から4つ選定した「里山保全モデル事業」の1つにもなっている場所である.フィールドとなった休耕田の管理を始めてから,今年で3年目であるが,徹底したあぜ道補修や草抜きの結果,環境の大きな変化は起きていない.希少種であるナミゲンゴロウは,確実に世代を繰り返している.トンボ類でも,ヤブヤンマやマルタンヤンマなどの,いわゆるニューフェイスが分布するようになり,種多様度は確実に増している.現在のところ,パイオニア種の消失は見られず,生息する昆虫類の種数は,単純な増加傾向にある.今後も,追跡調査が必要である.里地保全で最も重要と言うべき,地元の協力は相変わらず強く得られている.アベサンショウウオに代表される希少種の保護活動が,住民の意識を高めているのは言うまでもないが,それから派生して,外来種の駆除などにも協力を得られている.同地域では.研究代表者の提案で,オオクチバスの駆除が行われた.ただし,アメリカザリガニの分布拡大傾向が見られ,注意が必要である.他地域に位置する休耕田との比較の調査を前年に続き,継続した.北陸における水資源の豊かさは,本州太平洋側や四国,九州と比べて際だっており,ビオトープ造営や維持・管理に関しては,大きな強みであることが改めて示された.

本研究は,農村地帯に放棄された水田を,ビオトープとして,学校教育や社会教育の材料として維持・管理し,活用していくシステムを確立していくことを目的としている.フィールドは,平成17年度と同様,越前市(旧武生市)黒川町の休耕田を用いた.このエリアは,武生西部地区と呼ばれ,ナミゲンゴロウやハッチョウトンボのほか,アベサンショウウオなどの希少種が数多く残存する地域として有名である.環境省が全国から4つ選定した「里山保全モデル事業」の1つにもなっている場所である.フィールドとなった休耕田の管理を始めてから,今年で4年目である.近年の温暖化,少雪傾向を反映してか,イノシシの増加が目立つ.そのため,あぜの決壊が頻繁に起こり,その対策が必要となった.なお,希少種であるナミゲンゴロウは,平成19年度も新成虫が誕生している.トンボ類では,ニューフェイスの飛来は見られなかったが,種多様度は全体的に維持されている.里地保全で最も重要と言うべき,地元の協力は相変わらず強く得られている.アベサンショウウオに代表される希少種の保護活動が,住民の意識を高めているのは言うまでもないが,それから派生して,外来種問題などにも協力を得られている.オオクチバスやアメリカザリガニと言った里地に生息可能な侵略的外来種に対しては,地域の厳しい監視の目が存在する.昨年度から見られるようになったヒシ類の極端な増加は見られず,トンボ類にとって,重要な休憩場所及び産卵場所になっていることが観察された.他地域に位置する休耕田との比較の調査を前年に続き,継続した.北陸における水資源の豊かさは,本州太平洋側や四国,九州と比べて際だっており,ビオトープ造営や維持・管理に関しては,大きな強みであることが改めて示された.
組織の超微細化と界面制御に基づく材料のハイブリッド化

材料の力学的性質は変形の不均一性を抑制することにより理想材料のそれに近づく。これは引張強度のみならず、クリ-プや疲労強度においても成り立つ。さらに、この不均一性は複合材料の強度や靭性についても最も重要な要因である。従って,材料の力学的特性を向上させるためには、変形が均一に生じるような工夫を組織に施すことが必要となる。今年度は、その工夫の一つとして、現在最も注目されている組織の超微細化と界面制御に焦点を合わせて、その実験的検討をアルミナ・ハフニア系を用いて行った。すなわち、粒成長を抑止する目的で添加したハフニアとアルミナ地相との相互作用を超高圧電顕法によって調べた。予備焼結された試片を、ダイヤモンドペ-ストを用いて機械的に研磨したあとイオンエッチング装置にかけて、膜厚約5μmの透過電子顕微鏡用の薄膜試料を得た。観察は、加速電圧2000kVで行い、2300Kまでの加熱が可能な高温ステ-ジを用いて試料処理を行った。像の動的記録には、オルシコンカメラによるTVーVTRシステムを利用した。その結果、(1)2100K近くの高温では、ハフニアは容易にアルミナ地相中に固溶する、(2)この固溶はアルミナの結晶粒界上で優先的に生じる、(3)しかし、温度を2000Kまで低下させるとハフニアは再びアルミナの粒界上に析出する、(4)このような固溶と引きつづく析出は、温度を上下させると同一箇所で何回も可逆的に生じる、(5)このアルミナ粒界上に析出したハフニアは、多くの双晶を含む単斜晶である、等の諸点が明らかになった。この知見は,アルミナの微細組織を制御するうえで貴重である。
生物に学ぶ色素不要・高輝度・広視野角な構造発色体の開発

モルフォ蝶のもつ巧妙なナノ構造に基づく新規な発色体の開発を行った。モルフォ発色の最大の特徴は「干渉色だが広視野角で単色(虹色でない)」という一見矛盾する物理特性である。この特異な発色の鍵は、ナノの秩序と乱雑さの組み合わせである。その再現・実証(本計画前)の後、応用の障壁だった「基板作製の大面積化・高速化」、さらにFDTD法による「乱雑さの光学的役割の解明」、従来不可能だった「乱雑さの設計」を可能にした。本研究の目的は、自然界の生物、特にモルフォ蝶のもつ巧妙なナノ構造をベースにした、新規な発色体の開発である。その最大の特徴は、色素不要(省材料かつ環境対応型)である点と、高反射率ながら広視野角という一見矛盾する物理特性を有する点、かつその広角において単色かつ色不変な点にある。この特異な光学特性を再現する材料自体は、申請者はすでにプロトタイプ作製と量産化技術の開発に成功しており、さまざまな分野で広範な応用が期待できることがわかってきた。しかし、実用へは数多くの未踏のステップを要する。今年度の焦点は、「ナノ構造の乱雑さの光学的役割」の解明である。本発色体の特異な物性の鍵は「乱雑さ」にあるとされるが、従来の解析的シミュレーション(多層膜計算+回折)では非解析的な構造の光学評価が不可能であった。そこで、新たな算法(解析解でなく数値解によるFDTD解析)を導入し、「乱雑さの役割」を検討した。まず従来の解析計算と新たなFDTD計算との整合性を精査し、両者の慎重な比較により構造パラメータを最適化した。次に種類の異なる各種の乱雑さについてパラメータを変え、その影響を調べた。その結果、発色基板を水平とした場合の上下方向と左右方向の乱雑さ、また単位構造1つ1つの幅と間隔、等における乱雑さが「光学特性に与える影響」はそれぞれ異なっており、また光源の考察も本質的であることが判明した。構造と光学特性との相関が乱雑さを含めて定量的に把握できるようになった点は今後の設計にとって非常に大きい。基本的・原理的な特性が把握できたので、次年度以降は、作製基板が含む実際の乱雑さの計算を進める。同時に予測と構造(作製)と測定の関係付けを図りつつ、基板を設計・作製する。様々なモルフォ基板の作製および乱雑さに関する評価は招待3件(国際会議)を含む複数の発表として結実した。平成22年度の年間実績はすでに1年前に提出しており、以下では、繰り越された分につい中心に述べる。本研究の目的は、モルフォ蝶のもつ巧妙なナノ構造をベースにした新規な発色体の開発である。モルフォ発色の最大の特徴は、干渉色だが広視野角で単色という一見矛盾する物理特性であり、色素不要(省材料・環境対応)、高反射率、無退色など従来の発色体にない利点をもつ。この特異な発色体の再現につき、申請者はすでに「基本型の作製」と「量産技術」の開発に成功しており、広い分野で応用が期待できる。しかし、実用には多くの未踏ステップを要する。今年度の焦点は、当初は「色相制御」と「基板フリー技術」の開発であったが、長らく懸案であった「鋳型基板の大面積化・高速化」について、不測の展開があり実現可能な流れが見えてきたため、急遽この課題への舵取りを行い、結果的に正解であった。従来の量産化はナノインプリントによる基板の複製に頼り、鋳型自体は電子線描画とエッチングで作るためここで決定的にコスト・時間が制限された。この「所定の乱雑さ」「1次元異方性」という異色なパラメータ制御の要るナノパターン作製は、長年他の方法がなかったが、レーザによる自己組織的な加工により、高効率で上の条件を満たすナノパターンが作製可能となった。結果、複製だけでなく、根本の鋳型基板の作製が大面積・高速で可能になった(従来より1000倍の効率)。こうした新たなナノ加工について、学会発表を行う予定であったが、平成22年度(平成23年3月)の震災により当該の学会が中止され(応用物理学会・春)たため、その分の予算を繰り越していた。今年度に予定通り、上記の結果について同じ学会(応用物理学会)の秋の講演で発表することができた。本研究の目的は、モルフォ蝶の巧妙なナノスケール光学的構造をベースにした、新規な発色体の開発である。最大の特長は「干渉色だが広視野角で単色」という一見矛盾する物理特性であり、色素不要(省材料・環境対応)、高反射率、無退色など従来の発色体にない利点から広い分野で応用が期待できる。申請者はすでにこの特異な発色体を再現し、量産技術の開発に成功したが、実用には多くの未踏ステップが残る。

当初の焦点は「色相制御」と「基板フリー技術」開発であるが、一昨年度、長らく懸案だった「鋳型基板の大面積化・高速化」で不測の展開により実現可能な流れが見えてきたため、急遽この課題への舵取りを行った(結果的に、この方向では実用に向けて最重要課題である「大面積・高速化」に大きな進歩があり、当初の予想外の収穫が得られた)。この際、当初は、大面積・高速化自体には成功し、正しく実現できた、と考えられたが、できあがった基板の光学特性に不足があるとわかってきた。時間をかけた解明の結果、不備の原因は基板の乱雑さ不足にある、と目星がつき、付加的な乱雑さの導入を行うことで光特性の改善が得られた。しかしその後、その改善がまだ不足と判明した。そこで次に、FDTDシミュレーションを用い、乱雑さの光学的効果に関し系統的な解析を行った。その結果、必要な乱雑さのパラメータ把握に成功し、所定の光学特性をもつ「大面積・高速化」が実現した。特性と「乱雑さの最適な作製」にはまだ詰める所が多々あるが、応用の最重要課題「大面積」「高速作製」の進捗ゆえ、基本的に舵取りの方向は正解であった。さらに、FDTDシミュレーションにより、当初の焦点の1つであった「色相制御」についても重要な知見が得られ、進歩があった(構造の乱雑さがスペクトル、ひいては色相に与える影響について定量的な解析結果)。本研究の目的は、モルフォ蝶の巧妙な光学的ナノ構造に基づく、新規な発色体の開発である。最大の特長は「干渉色ながら広視野角で単色」という一見矛盾する物理特性であり、色素不要(省材料・環境対応)・高反射率・無退色など、従来の発色体にない多くの利点から、幅広い応用が期待できる。申請者はすでにこの特異な発色体を再現し、量産技術を開発したが、実用には多くの未踏段階が残る。最終年である今年度はまず、色設計に必須ながら従来は困難だった、「乱雑さの光学効果」の理論解析をほぼ完成した(FDTDシミュレーションによる)。これにより従来の数値解析を、多数の構造・光学パラメータに敷衍し、各変数の役割を、角度分布と波長分布の両方の観点から明確に定義できた(これらは昨年度まで曖昧さが残っていた)。次に、真の実用に向けた最大の壁である「基板フリー化」(発色薄膜と微粉体の作製)技術の開発を行った。これにより、従来は厚い平板状の物体にしか付与できなかった発色が、形状の制限から解放され、劇的に応用範囲は広がる(化粧品・塗料・印刷など)。そこでまず発色膜のみを分離し、さらに広範な応用のため、発色部だけの微粉体(φ50100μm程度)作製プロセスを開発した。現状では、粉体化の前に「大面積の発色膜」の独立分離(これが理想である)には至っていない(剥離の際に断片化が避けられない)。しかし、断片をさらに制御して破砕することで、上記のサイズの粉体作製に成功した。最後に発色粉体の光学特性評価を行った。微小粉体でモルフォ発色の特異な光学特性が保たれるか否か、はしばしば議論になるが、その集合体としての光学特性(反射率の角度・波長分布)を評価した結果、基本的にモルフォ発色特性が保たれると分かった。(1)は当初の計画以外で本発色体の実用に向けた最重要課題である「大面積・高速化」に大きな進歩があり、当初の予想外の収穫が得られた。その際のFDTD解析の成果により「色相制御」も大きな進歩があった。24年度が最終年度であるため、記入しない。本発色体の実用に向けた最重要課題である「大面積・高速化」について、かなり実用レベルに近づくことができたので、この方向の完成度を高める。「基板フリー技術」については現在の手がかりを元に薄膜化を進め、次に均一粉体化の技術を確立し、その上で、微小粉体の光学特性を測定するための技術を立ち上げる。
小標本臨床試験におけるカテゴリカル変数に対する正確検定の開発

スクリーニング検査の性能を測る指標には感度や特異度,陽性的中率,陰性的中率などがよく用いられる.ここで,2つのスクリーニング検査間でどちらの性能が高いのかを比較する上で,感度/特異度を主要評価変数とした場合にはよく知られたMcNemar検定を用いることができる.これは大標本理論に基づくものであるが,小標本の場合には,正確検定として二項検定を用いることができる.一方で,主要評価変数が陽性的中率/陰性的中率の場合には,2つの検査法の比較に対する検定手法は,たとえばGEEの枠組みで提案されるなど,いくつか提案されてはいるが既報としては5編ほどしかなく,そのいずれもが大標本理論に基づいたものである.そこで本研究では,並べ替え検定の考え方を用い,陽性的中率/陰性的中率を比較する場合の正確検定を提案した.通常,並べ替え検定にはコンピューターを用いた膨大な計算時間が必要であり,サンプルサイズが増えれば増えるほどその傾向は顕著になる.しかし本研究では単純に全パターンの並べ替えを行うのではなく,元データと分割表との関係に着目し,そこからそれらの間の関係式を見出し,この考え方に基づいた正確p値の導出を行った.これらの研究成果は国際会議などで発表し,すでに結果を論文にまとめ海外の学術誌へ投稿済みである.現時点では,1回目のreviewerからの査読コメントに対応し,それを受けた2回目の査読コメントに基づきminor revision中である.本年度中に予定されていた課題に対する研究成果の学会発表ならびに論文の学術誌への投稿が完了し,現在査読コメントに基づき論文を修正中である.全部で3つの課題を設定しており,各年度に1つずつ完了させる予定であるが,1つ目の課題に対する成果はほぼ出ており順調であるため,引き続き2つ目の課題(2019年度中完了予定)に取り組む.スクリーニング検査の性能を測る指標には感度や特異度,陽性的中率,陰性的中率などがよく用いられる.ここで,2つのスクリーニング検査間でどちらの性能が高いのかを比較する上で,感度/特異度を主要評価変数とした場合にはよく知られたMcNemar検定を用いることができる.これは大標本理論に基づくものであるが,小標本の場合には,正確検定として二項検定を用いることができる.一方で,主要評価変数が陽性的中率/陰性的中率の場合には,2つの検査法の比較に対する検定手法は,たとえばGEEの枠組みで提案されるなど,いくつか提案されてはいるが既報としては5編ほどしかなく,そのいずれもが大標本理論に基づいたものである.そこで本研究では,並べ替え検定の考え方を用い,陽性的中率/陰性的中率を比較する場合の正確検定を提案した.通常,並べ替え検定にはコンピューターを用いた膨大な計算時間が必要であり,サンプルサイズが増えれば増えるほどその傾向は顕著になる.しかし本研究では単純に全パターンの並べ替えを行うのではなく,元データと分割表との関係に着目し,そこからそれらの間の関係式を見出し,この考え方に基づいた正確p値の導出を行った.これらの研究成果は国際会議などで発表し,すでに結果を論文にまとめ海外の学術誌へ投稿済みである.現時点では,1回目のreviewerからの査読コメントに対応し,それを受けた2回目の査読コメントに基づきminor revision中である.本年度中に予定されていた課題に対する研究成果の学会発表ならびに論文の学術誌への投稿が完了し,現在査読コメントに基づき論文を修正中である.全部で3つの課題を設定しており,各年度に1つずつ完了させる予定であるが,1つ目の課題に対する成果はほぼ出ており順調であるため,引き続き2つ目の課題(2019年度中完了予定)に取り組む.本研究のアドバイザーでいらっしゃる富澤先生を直接訪問することがなかったことと,論文投稿の際の英文校正費用が別の財源から支出可能であったため,それらの差額として次年度使用額が生じた.進捗が順調であるため,今年度の研究成果を発表する場として,広く客観的意見を取り入れるため,当初の予定とは別の国内会議(もしくは国際会議)でも発表し,今年度の繰越金はそちらに充てる予定である.
ナノサイエンス準備教育のための初等科学教育の設計

本研究の目的は,社会の先端科学の準備教育を初等中等教育カリキュラム(具体的には,理科)で実現することであった.先行研究のレビューを通して,世界標準となりつつあるLearning Progressions Modelと現状の学習指導要領の比較分析した結果,粒子論の領域において,我が国の学習指導要領は内容を十分にカバーしているが,その系統性に問題があり,特にmodel-based reasoningが欠損していることがわかった.さらに,仮説実験授業の指導書に基づいて学習内容の系統性を再構築した上で,学習者の学びの軌跡を分析すると,異なる軌跡でも同等の内容理解に到達できることがわかった.本研究の目的は,ナノサイエンスを具体例として,社会の先端科学の発展に寄与する高度な研究者の育成を目指した戦略的な教育カリキュラムの設計を,専門的な教育に入る準備段階にあたる初等中等教育カリキュラム(具体的には,理科)で実現することである.この研究では,世界的に評価の高い日本の初等科学教育における学習活動の構造が持つ特徴と,それを先端科学の基本概念の学習に連動させる知識創造型学習カリキュラムの考え方を融合させる.H23年度に抽出したナノサイエンスの基本概念群に基づいて,基本概念学習とそれを将来のナノサイエンスへと拡張する可能性を含んだ知識創造型学習活動を融合した学習指導計画を立案し,その実行可能性を現場での実践研究を通して検証した.具体的な方策として,現場の指導主事らの意見や,長期研修制度で授業研究に参加している実践者の実践を参照しつつ,これまで長期にわたり展開してきた仮説実験授業の学習単元の指導内容と,単元間の関係から粒子論に関連したLearning Progression modelを構築することができるかどうか,実践の記録をもとに検討した.その結果,1.我が国の現状の指導要領では,コア概念い基づく再帰的な学習サイクルの実現を目指すには,より早い段階からコア概念の導入が必要であること,2.各学習単元の進展に学習者の探究ベースの学習活動がベースになる仮説実験授業のような形態を導入することによって学習者の理解モデルが漸進的に発展するカリキュラムの実現が可能であることが示唆された.本研究の目的は,社会の先端科学の発展に寄与する高度な研究者の育成を目指した戦略的な教育カリキュラムの設計を,専門的な教育に入る準備段階にあたる初等中等教育カリキュラム(具体的には,理科)で実現することであった.この研究では,世界的に評価の高い日本の初等科学教育における学習活動の構造が持つ特徴と,それを先端科学の基本概念の学習に連動させる知識創造型学習カリキュラムの考え方を融合させる.教育センターの指導主事(理科)や現場の教諭らとの授業研究チームを構成し,具体的な実践活動を通して,カリキュラムの精緻化をはかった.これによって,ナノサイエンスの理解のための基本概念の抽出と,それを用いた基礎学習のジャパニーズ・スタイルを提唱する素地が確立した.先端科学と初等中等教育を連結する概念的な枠組みは,Learning Progression Modelsとして北米を中心に研究されており,その成果はCommon Core State Standardsに反映されている.本研究では,その中でも具体的な指導計画が明確になっている粒子論を事例として取り上げ,日本の学習指導要領との違いについて検討し,その差分を有機的に埋めるためのカリキュラムのあり方について仮説実験授業を日本独自の資源として検討の材料とした.その結果,現状の学習指導要領では,LPs modelで言われる中核的な概念について網羅していることが判明した一方で,最終的な理解への道筋の中で中間的な概念として示されるstepping stonesが不明瞭であると同時に,その系統性にも改善の余地が見つかった.こうした問題を解決するために,仮説実験授業の授業書に基づくカリキュラムの系統性を考案し,具体的に行われてきた授業記録から概念の発達の系統性がどれほど支援可能かを検討した結果,LPs modelと同等の効果をもたらすことがわかった.本研究の目的は,社会の先端科学の準備教育を初等中等教育カリキュラム(具体的には,理科)で実現することであった.先行研究のレビューを通して,世界標準となりつつあるLearning Progressions Modelと現状の学習指導要領の比較分析した結果,粒子論の領域において,我が国の学習指導要領は内容を十分にカバーしているが,その系統性に問題があり,特にmodel-based reasoningが欠損していることがわかった.さらに,仮説実験授業の指導書に基づいて学習内容の系統性を再構築した上で,学習者の学びの軌跡を分析すると,異なる軌跡でも同等の内容理解に到達できることがわかった.本研究の目的は,ナノサイエンスを具体例として,社会の先端科学の発展に寄与する高度な研究者の育成を目指した戦略的な教育カリキュラムの設計を,専門的な教育に入る準備段階にあたる初等中等教育カリキュラム(具体的には,理科)で実現することである.この研究では,世界的に評価の高い日本の初等科学教育における学習活動の構造が持つ特徴と,それを先端科学の基本概念の学習に連動させる知識創造型学習カリキュラムの考え方を融合させる.教育センターの指導主事(理科)や現場の教諭らとの授業研究チームを構成し,具体的な実践活動を通して,カリキュラムの精緻化をはかっていく.これによって,ナノサイエンスの理解のための基本概念の抽出と,それを用いた基礎学習のジャパニーズ・スタイルを提唱する. H23年度の具体的な研究目的は,ナノサイエンスの基本概念の抽出と,初等中等理科教育の学習指導要領の学習単元とのマッチングをはかる. 1ナノサイエンスの研究動向について文献調査を行った.3名は自分の理解に基づいて,その内容を児童に教授する際,どのレベルの説明が可能かを個々に検討し,その案を持ち寄って議論した.ここから,ナノサイエンスの基本概念の候補を抽出した.