hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
世界と共鳴し地域に開く学校の通信基盤開発に関する研究

本研究の申請目的(次のa, b, c)に対して、それぞれ、下のA, B, Cの成果を得た。aストリーミング配信システムを作成・試用し、様々な理由により欠席した児童生徒が自宅から授業に参加するための"ストリーミング技術利用の手引き"を作成し学校に提供する。b電子メール、グループウェアなどにより、学習者とPTAとの多様なコミュニケーションのための"グループウェア利用の手引き"を作成し学校に提供する。cインターネット上の無料機械翻訳サイトを用いて、児童生徒が非英語圏を含めてグローバル・コミュニケーションする実験授業を行う。その経験に基づいて"機械翻訳利用の手引き"を作成し学校に提供する。Aストリーミング配信システムを構築し数回試験したところ良好に受信され、授業を家庭から視聴できることを確認した。またこの利用手引書を作成した。ところがこの結果は真っ先に、兵庫教育大学でeラーニングのために採用された。またこの過程で、ストリーミング配信よりもWebカメラが、価格と双方向性の点で、上記の目的に一層適しているという知見を得た。B電子メールによる学級通信を実施し、良好な結果を得た。次に、市販のグループウェアの価格が高価であることが導入を阻む壁であると考えて、機能を絞った安価なグループウェアを、学習支援コラボレーションウェアとして開発した。これはすでに数教育機関で採用されている。またそのマニュアルを作成した。C高校で日英/英日、日韓/韓日機械翻訳サイトを用い約1ヶ月間、実験授業した。また小学校では日英/英日機械翻訳サイトを用い約1ヶ月間、実験授業した。これらに基づいて5種類の冊子を作成した(Webカメラクリッカブルマップ、Webカメラ授業用、教科学習用、電子メール交流用、保護者啓発用)。またこの過程で、相手言語未習得の利用者ために協調翻訳機能が必要であるという知見を得た。平成15年度は次の内容を行った。(1)機械翻訳サイトによるコミュニケーションの機能開発と実験現職教師の協力を得て、約10授業時間、機械翻訳サイトを高校生十数人に利用させた。高校生は約10授業時間でmailとwebの機械翻訳を習得し、コミュニケーションできることを確かめた。とくに基本操作は1授業時間で習得した。未習得言語によるコミュニケーションのための機械翻訳利用について、有用な機能をソフト企業と共同で検討し報告書にまとめた。(2)手引書説明書の内容検討上記の実験のために高校生用手引書を作成した。内容は高校生に容易に理解され妥当であった。作成した高校生用手引書をもとに、説明を簡略化し、中学生用手引書を作成した。上記の実験で協力を得た現職教師の経験をもとに、教師用手引書を作成した。(3)応答可能機関や個人の調査、募集Jearn2003および交流希望サイトから、合計約30人の協力者を得た。諸外国のWEBサイトを調査し、博物館、公的機関、新聞社などのリンク集を作成した。(4)児童生徒の情報リテラシーの育成および相手国教師との連絡調整と活用場面の検討児童生徒の情報リテラシーは校内のコミュニケーションが十分可能なレベルにある。またそのレベルは機械翻訳によるコミュニケーション可能なレベルである。(5)ストリーミングサーバのテスト運用と安定動作および実験ポリシーの作成ストリーミングサーバのテスト運用を行った。現在、安定に動作している。1対1の遠隔授業参加のテスト運用も計画に追加した。実験ポリシーを実践的に作成中である。平成16年度は次の内容を行った。(1)交流への機械翻訳利用:機械翻訳を用いて、小学校児童どうしが1回きりのイベントでない交流を行った。

総合的な学習の時間を用い、児童は数週間、mailとwebに機械翻訳を適用し、ビデオレターやデジカメ添付書類も用いコミュニケーションした。(2)仮想出席システムの整備:欠席した児童生徒のための家庭での仮想出席システムを整えた。教師の自宅で実験し情報の伝達については良好な結果を得た。児童に欠席の事態が発生せず、児童による実験は出来なかった。保護者との情報共有については、保護者用手引書を作成した段階であり、今後の課題である。(3)仮想出席3システムの比較:ストリーム配信による仮想出席に加え、iSight+iChatによる仮想出席、ネットワークカメラによる仮想出席の3つのシステムについて実施し、画像品質、音声品質に加え、操作性の点でも比較検討し知見を得た。(4)手引書の作成:グローバル・コミュニケーションのための冊子1,2,3(児童生徒用)と冊子4(保護者用)および、各冊子の指導者用説明書を作成した。(5)安価なグループウェアの開発:資金の乏しい学校で継続的にグループウェアを利用するため、企業と協力し、基本的な機能に絞ったグループウェア"geta(ジータ)"を開発・発売した。今後、学校情報基盤としての利用を目指す。(6)ハワイおよびスペインとの調製:交流相手としてハワイおよびスペインの小学校と調整を図り、ハワイについて機械翻訳による児童どうしの交流を実現した。(7)メールマガジン利用の学校保護者連携:グループウェア開発と平行して、メールマガジンを用いた学級通信を試み、児童生徒と家庭(保護者)と教師の連携について良好な結果を得た。以上により、「世界と共鳴し地域に開く学校の通信基盤」を開発した。
社会科学系学部学生向けの統計教育法と学習成果評価法の研究

本研究では、「国内および海外の学習コンテンツや教育事例の収集とその評価研究」、「統計および社会調査学習のためのe-learning教材の開発・改善とブレンド型教育方法の研究」、「コンピテンシー型学習成果評価方法の研究」を行い、今後の社会科学系学部生向けの統計教育コンテンツや評価方法についての成果を示した。具体的な成果は、立教大学の全学生向けの2017年度全学共通科目で正課科目として展開されている。1990年代半ば以降統計教育のカリキュラム改革が、諸外国で精力的に行われており、日本においてもその改革の兆しがようやく現れている段階である。この研究では,国内の統計関連学会や国際統計協会(ISI)統計教育分科会(IASE)など統計の普及をひろく専門的に協議する諸学協会、さらに海外の先進事例を持つ大学との連携の下に、国際標準に準拠した社会科学系の学部学生用の統計学習のための教材並びに教育方法の開発、学習成果評価の枠組みの確立に必要な調査研究とその具体的開発を行い、その公開を通して広く社会科学系学部学生向け統計教育の改善を目指すものである。具体的には、米国の統計教育に関する先進的な複数の大学、英国の王立統計学会統計教育センター、さらに、国内の統計関連学会、国際統計協会(ISI)統計教育分科会(IASE)など統計教育をひろく専門的に協議する諸学協会との連携の下に、国際標準に準拠した社会科学系の学部学生用の統計学習のための教材開発、学習成果評価の枠組みの確立に必要な調査研究と具体的開発および評価と改善を行い、その公開を通して広く社会科学系学生向け統計教育の改善を目指す。本研究では「国内海外の学習コンテンツや教育事例の収集とその評価研究」、「統計及び社会調査学習のためのe-learning教材の開発・改善とブレンド型教育方法の研究」、「コンピテンシィ形式での学習成果評価方法の研究」の3段階の研究を遂行し、社会科学系学部学生向け教育教材の開発と学習成果の評価方法を伴う統計教育方法の確立を目指す。今年度は、「国内海外の学習コンテンツや教育事例の収集とその評価研究」、「統計及び社会調査学習のためのe-learning教材の開発・改善とブレンド型教育方法の研究」に関する研究を行い、その成果の一部であるe-leraning教材やブレンド型教育方法に関する成果は、国内外の学会で発表済みである。1990年代半ば以降、統計教育のカリキュラム改革が諸外国で精力的に行われ、日本においてもその改革の兆しがようやく表れている段階である。研究では、米国の統計教育に関する先進的な複数の大学、英国の王立統計学会統計教育センター、さらに、国内の統計関連学会、国際統計協会(ISI)統計教育分科会(IASE)など統計教育をひろく専門的に協議する諸学協会との連携の下に、国際標準に準拠した社会科学系の学部学生用の統計学習のための教材開発、学習成果評価の枠組みの確立に必要な調査研究と具体的開発および評価と改善を行い、その公開を通して広く社会科学系学生向け統計教育の改善を目指すものである。本研究では、「国内海外の学習コンテンツや教育事例の収集とその評価研究」、「統計及び社会調査学習のためのe-learning教材の開発・改善とブレンド型教育方法の研究」、「統計学習ポートフォリオシステムの構築とそれを基盤とした学習成果評価方法の研究」の3段階の研究を遂行し、社会科学系学部学生向け教育教材の開発と学習成果の評価方法を伴う統計教育方法の確立を目指す。今年度は、昨年度の成果を受け「統計及び社会調査学習のためのe-learning教材の開発・改善とブレンド型教育方法の研究」を進め、「統計学習ポートフォリオシステムの構築とそれを基盤とした学習成果評価方法の研究」に着手した。なお、成果の一部は、2015年7月にブラジルのリオデジャネイロで開催された統計教育に関する国際会議で論文発表を行った。2015年度の計画された国内の学会発表や国際会議での論文発表も順調に終了し、その成果に対する対外的な一定の評価も得ているため。本研究では、「国内海外の学習コンテンツや教育事例の収集とその評価研究」、「統計及び社会調査学習のためのe-learning教材の開発・改善とブレンド型教育方法の研究」、「統計学習ポートフォリオシステムの構築とそれを基盤とした学習成果評価方法の研究」の3段階の遂行し、社会科学系学部学生向け教育教材の開発と学習成果の評価方法を伴う統計教育方法の開発を行った。2016年度は、昨年度までの研究成果を受け「統計及び社会調査学習のためのe-learning教材の開発・改善とブレンド型教育方法の研究」を進め、「統計学習ポートフォリオシステムの構築とそれを基盤とした学習成果評価方法の研究」を行った。なお研究成果については、2017年に開催される統計教育に関する国際会議および国内学会で論文発表を行う。

具体的な成果は、立教大学の全学生向けの2017年度全学共通科目で正課科目として展開されている。2014年度の学会発表および、2015年7月に開催される統計教育に関する国際会議での論文発表も採択されており、その成果に対する対外的な評価も得られており、おおむね順調に進展していると判断できる。継続して、国内海外を問わず統計や社会調査にかかわる教材や学習コンテンツと教育プログラムや教育事例の収集を行う。今回の申請研究を行うための準備として、研究代表者および連携研究者が、米国のシカゴ大学、ミシガン大学、ミネソタ大学、カリフォルニア大学、および、英国の王立統計学会統計教育センターを訪問し、事前調査を行っている。2015年度はその調査結果のとりまとめと分析、および、必要に応じた追加調査を行う。また、研究代表者が参加している日本統計学会の統計教育分科会の関連の研究集会等で講演や意見交換を行い、国内における教育事例についてのとりまとめと日本統計学会統計教育分科会との連携をはかる。さらに、2016年7月末から米国シカゴで開催されるJSM2016に参加し、海外の連携研究者からの意見聴取を行うとともに、これまでの成果評価を依頼する。また、どのような教材で統計を学習し、どのような練習問題に取り組んだかという通常のポートフォリオに加え、具体的なデータ分析の実践経験を記録し、それらが学習成果に与える影響を調べるためのシステム作りを行う。統計教育継続して国内海外を問わず統計や社会調査にかかわる教材や学習コンテンツと教育プログラムや教育事例の収集を行う。ここ数年にわたり今回の申請研究を行うための準備として、研究代表者が、米国のミネソタ大学、カリフォルニア大学、ニュージーランドのオークランド大学および、英国の王立統計学会統計教育センターなどを訪問し、事前調査を行っている。2014年度はその調査結果のとりまとめと分析、および、必要に応じた追加調査を行ったが継続して2015年度も実施する。さらに研究代表者が参加している日本統計学会の統計教育分科会の関連の研究集会等で講演や意見交換を行うことで、国内における教育事例についてのとりまとめと日本統計学会統計教育分科会との連携をはかる。海外の統計教育関連の学協会との連携のため、研究協力者として6名の海外共同研究者が申請研究プロジェクトに参加しているが、2015年7月に開催される統計教育に関する国際会議の際に会合を開催する。また、統計学習においてその具体的な分析経験が重要であることは、多くの研究者がこれまで指摘しており、本研究の海外共同研究者であるGarfieldおよびUtts両教授が中心となりまとめられた米国統計学会のGAISEレポートでも強調されている。2015年度は、どのような教材で統計を学習し、どのような練習問題に取り組んだかという通常のポートフォリオに加え、具体的なデータ分析の実習の記録に重点をおくシステムの開発をスタートさせる。データの入力作業や資料整備等が2016年度以降に実施することになったため。前年度使用しなかった分の人件費分の作業を、2016年度に実施予定であった研究に追加して使用する。
深海底堆積物に残存する化石ＤＮＡによる古生態系復元の試み

古環境復元は、主に脂質バイオマーカー、生体化石の形態による分類および化石に含まれる化学成分・同位体分析によって行われきた。本申請では、海洋堆積物中の鉱物や固体有機物に保存されている化石DNAに着目し、堆積物中の化石DNA抽出法と次世代シーケンサーを用いた手法の確立と、分子系統解析による環境指標になる生物種の特定によって、古環境復元が可能になる新たな手法開発を目指した。結果、表層から深部まで連続した日本海海底下堆積物(約3千10万年前)から、生体化石で寒冷期の指標になる珪藻や温暖な気候を示す植物の化石DNAの検出に成功し、化石DNA解析が海洋および陸域の生態系復元にも適応可能である事を示した。「化石DNAの包括的解析手法の確立」として、古環境復元の研究に適しているとされる日本海の堆積物(日本海東縁ガスハイドレード調査MD179にて採取)を用いて、「DNA配列に基づく起源生物の特定」、「生体化石との比較」、「古生態系の復元」を実施した。さらに、「環境変動に呼応した古生態系の変化が化石DNAに記録されているか」を調べた。本研究を実施する際には、堆積物試料およびDNA試料の品質管理(試料の汚染や劣化がないこと)に注意を払った。1最適条件で堆積物から抽出した化石DNAを対象に、DNA配列に基づく起源生物の特定(PCR→ライゲーション→クローニング→塩基配列の決定→起源生物と産地の特定)を行った。2「DNA配列に基づく起源生物の特定」の結果を従来の形態により分類された「生体化石の情報」と比較した。3表層から深部までの連続したコア(海底下830メートルの堆積物)を分析して、環境変動に呼応した古生態系の変化が化石DNAに記録されているか調べた。結果、海底下830メートルの堆積物(約3千10万年前に堆積)から、抽出した化石DNAを分析(配列決定)し、生体化石としても分析されている海洋性プランクトンの珪藻や放散虫の他、陸上の植物由来の化石DNAを検出することに成功した。古環境復元の研究に適しているとされる日本海の堆積物(日本海東縁ガスハイドレード調査MD179にて採取)を用いて、堆積した年代によって、異なる生物由来の化石DNAが検出されたことから、化石DNA解析によって過去の生態系の復元や古環境復元できる可能性が示された。南太平洋環流下の深海堆積物(IODP Esp.329にて採取)を用いて化石DNAの抽出法の検討を行った結果、複数の堆積物試料から化石DNAを取得することに成功し、DNAの起源生物の同定により、化石由来と考えられる珪藻やカビ等を検出する事に成功した(H24年度7月時点)。しかし、手法と結果の信頼性を確認するために、再度、同じ堆積物試料を用いて、化石DNAの抽出・分析を行ったところ、当初、得られていた結果を再現する事が出来なかった。再現性が取れない原因を調べた結果、堆積物試料および抽出したDNA試料の劣化等しているため、再び化石DNAを取得する事は困難であると判断された。本研究では、南太平洋の代わりに、古環境復元の研究に適しているとされる日本海の深海堆積物(日本海東縁ガスハイドレート調査MD179にて採取)を用いて、再び化石DNA抽出の検討を行った。化石DNAの抽出方法の検討を行う際には、1試料が汚染されていないか、2掘削からDNA抽出まで品質が管理されているか、3抽出後のDNA試料の品質管理に注意を払った。結果、海底下30メートルの堆積物(約10万年前に堆積)から「再現性」のある化石DNAの抽出に成功した。抽出した化石DNAを分析(配列決定)し、起源生物を調べた結果、生体化石としても分析されている海洋性プランクトンの珪藻や放散虫の他、陸上の植物が含まれている事が判明した。日本海の深海堆積物を用いて、1再現性のある化石DNAの取得が可能である事、2化石由来と考えられる生物種のDNAが検出された事から、本研究を発展させることで、過去の生態系復元や古環境復元に化石DNAが利用可能になる可能性が示された。「化石DNAの包括的解析の手法の確立」として、古環境復元の研究に適しているとされる日本海の堆積物(日本海東縁ガスハイドレード調査MD179にて採取)を用いて、「DNA配列に基づく起源生物の特定」、「生体化石との比較」、「古生態系の復元」を実施した。本研究を実施する際には、堆積物試料及びDNA試料の品質管理(試料の汚染や劣化がないこと)に注意を払った。1海底堆積物から化石DNAを抽出し、DNA配列に基づく起源生物の特定を行って、「化石DNAの包括的解析手法の確立」の再現性を確認した。

2表層から深部までの連続したコア(海底下8-30メートルの堆積物)を分析し、環境変動に呼応した古生態系の変化が化石DNAに保存されているかを調べた。3「DNA配列に基づく起源生物の特定」の結果と従来の形態により分類された「生体化石の情報」を比較して、化石DNAからのみ取得される古生態系を復元する上で鍵となる情報がないかを調べた。結果、表層から深部までの連続した堆積物(約3千10万年前に堆積)から、抽出した化石DNAを分析(配列決定)し、生体化石としても分析されている海洋性プランクトン(珪藻や放散虫)の他、陸上の植物由来の化石DNAを再現性良く検出することに成功した。最終氷期中の亜氷期と亜間氷期の堆積物からは、それぞれ異なる生物種が化石DNAによって検出された。化石DNA解析は、過去の生態系や古環境を復元出来るツールとして用いることができる可能性が示された。結果は論文としてまとめ、現在、投稿中である。地球微生物学平成25年度に、再現性のある「化石DNAの包括的解析手法の確立」として、日本海海底堆積物から抽出した化石DNAを解析し、環境変動が知られる最終氷期についての生態系の復元を行うことができなかったため、他の深度の試料を用いて再解析を行う必要が生じた。現在、複数の深度(異なる年代に堆積)の堆積物から化石DNAを抽出し解析することに成功しており、おおかた計画の遅れは取り戻しつつある。理由:平成24年度「海洋堆積物中の化石DNA抽出法および包括的解析法の確立」を南太平洋環流下の深海堆積物を用いて実施し、当初は化石DNAを取得することに成功していたが、再度、同試料を用いて化石DNAの抽出を実施したところ、結果を再現する事ができないという問題が起きた。再現性が取れない原因を追求するために行った再現性実験によって、平成24年度の実施計画に遅れが生じた。現在、南太平洋の代わりに、日本海の深海堆積物から得た海底下30メートルの堆積物試料(約10万年前に堆積)を用いて、「再現性」のある化石DNAの抽出が可能である事を確認している。また、抽出した化石DNAの起源生物を調べ、化石由来と考えられる生物種のDNAが検出されていることを確認し、日本海深海堆積物を用いて「化石DNA解析による、過去の生態系復元が可能」である可能性を示し、おおかた計画の遅れは取り戻しつつある。H25年度に実施できなかった、環境変動が知られる最終氷期の深海堆積物を用いた「DNAの包括的化石手法の確立」を行う。また、研究計画の遅れは、実験補助員等の雇用によって取り戻す、1)最終氷期を含む複数深度の日本海深海堆積物から、最適条件で化石DNAを抽出する。2)抽出された化石DNAを対象に、「DNA配列に基づく起源生物の特定(塩基配列の決定→起源生物種との産地の特定)」を行う。3)「DNA配列に基づく起源生物の特定」の結果と従来の形態により分類された「生体化石の情報」と比較して、化石DNAからのみ取得される古生態系を復元する上で鍵となる情報の有無を結論づける。H24年度に実施できなかった「DNAの包括的解析手法の確立」を日本海深海堆積物を用いて行い、H25年度の研究計画である「DNA配列に基づく起源生物の特定」、「生体化石との比較」、「古生態系の復元」を実施する。また、研究計画の遅れは、実験補助員等の起用によって取り戻す。(1)日本海深海堆積物を用いて「DNAの包括的解析手法の確立」として、最適条件で抽出したDNAを対象に、起源生物の多様性について包括的に解析が可能な手法の確立を行う。
肩関節の体表運動と生体内組織動態の統合的映像分析記録システムの開発に関する研究

心エコーにより心臓の動きを評価するように,肩関節病変や肩関節周囲筋の病態を動的生体内画像情報による客観的評価方法の確立をめざした。動画解析技術を駆使し,肩関節の生体内構造の動態と体表構造を連動して運動動作評価を可能とするシステムにより、五十肩などの病態メカニズムを日常臨床において可視化することができた。これらの可視化した映像を臨床検査データとして数値化するための基礎データを得た。超音波画像診断により肩関節機能を評価する際に必要な基礎データを確立するための測定パラメーターの確立を目的に、肩関節関節周囲筋群の筋断面積や筋厚などの静的情報,および動作中の関節面の滑走性,肩関節関節唇など動態情報,関節運動制限因子などの動的情報を収集した。特に筋や腱が伸張される外力において、筋と腱の伸張性が同質ではなく、それぞれに固有性をもった伸張動態があることを掌握することができた。体表上からは特定の関節の可動域拡大という動作観察であっても、体内におけるその可動域確保のメカニズムとして、筋、腱の組成動態がそれぞれに影響をあたえている可能性を示唆した。このうように、体表動作レベルで掌握できない動作に伴う生体内構造の動態を分析する手法を発展させることができた。また、これらの動態特性は、腱や筋の組成変化やトレーナービリティーの相異から年齢や外傷障害に影響をうける可能性があり、次年度においてすすめる研究の方向性を具体化させることができた。一方で関節包と軟部組織などの滑走性の評価手法の確立には、さらに測定方法や計測方法の検討が必要な状況である。本年度において測定した超音波画像による生体内動態評価は再現性の検討も含め臨床的に評価しうるレベルの画像が採取可能であることを明らかにした。この生体情報の観察にあわせて同一個体における体表動作の記録を可能とするシステムを確立した。これにより、超音波生体内影像で描出される動画を追尾した,体表運動の観察を可能とするシステム基盤を確立した。超音波画像診断により肩関節機能を評価する際に必要な基礎データを採取し、あわせて、様々な病態を持つ肩関節の評価を実施した。具体的に、生体内構造の動態映像と、体表動作が連動した動画表現方法を検討した。既存の超音波画像解析用ソフトと、動画解析ソフトをリンクさせておこなう環境下で検査システム環境を整備した。あわせて、肩関節の病態を系統的に分類し、H18年度に確立した正常データと病態群との比較をすすめるための評価指標の検討をすすめてきた。この評価指標として、滑動性組織と周囲組織の相対的速度格差を利用した癒着の評価指標や、関節周囲筋群の筋断面積や筋厚などの静的指標、および関節面の滑走性などの動画情報から関節運動制限因子をなどの動的指標などをあげ、病態をもつ肩関節の評価を実施した。これらの評価指標データが、病態分類に応じたものであるかは、さらに症例数および症例分類を厳密にした上で検討する必要もある。しかし、病態をもつ肩関節を対象にして、超音波画像による生体内動態評価は再現性も含め、臨床的に評価しうるレベルの動画が最終可能であり、肩関節の病態の状況を、体表状況とあわせて生体内状況の動的、静的評価を実施、記録を可能とするシステムとなることを確認した。これにより、超音波生体内映像で描出される動画を、経時的に追尾することで、肩関節の病態を体表運動と生体内運動を運携した評価記録システム確立の基盤を確保した。肩関節機能を超音波画像診断による生体内構造の動態映像と、体表動作が連動した評価手法を検討することを目的に、H18年度、H19年度に検討を行った評価指標を用いて、正常データと病態群との比較を進めた。生体内構造の動態映像の評価指標として、滑動性組織と周囲組織の相対的速度格差を利用した癒着の評価指標や、関節周囲筋群の筋断面積や筋厚などの静的指標、および関節面の滑走性などの動画情報から関節運動制限因子をなどの動的指標などを検討し、あわせて体表動作の観察指標としてシンプルな肩関節内外旋をおこなわせた際の運動可動閾、肩甲骨と上腕骨の運動連関パターンを指標として検討を進めた。従来からの肩関節の器質的な病態を示す疾患名による分類においては、疾患病態毎の肩関節生体内構造の動態映像と、体表動作に特徴的な評価指標を見いだすまでには至らなかった。また、肩関節生体内構造の動態映像と、体表動作の観察指標との間における運動連関の特徴も明確に分類することはできなかった。このことは、肩関節の病態において、体表動作から肩関節生体内構造の動態を推定評価する之と困難であり、直接的に肩関節生体内構造の評価が重要となることを示唆する。肩関節生体内構造の動態映像と体表動作の観察指標より、個別症例における機能的病態の経過観察することが可能であったことからも、超音波画像診断等による生体内構造の動態映像と、体表動作が連動した評価手法は、より効果的な運動療法やリハビリテーション手法、および病態発生メカニズムの解明に有用なシステムとなりえると考えられた。
C5aアナフィラトキシン阻害ペプチドを用いた虚血再還流障害と挫滅症候群の治療実験

ラット皮弁モデルにおいて、C5aアナフィラトキシン阻害ペプチドを用いて、虚血再還流障害や挫滅症候群を防止する試みを行った。ラット皮弁モデルにおいては、皮弁の生着率に明らかな差が認められないという結果に至った。また挫滅症候群モデルに関しても明らかな差を見出すことが出来なかった。C5aアナフィラトキシン阻害ペプチド(以下PepA)の虚血再還流障害に対する治療効果を確認するため、ラットの腹部に上腹壁動静脈を茎とした6×5cmのTRAMflapを作成し、血管柄をクランプして虚血状態を作るモデルを作成した。片側の腹直筋を皮弁とともに挙上し、腹直筋起始部では上腹壁動静脈のみを残して筋体を切断した。筋体から皮弁への血流は穿通枝のみによる状態を作り、再び筋皮弁を縫着した。作成したモデルは周囲からの血管の侵入が早く、また時間が経過するとともに皮弁の面積が収縮するため評価が困難であったため、挙上した皮弁と下床の間にシリコンシートを挿入し、皮弁とともに縫着する事とし、下床からの血管進入の影響を排除した。また、シリコンシートの支持性によってある程度の皮弁萎縮を防ぐことが出来た。こうして作成したモデルにおいて血管柄をクランプし、虚血時間を3・6・9時間と変化させ、一週間後の皮弁の生着をみる実験を行ったが、生着面積にはバラつきが多く、このままでは実験結果の評価は困難と思われた。原因として上腹壁動静脈の剥離など繊細な手技が要求され、安定した状態のモデルを作りづらいこと、異物埋入による感染、ラットの自己掻爬などが考えられ、手技の向上と実験方法の改善が必要と考えられた。ドレッシング方法を工夫することにより比較的結果が安定し、また阻血時間による変化にも一定した結果が得られるようになってきた。平成20年度はこのモデルを元にPepAの効果を判定し、両下肢の阻血モデルを作成して挫滅症候群に対する治療効果に関しても実験を進めていく予定である。C5aアナフィラトキシン阻害ペプチド(以下PepA)の虚血再還流障害に対する治療効果を確認するため、ラットの筋皮弁を用いた実験を行った。ラットの腹部に上腹壁動静脈を茎とした6×5cmのTRAMflapをデザインし、血管柄をクランプして虚血状態を作った。阻血時間を5時間とし、PepA投与群と非投与群を比較し効果を判定することとした。効果の判定は筋皮弁の生着面積を主に測定したが、術後の皮弁の拘縮や変形、ラットの自傷行動により十分な結果が得られなかった。また、評価は一週間後に行う事としたが、この間にも下床よりの血管新生が起こっていることが確認された。この要素を除外するためにシリコンシートを下床に縫い込むこととしたが、皮弁の拘縮や変形は防ぐことができなかったためか、PepA投与群と非投与群では有意差を認める結果を得ることができなかった。
中枢神経系におけるミエリン形成機構解明に関する研究

ミエリンの形成過程をゼブラフィッシュの生体外から記録するために、オリゴデンドロサイトに特異的なP0蛋白のプロモーターを利用してGFPを発現させることで、オリゴデンドロサイトのみをラベル、これにより細胞の形態・ミエリン形成を観察することが可能になる。免疫染色等からP0蛋白はゼブラフィッシュのミエリン形成を開始する前のオリゴデンドロサイトの細胞体および細胞突起に豊富に発現し、ミエリン形成過程を追跡するためのマーカーとして有用であることを確認。さらにプロモーターコントロールのもとでGFPを発現させる目的でDNA constructの作成に着手。zebrafish BAClibralyscreeningよりzebrafishP0 BACCLONEを入手、制限酵素切断の後、self ligationしたサンプルより配列を解析。その結果exonIII,IV,V付近の構造は判明したが,それよりも上流のexon, intron構造に関しては解析が及ばなかった。既知のゼブラフィッシュP0蛋白のcDNAより5'側領域の配列をもとにプライマーを設定、zebrafish P0 BACCLONEからプロモーター領域を含むと思われるサンプルをPCR法によりscreening、subcloningし、P0蛋白の上流に位置すると考えられる16kbの数種のサンプルを得た。これらのサンプルをプロモーター領域を持たないGFPにhomologus recombinationによってcloningし、14細胞期のゼブラフィッシュ胚にinjectし発現解析することでプロモーター領域を含むfragment,および領域の同定した。また発現解析時の発現部位の確認のためのコントロールとしてゼブラフィッシュP0蛋白のcDNAの全長をcloningすることを目的としてzebrafish cDNAlibralyを作成した。ミエリンの形成過程をゼブラフィッシュの生体外から記録するために、ゼブラフィッシュ中枢神経のミエリン形成細胞であるオリゴデンドロサイトをGFP等の蛍光タンパクで特異的にラベルすることを目的にオリゴデンドロサイトに特異的に発現しているプロテイン0(P0蛋白)のプロモーターを利用してGFPを発現させることにより、オリゴデンドロサイトのみをラベルする、これにより高い分解能で細胞の形態・ミエリン形成を観察することが可能になると考えられる。免疫染色等の方法を用いてP0蛋白はゼブラフィッシュの中枢神経系および末梢神経系のミエリン鞘に、特にミエリン形成を開始する前のオリゴデンドロサイトの細胞体および細胞突起に豊富に発現し、P0がミエリン形成過程を追跡するためのマーカーとして有用であることを確認した。さらにプロモーターコントロールのもとでGFPを発現させる目的でDNA constructの作成に着手した。zebrafishBAC libraryscreeningよりzebrafish P0 BACCLONEを入手、制限酵素切断の後、self ligationしたサンプルより配列を解析した。その結果exonIII, IV, V付近の構造は判明したが,それよりも上流のexon, intron構造に関しては解析が及ばなかった。これらのサンプルをプロモーター領域を持たないGFPにhomologus recombinationによってcloningし、14細胞期のゼブラフィッシュ胚にinjectし発現解析することでプロモーター領域を含むfragment,および領域の同定が可能であると推察できる。
光増感色素を用いた細胞の選択的死滅と選別技術の研究

神経幹細胞/前駆細胞、間葉系幹細胞、を培養し、光増感色素(PS)の細胞内取り込み能を測定し、強光照射時に発生する活性酸素(ROS)により、分化細胞や未分化細胞がどのように障害を受けるかを調べる事ができ、一定の知見が得られた。但し、当初の目的にあるようにPSの取り込み能の違いを利用して分化細胞、未分化細胞を選別する技術を確立するという意味では、充分に技術が確立できたとは言えないので、今後ともさらに関連技術の検討が必要であると考えている。初年次に、マウスの神経幹・前駆細胞(mNSPC)を用いて細胞の死滅に関する基本的な実験系を確立したので、これを用いて2年次は分化細胞、未分化細胞を選別を可能とするような条件をさらに探索するとともに、他の細胞種(マウスで無く、ヒト由来の神経幹・前駆細胞(hNSPC)、およびラットの間葉系幹細胞(rMSC))を用いて光増感反応による細胞の傷害・死滅を検討した。hNSPCについては、「I.活性酸素の発生、光増感色素排出能、光増感度反応による細胞死滅、の基礎実験」、「II.細胞の分化能の障害についての評価」、「III.細胞障害の定量的評価と細胞傷害機構の検討」などを、一通り検討する事ができた。結果はmNSPCでの知見とほぼ同様の傾向を示した。rMSCについても検討を行なったが、分化させた後の細胞への影響などを含む全ての項目を詳細に検討するには時間が足りなかった。また、hematoporphyrin(HP)では細胞の傷害・死滅が起きたが、rhodamin 123(RH)では明瞭に起きなかった点が、mNSPCおよびhNSPCと異なっていた。使用機器(分光器)の不具合などの技術的な理由から、一部の実験項目の実施が遅れた為、期間の延長を申請し3年次に持ち越しとした。H24年度に引き続き、ラットの骨髄由来の間葉系幹細胞を培養して、これを用いて光増感色素存在下で強光を照射した際の、「III.細胞障害の定量的評価と細胞傷害機構の検討」を行った。hematoporphyrin(HP)では光照射時に細胞の死滅が起こり易いのに対して、rhodamine(RH)では、顕微鏡画像から判断すると、やや死滅が起こりにくい様であったが、生化学的な測定では死滅が確認された。用いる色素により細胞障害の程度や殺細胞効果には違いが見られたと解釈できる。また、前年度までに検討してきたヒト胎児由来の神経幹・前駆細胞(hNSPC)以外に、ヒトiPS細胞から分化誘導されたhNSPCに関しても、同様に強光照射時の細胞の死滅を測定した。こちらはRHでは細胞の死滅が見られたが、HPでは明瞭には見られなかった。但し、測定条件には技術的な改良の余地が残されたので、現段階ではHPが殺細胞効果を持たない旨、厳密に結論するには至っていない。我々は、以前にも神経系の細胞に対するX線照射やROSの影響を研究してきたが、今回は培養した神経幹/前駆細胞を用いて光増感色素の細胞外排出能とROSの感受性などを調べた。ICRマウス胎仔脳由来の神経幹細胞/前駆細胞(mNSPC)をneurosphere法で培養し、光照射下でROSを生じる光増感色素(PS)による細胞の傷害と死滅を検討した。rhodamine 123 (RH)とhematoporphyrin (HP)は時間依存的に細胞に取り込まれ、ABC transporterの阻害剤存在下で取り込みが増加したため、一度細胞内に入った色素RHはABCB1、HPはABCG2というABC輸送体により細胞外に排出されると考えた。強光照射下では、RHおよびHPより濃度と時間に依存してROSが生じることを確認した。ROSにより細胞が傷害され、その機構としては、apoptosis(アポトーシス)とnecrosis(壊死)の両方が起きることを確認した。この光依存的な細胞の障害は、今回の試験条件では有意な阻害剤依存性を示さなかった。Sox 2, CD133, nestin等のマーカーを用いた免疫組織化学的検討により、未成熟なmNSPCは分化後の細胞よりもROS感受性が高い事を示した。我々は今回、ABCB1aが培養したmNSPCで高く発現していることをRT-PCRにより確認した。これらの薬剤排出ポンプが阻害剤依存的に光増感色素のRHとHPを細胞外排出活性を示したものと考えている。また、光照射下ではROSが発生して同細胞を死滅させるが、こちらは少なくとも今回試した条件では阻害剤に依存しなかった。一般に、未分化なmNSPCは分化後の細胞よりROS感受性が高い事が知られている。光増感色素を用いて特定の組織や細胞種に対して局所的に細胞にROSを作用させる技術は、他の実験にも今後利用できる可能性がある。使用機器(分光器)の不具合などの技術的な理由から、一部の実験項目の実施が遅れた為、H24年度で終了予定の期間の延長を申請し、一部の実験項目を3年次に持ち越しとした。

研究計画に書いた項目の中で、「I.細胞選別条件〔細胞死滅条件〕を設定するための基礎データの取得」、「II.細胞選別操作(光増感反応)後の細胞の分化の程度と存在比率の解析と細胞障害の確認」はmNSPCとhNSPCについては概ね完了し、rMSCについては一部引き続き検討中。また、「III.細胞選別条件〔細胞保護条件〕を設定するための基礎データの取得」、「IV.上記のI,II,IIIの基礎データを基にした細胞選別条件の設定と確認」については、上記の結果を踏まえて引き続き検討中である。I.活性酸素の発生、光増感色素排出能、光増感度反応による細胞死滅、の基礎実験I-a)光増感色素から生じる活性酸素の種類と発生量の測定:可視光照射により生じる活性酸素分子種の種類の判別と発生量測定を行う(比色定量法、等)。I-b)光増感色素排出能の確認。当該の幹細胞における、薬剤排出系の発現、光増感色素の細胞外排出活性を確認する。I-c)至適な光強度、照射時間、光源の検討。光増感色素の種類、濃度、光照射時間の違いによる光照射後の細胞生存率を測定する。II.細胞の分化能の障害についての評価: II-d)各種の未分化および分化マーカーに対する抗体を用いた、各分化段階の細胞の存在比率の解析。II-e)幹細胞量の推定のためのコロニー形成率、増殖率測定。II-f)細胞障害マーカー遺伝子の発現量の解析(免疫組織化学染色、他)。上記の研究計画に沿い、マウス胎児脳由来の幹・前駆細胞を培養し、光増感色素の取り込み能や、光増感色素存在下での可視光照射による活性酸素発生、細胞の生死判別と、apoptosis, necrosisを調べる実験を行ったという点では、ほぼ順調に進展している。但し、可視光照射による細胞の選択的死滅により分化細胞、未分化細胞を選別するには至っておらず、この点は今後さらに検討が必要である。色素の濃度や光強度、照射時間など様々な因子をさらに変化させることが必要かもしれないと考えている。延長期間である3年次は、rMSCについての検討を引き続き行ない、またiPS細胞についても、可能な限り試行的な実験を行うなどの利用を検討するつもりである。これまでに検討に用いた3種の細胞種については、計画書に書かれた下記の項目をできるだけ実現する為に、各項目の実験を行う予定である。j)細胞選別条件データマトリクスの作成k)細胞種に応じた光増感色素の種類、細胞外液の条件の設定l)光照射パターンの違いによる細胞選別効率の評価初年次に、マウスの神経幹・前駆細胞(mNSPC)を用いて細胞の死滅に関する基本的な実験系を確立したので、分化細胞、未分化細胞を選別を可能とするような条件をさらに探索するとともに、他の細胞種(マウスで無く、ヒト由来の神経幹・前駆細胞(hNSPC)、またはラットの間葉系幹細胞(rMSC)等)においても、申請書に記載の各項目について検討を行なう予定。III.細胞障害の定量的評価と細胞傷害機構の検討: III-g)細胞における薬剤排出系の発現・機能の確認と検証III-h)薬剤排出条件の検討III-i)酸化ストレスに応答する遺伝子の発現解析III-j)細胞傷害機構の解析光増感色素による細胞傷害時の、細胞の生死判別、apoptosis、necrosisの判別と定量的評価。
手術摘出卵巣からの卵子を用いたヒト加齢に伴う卵子減数紡錘体機能の変化に関する研究

8人の子宮体癌I期患者の手術時摘出卵巣から卵胞穿刺して採取した卵子数は、30代群に比べ40代群で有意に減少した。未成熟卵子を体外成熟培養したところ、30代群では成熟卵子が得られたが、40代群では成熟卵子が得られず、成熟能低下が示唆された。体外成熟培養後のヒト卵子を蛍光染色したところ、紡錘体では染色体の配列に異常が観察された。微小管は細胞膜に近接し強く発現しており、細胞膜と相互作用の存在が示唆された。pericentrinは紡錘体の特に細胞膜に接する側の極に発現したが年代での相違はなかった。以上より、手術時摘出卵巣より卵子を回収し、研究に使用可能なヒト卵子を確保する手法を確立した。1:子宮体がん症例の摘出卵巣からの卵子の採取を行う研究課題を、秋田大学附属病院倫理委員会に提出し、審議いただき承認を得た。2:1で承認いただいた申請手順に従い、子宮体がん症例からの卵子採取を1例実施し、未成熟卵子を得た。3:平成23年度にマウス卵を用いて体外成熟培養を仮実験として行い技術習得を行い、極めてサンプリングが困難なヒト検体による本実験前に培養環境、設備を整えた。その技術および設備を用いて上記2で得た未成熟卵子を体外培養に供した。4:平成23年度に導入したタイムラプス蛍光顕微鏡により、体外培養中のライブイメージングによる卵子成熟を観察および蛍光免疫染色を行った。5:未だ培養法が確立されていないヒト卵子の体外培養法を検討するため、日本生殖医学会、哺乳動物卵子学会等の参加により、情報収集を行った。本研究は、「個体加齢によるヒト卵子の質の低下」というヒト生殖の真実のメカニズムを、細胞周期制御の現場の作業員である卵子減数紡錘体機能に着目し明らかにする試みである。本研究に先立ち、学内倫理委員会の承認とインフォームドコンセントによる患者同意を取得した。35歳から44歳までの8人の子宮体癌I期患者の手術時に摘出された卵巣を研究に供した。卵巣重量は、30代群(18.5±0.9 g)に比べて40代群(12.9±1.1 g)で有意に減少していた(P<0.01)。摘出された卵巣表面の卵胞を穿刺して未成熟卵子を採取した。回収卵子数は、30代群(21.7±3.8個)に比べ40代群(4.4±1.8個)で有意に低下した(P<0.01)。回収した未成熟卵子を体外成熟培養に供したところ、30代群では成熟卵子が得られたのに対し、40代群では成熟卵子が得られず、成熟(極体放出)能が低下している可能性が示唆された。体外成熟培養後のヒト卵子を微小管とDNAの蛍光染色に供したところ、卵核胞崩壊期、第一減数分裂中期、第一減数分裂終期、第二減数分裂中期の減数分裂の様々なステージが観察された。紡錘体については、形態的に正常なものばかりでなく、染色体の配列に異常がみられるものも観察された。ヒト卵子の紡錘体はその赤道面を細胞膜と平行にして卵子表層に存在するが、微小管のシグナルは細胞膜に近接する面が強く、細胞膜との何らかのシグナル伝達相互作用の存在が示唆された。中心体関連タンパク質であるpericentrinの発現を検討したところ、pericentrinは紡錘体の特に細胞膜に接する側の極に発現し、その発現に30代群と40代群での相違は認められなかった。本研究成果の一部は、Journal of Assisted Reproduction and Genetics誌に発表された(Shirasawa H., Kumagai J. et al., 2013)。1:子宮体がん手術し摘出卵巣からの卵子の採取を行うため、秋田大学附属病院倫理委員会に研究課題を提出し、審議いただいた。今後、この説明書・同意書を用いてインフォームドコンセントを行い、未熟卵を採取し実験に供する。2:平成23年度にヒト卵子採取後の体外成熟培養を予定していた。ヒト卵子を用いる本実験のまえに、マウス卵を用いた体外成熟培養を仮実験として行い技術習得を行った。極めてサンプリングが困難なヒト検体による本実験前に培養環境、設備の充分な準備を行った。3:平成24年度以降に予定している未成熟卵に対するmRNA顕微注入の準備を行った。

顕微授精は当病院の臨床現場では確立された技術ではあるが、実験室での顕微授精技術取得のため、マウス卵を用いた仮実験を試行し、技術修練を行った。4:平成24年度以降に予定しているライブイメージングによる卵子成熟の観察に用いるためのタイムラプス蛍光顕微鏡を当研究室に導入し、その培養環境、観察設定を確立した。5:未だ培養法が確立されていないヒト卵子の体外培養法を検討するため、日本生殖医学会、哺乳動物卵子学会等の参加により、情報収集を行った。初年度の震災の影響により、当研究室の研究活動が正常化するまで時間を要した遅れを解消するに至らなかった。倫理委員会の承認に時間がかかったこと。ヒト検体による本実験前の仮実験を行ったこと。対象症例が遠方のことが多く、本研究への同意を得ることに時間を要すこと。震災の影響により、当研究室の研究活動が正常化するまで時間を要したこと倫理委員会の承認に時間がかかったことヒト検体による本実験前の仮実験を行ったこと1:子宮体がん手術し摘出卵巣からの卵子の採取症例を積み重ねる→月経周期の存在する子宮体がん手術前患者より、術前に当院倫理委員会で承認された卵巣卵子採取に関する説明と同意の所得を行う。同意の難航が予想されたため説明する症例を多くする。手術時に摘出された卵巣表面の小卵胞内容を穿刺、吸引して未成熟卵子を採取する。2:減数分裂各層の卵子の採取と体外成熟培養→得られた未成熟卵子は対外成熟培地に供され、成熟卵子が採取される。一部の卵子は、微小繊維阻害剤であるサイトカラシンD添加培地で成熟が誘導された卵子はMetaphase Iの段階で減数分裂が停止する。これらの実験に供する。3:個体年齢による卵子の形体の相違の検討→得られた卵子をポロスコープにて観察することによりその減数紡錘体の成体観察が可能である。紡錘体の大きさ(極間距離)、第一極体としての位置関係、紡錘体の卵子内での位置(卵子細胞膜と紡錘体極との距離と角度)などを観察、計測した上で、年齢群別に比較検討する。4:ライブイメージングによる卵子成熟の観察と個体年齢によるその比較→採取した未成熟卵子に微小管結合タンパクEB1-GFPあるいは核を標識するH2B-GFPをそれぞれコードするmRNAを顕微注入する。注入2時間後よりタイムラプス蛍光顕微鏡にて卵子を経時的に観察する。得られた画像を解析して、染色体の結合、分離の挙動を観察し、患者年齢との関連を検討する。さらに、紡錘体形成時期とその形態も観察し、年齢との関連を検討する。平成23年度に予定していた実験にかかる費用は、上記のように震災の影響により、当研究室の研究活動が正常化するまで時間を要したことにより、一部を24年度に繰り越しせざるを得なかった。1:子宮体がん手術し摘出卵巣からの卵子の採取→月経周期の存在する子宮体がん手術前患者より、術前に当院倫理委員会で承認された卵巣卵子採取に関する説明と同意の所得を行う。
構造化された生体膜・オルガネラモデル系における機能発現

タンパク質の機能をin vitroで十分に発揮させるためには、それらが生体内で置かれていた環境を再現する必要がり、それは、分布・配向性や、規則的集合状態といった高いレベルの構造までを含んでいなければならない。生体膜タンパク質はその典型的な例であろう。膜タンパク質は認識、輸送、情報伝達、エネルギ-変換など生命活動の維持において多岐にわたる機能を果しているが、その性質は本質的にベクトル的であり、膜表面での荷電の分布および膜内でのタンパク質の分布、配向など「表裏の別」が機能発現に不可欠であると考えられているので、その機能料としての利用にはこの点を再現する必要がある。本研究では、光のエネルギ-をプロトン勾配に変換するタンパク質として知られているバクテリオロドプシン(BRp)を対象に、懸濁液より、キャスト法によって製膜した乾燥膜が、電場を印加しなくても一定方向の光誘起電位を示すこと、その方向は製膜中に電場を与えてもほとんど影響されないことを見出だし、さらにこの乾燥膜の「配向」は、懸濁液中に加える合成脂質や水溶性高分子により変化することを発見した。製膜はBRpの懸濁液をNESAガラスの上にシリコンゴム枠で保持しデシケ-タ-中で減圧乾燥することによっておこない、配向性の評価はNESAと紫膜に接触させた水銀との間に発生する光応答電位を測定することによって行なった。紫膜のみから調製した単純な乾燥膜でも光応答電位は最大で+260mV程度観測され、これらにカチオン性の合成脂質を加えるとその極性は反転する。これに対してアニオン性の脂質を加えても強度は変化するが極性はそのままであった。一方、懸濁液にポリビニルアルコ-ルを加えると、全ての場合に極性は反転した。このように化学的物質を加えることによって配向性を変化せうることは、今後の機能性材料としての膜タンパク質の利用に重要な発見であると思われる。
生物性マンガン酸化物によるアクチノイドの特異的吸着挙動の解明

原子力発電の結果生まれる高レベル放射性廃棄物は地層処分が検討されている。そのため、地下水などを介して放射性廃棄物から放射性核種が環境中へと漏出した際を想定し、その挙動を正確に評価する必要がある。本研究では天然に存在する鉱物の中でも微生物が形成するマンガン酸化物へのアクチノイドの吸着挙動について調べた。その結果、微生物が存在しない場合はアクチノイドはマンガン酸化物に強く吸着することにより表面に固定されるのに対して、微生物が共存する場合は吸着量が低下して水を介してより動きやすくなる可能性があることが分かった。マンガン酸化物はアクチノイドを強く吸着し、環境中でのアクチノイド移行を遅延させる効果があると考えられる。一方で、生物性マンガン酸化物と共存する微生物(マンガン酸化菌)が排出する有機物はアクチノイドと錯体を形成し水溶液中で安定化することから移行を促進させる可能性がある。環境中のマンガン酸化物はほとんどが微生物起源であると考えられており、生物性マンガン酸化物を用いてアクチノイドの吸着挙動を評価する必要がある。これまでの研究において生物性マンガン酸化物へのアクチノイド吸着は非生物的に人工合成したマンガン酸化物とは大きく異なることが示唆された。そこで、本研究計画では生物性マンガン酸化物へのアクチノイドの特異的な吸着機構を明らかにすることを目的とした。今年度はNp(V)の吸着挙動に着目して研究を進めた。生物性マンガン酸化物と無機化学的に人工合成したマンガン酸化物に対してNp(V)の吸着実験を行った。その結果、Np(V)は非生物性マンガン酸化物へ強く吸着する結果が得られたが、生物性マンガン酸化物へのNp(V)吸着はかなり弱いことが示された。非生物性マンガン酸化物への強いNp(V)吸着はマンガン酸化物表面上でのNp(V)の酸化の可能性を示唆している。一方、生物性マンガン酸化物は表面にMn(II)が吸着していることがX線吸収微細構造(XAFS)スペクトルの測定結果から明らかとなった。このようなマンガン酸化物表面上のMn(II)とNp(V)の間の吸着の競合がNp(V)吸着量を低下させた可能性が考えられる。今年度は生物性マンガン酸化物へのアクチノイド吸着実験を行った。水溶液のpHなどの実験条件を変えて吸着実験を行った。人工的に合成したマンガン酸化物へのアクチノイド吸着は他の重元素と同様に強いものであった。しかし、特に4価のアクチノイドであるThに着目すると、生物性マンガン酸化物へ吸着したThは時間の経過とともに水溶液中へと脱着した。これはおそらく微生物が排出した有機物とThが水溶液中で安定な錯体を形成したためであると考えられる。そこで、吸着実験後の水溶液中に微生物が排出したどのような有機物が含まれているのかを調べるために、サイズ排除型カラム(SEC)を用いた高速液体クロマトグラフィー(HPLC)分析を行った。その結果、幾つかの異なる分子量を持つ有機物が確認された。今後、SEC-HPLCをICP-MSに結合させて分析すれば、これらの有機物の内、どのサイズの分子量を持つ有機物とThが錯体を形成するのかを明らかにすることが出来る。来年度はSEC-HPLCとICP-MSを結合させた分析を行う予定である。マンガン酸化物は様々な重元素を強く吸着することからアクチノイドの移行を遅延させる効果があると考えられている。環境中に存在するマンガン酸化物のほとんどは微生物が形成したと考えられている。そのため、アクチノイドの移行挙動を議論するためには生物性マンガン酸化物へのアクチノイド吸着挙動を調べる必要がある。最終年度である今年度は生物性マンガン酸化物へのPu(IV)吸着挙動を調べた。Pu(IV)の吸着挙動をTh(IV),Np(V),U(VI)と比較した結果、U(VI)の吸着挙動と類似していることが分かった。前年度までの研究成果からTh(IV)は一旦マンガン酸化物表面に吸着された後、時間とともに脱着していくことが明らかとなった。これは微生物が排出する有機物の影響と考えられるが、Pu(IV)吸着挙動にはそのような脱着は認められなかった。

これらの実験結果はPu(IV)がマンガン酸化物表面に吸着した後、Pu(VI)へと酸化されたことを示唆している。また、Np(V)は非生物性マンガン酸化物へ強く吸着するのに対して、生物性マンガン酸化物へはほとんど吸着しなかった。これは両者の構造に関係している可能性があり、今後詳細に調べる必要がある。生物性マンガン酸化物は非生物性マンガン酸化物と異なり特異的なアクチノイド吸着挙動を示すことが明らかとなった。このような特異的な吸着挙動は両者の構造の違いや微生物が共存することでそれらが排出する有機物の影響が大きいと考えられる。環境中でのアクチノイドの移行挙動を評価する上で微生物活動が重要であることを示す研究成果となった。地球化学当初の予定通り生物性マンガン酸化物への特異的なアクチノイド吸着挙動が観察された。生物性マンガン酸化物へのアクチノイド吸着実験はおおむね順調に進んでいると言える。当初の研究計画は生物性マンガン酸化物へのアクチノイド吸着実験を行うこと、及び微生物が排出する有機物の分子サイズを調べることであった。吸着実験やSEC-HPLCの分析はおおよそ終了しており、当初の研究計画は概ね順調に進んでいる。マンガン酸化物表面上でのアクチノイドの吸着構造を明らかにする。マンガン酸化物表面上においてNp(V)が酸化の可能性も含めて生物性マンガン酸化物と非マンガン酸化物との間のNp(V)吸着メカニズムの違いを明らかにする。U,Th,Puなどの他のアクチノイドとの吸着挙動の違いについても調べる予定である。来年度は、当初の研究計画どおり研究を進める予定であり、計画の変更は特にない。来年度はSEC-HPLC-ICP-MSで分画した有機物をLC-MSを用いた同定を行う予定である。また、アクチノイドを吸着させたマンガン酸化物のXAFS測定を行い、吸着構造を決定する。旅費等が当初の予定よりも節約できたため。今年度の旅費に充てる予定である。実験に用いる試薬、器具等を購入するための経費が必要である。分析機器(ICP-MS)に用いるためのアルゴンガスを購入する。原子力機構でアクチノイドを用いた実験を行うための旅費及び高エネルギー加速器研究機構での実験を行うための旅費を計上した。国内や国外の学会で研究成果を発表するための経費も必要である。