hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
カニクイザル自己幹細胞を用いた3Dバイオプリンターによる子宮再生研究

カニクイザル上腕骨より骨髄液を採取し、骨髄液から間葉系幹細胞の分離培養手技を確立した。骨髄液分離培養にて得られた間葉系幹細胞を用い、細胞集塊(スフェロイド)を作成し、3Dバイオプリンターで試験積層を行い、小細胞集塊を作成した。骨髄液分離培養で得られた間葉系幹細胞にGFPを導入し、導入されたことを免疫染色にて確認した。実験施設である滋賀医科大学動物生命科学研究センターでの実験規定の変更があり、実験動物であるカニクイザルの購入や、購入したカニクイザルで予定していた実験が困難であった。事前実験として、実際の移植片と同サイズの移植片を、カニクイザル骨髄由来間葉系幹細胞を用い3Dバイオプリンターで作成する。また、GFP導入後の間葉系幹細胞で必要細胞数まで細胞が拡大培養可能か、分化能が保持されているかの確認を行う。その後、子宮再生実験用のカニクイザルを購入し、プロトコルに則った手術、3Dバイオプリンターで作成した間葉系幹細胞集塊の移植を行う。実験計画では前年度にもカニクイザル子宮に3Dバイオプリンターで作成した細胞集塊の移植実験を施行予定であったが、実験施設である滋賀医科大学動物生命科学研究センターの実験規則の変更があり、カニクイザルの購入等が困難であり、実験施行が困難であった。本年度は昨年度施行できなかった実験も含め、カニクイザル子宮への3Dバイオプリンターで作成した細胞集塊の移植実験を施行予定である。
光線過敏症におけるナイアシンを介した皮膚免疫応答の解明

我々はナイアシンアンタゴニストおよびナイアシン欠乏食を用いて、ペラグラモデルマウスの作成を試みた。ナイアシンアンタゴニスト投与下でマウスに紫外線を照射すると、皮膚炎症が増強し、ドップラーエコーにより皮膚血流増加が観察された。興味深いことに、紫外線皮膚炎の増強に加え、体重減少と下痢も認めたことから、我々のマウスモデルはペラグラに特徴的な症状を伴った有用なモデルと考えられた。ペラグラは痴呆,下痢,皮膚炎の3徴を認める,世界的に未解決の重篤な代謝疾患である.3徴のうち,皮膚炎は光線過敏性の皮疹を生じることが特徴であるが、いまだその詳細なメカニズムは明らかになっていない。興味深いことに,紫外線皮膚炎の増強に加え,体重減少と下痢も認めたことから,我々のマウスモデルはペラグラに特徴的な症状を伴った.紫外線照射下でのペラグラマウス皮膚において、シクロオキシゲナーゼ-2 (COX-2) mRNAの発現の亢進を確認した.反対にプロスタグランジンE合成酵素ノックアウトマウスでは、ナイアシンアンタゴニストを投与し、紫外線を照射すると、皮膚炎症が減弱し,皮膚血流も低下した。また、培養表皮ケラチノサイトにナイアシンアンタゴニストを添加の上、紫外線を照射すると、プロスタグランジンE2の産生が亢進した.他方,ナイアシン欠乏下で紫外線をEP4アンタゴニスト投与マウスに照射すると紫外線皮膚炎が減弱した.さらに,ヒトペラグラ皮膚において,プロスタグランジンE合成酵素が強く発現していることを示した.これらの知見から、ペラグラの光線過敏症はプロスタグランジンE2-EP4シグナルを介して生ずることが示唆された.我々はナイアシンアンタゴニストおよびナイアシン欠乏食を用いて、ペラグラモデルマウスの作成を試みた。臨床的にナイアシンは、その過多あるいは欠乏により皮膚症状を発症する。ナイアシンが欠乏した場合には、皮膚症状、消化器症状、精神症状を三徴とするいわゆるペラグラを発症する。臨床的な皮膚の主症状は顔面、手背など日光露光部を中心とした光線過敏症である。ペラグラは全世界でまだ多くの患者が罹患し、ペラグラ患者にみられる光線過敏性の皮疹は診断上重要な所見であるにもかかわらず、ペラグラにおける光線過敏症発症機序は不明である。こうした背景から、我々はナイアシンの光線過敏症における役割を解明するため、ナイアシンアンタゴニストを用いてそのメカニズムに迫ることにした。ペラグラは光線過敏性の皮疹を生じることで知られているが、いまだその詳細なメカニズムは明らかになっていない。我々はナイアシンアンタゴニストを用いて、まず、ペラグラモデルマウスの作成を試みた。ナイアシンアンタゴニスト投与下でマウスにUV照射すると、皮膚炎症が増強し、ドップラーエコーにより皮膚血流増加が観察された。さらに、このマウス皮膚において、シクロオキシゲナーゼ-2 (COX-2) mRNAの発現が亢進していた。反対にプロスタグランジンE合成酵素ノックアウトマウスでは、ナイアシンアンタゴニストを投与し、UVを照射すると、皮膚炎症が減弱した。また、培養表皮ケラチノサイトにナイアシンアンタゴニストを添加の上、UV照射すると、プロスタグランジンE2の産生が亢進した。これらの知見より、ペラグラにおける光線過敏症発症機序へのCOX-2やプロスタグランジンの関与が示唆された。研究計画にあげた以下の項目について検討を行った。1.ナイアシン欠乏下における紫外線照射の皮膚炎症への影響2.ナイアシン欠乏症モデルマウス皮膚におけるPGE2の役割の解明3.ナイアシン欠乏症モデルマウス皮膚におけるプロスタグランジンE合成酵素(PGES)発現4.ケラチノサイトのPGE2産生におけるナイアシンの役割の解明ナイアシンアンタゴニストを用いて、ペラグラのモデルマウスの作成を試みた。ナイアシンアンタゴニスト投与下では、紫外線皮膚炎が増強した。さらに、Ptges-/-マウスを用いた検討から、ペラグラにおける光線過敏症のメカニズムとしてPGE2を介した機序が考えられた。今後さらに、ナイアシン欠乏食を用いるなど、より生理的な条件下で検討することにより、ナイアシンの光線過敏症との関連を明らかにすることが肝要と思われる。さらに、近年、紫外線皮膚炎のメカニズムとして、PGE2レセプターの関与についても知られており、ナイアシン欠乏下においても紫外線皮膚炎の増強や遷延に関連している可能性が考えられた。今後COX-2やPGE2の阻害などによるペラグラの新しい治療法の開発が望まれる。上記の方策をふまえて、具体的には以下の3項目についての検討を考えている。1.ペラグラの光線過敏症の発症機序にウロカイン酸の欠乏が関与するとの報告もあるため、紫外線照射部皮膚におけるウロカイン酸の定量も試みたいと考えている。

ウロカイン酸の定量については計画どおりに進まないことも考えられるため、その場合、ナイアシン欠乏下での紫外線照射部皮膚におけるfilagrrinの発現についてmRNAや免疫染色で検討したいと考えている。2.ペラグラモデルマウスにおけるプロスタグランディン(PG)産生機構の解明を行う。紫外線を用いてナイアシン欠乏食を与えたC57BL/6マウスに光線過敏症を誘発させる。これまでの研究成果から、ペラグラモデルマウスにおける紫外線皮膚炎の誘発にPGE2が関与すると考えられる。そのため、PGE2のレセプターであるEP1,EP2,EP3,EP4の各レセプターの皮膚での発現レベルをreal-time PCRで確認する。その際、経時的な変化も調べる。加えて、これらのレセプターのうち、どのレセプターがナイアシン欠乏下での光線過敏症発症に重要であるか、EP1-EP4の各ノックアウトマウスやアンタゴニストを用いて、紫外線皮膚炎を調べる。さらに、PGE2レセプターの下流にあり細胞内シグナル伝達に関与する、cAMPの産生について、ELISAで検討する。3.ヒトでのナイアシン欠乏症における光線過敏症促進因子の解明を行う。小動物(マウス)のみならず、ヒトでの光線過敏症に対するナイアシンの役割とその生理的意義について検証する。ペラグラ患者の光線過敏症をきたした患部皮膚でのプロスタグランディンの関与について免疫染色にて調べる。プロスタグランディン合成酵素(PGES)は炎症により発現が誘導されるPGES-1と恒常的に発現しているPGES-2が知られているため、免疫染色で両抗体を用いる。
位相共役波による励起子分子系のボ-ズ凝縮相の探査

半導体結晶中の電子的素励起である励起子や励起子分子は、近似的にボ-ズ粒子と見做される。レーザー光の様な光子密度の高い光で結晶を励起してこれらの粒子を高密度に作ると、ある密度でボ-ズ凝縮が起こると言われている。本研究の目的はこの解釈の妥当性を実験的に吟味することである。本研究により得られた成果は次のとおりである。塩化第一銅の励起子、励起子分子系において(1)励起子分子発光のスペクトル解析より、インコヒーレントな励起子分子がある条件のもとではボ-ズ・アインシュタイン分布をしていることが確認された。(2)位相共役波の増大とそれと類似の条件での励起子分子発光のスペクトル解析より、位相共役波の増大は励起子分子系の密度がボ-ズ・アインシュタイン凝縮の臨界密度を越えているときに起こることが分かった。(3)インコヒーレントな励起子分子生成下での位相共役波信号の100%の増大を達成した。(4)励起子分子の二光子吸収過程に関する、新しい理論を実験的に検証することに成功した。この新しい理論から、励起子分子の二励起子ポラリトン崩壊機構を再考し、その枠組みから励起子分子のボ-ズ凝縮と観測されている光学現象との関係を論じる糸口を見つけた。亜酸化銅の励起子系において(1)励起子を高密度に励起したときその運動量空間での分布がボ-ズアインシュタイン統計にのることを確認した。(2)2光子共鳴励起を用いて波数の小さな冷たいオルソ励起子を空間的に一様に励起する手法を開発した。(3)上記の手法のもとでのオルソ励起子のフォノンサイドバンド発光のスペクトル解析より、オルソ励起子がボ-ズ・アインシュタイン分布にのり、オルソ励起子系が低温に維持されることが確認された。また、励起子の密度がボ-ズ・アインシュタイン凝縮の臨界密度に1オーダー程度のところまで迫っていることが明らかになり、この手法の有効性が確認された。(4)励起子の二光子励起における非線形偏光選択則を観測し、塩化第一銅の励起子分子において位相共役波を用いて行ったボ-ズ凝縮の観測を亜酸化銅の励起子系に応用する糸口を見つけた。半導体結晶中の電子的素励起である励起子や励起子分子は、近似的にボーズ粒子と見做される。レーザー光の様な光子密度の高い光で結晶を励起してこれらの粒子を高密度に作ると、ある密度でボーズ凝縮が起こると言われている。初年度の研究実績は次のとおりである。1)これまでの成果をボーズ凝縮に関する国際研究集会及び関連する国際学会で発表し、この分野の専門家との意見の交換を通じて、明確な実験方針を確認した。2)当初予定していたレーザーの電極の取り替えを行なうことなく、光学信号のS/N比の改善のできる方法を開発した。3)光学部品の更新や定常励起用のレーザー光源を整備し、かつ、長時間の実験に耐えられるレーザー光の安定性を確保するためにレーザー防塵装置を購入し、より精度良く励起子分子の密度を制御しつつ、実験を続けている。

半導体結晶中の電子的素励起である励起子や励起子分子は、近似的にボ-ズ粒子と見做される。レーザー光の様な光子密度の高い光で結晶を励起してこれらの粒子を高密度に作ると、ある密度でボ-ズ凝縮が起こると言われている。本研究の目的はこの解釈の妥当性を実験的に吟味することである。平成6年度の研究実績は以下のとおりである。1.CuClの励起子、励起子分子系において(1)励起子の二光子励起法によって、空間的に一様な励起子分子の励起を行い、そのもとでの位相共役波信号の観測を行った。今のところ、密度不足のせいか信号の増強は観測されていない。(2)励起子、励起子分子系の安定性を評価するのに必要な励起子の束縛エネルギー等を実験的に精密に評価した。(3)励起子分子の二光子吸収過程に関する、新しい理論を実験的に検証することに成功した。この新しい理論から、励起子分子の二励起子ポラリトン崩壊機構を再考し、その枠組みから励起子分子のボ-ズ凝縮と観測されている光学現象との関係を論じる糸口を見つけた。(1)励起子を二光子励起することにより空間的に一様な励起子を生成する手法を開発した。(2)励起子の二光子励起における非線形偏光選択則を観測し、CuClの励起子分子において非線形光学現象を用いて行ったボ-ズ凝縮の観測をCu_2Oの励起子系に応用する糸口を見つけた。(3)励起子を高密度に励起したときその運動量空間での分布がボ-ズアインシュタイン統計にのることを確認した。平成7年度の研究実績は以下のとおりである。1.塩化第一銅の励起子、励起子分子系において(1)励起子分子発光のスペクトル解析より、インコヒーレントな励起子分子がある条件のもとではボ-ズ・アインシュタイン分布をしていることが確認された。(2)位相共役波の増大とそれと類似の条件での励起子分子発光のスペクトル解析より、位相共役波の増大は励起子分子系の密度がボ-ズ・アインシュタイン凝縮の臨界密度を越えているときに起こることが分かった。(3)インコヒーレントな励起子分子生成下での位相共役波信号の100%の増大を達成した。なお、これらの成果については、6月フランス・ストラスブルクで行われたボ-ズ・アインシュタイン凝縮の国際集会および11月東京大学物性研究所で行われたレーザー物理の国際集会で報告された。(4)励起子分子の二光子吸収過程に関する新しい理論を実験的に検証し、励起子分子の分散関係に関しても精密な測定を試みた。このことより、励起子分子の二励起子ポラリトン崩壊機構を再考し、その効果と励起子分子のボ-ズ凝縮と観測されている光学現象との関係を検討している。2.亜酸鉛化銅の励起子系において(1)励起子のフォノンサイドバンド発光のスペクトル解析より、オルソ励起子がボ-ズ・アインシュタイン分布にのり、通常観測されている密度の上昇とともに生じるボ-ズ・アインシュタイン凝縮臨界条件への漸近が確認された。(2)同上の測定よりパラ励起子のケミカルポテンシャルが0となることが確認された。これらの成果については、11月東京大学物性研究所で行われたレーザー物理の国際集会で報告された。
伝統医薬品をターゲットとした安全性および有効性に優れた抗認知症薬開発の新規戦略

1. BDNF遺伝子発現活性化剤のスクリーニング系の再構築;平成29年度の研究代表者の異動に伴い、BDNF-Lucマウスを現所属に移動し、系統の繁殖および維持が順調に進み、本マウス由来培養神経細胞を利用した多検体スクリーニング系のセットアップが完了した。2. BDNF遺伝子発現を活性化させる生薬が記憶学習に与える影響を評価する行動解析系の再構築;生薬や植物などの抽出物を投与後のマウスの記憶学習能の変化を解析するための文脈性恐怖条件付試験や新規物体位置認識試験の実験系のセットアップが完了した。3. BDNF遺伝子発現を活性化させる漢方方剤に関する研究;BDNF-Luc由来培養神経細胞を利用した多検体スクリーニングを用いた解析の結果、培養神経細胞においてBDNF遺伝子発現を誘導する漢方方剤エキスを2種類同定した。そのうちの1つについては、活性の本体となる構成生薬を同定した。そこで、活性本体である構成生薬のみでエキスを調整し、解析を行った結果、元の漢方方剤と同様に培養神経細胞においてBDNF遺伝子発現を誘導することが明らかとなった。また、この漢方方剤にエキスは、培養神経細胞の突起伸展を亢進する効果があることを見出した。4. BDNF遺伝子発現を活性化させる食材エキスに関する研究;培養神経細胞においてBDNF遺伝子発現を活性化する食材エキスを同定した。また、このエキスをマウスに1週間経口投与すると、海馬におけるBDNF発現がわずかに増加する結果が得られた。そこで、文脈性恐怖条件付試験を用いて海馬依存的な記憶を評価した結果、エキスの投与量依存的に記憶学習能が亢進する傾向があることが明らかとなった。研究代表者の異動に伴い、平成29年度から平成30年度にかけて前所属で行っていた実験系のセットアップを行ったが、多検体スクリーニングに必要なBDNF-Lucマウスの繁殖・維持に予想以上に時間がかかり、また、記憶学習能を評価するための文脈性恐怖条件付試験や新規物体位置認識試験の実験機器のセットアップにも時間がかかったため、セットアップ期間が平成30年度にも及んだ。しかし、これらのセットアップは平成30年度に終了し、また、BDNF遺伝子発現誘導活性を有する漢方方剤や新たな食材エキスの同定に成功した。さらに、食材エキスについては海馬依存的な記憶が亢進する傾向が得られている。そのため、平成30年度全体の研究課題の進捗状況としては、「やや遅れている」とした。今後は、これまでの本研究課題の遂行によりBDNF遺伝子発現誘導活性を有することが明らかとなった生薬エキス、漢方方剤エキスが脳の高次機能(記憶学習能)に与える影響を中心に解析を行う。また、BDNF遺伝子発現誘導活性および記憶学習能の亢進効果が認められた食材エキスについては、その再現性を取りながら、記憶学習障害モデルを用いて、抗認知症活性の有無についても評価する。また、BDNF-Lucマウス由来培養神経細胞を用いた多検体スクリーニングを用いて、BDNF遺伝子発現誘導活性を有する新たな植物エキスや植物由来成分の探索を行い、活性の認められたものについては、マウスを用いて記憶学習や記憶学習障害に与える影響についても解析を行う。さらに、記憶学習能の亢進効果が認められたエキスについては、エキス投与後の脳内の神経細胞やシナプスの形態・構造変化についても解析を進める。(1)BDNF遺伝子発現誘導活性を有する伝統医薬品の探索BDNF遺伝子発現の誘導を発光により検出可能なBDNF-Lucマウスより調製した大脳皮質神経細胞初代培養系を用いて、BDNF遺伝子発現誘導活性を有する伝統医薬品の探索を行った。本年度は、富山大学和漢医薬学総合研究所が所有する生薬エキス、生薬由来化合物、漢方方剤エキス各種ライブライリーを用いて解析を行った。その結果、120種類の生薬エキスのうち12種類、96種類の生薬由来化合物のうち5種類、48種類の漢方方剤エキスのうち2種類にそれぞれBDNF遺伝子発現誘導活性が認められた。これらエキスや化合物は、BDNF発現量を増加させることにより脳の機能性を改善する可能性が考えられた。実際に、今回BDNF遺伝子発現誘導活性が認められた生薬由来化合物の1つは、海馬におけるBDNF発現量を増加させ、また抗うつ様効果を有することが最近報告されている。(2)BDNF遺伝子発現誘導活性を有する生薬エキスがマウスの脳機能に与える影響本年度は、生薬エキスに着目し、特に人参、山椒、釣藤鈎エキスがマウスの脳機能に与える影響を検討した。7週齢のC57BL/6Nマウスに各種エキスを2週間経口投与(200 mg/kg/day)後、文脈性恐怖条件付け試験によりマウスの記憶学習能を評価した結果、わずかではあるが山椒および釣藤鈎エキス投与群では記憶学習能が亢進する傾向が得られた。山椒は、漢方方剤の構成成分として医薬品区分で用いられるだけでなく、香辛料など食区分としても利用されるため、将来的には脳機能の改善や脳機能低下の予防を視野に入れた健康食品開発にも発展することが期待される。120種類の生薬エキスライブラリーを用いたスクリーニングの結果、1割の生薬にBDNF遺伝子発現誘導活性が認められた。その一方、生薬由来化合物ライブラリーを用いたスクリーニングの結果では、活性が認められた化合物は5種類であり、そのうち3種類は神経興奮を引き起こすトリカブトの成分であり、また、BDNF遺伝子発現誘導活性を有する生薬中の成分のほとんどは活性を持たなかった。したがって、BDNF

遺伝子発現を誘導する生薬エキス中の活性成分は、単一ではなく複合的な作用であること、または未知の成分である可能性が考えられた。これは当初予想していなかった結果であり、今後の研究の遂行により大きく発展することが期待される。また、マウスを用いた記憶学習能の評価では、山椒と釣藤鈎エキスにごくわずかではあるものの記憶学習能を亢進させる作用がある可能性が考えられた。今回使用したマウスは通常のマウスであるため、これら生薬エキスは通常の脳機能をわずかに改善することが期待され、これは当初予想していなかった結果である。以上より、本年度の課題の進捗状況は「当初の計画以上に進展している」とした。本年度は、BDNF遺伝子発現を活性化する生薬である人参エキス、および山椒エキスに関する解析を行った。・活性成分の同定;ラット大脳皮質ニューロン初代培養系において、人参エキスおよび山椒エキスは、MAPK、CaMK、カルシニューリンなどのカルシウムシグナリング経路を主に介して転写制御因子CREB依存的にBDNF遺伝子転写を活性化することが明らかとなった。そこで、BDNF遺伝子転写を活性化する人参エキスおよび山椒エキス中の活性成分の同定を行った。人参エキスについては、活性成分として有名であるGinsenoside類に着目し、8種類のGinsenosidesのBDNF遺伝子発現誘導活性についてin vitroで評価を行った。しかし、人参エキスと比較して、いずれのGinsenosideも有意な活性は認められなかった。したがって、Ginsenosideは少なくとも単独ではBDNF遺伝子発現には影響を与えないことが示唆された。一方、山椒エキスについては、各種溶媒で抽出した山椒エキスを用いて評価を行ったところ、山椒のメタノール抽出物が最も活性が高いことが明らかとなり、現在、さらなる分画調製を行って活性成分の同定を試みている。・神経細胞の形態への影響;人参エキスに着目し、ラット大脳皮質ニューロン初代培養系を用いて、神経細胞の形態変化に及ぼす影響を検討した。その結果、人参エキスは神経細胞の突起の複雑性を増加させることが明らかとなった。・脳機能への影響;ICRマウスに人参エキスを1週間投与後、文脈性恐怖条件付試験または新奇物体認識試験を用いて記憶学習の評価を行った。まだ動物使用匹数が少ないため、有意な変化が認められていないが、傾向として記憶学習能がわずかに亢進する予備的な結果が得られた。現在、評価系の最適化を行いながら検討を進めている。平成29年度より研究代表者が異動となったため、異動先で本研究の実験系のセットアップを行った。そのため研究が全体として遅れる結果となった。培養細胞を用いたin vitroのアッセイ系については順調にセットアップを終えた。スクリーニングに必要な培養神経細胞を得るためのトランスジェニックマウスについては、異動先の大学に移設済みであり、現在繁殖を試みている。文脈性恐怖
レーザー誘起相分離過程に現れる溶液内微小構造を基礎とした不斉合成反応場の開拓

28年度には、レーザー誘起相分離過程に現れる相分離構造の光学活性について、特にアミノ酸などの添加物の効果を調べた。また、レーザー誘起相分離過程にある溶液を反応場として、アントラセンカルボン酸の光二量化反応を誘起し、その生成物の光学活性及び異性体比を調べることで、その不斉合成反応への反応場としての性質について調べた。イソブトキシエタノールー水混合溶液のレーザー誘起相分離過程では光学活性は観測されなかったが、溶質分子として不斉炭素を持つアルギニンやアミノブタノールを加えた溶液では、レーザー照射後100 μ秒程度から光学活性が現れ、500 μ秒程度で最大となった。時間分解光散乱法によって相サイズを調べた結果から、100 μ秒程度かけて相や界面が形成され、その後は形成した相が徐々にそのサイズを成長させる様に相分離過程が進むことがわかった。このことから、光学活性が観測された時間はそれぞれの相や界面が形成した時間であることがわかった。また、溶質分子をトリプトファンやイソロイシンとした場合には、過渡的な光学活性はほとんど観測されなかった。これは、相分離後のそれぞれの相へのアミノ酸分子の溶解度の差や相分離温度の変化が原因であると考えられる。アントラセンカルボン酸の光二量化反応は、近赤外光レーザーパルス照射によって相分離を誘起したのち、一定の遅延時間をおいて紫外光パルスを照射することによって、相分離過程にある溶液中での二量化反応を誘起した。溶液中に不斉炭素を含まない時には生成物の光学活性は現れなかったが、溶質分子としてアミノブタノールを添加することによって、生成物のCDスペクトルが変化し、光学活性が現れた。CDスペクトルは赤外光パルスと紫外光パルスの遅延時間によって変化したことから、相分離構造によって、反応場としての性質が変化し、生成物の光学活性に影響を与えることがわかった。28年度が最終年度であるため、記入しない。27年度には、時間分解CD測定装置を構築し、レーザー誘起相分離過程にある溶液の光学活性の時間変化を調べた。また、顕微シャドウグラフ法によってレーザー誘起相分離過程における相のサイズ成長ダイナミクスの温度ジャンプ幅依存性を調べた。溶液としては300 K付近に下部臨界温度を持つ、イソブトキシエタノール(iBE)と水の混合溶液を対象とし、ナノ秒近赤外光(1.9 μm,8 ns)を照射することで急激な温度上昇とそれに続く相分離過程を誘起した。顕微画像測定の結果から、近赤外光パルスの強度が高く、温度上昇幅が大きいときには300 nm程度の微小な相が10 μ秒程度で形成する一方、温度上昇幅が小さいときには500 nm程度の相が形成するのに50 μ秒以上かかることがわかった。この結果をCahn-Hillardの線形方程式と比較しながら考察した。このような相分離過程にある溶液の光学活性の時間変化を左右楕円偏光を持ったcwレーザーを用いて調べたところ、iBE-水混合溶液では有意な光学活性を確認できなかった。一方、不斉炭素を持ったアルコールを1wt%程度加えたところ、近赤外光パルス照射によって相分離を起こし、さらに相が形成される100 μ秒付近から過渡的な光学活性が確認された。これは光学活性を持った溶質によって相分離構造が影響を受け、構造自身が光学活性を持ち、散乱過程に異方性が現れたことを示していると考えている。また、iBE/水混合溶液内のアントラセンカルボン酸にナノ秒紫外光パルスレーザーを光照射し、吸収スペクトルの変化を調べることによって二量化反応がiBE/水混合溶液においても光誘起二量化反応が誘起できることを確認した。さらに、不斉炭素を持ち分子自身が光学活性を持つ2-sec-ブトキシエタノールと水の混合溶液の相挙動を調べ、365 K程度で相分離することを確認した。本研究はレーザー誘起相分離過程に現れる溶液内ナノ柔構造を過渡的な反応場として、構造の光学活性を制御/利用することで新たな不斉反応を提案することを目的としている。27年度の研究では、計画どおり、まずレーザー誘起相分離過程に過渡的に現れる相構造の光学活性を調べるために、左右楕円偏光を持ったcwレーザーを用いた時間分解CD測定系を構築し、実際に測定した。相分離構造への近赤外光パルスの偏光の効果は見られなかったが、溶質として不斉炭素を持ち、光学活性を持つアルコールを添加することで、相分離過程にある溶液が過渡的な光学特性を示した。さらに、顕微画像測定の結果から近赤外光パルスの強度を変え、温度上昇幅を変化させることで相の成長過程が変化し、相サイズを制御できることを示した。また、不斉合成反応のモデル反応として考えているアントラセンカルボン酸の二量化反応が相分離を起こすイソブトキシエタノール/水混合溶液においてもナノ秒紫外光パルスを用いて誘起可能であることを確認した。これらの結果から28年度に行う予定である、相分離過程にある溶液を反応場とした二量化反応と、反応生成物の光学活性に対する相分離構造の影響の効果に関する研究の準備が充分に整っていると言え、研究の進捗状況は概ね順調であると言える。

また、レーザー誘起相分離過程にある溶液を反応場として、アントラセンカルボン酸の光二量化反応を誘起し、その生成物の光学活性及び異性体比を調べることで、その不斉合成反応への反応場としての性質について調べた。イソブトキシエタノールー水混合溶液のレーザー誘起相分離過程では光学活性は観測されなかったが、溶質分子として不斉炭素を持つアルギニンやアミノブタノールを加えた溶液では、レーザー照射後100 μ秒程度から光学活性が現れ、500 μ秒程度で最大となった。時間分解光散乱法によって相サイズを調べた結果から、100 μ秒程度かけて相や界面が形成され、その後は形成した相が徐々にそのサイズを成長させる様に相分離過程が進むことがわかった。このことから、光学活性が観測された時間はそれぞれの相や界面が形成した時間であることがわかった。また、溶質分子をトリプトファンやイソロイシンとした場合には、過渡的な光学活性はほとんど観測されなかった。これは、相分離後のそれぞれの相へのアミノ酸分子の溶解度の差や相分離温度の変化が原因であると考えられる。アントラセンカルボン酸の光二量化反応は、近赤外光レーザーパルス照射によって相分離を誘起したのち、一定の遅延時間をおいて紫外光パルスを照射することによって、相分離過程にある溶液中での二量化反応を誘起した。溶液中に不斉炭素を含まない時には生成物の光学活性は現れなかったが、溶質分子としてアミノブタノールを添加することによって、生成物のCDスペクトルが変化し、光学活性が現れた。CDスペクトルは赤外光パルスと紫外光パルスの遅延時間によって変化したことから、相分離構造によって、反応場としての性質が変化し、生成物の光学活性に影響を与えることがわかった。28年度の研究では、まず相分離過程にある溶液内においてアントラセンカルボン酸の二量化反応を誘起し、生成物の光学活性から不斉合成の反応場としての性質について考察する。アントラセンカルボン酸と光学活性なアルコールを溶質として加えたイソブトキシエタノール/水混合溶液を試料として、温度ジャンプと相分離過程を誘起する近赤外光ナノ秒パルスと、アントラセンカルボン酸の二量化反応を誘起する紫外光パルスを一定の遅延時間をおいて照射し、相分離過程にある溶液を反応場とした二量化反応を誘起する。生成物の光学活性に対する、溶質や遅延時間の効果について調べ、反応場としての性質について調べる。特に、遅延時間の効果から相の濃度変化やサイズ成長にともなう反応場としての性質の変化について議論する。また、反応を誘起する紫外光パルスの偏光の効果についても調べる。光学活性な添加物を加えなかった際には、相分離構造に由来する光学活性は観測されなかったが、溶質であるアントラセンカルボン酸は周囲の構造・環境によって様々な光学的に異なる環境にあると推測される。励起光となる紫外光パルスの偏光によって、反応制御の可能性を探索する。また、2-sec-ブトキシエタノールなど、それ自身が光学活性を持っている分子の水溶液を反応場とした反応や相分離過程にある溶液内での重合反応などについても調べ、レーザー誘起相分離過程に現れる溶液内柔構造の不斉合成反応の反応場としての可能性について考察する。28年度が最終年度であるため、記入しない。
タブレットコンピューターによる汎用型教育GISの構築と教育実践に関する研究

本研究は、タブレットコンピューターを高等学校の地理学習の常用教材として利用し、基礎的な知識の定着や地理的思考力の涵養のための有効な活用法を検討し、普及・発展させていくための具体的な方策を確立することを目的とした。既に導入している10台の端末に加えて、更に8台のタブレット端末を導入し、18台の端末を使って授業やフィールドワークを行い、教育効果について検証した。対象として、総合学科高校における普通教科(地理A、日本史A、世界史B)と、学校設定科目(「静岡県の歴史」)、修学旅行(沖縄)の事前学習と現地でのフィールドワークのためのアプリケーションを製作し、授業実践を行った。高校3年生の「地理A」(講座生徒数710名: 2単位)では、生徒が普段使用している紙の地図帳をデジタル化して位置情報を付与した上で写真やグラフを地図上に埋め込む形で簡易型の「デジタル地図帳」を作成して世界地誌の授業を行った。必要な部分を拡大して表示したり、生徒主導の授業が展開されることが期待されたが、集中力の持続やノートを書いたり、説明を聞きながら操作する上では適当でなく、紙の地図帳を使った方が教育効果が高いという結果を得た。一方、地形図を使った読図の方法の習得や、防災上リスクの高い場所の抽出を行う授業では、対象地域の地形図や空中写真等を自由自在に切り替えながら閲覧することができるため、紙の地形図を使った指導よりも格段に生徒の興味をひくことができた。学校特設科目「静岡県の歴史」や総合学習、沖縄での修学旅行で行ったフィールドワーク用は、タブレットコンピュータを現地に持ち出して地図や写真を見ながら探求することにおいては高い効果を発揮することができた。特に無線LAN設備がないことなど、制約された条件の中で、オフラインを前提とした汎用性の高い教材を開発し、普及のための道筋を立てることができた。研究の成果は、日本地理学会秋季学術大会(2016年9月30日東北大学)、立命館地理学会(2016年12月3日)で報告した。また、日本地理学会の電子ジャーナル「E-journal GEO」に査読付き論文として掲載され、刊行された単著にも事例を載せることができた。今後も継続して教材の改良と実践の蓄積に努めて行く予定である。
循環型製品のロジスティクスとリスクプーリング

1)レンタル製品をはじめ、コピー機などに代表されるリサイクル製品、またパレットや容器(たとえばビール瓶)さらにはトラック等の一種の輸送媒体などの循環型製品を対象と考え、それらを地理的広がりを持つ空間の中で要求に応じて効率よく提供するためには何をどのように考えるべきかを定量的に明らかにすることを目指してきた。その準備として、在庫転送の最適化問題を考え、確率計画法を用いた転送最適化方策を明らかにし、在庫転送によるリスクプーリング効果を分析した。循環型製品の在庫転送に関して、新聞売り子モデルに基づく分析を行った。2)循環型生産の設計や計画に関する研究のサーベイ:当該分野の研究のサーベイを、まとめてきた。3)製品設計とロジスティクスの関連:循環型生産を想定して、モジュール設計、部品共通化、遅延差別化など製品設計がサプライチェーンの計画管理に及ぼす影響にっいて検討中である。循環型生産を想定して製品世代間の共通化やモジュール化を考慮し、部品やモジュールの再使用性向上を目指した製品設計問題を最適化の観点から分析した。4)循環型生産を想定したロットサイズ決定問題:循環型生産を想定した生産環境を想定したWagner-Whitin型動的ロットサイズ決定モデルを構築し、ラグランジュ緩和とヒューリスティックを用いた解法を構築し、その効率を計算実験によって評価した。また、循環型生産のスケジューリング問題を検討するための基礎として、並列機械環境におけるロットスケジューリング問題に対する列生成解法を構築し、計算実験によってその性能を評価した。5)循環型生産を想定した安全在庫配置決定問題:循環を想定しない安全在庫配置問題に対するGraves, Minnerらの解法を参考に、使用済み製品が回収される生産ネットワークを考慮し、動的計画法に基づく最適解法を提案するとともに、計算実験によって性能を評価した。具体的には、直列型および分岐型の生産ネットワークに対して実行可能領域の端点が最適解の候補になるという性質を用いた解法の有効性を明らかにした。本年度の研究では、主として循環型システムとしてレンタル商品とレンズ付フィルムのような循環型製品を取り上げ、数理モデルの構築とその解析方法・解放の開発を行っている。レンタル製品については、受注からレンタル開始までの予約リードタイムが存在する場合を想定して拠点間転送による製品融通による効果を分析している。具体的には、転送費や品切れ損失費からなる総費用の最小化を図る転送政策を新聞売り子問題の定式化をもとに解祈し、系内製品数や品切れ損失費/転送費が最適政策や最小費用に及ぼす影響を分析している。現在、予備的な計算実験を行っているところであるが、性能が費用パラメータや系内数によって異なるものの、一般に、適切な在庫転送を行うことによって品切れを回避することが、転送をまったく行わない場合や、どこかの拠点で品切れが発生しそうになったときに無制限に転送するという両極端に対して、よりよい性能を示すことが明らかになった。詳細については、計算実験を行っているところであるが、系内数が需要に対して多すぎず少なすぎないところで、在庫転送の効果が最大になることや、品切れ損失費と転送費の相対的大小関係による転送政策の変化が明らかになりつつある。一方、循環型製品については、製品が循環型部品(たとえば、レンズ付フィルムのボディ)と使い切り部品(たとえば、フィルム)から構成される複数部品の組立型工程を想定し、循環型部品の回収見通しと製品の需要予測が与えられたときに、総費用最小化を図る生産計画問題をWagner-Whitin型ロットサイズ決定問題として定式化し、最適解を求めるアルゴリズムを開発している。解法は、動的計画法に基づく解法を構築中であり、いわゆるゼロ在庫政策(在庫がなくなったときにのみ発注を行う)がどの範囲で成立するかを検討中である。

この他、循環型生産を想定して、部品の共通化が在庫の削減に及ぼす影響は循環型生産を想定した施設配置についても研究を始めつつある。前年度に引き続き、主としてレンタル商品とレンズ付フィルムやビンビールのような「循環型」と捉えられる製品・商品を想定し、生産・在庫管理および在庫点決定に関する数理モデルの構築とその解析方法・解法の開発を行った。レンタル製品については、受注からレンタル開始までに予約リードタイムが存在する場合の拠点間転送の効果を分析している。総費用最小化を図る転送政策を新聞売り子問題に定式化し「最適」政策を導き、系内製品数や費用要因が最適政策に及ぼす影響をシミュレーションによって分析した。その結果、適切な在庫転送によって品切れを回避することが、転送をまったく行わない場合や、どこかの拠点で品切れが発生しそうになったときに無制限に転送するという両極端に対して、よりよい性能を示すことを明らかにした。また、循環型製品に対する在庫転送を検討する準備として、消費型製品の在庫転送の最適化に関する数理モデルの研究を行った。具体的には、予防的在庫転送と緊急的在庫転送の併用方策を考え、2段階リコース問題と呼ばれる確率計画問題に定式化し、数値実験に基づいて2つの在庫転送方策併用の効果を明らかにした。一方、循環型製品については、製品が循環型部品と使い切りの消費型部品から構成される組立型工程を想定し、循環型部品の回収見通しと製品の需要予測が与えられたときに、総費用最小化を図るWagner-Whitin型ロットサイズ決定問題に対し、ラグランジュ緩和に基づく精度保証のある近似解法を開発した。現在、計算実験による解法の評価を行っている。この他、循環型生産を想定した最適在庫点決定問題の検討を始めた。この研究は、戦略的に在庫をおく位置を決めようとするもので、基準在庫方式の下で総費用最小を図る安全在庫の配置を動的計画法やメタ解法によって近似的に求める方法を開発している。1)循環型生産を想定した安全在庫配置決定問題:循環を想定しない安全在庫配置問題に対するGraves, Minnerらの解法を参考に、使用済み製品が回収される生産ネットワークを考慮し、動的計画法に基づく最適解法を提案するとともに、計算実験によって性能を評価した。具体的には、直列型および分岐型の生産ネットワークに対して実行可能領域の端点が最適解の候補になるという性質を用いた解法の有効性を明らかにした。2)循環型生産を想定したロットサイズ決定問題:循環型生産を想定した生産環境を想定したWagner-Whitin型動的ロットサイズ決定モデルを構築し、ラグランジュ緩和とヒューリスティックを用いた解法を構築し、その効率を計算実験によって評価した。また、循環型生産のスケジューリング問題を検討するための基礎として、並列機械環境におけるロットスケジューリング問題に対する列生成解法を構築し、計算実験によってその性能を評価した。
真正細菌SRP RNAのドメイン構造と結合蛋白質、機能・構造相関

グラム陽性細菌について、新たに5種類について構造解析を行った結果、調べた全てのSRP RNAには、枯草菌SRP RNAと同様に、ドメインIV構造の他にドメインI,II構造が存在することが明らかとなった。ドメインIV領域にはSRP54の相同因子であるFfhや蛋白質伸張因子EF-Gがそれぞれ独立に結合することを見いだしているが、本研究において、枯草菌SRP RNAドメインI領域に対して高い結合特異性を持つ蛋白質としてヒストン様蛋白質HBsuを同定した。HBsuに対する抗体を用いた免疫沈降実験により、HBsuとFfhはSRP RNAを介して細胞内で複合体を形成していた。また、HBsuの蛋白質分泌系における機能を調べるため、HBsuをIPTGで発現誘導可能な条件欠損変異株を作成した。この変異株は,IPTG非存在下で培養した結果、培養開始後57時問で顕著な生育阻害を示した。変異株に枯草菌アルカリプロテアーゼ(AprE)、ペニシリン結合蛋白質5^*(PBP5^*),サイクロデキストリン合成酵素(CGTase)の各種シグナル配列と大腸菌β-lactamase(Bla)との融合蛋白質の発現プラスミドを導入、発現させ、Westen blottingにより前駆体の蓄積の解析を行った。HBsu非存在下において培養開始後3時間ですでに、AprE-Bla、PBP5^*-Blaの約50%が前駆体として蓄積しており、CGTase-Blaでは約10%の前駆体の蓄積が観察された。これらの結果よりHBsuはFfh,scRNAと共にSRP様粒字を構成し、一群の蛋白質の分泌に関与していることが示された。真正細菌SRP RNAの機能をより詳細に解明し、機能発現上、必須なドメインを検索した。その結果、【1】大腸菌におけるSRP RNA(4.5S RNA)の活性発現には、高度に保存された22残基の配列を含む47残基あれば十分であり、これまで明らかにされたSRPRNA中でもっとも小型の機能単位であった。【2】2種類の結合蛋白質(EF-G及び、Ffh)はいずれもこの最小単位のRNAと効率よく結合することがゲルシフト解析からわかったが、それぞれの蛋白質のRNA上の結合部位は異なった。【3】新たに、乳酸菌、ブドウ状球菌、放線菌から、SRP RNA遺伝子を単離し、構造解析を行ったところ、乳酸菌ではこれまでに構造が明らかにされているグラム陽性細菌のSRP RNAとは構造が異なり、大腸菌型であった。【4】蛋白質合成の各ステップを特異的に阻害する抗生物質で大腸菌菌体を処理し、4.5S RNAの細胞内局在性をショ糖密度勾配遠心法などにより調べたところ、4.5S RNAは、蛋白質合成の伸長過程、特に、EF-Gによるリボソームトランスローケションより前に、リボソームと特異的に結合し、トランスロケーション後にEF-Gとともに、リポソームから離脱することがわかった。また、4.5SRNAの欠損により、EF-Gがリポソームにとラップされることがショ糖密度勾配遠心法で明らかになった。HBsuに対する抗体を用いた免疫沈降実験により、HBsuとEfhはSRP RNAを介して細胞内で複合体を形成していた。また、HBsuの蛋白質分泌系における機能を調べるため、HBsuをIPTGで発現誘導可能な条件欠損異株を作成した。

この変異株はIPTG非存在下で培養した結果、培養開始後57時間で顕著な生育阻害を示した。変異株に枯草菌アルカリプロテアーゼ(AprE)、ペニシリン結合蛋白質5^*(PBP5^*),サイクロデキストリン合成酵素(CGTase)の各種シグナル配列と大腸菌β-lactamase(Bla)との融合蛋白質の発現プラスミドを導入、発現させ、Western blottingにより前駆体の蓄積の解析を行った。HBsu非存在下において培養開始後3時間ですでに、AprE-Bla、PBP5^*-Blaの約50%が前駆体として蓄積しており、CGTase-Blaでは約10%の前駆体の蓄積が観察された。これらの結果よりHBsuはFfh、scRNAと共にSRP様粒子を構成し、一群の蛋白質の分泌に関与していることが示された。
多核金属錯体‐ナノカーボン複合体の新規物性開拓

分子クラスターは、数十電子もの酸化還元を示すことから次世代蓄電材料として非常に有望である。本研究では、このような分子クラスターの一つポリオキソメタレート(POM)とグラフェンやメソポーラスカーボンといったナノカーボンからなるナノ複合体を作製し、その蓄電特性を検討したところ、POMの超還元とナノ複合化により誘起されたナノカーボンの電気二重層キャパシタ効果によって巨大な蓄電容量を得ることに成功した。また、in situ電気化学-磁気測定システムの開発を行い、磁性クラスターに適用したところ、その磁気転移温度や保磁力を連続的に変化させることに成功し、電気化学磁性への道筋を開いた。次世代スピン/エレクトロニクスデバイスに応用可能な高機能材料の開発を考えると、分子一つ一つの磁気/電子機能を最大限に引き出せる物質系の創製が必要不可欠である。本研究では、そのような物質系の開発を目的に、高い電気伝導性や大きな比表面積などから注目を集めているナノカーボンと多彩な電気・磁気機能を有する多核金属錯体分子(分子クラスター)からなるナノ複合体の創製を行い、蓄電デバイス(二次電池)への応用を試みた。今年度は、多核金属錯体分子であるポリオキソメタレート(POM)と単層カーボンナノチューブ(SWNT)からなるナノ複合体について、両者の重量比を様々に変化せたナノ複合体を計14種類作成することに成功するとともに、それらを正極とする電池の特性を検討した。その結果、ある比率の複合体において、約600h/kg以上という非常に高い放電容量を見出した。この値は複合化前のPOM電池の約2.5倍である。また、充電時間に関しても、従来のリチウムイオン電池と同程度の容量を得るのに8分程度と急速充電を実現することができた。さらに、SWNTから発展させて、二次元のナノカーボンであるグラフェンとのナノ複合化にも取り組み、SWNTの場合よりも大きな容量を見出すことに成功しつつある。このようにナノ複合化が、分子クラスターの蓄電機能を向上させるうえで重要な手段となることを示した。本研究では、このナノ複合化による蓄電機能向上の原因を探るため、in situ XAFSやin situ NMR測定法を独自に開発して詳細を調べ、分子クラスターの数十電子にもおよぶ超還元とナノ複合化で誘起される電気二重層キャパシタの両方が要因であることを突き止めた。このような知見は、真の次世代二次電池を開発するうえで、非常に重要な概念となると期待される。本研究では、そのような物質系の開発を目的に、高い電気伝導性や大きな比表面積などから注目を集めているナノカーボンと多核金属錯体分子(分子クラスター)からなるナノ複合体の創製を行い、蓄電デバイス(二次電池)への応用を試みた。今年度は、細孔構造を有する様々なメソポーラスカーボン(MPC)の作製とその分子クラスターナノ複合体の創製を行った。メソポーラスシリカや様々なゼオライトを鋳型とし、細孔の形状が1次元から3次元まで多岐にわたる様々なMPCの作製に成功した。このようなMPCそのもののキャパシタ特性を計測することにより、形状や表面積と電気二重層容量の関係を見出すことができ、3次元的に適切な細孔径を有するMPCがもっとも大きなキャパシタ特性を有することを明らかにした。このMPCを用いて、分子クラスターとのナノ複合化を行い、蓄電特性を検討したところ、SWNTやグラフェン複合体よりも大きな容量を得ることに成功した。MPCとのナノ複合化による蓄電機能向上の原因を探るため、独自に開発してきたin situ XAFSやin situ NMR測定を用いて詳細を調べた。その結果、ナノカーボンと分子クラスター間の電子的相互作用により、分子クラスターの還元電位は低下する一方で、大きな負電荷を有する分子クラスターに多数のLiイオンが引き寄せられるため、MPCの電気二重層キャパシタがMPCそのものよりも大きく誘起され、蓄電容量が向上していることが分かった。このように新しい炭素材料の創製とともに、電極活物質とのナノ複合化が高性能蓄電デバイスの開発に重要であることをin situ物理化学的測定手法を用いて包括的に明らかにした。次世代スピン/エレクトロニクスデバイスを開発するうえで、分子一つ一つの磁気/電子機能を最大限に引き出せる物質系の創製は必要不可欠である。本研究では、そのような物質系の開発を目的に、高い電気伝導性や大きな比表面積などから注目を集めているナノカーボンと多彩な電気・磁気機能を有する多核金属錯体分子(分子クラスター)からなるナノ複合体の創製とそのデバイスへの応用を試みてきた。

今年度は、多核金属錯体分子であるポリオキソメタレート(POM)とグラフェン(RGO)からなるPOM/RGOナノ複合体について、両者の重量比を様々に変化せたナノ複合体を作成し、それらを正極活物質とするリチウム二次電池特性を検討した。その結果、これまでに報告したPOM/SWNT複合体よりもPOM/RGOナノ複合体のほうがより大きな放電容量とより速い充放電を示すことを見出した。このように一次元から二次元のナノカーボンにすることで蓄電機能を向上させることに成功している。現在、さらなる発展として、三次元のナノポーラスカーボンを用いた複合化を試みており、より大きな容量が得られるということが分かりつつある。本研究では、さらにナノ複合体における容量増大の原因を検討するため、in situ固体NMR測定システムを独自に開発した。上記ナノ複合体電池の充放電中の7Li固体NMRを測定した結果、放電過程において、より多くのLiイオンがナノカーボン電極上に集積することで、ナノカーボン上の負電荷と大きな電気二重層キャパシタを形成し、大きな容量が得られることを明らかにした。このように、POM/ナノカーボン複合体では、POMの数十電子にもおよぶ超還元とナノ複合化で誘起される電気二重層キャパシタの両方が大容量の原因であることを突き止めた。これらの知見は、真の次世代二次電池を開発するうえで非常に重要な指針となる。単層カーボンナノチューブとのナノ複合化により、予想を超える高容量、急速充電が実現できた点で計画以上に進展したと言える。また、カーボンナノチューブから発展させて、二次元のグラフェンともナノ複合化に成功したこととその複合体においてさらに大きな容量を得ることができたのは、非常に大きな成果である。なお、in situ計測により、高性能二次電池開発に向けての指針を得たのも計画以上に進展したと考える理由の一つである.25年度が最終年度であるため、記入しない。二次元ナノカーボンであるグラフェンとのナノ複合化により、これまでで最大の放電容量、急速充電を実現できた点で計画以上に進展したと言える。また、グラフェンから発展させて、三次元のナノポーラスカーボンの開発とそのナノ複合化にも取り組んでおり、研究は計画通りに順調に進んでいると言える。今年度見出したグラフェンとのナノ複合体についてさらに詳細を調べ、より高性能な蓄電機能の開拓に取り組む。また、より高次のナノカーボンである3次元ナノポーラスカーボン(NPC)を開発し、NPCと分子クラスターのナノ複合化を検討する。なお、これらのナノ複合体について、蓄電機能だけではなく、触媒やその他の機能の開拓も目指す。最終的には、in situ測定法を駆使して、これらの機能の本質に迫り、新しい学理を探求することを目標とする。25年度が最終年度であるため、記入しない。より高次のナノカーボンである3次元ナノポーラスカーボン(NPC)を開発し、NPCと分子クラスターのナノ複合化を検討する。最終的には、in situ測定法により明らかになりつつある高機能の原因を基に、真に高性能な次世代デバイスを作製することを目標とする。
糖尿病における催奇形性の研究-ratのwhole embryo cultureによる検討-

糖尿病母体からの新生児は、発育過剰、発育遅延、胎児仮死、奇形などの種々の合併症を生じる。この様な合併症を防止するため、きわめて厳格な血糖のコントロ-ルが推奨されている。これはしばしば血糖値の危険を伴うが、低血糖の催奇形性については、ほとんど研究されていない。低血糖の胎児に及ぼす影響を、ratのwhole embryo curturesystemを用い、検討した。低血糖培養液は、ラットにインスリンを注射し、作製した。この低血糖培養液で、培養前半24時間(ラットの妊娠9.5日10.5日)培養した時、著しい発育遅延、神経管の閉鎖不全などの奇形の発生を40%の頻度に認めた。これに対し培養後半(ラットの妊娠10.511.5日)に低血糖にさらしても、発育遅延奇形の発生はほとんど認めなかった。培養前半24時間(妊娠9.510.5日)のembryoのエネルギ-産生は嫌気的解糖糸路でなされており、これにより以後はTCAcycleによるそれが徐々に増大する。即ちこの様なembryoが嫌気的解糖経路に依存している時、低血糖にさらすとglyiclysisによりエネルギ-産生が減少し(約40%)、奇形発生に導くことを示した。以上の実験結果から、短時間の低血糖に及ぼす効果を検討した。更に低血糖は通常、過血糖→低血糖を生じるので併せてこの効果も検討した。すなわち正常ラット血清(140mg/dl)および正常ラット血清にgluioseを加えた(600mg/dl)過血糖血清で培養し、そして妊娠10.3日の時期に低血糖に一時間のみさらした。正常血清→低血糖でも約7%の神経管閉鎖不全を認めた。しかし過血糖血清→低血糖にした時、奇形の発生頻度は増加し、更に強い発育遅延を認めた。糖尿病母体からの新生児に生じる奇形の発生要因を追求するため、器官分化の初期からほぼその完成期までin vitroで母体内と同様に発育させることが可能なratのwhole embryo culturesystemを用い検討した。1)まず過血糖の影響を検討した。ラット正常血清(コントロール血清)に600,900,1200mg/dlのD-glucoseを添加した結果、900,1200mg/dlのD-glucoseの濃度の添加で、それぞれ5%,20%の頻度で、神経管閉鎖不全等の大奇形の発生を認めた。以上の結果から過血糖自体も催奇形作用を有するが、奇形を発生させるためには、きわめて高濃度のグルコースの添加を必要とした。従って過血糖以外の要因の検討を行った。2)低血糖の影響。正常ラットの腹腔内にregular insulin(10unit/kg・体重)を投与し、低血糖培養液を作製した。この低血糖培養液で培養した時、embryoの発育・奇形の発生は、低血糖にさらす時期により著しく異っていた。すなわち培養前半24時間(妊娠第9日10日)低血糖にさらした時著しい発育遅延とともに神経管の閉鎖不全などの大奇形の発生を40%の頻度に認めた。一方培養後半24時間(妊娠第10日11日)低血糖にさらしても発育遅延、奇形の発生はほとんど認めなかった。この機序を追求した結果、低血糖で奇形が発生するcriticalperiod(培養前半24時間,妊娠第9日10日)に相当する時期のembryoは、エネルギー産生をGlycolysisに(glucose→pyruvate→lactate)依存している。