hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
次世代の多機能CLTの開発 - 森林資源の活用を促進する革新的な木質構法 -

本研究では、木の材料特性を活かした付加価値の高い「多機能CLT」の開発を行う。まず、CLTに関する文献調査を行い、その材料的・構法的特徴を体系的に整理した。次に、CLTの長所・短所について異なる視点から評価を行い、CLTの特性を客観的に記述した。それらの分析からCLTの断熱性能と耐火性能の向上に注目し、小型試験体による加熱および熱伝導率の予備試験を行った。試験の結果をもとに試験体の改良を繰り返し、多機能化へ向けた基礎的な知見を集積した。今後は、中型の試験を用いた予備試験を行う予定である。林業の活性化や地球温暖化の抑制の観点から、建物への積極的な木材の利用が国策として進められている。特にCLT(直行集成板)に代表される「塊」としての木材の利用が注目を集めている。研究期間(2年)を5つのステップに分け、1)CLTに関する体系的調査、2)CLTの多角的評価、3)適材適所なCLTの使用と材料としての発展可能性(=多機能化)の考察、4)試験体による性能検証、5)多機能CLT試作品の作成と成果のまとめ、の流れで研究を行う。平成28年度は1)から3)に取り組んだ。まず、CLTに関する「材料的・構法的特徴」「法令・規制」及び、使用に際し建物の各部で求められる「性能と仕様」について、文献調査をもとに体系的な整理を行った。同時に、CLTの先進国であるオーストリアにおいてCLTの製造工場やCLTを用いた建物の視察を行い、最新の情報を収集するとともにCLTの利用に関する現状を学んだ。次に、それらの情報をもとにCLTの材料的及び構法的な長所と短所について、「意匠性」「構造性」「環境性」「経済性」の4つの視点から分析を行った。客観的に記述されたCLTの特性を踏まえ、a)CLTを用いると合理的な建物部位、b)それらの部位でのCLTの改善可能性、について考察を行った。また、木材の利用促進に関連する木質資源の問題についても、日本国内、及び同量の森林資源を有するフィンランド国内の状況について、主に統計データをもとに定量的な把握を行い、CLTのような新しい木質材料の活用に関して別の視点からの考察も行った。研究計画作成時に想定した5つのステップに従い、1年目に予定した研究活動を順調に進めることができた。研究の成果を学士論文3編にまとめ、得た知見の集積を行うとともに、次年度取り組む内容の検討及び準備を行った。研究期間(2年)を5つのステップに分け、1)CLTに関する体系的調査、2)CLTの多角的評価、3)適材適所なCLTの使用と材料としての発展可能性(=多機能化)の考察、4)試験体による性能検証、5)多機能CLT試作品の作成と成果のまとめ、の流れで研究を行った。平成29年度は4)と5)に取り組んだ。昨年度の成果からCLTの断熱性能と耐火性能の向上に注目し、遅燃や断熱性能が期待出来る低比重木材や炭化、多孔加工したラミナに加え、燃え止まりの期待出来る高比重木材や不燃処理されたラミナを組み合わせた小型試験(450mmx450mm)を製作し、加熱および熱貫流の予備試験を行った(現在も進行中)。加熱試験では、遅燃・断熱層に用いた各ラミナの燃焼抑制効果や構造層への熱の伝わりを確認した。熱貫流の試験では、各層を移動する熱流を測定し、ラミナ構成による部材の熱的性能の変化を検証した。また、木材の利用促進に関連する木質資源の問題についても、日本国内、及び同量の森林資源を有するフィンランドとドイツ国内の状況について、主に統計データをもとに定量的な把握を行い、CLTのような新しい木質材料の活用に関して別の視点からの考察も行った。今年度の成果をもとに、耐火・断熱効果の高いラミナ構成を選定し、引き続き小型試験隊による詳細な予備試験を行っている。来年度は、中型の試験を用いた加熱試験と熱貫流試験を行う予定である。昨年度の成果を踏まえ、今年度は当初の計画通り、試験体を用いた性能改善の検証を行い、試作品の製作を行う予定である。試験体を作成するための資材の手配や、各種実験の下準備などをすでに進めている。可能な限り合理的に研究を進められるよう、協力者との連携を図りながら進めていく予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。
交通流の動力学的模型におけるパターン形式

我々は、交通流を車の集団から構成される多体系とみなし、その動力学的振る舞いを記述する非線形模型;最適速度模型(Optimal Velocity (OV)模型)を提案し、高速道路などで見られる自然渋滞の動力学的発生を再現した。渋滞形成は相転移の物理現象として捉えられ、粉体流などの広い対象を含むパターン形成問題の研究であることを示した。我々は厳密に解けるOV模型(階段関数・区分線型模型)について、渋滞転移の性質を解析的に調べ、この模型の数理物理的性格を明らかにした。また、OV模型と同様の動的特性を持つと思われる、時間遅れ型微分方程式で表現された模型を提案し、楕円関数で記述される渋滞クラスタの厳密解を求めた。これにより、この種の非平衡系パターン形成とソリトン系との関係を示唆した。我々はOV模型を基礎に置いた結合写像模型(Coupled Map OV模型)を構築し、現実的道路状況において交通流の振る舞いを研究するシミュレータの開発を進めた。これを用いた開放系でのシミュレーションにより、車両挙動の揺らぎやボトルネック効果によって発生する交通流の様々な現象を解析を理論的に進めた。さらに、トンネル・登坂などのボトルネック、2車線道路(追い越し・レーン移動)、合流・分岐のある道路(流入・流出)、などの現実的状況において、交通流を研究するシミュレーターの開発を進めた。また、現実の高速道路の交通流観測データを収集し、理論研究の基盤となる現象の定量的分析を目的とし、データベースとその解析ツールソフトの開発を進めている。現在手持ちの東名高速道路の実測データに対する解析により、2車線走行の交通流の複雑な微視的振る舞いによる新たな物理的動特性が見出された。2車線に応用したシミュレータによる計算結果とも良く一致する結果を得ている。交通流の動的性質を数理的に解析する模型として我々が提案した最適速度模型(OV模型)は既に国内外において高い評価を得ているが、本助成研究では、その物理的性質を明らかにし、現実の交通流の分析に応用し得る模型の開発を目指し、本年度一定の成果を得た。まず、物理的性質の解明については階段関数OV模型や区分線形OV模型など、渋滞クラスターの厳密解が得られ渋滞転移の性質を解析的に調べられる模型をもとに、OV摸型の一般的な渋滞転移の性質について明らかにした。その成果はDuisburgで行われた国際会議の講演集の掲載論文(Aspects of Optimal Velocity Model for Traffic Flow)として出版された。また、現実の交通流の分析に適用可能なOV模型として、OV結合写像模型の構築を進めた。基本的な模型構築は完了し、その成果は第一論文(Coupled Map Traffic Flow Simulator Based on Optimal Velocity Function)としてまとめ出版された。初期の成果については上記国際会議でも発表され、講演集の掲載論文としても出版されている。さらに、この模型を使っての現実的交通流における渋滞形成の機構について、開放端境界条件・速度揺らぎ・ボトルネック(トンネル、高速道路の合流分岐)など様々な条件における渋滞発生機構について調べた。これについては現在論文作成中であり、次年度の成果として報告できる。また、日本道路公団より東名高速道路において観測された大量のデータを得ることができ、今後の模型開発や交通流の動的性質の解明に役立てられるであろう。また交通流研究の基礎資料として研究者に広く活用されることを目的に交通流データ集として出版するに至った。最適速度模型(Optimal Velocity(OV)模型)は、高速道路などで見られる自然渋滞の動力学的発生を記述する単純な模型で、相転移現象として交通流の本質を捉えたものとして国内外で評価されており、基礎方程式として有望視されている。(論文:Optimal Velocity model for traffic flow)我々はこの模型の動的性質を厳密解の発見によりさらに深く理解し、ソリトン物理との関連を示した。

(論文:Exactsolutions of differential equations with delay for dissipative systems)我々はOV模型を基礎に置いた結合写像模型を構築し、2レーン、流入流出、トンネルなどのボトルネックなどの存在する現実的道路状況において、交通流の振る舞いを研究するシミュレーターの開発を進めた。これら一連の成果は昨年度に続き、第2論文(Noise Induced Congested Traffic Flow in Coupled Map Optimal Velocity Model)としてまとめた。また、現実の高速道路の交通流観測データを収集し、理論研究の基盤となる現象を様々な角度から定量的に分析するためのデータベースとその解析ツールソフトの開発を進めている。現在手持ちの東名高速道路の実測データに対する解析により、2レーン走行の交通流の時系列変化の特徴的振る舞いや停止走行の渋滞相以外に準安定な渋滞相の発見など、複雑な微視的振る舞いによる新たな動的特性が見出された。同様の解析は海外でも始まっている。2レーンに応用したシミュレータによる計算結果とも良く一致する結果を得ている。これらの成果については、様々な国際会議(8件)・学会(3件)などで報告され、現在論文作成中である。また、我々の一連の先駆的研究は、日本物理学会誌に掲載され広く紹介された。
すばる超広視野深宇宙探査による精密宇宙論の研究

H27年度から本格的に始動した、すばる望遠鏡Hyper Suprime-Cam (HSC)深宇宙イメージング(撮像)サーベイを念頭に、そのデータから測定する宇宙論統計量からダークエネルギーなどの宇宙論パラメータを制限する手法を開発した。イメージングサーベイから銀河像を精密に測定することにより、宇宙構造の重力レンズ効果が測定でき、ダークマターの空間分布を復元することができる。さらに、多色フィルターの情報から得られる個々の銀河までの距離の擬似的距離の情報を組み合わせることで、ダークマターの空間分布の時間進化を調べることが可能になる。H30年度は、この開発した手法をすばるHSCの初期データ(全体の約10分の1)に適用し、ダークマターの総量、現在の宇宙の構造形成の進行度合いを記述する物理定数を約3.6%の高精度で決定することに成功した(Hikage et al. 2019)。すばるデータを用いた研究では初めて、先行宇宙論研究に影響され得る確証バイアス(confirmation bias)を避けるために、ブラインド解析の手法で物理解析を行うことに成功した。また、本研究で構築した数値宇宙論のデータを駆使し、物理解析をすばるHSCの疑似カタログで注意深く確証する(validate)などして、信頼性の高い結果を発表することができた。このすばるの結果は、他の欧米の構造形成を用いた結果と同様に、宇宙背景放射衛星Planckの宇宙論モデルと2σ程度の矛盾を示している。これは、宇宙の標準模型を超える新しい物理の可能性を示唆しているかもしれない。また、ダークエネルギーの状態方程式も制限することができたが、すばるデータは宇宙定数と矛盾がないことを確認した。このすばるの結果は業界で注目されており、現在進行中のすばるHSCデータでのさらなる高精度の検証が強く望まれる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。H27年度から本格的に始動した、すばる望遠鏡Hyper Suprime-Cam (HSC)深宇宙イメージング(撮像)サーベイを念頭に、その宇宙論統計量からダークエネルギーなどの宇宙論パラメータを制限する手法を開発している。イメージングサーベイから銀河像を精密に測定することにより、手前のダークマターの空間分布を復元することができる。一方、銀河の分光サーベイは各々の銀河までの距離を測定することを可能にし、銀河の3次元分布で宇宙の大規模構造を探る強力な手段である。同じ天域領域のイメージングと分光サーベイを組み合わせることで、着目する銀河まわりのダークマターの分布を明らかにすることが可能になり、いわゆる銀河のバイアス不定性を観測的に除去することができる。H27年度は、このイメージングと分光データを組み合わせた宇宙論の解析法を開発し、実際のCanada-France-Hwaii Telescope (CFHT)イメージングサーベイとスローン・ディジタル・スカイ・サーベイ(SDSS)の分光データに適用し、宇宙論パラメータを制限することに成功した(Miyatake, More, Takada et al., 2015, ApJ, 806, 1; More, Miyatake, Takada et al., 2015, ApJ, 806, 2)。この研究では、銀河の星質量で選択した複数の銀河サンプルで同様の解析を行った。星質量で選択した銀河に関係なく、つまり異なるタイプの銀河についても、それぞれの重力レンズ効果の測定により、銀河バイアス不定性を除去することにより、宇宙論パラメータの制限がその影響を受けないことを定量的に示した。すばるHSCサーベイについても、この手法を適用し、宇宙論パラメータを制限する予定である。上述したように広天域銀河イメージングと分光サーベイを組み合わせた宇宙論解析手法を開発することに成功した。この手法により、銀河の重力レンズ解析によるダークマターの分布と銀河の3次元分布を比較することで、銀河バイアスという物理的な不定性を除去することができる。これまでは、イメージングと分光サーベイプロジェクトに従事する研究グループがあり、それぞれのデータを独立に解析する手法が主であった。この流れに一石をと投じる研究であり、業界で注目されている。さらに、この手法は、銀河バイアスの不定性を除去することで、ダークマターの空間分布(より正確にはそのクラスタリング統計量)から宇宙論パラメータの情報を引き出すことを可能にするので、宇宙論パラメータの制限がどのタイプの銀河を使うか(つまりバイアス不定性の程度が違う銀河)に依らずに宇宙論パラメータを制限できることを定量的に示した。これらの手法は、現在稼働中のすばるHyper Suprime-Camに適用可能であり、さらに開発中のすばる超広視野多天体分光器による分光サーベイにも適用可能である。この意味で、これらの研究は稼働中、将来計画中の広天域銀河サーベイでさらに発展し、様々な研究への応用・展開が期待できる。H27年度中には10編の論文を査読雑誌に発表しており、各々の研究において本研究者は中心的あるいは重要な役割を果たしている。また、複数の国際研究会(学会)でも招待講演に招聘されており、これらの研究成果を発表する機会、また宇宙論の展望を議論する機会を与えられている。これらの意味で、本研究課題は計画通りに順調に進展していると言える。

一方、銀河の分光サーベイは各々の銀河までの距離を測定することを可能にし、銀河の3次元分布で宇宙の大規模構造を探る強力な手段である。同じ天域領域のイメージングと分光サーベイを組み合わせることで、着目する銀河まわりのダークマターの分布を明らかにすることが可能になり、いわゆる銀河のバイアス不定性を観測的に除去することができる。H28年度は、このイメージングと分光データを組み合わせた宇宙論の解析法を開発し、スローン・ディジタル・スカイ・サーベイ(SDSS)データに適用した。その結果、宇宙最大天体である銀河団のダークマターハローについて、ダークマター粒子の軌道が閉じている自己重力領域、その周辺の宇宙構造の境界領域を明らかにすることに成功した(More, Miyatake, Takada et al. 2016, ApJ 825, 39)。また、上記のすばる望遠鏡HSCプロジェクトのデータを用い、サイエンスの成果を出しつつある(例えば、Honma et al. 2016, ApJ 832, 21)。特に、HSCサーベイデータを解析し、サイエンスにすぐに使える形での天体カタログ(星、銀河)、物理量測定量(位置、各フィルターでの光度、形状など)を2017年2月28日に全世界に公開することに成功した。HSCデータを用いた宇宙論解析の準備が整いつつある。すばる望遠鏡最大規模の大型プロジェクトであるHSCサーベイのデータを高精度で解析し、較正済み画像、天体カタログ(星、銀河)、物理量の測定量(位置、各フィルターでの光度、形状)を全世界に公開することができた(2017年2月28日)。5ヶ年計画の約1年分のデータにも拘わらず、総データ量は約80テラバイトと膨大で、既に約1億個の銀河のカタログを作成することに成功した。このデータ量は、10ヶ年の歳月を費やした米国のスローン・ディジタル・スカイ・サーベイのデータ量に匹敵する。さらに、すばるの大口径の威力により、このHSCカタログは宇宙が減速膨張から加速膨張に変遷した宇宙に存在する暗い銀河も含んでおり、138億年にも及ぶ宇宙の膨張史、また重力レンズの観測を通し、ダークマターの空間分布の集積過程の時間進化を明らかにすることができる。また、これに平行して、まだ査読論文には受理されていないものの、宇宙構造形成の大規模なN体数値シミュレーションを大量に実行し、宇宙論観測量の理論模型の構築を進めている。広天域HSC銀河カタログから得られる「高精度」の宇宙論統計量の統計精度に見合う、「正確」な宇宙論の理論模型を構築することが目標である。このように精密宇宙論を行うために、観測、解析、理論の整備を着実に進めることができている。H27年度から本格的に始動した、すばる望遠鏡Hyper Suprime-Cam (HSC)深宇宙イメージング(撮像)サーベイを念頭に、その宇宙論統計量からダークエネルギーなどの宇宙論パラメータを制限する手法を開発している。イメージングサーベイから銀河像を精密に測定することにより、手前のダークマターの空間分布を復元することができる。
天然生理活性ペプチド画分の前骨芽細胞系におけるコラーゲン翻訳後修飾制御の解析

魚由来コラーゲンペプチド(FCP)の分子量の違いによる前骨芽細胞のコラーゲン修飾酵素への影響を検討するため、SECを用いてペプチド画分をIIIIに分類した。TOF-MSで、画分Iは2.9k3.2kDa、IIは2.42.8kDa、IIIは1.8k2.3kDaであることが判明した。次に細胞数計測、LH1, 2, LOXの遺伝子発現解析を行った。細胞増殖試験では画分IIIが最も増殖率が低かったが実験終期では対照群、画分間で有意差は見られなかった。LH2は群間で有意差はなかったがLH1とLOXは画分IIIでの発現が有意に高かった。以上により低分子量のFCPがコラーゲン架橋によい影響を及ぼすことが明らかとなった。これまでの研究で、焼津水産化学工業株式会社から供与された魚由来コラーゲンペプチド(FCP)が、マウス頭蓋骨由来前骨芽細胞系であるMC3T3-E1細胞の分化、コラーゲン翻訳後修飾関連遺伝子ならびにコラーゲン合成を促進させることが明らかとなっていた。しかし、実験に用いたFCPは分子量がSDS-PAGE解析で5 kから13 kDa、飛行時間型質量分析法で2 kから8 kDaと幅広く存在していることが判明し、どの分子量領域が生理活性をもつのか、不明であった。そこで、平成25年度は、まずFCPを分子量別に分画することを計画した。分画するために、分子ふるいクロマトグラフィー(Prominence分取システム:島津製作所製)を用いた。カラムはHiLoad 16/600 Superdex 75 (GEヘルケア・ジャパン社)、緩衝液は0.05M炭酸水素アンモニウムを使用した。サンプルの流速は0.75 mL/分に設定した。そして、分子ふるいクロマトグラフィー開始時間65分から153分の間のフラクションを回収し、分子量の大きい順からフラクションI、II、IIIと3つの分画にまとめた。次に、飛行時間型質量分析計(Shimadzu Biotech Axima Resonance:島津製作所製)を用いて、各フラクションの分子量を分析した。その結果、フラクションIは、約3 k8.8 kDa、フラクションIIは約2.4 k7.9 kDa、フラクションIIIは約1.8 k7.6 kDaの分子量のFCPを含むことが明らかとなった。以前の研究により、ヒト由来骨芽細胞であるNOS-1細胞を用いて、フィッシュコラーゲンペプチド(FCP)を総濃度0.1%となるように培地に溶解し作用させるとアルカリフォスファターゼ活性ならびにオステオカルシン(OC)、BMP-2、オステオポンチン(OP)、インテグリンβ3(ITG)の遺伝子発現が増加することが明らかとなった。今回は、FCPによるこれら4つのタンパクの発現の影響を検討するために、ウェスタンブロット分析を行い、Scion Image softwareを用いてFCP不含培地で培養した対照群との発現比を定量化した。培養3日目におけるOC、BMP-2、OP、ITGの発現比はそれぞれ、0.9、1.34、0.98、1.30だった。培養7日目における上記タンパクの発現比は、それぞれ1.45、0.28、1.40、1.20だった。BMP-2の発現が7日目で減少したのは3日目の発現が大きく増加しネガティブフィードバック機構が働いたためと思われる。また、マウス前骨芽細胞系であるMC3T3-E1細胞を用いてFCPのコラーゲン翻訳後修飾関連酵素に関する影響を調査したところ、0.2%FCP含有培地で、有意なリシルヒドロキシラーゼ2の遺伝子発現、コラーゲン合成量、コラーゲン架橋の成熟を確認した。von Kossa染色では、対照群と比較してFCP群が有意に高い石灰化塊の沈着を認めた。コラーゲンは石灰化において三次元的テンプレートとなる。FCPによりコラーゲンの質が向上し、石灰化物沈着に適した環境が整えられた結果、石灰化が促進されたと考えられる。これらのことから、FCPは骨芽細胞系にポジティブな影響を及ぼし、骨再生における生体材料として有用である可能性が示唆された。これらの結果はDental Materials Journalの2013年発行32巻1・2号に掲載された。魚由来コラーゲンペプチド(FCP)の分子量の違いによる前骨芽細胞のコラーゲン修飾酵素への影響を検討するため、分子ふるいクロマトグラフィーを用いてペプチド画分を分子量の違いによりIIIIに分類した。

飛行時間型質量分析法において、フラクションIは2.9k3.2kDa、IIは2.42.8kDa、IIIは1.8k2.3kDaであることが判明した。次にマウス頭蓋骨由来前骨芽細胞であるMC3T3-E1細胞を用いて、細胞数計測、LH1, 2, LOXの遺伝子発現解析を行った。細胞増殖試験ではフラクションIII群が最も増殖率が低かったが、実験終期では対照群、フラクション群間で有意差は見られなかった。LH2遺伝子発現は各群間で有意差はなかったが、LH1とLOXはフラクションIII群での発現が有意に高かった。分子量の小さいFCPは、コラーゲン架橋にポジティブな影響を及ぼすことが明らかとなった。歯科保存学魚コラーゲンペプチド(FCP)の分画の行う際に使用した分子ふるいクロマトグラフィーシステムを島津製作所のご厚意により平成25年度の早期に貸与する予定であったが、先方の都合により貸与時期が大幅に予定より遅れてしまったため、サンプルの回収に時間がかかった。FCPの骨芽細胞培養システムにおけるコラーゲン翻訳後修飾関連酵素の上方制御ならびに石灰化促進効果をまとめ、論文発表することができた。フラクションI、II、IIIのMC3T3-E1細胞への影響をリアルタイムPCR法やコラーゲン架橋分析法を用いて調査する予定である。FCPが骨芽細胞において、コラーゲンの合成・架橋にポジティブな影響を及ぼすことが判明した。今後は、骨芽細胞に影響を及ぼしているFCPの分子量ならびにアミノ酸塩基を解明する必要がある。魚コラーゲンペプチドの分画の開始時期が遅れたため、MC3T3-E1細胞を用いたリアルタイムPCR解析の検討までできなかったため、物品費支出が予定よりも少なく、次年度使用額が生じた。次年度に、in vitroの系で、まずリアルタイムPCR解析を行い、コラーゲン架橋分析とともに助成金を使用する予定である。FCPを分子量別に分取するためにMolecular sieve chromatographyを用いる。そのために必要なカラムを購入する予定である。
量子もつれ光子対を用いた量子光ポンプ＆プローブ分光測定

本研究では,半導体中の励起子分子と量子もつれ光子対の間にはたらく非線形相互作用に着目し,励起子分子に対する光子対の生成および共鳴吸収に関してその量子状態を詳しく調べた.その結果,励起子分子から直接生成される光子対はその周波数に関して結合スペクトルにおいて反相関の関係を示しており,これにより周波数の量子もつれ状態となっていることを本研究で初めて明らかにした.さらに,二光子吸収過程における励起二光子の偏光基底を系統的に調べた結果,励起子分子の二光子吸収過程においても明確に量子相関を示す事が判明した.本研究では,単一光子に対する量子状態の変化(量子ダイナミクス)を直接観測する新しい分光測定手法である「量子光ポンプ・プローブ分光法」を提案し,これを実験的に実現することを目的としている.平成26年度では以下に示す主に2つの結果を得た.まず,申請者らが考案した非同軸2色励起法によって,試料面直方向に同軸状に量子もつれ光子対ビームを生成することに成功している.特に得られた光については,時間相関測定の結果から光子対として精度よく放出していることを確認し,また波長分解の相関測定から周波数(エネルギー)相関,正確には反相関を有した光子対が発生していることを明らかにした.励起子分子から発生した光子対がこのような性質を持つことについて,実験的に明らかにしたのは今回の結果が初めてである.一方で,古典光源(微弱なレーザー光)を用いた,励起子分子に対するポンプ・プローブ分光測定の予備実験についても,実験を進めた.特に,2ビームを用いた非線形偏光変化と2光子吸収についての実験系を構築し,微弱な励起強度におけるそれらの応答を観測した.その結果,それぞれの測定について,約10μWの微弱な光強度での観測に成功した.以上の成果は,量子光ポンプ・プローブ分光法の実験を実現するにあたり,不可欠な手順である.またこの技術的進展を受けて,次年度はこれらを組み合わせて単一光子・光子対での観測に繋げる事ができると考えられる.本研究では,単一光子に対する量子状態の変化(量子ダイナミクス)を直接観測する新しい分光測定手法である「量子光ポンプ・プローブ分光法」を提案し,これを実験的に実現することを目的としている.平成27年度では以下に示す主に2つの結果を得た.まず前年度に発生に成功した,励起子分子共鳴ハイパーパラメトリック散乱における量子もつれ光子対の同軸状ビームについて,量子状態の精密な測定を行った.得られた光子対は周波数の相関を有すると同時に偏光の相関も非常に強く現れていることが判明した.これにより,励起子分子から発生する光子対は,複数の物理量で量子もつれを有する状態(すなわちハイパー量子もつれ状態)となっていることを初めて実験的に明らかにした.またその一方で,古典光源(微弱なレーザー光)を用いた,励起子分子に対するポンプ・プローブ分光測定の測定も引き続き行い,プローブ光の波長に依存した非線形応答を明確に観測した.これらの変化はサブμW程度の非常に微弱な光強度における結果が得られてはいるが,光子検出レベルで観測できるほどの精度は得られなかった.そこで,注目するポンプ&プローブのスキームを変えて,二光子吸収に対する偏光相関を測定した.その結果,励起子分子の吸収過程において,強い偏光相関を示すことが明らかとなった.これは,励起子分子が量子もつれ光子対と量子状態を保って一対一で吸収・放出のプロセスを行っている最初の証拠となるものである.以上得られた結果は,固体中の非線形応答とりわけ励起子分子の2光子吸収・放出課程において非常に重要な知見を得られたのみならず,固体の非線形光学において量子もつれ状態を含む電子系に対する新しい分光手法を提供するものである.本研究では,半導体中の励起子分子と量子もつれ光子対の間にはたらく非線形相互作用に着目し,励起子分子に対する光子対の生成および共鳴吸収に関してその量子状態を詳しく調べた.その結果,励起子分子から直接生成される光子対はその周波数に関して結合スペクトルにおいて反相関の関係を示しており,これにより周波数の量子もつれ状態となっていることを本研究で初めて明らかにした.さらに,二光子吸収過程における励起二光子の偏光基底を系統的に調べた結果,励起子分子の二光子吸収過程においても明確に量子相関を示す事が判明した.平成26年度における,研究の進捗状況は,当初の研究計画に対して概ね計画通り達成されていると考えられる.計画では,主に初年度に2つの実験系構築とその検証を目標にしていた.まず一つ目は,「従来型のポンプ&プローブ分光測定による検証」である.これについては,古典光源にあたる微弱な光強度のレーザー光パルスによってCuCl単結晶中の励起子分子の非線形応答を観測するものである.今回新たに導入したシェイカーを利用したファストスキャンシステムを構築し,2ビームを用いた非線形偏光変化と2光子吸収について,それらの応答を観測した.結果として,それぞれの測定について,約10μW程度の微弱な光強度での観測に成功した.これらの結果から,目標であった検証実験はほぼ達成できたと考えられる.一方で,もう一つの目標である「量子光ポンプ&プローブ測定系の立ち上げと性能確認」については,まず量子もつれ光源の構築とその性能を検証した.今回新たに,同軸状に量子もつれビームを発生させることに成功した.

この方式は,発生した後に光源として取り扱いやすい空間モードを有していることから,本研究には不可欠の技術的進歩が得られたと考えている.また,得られた量子もつれ光子の周波数相関についても今回はじめて明らかにした.目標では,得られた量子もつれ光子をさらに試料に照射し直す予定であったが,ここまでは到達していない.そのため,完全には目標通り進んではいないが,次年度に移行しても無理の生じない事と考えられる.数物系科学今後は,以上挙げた2つの実験系を組み合わせて,「量子光ポンプ・プローブ分光法」の実験を行なう.従来型のポンプ&プローブ分光測定による検証では,約10μW程度の微弱な光強度での非線形応答の観測が出来たが,一方で更に技術的に精度向上が可能である事が判明しているため,これら測定精度の向上を目指す.また,得られている量子もつれ光子について,それらをプローブ光源として,試料に再度照射してその応答を測定する.プローブ光の偏光変化や強度変化などの時間変化・応答が重要であり測定するが,最終的にはそれらの密度行列の時間変化を直接測定する.これにより,光子の量子状態とその変化を明らかにすることが可能になる.また,それは光子が物質中でどの様に量子的に相互作用しているかという量子ダイナミクスを明らかにできることにも対応することである.本実験では,古典的な(従来型の)実験と同様に,2ビームでの非線形偏光変化と2光子吸収の二通りの実験が考えられるため,両方確認することが最終目標であり,それらを予定している.これら2つの測定はそれぞれ違う光応答を測定することに対応しているため,双方ともに重要な研究課題であると考えられる.
sex-linkedアルビノウズラを用いた色素上皮細胞の分化の部域化の研究

2.TRP-1およびすでにクローン化したtyrosinaseとmelanosomal matrix protein(MMP115)のcDNAをプローブとして、Northemブロットにより、野性型とsex-linked albinoの色素上皮細胞における遺伝子発現を解析した結果、3種の遺伝子ともその発現にまったく差がなかった。3.色素上皮細胞特異的なプロテアーゼインヒビター様分子をコードするPP344cDNAをプローブとしたin situハイブリダイゼーションをおこなったところ、pp344遺伝子は、網膜色素上皮では強く発現するが、毛様体および虹彩色素上皮では発現しなかった。4.ギャップ結合タンパク質であるコネクシン43cDNAをプローブとしたin situハイブリダイゼーションの結果、毛様体および虹彩の色素上皮で強い発現がみられたが、網膜色素上皮ではほとんど発現が見られず、pp344と相捕的な発現パターンを示した。以上、sex-linled albino変異の原因は同定できなかったが、新たにpp344および、コネクシン43遺伝子が、色素上皮細胞の部域差を反映し、しかも相捕的な発現様式を示すことが明らかになった。そこで、これら遺伝子の発現制御機構および、sex-linked albino変異の分子機構を解析することによって、一層の眼杯外層が網膜、毛様体、虹彩の色素上皮へと部域化する分子メカニズムを明らかにできる道が開けた。
「自らと語る力」を育てる指導法の工夫

昔から、つぶやきの多い授業は、いい授業歴といわれる。つぶやきは、子どもの思考活動が活発におとなわれている時に発せられるものだからだ。授業の名人といわれた人たちは、このつぶやきをうまく拾い上げ活用していた。本研究では、授業に内言の部分をうまく活用する方法を考え実践した。今まで多くの授業では、外言(子どもの発言、発表など)、表面に表れる部分で授業が進められてきた。しかし、内言(頭の中で話していること・つぶやきなど)、目に見えない思考を授業に生かすまでには至っていない。また、内言の発達は、個人内で起こるのではなく、対教師・対子ども間で行われている対話が内化したものである。つまり、教え込みの授業でなく、対話の多い授業でこそ内言が発達するのである。そこで、内言の発達を促し、授業に有効に活用していくことをめざし、主題に『「自らと語る力」を育てる指導法の工夫』と掲げた。「自己の学習状況についての自己認識力」は、「メタ認知能力」と呼ばれメタ認知的活動をすることによって養われる。本研究では、メタ認知的活動を「自らと語る力」と位置づけ、小学校段階から育成していくための指導法を追究している。そこで、副題に「メタ認知的側面から」と表記して研究を進めた。本研究を進めるにあたって、集約されてきたことは、授業の名人といわれてきた人が普段からやっていたことである。葛藤場面のある問題提示の工夫、ノート指導の工夫、板書の工夫、発問の工夫、子どもに内面化された「めあて」の持たせ方、自力解決の工夫、集団解決の工夫、授業のまとめ方、学習感想の書かせ方など授業指導の基本といえるものが浮き彫りになってきた。詳細は、別冊「研究報告書」を参照していただきたい。
褐藻の卵形成に及ぼす細胞内外のホルモンの作用解明

本研究では、マコンブ配偶体(♀)の細胞内の脂質変化から、生殖生長(卵形成)に関わる脂質のホルモン作用を検討した。卵形成度合(成熟度)の増加に伴い、フコステロール、C14:0、C18:1n9、C18:3n3及びC20:3n3の含有量が減少することが分かった。この内、C14:0及びC18:1n9は、TAG中に局在しており、卵形成におけるエネルギーとして代謝されたと考えられる。フコステロールは生長シグナル分子として、ω3系の多価不飽和脂肪酸は性フェロモンとして代謝されたと考えられる。なお、細胞外のフコステロールによる生殖生長の誘発は確認されなかった。藻場を形成する胞子体は、微視的な配偶体の生殖生長及び雌雄配偶子の受精を経て形成される。ゆえに、褐藻の生殖生長は、藻場の再生・保全を考える上で重要な生長段階の一つといえる。工場排水等に含まれる陸由来のステロール類が河口域の水生生物へ生殖機能障害を引き起こした報告があるが、褐藻の生殖生長における陸由来の天然有機物の影響は不明な点が多い。本研究では、褐藻の生殖生長に関わる細胞内外のホルモンとして、ステロールの影響を検討した。褐藻はアルギン酸を主成分とする独特な細胞壁を有しており、この粉砕の程度が細胞内脂質の抽出に影響を与えると考えた。そこで、乳鉢と海砂を用いて細胞を粉砕しながら脂質の溶媒抽出を検討したところ、抽出液中に未粉砕の細胞は見当たらず、同試料中のステロールの抽出量の誤差も10%程度となり、安定した抽出が可能となった。褐藻配偶体を用いて、栄養生長と生殖生長によるステロールの分析を試みたところ、双方に含まれるステロールは90%程度がフコステロールであった。微量のコレステロールが検出される場合もあったが、これはフコステロールの前駆物質と考えられている。また、生殖生長した試料に含まれるフコステロールの量は、栄養生長のものに比べ40%程度減少しており、生殖生長に伴うフコステロールの代謝が示唆された。また、生長状態に関係なく、ほぼ全てのステロールが遊離型として含まれていた。さらに、細胞内の他の脂質の影響も検討したところ、生殖生長した試料に含まれるトリアシルグリセロールの量が、栄養生長のみのものと比べ半分程度に減少していることを見出した。これは、細胞の変化を伴う生殖生長におけるエネルギーの消費に起因すると考えられる。これらの結果は、褐藻の生殖生長におけるフコステロールの性ホルモンとしての寄与を示していると考える。当初計画していたように、褐藻配偶体に含まれる全ステロールの抽出及び定量・定性方法を確立し、生殖生長した試料でステロール量が減少することを確認した。含まれるステロールは、ほぼ遊離型のフコステロールで、生殖生長した試料からも他のステロール及びエステル型のフコステロールは検出されなかった。コンブ等の大型褐藻類は、海藻群落(藻場)を形成し、沿岸生態系保全及び水産資源確保において重要な役割を担っている。しかし、近年、藻場の減少・消滅が問題視されている。藻場の修復・保全には褐藻の生態系の理解が必要不可欠だが、配偶体の生殖生長メカニズムは不明な点が多い。本研究では、褐藻配偶体(S.japonica、♀)の生殖生長(卵形成)に伴う細胞内脂質の変化から、生殖生長に寄与する脂質成分を検討し、卵形成に伴いFucosterol(FS)、C14:0、C18:1n9、C18:3n3及びC20:3n3が減少することが分かった。FSが性ホルモン(シグナル分子)として生殖生長に関与すると考えられたため、培養液中の溶存FSによる生長撹乱作用を検討したが、細胞外のFSでは卵形成を誘発できなかった。FSは、遊離型で存在しており、生殖生長に伴う形態変化は確認されなかった。遊離型ステロールはSphingomyelin(SM)を含むマイクロドメインに局在することが分かっており、褐藻からSM合成遺伝子の存在も確認されている。また、長鎖不飽和脂肪酸は、SM分解酵素を活性化させることが知られている。本研究におけるω3脂肪酸の減少は、SM分解のために代謝され、マイクロドメインからFSの解放に寄与していると考えられる。ω3脂肪酸を生長ホルモンへ代謝するシトクロムP450系酵素の存在も確認されている。さらに、褐藻雌配偶体は、生殖生長すると精子の放出及び誘導のための性フェロモンを放出することが知られているが、ω3脂肪酸は性フェロモンとしても代謝される。これは、本研究によるω3脂肪酸の減少の理由の一つと考えられる。C14:0及びC18:1n9は、TAG中に局在していることが分かり、TAG含有量も卵形成に伴い減少した。これは、細胞の形態変化におけるエネルギー代謝で消費されたと考えられる。

フコステロールは生長シグナル分子として、ω3系の多価不飽和脂肪酸は性フェロモンとして代謝されたと考えられる。なお、細胞外のフコステロールによる生殖生長の誘発は確認されなかった。当初の計画通り、本年度は陸域由来のステロール類を細胞外の性ホルモンとして用いて、褐藻の生殖生長への影響を検討する。これまでの研究で確立した手法により、細胞中への陸域由来のステロール類の摂取も定量的に検討する。分析化学、藻類学当初計画していた学会発表及び論文投稿が前年度中に間に合わず、使用しなかった。また、褐藻配偶体株も当初保有していたもので足り、新たに採取するための旅費も使用しなかった。当初購入を計画していた学会旅費等に使用する。
生物活性を有するアミン類の新しい不斉合成法の開発研究

キラルなアミン類はアミノ酸やアミノアルコール系化合物に代表されるようにそれ自身に様々な生物(生理)活性作用があり、また生体機能性高分子化合物の単位構造として重要な役割を果たしているものが多い。しかし、これら化合物の効率的な一般的合成法の成功例は少ない。このような背景の下、本研究では以下の研究成果を上げた。1)スルフィニル基をキラル補助基としてケトキシムの不斉還元によるアミン類の不斉合成法を見い出した。2) NADHのモデル化合物として新規キラルな数種のHantzsch型1,4-ジヒドロピリジンの合成に成功し、このものを用いるケトン、イミン化合物の不斉還元を行い、興味深い結果が得られた。3)ピリドキサールのモデル化合物を種々合成し、α-アミノ酸エステルのα-アルキル化反応に利用し、4級アミノ酸の不斉合成法の新しい方法を見い出した。
マルチカーエレベータ群管理制御器の形式手法に基づく開発システムの実現

1.マルチカーエレベータシステムのペトリネットモデル、状態遷移モデル及び数理計画モデルと、その解析法を開発した。2.群管理制御器の仕様を時相論理により記述する方法を確立した。3.群管理制御器の基本動作を状態遷移で形式化し、それらを組み合わせて新たな動作を構築する方法を開発した。4.状態遷移モデルに対し、モデル検査ツールSPINを適用する方法を開発した。5.数理計画モデルに対し、制約プログラミングと混合整数計画問題のハイブリッド解法を開発した。そして1.5.の成果を組み合わせて、マルチカーエレベータシステムの群管理制御器を形式手法に基づいて開発するシステムを実現した。マルチカーエレベータシステムの群管理制御器を形式手法に基づいて開発するシステムの実現を目指して、1.エレベータシステムの形式的なモデルの洗練、2.エレベータシステムの形式的な仕様記述の洗練、3.群管理制御器の系統的な構築法の検討、4.群管理制御器のモデル検査法の検討、5.群管理制御器の性能評価法の検討を行った。1.についてハイレベル・ペトリネットによるモデル化法に加え、Markonらが提案しているS-ringによるモデル化法も明らかにした。2.について時相論理による仕様記述法を明らかにした。また提案法を具体的な仕様記述に適用し、その有用性を確かめた。3.について群管理制御器の動作をS-ringにより状態遷移表として形式化し、複数の状態遷移表を合成することにより新たな群管理制御器を構築する方法を考案した。また、従来より優れた群管理制御アルゴリズムを考案し、今後、合成部品の基礎として活用していく。4.について1.で構築したモデルをCPN ToolsやSPINによってモデル検査する方法を検討した。5.について1.で構築したモデルをCPN Toolsや独自に開発したシミュレータによってシミュレーションする方法を検討した。また本研究の基礎として、ペトリネットの解析技法を開発した。マルチカーエレベータシステムの群管理制御器を形式手法に基づいて開発するシステムを実現するため、1.マルチカーエレベータ群管理システムのモデルの確立、2.群管理制御器の形式的な仕様記述法の確立、3.群管理制御器の系統的な構築法の洗練、4.群管理制御器のモデル検査法の洗練、5.群管理制御器の性能評価法の洗練、6.開発システムの実現を行った。成果の概要:1.の成果:マルチカーエレベータ群管理システムに対するペトリネットモデル、S-ringを拡張した状態遷移モデル、数理計画モデルなど複数のモデルを開発し、それらの特性を明らかにした。ペトリネットモデルについては諸性質を解析する技法も明らかにした。2.の成果:時相論理による記述法を確立し、具体的な記述例のリストを作成した。3.の成果:群管理制御器の基本動作を状態遷移で形式化し、それらを組み合わせて新たな動作を構築する方法を開発した。4.の成果:状態遷移モデルに対し、モデル検査ツールSPINを適用する方法を開発した。5.の成果:数理計画モデルに対し、制約プログラミングと混合整数計画問題のハイブリッド解法を開発した。6.の成果:15の成果を組み合わせたマルチカーエレベータシステムの群管理制御器を形式手法に基づいて開発するシステムを実現した。研究成果を発信するため、IEEE GCCE 2013(2013/10/14,幕張メッセ)及び電子情報通信学会システム数理と応用研究会(2014/3/67,愛媛大学)において、報告者らがオーガナイザとしてスペシャルセッションを開催した。さらに、システムやモデルデータは『http://web.cc.yamaguchi-u.ac.jp/shingo/mce/』において公開している。さらに報告済みの学会誌論文及び学会発表に加え、2編の学会誌論文を投稿中である。マルチカーエレベータシステムの群管理制御器を形式手法に基づいて開発するシステムの実現を目指し、1.エレベータシステムの形式的なモデルの構築、2.エレベータシステムの形式的な仕様記述に取り組んだ。1.エレベータシステムの形式的なモデルの構築:形式手法の一つであるペトリネットを用いてエレベータシステムのモデルを構築した。その特徴は階層化や時間、値が扱えるハイレベル・ペトリネットを用いることにより、大規模で時間依存かつ複雑なエレベータシステムを忠実にモデル化することを可能にした点にある。特にエレベータの標準的な運行法であるセレクティブコレクティブを忠実に表現するよう工夫した。さらにエレベータメーカーの技術者から提供されたデータを参考にして、モデルが実用レベルであることを確認した。2.エレベータシステムの形式的な仕様記述:エレベータシステムの仕様を数学的に記述する方法を開発した。その特徴は仕様記述に時相論理を用いる点にある。これにより時間の経過により値が変化する性質を厳密に扱うことを可能にした。さらに1.で構築したモデルと仕様記述を組み合わせて、エレベータシステムをシミュレーションしたり、モデル検査したりする方法を検討した。

開発した方法を省エネルギーに配慮した運行計画やサービスの公平性に関するモデル検査などに適用し、有用性を確かめた。さらにマルチカーエレベータシステムの群管理制御に対する新しいアルゴリズムの提案も行った。研究計画調書のスケジュールでは平成24年度中に1.5.が完了する計画であった。1.と2.は完了しているが、3.5.は現在継続中である。一方、6.開発システムの実現は、すでに一部着手している。次年度(平成25年度)が最終年度である。まず3.5.の完了を急ぐ。4.のモデル検査にはUPPAALも利用する計画だったが、SPINのみの利用とする。また、それらと並行して、6.開発システムの実現を行う。本研究の成果を広く発信すべく、10月にIEEE主催の国際会議GCCE 2013においてスペシャルセッションを開催する(申請者らがオーガナイザ)。以上の成果をとりまとめ、7.研究総括と報告書作成を行う。平成24年度は、まず平成23年度に取り組んだ2つの課題:1.エレベータシステムのモデルの構築と2.形式的な仕様記述をさらに深化させる。1.については複雑な群管理制御器を対象とし、2.についてはマルチカーエレベーターに特有な仕様を対象とする。平成24年度は、さらに新たな2つの課題:3.群管理制御アルゴリズムの系統的な構築と4.群管理制御器のモデル検査に取り組む。3.については既存アルゴリズムを整理し、再利用可能なアルゴリズム部品を開発する。4.については1.と2.の成果を組み合わせて、エレベータシステムをモデル検査する方法を開発するエレベータシステムのモデル検査はマルチカーエレベータシステムに限らず、一般的なシングルカーエレベータシステムに対しても未開拓な分野である。まずシングルカーエレベータシステムでモデル検査法の確立を目指し、その後、マルチカーエレベータシステムに研究を展開していく計画である。本年度(平成24年度)、旅費と人件費・謝金に未使用額が生じた。旅費に未使用額が生じた理由は、学会が近隣で開催されたからである。また人件費・謝金に未使用額が生じた理由は研究の進捗がやや遅れ、予定していた実験が行えず、実験補助の謝金が執行できなかったからである。これらの未使用額は平成25年度の助成金と合わせて執行する。物品として開発・公開用のパソコンを1台購入する。システムの開発や実験に大学院生の補助を受ける。さらに成果発表のために旅費と論文誌別刷費を必要とする。平成23年度にファイルサーバー用PC1台を導入する予定であったが、タイの洪水の影響により年度内に納品されることが難しいことが分かり、平成24年度に延期した。平成24年度は、このファイルサーバー用PC1台以外に開発実験用PC1台を導入する計画である。またモデルの構築やモデル検査などの実験作業に大学院生の補助を受ける。
MMP-3の歯髄炎での消炎効果と組織再生のメカニズムの解明

本研究では、歯髄炎治療薬としてのMMP-3の作用メカニズム解明のために、ヒト歯髄組織中からMMP-3結合タンパクを検索した。解析結果から、バーシカンをMMP-3の基質の1つとして同定した。イヌ歯髄炎モデルにおいて、MMP-3処理した歯髄組織は対照群と比較してバーシカンの局在と構造が異なっていた。さらに、切断されたバーシカンとヒアルロン酸の複合体は炎症細胞の結合能力が著しく低下していた。以上から、バーシカンとヒアルロン酸の複合体は炎症細胞の集積に重要であり、MMP-3による抗炎症効果はバーシカン切断によるヒアルロン酸複合体形成阻害によるものと考えられた。25年度は、歯髄炎で消炎および組織再生過程に関わるMMP-3の機能の解明のためのMMP-3タンパクを大量に準備する発現系の確立を試みた。最初に動物細胞によるMMP-3の発現を検討した。動物細胞は293細胞にMMP-3発現遺伝子を導入し、薬剤で選択してMMP-3の安定発現細胞を作製した。この細胞を大量に増やし、MMP-3を含む培地を回収した。その後、MMP-3をこの培養上清からHisタグを使って精製した。得られたMMP-3のタンパク質分解活性は基質としてカゼインを用いたザイモグラフィーにより活性を確認し、MMP-3タンパク大量発現系の確立という当初の目的を概ね達成した。さらに歯髄炎治療薬としてのMMP-3の作用メカニズム解明のために、ヒト歯髄組織中からMMP-3結合タンパクを検索した。具体的には、抜歯歯牙から歯髄組織を摘出し組織ホモジネートを作製した。次にMMP-3をHisカラムに結合させ、その後ヒト歯髄ホモジネートをHisカラムに添加し、洗浄の後MMP-3に結合したタンパクをMMP-3とともに溶出した。溶出したタンパクはSDS-PAGEで分離し、質量分析にてMMP-3結合タンパクを同定した。最初の解析結果からは、ペリオスチンとバーシカンのN末端部分のG1ドメインと呼ばれる部分がMMP-3結合タンパクの有力候補として考えられた。次に市販の精製ペリオスチンを入手しMMP-3で分解されるかを検討した。その結果ペリオスチンは2カ所で切断されていた。一方バーシカンのG1ドメインはMMP-3により分解されたが、切断部位は1カ所であった。イヌ歯髄炎モデルにおいて、MMP-3処理により前年度同定されたMMP-3基質のバーシカンの局在や、炎症性細胞(マクロファージ、抗原提示細胞など)の集積程度および細胞外マトリックス全体の構成の変化を免疫染色で検討した。その結果、MMP-3処理した歯髄組織は対照群と比較してバーシカンの局在と構造が異なっていた。さらに、バーシカンに対し同様に切断活性をもつMMPを同様にイヌ歯髄炎に作用させたところ、MMP-3と同様の効果を得た。さらに本年度は、Creリコンビナーゼの活性によりMMP-3とmCherryを発現するトランスジェニックマウスと、象牙芽細胞、血管内皮細胞または線維芽細胞特異的に活性誘導型Cre組み換え酵素(CreERT2)を発現するマウスを作製した。これらのマウスの交配によりMMP-3発現細胞はそれぞれの細胞特異的プロモーターで制御され、さらにMMP-3の発現開始はタモキシフェンの投与で調節されることを確認した。イヌ歯髄炎モデルにおいてMMP-3処理により前年度同定されたMMP-3基質のバーシカンの局在や炎症生細胞(マクロファージ、抗原提示細胞など)の集積程度および細胞外マトリックス全体の構成の変化を免疫染色で検討した。さらにバーシカンに対し同様に切断活性をもつMMPを同様にイヌ歯髄炎に作用させたところ、MMP-3と同様の結果を得た。このことから、バーシカンとヒアルロン酸の複合体は炎症細胞の集積に重要であり、MMP-3による抗炎症効果はバーシカン切断によるヒアルロン酸複合体形成阻害による炎症細胞の集積低下によるものと考えられた。遺伝子改変マウスの作製に時間がかかったため。形態系基礎歯科学前年度作製したマウス交配後の仔マウスで、MMP-3の発現がタモキシフェンの投与で開始され、発現細胞が象牙芽細胞、血管内皮細胞および線維芽細胞特異的であることを抗MMP-3抗体を用いた免疫染色およびサロゲートマーカー(mCherry)の発現で確認する。作成したトランスジェニックマウスの歯髄の一部を切断後、歯髄再生を観察る。

どの細胞でMMP-3を発現させた時に最も組織再生能が高いかを検討し、ニッチ構成細胞の同定を試みる。さらに、MMP-3の発現によりニッチでの細胞外マトリックス構成の変化を免疫染色で検討する。25年度の研究計画の、ヒト歯髄細胞の培養上清またはヒト歯髄組織ホモジネート中のMMP-3基質の同定を終えたため当初の目的を達成した。遺伝子改変マウスの作製開始が遅れたため今後は、歯髄炎消炎過程での前年度同定した基質の役割を培養ヒト歯髄細胞を用いて検討する。同時に、歯髄幹細胞ニッチの解析のため象牙芽細胞、血管内皮細胞または線維芽細胞特異的にMMP-3を発現するトランスジェニックマウスの作製を開始する。平成26年度以降は、前年度同定したMMP-3基質の分解が消炎過程でどのように関与するかをイヌ歯髄炎モデルを用いてin vivoで検討する。さらに前年度作製したトランスジェニックマウスで歯髄再生を観察し、どの細胞でMMP-3を発現させた時に最も組織再生効果が高いかを検討しニッチ構成細胞の同定を試みる。遺伝子改変マウスのトランスジーンの発現確認次年度予定の遺伝子改変マウスの作製に多くの予算を配分するため。遺伝子改変マウスの作製に使用予定