hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
間伐材・低質材等の木材資源を有効利用する造形用素材及び環境教育教材の開発

また,これらの技術を生かした造形用素材の開発も進めた。2年次から試行を継続している積木様の直方体木片の製作である。板状材を,バンドソー及び自動カンナ盤を使用して整え,直方体木片への加工を繰り返した。試作では,木片の各辺の比を1:3:6,1:2:4,1:1:4などに設定したものを製作。それらの中から,基尺1cmとして,1:3:15の木片に造形応用性を見出し,この比率での試作品製作を進めることとした。2森林資源運用の実際と保全事業視察3年次も福島県南会津郡における「伐倒製材見学会」に参加。原木伐倒の実際と原木の価値を生かす有効な製材の在り方の実際を見学し,木材資源を大切にする点で環境教育にも結びつく知見が得られた。以上の成果が得られてきたが,1の造形用素材開発において,幼児・児童生徒の造形活動の実際場面での検証まで至っていない。科研費補助事業期間延長が承認されたので,平成27年度に,継続研究をおこない,検証並びに研究発表をおこなっていく予定である。本研究は,原木を有効利用する挽き材の在り方,それを用いた彫刻制作,挽き材して得られた素材を用いた造形教育用素材の試作開発を課題とし,以下の成果が得られた。基礎調査で東北3県の林業・木材加工研究所,製材・木工業者を見学し,木材資源の有効活用のための品質改良,加工開発の現状を視察。本研究では歩留まり(原木体積に比し廃棄する部分を除き有効利用された割合)を高くする木材の使い方の検討が中心課題になることを確認した。原木からの製材試行を繰り返し,個人レベルの作業環境でも板状・柱状に歩留まりよく挽き材する具体的方法が得られた。さらにその材の特徴を生かした彫刻制作が多様に展開でき,作品は「国展(国立新美術館)」「次代を担う彫刻家たち展(現代彫刻美術館)」「中之条ビエンナーレ(群馬県中之条町)」等に発表した。得られた技術と知見を生かし,原木から挽き材した板状材で,その特徴を生かした造形用素材試作を進めた。造形用素材の形体として,積木様の板状木片が製作技術面で応用可能であり且つ多量に製作でき,教育現場での利用に有効であることを検証した。試作品は群馬大学教育学部附属幼稚園において幼児に提示し,実際にどのような造形活動が展開されるか観察,検討した。これらの成果から,教育現場において木材を有効に利用しながら造形教育に資する素材製作ができることが示された。この成果は,日本美術教育研究発表会において口頭発表(2015年)すると共に,実践をまとめたものは『日本美術教育研究論集第49号(2016年)』(発行:公益社団法人日本美術教育連合・査読あり)に掲載された。本研究の成果から,木製積木などの造形用素材の国内外における現況調査と,一層の試作と教育現場での検証が更なる課題となり,引き続き平成2830年度に科研費助成事業(基盤研究(C)課題番号16K04739)として研究に取り組むことになっている。原木からの製材を個人規模で試行し,木材を有効利用できる挽き材方法として,材の形状に応じて行う縦挽きが効果的であることが確認できた。これにより柱状・板状材が無駄なく得られるようになり,多様な形態をもつ彫刻制作が実現できた。この技術と知見から,積木様板状木片が造形用素材として有効であることが示唆された。幼稚園において試作品を供し,実際の幼児の造形活動を検証することを通し,木片の適切な形体を提案できるに至った。原木縦挽製材の技術開発と,木製の造形用素材開発は,彫刻制作並びに「積木」試作が継続できたことで一定の成果を上げている。しかし,造形用素材である積木を,幼児,児童生徒に供し,図画工作や美術など,実際の造形活動場面での使用状況を検証する段階に至っていない。ここでの検証を踏まえた上で,研究をまとめたいので,「やや遅れている」とした。
直交部材が偏心して接合するRC造外柱・梁接合部のせん断設計法に関する研究

本研究は,直交部材が偏心して接合する鉄筋コンクリート造外柱および柱梁接合部,特に直交梁が接合しない部分の構造性能評価(せん断設計)手法の構築を目的としている。本研究課題では,主としてピロティ階を想定した直交梁が偏心接合する外柱の構造実験を実施し,柱部材一般部から梁接合区間に連続する部位におけるせん断挙動とせん断補強手法について把握し,評価手法構築のための資料を得た。本研究は,直交部材が偏心して接合する鉄筋コンクリート造外柱の柱・梁接合部,特に直交梁が接合しない部分のせん断挙動を明らかにし,構造性能評価(せん断設計)手法の提案を目的としている。本年度は,一般的な鉄筋コンクリート造外柱における,柱・梁接合部区間のせん断挙動を明らかにすることを目的として柱部材実験を行った。実験の試験体は,外柱を模擬しており,同一構面の梁と直交梁が接合した形状とした。試験体形状は,既往の研究を参照して,実大の約1/2の大きさとし,柱断面を300×300mm,同一架構内の梁断面を200×300mm,直交梁の断面を150×300mmに設定した。試験体の変動要因は,柱・梁接合区間のせん断性状(せん断耐力)に及ぼす要因として(1)直交梁の接合位置(2)構面内梁主筋定着状況とし,これらの要因を組み合わせて,試験体を計画した。実験結果より直交梁の偏心位置および面内梁の接合状況(圧縮側・引張側)により,RC造外柱の構造性能が変化することを示した。具体的には,直交梁および面内梁の負担せん断力の差異によって,接合区間に入力されるせん断力およびせん断力が発生する区間が変化し,これらの変化が耐力・破壊モード・変形能へ影響を及ぼすことを示した。さらに,接合区間の補強筋歪み挙動より,接合区間における基礎的なせん断補強効果にについて顕在化した。次年度以降は,本年度の成果を受け,接合区間のせん断補強手法とその補強効果を明らかにする実験を実施するとともに,せん断抵抗機構について検討し,設計法の確立を目指す。本研究は,直交部材が偏心して接合する鉄筋コンクリート造(RC)外柱の柱・梁接合部,特に直交梁が接合しない部分のせん断挙動を明らかにし,構造性能評価(せん断設計)手法の提案を目的としている。昨年度は,一般的な鉄筋コンクリート造外柱における,柱・梁接合部区間のせん断挙動を明らかにすることを目的とした柱部材実験を実施し,直交梁の偏心位置および面内梁の接合状況(圧縮側・引張側)により,RC造外柱(接合区間および部材)の構造性能が変化することを示した。本年度は,昨年度の成果を受け,せん断設計手法構築の資料を得るため,柱・梁接合区間のせん断補強手法を検討すること,また,面内梁主筋量が接合区間のせん断挙動に及ぼす影響を明らかにするための実験を実施した。具体的に,試験体は,平成20年度と同様に外柱を模擬して,同一構面の梁と直交梁が接合した形状とした。試験体形状は,実大の約1/2の大きさとし,柱断面を300×300mm,同一架構内の梁断面を200×300mm,直交梁の断面を150×300mmに設定した。また,変動要因は,(1)接合区間内せん断補強筋量(2)構面内梁主筋量とし,これらの要因を組み合わせて試験体を計画した。加力は,地震力を模擬した正負交番繰り返し載荷を行った。実験より,接合区間の集中補強筋は,せん断破壊を防止することに有効であること,また,面内梁主筋量の差異により,接合区間のせん断抵抗の限界値に差が生じることを示した。最終年度となる次年度は,本年度までの実験成果を引き続き分析し,解析手法を併用して接合区間のせん断抵抗機構・補強効果について検討して設計法の確立を目指す。2008および2009年度は,柱・梁接合部区間および柱部材の構造性能に各要因が及ぼす影響について把握する実験を実施した。具体的には,直交梁の偏心位置および面内梁の接合状況によって,梁接合区間および部材の構造性能が変化し,梁接合区間のせん断破壊が誘発される条件について顕在化した。また,梁接合区間に配筋した柱せん断補強筋の補強効果,および,面内梁の主筋量がせん断挙動に与える影響について把握した。2010年度は,上記の実験より得られた資料を用いて,柱部材一般部から梁接合区間に連続する部位のせん断挙動とせん断補強手法に対して検討を行った。具体的には,以下2点を実施して検討を進めた。・2009年度に実験を実施した試験体の柱梁接合部の斫りを実施して,面内梁定着部近傍における最終破壊状況を確認し,応力伝達について考察した。

・2008年度・2009年度に実施した実験資料を考察・検討を進め,柱部材一般部から柱梁接合部内に至る部位の内部応力状態(せん断抵抗状態)およびせん断補強筋の効果について把握した。これらより,(1)直交梁および面内梁の接合位置・梁主筋量によって梁が負担するせん断力(柱に与える逆せん断力)が変化するため,梁接合区間内の柱負担せん断力が変化し,柱の見かけのクリアスパンも変化すること,(2)せん断設計では,梁接合区間内で柱負担せん断力が一般部と同様となる区間を明確化し,その区間,および,柱負担せん断力が大きく変化する位置に対し,せん断補強を行うことが必要・効果的であることを顕在化し,せん断設計手法構築のための基本的な考え方を纏めた。
Snarkノックアウトマウスモデルを用いた生活習慣改善による発がん抑制の検討

SNARK(SNF1/AMPK-related kinase)ノックアウトマウスは代謝異常を呈し、エネルギー代謝調節にかかわるサイトカイン、IL-6の基礎量が低下していた。自発運動は血中IL-6濃度の正常化とともに代謝異常も改善した。さらにIL-6の補充および自発運動の増加により、Snarkノックアウトマウスで亢進していた大腸化学発がん感受性も低下することが示された。発がんリスクと代謝異常の相関とそれらを制御する代謝調節サイトカインの重要性が示唆された。肥満に随伴する代謝異常が大腸発がん感受性に及ぼす影響を、代謝関連キナーゼSnarkをコードする遺伝子を破壊したマウスをモデルとして検証することを目的とした。通常の飼料、運動条件の飼育環境下で化学発がん剤アゾキシメタンにより誘導される大腸腫瘍(腺腫)および前腫瘍性病変の頻度を検討したところ、Snark欠損マウスでは有意に発がん感受性が増加することが明らかとなった。一方同様の飼育条件下ではSnark欠損マウスでは有意な脂肪蓄積の増加が認められ、大腸前腫瘍性病変の発生頻度が体重に相関して上昇することが示された。これは、疫学的に示されてきた肥満がヒト大腸癌発症の危険因子となることと矛盾しない結果であり、Snark欠損マウスが肥満と大腸発がんの関連性の検討に適したモデル動物であることを示唆している。Snark欠損マウスでは肥満に伴い、高脂血症、高コレステロール血症、高血糖といったヒトのメタボリックシンドロームに類似した代謝異常が認められた。さらにSnark欠損マウスに見られる肥満と代謝異常は、高脂肪食の投与により増悪する一方、自発運動の増加によって軽減することが示された。また通常の運動条件ではSnark欠損マウスでは個体の酸素消費量が低下しており、基礎体温も有意に低くなっていること、自発運動の増加によって有意な基礎体温の上昇が観察されることも確認された。これらの結果はSnark欠損マウスが生活習慣の変化が全身の栄養代謝機構に及ぼす影響を検証する際にもすぐれたモデル系となることを示唆しており、今後の代謝異常と発がんの関連を明らかにする研究への応用に有用であると考えられた。肥満に随伴する代謝異常が大腸発がん感受性に及ぼす影響を、代謝関連キナーゼSnarkをコードする遺伝子を破壊したマウス(Snarkノックアウトマウス)をモデルとして検証し、有効ながん予防法の開発につながる生物学的特性の探索を目的とした。通常飼育条件では加齢に伴う肥満を呈するSnarkノックアウトマウスにおいて、全身の脂肪蓄積に先立って弱齢時より基礎代謝の低下を示唆する低体温と高脂血症が生じていることが明らかになった。また代謝関連サイトカイン群のうち、脂質代謝の促進と基礎代謝の亢進を誘導することが報告されているIL-6の血中濃度が弱齢時より特異的に低下していることも示された。自発運動の付加によりSnarkノックアウトマウスの肥満と代謝異常の改善が認められたが、このとき同時にIL-6濃度も正常化していた。またIL-6投与により基礎体温の正常化と高脂血症の改善も認めたことから、Snarkノックアウトマウスにおける代謝異常はIL-6の基礎量の低下が原因である可能性が強く示唆された。一方、Snarkノックアウトマウスで亢進していた化学大腸発がん感受性は自発運動により有意に低下した。同様の発がん感受性の低下はIL-6投与によってももたらされたことから、IL-6の基礎量を維持することが発がんリスクの低下にも寄与することが示唆された。これらの結果は生活習慣の改善による有効ながん予防法を開発するうえでの生物学的基盤のとして活用できるものと期待された。適度な運動が大腸発がんのリスクを低下させることは疫学研究等で明らかにされているが、その生物学的根拠には不明な点が多い。AMPK関連キナーゼSnarkノックアウト(Snark+/-)マウスでは血清IL-6の基礎量の低下が認められたが、骨髄由来単球のIL-6産生能には変化が見られず、骨格筋、脂肪組織のmRNAレベルにも異常は認められなかった。一方Snark+/-マウスでは肝組織中のIL-6 mRNAレベルが顕著に低下していた。さらに肝細胞癌由来HLF細胞を用いたレポータージーンアッセイでは、SNARKの過剰発現によりIL-6プロモーターの活性化が観察され、組織特異的にSnarkがIL-6発現を調節している可能性を示唆した。Snark+/-マウスで低下していた血清IL-6の基礎量は自発運動により正常化し、同時に通常飼育時のSnark+/-マウスで見られた低体温、高脂血症およびアゾキシメタンに誘導されるaberrant crypt foci (ACF)、腺腫形成が改善された。同様の改善は組換えIL-6の投与でも認められたが、IL-6遺伝子を欠損させたSnark+/-マウスでは運動による効果が見られなくなった。

また高IL-6血症を伴い腸腺腫を発生するApcMin/+マウスではSnarkノックアウトはIL-6濃度を低下させず、大腸腺腫形成にも影響を及ぼさなかった。これらの結果から、比較的軽負荷の運動によりもたらされる非炎症性のIL-6基礎量の維持が、大腸発がん感受性と代謝異常の抑制に寄与していることが明らかとなり、Snarkノックアウトマウスが生活習慣の改善によるがん予防のモデルになりうることが示唆された。
Recombinant cytokinesによる末梢血幹細胞の増殖と応用研究

本研究期間中に61名の小児癌患者において、Fenwall社製CS3000血液成分分離器を用いて計215回のアフェレ-シスを行い末梢血幹細胞を採取したが、移植術に必要な3x10^5/kg(体重)以上のCFUーGMは30名(4%)でのみ採取可能であり、残る患者では安全なPBSCTを施行することが困難であった。本研究で実際に末梢血幹細胞移植術を施行した57例の難治性白血病・悪性リンパ腸小児患者の治療成績は、骨髄移植術に劣らないことも判明したため、本研究課題の重要性が改めて認識された。末梢血幹細胞の増殖動態を解明するため、モノクロ-ナル抗体などを用いて幹細胞を純化しrecombinant cytokineと培養し、コロニ-形成に及ぼす影響を検討した。その結果末梢血幹細胞は骨髄細胞とは異なり、造血刺激因子としてinterleukinー3(ILー3)、GーCSFおよびinterferonーγー併用する必要があることをはじめて明らかにした。この知見に基づき、アフェレ-シス施行前に患者にrecombinant GーCSFを投与すると、採取される幹細胞数が約40倍にも増加することを見出した。つぎにその他のrecombinatnt cytokine(ILー6,interferonーα,β,ubenimex,cyclosporineーA,FK506,deoxyspergulin)存在下で幹細胞を培養し、その増殖刺激効果を検討した。またプラスチックフラスコやガス透過性ビニ-ルバッグを用いて、ILー3、ILー6あるいはinterferonーγと共に幹細胞を培養し、体外での幹細胞の増殖を試みた。しかし5%CO_2と5%O_2の至適条件下においても、満足すべき幹細胞増量効果は認められなかった。このため今後は、より生体内環境に近い培養条件の開発を目指すとともに、stem cell factorなどの新しい造血刺激因子をも用いて、更に研究を継続する予定である。末梢血幹細胞収量は.長期に強力な化学療法を受けた者では低下するこのような患者に、アフェレ-シス施行前にrecombinant GーCSFを7日間投与した場合には、幹細胞収量は著明に増加した。次にこのようにして採取した幹細胞を、実際に患者に輸注した場合には、その細胞数に応じて移植後の白血球や血小板数の回復が促進された。続いて患者体外で幹細胞の培養を行い、採取した細胞を更に増殖させる初期研究として、適正な末梢血幹細胞培養法を検討した。まずメチルセルロ-ス培地法とlimiting dilution assay法を用い、各種サイトカイン存在下における幹細胞の増殖パタ-ンを検討した。その結果、末梢血幹細胞の増殖動態は骨髄細胞と異なり、GーCSFやGMーCSFには反応し難く、その培養にはPHA刺激リンパ球培養上清を用いる必要があることが判明した。また従来造血抑制効果を有すとされたインタ-フェロンーγ(IFN)が、末梢血幹細胞のような未熟幹細胞に対しては増殖刺激作用を有することも示した。このため遺伝子合成サイトカインをコロニ-刺激因子源として用いる場合には、ILー3単独あるいはILー3とIFNを併用することが重要と思われた。これらの知見に基づき.5%CO_2、5%O_2、90%N_2下で、患者から採取した幹細胞の一部を用いてILー3あるいはILー6と共に増殖させる試みを行ったが、我々の使用した条件では幹細胞の減少が著しく、目的は果せなかった。

以上より、今後は末梢血幹細胞増量のための培養条件を改良する必要が急務となる。37°Cの温度条件では、幹細胞に対する障害が増加することも考えられるため、今後は適性な温度条件の検討も必要となる。本年度研究期間中に更に12名の小児癌患者において、Fenwall社製CS3000血液成分分離器を用いて計215回のアフェレ-シスを行い末梢血幹細胞を採取し、新たに12名の難治性小児癌患者にPBSCTを施行し、その臨床成績をコンピュ-タ-プログラムを用いて解析した。末梢血幹細胞の増殖動態を解明するため、pannig,モノクロ-ナル抗体,PMEなどを用いて末梢血幹細胞を純化しrecombinant cytokineと共に液体や固形培地を用いて培養し、コロニ-形成に及ぼす影響の検討を継続した。その結果末梢血幹細胞は骨髄細胞とは異なり、造血刺激因子としてinterleukinー3(ILー3)、GーCSFおよびインタ-フェロンーγを併用する必要があることを明らかにした。この知見に基づき、アフェレ-シス施行前に患者にrecombinant GーCSFを投与すると、採取される幹細胞数が約40倍にも増加することを見出した。つぎにその他のrecombinant cytokine(ILー6,interferonーα,β,ubenimex,cyclosporineーA,FK506,deoxyspergulin)存在下で幹細胞を培養し、その増殖刺激効果を検討した。またプラスチックフラスコやガス透過性ビニ-ルバッグを用いて、ILー3,ILー6あるいはinterferonーγと共に幹細胞を培養し、体外での幹細胞の増殖を試みた。しかし5%CO_2と5%O_2の至適条件下においても、満足すべき幹細胞増量効果は認められなかった。
食品成分によるTreg制御を介した食物アレルギー予防・治療法開発に関する基礎研究

食物アレルギーは、乳幼児から小児に多く、全身性アナフィラキシーを誘発する危険性が高いため、その予防・治療法を開発することは重要である。制御性T細胞(Treg)は、免疫抑制能を有するT細胞の一種であり、免疫寛容を介した食物アレルギー抑制に関与している。先行研究において、Tregを誘導する薬剤が見出されているが、安全性において課題が残る。一方、身近な食品成分の中にもTregを誘導するものが存在する。しかしながら、食物アレルギーに対する効果は不明な点が多い。そこで本研究では、効率的なTreg誘導能を有する食品成分の探索と食物アレルギーに対する抑制効果の解析を行う。
数理モデル化活動を伴った体感型数学教材の開発

本研究の目的は,数理モデル化学習を伴った教材を高専低学年(1、2年生)に開発し,実践を行うことである.研究成果として,低学年で学習する数列の漸化式に注目し,漸化式を利用した数理モデル化学習を伴った教材を開発し実践した.この教材は,単に数列に興味を持たせるだけでなく,その後に学習する微分の単元や,微分方程式の内容につなげることができるものである.複数の内容に分かれており,単元を跨った形での教材として活用できる.さらに,トピックとしての教材ではなく,必修授業内での教材として扱うことができることが大きな成果である.今年度は,高等専門学校における「数理モデル化」を伴った教材開発とそのカリキュラム開発を中心に行った.教材開発では,高等学校第2学年における漸化式の単元での実践教材を中心に,漸化式を活用して第3学年以上で学習する微分方程式につながる教材とした.今回は実践時期についても熟考した.これまでは第3学年での微分方程式学習直前において試験的に行ってきたが,実際の授業カリキュラムは第2学年であり,そこで実践するのが望ましい.その際に問題となるのが,「微分」の単元の学習前に「微分方程式」における数理モデル化につながる内容が扱えるのか,ということである.そこで,最初に発展的な課題を提示して解決していく方法ではなく,課題を段階的にステップアップしていく方法を選択し,授業者が支援を適切に行うようにした.結果として,次の二つの成果が得られた.一つ目は,微分学習前においても教材が実践可能であることが確認できたこと,二つ目は,教材内容が漸化式と「微分方程式」だけでなく,「微分」の単元とのつながりも持たせる内容であることが確認できたことである.まず一つ目であるが,漸化式での授業カリキュラム内に開発した教材を組み入れて実践が可能で,本来の学習内容からかけ離れることなく,発展学習として自然な流れで授業実践が可能であることが確認できた.また,「微分」の学習前に実践を行うことは生徒達にとって数学の道具が不足するのではと懸念されたが,特に大きな影響はなかった.二つ目であるが,漸化式の教材の内容に,極限や微分の考え方につながる内容とリンクすることができることが確認された.これは生徒達にとっても漸化式の有用性を体感させられる非常に良い教材であると思われる.今回の成果は,今までの通常カリキュラムの大枠を損ねることなく,数理モデル化学習を組み入れることができたという点で重要な意味をもつ.今年度は,昨年度の実績である高等専門学校第2学年における「数理モデル化」を伴った教材開発及び実践をもとに,通常授業のカリキュラム構築に取り組んだ.具体的には,昨年度取り組んだ漸化式を用いた教材の実践を通して,実践時期が「微分」の単元と大きく関わることを確認したことから,教材を「微分」の単元前で実施可能な教材と,単元学習後に実施する方が望ましい教材に分け,それぞれを従来の学習カリキュラムに組み入れた形を考えた.これにより,実践したい内容を段階的に従来の授業に取り入れていくことができると考えた.現時点では,「微分」の単元に注目しているが,連立漸化式や行列を用いた考え方など,様々な単元につなげることが確認できており,第2学年だけでなく,他学年での実践も視野に入れて教材の改良と授業カリキュラムの考察を行っているところである.また,今年度から中学校必修授業内での数理モデル化活動を伴った教材開発と,それを組み込んだ授業カリキュラムの構築に取り組み始めた.その最初の段階として,中学校における現学習内容を確認することと,これまで実践を行ってきた中学校での授業実践教材を整理した.これまでの実践では,1年間を通した学習単元を見据えた上で,各単元での「数学的な活動の時間」を利用し,単元での学習内容に沿った形で行う教材であるとともに,単発での実践ではなく一つの題材を複数の単元に跨った形で実践したものあった.これは生徒達の興味・関心を持続させるものとして効果的であったものの,内容的にどうしても単元に結びつけることが難しい箇所については,「学年最後のまとめ」としての実践となっていた.そこで,今年度の取り組みとして,1学年を通した流れであったものから中学校3年間を通した長いスパンを見据えての複数回の実践を行う教材として考えることで,学年を跨った形で継続して共通の題材を利用して実践な教材を考察している.今年度は,数理モデル化教材の開発・実践において,(1)授業外での学習支援システムを活用した方法,(2)中学校必修授業での実践,について考察した.まず(1)であるが,数理モデル化学習を実践する中で,授業時間数が問題となった.当初は1,2時間の実践で計画を立てていたが,実際に教材を開発してみると,3,4時間以上の授業時間数が望ましいことがわかってきた.年間の授業時間数は決まっていることから,実践を行うために必要な時間をどのように得るかを考えた結果,岐阜高専に昨年度から導入された学習支援システム(Moodle)の活用を考えた.Moodleとは授業者の資料の提示や学生の課題提出などが行えるだけでなく,授業者の撮影した動画を載せて学生が受講形式で見ることもできる.このツールを用いれば,授業時間外でも学生が自分のペースで進めることができる.そのため,今年度はこの学習支援システムの活用方法も模索した.

反転学習や事後学習といった,授業時間以外でも授業者の説明を伝えることが可能なこのシステムを利用することで,実践に時間を要する数理モデル化学習教材でも実践の見通しが立った.さらに,この学習支援システムは通常の必修授業の内容においても活用することができることから,年間を通して様々な形で教材実践に利用できると期待している.(2)であるが,中学校必修授業における数理モデル化教材については,漸化式を題材にした教材について考察した.第2学年の1次関数や,第3学年の2次関数の単元など,値の増え方に注目することで,漸化式と同様な考え方に帰着できる.「微分」の単元学習前という点では,これまで高専・高等学校1学年用として開発した教材を中学校教材に再編することも可能であることが確認された.本研究の目的は,数理モデル化学習を伴った教材を高専低学年(1、2年生)に開発し,実践を行うことである.研究成果として,低学年で学習する数列の漸化式に注目し,漸化式を利用した数理モデル化学習を伴った教材を開発し実践した.この教材は,単に数列に興味を持たせるだけでなく,その後に学習する微分の単元や,微分方程式の内容につなげることができるものである.複数の内容に分かれており,単元を跨った形での教材として活用できる.さらに,トピックとしての教材ではなく,必修授業内での教材として扱うことができることが大きな成果である.今年度の目的の一つである,中学校数学教育における「数理モデル化学習」教材開発に取り組み始めており,これまでの達成度については計画している予定に沿った形となっている.また,中学校教員と連携を取って授業実践する上での意見交換も行っており,次年度に向けての実践が行えるように内容をまとめているところである.そのため,おおむね順調に進展していると結論付ける.数学教育授業を記録する方法として映像や資料を利用する計画であり,その蓄積を行う予定である.また,考察した授業カリキュラムをもとに実践をさらに行い,その結果を踏まえての改良を行う.さらに,中学校での実践を中学校教員と連携して行い,実践の記録,整理を進める予定である.研究の目的は大きく分けて二つあり,中学校数学教育における「数理モデル化学習」の教材開発とカリキュラム開発,および高等学校(特に高等専門学校)における教材開発とカリキュラム開発である.今年度は高等専門学校における教材開発とカリキュラム開発を中心に行い,その教材の有効性と通常授業として実践を行うカリキュラム開発の見通しを立てることができた.そのため,現在までの達成度は計画している予定とほぼ一致していると考え,おおむね順調に進展していると結論付ける.本年度は授業に関する映像や資料を収集することを中心に行った.そのため,当初の計画にある編集等は次年度に行うことにし,必要な機材の購入を次年度としたために差額が生じた.今後は,高等専門学校における教材開発だけでなく,中学校数学教育における数理モデル化学習を組み入れた必修授業カリキュラムの構築も行っていく.その際,中学校教員とも連携をし,考案したカリキュラムを実践する上での意見交換も密に行っていく.また,授業を記録する方法として映像や資料を残し,それらを情報発信することができるよう整理していく.映像編集等の機器を準備するとともに,情報発信のための準備を行う.また,中学校教材の実践のための中学校教員との意見交換を含めて出張やその報告を学会で行うための費用として使用する.本年度は、研究代表者が勤務している高等専門学校にて実践することが主となり、その実践記録を残すことに重点が置かれた。そのため、資料を編集するなど必要な機材の購入は次年度としたため使用予定額に差額が生じた。
チロシンニトロ化がインスリン情報伝達機構に与える影響

最近iNOSの欠損マウスは高脂肪食負荷によってもインスリン抵抗性が生じない事が報告され、iNOSによるNOの産生がin vivoにおけるインスリン抵抗性の大部分を担っている事実が示された。NOはsuperoxideと反応する事によりperoxinitrate(ONOO^-)(PN)を形成し、脳・腎・血管・心筋などの組織を傷害する事が知られている。一方で、PNはラジカルによる細胞障害以外に、チロシン残基のニトロ化によるアミノ酸修飾をおこす作用があることが知られている。そこで我々は脂肪細胞のcell lineである3T3L1 adipocyteに持続的にPNを放出する試薬であるSIN-1(3-(4-Morpholinyl)sydnonimine, hydrochloride)を12時間負荷し、2-deoxyglucoseを用いてインスリン応答性の糖取り込みを観察した。その結果、インスリン応答性の糖取り込みはSIN-1濃度依存性に低下した。次に、そのメカニズムを解明するためインスリン受容体(IR)からの情報伝達経路に関して検討した、その結果IRのリン酸化は全く影響を受けていないがIRS-1の蛋白量、リン酸化、PI3kinase活性の低下、Aktのリン酸化の低下が認められIRS-1がPNのtargetであることが明らかとなった。さらにこの、IRS-1自体がニトロ化修飾を受けていることが明らかとなった。このニトロ化の部位はインスリンシグナルによりリン酸化される939番のチロシンが主であり、このチロシンのニトロ化によりチロシンのリン酸化が障害されインスリンの情報伝達が阻害される可能性が示唆された。
乳酸菌発現系を用いたヘリコバクター・ピロリ経口ワクチンの開発研究

本研究では、非組換え乳酸菌を用いたワクチン開発のための基礎研究を行った。大腸菌宿主により発現させたGFP(レポーター部位)ーLysM(アンカー部位)融合タンパク質を回収し、別途準備した乳酸菌体とともにインキュベートすることで、乳酸菌体の細胞表層に目的タンパク質を提示し、かつその提示量を簡易・迅速に定量する系を構築した。以上の評価系を用いて、母体となる乳酸菌体の調整法、タンパク質の提示条件や持続性についての検討を行い様々な知見を得ることが出来た。また、各乳酸菌種(7属、16菌種)についても試験を行い、本タンパク質提示系が多くの乳酸菌種に対して有効であることが確認された。近年、乳酸菌を用いたドラッグデリバリーシステムや、乳酸菌を抗原運搬体として用いる粘膜ワクチンの研究が盛んに行われている。本研究は、乳酸菌組換えワクチン構築のための基盤研究を行うとともに、胃内感染病原菌であるHelicobacter pylori(ピロリ菌)の感染を予防する経口ワクチンを開発することを最終目的としている。本年度は、まず研究遂行のために必要な生物資源、遺伝子資源を調達するとともに、各実験環境のセットアップを行い、以下の予備的実験を開始した。1宿主候補であるLactococcus lactis、および数種のLactobacillus属細菌に対し、nisin誘導型プロモーター下に設置したgfp遺伝子を導入し、宿主ー発現系としての有効性を確認した。また、非選択圧条件下でのプラスミド保持試験を行い、L. lactis宿主株においては10継代以上に渡っての安定的なプラスミド保持性が確認された。2宿主菌体の細胞表層への抗原提示を実現するため、L. lactis (MG1363 or IL1403)のゲノム上に存在し、細胞壁アンカーモチーフを持つタンパク質を数種クローニングした。現在、GFP融合タンパク質としての発現・局在確認を行っている。3宿主L. lactis株においてハウスキーピング遺伝子として発現するhtrA(菌体外プロテアーゼ)の外来タンパク質への影響を確認するため、L. lactis NZ9000 WT /ΔhtrAの両菌株にH. pylori由来の外膜タンパク(全長oipA)を導入し発現量の比較を行ったが、本タンパク質はいずれの宿主においても発現量が低く、量的比較には至らなかったため、他のピロリ菌タンパクを用いた再試験を行っている。本年度は、昨年度の研究結果を踏まえ、非組換え乳酸菌を用いた目的タンパク質の細胞表層提示系の構築、ならびに提示可能なタンパク質量をハイスループットで定量する系の構築を試みた。大腸菌BL21株を宿主として、Lactococcus lactis由来のアンカータンパク質(LysM)をC末端に持つGFP(レポータータンパク質)発現株を構築し、得られた大腸菌破砕液と提示宿主である乳酸菌株をインキュベートすることにより、目的タンパク質を細胞表層に提示させた乳酸菌株を取得した。抗GFP抗体を用いたブロッティング解析、および免疫染色により乳酸菌株の細胞表層に提示された目的タンパク質の局在を確認した。また、GFP由来の蛍光強度を測定することにより、それぞれ異なる条件、宿主で提示されたタンパク質量をハイスループットに比較定量することが可能となった。上記の定量系を用いて、提示宿主である乳酸菌株の調整法、大腸菌破砕液との反応条件、提示されたタンパク質の保持力等についても詳細な検討を行い、多くの情報を得ることができた。また、同アンカータンパクを用いたコンストラクトが、L. lactisだけではなく、試験した全ての乳酸菌種(7属16菌種)に対して有効であることが示された。研究費の交付開始が10月であり、必要な器材、消耗品等の購入がそれ以降可能となったため、実質的な研究期間が限られていた。そのため、当該年度に予定していたピロリワクチンの候補となる乳酸菌組換え体の獲得には至っていない。上記の実験を通して得られた知見をもとに、次年度は計画以上の成果を上げられるように努力したい。27年度が最終年度であるため、記入しない。細菌学、応用微生物学、分子微生物学今後は、当該年度に達成することができなかった研究項目に継続して取り組むとともに、以下の項目について検討する。1ピロリ抗原発現プラスミドの構築と、抗原局在性の異なる乳酸菌組換え体の獲得2ポリクローナル抗体を用いた、ピロリ抗原タンパクの発現・局在解析4ピロリ菌感染マウスモデルを用いた免疫付与試験27年度が最終年度であるため、記入しない。
ヒト人工多能性幹(iPS)細胞由来神経幹細胞の分化制御基材の構築

細胞移植による中枢神経の再生治療を普及させるには、均質な神経前駆細胞また神経幹細胞を大量に調製するための技術が不可欠である前年度は、細胞外マトリックス(extracellular matrix, ECM)がiPS細胞由来の神経前駆細胞(NPC)の増殖に及ぼす影響について検討し、laminin-1、laminin-5およびMatrigel上で細胞接着および細胞増殖が良好であることを見出した。それらの培養基材上で増殖した細胞はNPCマーカーのnestinを90%程度発現していた。しかしながら、臨床応用を考えた時、全鎖長のタンパク質は生産コストがかかることより妥当ではない。本年度は、培養基材として、Laminin由来の小ドメインの利用について検討した。これら3種類のECMのうち、蛋白質の構造と細胞接着の関係の解析が進んでいるLaminin-1に着目し、その細胞接着に関わることが知られているα1鎖由来G3ドメイン(LG3)をもつキメラ蛋白質を、大腸菌発現系を用いて作製した。遺伝子工学的手法を用いて、LG3のC末端に6残基のヒスチジンを融合したキメラ蛋白質を合成した。このキメラ蛋白質を、Ni^<2+>イオンを導入した基板表面に、Ni^<2+>イオンーヒスチジン間のキレート結合を介して固定化した。マウスiPS細胞から誘導した神経前駆細胞をLG3固定基材上で3日間培養したところ、細胞が突起を伸長しながら接着した。また、LG3固定基材上の細胞はLaminin-1固定基材上と同じ程度に増殖し、その98%以上が神経幹細胞マーカーであるNestinを発現していた。以上のように、大腸菌発現系によって合成したLG3キメラ蛋白質を用いて、マウスiPS細胞から誘導した神経幹細胞を、その未分化状態を維持したまま増殖させることの可能な培養基材を設計することができた。ラミニン由来G.3ドメインを固定化した培養基材を作成した。マウスiPS細胞由来神経前駆細胞が、作成した培養基材上で分化状態を維持した状態で増殖することを見出した。神経前駆細胞(NPC)を増殖させるための培養基材として、Laminin由来の小ドメインを固定化した培養基材を作成した。マウスiPS細胞から分化誘導したNPCは、神経前駆細胞マーカーのネスチンを発現しながら培養基材上で増殖した。今後は、ヒトiPS細胞から分化誘導したNPGが同様に増殖するか検討する必要がある。また、より成熟した神経やグリア細胞の培養に対しても、作成した基材が培養に適しているか検証するする必要がある。細胞移植による中枢神経の再生治療を普及させるには、均質な神経前駆細胞また神経幹細胞を大量に調製するための技術が不可欠である。特に、人工多能性幹細胞(iPS細胞)は無限の自己増殖能と、個体を構成する全ての細胞に分化できる多分化能を有しているため、神経系の移植細胞を大量に確保できるソースとして期待されている。細胞が分泌している細胞外マトリックス(ECM)は、細胞の接着、増殖、分化などの細胞挙動に影響を及ぼすことが知られているが、iPS細胞から誘導した神経前駆細胞(NPC)の増殖や分化に及ぼすECMの影響ついては未だ十分に調べられていない。本年度は、EcMがiPS細胞由来のNPCの増殖に及ぼす影響について検討した。iPS細胞から分化誘導したNPCを効率よく増幅するin vitroの培養環境の構築を目指して、培養基材としてのECMの影響を調べた。ガラス基板上へパターン状にアルデヒド基を導入した。このアルデヒド基を介して9種類のECM(Collagen I、Collagen IV、Gelatin、Laminin-1、Laminin-5、Matrigel、Fibronectin、Vitronecitn、ProNectin F)を同一基板上へ固定化した。一方、マウスiPS細胞を浮遊培養することによって、神経幹細胞を含む凝集体を形成させた。この凝集体から得られた単個細胞をECMアレイ上に播種し、無血清培地中で3日間培養することによって、神経幹細胞の未分化維持および増殖促進に有効なECMをスクリーニングした。laminin-1、laminin-5およびMatrigel上で細胞接着および細胞増殖が良好であり、それらのECM上で増殖した細胞はNPCマーカーのnestinを90%程度発現していた。この結果をもとに1aminin-1に着目し、ヒトiPS細胞からSFEB法により分化誘導したNPCをlaminin-1上で培養した。ヒトNPCはlaminin-1固定化基材上で、NPCマーカーのnestinおよびsox1を発現しながら増殖した。また、それらの細胞は適当な条件で培養することにより、ドーパミン神経やグリア細胞へ分化した。

これら3種類のECMのうち、蛋白質の構造と細胞接着の関係の解析が進んでいるLaminin-1に着目し、その細胞接着に関わることが知られているα1鎖由来G3ドメイン(LG3)をもつキメラ蛋白質を、大腸菌発現系を用いて作製した。遺伝子工学的手法を用いて、LG3のC末端に6残基のヒスチジンを融合したキメラ蛋白質を合成した。このキメラ蛋白質を、Ni^<2+>イオンを導入した基板表面に、Ni^<2+>イオンーヒスチジン間のキレート結合を介して固定化した。マウスiPS細胞から誘導した神経前駆細胞をLG3固定基材上で3日間培養したところ、細胞が突起を伸長しながら接着した。また、LG3固定基材上の細胞はLaminin-1固定基材上と同じ程度に増殖し、その98%以上が神経幹細胞マーカーであるNestinを発現していた。以上のように、大腸菌発現系によって合成したLG3キメラ蛋白質を用いて、マウスiPS細胞から誘導した神経幹細胞を、その未分化状態を維持したまま増殖させることの可能な培養基材を設計することができた。本研究課題についても計画の以上進展があった。培養基材として用いた細胞外マトリックスが神経前駆細胞の増幅に与える影響について明らかにし、laminin-1が神経前駆細胞の培養基材として有用であることを見出した。その成果は、国際会議での発表という形で公表した。また、ヒトips細胞由来神経前駆細胞を増幅させるための培養基材の設計についての研究成果をまとめ、現在、論文作成中であり、英文学術誌へ投稿する予定である。以上のように、本年度は研究計画の通りの成果をまとめることができた。ラミニン由来G.3ドメインを固定化した培養基材を作成した。マウスiPS細胞由来神経前駆細胞が、作成した培養基材上で分化状態を維持した状態で増殖することを見出した。NPCを増殖させるための培養基材として、laminin-1が有効であることを明らかにした。しかしながら、臨床応用を考えた場合、生体由来のタンパク質はウイルス感染等のリスクを伴う。また、全鎖長のlaminin-1の合成は、生産コスト面等から妥当ではない。Laminin由来の小ドメインの合成、および神経前駆細胞を増幅させる培養基材としての利用について今後検討する。さらには、基材上で増幅した細胞の分化特性について、より詳細に検討する。特に、パーキンソン病治療を念頭において、培養基材上で増幅した細胞のドーパミン神経細胞への分化誘導を試み、in vitroおよびin vivoでの細胞機能試験を行う。神経前駆細胞(NPC)を増殖させるための培養基材として、Laminin由来の小ドメインを固定化した培養基材を作成した。マウスiPS細胞から分化誘導したNPCは、神経前駆細胞マーカーのネスチンを発現しながら培養基材上で増殖した。今後は、ヒトiPS細胞から分化誘導したNPGが同様に増殖するか検討する必要がある。また、より成熟した神経やグリア細胞の培養に対しても、作成した基材が培養に適しているか検証するする必要がある。
リーマン面の理想境界の研究

平成18年度、研究代表者正岡弘照は以下の結果を得た。1.Green関数をもつ開リーマン面Fに対して、HP(F),HB(F),HD(F)をそれぞれF上の非負値調和関数の差の全体、F上の有界調和関数の全体、F上のDirichlet積分が有限な調和関数の全体とする。このとき、次がなりたつ。(1)以下の3条件は同値である。(b)Fのミニマルマルチン境界Δ_1の濃度が有限で、各ζ(∈Δ_1)に対して、ζで極をもつマルチン関数k_ζがHB(F)に属する。(2)以下の3条件は同値である。(b)ある調和測度0の集合Nが存在して、Δ_1-Nの濃度が有限で、各ζ(∈Δ_1-N)に対して、ζで極をもつマルチン関数k_ζがHD(F)に属することである。2.原点を除いたリーマン球面のp葉Heins型被覆面R_Hに対して、その擬等角変形が原点を除いたリーマン球面のp葉Heins型被覆面F_Hになるとき、R_Hのミニマルマルチン境界の濃度とF_Hのミニマルマルチン境界の濃度が等しいことを示した。また、原点を除いたリーマン球面の2葉非有界被覆面Rに対して、Rの分岐点列の射影{a_n:n∈N)が正の実軸上にあり、2^<n+1><a_n<2^nをみたすとき、Rのミニマルマルチン境界の濃度とRの擬等角変形Fのミニマルマルチン境界の濃度が等しいことを示した。平成19年度、研究代表者正岡弘照は以下の結果を得た。Green関数をもつ開リーマン面Fに対して,HP(F),HD(F),MHB(F),MHD(F),h_q(F)(q>1)をそれぞれF上の正値調和関数の全体,F上のDirichlet積分が有限な正値調和関数の全体,F上の恒等的に∞でない有界な正値調和関数の単調増大列の極限関数の全体,F上の恒等的に∞でないDirichlet積分が有限な正値調和関数の単調増大列の極限関数の全体,F上の指数qをもつ正値調和Hardy空間とする。(1)HP(F)=MHB(F)であることとFのミニマルマルチン境界Δ_1の濃度が高々可算で,Δ_1の各点が正の調和測度をもつこととが同値である。(2)HP(F)=MHD(F)であることとFのミニマルマルチン境界Δ_1の濃度が高々可算で,各ζ(∈Δ_1)に対して、ζで極をもつマルチン関数k_ζがHD(F)の要素であることとが同値である。(3)HP(F)=h_q(F)であることとFのミニマルマルチン境界Δ_1の濃度が有限で,Δ_1の各点が正の調和測度をもつこととが同値である。(4)h_q(F)=h_r(F)(q>r>1)であることとある調和測度0のFのミニマルマルチン境界Δ_1の部分集合Nが存在して,Δ_1-Nの濃度が有限で,Δ_1-Nの各点が正の調和測度をもつこととが同値である。(5)HD(R)=MHD(R)であることとある調和測度0のFのミニマル倉持境界Δ^K_1の部分集合Nが存在して,Δ^K_1-Nの濃度が有限でΔ^K_1-Nの各点における調和測度が調和関数として,HD(F)の要素であることとが同値である。平成19年度,研究代表者正岡弘照は次を得た。Green関数をもつ開リーマン面Fに対して,h_q(F)(q≧1)をF上の指数qをもつ調和Hardy空間とする。p≠q(p>1,q>1)のとき,h_p(F)=h_q(F)がなりたつための必要十分条件はある調和測度0のFのミニマルマルチン境界△_1の部分集合Nが存在して,△_1-Nの濃度が有限で,△_1-Nの各点が正の調和測度をもつことである。平成20年度は研究代表者正岡弘照は平成19年度の研究を踏まえて,HD(F)をF上のDirichlet積分が有限な調和関数の全体とするとき,HD(R)=h_q(F)(q≧1)がなりたつための必要十分条件を考察した。すなわちq≠2のとき,HD(R)=h_q(F)がなりたつための必要十分条件はある調和測度0のFのミニマルマルチン境界△_1の部分集合Nが存在して,△_1-Nの濃度が有限で,△_1-Nの各点が正の調和測度をもち,△_1-Nの各点における調和測度が調和関数として,HD(F)要素であることである。現在,q=2のとき,HD(R)=h_q(F)であって,正の調和測度をもつ△_1の点の全体の濃度が有限でないFの例が存在するかどうかは未解決である。しかし,q≠2のとき,HD(R)=hq(F)がなりたつための必要十分条件がマルチン境界の言葉で,hp(F)=hp(F)がなりたつための必要十分条件と類似の条件で与えられたことは意義深いことに思える。
結晶を利用した加速器応用技術の開発

結晶は原子が周期的に配列したものであり、高速の電子ビームが結晶に入射すると、その周期性を反映しユニークな放射現象が生じる。ある条件を満たすと回折チャネリング放射と呼ばれる新たな放射現象が生じることが理論的に予言されている。本研究の目的は、回折チャネリング放射の初観測とビームモニタへの応用である。本研究では、回折チャネリング放射の生成条件を探索するのに必要となる、結晶透過後の電子ビームの角度分布と結晶から放出されるX線の角度分布の測定装置を開発し、それぞれの観測に成功した。さらに実験を進め、回折チャネリング放射の初観測を目指している。平成21年度は、電子ビームと結晶の相互作用研究(パラメトリックX線、チャネリング)を行うための実験装置の設計・製作・設置を行った。(i)結晶の角度を調整するための、2軸回転可能なゴニオメーター及びそれを収納する真空チェンバーの製作を行った。ゴニオメーターの角度分解能は0.001°以下である。これは、チャネリングを起こす臨界角よりも十分小さい値である。ゴニオメーターは必要に応じてビーム軸から退避させることができるよう、水平移動の可能なステージ上に搭載した。ゴニオメーターチェンバーを電子リニアックに接続しても真空的に問題のないようにするため、ゴニオメーター及びチェンバーは超高真空仕様となるよう設計に注意を払った。(ii)結晶をチャネリングした電子は、特徴的な角度分布を持つことが知られている。そこで、結晶透過後の電子ビームのプロファイルを測定するため、ゴニオメーターチェンバーの下流にスクリーンモニタを設置した。実験条件(ビームのエネルギー、結晶の厚さ)によってビームの角度拡がりは変わるが、広い角度範囲に対応できるよう、結晶に近い位置に1台と遠い位置に1台の計2台のスクリーンモニタを用意した。(iii)結晶からのX線を検出するための検出器、スクリーンモニタにおけるビームのプロファイルを観測するためのCCDカメラ等測定システムの整備を進めた。平成22年度から、九州シンクロトロン光研究センターSAGA Light Source (SAGA-LS)のリニアックからの電子ビームを用いて実験を開始する予定である。また、結晶の状態を事前に把握するために、SAGA-LSの電子蓄積リングからの放射光を利用した回折実験も検討している。平成22年度は、平成21年度に設計・開発した実験装置を用い、九州シンクロトロン光研究センター(SAGA-LS)の255MeVリニアックからの電子ビームをシリコン結晶に照射し、パラメトリックX線とチャネリングの実験を開始した。(i)電子ビームと結晶の相互作用研究において、ビームの質は重要である。そこで、Qスキャン法(4極電磁石の強さを変えていき、ビームサイズを測定する方法)を用いて、ビームのエミッタンスとツイスパラメータ(ビームの光学的関数)の評価を行った。エミッタンスは十分小さく、実験に適していることが確認された。(ii)イメージングプレートを用いて、パラメトリックX線の角度分布の測定に成功した。本研究により、パラメトリックX線の簡易的な検出器として、イメージングプレートを使用できることが実証された。また、複数のパラメトリックX線の回折スポットを同時に検出することに世界ではじめて成功した。(iii)結晶透過後の電子ビームのプロファイルを測定することにより、電子のチャネリング現象の観測に成功した。結晶の角度を回転させたときに、結晶の原子列のつくるポテンシャルによって電子ビームがガイドされ、偏向される様子が観測された。現在、ロシアのトムスク工科大学の理論グループとともに、シミュレーションを行っている。チャネリング条件とパラメトリックX線の生成条件が同時に満たされたときに生成される回折チャネリング放射の世界初観測が最終目標であったが、研究期間内に達成することができなかった。前述したように、パラメトリックX線とチャネリングの実験手法は確立しており、今後数か月以内に、回折チャネリング放射の観測を試みる予定である。