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形成的アセスメントの６要素による音楽科授業改革

本研究は「形成的アセスメント」に基盤を置く音楽科授業を推進するために、それを成立させる諸要素について考察したものである。丸山は、形成的アセスメントの概念およびそれを成立させるための要件を6項目に整理し、志木市、犬山市、秋田市、秋田県およびフィンランドにおいて現状を調査するとともに、最新の教育学からの知見を援用しつつ今後の音楽授業の方向性について考察した。森田は、「学び続ける教師像」を目指すPDCAサイクルの活用について研究した。山﨑は、小学校教員とのネットワークを介した情報交換による音楽鑑賞指導に関して研究した。平田は、音楽鑑賞の指導場面における音楽テクノロジーの可能性について研究した。本研究は、「形成的アセスメント」すなわち「生徒のニーズを確認し、それに合わせて適切な授業を進めるための、生徒理解と学力進歩に関する頻繁かつ対話型のアセスメント」(CERI2005)をめざして音楽授業改革を試みるものである。本年はその2年目にあたり、以下の研究成果を得た(研究成果報告書I 2013年3月)。丸山と宮﨑は、形成的アセスメントの6要素の内容について概観するとともに、成立のための諸条件について、CERI2005、志木市および犬山市の事例を通して考察した。山﨑は、小学校音楽の指導者3名との協同研究を通して、鑑賞指導における評価の視点について考察した。平田は、形成的アセスメントの視点から、鑑賞指導におけるタブレット型端末とクラウドの活用の可能性について考察した。森田は、「省察reflection」をテーマに、教員養成課程における学生の授業評価観に関する研究(2)を行った。さらに25年度も同じメンバーで研究を続行する予定である。平成25年度は、テーマに基づいて以下の研究を行い、結果を「研究成果報告書〈II〉」にまとめた。1.「形成的アセスメント成立の諸条件の考察(2)ー秋田県、秋田市、フィンランドの教育から見えてくるものー」(丸山忠璋)学級規模の縮小化の問題のほか、形成的アセスメントを成立させるための条件整備を積極的に進めている地域について状況を調査し考察した。2.「鑑賞指導の学習評価の充実のためのネットワークを介した研究の試み」(山﨑正彦)音楽鑑賞の評価をめぐって、小学校の音楽教師4名とネットワークを介した相互情報交換を行い、学習評価方法の質を高めることを試みた。3.「「学び続ける教師像」を目指すPDCAサイクルの活用ー平成20年度からの科研費研究のまとめとしてー」(森田恭子)音楽の学習評価に関して、教員養成課程において学生に有効なPDCAサイクルの指導のあり方を研究した。4.「形成的アセスメントの6要素による音楽科授業改革ー教育学的背景に基づく考察ー」(丸山忠璋)先行する教育学の知見を援用しつつ、形成的アセスメントに基づく音楽科授業改革の方向性を探った。先行研究(平成2022年度)において、学習評価のあり方を変えるためには、音楽科授業のカリキュラムや指導法なども含めた、教育システム全般を質的に転換させる必要があるとの結論に至った。そこで本研究では、OECD(経済協力開発機構)のCERI(教育研究革新センター)が進めている「形成的アセスメント」をキーワードに、「生徒の学習ニーズを確認し、それに合わせて適切な授業を進めるための、生徒理解と学力進歩に関する頻繁かつ対話型のアセスメント」(CERI2005)をめざして授業研究を行っている。研究は、武蔵野音楽大学音楽教育学科に所属する、丸山忠璋、宮崎幸次、森田恭子、山崎正彦、平田亜矢の5名により、研究の方法は、前回同様、「基本理念について同意した後は、各人の関心領域において、それぞれの視点によって進める」というスタンスをとった。丸山と宮崎は、本研究のキー概念である「形成的アセスメントの6要素」に関して、各国の研究状況をまとめるとともに、とくにフィンランドの教育に視点を当てて研究した。森田は、「省察reflection」をテーマに、教員養成課程において学習者のニーズに適した適当な授業をどう進めるか研究した。山崎は、音楽鑑賞の指導と評価をテーマに、中学校音楽科初任者教員4名とともに、とくに勧奨指導における言語活動のあり方に視点を当てて研究した。平田は、音楽科の形成的アセスメントにおけるテクノロジーの貢献をテーマに、とくに携帯型情報端末「アンドロイド」と「iOS」の存在とその影響について研究した。これらの研究成果は、平成24年度、25年度末において公表される予定である。2年間の研究の結果を5本の研究レポートに集約し、「研究成果報告書(I)」として発表することができた。以下はそのそれぞれのタイトルである。1.形成的アセスメントとは何かーOECD教育研究改革推進センター(CERI)の実線からー(宮﨑幸次/丸山忠璋)2.鑑賞指導における評価の視点に関する考察ー小学校音楽の指導者3名との協同研究を通してー(山﨑正彦)3.鑑賞指導におけるタブレット型端末とクラウドの活用の可能性についてー形成的アセスメントの6要素の視点からー(平田亜矢)

4.教員養成課程における学生の授業評価観に関する研究(2)ー自分の授業演習の何を省察するかー(森田恭子)5.形成的アセスメント成立の諸条件の考察ーCERI報告(2005)、志木市、犬山市の事例を通してー(丸山忠璋)基本テーマと各人のテーマに基づいて、順調に研究が進められている。年度末には中間報告書にまとめる予定である。24年度に引き続き、各自のテーマをさらに深めてゆく。丸山は「形成的アセスメント成立の諸条件の考察(2)」として、フィンランド、秋田県および秋田市の教育施策を参照しつつ、少人数指導、個に応じた指導への対応、教員の研究、教育委員会や保護者との連携を通して形成的アセスメントを成立させる諸条件を考察する。各自の研究の成果を「成果報告書(II)」にまとめ、26年3月に刊行する予定である。24年度末に、研究成果を「中間報告」にまとめて、刊行する。25年度末に「最終報告書」を刊行する予定である。・研究成果報告書(I)......21万円・研究成果報告書(II)......21万円・会議費.....................1万円・郵送費.....................1万円・文献費.....................1万円24年度は、前年度繰り越し分52000円を含めて、552000円を使用する予定である。旅費として、秋田市、犬山市に調査旅行するほか、研究成果刊行費として30万円を予定している。
高精度X線分光を用いたプラズマ診断から探る銀河団ガスのダイナミクス

宇宙最大の天体である銀河団内部の数千万度の高温ガスや銀河団をもつなぐ宇宙の大規模構造に沿って広がっていると考えられている中高温度のプラズマからのX線放射を捉えるためには、大きな有効面積かつ多画素のカロリメータを搭載した衛星が不可欠である。我々はその基礎実験として、絶対温度100 mKを実現する極低温冷凍機環境の構築と、高周波共振回路を用いたカロリメータシステムの構築を目指している。埼玉大学では、機械式のパルスチューブ冷凍機で絶対温度3Kまで冷却の後、常磁性塩と超電導マグネットを使用した断熱消磁冷凍機を用いて絶対温度100 mKを目指して開発を続けている。今年度は冷凍機の故障等もあり、実際に素子を100mKにまで冷却することはできなかったが、ノイズ環境の整備や今後の衛星計画でも重要となるカロリメータを正常に動作させるための磁気シールドのシミュレーションや設計を開始した。将来衛星では、広視野が必須となるため、X線が入射するための磁気シールドの開口部分を大きくせざるをえず、シールドの最適化は今後の命題である。また、観測的結果としては「ひとみ」衛星を用いたペルセウス座銀河団の重元素組成から過去の星形成や超新星爆発を考慮した銀河団の化学的進化についての成果を論文として報告した。同時に将来の宇宙の大規模構造を明らかにするための衛星計画の立案を開始し、日本天文学会や国際会議での発表を通して海外機関との協力についても議論を開始した。計画立案に関しては、これまでの観測的研究から培った知識をもとに宇宙論的データベースを利用した科学目的実現性や衛星搭載機器に対しての要求性能の議論を開始した。観測的研究については順調に進んでおり、銀河団の高温ガスのX線観測から、銀河団の力学的、化学的進化の解明に迫っている。実験的研究については、埼玉大学で新たに立ち上げ始めた極低温冷凍機の不具合もあり、やや遅れているが、JAXA宇宙科学研究所と共同で開発している高周波共振器を用いた回路設計は順調に進んでいる。実験的研究においては、埼玉大学の極低温冷凍機の環境整備を進めるとともに、シミュレーションも利用しながらカロリメータ用磁気シールドの極低温下での実測から将来の実用性を検証する。高周波回路をJAXA宇宙科学研究所との共同開発を進めて、将来の衛星計画での利用を目指す。観測的研究においては、銀河団全体の観測している、X線、可視光、電波での観測結果を照らし合わせつつ、総合的に銀河団の力学的進化の理解をすすめる。2016年に打ち上げられたX線天文衛星「ひとみ(ASTRO-H)」は打ち上げ後は約1ヶ月のみの運用しかできなかったが、カロリメータ検出器(SXS)を用いた観測は、高精度撮像分光観測の威力を示した。私は、SXS検出器チームの中心メンバーとして、軌道上でのエネルギーや有効面積較正などに大きく貢献した。ペルセウス座銀河団の観測からの科学論文についても解析チームを主導し、ペルセウス座銀河団中心部で観測された共鳴散乱効果を、高階電離した鉄の微細構造を用いて初めて明らかにし、日本天文学会での報告、及びtop corresponding authorとして日本天文学会誌に投稿し採択された。共鳴散乱を示すために実際の観測データを光学的に薄いプラズマモデルによる不定性をできるだけ減らすなどの工夫も行なった。観測で得られるエネルギースペクトルは銀河団成分を視線方向に積分したものであるので、銀河団中心部での共鳴散乱を見積もるためには、数値シミュレーションを用いた比較が必要である。私はシミュレータの中に銀河団を構築し、SXSの応答関数も考慮することで、シミュレーション結果はカロリメータによる実際の観測結果を非常によく再現することに成功した。同時に、私はペルセウス座銀河団の温度やアバンダンスを報告した学術論文の作成にも著者として参加し、解析方法や議論に貢献した。実験的研究であるが、年度途中で埼玉大学に移動したため、埼玉大学での冷凍機立ち上げから行なった。宇宙科学研究所や立教大学と協力し、パルスチューブ冷凍機と断熱消磁冷凍機を組み合わせ、極低温環境を構築することができた。また、誘電体カロリメータと同様の原理からマイクロ波読み出しの為の設計検討を行った。これは将来の衛星搭載において、多くの画素を少ない配線数で読み出すことができ、宇宙応用において大きなアドバンテージをもつ。X線天文衛星「ひとみ(ASTRO-H)」搭載のカロリメータ検出器を用いたペルセウス座銀河団の観測データの解析的研究においては、銀河団中心部の共鳴散乱効果を観測されたスペクトルと数値シミュレーションとを比較し、当初の予定よりも早く平成29年度に論文としてまとめあげることができ、日本天文学会誌に採択された。一方で、埼玉大学への異動に伴い、カロリメータ実験に関しては、新たに極低温冷凍機の立ち上げを行い、極低温冷凍機環境の構築の目処はついたものの、当初の高周波回路の実験は遅れている。しかし今後、宇宙化学研究所などとマイクロ波読み出し回路などの開発で協力していく予定である。

埼玉大学では、機械式のパルスチューブ冷凍機で絶対温度3Kまで冷却の後、常磁性塩と超電導マグネットを使用した断熱消磁冷凍機を用いて絶対温度100 mKを目指して開発を続けている。今年度は冷凍機の故障等もあり、実際に素子を100mKにまで冷却することはできなかったが、ノイズ環境の整備や今後の衛星計画でも重要となるカロリメータを正常に動作させるための磁気シールドのシミュレーションや設計を開始した。将来衛星では、広視野が必須となるため、X線が入射するための磁気シールドの開口部分を大きくせざるをえず、シールドの最適化は今後の命題である。また、観測的結果としては「ひとみ」衛星を用いたペルセウス座銀河団の重元素組成から過去の星形成や超新星爆発を考慮した銀河団の化学的進化についての成果を論文として報告した。同時に将来の宇宙の大規模構造を明らかにするための衛星計画の立案を開始し、日本天文学会や国際会議での発表を通して海外機関との協力についても議論を開始した。計画立案に関しては、これまでの観測的研究から培った知識をもとに宇宙論的データベースを利用した科学目的実現性や衛星搭載機器に対しての要求性能の議論を開始した。観測的研究については順調に進んでおり、銀河団の高温ガスのX線観測から、銀河団の力学的、化学的進化の解明に迫っている。実験的研究については、埼玉大学で新たに立ち上げ始めた極低温冷凍機の不具合もあり、やや遅れているが、JAXA宇宙科学研究所と共同で開発している高周波共振器を用いた回路設計は順調に進んでいる。「ひとみ(ASTRO-H」搭載のカロリメータ検出器で観測されたペルセウス座銀河団のデータ解析を進め、銀河団の元素アバンダンスなどの分布や量を超新星爆発のモデル等と比較しつつ、今後は研究を進める予定である。実験的研究については、開発をめざしている高周波回路は将来衛星の搭載を目指しており、宇宙科学研究所などとの連携を深めている。同時に私はカロリメータ搭載の将来衛星開発チームの代表として、衛星の科学目標の作成や検出器チームの牽引を行なっている。海外の研究者とも協力や議論を行いながら、将来の科学衛星提案に向けて開発を行なって行く予定である。実験的研究においては、埼玉大学の極低温冷凍機の環境整備を進めるとともに、シミュレーションも利用しながらカロリメータ用磁気シールドの極低温下での実測から将来の実用性を検証する。高周波回路をJAXA宇宙科学研究所との共同開発を進めて、将来の衛星計画での利用を目指す。観測的研究においては、銀河団全体の観測している、X線、可視光、電波での観測結果を照らし合わせつつ、総合的に銀河団の力学的進化の理解をすすめる。ほぼ予定額を使用したが、少額の差異分は次年度の実験消耗品等の購入に使用する予定である。
欧州金融・通貨圏(EFCA)モデルのアジアへの適用可能性に関する研究

本研究を通じて、以下の点を明らかにした。第1に、英文ペーパーFormation of Regional Financial and Currency Area:Some Lessons from Europe to Asiaを執筆し、2005年12月10日のアジア太平洋EU学会(EUSA-AP)第3回大会にて報告した。そこでは「投資通貨の多様化」と「民間ECUの発展」を含む「欧州金融・通貨圏(EFCA)」を「アジア統合の不可分の要素」という視点から論じた。第2に、金融通貨圏の不可分の要素である株式市場について考察を進め、NIRA(総合研究開発機構)に対してペーパーを提出した。そこでは、欧州の経験を踏まえると、規制の多いアジア諸国においては、当面東京市場など中心国市場に外国株を上場する伝統的施策が有効であるものの、中長期的には流動性において勝る母国市場の育成とその相互リンクこそが展望されるべきであることを示した。同様の趣旨で、証券経済学会第67回全国大会の共通論題パネラーとして「欧州からみた取引所の世界的再編成」について報告と討論を行なった。第3に、大分EU協会20周年記念シンポジウム(2007年6月)での講演「ユーロ導入から学ぶACUの可能性」を通じて、アジアにおける為替相場安定のための基準として公的ACUの有効性、民間ACUの可能性を示す一方、通貨統合については、(1)経済発展段階の近似化、(2)経済統合の進化などの諸条件があり、ASEANなど地域を限定して展望する必要があることを示した。第4に、EFCAを継承したユーロ圏は、ドルの信認低下が進むなかグローバルなレベルでドル圏を代替する状況にはないものの、経常収支の安定という点で際立っており周辺地域に着実に拡大しつつあることを示した。その成果は、研究分担者(田中)とともに編者として公刊の準備を進めてきた『現代国際金融』において公刊した(2008年2月)。初年度は、当初計画どおり、EFCAモデルの再構築・普遍化と英文ペーパー化、アジア金融市場とアジア域内資金フローに関する基礎研究等に充てられた。具体的には、(1)EFCAモデルのFCAモデルへの一般化と英文化、(2)アジア域内資金フローと金融市場・為替市場統計の整備とアジア通貨協力の諸提案の収集整理、(3)バックグラウンド研究、という三つの準備作業を並行して進めた。(1)については、これまで研究分担者(田中素香教授)のもとで構築してきた「欧州金融・通貨圏(EFCA)」理論を、「アジア統合の不可分の要素」という視点から再構築・普遍化を行い、その英文化の作業を進めた。研究代表者(岩田)は、以前の科学研究費研究(国際共同研究)を通じて英文翻訳を終えている「投資通貨の多様化」に加え、今回は「民間ECUの発展」を組み込んで「欧州金融・通貨圏(European Financial and Currency Area)」全体を包括的・体系的にまとめた英文ペーパーを執筆し、12月10日のアジア太平洋EU学会(European Union Studies Association - Asia Pacific(EUSA-AP)第3回大会にてフルペーパー;Formation of Regional Financial and Currency Area : Some Lessons from Europe to Asiaとして公刊し、同時に研究報告を行った。また研究分担者(田中)は、アジア太平洋EU学会第3回大会に日本EU学会会長として参画し、フルペーパー;Monetary Cooperation in Europe and East Asiaを公表・報告するなど主導的な役割を果たした。(2)については、アジア債券市場関係のイニシアティブ(ABMIおよびABF)の進展に鑑み、関連文献の体系的収集を行い、またADB(アジア開発銀行)のホームページなどを通じてAsia Bond Monitorや関連データの収集を行った。

(3)のバックグラウンド研究については、現在研究代表者と分担者が編者となって編集を進めている『現代国際金融』講座の原稿検討を通じて、経常収支の世界的不均衡とドル問題に対するアジアの対応に関して論点整理を代表者と分担者との間で行った。その成果は平成18年度に公刊される。平成18年度は、前年度にアジアEU学会で報告したFCAモデルの修正、即ち、アジアへの適用の際の欧州とアジアとの間の条件の相違に関する一層の掘り下げの作業に、一定の時間とエフォート充当した。先ず、当初の予定に沿って、初年度に学会報告の英文フル・ペーパーで一般化したFCAモデルに関する修正作業を行い、その公刊準備を進めた。特に平成19年度の出版が決定している国際金融シリーズ(有斐閣)の第3分冊『現代国際金融』の研究代表者担当章については、本研究の成果を的確に反映すべく研究分担者(田中)や他のアジア債券市場研究者との研究打ち合わせやレビューを10月に東京と名古屋で実施した。次に2006年前半以降、株式市場の世界的再編の動きが大きく進展し、アジアでの対応やアジア域内での株式市場インフラ形成の課題がクローズアップされた。本研究と深くかかわる、こうした情勢の急展開に鑑み、年度の後半では株式市場にテーマを絞り、以下の研究を重点的に行った。第1は、アジアや日本の証券市場や規制当局の対応を念頭に、EFCA(欧州金融・通貨圏)における統合株式市場インフラ形成の経験をまとめ、日本証券経済研究所にて研究者、実務家向けの講演と討論を行った。第2に、NIRA(総合研究開発機構)に対しても、同様の課題に関してアジアや我が国へのインプリケーションにより力点を置いた論文を提出した(成果はH18年度に公表予定)。さらに、研究分担者(田中)は、拡大後のEUの経済諸問題について他の代表的な日本のEU研究者との共著『ヨーロッパの東方拡大』の公刊を行った。本研究はEFCAモデルが、経済発展段階の異なる新興市場諸国にどのように適用可能なのかという問題に関する基礎研究としての意義を有し、最終年度に研究全体を取りまとめる際の重要な参照点を提供した。本研究の最終年度である平成19年度は、以下の研究活動を行なった。第1に、証券経済学会第67回全国大会の共通論題「証券取引所の世界的再編成」のパネラーとして「欧州からみた取引所の世界的再編成」について報告と討論を行ない、欧州金融通貨圏(EFCA)論を踏まえてアジアにおける株式市場連携のための制度デザイン(母国市場育成と域内リンク)に関する提案を行なった。第2に、大分EU協会20周年記念シンポジウム「EUEO-ACUユーロの意義とアジア通貨単位の可能性」(6月於大分大学)で「ユーロ導入から学ぶACUの可能性」について講演とディスカッションを行ない、アジアにおける為替相場安定のための基準として公的ACUの有効性、民間ACUの可能性を示す一方、通貨統合については、(1)経済発展段階の近似化、(2)経済統合の進化などの諸条件があり、ASEANなど地域を限定して展望する必要があることを示した。
PPARγ発現調節機構の研究

(A)'エピジェネティクスによるPPARg発現ポテンシャルの制御機構の検討発生分化の制御転写因子の発現ポテンシャルの維持に重要とされるエピジェネティクス変化がPPARgの発現制御に果たす役割を検討するために、抗体(抗H3K4me3、H3K27me3、H3K9me3、H3/4ac抗体など)を用いたクロマチン免疫沈降の系を、胎児線維芽細胞、3T3-L1/F442A細胞、NIH-3T3細胞において確立した。胎児線維芽細胞において、分化に重要な転写因子の発現ポテンシャルを規定するヒストン修飾H3K4me3,H3K27me3('bivalent' mark)を、また分化に伴うH3K4me3のみの活性型への変化が認められ、ヒストン修飾制御が分化における分化制御因子の発現制御のメカニズムのひとつであることが示唆された。(B)ヒトPPARg-BACの3T3-F442A細胞への導入による長距離発現制御領域の同定と機能アッセイ入手したヒトPPARgを含むBACクローンを、RecA/RecET組み換え法でKan/neoカセットを導入したクローンを作成した。カセットの導入はサザンブロッティングにより確認した。現在3T3-F442A細胞に導入後、安定発現細胞株を複数株クローニング中である。(C)PPARg遺伝子領域の比較ゲノミクスによる高相同性領域の検索多種動物間のゲノムデータベース上認められたPPARg近傍の高相同性領域のピークをリポーターベクターpGL3にクローニングを行っている。
発達障害者の就労支援のための社会性スキル獲得とプログラミング能力の育成

発達障害児者のキャリア教育を教育機関が積極的に支援することは非常に重要である。発達障害児者はIT分野、特にプログラミングにおいて才能があるものの、しばしば学習段階でのつまずきで学習意欲が低下するなど困難な面もある。そこで、楽しく取り組みながら論理的思考を高める新しい学習教材の開発を推進した。また、発達障害児者は、せっかくITやプログラミングに関する知識や能力があっても、コミュニケーションに苦手意識があるために、就労まで結びつかないケースも多く、このことが非常に深刻な課題となっている。そこで、この問題を解決するために、社会スキルを獲得するための各種トレーニングシステムを開発し、プログラミング学習と併用しながら、就労に繋げるまでの総合的な支援体制づくりを行っている。1就職採用選考で企業が重視する要素として「コミュニケーション能力」が10年連続1位となっている。そこで、発達障害児者が苦手とする対人的スキル向上を目指し、状況における表情認知の能力の弱さに焦点をあて、行動・認知・生理指標の特徴から原因を解明し、それに基づくトレーニング方法の導出と支援システムの開発に取り組んだ。2日本が国際競争力を高めるためには、IoT・ビッグデータ・人工知能・ロボット・センサーを核とする技術革新が重要である。しかし、産業界で必要とされる技術者は2015年で約17万人、2030年には約59万人が不足すると予想されている(2010年国勢調査に基づく推計)。IT職は在宅勤務も可能であり、身体障害者や発達障害者にも適している。特に、発達障害をもつプログラマーの能力の高さが注目を浴びており、このような観点から発達障害児者の人材育成は国策にも適っている。そこで就労まで繋がるようなプログラミング教育方法の開拓および学習教材の開発に取り組んだ。初年度は、発達障害児者の特性に応じたインタフェースを持つ、プログラミング教材の開発を進め検証してきた。発達障害児者の脳特性から、プログラミングの失敗(コンパイルエラーなど)に対する合理的な判断(デバッグなど)の訓練や、上手く動いたときのモチベーション向上を誘発するようなインタフェースを実装し、発達障害児者のつまずきをなくし、プログラミングを楽しく学べるような工夫を教材に取り入れ、プログラミング教育を実践することができた。また、将来的に就労に繋げていくためには、社会スキルの獲得が重要である。コミュニケーション能力の向上を目指すために、我々が開発してきた表情認知トレーニング、状況にふさわしい表情表出トレーニングシステムを活用しながら、感情豊かな会話を目指した発話トレーニングシステムも新たに開発した。上記のプログラミング教育、および、社会スキルトレーニングにおけるスコアは、我々の開発したICT個別教育支援の日々の行動情報とともにシステムに統合され、支援のプランに活用することが可能となった。これまで、プログラミング学習教材においては、主に、アルゴリズム学習に焦点を絞ってきたが、より実践的な作業を想定して、与えられたアルゴリズムに対するコーディングやデバッグの作業など、多角的にプログラミングスキルを身につけるための学習方法を検討する。また、より業務で必要不可欠となるコミュニケーションを介した仕事のやり取り、グループワークによる開発などといった練習を行えるような仕掛けを検討する。さらに、我々の開発したICT個別教育支援システムのデータベースに統合される個人特性を分析することで、得意不得意などを捉え、得意な分野を伸ばし、不得意を克服することで自信をもって取り組めるような環境づくりを検討する。

コミュニケーション能力の向上を目指すために、我々が開発してきた表情認知トレーニング、状況にふさわしい表情表出トレーニングシステムを活用しながら、感情豊かな会話を目指した発話トレーニングシステムも新たに開発した。上記のプログラミング教育、および、社会スキルトレーニングにおけるスコアは、我々の開発したICT個別教育支援の日々の行動情報とともにシステムに統合され、支援のプランに活用することが可能となった。これまで、プログラミング学習教材においては、主に、アルゴリズム学習に焦点を絞ってきたが、より実践的な作業を想定して、与えられたアルゴリズムに対するコーディングやデバッグの作業など、多角的にプログラミングスキルを身につけるための学習方法を検討する。また、より業務で必要不可欠となるコミュニケーションを介した仕事のやり取り、グループワークによる開発などといった練習を行えるような仕掛けを検討する。さらに、我々の開発したICT個別教育支援システムのデータベースに統合される個人特性を分析することで、得意不得意などを捉え、得意な分野を伸ばし、不得意を克服することで自信をもって取り組めるような環境づくりを検討する。次年度使用額が生じた理由は、本研究テーマの申請時に(学習者の認知特性を把握することを目的とした実験のために)経費に計上していた生体アンプの価格が採択時には高騰してしまったため、購入を再検討することとし保留にしたためである。2018年度は、上記実験の代替策として、安価な生体アンプの開発キットを購入し、計測に必要とされる必要最小限のチャンネルのみを確保した計測装置を組み立て、実験を進めることとした。次年度使用額の使用計画としては、2019年度は、前年度同様に生体アンプについては安価なシステムで計測装置を拡張しながら実験を進める予定である。また、我々の(プログラミング教育を目的として開発した)オリジナルのプログラミング教材はクラウド型のアプリケーションであるため、この教材を稼働させるためにはサーバーの運用が必要となる。そこで、サーバー管理費に充当する予定である。加えて、プログラミング教材の利用者の学習履歴もサーバー側に記録する必要があり、この履歴データについては、我々の開発したICT個別教育支援システムのデータベースに付加する予定であり、このサーバー運用費にも充当する予定である。さらに、プログラミング教室の開催、学習者や支援者との連絡などの事務処理業務に対する人件費にも充当する予定である。
細胞・組織内の応力分布可視化手法の確立と形態形成原理の力学的理解

発生過程における力学因子の影響を知るには胚内部の微視的応力分布計測法を確立する必要がある.胚を切断した際の断面の凹凸とその面の弾性率分布から断面近傍の胚内応力分布を求める方法を考案し,アフリカツメガエル胚を対象として実験系を構築した.ヤング率10Pa程度と極めて柔らかい胚をダメージ少なく切断し,その後30秒以内に断面の凹凸を計測すること,断面に散布した粒子の組織へのめり込み量から多点で弾性率分布を求めることに成功した.その結果,原腸胚期の胚内部には圧縮,胚表面には引張力が作用しており,張力は原口付近で高く,また,発生と共に変化することなどが明らかとなった.発生過程における力学因子の影響を知るには胚内部の微視的応力分布計測法を確立する必要がある.胚を切断した際の断面の凹凸とその面の弾性率分布から断面近傍の胚内応力分布を求める方法を考案し,アフリカツメガエル胚を対象として実験系を構築した.ヤング率10Pa程度と極めて柔らかい胚をダメージ少なく切断し,その後30秒以内に断面の凹凸を計測すること,断面に散布した粒子の組織へのめり込み量から多点で弾性率分布を求めることに成功した.その結果,原腸胚期の胚内部には圧縮,胚表面には引張力が作用しており,張力は原口付近で高く,また,発生と共に変化することなどが明らかとなった.胚を様々な断面で切断した際の断面の凹凸を調べることで,発生途中の胚内部の応力分布を明らかにすることを目指し,5年間に亙る研究を進めている.内部に局所的に引張とその反作用としての圧縮が作用した物体があった場合,これを力の作用方向と垂直な断面で切断すると,引張力の作用していた部分は陥没し,圧縮力の作用していた部分では突出することが予想される.従って断面の凹凸を細かく調べることで胚内部の応力分布が推定できる.これが測定原理である.試料には操作性を考慮し,アフリカツメガエル胚を重点的に用いることにした.研究初年度の本年度はまず,基礎データ蓄積と実験方法の確立を進めた.具体的には,まず,ホルマリン固定胚を用いた基礎データ蓄積を行った.すなわち,ホルマリン固定した胚をマイクロスライサで切断し,断面の凹凸をディジタルマイクロスコープで計測した.従来は正中線で切断していたが,今回は胚内の細胞群の運動方向に直交する断面で切断し計測した.その結果,従来同様,中・内胚葉に圧縮力,外胚葉に引張力が作用している結果は同じであったが,原腸陥入時に変形しながら胚内部に巻き込まれる部分であるIMZ(involuting marginal zone)のある側に応力が集中している可能性を示唆する結果が得られた.また,正中断面でアクチンの分布を観察したところ,アクチンは外胚葉側に比較的多く分布し,また,原腸陥入が生じる領域にアクチンの集中が見られた.アクチンフィラメントが収縮力を発生すると考えることで力の分布が説明できる結果が得られた.なお,当初は環境制御型SEM下での凍結切断法の確立を進める予定であったが,装置の導入が3月にずれ込んだため,装置の動作確認をする段階に留まった.この他,小椋班員らによるゼブラフィッシュ胚心臓の力学特性計測,上野班員らのアフリカツメガエル先行中胚葉の発生力計測などの実験に協力した.胚を様々な断面で切断した際の断面の凹凸を調べることで,発生途中の胚内部の応力分布を明らかにすることを目指し,5年間に亙る研究を進めている.内部に局所的に引張とその反作用としての圧縮が作用した物体があった場合,これを力の作用方向と垂直な断面で切断すると,引張力の作用していた部分は陥没し,圧縮力の作用していた部分では突出することが予想される.従って断面の凹凸を細かく調べることで胚内部の応力分布が推定できる.これが測定原理である.試料には操作性を考慮し,アフリカツメガエル原腸胚を重点的に用いている.2年目のH23年度は,主にH22年度末に導入された環境制御型走査型電子顕微鏡ESEM下での断面の観察方法の確立を進めた.具体的には,まず,凍結胚の切断,解凍過程のESEM観察を行った.凍結状態から解凍状態への連続観察には成功したものの,湿度の微妙な調整が難しく,試料表面に水の膜がはり凹凸が見えなくなったり,一定状態に長期間保つことが難しく,高さ計測に必要な視点の違う2枚の画像を同一条件で撮影することが困難などの理由から高さ計測にはまだ成功していなかった.そこでH24年度に繰越した予算を用い,更に解凍時の湿度の保持方法や温度の上昇方法など様々な検討を進めたが,最終的に,本装置の湿度の制御系では,高さ計測に必要な2枚の画像を撮影する間,断面を一定に保つような微妙な湿度制御が困難であり,ESEMを用いた断面解凍過程の観察は難しいとの結論に至った.発生途中の胚内部の応力分布を明らかにすることを目指し,5年間に亙る研究を進めている.4年目の本年度は,昨年度構築した断面観察系でホルマリン固定胚のデータ蓄積を進めると共に,新鮮胚断面の凹凸計測法ならびに力学特性計測法の確立を進めた.1)断面凹凸観察:ホルマリン固定胚について様々なステージでの正中断面,横断面の凹凸分布データを蓄積した.何れのステージでも胚の表面が引張,内部が圧縮状態に有ることを示す結果が得られた.平行して新鮮胚の切断直後の断面の凹凸計測を目指し,断面凹凸の計測時間の短縮ならびに断面切断法の改良を進めた.

寒天に包埋した胚を電動ステージ上で移動させ,空間に固定した極細白金線(高周波電流通電)で切断し,直後に断面が顕微鏡視野中心に来るようにして新鮮胚断面の凹凸の計測を40秒以内に測定することが可能となった.顕微赤外分光装置はデモ計測において期待した性能が得られなかったため,取り敢えず導入を断念した.2)力学特性計測:当初,胚断面の押込試験により,断面の力学特性を計測する系を確立することを目指したが,胚断面形状が時々刻々変化するため,一度に1点の計測しか行えない押込試験法は不十分であることが判明した.そこで,研究期間を延長し,胚断面に散布した粒子の断面へのめり込み量からヤング率を求める方法を考案,計測を行った.その結果,既報と同程度20Pa程度のヤング率が得られた.しかし,粒子が大きく,また互いにくっつく場合の多いことが問題であった.3)胚表面の張力異方性の計測:当初計画したモデル解析でなく,直接,胚表面の異方性を計測する方法を思いつたので,こちらの方法を進めた.すなわち,胚表面に矩形孔を押し付けた際の,矩形孔内への胚の盛り上がり量の方向差から異方性を見積もる方法を考え,胚表面の異方性が計測できることを確認した.研究最終年度の本年度は,昨年来の新鮮胚断面の凹凸計測法ならびに力学特性計測法の改良を継続した:1)新鮮未固定胚の切断面形状と力学特性分布の瞬時計測:昨年度は寒天に包埋した新鮮胚を顕微鏡の電動ステージに載せ,高周波電流を流した極細白金線で胚を切断したが,切断速度が10 mm/s程度と遅く,切断した胚同士が再癒着する可能性が考えられたため,電磁石とリニアガイドを用いた機構を作製し,切断速度を200 mm/s程度まで上昇させた.しかし,速度が速すぎ,切断中に寒天が剪断変形するなどして良好な断面は得られていない.そこで,対象を原腸胚ではなく,より発生が進み内容物が硬化した尾芽胚とし,切断した.その結果,かなり再現性のある断面の凹凸を得ることができ,脊索部分が突出していることが明らかとなった.断面の力学特性分布の計測に関しては,直径200μmのガラスビーズから直径100μmの金属粒子に変更することで,計測範囲を小さくすることができた.また,粒子を均等に散布できるように,厚さ100μmの板に直径150μmの穴が等間隔で空いたものを作製した.この穴に粒子を填め,胚の上で散布することを試みた.その結果,粒子が固まって落ちることは抑制できたが,均等間隔に落とすことは困難であった.2)胚押込試験の計算機解析:昨年度,矩形孔を用いた押込試験で胚表面の異方性が計測できる可能性が示されたので,有限要素モデルを作製し,弾性率の異方性の程度と矩形孔への組織の盛り上がりの異方性の程度の関係を調べた.また,押込試験を継続し,データの蓄積を進め,レーザアブレーションにより示される異方性と力学特性の異方性は対応しておらず,応力とひずみの異方性は必ずしも一致しないことが明らかとなった.
バイオマス廃棄物を利用した陶磁器産業、金属産業のゼロエミッション化

バイオマス廃棄物であるエビや蟹等の甲殻類の殻から得られるキトサン、柑橘類中に含まれるペクチン酸、ならびに昆布などの褐藻類中に含まれるアルギン酸を原料とした吸着剤や溶離剤を合成し、陶磁器産業や金属産業を始めとする様々な産業から発生する廃水中の重金属や有用金属の回収・除去するための研究を行い、以下のような成果を得た。(1)架橋ペクチン酸およびアルギン酸、ならびにアミド化ペクチン酸およびアルギン酸の調整を行い、鉛、亜鉛、鉄に対しての吸着挙動を調べた。その結果、鉛と鉄に対しての高い選択性が見られた。この結果よりこれらの吸着剤を充填したカラムに大量の亜鉛と微量の鉛を含む液を通液したところ微量な鉛が高選択的に分離・除去された。(2)水溶性のアルギン酸ナトリウムを用いたアフィニテイー限外濾過による亜鉛と鉛の分離を行ったところ鉛だけがアルギン酸に保持されて亜鉛から効率的に分離することができた。同様に水溶性の4級化キトサンを用いて6価のクロムのアフィニテイー限外濾過を行ったところ、低いpHにおいて効率的に分離できた。(3)キトサンの水酸基をアシル化することによりクロロホルム等の有機溶媒に可溶な油溶化キトサンを合成し、銅や鉄を始めとする様々な金属の抽出挙動を調べた。原料のキトサンによる吸着においては銅よりも鉄に対しての高い選択性が見られた、油溶化キトサンでは銅は低いpHからでも良く抽出されるのに対して、鉄は全く抽出されないという興味深い選択性の逆転という現象を見出した。以上のようにバイオマス廃棄物から得られる天然物の多糖類は合成の分離材料には見られない、興味ある優れた分離機能を有することを見出した。
交替勤務者の業務上エラーのリスク要因に関する研究：職種・労働時間・睡眠との関連

交替勤務労働者の眠気に関して3つの研究を行った。1)製鉄所で働く男性交代勤務労働者を対象に横断的調査を行い、256名から有効回答を得た。カロリンスカ眠気尺度で測定した夜勤中の眠気レベル、深夜勤期間の睡眠不全と、個人特性、生活習慣、職業性ストレスとの関連を統計学的に分析した。深夜勤前半や後半での高い眠気レベルと関連した要因は、若年であること、睡眠直前のPC等の使用、夜勤後の午後に就寝すること、仕事の達成感の低さであった。夜勤中の眠気は、熟眠不全感と関連があり、夜勤前の睡眠の質と関連していると考えられた。また、夜勤中の眠気と就寝前の生活習慣、職業性ストレス関連要因との関連が明らかになったことから、夜勤前の睡眠の質を改善する対策として睡眠衛生教育や職場での組織的ストレス対策が重要だと考えられた。この成果を原著論文として平成30年度に学術誌へ投稿し、年度内に受理された。2)同じ職場で保健師が、1)の結果を応用して短時間1回の睡眠衛生教育を試行したところ、深夜勤における眠気に改善傾向が見られた。ただし、睡眠行動や眠気の変化には個人差も見られた。保健師によるフォローアップや、セルフモニタリング法の採用による効果の差異は見られなかった。3)看護師の12時間夜勤を模したシミュレーション実験を行った。11名の学生が自宅で、12時間夜勤を想定したデスクワークに従事した。ただし、実験当日は、事前に仮眠をとるように指示した。被験者は2時または4時に60分間の休憩時間を与えられ、それ以外の時間帯では、精神運動ヴィジランス課題(PVT)を課し、反応時間(RT)とエラー率(TE)を計測した。課題の前後にカロリンスカ眠気尺度で評価した自覚的眠気と他覚的なPVT成績には負の相関が見られた。RT値およびTE値は2条件で差がみられず、主観的眠気も差はみられなかった。交替勤務に就く工場労働者256人を対象に横断的な質問紙調査を行い、夜勤連続時の睡眠不全や夜勤中の眠気と関連する生活習慣を検索した。夜勤連続時の睡眠不全は加療中疾患の有無、主観的健康感、主観的な「交替勤務への慣れ」と関連していた他、頻尿、「生活時間を次のシフトに早めに合わせる」、就寝前の入浴、就寝前に画面を見ない、就寝前に飲酒しないなどの生活習慣とも関連しており、かつ職業性ストレスとも関連していた。夜勤中の眠気は、仕事の達成感の低さと関連しており、明け方の眠気は仕事の量的負荷・質的負荷・対人関係ストレスとも関連していた。夜勤前後に早出または残業をした場合には朝79時の眠気が通常夜勤後よりも強いことがわかり、超過勤務の問題点が示唆された。夜勤連続時の睡眠不全や夜勤中の眠気と、ヒヤリハット経験の頻度には、明瞭な関連が認められた。これらの結果に基づく睡眠教育を工場側から要請されたので、実施計画について工場側と協議を重ね、実施の効果を検証できるような計画を立案した。次年度に実施する予定である。これを実施する中で、協力が得られた労働者に日誌法による追跡調査を依頼できないか検討する予定である。労働現場で夜勤時のヴィジランス測定を実施する準備として、ヴィジランス測定機器および体動に基づき睡眠覚醒を測定する機器を購入し、フィージビリティ試験を開始した。さらに予備実験として、学生に二夜の模擬夜勤をさせ、上記の機器を預けて自宅でヴィジランスと睡眠を計測させる実験を計画し、開始した。ヴィジランス測定機器のバッテリーが切れやすいという問題が明らかになったので、被験者マニュアルを改良して不使用時にはスイッチを切ることを徹底することとした。この予備実験では、12時間夜勤をシミュレートし、二夜それぞれ異なる仮眠時間帯を設定して、仮眠時間帯とその後の眠気の関連を検討する予定で、実験継続中である、職域集団における質問紙調査は初年度と翌年度で行う予定であったので、半分を初年度に実施できたのは予定通りである。少数労働者における日誌法による追跡調査は計画をよく検討しなければ被験者の負担が過大となるので、直ちに協力依頼するのでなく、まず職場に睡眠教育を実施するという形で協力を依頼しやすい環境を整備しつつある。ヴィジランス測定機器のフィージビリティテストで見えてきた課題をクリアする方策は検討できた。単なるフィージビリティテストに終わらせず意味のあるデータを取得するため、実験を継続中である。交替勤務に就く工場労働者に対して前年度実施した横断的質問紙調査の結果については、産業精神保健学雑誌への投稿論文を作成中である。この調査結果に基づき、同じ工場で労働者60名に対する睡眠教育を実施し、実施前後に質問紙調査を行って、教育の効果について検討した。教育の実施方法を三種類設定したが、いずれの方法でもほぼ同じ効果が得られ、夜勤中の眠気に改善傾向がみられた。詳細について引き続き分析中である。並行して補助的な研究を行った。健康な学生を被験者として自宅で12時間夜勤シミュレーション実験を行い、夜間の仮眠時間帯を二通り設定して、11名に各2夜実施した。実験夜には仮眠時間を除き1時間毎に、ヴィジランス(覚醒度)測定と主観的な眠気評価を行った。客観的なヴィジランス測定結果とカロリンスカ眠気尺度による主観的な眠気評価には中程度の正相関があること、どちらの指標でも「明け方に向けて眠気が強まる傾向」が見られること、この傾向は休憩時間が2時3時でも4時5時でも差がないことがわかった。

この実験結果は29年度の産業衛生学会で発表するため、演題登録を行った。工場労働者に対し、前年度の質問紙調査をふまえた教育的介入の効果検証を実施できた。職場への依頼がスムーズにできたことは、当初の計画通りである。もう一箇所、病院看護師に対する調査を次年度に実施すべく打診中であるが、前向きの感触を得ているので、最終年度までに予定通りの進展が見込まれる。付帯実験でも学会発表できるだけのデータを得られたのは、予定以上の収穫である。工場で三交代勤務に就く男性労働者の夜勤時の眠気について質問紙調査を行い、年令、生活習慣、労働環境との関連を明らかにした。この成果は2018年の日本睡眠学会で発表予定であり、また学会誌に原著論文として投稿中である。この集団に対して睡眠衛生教育を実施した結果、一回の講義でも夜勤時の眠気が改善する傾向が示されたので、詳細について分析中である。この点については別の論文として投稿予定である。これとは別に、病院で三交代勤務に就く女性看護師についても同様の質問紙調査を行い、忙しい明け方より10時頃のほうが眠気が強いことと、この退勤時の眠気は業務の量的負荷と正相関することを明らかにした。この結果については2018年の日本産業衛生学会で発表し、論文投稿の準備中である。研究代表者の健康上の理由、及び、調査フィールドとして予定していた事業場の事情により、調査と分析作業が遅れたため、成果の最終発表を最終年度(平成29年度)までに完了できなかった。助成金の執行を平成30年度まで延長することを申請し、認められたところである。交替勤務労働者の眠気に関して3つの研究を行った。1)製鉄所で働く男性交代勤務労働者を対象に横断的調査を行い、256名から有効回答を得た。カロリンスカ眠気尺度で測定した夜勤中の眠気レベル、深夜勤期間の睡眠不全と、個人特性、生活習慣、職業性ストレスとの関連を統計学的に分析した。深夜勤前半や後半での高い眠気レベルと関連した要因は、若年であること、睡眠直前のPC等の使用、夜勤後の午後に就寝すること、仕事の達成感の低さであった。夜勤中の眠気は、熟眠不全感と関連があり、夜勤前の睡眠の質と関連していると考えられた。また、夜勤中の眠気と就寝前の生活習慣、職業性ストレス関連要因との関連が明らかになったことから、夜勤前の睡眠の質を改善する対策として睡眠衛生教育や職場での組織的ストレス対策が重要だと考えられた。この成果を原著論文として平成30年度に学術誌へ投稿し、年度内に受理された。2)同じ職場で保健師が、1)の結果を応用して短時間1回の睡眠衛生教育を試行したところ、深夜勤における眠気に改善傾向が見られた。ただし、睡眠行動や眠気の変化には個人差も見られた。保健師によるフォローアップや、セルフモニタリング法の採用による効果の差異は見られなかった。3)看護師の12時間夜勤を模したシミュレーション実験を行った。11名の学生が自宅で、12時間夜勤を想定したデスクワークに従事した。ただし、実験当日は、事前に仮眠をとるように指示した。被験者は2時または4時に60分間の休憩時間を与えられ、それ以外の時間帯では、精神運動ヴィジランス課題(PVT)を課し、反応時間(RT)とエラー率(TE)を計測した。
X線ならびに炭素線照射後の生体応答に対する低酸素環境の役割に関する基礎研究

今年度は、年度計画に従って性質の異なる細胞にX線や高LET炭素線などを照射前後、異なる酸素濃度環境で細胞を培養し、放射線応答における炭素線と酸素濃度の関係について以下の実験を行った。1.染色体損傷の解析:1マウス腎臓初代培養細胞についてFISH法を用いて染色体異常頻度解析を行い、染色体損傷の評価を行った。2ヒト脳腫瘍細胞について微小核頻度解析により染色体損傷の評価を行った。2.相同組み換え細胞頻度の解析:RaDRマウス腎臓初代培養細胞を用いてX線や高LET炭素線に照射後GFP陽性細胞頻度として相同組み換え頻度を解析した。3.Nrf2タンパクの発現:RaDRマウス腎臓初代培養細胞を、放射線照射後異なる酸素濃度環境で培養し24時間後のNrf2のタンパク質発現をウェスタン法にて解析した。結果1:マウス腎臓初代培養細胞およびヒト脳腫瘍細胞株では、放射線照射後の培養における酸素濃度の違いによって染色体損傷が異なることが明らかになった。具体的にはマウス腎臓初代培養細胞についてX線或いは高LET炭素線照射後、低酸素環境(1%、3%)で培養した細胞は常酸素(21%)で培養した細胞と比べて染色体異常頻度が低い(染色体異常細胞数、染色体交換、断片)。ヒト脳腫瘍細胞株について、照射後3%の酸素濃度で培養した細胞は1%、21%の酸素濃度で培養した細胞と比べて微小核頻度が低い。2:RaDRマウス腎臓初代培養細胞を用いて放射線照射後、異なる酸素濃度環境で一週間培養し相同組み換え頻度について、3%の酸素環境で培養した細胞の相同組み換え頻度は放射線照射後に高くなる。だが、1%の酸素環境で培養した細胞の相同組み換え頻度は照射の有無に関わらず3%、21%酸素濃度環境より低い。3.マウス腎臓初代培養細胞は放射線照射後、異なる酸素環境で24時間培養した細胞のNfr2のタンパク質発現については差が認められなかった。低酸素は細胞死、細胞増殖などさまざまな生物学的プロセスに関与することが報告されている。放射線生物影響研究は殆ど大気酸素環境下で実験が行われてきた。しかし、生体内がん組織だけではなく、正常組織内の酸素濃度も数%程度であり、生体内を模擬した低酸素環境下でどのような因子が放射線応答に関わっているかを調べることが今後の放射線治療生物学の展開に極めて重要である。本課題ではX線ならびに炭素線照射後の生体応答に対する低酸素環境の役割に関する基礎研究について検討する。今年度、我々は、性質の異なる細胞を用いて、X線や炭素イオンなどで細胞を照射し、照射した細胞はすぐサブカルチャーして、異なる酸素濃度で細胞を培養し、コロニー形成法で細胞生存率実験を行なった。また異なる酸素濃度で細胞周期を経時的に分析した。結果:マウスの腎臓からの初代培養細胞では異なる酸素濃度でコロニー形成率が異なる事が分かった。酸素濃度によって生存率曲線は異なることが分かった。大気酸素濃度と比較した結果、1%の低酸素では放射線抵抗性になった。LQモデルを用いてD10値を計算した結果、低LETのX線から80keV/umの炭素線まで1%低酸素で培養した細胞はD10値が明らかに高いことが分かった。ヒト肺由来正常繊維芽細胞(HFL-I)および脳腫瘍細胞(U2OS,A172)では異なる酸素濃度で培養してもPEおよびD10値はほぼ差がなかったが、3%酸素濃度で培養したコロニーサイズは大きかった。細胞周期分布を分析した結果:マウスからの腎臓初代培養細胞は、照射後低酸素で培養した細胞と大気酸素濃度で培養した細胞周期分布は異なることが示唆された。ヒト肺由来正常線維芽細胞と脳腫瘍細胞ではそれほどの差はなかった。重粒子線は放射線医学総合研究所の重粒子線がん治療装置(HIMAC)を使用でき、重粒子線の対照実験は同研究所のX線照射装置を利用する事が出来る。HIMAC利用に関しては、既にHIMAC共同研究課題が採択されており、マシンタイム配分を受け炭素線の照射を行うことができた。また低酸素インキュベーターも既に準備してあるので、研究費の使用が許可されてからすぐに実験に着手した。ただ、低酸素インキュベーターは小さく体積が限られていること、低酸素インキュベーターは故障があったため使えない期間があり、計画した実験の一部しかできなかったため、現在までの進歩状況は計画よりやや遅れている。今年度は概ね年度計画に従って、また平成28年度に行なっていなかった実験も含めて実験を実施した。具体的にX線や炭素線照射前後、異なる酸素濃度で細胞を培養し、放射線応答と酸素濃度の関係について以下の実験を行った。1.DNA二本鎖切断(DSB)のマーカーであるγH2AXに対して免疫蛍光染色を行い、照射後異なる酸素濃度環境下で培養し、24時間後のγH2AXフォーカスを確認し、計測した。2.照射前後の異なる酸素濃度環境で培養した細胞の細胞周期変動および細胞生存率を求める実験を平成28年度に引き続き繰り返した。3.FISH法による照射後の異なる酸素濃度での染色体異常頻度を解析し、染色体損傷の評価を行った。結果1:照射後、異なる酸素濃度環境下(3-20%)で培養すると、24時間後γH2AXフォーカス数や大きさなどに殆ど差がないことが明らかになった。結果2:相同組換え修復を可視化できるRaDRマウスの腎臓からの初代培養細胞では照射前の細胞培養の酸素濃度環境と関係なく、照射後の培養細胞の酸素濃度環境によって生存率が異なることが分かった(1%>3%>21%)。

またヒトの二種類脳腫瘍細胞(T98,U87)では、照射前に大気下で培養した細胞を照射後3%酸素環境下で培養した場合、1%または21%酸素環境下より生存率が高いことが示唆された。細胞周期分布を分析した結果、RaDRマウスの腎臓からの初代培養細胞およびヒトの脳腫瘍細胞において、照射後異なる酸素濃度環境下での培養後(24h或いは36h)細胞周期分布は異なることが分かった。結果3:FISH法による染色体異常頻度解析について、プレリミナリーなデータではあるがX線または炭素線照射後、低酸素環境下でのマウス腎臓培養細胞の染色体異常頻度は大気環境下と比べて低い結果が得られ、低酸素応答は放射線種に依存しない傾向を示した。重粒子線は量研・放射線医学総合研究所の重粒子線がん治療装置(HIMAC)を、重粒子線の対照実験は同研究所のX線照射装置を利用する事が出来る。HIMAC利用に関しては、既にHIMAC共同研究課題が採択されており、炭素線の照射を実施できた。また今年度は低酸素インキュベーターの大きなトラブルはなく、平成28年度に実施できなかった実験も実施することができたことで、ほぼ当初の研究計画に沿って研究を進めることができた。以上の理由から、おおむね順調に進展していると考える。今年度は、年度計画に従って性質の異なる細胞にX線や高LET炭素線などを照射前後、異なる酸素濃度環境で細胞を培養し、放射線応答における炭素線と酸素濃度の関係について以下の実験を行った。1.染色体損傷の解析:1マウス腎臓初代培養細胞についてFISH法を用いて染色体異常頻度解析を行い、染色体損傷の評価を行った。2ヒト脳腫瘍細胞について微小核頻度解析により染色体損傷の評価を行った。2.相同組み換え細胞頻度の解析:RaDRマウス腎臓初代培養細胞を用いてX線や高LET炭素線に照射後GFP陽性細胞頻度として相同組み換え頻度を解析した。3.Nrf2タンパクの発現:RaDRマウス腎臓初代培養細胞を、放射線照射後異なる酸素濃度環境で培養し24時間後のNrf2のタンパク質発現をウェスタン法にて解析した。結果1:マウス腎臓初代培養細胞およびヒト脳腫瘍細胞株では、放射線照射後の培養における酸素濃度の違いによって染色体損傷が異なることが明らかになった。具体的にはマウス腎臓初代培養細胞についてX線或いは高LET炭素線照射後、低酸素環境(1%、3%)で培養した細胞は常酸素(21%)で培養した細胞と比べて染色体異常頻度が低い(染色体異常細胞数、染色体交換、断片)。ヒト脳腫瘍細胞株について、照射後3%の酸素濃度で培養した細胞は1%、21%の酸素濃度で培養した細胞と比べて微小核頻度が低い。2:RaDRマウス腎臓初代培養細胞を用いて放射線照射後、異なる酸素濃度環境で一週間培養し相同組み換え頻度について、3%の酸素環境で培養した細胞の相同組み換え頻度は放射線照射後に高くなる。だが、1%の酸素環境で培養した細胞の相同組み換え頻度は照射の有無に関わらず3%、21%酸素濃度環境より低い。3.マウス腎臓初代培養細胞は放射線照射後、異なる酸素環境で24時間培養した細胞のNfr2のタンパク質発現については差が認められなかった。