hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
筋緊張性ジストロフィーの原因であるCTGリピートの延長がtauopathyに及ぼす影響の解析

またDMでは、中枢神経系に、tauopathyであるAlzheimer病やfrontotemporal dementia(FTD)同様に、tau蛋白の異常リン酸化が起こり、神経細胞の脱落が生じることが判明している。そこで本年度はDMの中枢神経症状(tauopathy)の病態を解明するために、中枢神経系の培養細胞であるPC12細胞に、250回のCTGリピート含むmRNAを恒常的に発現するstable cellを作成した。この細胞は、(1)マーカー遺伝子としてルシフェラーゼ(LUC)を用いているので、LUC活性を調べるだけで容易にCTGリピートのcis-効果を測定出来ること、(2)PC12細胞はnerve growthfactor(NGF)を加えるまでは細胞分裂を繰り返し、そのたびに一定の間隔で核膜が消失しているが、NGFを加えると細胞の分化が始まり、細胞分裂を行わなくなるので、核膜が消失しなくなる。つまり、NGFを加えることで初めて、核内に存在するCTGリピート含むmRNAの効果を誘導することが出来ること、(3)培地に種々の薬剤を加えて培養し、LUC活性を測定することで、容易に薬剤のスクリーニングが可能であること、などの特徴を有している。本年度、この細胞を用いて、(1)NGFで分化誘導を行うと、CTGリピートがcytotoxicに作用して、apoptosisによる神経細胞死が起こること、(2)NGFを加えないと、このようなcytotoxicityは認められないこと、(3)ある種の漢方薬エキス(flavonoid)はCTGリピートのcis-効果を軽減させ、cytotoxicityを防止することを明らかにした。今後このシステムを用い、DMの治療に有用な薬剤のスクリーニングを行なうとともに、細胞レベルでのDMの病態機序を解明してゆく予定である。筋強直性ジストロフィー(DMI)は、筋力低下、筋萎縮のみならず、全身に種々の合併症を併発する。この疾患は、DM protein kinase(DMPK)遺伝子の3'非翻訳領域に存在するCTGリピートが、数百回前後延長するCTGリピート病であるが、近年、延長したリピートを含むDMPKのmRNAが核内に存在することで、自分自身の遺伝子や、同時に発現する他の遺伝子に、cis-,trans-に作用し、他の遺伝子の発現や、alternative splicingの異常をきたすと考えられている。またDM1では、中枢神経系に、tauopathyであるAlzheimer病やfrontotemporal dementia(FTD)同様に、tau蛋白の異常リン酸化が起こり、神経細胞の脱落が生じることが判明している(tauopathy)。そこでDM1の中枢神経症状の病態を解明するために、中枢神経系の培養細胞であるPC12細胞にルシフェラーゼ(LUC)遺伝子の下流に250回のCTGリピート含むmRNAを恒常的に発現するstable cellを作成した。
デアミノノイラミン酸(KDN)を含む糖脂質ーKDNーガングリオシドーの検索と機能

シアル酸はNーアシルノイラミン酸誘導体の総称で複合糖質(糖脂質、糖タンパク質)の構成要素として動物組織・細胞に広く分布している他、ある種の病原性バクテリアの莢膜多糖およびウイルスの外膜の構成要素としても存在し、現在20種以上知られている。我々は、魚卵表層顆粒由来の糖タンパク質の構造・機能の研究過程でノイラミン酸のアミノ基が水酸基で置換された俗称デアミノノイラミン酸(KDNと略称)と言うべき新しいシアル酸アナログを発見した(1986年)。その後の研究状況から推してシアル酸の場合と同様、KDN残基を含む複合糖質が微量であるかも知れないが動物組織・細胞に広く分布しているのではないかとの考えの基に本研究を計画し、以下に列挙する結果を得た。(1)結合様式を異にするKDN残基(KDNα2→8KDN;KDNα2→3Gal;KDNα2→6Gal NAC等)を含むKDNー糖タンパク質を抗原として用い、ポリクロ-ナル抗体の産生に成功した。これをプロ-ブとしてKDNーガングリオシドの検索に活用すると共に、より特異的な単クロ-ン抗体の調製を目下行っている。(2)平成2年度の特筆すべき研究成果は、世界に先駆けてKDNーガングリオシドの最初の存在例をニジマス精子に見出したことである。100尾を越すニジマス2年成熟魚精子からKDNーガングリオシドを単離・精製し、純粋試料について化学的・生化学的手法を駆使してセラミド部分を含め完全化学構造を決定した[(KDN)Gm_3と命名]。
時期特異的Foxc2+間葉系細胞系譜を用いた心血管発生の解析

フォークヘッド転写因子の一つであるFoxc2遺伝子はリンパ浮腫を伴う疾患の原因遺伝子候補とされている。我々はFoxc2ノックアウト(KO)マウスの心大血管奇形および肺成熟異常との関連性について解析を行い、本遺伝子欠失マウスの肺の発生過程において肺胞上皮の分化の異常とリンパ管形成の異常を呈すること、および器官形成期における肺間葉系細胞でのLef1遺伝子発現が有意に低下することを見出し報告した。しかしながら、Foxc2遺伝子は発生過程のほぼ全ての間葉系細胞で発現するため、従来のCre-loxPを用いた細胞系譜解析、および時期特異性の情報を得ることが困難である。このため、Tamoxifen(TAM)誘導性Foxc2-Cre (Foxc2-CreERT2)マウスの分与を受け解析を勧める運びとなったが、平成29年度に予定していた凍結保存の搬入と個体の生産が遅れた。本年度では、凍結胚により搬入されたFoxc2-CreERT2; R26R-LacZ個体を用いた研究環境の整備、即ち他系統への戻し交配を含む繁殖継代コロニーの確立を行い、戻し交配過程で得られた個体を用いた解析手技の確立を中心に、TAM投与により胎齢時期をずらしてFoxc2遺伝子をノックアウトし、ミュータント系における心大血管系の表現型変異の確認を行った。また、Foxc2ミュータントマウス胚子の鰓弓を用いて、発現遺伝子動態の解析を目的としてRNAシークエンスを行い、Foxc2ヘテロ個体とFoxc2欠失個体における発現遺伝子の比較解析をすすめている。また、Foxc2+/-においても眼球脈絡膜毛細血管板などの血管系の形態異常が確認されているため、今後、感覚器の発生まで対象を広げての解析を計画している。Foxc2-CreERT2マウスの搬入の遅延(腸管内原虫汚染による個体搬入が不可能)により、当初の予定よりもほぼ一年分、研究の進行が遅れている。しかし、凍結胚によるマウス搬入完了により、本年度は継代コロニーの確立を進めた。我々はFoxc2遺伝子欠失胎仔の表現型で系統差を見出していることから、分与されたC57BL/6 (B6)マウス以外に、ICRおよび129xBlack Swiss系のバックグラウンド個体が解析に必要であり、現在も戻し交配を進めている。この過程で得られた交雑個体を用いて、1TAM感受性の系統差の有無、投与ステージについての確認を行った。また、X-gal染色手技の確認と同時にR26Rヘテロ個体とホモ個体におけるシグナル発現の差についても確認を行った。さらに2咽頭弓器官分化におけるFoxc2遺伝子発現と表現型の関係の確認する目的で、時期特異的にFoxc2遺伝子を欠失させた胎仔の心大血管の形態解析を行い、大血管異常形態を発現する時期が胎齢6ー7日の可能性が示唆されている。3肺発生を中心とする器官形成期におけるLef1関連遺伝子(canonical Wnt signaling)については、関連遺伝子候補が多かったため、胎齢10.5日Foxc2 KOマウスの鰓弓部位のRNAシークエンスを行い、現在、データの解析を進めている。1ー3のデータをもとにした器官形成期胚子の画像解析手技の検討(分担者北原が担当)については、戻し交配過程の交雑種のためデータ収集は遅れている。しかしながら、最終目的とするFoxc2+細胞の細胞系譜とクローン解析にむけて、戻し交配によりICR、129xBlack SwissおよびB6の3系統の継代化が進んでいる為、次年度での試行が期待できる状態となっている。現在、ICR系はF5、129xBlack Swiss交雑系はF4まで戻し交配が進んでいるため、系統差を考慮した正規のデータ収集がほぼ可能となってきている。本年度は、Foxc2遺伝子欠失時の心大血管系における表現型の系統差を踏まえ、1心大血管系におけるFoxc2+間葉系細胞の細胞系譜の比較解析をB6系、ICR系、129xBlackSwiss交雑系において行う。また、2RNAシークエンス解析のデータをもとに、顕著な変化の見られた遺伝子について、器官形成期のFoxc2欠失時のLef1関連遺伝子(canonical Wnt signaling)発現について、その発現動態の詳細と発現部位の特定を、鰓弓器官および肺発生を中心に、前者はqPCR、後者は免疫染色法を用いて確認する。さらに、12での結果を発展させるため、最終的には3クローン解析を目指している。即ち、Foxc2-CreERT2; R26R Confettiマウスを用いた心大血管および肺組織分化にあたるFoxc2+間葉系細胞数(=量)と胎齢の関係について、Foxc2欠失個体も合わせて解析を行い、間葉系細胞の遊走能とFoxc2遺伝子発現について検討し、大血管および肺組織、さらには感覚器も含めて、発生過程におけるFoxc2+細胞の細胞系譜の詳細を明らかにする。フォークヘッド転写因子の一つであるFoxc2遺伝子はリンパ浮腫を伴う疾患の原因遺伝子候補として報告されている。しかしながら、Foxc2遺伝子は発生過程のほぼ全ての間葉系細胞で発現するため、従来のCreノックインマウスでは細胞系譜解析、および時期特異性の情報を得ることが困難である。

このため、Tamoxifen(TAM)誘導性Foxc2ーCre (Foxc2-CreERT2)マウスの分与を受け解析する運びとなっていた。搬入から本系の解析用個体が産出されるまで、本年度は、解析手技の確立と血管およびリンパ管系の形態の確認を進めていたが、Foxc2 KOマウスを用いて免疫染色法を用いて解析中、Foxc2+/ー成獣において眼球の脈絡膜毛細血管板の血管の形態が正常と異なり、周皮細胞の分布数が多いことを見出した。Foxc2ー/ー胎仔(生後致死)については、大血管中膜層平滑筋の分布異常を想定していたが、この結果から、Foxc2+/ーの成獣も含めた血管系の詳細な形態確認が必要と考えられ、解析を進めることとした。また、当初計画していた関連遺伝子の発現量の比較解析においても、今後はFoxc2+/ーを含めた系の解析を計画している。本年度は、1Foxc2-CreERT2マウスの分与後の戻し交配を行うなど繁殖コロニーの確立と、Tamoxifen投与ステージにおける系統差の確認と手技の確立、2Foxc2 KOマウスを用いた免疫染色法、in situ hybridization等の手法による大血管および肺の発生過程における関連遺伝子の発現の比較を計画していた。しかし、Foxc2-CreERT2マウスの搬入の遅延(先方施設の腸管内原虫汚染により個体での搬入が不可能となったため)、およびマウス画像解析担当者急逝による研究分担者の交代などがあり、実験に1については遅延をきたしている。なお、Foxc2-CreERT2;R26R-LacZマウスについては、2018年4月19日に凍結胚として本学搬入済みである。また2については、Foxc2 KOマウスの血管系の形態確認に当たり、Foxc2+間葉細胞が発生過程において視覚原基周囲に遊走することから、眼球の脈絡膜毛細血管での形態特徴を代用できるか試行したところ、Foxc2欠失(Foxc2-/-)胎仔では眼球内血管の発達が悪く、一方、成獣においてもFoxc2+/ー個体において、脈絡膜毛細血管板の周皮細胞の分布増加を見出している。フォークヘッド転写因子の一つであるFoxc2遺伝子はリンパ浮腫を伴う疾患の原因遺伝子候補とされている。我々はFoxc2ノックアウト(KO)マウスの心大血管奇形および肺成熟異常との関連性について解析を行い、本遺伝子欠失マウスの肺の発生過程において肺胞上皮の分化の異常とリンパ管形成の異常を呈すること、および器官形成期における肺間葉系細胞でのLef1遺伝子発現が有意に低下することを見出し報告した。しかしながら、Foxc2遺伝子は発生過程のほぼ全ての間葉系細胞で発現するため、従来のCre-loxPを用いた細胞系譜解析、および時期特異性の情報を得ることが困難である。このため、Tamoxifen(TAM)誘導性Foxc2-Cre (Foxc2-CreERT2)マウスの分与を受け解析を勧める運びとなったが、平成29年度に予定していた凍結保存の搬入と個体の生産が遅れた。本年度では、凍結胚により搬入されたFoxc2-CreERT2; R26R-
酸化還元エネルギー

小澤らはミトコンドリア(mt)DNA多重欠失を発見し、欠失発生への直接繰返し配列の関与を示した。また核DNAの協調的発現に係わる塩基配列を解明した。折井は、チトクロム酸化酵素の反応中間体であるperoxy型とferryl型を灌流肝臓で検出し反応機構の普遍性を確認した。佐藤は23例の例のmtミオパチーと11例の他疾患の生検筋のmtのサザンブロット解析を行い、10例のmtミオパチーにmtDNAの欠失を認めた。5例の筋についてin situ hybridizationを行い、欠失mtDNAの分布を明らかにした。多田は、mt脳筋症47例のサザン法により検討し、mtDNAのdeletionを5例に認めた。1例は眼筋ミオパチーであったが、他の4例は、臨床的に眼筋麻痺やRRFを認めず、欠失mtDNAの割合が低い点が特異であった。松原はユーグレナ・チトクロムc_1のcDNAの塩基配列を決定した。システィン39が唯一のヘム結合残基であること、ヘム鉄の配位子がヒスチジン44とメチオニン164とであることを明らかにした。小池は、ピルビン酸脱水素酵素(PDH)α、β遺伝子の単離と全構造解析を行い、両遺伝子の発現機序を解明し、ATP産生応答における本酵素の役割を明らかにした。埜中は、mtミオパチーにおけるチトクロムc酸化酵素欠損は1本の筋線維内にも節状に分布するものと、分節が不明瞭なものの二群があることを明らかにした。宝来はヒトmtDNAのDループ領域の塩基配列を3大人種よりなる95人について決定し、系統樹を作成した。戸嶋はヒト心筋症心筋生検組織について電子伝達系酵素複合体に対する抗体を用いた免疫組織化学研究を行い、染色性低下を肥大型、拡張型心筋症の一部において証明した。宮武はLeber氏病においてmtDNAに点塩基変異の存在することを日本人において初めて見出した。佐橋はまた再発性ミオグロビン尿兄弟症例においてmtDNAの多重欠失を証明した。本研究によりmt遺伝子の発現機構およびその異常の広範な疾患への関与が明確にされた。
アクチン様タンパク質Human ARP2、ARP3の細胞内における機能の解明

本研究遂行中、WelchらによってARP2,.ARP3は他の複数のタンパク質と複合体を作っていることが明らかになり、以後この複合体(Arp2/3)の細胞内での動態を調べるべく研究計画を変更した。まずHuman ARP2,ARP3に対するウサギポリクローナル抗体を作製し、この抗体を用いてヒト血小板を材料としてその局在を調べたところ、ARP2/3は未刺激の血小板では主に細胞質画分に存在するが、TRAPによって血小板刺激を行うと細胞質画分から細胞骨格画分に移行することが示された。ARP2/3の細胞骨格画分への移行は、血小板凝集を阻害する抗体の存在下では阻害を受けなかったが、PI3-kinaseインヒビターであるwortomanninや、rhoに対する特異的なインヒビターであるedinの存在下で阻害を受けることが示された。このことにより、ARP2/3の細胞内局在性がTRAPのターゲットであるトロンビンレセブターおよびその下流に位置するPI3-kinase、rhoを介するシグナル伝達経路のさらに下流で制御されていることが示された。また血小板をCalyculin等のプロテインフォスファターゼインヒビターで処理すると、細胞骨格画分中のARP2/3が速やかに消失することが分かった。このことはARP2/3の細胞内局在の制御にタンパク質リン酸化が何らかの形で関与していることを示しているが、現在までのところARP2およびARP3のリン酸化が局在性の制御に関わっているという結果は得られておらず、Arp2/3を構成している別のサブユニットのリン酸化によって局在性の制御がなされている可能性がある。Human ARP2,ARP3の細胞内での局在性を調べるために、まずARP2,ARP3に対するウサギポリクローナル抗体を作製した。この抗体を用いて、ヒト血小板を材料としてその局在を調べたところ、ARP2,ARP3は、未刺激の血小板では主に細胞質画分に存在するが、TRAPによって血小板刺激を行うと細胞質画分から細胞骨格画分に移行することが示された。TRAPによる血小板刺激は複数のシグナル伝達経路を介して、血小板の凝集・顆粒成分の放出、血小板中の細胞骨格の再構成といった血小板活性化を引き起こすと考えられる。ARP2,ARP3の細胞骨格画分への移行は、血小板凝集を阻害する抗体の存在下では阻害を受けなかったが、PI3-kinaseインヒビターであるwortomanninや、rhoに対する特異的なインヒビターであるedinの存在下で阻害を受けることが示された。このことは、TRAPのターゲットであるトロンビンレセプターおよびその下流に位置するPI3-kinase、rhoを介するシグナル伝達経路のさらに下流で、ARP2,ARP3の細胞内での局在性が制御されている可能性を示唆している。また複数のプロテインキナーゼインヒビター、およびプロテインフォスファターゼインヒビターの存在下においても、ARP2,ARP3の細胞内局在に変化が起こることが示されているが、これらの変化は各インヒビターによる細胞骨格への影響が引き起こす二次的な現象である可能性もあるので、現在その点について検討中である。
単原子層制御による磁気冷凍薄膜の動力学的特性評価

前年度までに作製したバルク試料の磁気特性評価をもとに、Ni-Mn-Sn合金におけるMn-Sn組成を変化させた薄膜試料を作製した。作製した合金薄膜のMn組成は1.2から1.6程度に固定して成膜に取組んだ。薄膜試料作製にはNiターゲット、Mnターゲット、Snターゲットの3ターゲットを用いて、同時スパッタにて成膜を行った。成膜と組成分析を繰り返し行い、狙い通りの組成を安定して得られる成膜条件を見出することに成功した。また、成膜時の基板には熱酸化被膜付きシリコンおよびMgO(100)基板を用い、薄膜試料の結晶構造や静的な磁気特性を評価するとともに熱処理効果および酸化保護膜の影響を検討した。作製した薄膜試料は、成膜時に用いた基板の種類によらず、熱処理温度の上昇と共に規則化が促進された。特に、500度以上の熱処理を施すことによりエピタキシャル成長することを見出した。また、熱酸化被膜付きシリコンおよびMgO(100)基板を用いた薄膜試料において、マルテンサイト変態の出現が確認された。このとき、MgO(100)基板に成膜した薄膜試料の熱磁気曲線において、マルテンサイト変態に起因する明瞭な転移履歴が出現することを確認した。さらに、熱処理温度が500度以上の薄膜試料において、磁気熱量効果の1つである等温磁気エントロピー変化(ΔSm)が得られた。組成や熱処理条件を変化させて作製した試料におけるΔSmは、MgO(100)基板を用いて成膜した後に500度の熱処理を施したNi2Mn1.4Sn0.6薄膜試料において最も大きな値を示すことを見出した。また、成膜条件によらず、熱処理温度上昇とともにΔSmの最大値は低減した。本研究では薄膜合金試料の酸化保護膜として金(Au)を用いたが、酸化保護膜の有無によらず、磁気特性に大きな変化は現れなかった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。ナノテクノロジーの発展とともに、電子デバイスや磁気記録デバイスの高集積化が進み、配線や素子の微細化や高密度化による発熱量の増大が問題となっている。今後もさらなるデバイスの高性能化、高機能化を継続するためにはデバイス内部を効率的に冷却することが求められる。本研究においては、薄膜磁性材料の冷却能力を評価し、高効率化に対する材料設計の指針を得ることを目的としている。本年度は、バルク磁気冷凍材料であるニッケル基ホイスラー合金の薄膜試料を成膜するに当たり、熱処理条件や組成および元素置換に伴う磁気特性の変化を評価するためにバルク試料の作製を通して最適化をはかった。その結果、新規4元系ホイスラー合金Ni2-xPdxMn1.47Sn0.53の作製に成功した。このとき、xの増加とともに飽和磁化が減少し、さらに、組成によってマルテンサイト変態が出現または消失した。Ni2Mn1.47Sn0.53およびPd2Mn1.47Sn0.53ホイスラー合金においては、マルテンサイト変態の出現が確認されているが、4元系合金にすることでマルテンサイト変態の出現が不安定になった。マルテンサイト変態の出現と元素置換による電子状態の変化に相関があるかどうかを評価するために、Ni-Pd組成を微小に変化させた試料の作製に取り組んでいる。また、これまでに作製した4元系試料においては、x = 2の時に逆磁気熱量効果が出現することを見出した。磁気熱量効果のひとつである等温磁気エントロピー変化を評価したところ、より小さな磁場変化で3元系Ni-Mn-Snホイスラー合金と同程度の値を示すことがわかった。超高真空成膜装置にてバルク磁気冷凍材料であるニッケル基ホイスラー合金を作製するにあたり、はじめに、バルク材料を作製することで、薄膜成膜時の元素選択や組成等の各種最適化をはかった。採用第1年目ということもあり、使用する装置の立ち上げやメンテナンスを行いながら実験に取り組んだ。装置の不調が続いたため想定以上にメンテナンスや修理を要したが、単相試料作製のための熱処理条件や組成変化に伴う磁気特性の評価に取り組んでいる。さらに、組成変化に伴う電子構造の変化に由来した磁気特性の変化を評価するために、新規4元系Pd-Ni-Mn-Snホイスラー合金の作製に成功した。この試料を用いて磁気熱量効果の評価にも取り組んでおり、この結果は、2017年4月に開催された国際会議( IEEE International Magnetics Conference 2017 )にて発表した。また、薄膜試料作製に関する知見も得られていることから、次年度の成果に期待が持てる。今年度は、Ni2Mn1+xSn1-xホイスラー合金薄膜の作製とその物性評価に取り組んだ。超高真空成膜装置にNi, Mn, Snの3つのターゲットを設置し、同時スパッタにより合金薄膜の作製を試みた。3つのターゲットを用いることで、成膜する試料の組成調整が可能となる。さらに、使用した超高真空成膜装置では、成膜から熱処理までを同一装置内で行うことができるため、薄膜試料の酸化リスクが大幅に低減される。作製した薄膜試料においては、組成や熱処理条件の変化にともなう磁気特性への影響を検討した。はじめに、静的な物性である結晶構造の評価、磁気特性の評価、磁気熱量効果の評価に取り組んだ。

薄膜試料作製においては、基板を2種類用いており、薄膜試料との格子整合性が良い基板において規則化が促されることを確認した。また、作製した薄膜試料の組成や熱処理条件の違いにより、相転移挙動が変化した。特に、Ni2Mn1.4Sn0.6 ( x = 0.4 )の試料における熱磁気曲線においては、熱処理温度が500度以上の場合、マルテンサイト変態にともなう磁化変化が明瞭に生じ、転移履歴が出現する。しかし、熱処理温度が600度の場合、磁化の値と転移履歴の両方が減少した。次に、磁気熱量効果の1つである等温磁気エントロピー変化をマルテンサイト変態が確認された試料で評価したところ、逆磁気熱量効果の出現を確認した。同一組成の薄膜試料の場合、等温磁気エントロピー変化の最大値は熱処理温度によらず同程度の値が得られた。しかし、2 Tの磁場変化で生じる等温磁気エントロピー変化の値は、バルク試料と比べて1/10程度の大きさであった。今後は、磁気熱量効果が低減した理由について検討するとともに、磁気特性の動的な評価に取り組みたい。初年度に作製したバルク試料の磁気特性をもとに、Ni-Mn-Snホイスラー合金薄膜試料の作製に取り組んだ。バルク試料の場合、Ni2Mn1.47Sn0.53の試料において良好な磁気特性が得られたことを踏まえ、薄膜試料のM n組成を1.3から1.5に固定して成膜を行った。薄膜作製には、Ni、Mn、Snの3ターゲットを用いて同時スパッタにて成膜を試みた結果、組成の再現性をとることが難しかったものの、成膜の良好な条件を見出した。作製した試料においては、磁気特性に対する基板や熱処理温度の影響を評価したところ、熱処理温度の効果に関する知見が得られた。薄膜試料と基板の格子整合性が良いと規則化が促進されることを確認した。また、磁気熱量効果の1つである等温磁気エントロピー変化を評価したところ、同一組成の試料においては、熱処理温度によらず同程度の等温磁気エントロピー変化の値が得られた。当初、試料形状によらず同程度の等温磁気エントロピー変化が得られると予想していたが、薄膜試料の等温磁気エントロピー変化の値をバルク試料の値と比較すると1/10程度であった。前年度までに作製したバルク試料の磁気特性評価をもとに、Ni-Mn-Sn合金におけるMn-Sn組成を変化させた薄膜試料を作製した。作製した合金薄膜のMn組成は1.2から1.6程度に固定して成膜に取組んだ。薄膜試料作製にはNiターゲット、Mnターゲット、Snターゲットの3ターゲットを用いて、同時スパッタにて成膜を行った。成膜と組成分析を繰り返し行い、狙い通りの組成を安定して得られる成膜条件を見出することに成功した。また、成膜時の基板には熱酸化被膜付きシリコンおよびMgO(100)基板を用い、薄膜試料の結晶構造や静的な磁気特性を評価するとともに熱処理効果および酸化保護膜の影響を検討した。作製した薄膜試料は、成膜時に用いた基板の種類によらず、熱処理温度の上昇と共に規則化が促進された。特に、500度以上の熱処理を施すことによりエピタキシャル成長することを見出した。また、熱酸化被膜付きシリコンおよびMgO(100)基板を用いた薄膜試料において、マルテンサイト変態の出現が確認された。
最先端X線顕微鏡を駆使した微生物による海洋地殻の酸化風化機構の解明

本年度は、前年度に海底の現場培養装置から回収したパイライト粉末およびバサルトガラス粉末の化学分析、微生物群集解析および熱力学計算をおこなった。微生物群集は16S rRNA遺伝子解析、鉄の化学種をX線吸収微細構造(XAFS)法、微生物-鉱物付着面の炭素、鉄の化学種を走査型透過X線顕微鏡(STXM)により分析した。また、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、回収した試料および未培養試料の鉱物表面の形状を観察した。16S rRNA解析から、パイライト試料、バサルトガラス粉末試料では周辺海水で検出された微生物群集とは大きく異なる微生物種を含むことが明らかとなった。XAFS分析の結果、鉄を含有する変質物として水酸化鉄鉱物であるフェリハイドライト、シュベルトマナイトが主要鉄鉱物として観察された。鉱物の安定pH条件を熱力学的に計算した結果、とくにシュベルトマナイトが観察されたパイライト表面は周辺海水に比べて低pH環境であると推測された。さらにSTXM分析の結果、微生物-パイライト界面、微生物ーバサルトガラス界面ともに、酸性多糖類が特異的に検出された。一般的に、カルボキシル基などを含む酸性多糖類の存在下では錯生成反応によって鉄含有鉱物の溶解度が上昇すると考えられるため、微生物が酸性多糖類の細胞外に産生することで鉱物中に含まれる鉄を効率的に利用している可能性が示唆された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、研究計画通り2014年に設置した現場培養装置の第1回目の回収航海および回収試料の分析を実施した。回収航海は、2015年4月下旬にJAMSTEC研究航海によって実施した。海況にも恵まれ無人探査機を潜航させ、現場培養装置をベヨネース海丘付近の海底2ヶ所(熱水域、非熱水域)から無事回収することができた。5月から年度末までは、培養装置から回収した試料(玄武岩、パイライト、鉄粉)のバルクXAFS分析、マイクロXAFS分析、STXM分析、微生物群集解析等の分析を順次おこなった。本年度はとくに反応性が高い固体基質であり、変質が進みやすいと予想されたパイライト試料の分析に注力した。パイライト粉末のバルクXAFS分析の結果、含有鉄の10%程度はFe(III)に酸化されており、また表面敏感XAFSによる分析によって粒子表面部では90%程度が酸化鉄鉱物として存在していることが明らかとなった。酸化鉄鉱物の種類としては、フェリハイドライトなどの水酸化鉄鉱物が主な鉄鉱物であり、非晶質鉱物が多く含まれることが明らかとなった。さらにナノスケールX線顕微鏡であるSTXMを用いて、反応場であるバクテリアーパイライト境界面における炭素、鉄の化学状態分析を実施した。その結果、境界面ではバクテリアは酸性多糖類を多く含む細胞外有機物を多く含むことがわかった。一般的に金属錯生成能を有する酸性多糖類の存在下ではパイライトなど鉱物の溶解性は増加するため、微生物は鉱物中に含まれる2価鉄などエネルギー物質を効率よく溶解させるユニークな機構を有することがわかった。鉄のSTXM分析の結果も炭素の結果と調和的な結果であった。年度後半で実施予定だった微生物群集解析は、PCR用プライマーの選択検討などに時間を要したため、来年度初めから実施する予定である。2015年度中に実施する予定だった微生物群集解析が、PCR増幅用プライマーの選択検討などに時間を要したため。本年度は、現場培養装置の回収航海は実施しなかった。そのため、2014年度および2015年度に回収した試料の分析に注力した。現場培養装置には鉄を含む固体基質として玄武岩、パイライトをセットしているが、本年度は反応性が高く変質が進みやすいと予想されるパイライト基質の試料分析を実施した。2015年度後半にパイライト試料の微生物群集解析はすでに進めており、堆積物試料と比べて、バクテリアドメインに特異的な群集が観察されている。本年度は、観察された特異群集を標的とした微生物蛍光染色、および標的微生物ーパイライト粒子境界面の放射光源X線顕微鏡(STXM)分析、透過電子顕微鏡(TEM)分析をおこなった。STXM分析の結果、標的細胞ーパイライト境界面において酸性多糖類を多く含む細胞外有機物を産生していることがわかった。また、同領域のFe化学種は3価鉄が卓越しており、パイライトに含まれる鉄が酸化されていることを示唆する。一般的に、カルボキシル基などの酸性多糖類の存在下では鉱物溶解は増加するため、微生物は鉱物中に含まれる2価鉄を効率よく溶解させるユニークな機構を有することが推測される。STXMによるFe NEXAFS分析の結果、細胞ーパイライト境界面で観察される3価鉄は水酸化鉄鉱物であった。TEM分析を用いて、この水酸化鉄の鉱物粒子径、鉱物種を調べた結果、粒径は5-10 nm程度のナノ粒子であり、鉱物種はシュベルトマナイトであることがわかった。シュベルトマナイトは熱力学的に酸性環境で安定な鉱物種であり、微生物ー鉱物境界面には周辺海水と異なる低いpH環境が形成されていることが示唆された。無機的な2価鉄の酸化速度は、pHが低くなるほど小さくなため、パイライト表面(変質反応場)では、微生物による生物的な酸化反応が卓越しやすいことを強く示唆する重要な結果が得られた。パイライト基質に関する分析がほぼ終了し、STXMやTEMの試料作成のプロトコル等が確立できたため。

残り2年度で玄武岩試料の分析に注力する予定である。本年度は、回収したバサルトガラス粉末の分析を集中的におこなった。バルクXAFS法をもちいて培養期間12ヶ月の試料の鉄(Fe)の化学種を分析した結果、初期状態とほぼ変わらず、Fe(II)が90-92%であった。次に表面敏感XAFS法を用いてFeの化学種を分析した結果、バルク分析とは異なり20-30%程度のFe(III)が検出された。これらの結果から、バサルトグラス粉末において、粒子の表面部(60 nm程度=転換電子収量法での分析深度)では鉄の酸化が進んでいることが明らかになった。次に回収した試料から微生物由来DNAを回収し、試料に含まれる微生物群集(バクテリア)を解析した。その結果、classレベルではα-proteobacteria、γ-proteobacteriaの群集がそれぞれ22-35%、20-31%の範囲で含まれており、周辺海水の微生物群集と比較して有意に優占していることがわかった。またこれら以外のclassは、全体に対して5%未満しか検出されなかったため、これらα-proteobacteria、γ-proteobacteriaがバサルトガラスを基質として利用している可能性が高いと考え、以降のFISH-STXM分析の標的微生物群とした。α-proteobacteria、γ-proteobacteriaを標的としたFISH-STXM分析を実施した結果、一部の微生物細胞では標的細胞ーバサルトガラス境界領域で酸性多糖類を多く含む細胞外有機物の存在が観察された。また、同じ領域のFe化学種は3価鉄が卓越しており、バサルトガラスに含まれる鉄が酸化されていることを示している。一般的に、カルボキシル基などの酸性多糖類の存在下ではケイ酸塩鉱物の溶解度が上昇すると予想され、酸性多糖類の細胞外産生によって鉱物中に含まれる鉄を効率的に利用している可能性が示唆される重要知見が得られた。現場培養装置の設置及び回収、回収試料の分析ともに予定通りに進んでおり、おおむね順調に進展している。本年度は、前年度に海底の現場培養装置から回収したパイライト粉末およびバサルトガラス粉末の化学分析、微生物群集解析および熱力学計算をおこなった。微生物群集は16S rRNA遺伝子解析、鉄の化学種をX線吸収微細構造(XAFS)法、微生物-鉱物付着面の炭素、鉄の化学種を走査型透過X線顕微鏡(STXM)により分析した。また、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、回収した試料および未培養試料の鉱物表面の形状を観察した。16S rRNA解析から、パイライト試料、バサルトガラス粉末試料では周辺海水で検出された微生物群集とは大きく異なる微生物種を含むことが明らかとなった。XAFS分析の結果、鉄を含有する変質物として水酸化鉄鉱物であるフェリハイドライト、シュベルトマナイトが主要鉄鉱物として観察された。鉱物の安定pH条件を熱力学的に計算した結果、とくにシュベルトマナイトが観察されたパイライト表面は周辺海水に比べて低pH環境であると推測された。さらにSTXM分析の結果、微生物-パイライト界面、微生物ーバサルトガラス界面ともに、酸性多糖類が特異的に検出された。
がん治療のための血管新生抑制分子産生細胞包括サブシーブカプセルの開発

平成18年度は前年度のカプセル作製法などに関する生体外での検討結果を受けて、動物実験とさらなるデバイスの改良を行った。動物実験では、ヒトの口腔扁平上皮ガン細胞(SAS細胞)を免疫不全ヌードマウスに移植して腫瘍を形成させた。この腫瘍近傍に、抗ガン剤プロドラックであるイフォスファミドを、がん作用を有するドラッグに変換する酵素シトクロームP450 2B1を発現するように遺伝子導入されたネコ腎由来細胞をアガロースサブシーブカプセルに包括後、移植した。その後、イフォスファミドを投与したところ、シトクロームP450 2B1を発現する細胞を含まないサブシーブカプセルを移植したグループと比較して優位に良好な腫瘍の縮小が認められた。このことは、本研究で目的とした、がん治療用の細胞包括サブシーブカプセルの開発に成功したことを示している。また、このデバイスのさらなる高機能化を目指して、包括した細胞が良好にその内部で増殖可能な中空構造を有する細胞包括カプセルの開発を試みた。このために独自のカプセル作製方法の開発を行い、これまでに報告のない中空構造を有するカプセルの作製に成功した。生体外での検討では、その内部に包括された細胞が、非中空カプセルに包括された場合の5倍以上の速さで増殖可能であることを見出した。また、このカプセルに上記と同様のネコ腎由来細胞を包括して腫瘍形成ヌードマウスに移植することによって、腫瘍を縮小させることに成功した。さらに、生体内においてもこの中空カプセル内で細胞が良好に増殖していることを確認した。本年度は、(1)カプセル材料の選定と物質交換性能、(2)包括細胞の生存性、(3)カプセル径の微小化による生体適合性の変化の3点に関して重点的に評価を行い、それぞれに関して以下の様な知見を得た。(1)カプセル材料の選定と物質交換性能細胞を包括する材料に関して、温度架橋性高分子のアガロースを用いた検討を行った。その結果、再現性よくサブシーブサイズのカプセルを狭い粒子径分布で作製できる材料であることを明らかにした。さらに、物質交換性能に関する検討を行った結果、本研究の特色であるカプセル径の微小化によって、既存のカプセルと比較して細胞の生存や薬理物質の放出に非常に有利となる、著しい物質交換性能の向上が達成されることを明らかにした。(2)包括細胞の生存性材料および物質透過特性に関して良好な結果が得られたアガロースサブシーブカプセルに動物細胞を包括して、生存活性に関する評価を行った。その結果、サブシーブカプセル内に包括された動物細胞は、2ヶ月程度その生存活性を示し続けることを見出した。この結果は、本動物細胞包括サブシーブカプセルを細胞治療に用いることが可能であることを示している結果である。(3)カプセル径の微小化による生体適合性の変化細胞包括カプセルを生体に対して適用した場合に、大きな問題となり多くの研究者がその解決法の開発に尽力しているのがカプセルの生体適合性である。本研究で、直径が異なるカプセルに関して、実験動物を用いた埋め込みカプセルへの異物反応の程度を調べた。その結果、従来の径の直径1mmカプセルと比較して、サブシーブカプセルでは異物反応が1/7程度に抑えられることが明らかとなった。これによって、サブシーブサイズへの径の微小化が及ぼす有効な面を新たに明らかにした。
免疫アレルギー疾患におけるプロスタグランジンD2とその代謝物の新規作用の探索-プロスタグランジンD合成酵素遺伝子操作マウスを用いた解析-

我々はプロスタグランジン(PG)D2の炎症、アレルギーにおける役割を明らかにするために、ヒトPGD合成酵素(PGDS)cDNAをチキンβ-actinプロモーターの下流に挿入したトランスフアーベクターをFVBマウスの受精卵にマイクロインジェクションを行い、ヒトPGDSを大量発現する独立3系統のトランスジェニック(TG)マウスを作製した。卵白アルブミンで感作したTGマウスに、エアロゾールで肺に抗原(卵白アルブミン)チャレンジを行うと、刺激後6時間をピークとして24時間後まで、肺におけるPGD2産生は野生型に比べ有意に増加した。そして、抗原刺激1日後および3日後のTリンパ球と好酸球の肺への浸潤はTGマウスでは野生型に比べ明らかに亢進していた。さらに肺胞洗浄液中のTh2サイトカイン(IL-4,IL-5)やCCケモカイン(エオタキシン)の増加も冗進していた。逆に、PGD受容体欠損マウスおよびPGDS欠損マウスでは、上記のアレルギー性気管支喘息モデル実験における、肺への好酸球の浸潤や肺胞洗浄液中のTh2サイトカインの上昇が低下していた。以上の結果はPGDS及びPGD2がアレルギー反応の増悪に重要な働きをしていることを示し、肥満細胞の高親和性IgE受容体クロスリンクによって起こるPGD2の放出が即時性反応のみならず遅発性反応においても重要な役割を持つことを示唆している。さらに、遺伝子解析のために行う尾末端の切断に伴う痛覚刺激により、ヒトPGDS-TGマウスでは、刺激後3時間をピークとして5時間に及ぶ、脳内PGD2濃度の上昇を伴う徐波睡眠の選択的な増加が起きることを見出した。この睡眠発作は、肥満細胞増多症患者において報告されている血中PGD2の増加を伴う昏睡発作と極めて類似した現象であり、世界で初めて確立された徐波睡眠の異常モデル動物である。本年度我々はプロスタグランジン(PG)D2の炎症、アレルギーにおける役割を明らかにするために、ヒトPGD合成酵素(PGDS)を大量発現するトランスジェニック(TG)マウスを作製し実験を行った。ヒトPGDScDNAをチキンb-actinプロモーターの下流に挿入したトランスファーベクターをFVBマウスの受精卵にマイクロインジェクションを行い独立3系統のTGマウスを確立した。卵白アルブミンで感作したマウスに、エアロゾールで肺に抗原(卵白アルブミン)チャレンジを行うと、即時性(気管収縮、浮腫)と遅発性(気管収縮、好酸球の浸潤)の2相性のアレルギー反応が起こり、ヒト気管支喘息の動物モデルとして用いられている。今回はTGマウスを用い上記モデルでの解析を行った。抗原チャレンジ後6時間をピークとする肺におけるPGD2産生は、TGマウスにおいては野生型に比べ有意に増加していた。また抗原チャレンジに伴い、Tリンパ球、好酸球の肺への浸潤はTGマウスで野生型に比べ明らかに亢進していた。さらにTGマウスでは野生型マウスに比べ肺胞洗浄液中のTh2サイトカイン(IL-4,IL-5)、CCケモカイン(エオタキシン)レベルの上昇が観察された。以上の結果はPGDS及びPGD2がアレルギー反応の増悪に重要な働きをしていることを示すものであり、肥満細胞の高親和性IgE受容体クロスリンクによって起こるPGD2の放出が即時性反応のみならず遅発性反応においても重要な役割を持つことを示唆するものでる。我々はプロスタグランジン(PG)D2の炎症、アレルギーにおける役割を明らかにするために、ヒトPGD合成酵素(PGDS)cDNAをチキン-actinプロモーターの下流に挿入したトランスフアーベクターをFVBマウスの受精卵にマイクロインジェクションを行い、ヒトPGDSを大量発現する独立3系統のトランスジェニック(TG)マウスを作製した。

卵白アルブミンで感作したTGマウスに、エアロゾールで肺に抗原(卵白アルブミン)チャレンジを行うと、刺激後6時間をピークとして24時間後まで、肺におけるPGD2産生は野生型に比べ有意に増加した。そして、抗原刺激1日後および3日後のTリンパ球と好酸球の肺への浸潤はTGマウスでは野生型に比べ明らかに亢進していた。さらに肺胞洗浄液中のTh2サイトカイン(IL-4,IL-5)やCCケモカイン(エオタキシン)の増加も亢進していた。逆に、PGD受容体欠損マウスでは、上記のアレルギー性気管支喘息モデル実験における、肺への好酸球の浸潤や肺胞洗浄液中のTh2サイトカインの上昇が低下していた。以上の結果はPGDS及びPGD2がアレルギー反応の増悪に重要な働きをしていることを示し、肥満細胞の高親和性IgE受容体クロスリンクによって起こるPGD2の放出が即時性反応のみならず遅発性反応においても重要な役割を持つことを示唆している。さらに、遺伝子解析のために行う尾末端の切断に伴う痛覚刺激により、ヒトPGDS-TGマウスでは、刺激後3時間をピークとして5時間に及ぶ、脳内PGD2濃度の上昇を伴う徐波睡眠の選択的な増加が起きることを見出した。この睡眠発作は、肥満細胞増多症患者において報告されている血中PGD2の増加を伴う昏睡発作と極めて類似した現象であり、世界で初めて確立された徐波睡眠の異常モデル動物である。
オンライン上での協調的な歴史的類推を促すグループ編成システムの開発と評価

2018年度は、オンライン上で歴史的類推を協調的に推敲できるシステムの改善、高校生を対象にした評価、研究知見の発表を中心に行った。まず、オンライン上で歴史的類推を協調的に推敲できるシステムについては、インタフェースやシステム上のインストラクションの改善を行い、より高校生にとって学習が進めやすくなるように改良した。開発したグルーピングのアルゴリズムについては、国際会議で発表し、論文にまとめた。また、開発したオンラインシステムについては、国際会議で発表予定である。次に、公立の高校生40人を対象に、本システムを用いて協調的な歴史的類推が促されたかを評価した。評価にあたっては、2つの観点から実施した。1つは、本システムを用いたグルーピングした場合と、出席番号順にグルーピングした仮想ケースの場合を比較し、本研究で想定していた理想的なペアリングとグルーピングができていたかを確認した。その結果、本システムを用いることで、より理想的なペアとグループを作れることが確認された。もう1つは、協調的な歴史的類推、すなわち、異なる2つ以上の歴史的類推を接続させ、1つの歴史的類推に統合させられているかを確認した。その結果、概ね協調的な歴史的類推が促されていたことが確認された。これらの評価結果をもとに、本研究の成果と課題をまとめた。以上の研究知見については、国際会議で発表した。本研究で開発したオンライン上で歴史的類推を協調的に推敲できるシステム「歴史タイムカプセル」は、は、教育実践でも利用できるようにWEB上に公開予定である。2016年度は、文献調査と授業実践を通して協調的な歴史的類推につながる効果的なグループ編成方法を検討し、システムを実装した。文献調査ではまず、協調学習における効果的なグループ編成方法を調査した。その結果、学習領域に必要な複数のスキルをテストで測定した後にバランス良くグループに割り振る方法と、学習内容を分割してグループ内の役割を付与する方法の2つに大別された。これらを歴史的類推の先行研究をもとに検討すると、スキルに関しては1歴史の因果関係の理解、2現代のニュースの理解、3歴史と現代の類似性の発見、4歴史と現代の差異の発見の4つが該当し、学習内容の分割方法としては立場の対立軸(中心・周縁構造や階層構造、政策に対する是非など)で分割するパターンと、歴史の領域的側面(政治・経済・文化・社会など)で分割するパターンが該当した。次に高校2年生を対象に授業を複数回実施して仮説を検証した。その結果、選んだニュースに対して対立軸のどちらの立場で類推したいかを2択で選択させ、両立場が含まれるようにグループ編成することで、歴史的類推の複合的な組み合わせが一部で確認された。一方、4つのスキルに関しては高校生の段階では不足していることが多く、グループ編成の変数として用いるよりは支援の対象とすべきこともわかった。以上の結果をもとにしたグループ編成システムを実装した。具体的には、授業実践ごとにその日の複数のニュースを教師側で準備できるWEBページ、生徒のログインIDを作成できる機能、生徒に興味のあるニュースと対立軸のどちらの立場で類推したいかを選択させることで、両立場が含まれるグループ編成機能を開発した。ただし、対立軸の2択だけではグループのバランスを取ることが難しいため、そのニュースに対してどの領域的側面に着目したいかのデータも取得し、両方の組み合わせでグループ編成をする機能も追加した。2016年度は、協調的な歴史的類推につながる効果的なグループ編成方法の検討と、グループ編成システムの開発を予定していたが、共に順調に進んでいるといえる。特にグループ編成方法については、当初の予定にはなかった授業実践を踏まえた形成的な評価も行えているため、より精度の高い仮説を構築できた。そのため、次年度に予定しているグループ編成システムを統合した学習メディアの評価についても、部分的に先取りして進められているといえる。2017年度は、協調的な歴史的類推につながる効果的なグループ編成を可能にするシステムと、オンライン上で歴史的類推を協調的に推敲できるシステムを開発・改善した。協調的な歴史的類推につながる効果的なグループ編成システム(=異なる観点を複合的に組み合わせられるよう、異なる歴史的類推をしている学習者でグループを作る)については、各生徒の考察の傾向がわかる入力データをk個のクラスタに分割するk-means法を各クラスタのデータ数が同じになるように拡張したアルゴリズムであるek-means法を用いた。しかし、サンプルデータを用いて効果検証を行った結果、十分な精度が確認できなかった。そこで行列積をベースにした別のアルゴリズムを開発し、ペア内の類似度を最大化しつつ、ペア間の分散を最小化するようにペアを編成し、その後2つのペアから構成されるグループ内の類似度を最小化しつつ、グループ間の分散も最小化できるシステムを実装した。サンプルデータを用いて効果検証を行った結果、十分な精度が確認できた。次に、オンライン上で歴史的類推を協調的に推敲できるシステムを開発し、グループ編成システムと統合した。具体的には以下のようなシステム利用ができるようにした。まず、授業実践ごとにその日の複数のニュースを教師側で準備できるWEBページを用意し、事前に用意した生徒のログインIDごとに各生徒が興味を持っているニュースとどのような立場で類推したいかを選択する。次に著者がすでに開発した「歴史タイムマシーン」を使って類推に用いる特定の歴史を選ぶことで、その歴史が持つカテゴリのデータと立場のデータを統合し、生徒ごとに保存する。その後、上述したグループ編成を行い、個人で考察したテキストデータをペア、グループそれぞれの段階で統合しながら推敲できるようになっている。

以上のシステムを実装し、インタフェースのデザインも行った。2017年度は、協調的な歴史的類推につながる効果的なグループ編成システムと歴史的類推を協調的に行うシステムの開発、それらをもとにした高校生への実践と評価を予定していた。しかし、当初検討していたアルゴリズムで十分な精度が確認できなかったため、別のアルゴリズムを開発する必要が生じた。その結果として、効果的なグループ編成システムと歴史的類推を協調的に推敲できるシステムは予定通り開発できたが、高校生への実践と評価は予定内に完了できなかった。そのため、やや遅れているといえる。2018年度は、オンライン上で歴史的類推を協調的に推敲できるシステムの改善、高校生を対象にした評価、研究知見の発表を中心に行った。まず、オンライン上で歴史的類推を協調的に推敲できるシステムについては、インタフェースやシステム上のインストラクションの改善を行い、より高校生にとって学習が進めやすくなるように改良した。開発したグルーピングのアルゴリズムについては、国際会議で発表し、論文にまとめた。また、開発したオンラインシステムについては、国際会議で発表予定である。次に、公立の高校生40人を対象に、本システムを用いて協調的な歴史的類推が促されたかを評価した。評価にあたっては、2つの観点から実施した。1つは、本システムを用いたグルーピングした場合と、出席番号順にグルーピングした仮想ケースの場合を比較し、本研究で想定していた理想的なペアリングとグルーピングができていたかを確認した。その結果、本システムを用いることで、より理想的なペアとグループを作れることが確認された。もう1つは、協調的な歴史的類推、すなわち、異なる2つ以上の歴史的類推を接続させ、1つの歴史的類推に統合させられているかを確認した。その結果、概ね協調的な歴史的類推が促されていたことが確認された。これらの評価結果をもとに、本研究の成果と課題をまとめた。以上の研究知見については、国際会議で発表した。本研究で開発したオンライン上で歴史的類推を協調的に推敲できるシステム「歴史タイムカプセル」は、は、教育実践でも利用できるようにWEB上に公開予定である。2017年度は、予定していた通り、グループ編成後の議論スペースの開発と、グループ編成システムを統合した学習メディアの評価を行う。グループ編成後の議論スペースの開発には、前科研で開発したシステムとの統合作業が必要になるため、前回のWEBデザイナーと相談しながら学習を促進しやすいインターフェイスも検討する予定である。また、開発システムの学習評価に関しても候補先の高校は検討しており、夏から秋にかけて正規の授業もしくは特別授業として複数回実施できる体制を早めに構築する予定である。2018年度は、本年度開発したシステムを用いて、高校生を対象に効果検証を行う。
耐酸化性に優れた超耐熱高強度IrAl系金属間化合物の開発

1300°C以上の高温領域で使用可能な耐酸化性および高温強度に優れたIrAl基金属間化合物の開発を目的として、IrAlにNiを添加したIr_<1-x>Ni_xAl金属間化合物の高温強度を調べ以下の項目を明らかにした。(1) IrAlの脆性-延性遷移温度(DBTT)は1073K1273Kの間に存在する。Niを添加すると強度は低下するが、DBTTが低下し延性が改善される。(2) IrAlは1273K付近の温度以上でひずみ速度10^<-3>/s程度で定常変形する。Niを添加すると加工硬化性が高くなる。(3) IrAlの定常クリープの応力指数は4.2である。また、クリープ後の転位はサブバウンダリー組織を形成し、純金属型のクリープ挙動を示す。Niを添加すると合金型のクリープ挙動に遷移する。(4) Ir_<0.2>Ni_<0.8>Alのクリープの見かけの活性化エネルギーは400kJ/molとなり、NiAlの見かけの活性化エネルギー(312kJ/mol)の値よりも大きくなる。(5) NiAlにIrを添加することにより、NiAlのクリープ強度は顕著に向上する。また、我々はNiAlの圧縮強度およびクリープ強度を改善するのにIr添加が極めて有効であることを発見した。Ir添加したNiAlは1273KにおいてNiAlの3倍の圧縮強度を示し、クリープ速度はNiAlに比べて3桁ほど低下することを見いだした。このNiAlのIr添加による強化機構は、(Ir,Ni)AI合金では多重すべりによる転位反応で不動転位が形成され、その安定化配列によって転位のネットワークが形成されるためと考えられる。Ir添加による強化機構は不動転位の形成による内部応力の増加であると考えられる。1300°C以上の高温領域で使用可能な耐酸化性および高温強度に優れたIrAl基金属間化合物の開発を目的として、IrAlにNiを添加したIrl-xNixAl金属間化合物の高温強度を調べ以下の項目を明らかにした。(1)IrAlの脆性-延性遷移温度(DBTT)は1073K1273Kの間に存在する。(2)IrAlは1273K付近の温度以上でひずみ速度10^<-3>/s程度で定常変形する。(3)IrAlの定常クリープの応力指数は4.2である。また、クリープ後の転位はサブバウンダリ-組織を形成し、純金属型のクリープ挙動を示す。(4)Ir0.2Ni0.8Alのクリープの見かけの活性化エネルギーは400kJ/molとなり、NiAlの見かけの活性化エネルギー(312kJ/mol)の値よりも大きくなる。(5)NiAlにIrを添加することにより、NiAlのクリープ強度は顕著に向上する。1300°C以上の高温領域で使用可能な耐酸化性および高温強度に優れたIrAl基金属間化合物の開発を目的として、Ir_<1-x>Ni_xAl金属間化合物の高温強度を調べ以下の項目を明らかにした。本研究ではNiの添加量を多くして(X=0.9)、IrAlと同じ結晶構造を有するNiAlの高温強度がIr添加によって高温強度が改善される機構に重点を置いて検討を行った。その結果