hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
子どもにわかる小学校理科授業に必要な教師の実践力研究-物質・エネルギーを中心に-

小学校で観察・実験を取り入れた理科授業ができる教員を養成するため、限られた時間の中で、何をどのようにすべきかを実践を通して検証した。具体的には、指導法に関する科目「理科教育研究」や教員免許状更新講習での実践という限られた時間の中で、理科(主に物質・エネルギー区分)の授業実践に最小限必要な資質能力を受講生に身につけさせることをめざした。実践の結果、受講生は少なくとも授業実践に必要な実験観察技能を修得できた。さらに、自らの今後必要な学びを見いだすこともできた。1理科との関連が強い生活科の授業の力量・実践力の向上をめざし、生活科の指導法に関する科目で、社会教育施設を利用した授業づくりを実践した。受講学生全員が「授業づくりに役立つ」と肯定的な評価をするなど、全ての観点で概ね肯定的な評価を得た。2小学校での化学実験準備を題材にした教員免許状更新講習(予備講習)の試験結果から「理科に関する素養」を分析・検討した。濃塩酸や過酸化水素水の希釈調製の計算問題では、試験直前に演習で求め方を再確認しているにもかかわらず立式すらできていなかった。単純に教師用指導書に最適な濃度を記述しても、実験に必要な量を検討したり、適切な濃度にするための計算することができないため、実験そのものを行わなかったり、安全に実験できないことが予想できる。3日本人学校教員へ「大学で学びたかったこと」「理科の教材研究・授業実践で苦労したこと」を主体とした聞き取り調査を実施した。その結果、「大学で学ぶ目的をしっかりと持たせる」ことや、「学校現場や現職教員からの学び」から現代的な課題を学ぶ機会と、「理科の学習を構成する知識・理解や技能等」を授業実践などの具体例を通してなるべく多く身につけることが重要であるという意見があった。一方、「明日の授業ですぐ使える」ものだけでなく、身の丈にあった形や、子どもの実態であったり学校をとりまく環境に応じて授業をアレンジできる能力を身につけることも求められた。4小学校理科の指導法に関する科目で、教科書教材実験を追体験させることを取り入れた。とりくみそのものについては肯定的な評価を受講学生から得たが、時間の割に課題の量が多すぎるという意見も得た。5小学校6年生を対象にコンデンサーを取り入れた授業実践を行い、授業者に求められる素養を検証した。児童だけではなく授業者も充電池との違いを十分認識できていないなど教師用指導書等で補足すべき事項がある。新しい小学校学習指導要領に基づく理科の教科書の内容に即した形で、授業で求められる質・量・精度に到達しうる観察・実験を取り入れた学習指導ができる教師教育について研究した。(1)観察や実験などを取り入れた理科授業が実践できる教師教育のあり方を実践で検証した。●教員養成教育として、小学校理科指導法科目「理科教育研究」を実践の場として学生教育を行い、限られた時間の中で、何をどこまで指導できるかを確認した。受講学生の評価は比較的高く、受講後の授業評価では大多数の学生が肯定的な評価をした。特に、教科書に掲載されている実験教材を用いたことに対しての評価が高かった。電磁気関連の単元の中でも「これまで履修してこなかった内容・教材」を含む「電気の利用」を大学で学ぶべきという意見が学生から多く寄せられた。●教員免許状更新講習の選択講習を実践の場として、現職教員教育実践を行った。1回の実践が6時間という短時間ではあったが、上述の「理科教育研究」の実践内容を精選して提供した実践は、受講者から肯定的な評価を得た。(2)小学校理科教科書の内容分析を行い、教師教育実践の改善へ向けて授業で求められる質・量・精度に到達できる教師の観察・実験技能について検討した。また、現職教員からの声だけでなく、研究代表者自身が子どもに対する授業実践を行った結果とあわせて、子どもにわかるような観察・実験教材の提供方法(授業への取り入れ方)について検証した。物質・エネルギー区分の教科書掲載教材実験に必要な理科教育等施設整備費補助対象の観察・実験器具ならにびそれを継続的に用いるための消耗品を購入した。これまでに購入した観察・実験器具とあわせて、それを用いた教材実験を「教員の卵である大学生」への教育活動に取り入れた。その実践を通して、限られた時間の中で、最低限の実践力を保証するためには、どのような学びを提供すべきかを検証するとともに、提供した学びによる受講生の各単元の観察・実験の指導に対する自信度(修得感)の変化と最低限の時間の中で教師教育に求めるものを検証した。自信度については、実践前(受講前)では、ほとんどすべての単元で「自信が無い」状況だったが受講後には、確たる強い自信までは至らないが、自信がもてるようになってきている。

自信があまりもてていないと評価した者は、学ぶことを通して自信過剰気味だったことを自覚したり、「もう少し○○を学びたい(学ばないと自信につながらない)」と、漠然としたものから具体的なものへ自分の不足しているものを見いだすことができており、実践を通して、自らの今の実力を厳しく自己評価していることから今後の成長が期待できる。理科教育史や諸外国の教育に関すること以外を学生は最低限の学びに求めており、とりわけ理科の授業に特徴的な「実験観察指導」「安全指導」「理科室・教材教具の管理」を強く求めていることがわかった。同様の実践は、教員免許状更新講習でも行い、学生教育と同様の結果が得られた。全体的に電磁気関連の単元の学びに、もう少し時間をかけるべきであるということが見えてきた。上述の実践をかいつまんで体験させる機会を中学生に提供し、小学校教師に求められるものとは何かを学ばせることができ、この研究がキャリア教育にも還元できた。本研究の目的は、小学校理科授業(とりわけA物質・エネルギーに関する区分[物理・化学系])で、観察・実験を取り入れながら授業を展開するための教師の最小限の資質や能力、実践力が何であるのかを追究し、それをどのように小学校教員養成段階・教師教育(教員免許状更新講習等)という限られた時間の中で取り入れていくのかを実践を通して考究することである。具体的には、受講者に観察・実験教材を実体験させるとともに、その体験から受講者自らが教材研究する実践を行った。1教員免許状更新講習での実践では「内容・方法についての総合的な評価」、「最新の知識・技能の修得の成果についての総合的な評価」の両面で受講者全員が肯定的な評価をした。講習の内容が限られた時間の中で行われる教師教育として適切であったと評価できる。2小学校教員志望学生への実践では、シラバスに記載された目的や趣旨が活かされた授業で、使用した教材が適切で、教員の説明もわかりやすく、理解を促すための方法上の工夫がよくされており総合的に判断してこの授業に満足していると「強くそう思った」学生が6割を超えた(前期の授業評価)。各観点別に肯定的な評価をしなかった受講学生は最大でも5名(8%)であった。3小学校教員志望学生に対する実践で、B生命・地球に関する区分[生物・地学系]での受講前後での自信度(自己評価)を調べたところ、「昆虫と植物」「身近な自然の観察」「太陽と地面の様子」「月と星」「土地のつくりと変化」「月と太陽」の各単元で受講後に有意に上昇した。特に女性に顕著であった。受講者の自己修得感・満足感は主観的な評価であるため、必ずしも実践力の保証を裏付けするものではない。しかし、受講者は最低でも理科授業実践に必要な実験観察技能を修得できた。今回の一連の実践は、限られた時間の中で教員としての最小限の資質能力の保証につながることが期待できる。本研究の目的は、小学校理科授業(とりわけA物質-エネルギーに関する区分[物理・化学系])に必要な教師の最低限の資質や実践力を追求し、それをどのように小学校教員養成・現職教師教育に取り入れるのかを考究することである。実際に教科書で取り扱われている教材実験・観察を実体験させながら教科指導に必要な事項の学びについて検証している。実践を通して、限られた時間の中で何をどのように、どこまで学ばせるのかの研究を進めている。A区分だけでなく、当初の予定にはなかったB生命・地球に関する区分
カイコ前胸腺刺激脳ホルモンの構造解析

カイコ蛾頭部から2種類の前胸腺刺激ホルモン(22K-PTTHと4K-PTTH,ただし後者はボンビキシンと改名した. )を単離した. 22K-PTTHはカイコ前胸腺を活性化してエクジソンの合成と分泌を促すが,複数存在する分子種のうち一分子種を単離し,そのN末端アミノ酸配列を13残基まで決定できた.その部分配列には脊椎動物のペプチドホルモンとの相同性は認められなかった.ボンビキシンはエリ蚕の前胸腺を活性化するペプチドで, 20残基のA鎖と28残基のB鎖がジスルフィド架橋を介して結合した2本鎖構造を有し,脊椎動物のインスリンとアミノ酸配列に約40%の相同性がある.ボンビキシンのジスルフィド結合の様式を明らかにするために,ボンビキシンIIを用いてサーモリシン消化し, 2種のシスチンペプチドを得た.それらの配列分析の結果,そのうちの1種の配列からA_<20>-B_<22>の結合が明らかになった.他の1種は2つのシスチンを含んでいたため,直接ジスルフィド結合様式を決定できなかったので,可能性のある3種類のシスチンペプチドを全て合成し,天然由来のシスチンペプチドとHPLCで比較したところ,そのうちの1つと一致したことから, A6-A11, A7-B10の結合が明らかとなった.このようにして決定された3対のジスルフィド結合の結合様式はインスリンのそれと全く一致した.インスリンとのこのような高い相同性からボンビキシンの三次構造を既にX線結晶構造解析から立体構造が明らかになっているインスリンの構造を基礎にして推定した.その結果,一次配列が類似しているにもかかわらず,分子表面の構造には両者でかなり異っており,これが生物活性の違いの原因になっていると考えられた.A鎖N末端のデカペプチドを合成し,ウシ血清アルブミンに結合させ,これに対するモノクローナル抗体を作製した.免疫組織化学の結果から,ボンビキシンは間脳部の4対の神経分泌細胞で生産されると推定された.カイコ蛾頭部から2種類の前胸腺刺激ホルモン(22K-PTTHと4K-PTTH,ただし後者はボンビキシンと改名した. )を単離した. 22K-PTTHはカイコ前胸腺を活性化してエクジソンの合成と分泌を促すが,複数存在する分子種のうち一分子種を単離し,そのN末端アミノ酸配列を13残基まで決定できた.その部分配列には脊椎動物のペプチドホルモンとの相同性は認められなかった.ボンビキシンはエリ蚕の前胸腺を活性化するペプチドで, 20残基のA鎖と28残基のB鎖がジスルフィド架橋を介して結合した2本鎖構造を有し,脊椎動物のインスリンとアミノ酸配列に約40%の相同性がある.ボンビキシンのジスルフィド結合の様式を明らかにするために,ボンビキシンIIを用いてサーモリシン消化し, 2種のシスチンペプチドを得た.それらの配列分析の結果,そのうちの1種の配列からA_<20>-B_<22>の結合が明らかになった.他の1種は2つのシスチンを含んでいたため,直接ジスルフィド結合様式を決定できなかったので,可能性のある3種類のシスチンペプチドを全て合成し,天然由来のシスチンペプチドとHPLCで比較したところ,そのうちの1つと一致したことから, A6-A11, A7-B10の結合が明らかとなった.このようにして決定された3対のジスルフィド結合の結合様式はインスリンのそれと全く一致した.インスリンとのこのような高い相同性からボンビキシンの三次構造を既にX線結晶構造解析から立体構造が明らかになっているインスリンの構造を基礎にして推定した.その結果,一次配列が類似しているにもかかわらず,分子表面の構造には両者でかなり異っており,これが生物活性の違いの原因になっていると考えられた.A鎖N末端のデカペプチドを合成し,ウシ血清アルブミンに結合させ,これに対するモノクローナル抗体を作製した.免疫組織化学の結果から,ボンビキシンは間脳部の4対の神経分泌細胞で生産されると推定された.1.カイコ前胸腺刺激ホルモン(PTTH)の単離と構造解析(1)4K-PTTHこれまでに3種類の4K-PTTH(4K-PTTH-【1】【II】【III】)を単離し、そのうち【II】について全アミノ酸一次配列を決定している。今回、【II】に存在する3対のジスルフィド結合のうち1対の結合位置をサーモリシン消化ペプチドの配列分析により決定した。また、新たな材料からこれまでとは別の2種類の4K-PTTH(4K-PTTH-【IV】【V】)を単離し、それらの全アミノ酸配列を決定した。それらの配列は【II】の配列と全体的には高い相同性が認められたが、A.B2本鎖のうち、B鎖のN末端およびC末端の数残基についてはかなりの違いが認められた。従って、4K-PTTHの立体構造で比較的自由度が高いと考えられるB鎖のNおよびC末端付近は活性の発現に重要ではないと推定された。(2)22K-PTTH約50万頭のカイコ蛾頭部から、カイコ除脳蛹による生物検定法を用いて22K-PTTHの抽出精製を行い、最終的に主要活性分画からその一分子種5.4μgを単離した。N末端アミノ酸配列分析の結果、13残基の配列を決定できた。

また、単離の過程で活性は隣りあう複数の分画に認められたことから22K-PTTHには構造的に類似した多数の分子種が存在することが推定された。2.カイコ前胸腺刺激ホルモンに対するモノクローナル抗体の作製と免疫組織化学4K-PTTH-【I】のA鎖のN末端に相当するデカペプチドを化学合成し、これを抗原としてマウスを用いて常法によりモノクローナル抗体を得た。この抗体は抗原に用いたデカペプチドあるいは4K-PTTHのジスルフィド結合を還元したA鎖とは交叉活性を示したが、天然の4K-PTTHとは交叉活性をもたないことがわかった。この抗体を用いてカイコの神経組織を染色した結果、脳間部に存在する4対の神経分泌細胞とアラタ体が染色されたことから、4K-PTTHの産生細胞が同定された。
尋常性乾癬に対するマクロライドの効果とその作用機序について

マクロライド系抗生物質は、近年、びまん性汎細気管支炎に対する有効性がクローズアップされ、その有用性については既に臨床、基礎研究において実証されている。我々は、今回の研究で、マクロライド剤が,尋常性乾癬に対しても有効であることを、臨床及び基礎の両面より明らかにした。乾癬外来通院患者20名に対し、同意を得た上てマクロライド内服を行い、PASI、掻痒、軟膏使用量に関して評価を行い、マクロライド内服が尋常性乾癬に対し有効であることを確認した。この結果は、98年度の日本乾癖学会、99年度のマクロライド新作用研究会にて発表した。また、マクロライド剤が、培養表皮細胞のGroα、GMCSF産生に対し抑制的に働くことをin vivoで確認し、99年度の日本乾癬学会にて発表した。以上は、現在Journal Dermatologyに投稿中である。さらに、マクロライド剤の表皮細胞に対するサイトカイン抑制作用機序に関して、AP-1、NFkB抑制に関する知見を得た。また、マクロライドのサイトカイン産生抑制がカルシウム依存性であることを確認し、現在発表準備中である。以上の結果は、現在根治的療法の確立されていない尋常性乾癬において、新しい治療法の確立につながる結果であり、館床上非常に有意義である。と同時に、マクロライドという抗生物質が、抗菌作用以外に抗炎症作用を有するという知見をさらに裏付けるものであり、その作用機序を含めた解析において、新たな知見を加えることとなると考えられる。マクロライドの培養表皮角化細胞に対する効果を、表皮細胞からのIL-8、Gro α、GMCSF、IL-6、VEGF産生抑制の面から検討した。その結果、マクロライドは、10^<-4>Mの濃度で、Gro α及びGMCSF産生を約40%抑制したが、IL-8、IL-6産生は抑制しなかった。また、VEGF産生については、同濃度において約2から3倍に産生亢進を認めた。またこれらの作用には、濃度依存性が認められた。AP-1、NFkB等の転写因子との関連については、現在これらのコンセンサスシークエンスでコントロールされるCATベクターを作製中である。マクロライドの尋常性乾癬にたいする臨床効果については、外来通院患者を中心に約10例に試験投与を行ったところ、滴状乾癬を含む約8例について効果が認められ、外用ステロイド剤の使用量を約2分の一から3分の一に減量することが可能であった。また残りの2例については、比較的固定したプラークタイプの皮疹を持つ患者であったが、明らかな効果は認められなかった。以上より、マクロライドの尋常性乾癬に対する効果は個人間で差があるものの、有効な症例に関しては外用ステロイド剤使用量を減量できるなどの効果が認められた。今後臨床症例数を増やし、さらにマクロライドの転写活池に対する影響、及びランゲルハンス細胞での作用の検討を次年度の課題としたい。
民間予測集計の特性を生かした新しい景気早期警戒指標の開発

日本で初めての月次の民間調査機関の予測集計「ESPフォーキャスト集計」の特性を多角的に分析し、日本経済の先読みに役立つ新たな指標を作成した。具体的には、実績値が公表されるまでの期間の長さと予測の精度、機関ごとの予測のばらつきの関係などの特性を分析した。その特性を生かして、GDP速報値をその公表前に予測する「ナウキャスティング」の手法を開発し、国内外の学会で発表した。あわせて、予測対象となるGDP統計の改定のクセやその原因と考えられる推計手法の問題点などを分析するリヴィジョンスタディも行い、国内学会で発表、研究雑誌に公表した。景気動向を先読みするための先行指標はこれまでも数多く作成されてきた。日本政府においても、「景気動向指数」(内閣府)において先行指数が毎月算出・公表されている。こうした指標の多くは、景気変動に先んじて変化する経済データ(例えば、在庫指数)を集め・加工したものであるが、その先行性は必ずしも安定的ではないため、先行指標のパフォーマンスも不安定なものとなっている。一方、毎月の経済データの動向を観察し、経済成長率を中心に先行きを予測する民間調査機関のエコノミスト(フォーキャスター)は日本国内だけでも40人強存在する。こうしたフォーキャスターの予測結果は、従来、年度単位で集計されていたが、2004年から始まった「ESPフォーキャスト調査」によって月次で予測結果が集計されるようになった。集計の対象も、年度値だけでなく、四半期値や金融政策の方向性など幅が広がってきた。本研究はこうした月次集計の結果を、景気の早期警戒指標のパフォーマンスの改善に生かすことを狙いとしている。初年度の2014年度は、ESPフォーキャストを中心とした民間予測集計結果およびその比較対象となる政府経済見通しのデータベースを構築した。また、その評価の際に必要な経済データの当時の実績値(リアルタイムデータ)のデータベースも構築した。こうしたデータを用いて、まずは年度値予測の特性分析を行った。こうした指標の多くは、景気変動に先んじて変化する経済データ(例えば、在庫指数)を集め、加工したものであるが、その先行性は必ずしも安定的ではないため、先行指標のパフォーマンスも不安定なものとなっている。2年目の2015年度は、経済予測値、リアルタイムデータの更新を行いながら、年度値予測の特性分析を国内外の学会で発表した。また、リアルタイムデータの特性分析も並行して行い、国内の研究会で発表した。2015年度から経済学科主任を拝命し、学務負担が急激に高まった。このため、2015年度に取り組む予定であった景気指数の作成方法の研究に全く取り組むことができなかった。年度値予測の特性分析については、海外で1回、国内で2回の学会発表を行ったが、Discussion Paperの形としても残すことができなかった。さらに、四半期予測の特性分析について取り組む時間も取れなかった。一方、GDP統計のリアルタイムデータ分析については国内の研究会で発表でき、この面では来年度に向けての足がかりを得られた。このほか、2014年度に引き続き、15年度も内閣府経済社会総合研究所による「景気動向指数の改善に関する調査研究」の委員に招聘され、現状の景気動向指数の問題点、改善の方向について議論、提案した。これは、本研究の最終目標である新しい景気早期警戒指標の開発に役立つと考えている。

また、その評価の際に必要な経済データの当時の実績値(リアルタイムデータ)のデータベースも構築した。こうしたデータを用いて、まずは年度値予測の特性分析を行った。2年目の2015年度は、経済予測値、リアルタイムデータの更新を行いながら、年度値予測の特性分析を国内外の学会で発表した。また、リアルタイムデータの特性分析も並行して行い、国内の研究会で発表した。3年目の2016年度は、リアルタイムデータの特性分析と四半期値予測の特性分析を国内学会で発表した。リアルタイムデータの特性分析については論文にまとめ、国内学術雑誌に掲載された。2016年度も引き続き経済学科主任を拝命し、学務負担が多い状況が変わらなかった。リアルタイムデータの特性分析については論文を完成させ、学術雑誌に掲載されたが、経済予測の特性分析については学会発表は行ったものの、Discussion Paperの形としても残すことができなかった。なお、リアルタイムデータ分析に関しては、総務省「速報性のある消費関連指標の在り方に関する研究会」の構成員として招請され、マクロ、ミクロの両面から消費関連指標の課題について議論する機会があった。統計委員会において統計改革に関する意見を申し述べる機会も得た。リアルタイムデータ分析の成果を生かすとともに、今後の研究にも役立てると考えている。景気動向を先読みするための先行指標はこれまでも数多く作成されてきた。日本政府においても、「景気動向指数」(内閣府)において先行指数が毎月算出・公表されているが、先行性は必ずしも安定的ではないため、先行指標のパフォーマンスも不安定なものとなっている。一方、毎月の経済データの動向を観察し、経済成長率を中心に先行きを予測する民間調査機関のエコノミスト(フォーキャスター)は日本国内だけでも40人強存在する。こうしたフォーキャスターの予測結果は、従来、年度単位で集計されていたが、2004年から始まった「ESPフォーキャスト調査」によって月次で予測結果が集計されるようになった。本研究はこうした月次集計の結果を、景気の早期警戒指標のパフォーマンスの改善に生かすことを狙いとしている。4年目の2017年度は、民間予測集計におけるばらつき(disagreement)と予測の精度の関係、およびばらつきを予測に生かすという2種類のdiscussion paperを執筆し、前者については学術雑誌へ投稿して審査待ちである。日本で初めての月次の民間調査機関の予測集計「ESPフォーキャスト集計」の特性を多角的に分析し、日本経済の先読みに役立つ新たな指標を作成した。具体的には、実績値が公表されるまでの期間の長さと予測の精度、機関ごとの予測のばらつきの関係などの特性を分析した。その特性を生かして、GDP速報値をその公表前に予測する「ナウキャスティング」の手法を開発し、国内外の学会で発表した。
RNA interferenceを応用したC型肝炎ウイルス増殖抑制系の開発

我々は当該研究においてC型肝炎ウイルス(HCV)に対する新たな抗ウイルス療法の技術基盤を確立するため、ウイルス増殖モデルであるHCVレプリコンシステムを用いて、RNA interferenceを応用したHCV増殖抑制効果の解析を行い、今年度の成果として下記を得た。1.HC-J4株から独自に構築したレプリコンにおいて、特定のアミノ酸変異を有するクローンが高レベルのゲノム増殖を生じることを明かにした(J Viral Hepatitis 2004)。2.独自に開発したキメラ・リポーター発現レプリコンシステムを用いて、インターフェロン、リバビリン等の薬剤を用いたウイルス増殖抑制効果の定量的解析の結果を報告した(J Infect Dis2004)。3.HCVゲノムの5'非翻訳領域を標的とするsmall interfering RNA(siRNA)を設計・構築し、キメラ・リポーター発現レプリコン発現細胞に導入したところ、HCV増殖が有意に抑制され、ごく一部の配列に強い遺伝子破壊効果(最大96%)が認められた。さらに、細胞内でヘアピン型siRNAを発現するDNAプラスミドベクターを構築し抑制効果を確認した。以上の結果をEMBO Reportsに報告した。4.siRNAの細胞内における効果を持続させるため、siRNA発現アデノウイルスベクターを構築し、レプリコン発現細胞に感染させたところ、ウイルス増殖を持続的に抑制しウイルス増殖が完全に停止した。5.siRNA発現アデノウイルスをHCV構造遺伝子発現トランジェニックマウスに投与することによりウイルスたんぱく発現を持続的に抑制し、siRNAのin-vivoにおける効果を確認した。本研究の成果を基に、今後さらにウイルス感染小動物モデルを用いたsiRNA導入療法の有効性・安全性を検証し、抗ウイルス療法の基盤を形成していく。また、ウイルス増殖に関与する宿主蛋白をsiRNAの標的とすることにより、抗ウイルス療法の新たな標的分子の探索を遂行する予定である。1.HC-J4株から独自に構築したレプリコンにおいて、特定のアミノ酸変異を有するクローンが高レベルのゲノム増殖を生じることを明かにした(J Viral Hepatitis 2004 in press)。2.独自に開発したキメラ・リポーター発現レプリコンシステムを用いて、インターフェロン、リバピリン等の薬剤を用いたウイルス増殖抑制効果の定量的解析の結果を報告した(J Infect Dls2004 in press)。今回設計したsiRNA発現アデノウイルスはin-vivoの発現抑制実験に応用可能であり、今後、HCV遺伝子発現トランスジェニックマウスでの肝細胞への導入効率、HCV蛋白発現抑制効果を検証していく。さらに、ウイルス増殖に関与する宿主蛋白を標的としたsiRNAを用いることにより、抗ウイルス療法の新たな標的分子の探索を遂行する予定である。

我々は当該研究においてC型肝炎ウイルス(HCV)に対する新たな抗ウイルス療法の技術基盤を確立するため、ウイルス増殖モデルであるHCVレプリコンシステムを用いて、RNA interferenceを応用したHCV増殖抑制効果の解析を行い、下記の成果を得た。1.HC-J4株から独自に構築したレプリコンにおいて、特定のアミノ酸変異を有するクローンが高レベルのゲノム増殖を生じることを明かにした(J Viral Hepatitis 2004)。2.独自に開発したキメラ・リポーター発現レプリコンシステムを用いて、インターフェロン、リバビリン等の薬剤を用いたウイルス増殖抑制効果の定量的解析の結果を報告した(J Infect Dis2004)。3.HCVゲノムの5'非翻訳領域を標的とするsmall interfering RNA(siRNA)を設計・構築し、キメラ・リポーター発現レプリコン発現細胞に導入したところ、HCV増殖が有意に抑制され、ごく一部の配列に強い遺伝子破壊効果(最大96%)が認められた。さらに、細胞内でヘアピン型siRNAを発現するDNAプラスミドベクターを構築し抑制効果を確認した。以上の結果をEMBO Reportsに報告した。4.siRNAの細胞内における効果を持続させるため、siRNA発現アデノウイルスベクターを構築し、レプリコン発現細胞に感染させたところ、ウイルス増殖を持続的に抑制しウイルス増殖が完全に停止した。5.siRNA発現アデノウイルスをHCV構造遺伝子発現トランジェニックマウスに投与することによりウイルスたんぱく発現を持続的に抑制し、siRNAのin-vivoにおける効果を確認した。本研究の成果より、今後さらにウイルス感染小動物モデルを用いたsiRNA導入療法のん有効性・安全性を検証し、抗ウイルス療法の基盤を形成する予定である。
海域間比較によるマイワシの資源変動に関する研究

日本海側および太平洋側に生息するマイワシの生物量は激しく変動し、その変動は主に環境変動により駆動されると考えられてきたが、具体的なメカニズムは未解明である。日本海側のマイワシ生物量の変動は、太平洋側のそれと比べて、数年遅れだがよく類似したパターンを示すことが知られている。この現象が環境変動の影響で起きているならば、マイワシの生物量変動に重要な要因は日本海と太平洋で連動している必要がある。そこで本研究では、このパターンが類似する理由を、遺伝子分析、物理環境場の解析、耳石の酸素安定同位体比分析等、様々な技術用いて検討することで、マイワシ生物量に重要な影響を与える環境要因を特定することを目指す。
癌幹細胞と上皮間葉転換を誘導するシグナル伝達経路を標的とした頭頸部癌治療の研究

頭頸部扁平上皮癌において、Oct3/4、Nanogを発現する癌幹細胞様細胞の存在が、細胞遊走能および浸潤能を亢進し、上皮間葉移行(EMT)を誘導した結果、転移をきたしていると考えられた。このことから、Oct3/4,Nanogなどの癌幹細胞をターゲットとした再発・転移抑制の新規治療につながる可能性が示唆された。頭頸部扁平上皮癌(HNSCC)細胞株HSC4、SAS、SCC4(舌扁平上皮癌株)に対し上皮間葉移行(EMT)を誘導し、細胞形態の観察を行いEMT指標となる因子の変化を確認、癌幹細胞マーカーの発現変化を調べた。色素排泄法によりflowcytometryにてsortingし、色素排泄能の高いSP細胞と低いnonSP細胞を分離させ癌幹細胞を抽出し、癌幹細胞関連遺伝子の発現を比較すると転写因子Oct3/4、Nanogの発現がSP細胞にて強く、細胞遊走能および浸潤能についてもSP細胞において高かった。また、舌部分切除を行ったstage I/II舌扁平上皮癌症例37例の臨床検体においてEMT関連因子の免疫組織化学染色を行った。後発転移をきたした13例でE-cadherin(CDH1)の発現低下をみとめ、EMT関連因子であるSIP1の発現亢進を認めた。すなわち頭頸部癌(舌癌)においてSIP1がCDH1転写抑制因子となっており、舌癌後発頸部リンパ節転移はEMTと関連していると考えられた。以上を踏まえ、SP細胞におけるEMT関連因子を調べるためSP細胞とMP細胞に対しmicroarrayを行い比較すると、EMT関連因子、CDH1,S1P1,などは明らかな差はなかったが、前述の検体に癌幹細胞マーカーの免疫組織化学染色を行ったところ、後発転移をきたした13症例はOct3/4とNanogの発現が有意に高かった。このことからEMTを介して後発転移をきたした症例にOct3/4とNanogの発現が関連し、これらを発現する癌幹細胞様細胞の存在が、細胞遊走能および浸潤能を亢進し、EMTを誘導した結果stage I/II舌扁平上皮癌の後発転移をきたしていると考えられ、このことからOct3/4,Nanogなどの癌幹細胞をターゲットとした再発・転移抑制の新規治療につながる可能性が示唆された。頭頸部扁平上皮癌(HNSCC)細胞株HSC4,SAS,SCC4に対し上皮間葉移行(EMT)を誘導し、細胞形態の観察を行い、EMT指標となる因子の変化を確認すると共に、癌幹細胞マーカーの発現変化を調べた。発現亢進を示したマーカーにつきreal-time PCRによる定量的評価、Western Blotおよびimmunocytochemstryによるタンパクレベルの評価検討している。さらにEMTを誘導した結果癌幹細胞マーカーの発現亢進を示したHNSCC細胞を対象にMammosphere cultureおよびSphere formation assayを行い、癌幹細胞の形質を反映するsphere形成能を評価する事によりEMT誘導による癌幹細胞マーカー発現亢進細胞の機能評価した。前述のHNSCC細胞株に対し、各々Hoechst33342色素排泄法を用いてFACSによりSP細胞とMP細胞を分離抽出し、まず細胞形態差の観察を行った。続いて種々の癌幹細胞マーカーの発現差を確認すると共に、EMTの指標となる因子の発現を比較することによりSP細胞におけるEMT亢進を確認。EMT亢進を認めたSP細胞における細胞遊走能・浸潤能の評価をin vitromigration assayおよびin vitro invasion assayを行い、細胞遊走能および浸潤能を評価していく。前述の結果を比較検討しHNSCCにおけるEMT誘導と癌幹細胞形質の相互関係を明らかにすることでEMTと癌幹細胞の形質獲得を同時に誘導する共通シグナル伝達経路の解明し、その共通項が浸潤、及び転移に対する新たな治療標的となる可能性を明らかにしたいと考えている。・EMT誘導時のHNSCC細胞株における癌細胞マーカーの発現変化の評価に難渋した。・フローサイトメトリにてSP細胞を安定してsortingすることに時間がかかった。上記2点と考えられる平成24年度未使用額発生は効率的な物品調達を行った結果であり、引き続き25年度の消耗品購入に充填する予定。25年度においてはEMT誘導因子、阻害剤、各種薬剤の購入や、結果解析などの実験費用、機材購入などでの使用を計画している。
聴覚障害者に適したビジュアル・インタラクティブな専門教育システムおよび教材の開発

本研究課題の遂行により、次のような成果を得た。◎専門教育に関する教材・資料を、聴覚障害の学生に分かりやすく提示する方法の一つとして、コンピュータ上で必要に応じて即座に取り出せ、展開・提示ができるようなデジタル映像を含む画像データベースの形とし、その取り込みや、活用が容易にできるコンピュータを中心とするシステムを組むことができた。◎また、さらに鮮明な資料画像の提示や、データとして保存する上でデータ容量節約の必要のあるものは、コンピュータの外部にそのデータを置き、コンピュータで制御しながらビジュアル・インタラクティブに扱える形態とした教育システムとした。その結果、教材の開発および作成が効果的かつ容易に行なえるようになった。◎ここでは担当している専門科目を中心とし、ビデオ映像やデジタルカードカメラで撮影した画像、作画した資料等を画像データとした。さらに分かりやすく指導するために、アニメーションの技法を取り入れるなど、可視化されたビジュアル・インタラクティブなデータ資料の展開・提示方法を可能とした。◎この際、それらを文字データとあわせ、指導ポイントがつかみ易く、聴覚障害者が効果的に利用のできる教材・資料データの形として構築した。機械工作法、機械設計製図およびCAD/CAM実習等の指導のための教材・資料として作成でき、教育指導に効果的に利用できることが、実践により確かめられた。◎これらは講義の内容に即し、必要な教材、資料データとしてHyperCardをプラットフォームとしてマルチメディアを効果的に用い有機的にリンクしながら教育指導において有効に展開・提示ができ、さらに、今後への発展と活用が期待できる。以上、教育実践を行ない、学生の反応を生かしながら、聴覚障害者に適したビジュアル・インタラクティブな専門教育システムとそれによる教材の開発・研究を行なうことができた。
ソフト界面構築による強磁性ナノ粒子の機能化

磁性や超伝導を示すナノ粒子は、次世代エレクトロニクス材料のひとつとして盛んに研究開発が行われている。そのような中、これらの電子物性に加えて新たな機能を付与したナノ粒子を創製することは、応用の可能性を広げる点で意義深い。これまでに我々は、「界面化学修飾による光機能化」というアプローチから光応答型磁性ナノ粒子の創製に成功してきた。本研究ではこれらの考え方を「ソフト界面構築」という観点で捉え、これまでに報告例のない「界面機能化によるバイオ応用可能な室温強磁性ナノ粒子の創製」を目指した。具体的には、バイオ応用できる磁性ナノ粒子として、室温にて大きな磁気ヒステリシスを示すFePtナノ粒子の界面修飾を行い、温熱療法への応用に利用できる水分散磁性粒子の創製に成功した。さらに、磁気検出型DNAセンサーへの応用を目指し、室温強磁性を示すトリフェニルホスフィン保護Auナノ粒子を合成したところ、平均粒径が1.7 nm、300 Kにおける保磁力が40 Oeの粒子を合成することができた。はじめに、ターゲットであるチオール化DNAと同程度の分子量を有するチオール化PEGを用いて配位子交換を行ったところ、Auナノ粒子が有機層から水層へ定量的に抽出され、配位子交換が可能であることがわかった。今後、DNAセンサーとして利用できることの検証を行ってゆく。24年度が最終年度であるため、記入しない。磁性や超伝導を示すナノ粒子は、次世代の記録材料をはじめとして多くの応用の可能性を秘めており、盛んに研究開発が行われている。そのような中、これらの物理特性に加えて、新たな付加価値をもつ高機能性のナノ粒子を創製することは、新たな応用の可能性を広げる点で意義深いといえる。これまで我々は、「光機能化」という観点で、磁性微粒子の直接の界面化学修飾や、逆ミセルの反応場を利用した機能性ナノ粒子の作製に成功してきた。そこで我々は、これらの考え方を「ソフト界面構築」という観点で捉えることにより、これまでに報告例のない「室温強磁性ナノ粒子の界面機能化によるバイオ応用できる新規な磁性微粒子」の創製や、新しい「光機能をもつ超伝導体の創製」を目指した新しいシステムを創製することを目的とした。特に本年度は、バイオ応用可能な室温強磁性微粒子として「ビオチン修飾FePtナノ粒子」の作製を試みた。はじめにfcc構造をもつFePtナノ粒子をシリカによりコーティングし、焼成することで室温にて高保磁力をもつL10構造のFePtナノ粒子を合成した。さらに、塩基によりシリカを溶解する際に設計した分子を表面修飾することで最終的にビオチンを修飾した微粒子を作製した。その結果、平均粒径5.2nm、300Kにおける保磁力16kOeをもつ微粒子を作製することに成功し、さらに、HABA/avidin結合アッセイ法により、ビオチンの分子認識能を確認するとともに、ビオチンの修飾量を154.2μmol/gと見積もることができた。ソフト界面を利用した室温強磁性ナノ粒子として、ビオチンを表面に修飾した微粒子の創製に成功したことは、本研究の最初の目的を達成したことなり、おおむね順調であるといえる。FePtナノ粒子を水分散させ、温熱療法としての応用可能性の評価を行う。また、強磁性ナノ粒子として、金のナノ粒子の機能化をめざすとともに、DNAセンシングできる表面修飾を行い、その応用可能性について検討する。
骨代謝のスイッチを変換する骨細胞の酸素濃度感知による矯正的歯の移動制御機構の解明

低酸素環境は生体内で生理的に存在し、組織幹細胞の維持に重要な役割を果たしている。近年、低酸素環境は骨代謝の新規制御因子として注目が集まっている。一方、矯正的歯の移動時の圧迫側歯槽骨では低酸素環境となり、骨吸収が生じることは既知の事実である。本研究では、矯正的歯の移動時の圧迫側歯槽骨において、骨代謝関連因子と低酸素環境がどう関与しているのか、その詳細を解明することを目的とする。本研究から得られる成果により、矯正治療における歯の移動促進と矯正治療期間の短縮への応用が期待できる。
磁歪型弾性波装置によるコンクリートの表層品質・内部欠陥の革新的な非破壊診断手法

コンクリートの表層品質およびPCグラウト充填評価に特化した「磁歪型弾性波装置」をそれぞれ試作した。以下に,それぞれの詳細および成果を示す。1.コンクリートの表層品質磁歪素子に導線を巻き付けた「磁歪型弾性波装置」を試作した。コンクリート表面に「磁歪型弾性波装置」を貼り付けた上で,電流として周波数一定の連続波を付与し,「磁歪型弾性波装置」の近傍に加速度センサを設置して,基礎的な実験を行った。その結果,試作した装置により,コンクリート中へ弾性波を入力できることを明らかにした。今後は,まず,得られた弾性波から表面波などの伝搬特性を抽出する信号処理方法について検討を行う。続いて,火災で高温加熱されたコンクリートを対象とした実験を行い,火災後のコンクリートの表層品質(劣化程度)を評価する方法についても研究を行う。2. PCグラウト充填評価水と磁歪センサを併用した「磁歪型弾性波装置」を試作した。試作した「磁歪型弾性波装置」は,申請者が開発した既存の「磁歪型弾性波装置」よりも弾性波のエネルギーが大きく,かつ形状がコンパクトで,かつ軽量である。試作した「磁歪型弾性波装置」を用いて,コンクリートの弾性波伝搬速度の測定を行ったところ,速度のバラツキは既存の鋼球打撃(衝撃弾性波法)により得られる速度のバラツキよりも小さいことがわかった。加えて,超音波法で測定される速度のバラツキと同程度であることも併せてわかった。今後は,PCグラウト充填状況の評価へ適用し,内部欠陥の検出を試みる予定である。「磁歪型弾性波装置」の製作は順調に進んでいるものの,弾性波の伝搬特性の抽出や,PCグラウト充填評価への適用可能性については未検討である。そのため,若干ではあるが遅れていると判断した。弾性波の伝搬特性を抽出する方法,火災後のコンクリートの表層品質(劣化程度)の評価,PCグラウト充填評価への適用可能性についての検討を行う予定である。また,RC床板内部の水平ひび割れに特化した「磁歪型弾性波装置」の開発にも着手し始める。(理由)「磁歪型弾性波装置」の試作費が安価であったため。(使用計画)装置を改良し,表層品真や内部欠陥に特化した「磁歪型弾性波装置」を開発する予定である。
３次元蛍光イメージングによる骨細胞機能ダイナミズムの可視化と骨の生理・病態解析

本研究では、3次元蛍光イメージングによる観察と定量解析から、骨代謝における新規のメカニズムを探索することを目的とする。3次元蛍光イメージングは、蛍光3次元画像を取得し、コンピューターによる3次元構築を行い、蛍光シグナルの3次元的な広がりと輝度値を定量手法である。その結果、荷重に応じた骨細胞ネットワークの違いを計測することに成功した。また、骨細胞が分泌する骨代謝調節因子であるSclerostinが、生後骨発達過程で動的に変化することを明らかにした。また、骨細胞は,血中リン濃度の調節ホルモンを産生するが、この調節にはDMP1が関与すること明らかにした。(研究目的)骨細胞は骨組織中に最も多量に存在し、骨への物理的刺激の受容細胞として応答し、骨芽細胞や破骨細胞の機能を調節しながら骨代謝を調節している。また、FGF23を分泌し血中リン濃度の調節にも関わっている。しかしながら、骨細胞は石灰化した骨基質中に囲まれているため、その機能変化を定量的に解析するのは困難である。本研究では、骨組織そのものを3次元蛍光イメージング法にて観察(3次元in situ蛍光イメージング)し、骨細胞の機能変化を定量的に解析する方法を発展させる。骨細胞・細胞突起・細胞内小器官の大きさや数の変化、および機能分子の発現・分布パターンの変化を網羅的イメージングと微細計測による定量を行い、骨細胞を中心とした新たな調節機構を解明し、骨の生理・病態解析の新規基盤を確立する。(本年度の研究実績)蛍光3次元イメージングによる骨細胞および骨細胞ネットワークのより詳細な定量的形態計測法を確立し、頭頂骨と脛骨の骨細胞およびそのネットワークには微細構造と網羅性に明らかな差異があることが判明した。これらの差異は生理学的な負荷の違いに適応した結果であり、機械的刺激に対する異なる感受性や細胞間ネットワークの総体的な機能の相違を反映していると考えられた。本研究によるアプローチをさらに発展させることで、骨の機械的感度と代謝に関わる生理や病態、系統発生学的なメカニズムに新たな知見をもたらす可能性があると考えられた。本年度の研究成果として、血中リン濃度調節ホルモン:FGF23の産生機能から、骨細胞には機能的なヘテロジェニティ(異種混交性)があることを明らかにした点があげられる。骨基質タンパクであるDMP1は主に骨細胞で産生され、DMP1-nullマウスは血中FGF23レベルが亢進し低リン酸血性骨軟化症を呈する。このことから、遺伝学的には、DMP1はFGF23産生の抑制因子であると考えられるが、その細胞分子レベルでのメカニズムは不明な点が多かった。そこで、我々は、DMP1によるFGF23産生調節メカニズムの解明を目的とし、蛍光イメージングによる詳細な観察と計測を行いさらに様々な解析を行った。その結果、DMP1はFAK-MAPKカスケードを利用してFGF23産生を抑制していることが明らかとなった。さらに、FGF23の産生機能の点から、骨細胞には機能的なヘテロジェニティ(異種混交性)があることが明らかとなった。次の主たる成果として、歯の矯正移動時における歯槽骨リモデリング過程において、歯槽骨骨細胞のスクレロスチン発現が動的に変化することを、新規の蛍光イメージングと計測法によって明らかにした点があげられる。その結果として、矯正移動時のスクレロスチンの空間的な発現分布の変化が、その後の歯槽骨のリモデリングに重要なメカニズムとなっていることが考えられた。本年度は、研究3年目の最終年度であるが、本科研費の研究計画に沿った重要な研究成果を論文として1報、報告することができた。さらに、もう1報は現在論文として投稿中である。さらに、本研究での成果を総括するうえで、英文総説1報および和文総説を3報出版することができた。定量的な機能解析は生化学・分子生物学における有効な研究方法である。しかし。多くの場合、組織や細胞をすりつぶすことになり、組織上での細胞機能変化を捉えるのは困難である。本研究では、定量的細胞機能イメージングを駆使して骨組織を網羅的に観察し、個々の細胞の形や容量、そして様々な機能発現レベルを定量化し類型化し、骨組織細胞の機能相関と調節機構を統合的に理解することを目的とする。本年度の研究成果として、まず、骨細胞ネットワーク形態の3次元的可視化と定量解析法の確立があげられる。骨細胞は骨組織のメカノセンサーとして機能していることが確立されているが、骨細胞の形態や細胞間ネットワークの形態学的差異がセンシング機能に重要であると考えられる。我々の研究成果では、マウスの骨を3次元蛍光イメージングにより観察・計測することで、非荷重骨である頭頂骨と荷重骨である脛骨において、骨細胞ネットワークの形態が異なることを明らかにした。

このことから、成長過程における荷重の変化に対する各骨の適応であるとともに、センシング機能に対する差異も生じることが考えられた。次の成果として、骨細胞が分泌するスクレロスチンの発現分布が、生後発達過程にともなって骨小腔・骨細管ネットワーク内で徐々に拡大分布すること、また発現は海面骨ではほとんど産生されずに主に骨幹部の皮質骨で産生されることを、上記と同様の3次元蛍光イメージングおよび計測により明らかにした。以上の結果は、同じ骨組織でも骨や部位によって機能分担があることを定量的な方法で証明することを可能にした。また、同様の方法により、発生分化過程にある脊椎骨格において、TGF-betaおよびBMPシグナルのインプットレベルが、細胞分化に伴って変化することを組織切片上での半定量的な解析で明らかにした。骨細胞の形態および細胞突起ネットワークを3次元蛍光イメージングで定量化する方法を確立し論文として出版した(Himeno et al. BBRC 2012)。また、他の機能分子の3次元蛍光解析に関しても現在論文投稿中であり、実験計画は概ね順調であると思われる。25年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、研究開始2年目であるが、本科研費の研究計画に沿った研究成果を論文として3報、報告することができた。また、本研究に関連する論文もいくつか報告することができた。今後は、実験計画で記述した、骨細胞由来の機能分子の分布に関するより機能的な3次元イメージングと定量法を推進していく。技術的にはほぼ確立しているが、統計解析・シュミレーションによる機能予測などを可能な限り発展させる。骨細胞の機能的イメージングをさらに展開し、骨組織の機能分担の生理と病理。病態解明に役立てるように進めていきたい。
可視可変波長固体レーザー材料特性

遷移金属イオン・希土類イオンを含むイオン結晶は可変固体レーザー材料として大変重要である。本研究では酸化物、フッ化物中のCr^<3+>, Ce^<3+>の電子スピン共鳴スペクトルと光スペクトルを測定し、母体結晶がレーザー活性化イオンの基底・励起電子状態に及ぼす効果を調べ、最適な固体レーザー結晶に要求される特性について検討を行った。固体(結晶、ガラス)中のCr^<3+>の励起電子はまわりを取り囲んでいる配位子イオンと強く相互作用するので、Cr^<3+>の吸収・発光スペクトル幅は広くなる。さらにその幅を広げるために、結晶を構成するカチオンがランダムに分布するCaYAlO_4と、Gdイオンが作る磁場効果を含むCaY_<1-x>Gd_xAlO_4を育成し、Cr^<3+>の吸収・発光スペクトルを測定した。これらの置換型結晶では通常の規則制結晶に比べて光スペクトルの幅は20-30%増加していることを示した。Ce^<3+>は1電子系であり、基底状態波は4fで、励起状態は5dで表される。LiYF_4, LiCaAlF_6, CaYAlO_4と母体結晶を変えると、Ce^<3+>を取囲んでいる配位子の種類と数および対称性がかわり、その環境(結晶場)がどのようにCe^<3+>の基底状態・励起状態に影響を及ぼすかを調べた。最低基底状態がどの状態に対応するかを電子スピン共鳴スペクトルより示した。また、吸収スペクトルの広がりより、励起状態のエネルギーレベルの分布を推定し、結晶場と励起エネルギー準位の関係を明らかにした。発光スペクトルの幅がレーザー発振帯域に対応しているので、不規則置換型結晶CaYAlO_4、CaY_<1-x>Gd_xAlO_4が可変波長固体レーザー材料の有力な1つの材料であることを示した。不純物TiO_2を添加したCaYAlO_4,CaGdAlO_4不規則置換型結晶を還元雰囲気中(不活性ガスと水素ガスの混合ガス)で育成した。低い水素分圧(0.5-1%)のとき十分にTi^<4+>からレーザー活性イオンTi^<3+>への変換が十分に行われなかった。また、5%以上の分圧のとき酸素欠陥を伴ったTi^<3+>イオンが形成され、Ti^<3+>からの発光は観測されなかった。この結果は隣接する酸素欠陥がTi^<3+>発光を阻害することを示している。酸素欠陥を伴わないTi^<3+>への変換は水素分圧として2%程度が最適であることを示した。次に不純物Cr_2O_3を添加したCaYAlO_4,CaGdAlO_4不規則置換型結晶を不活性雰囲気中で育成した。不規則置換型結晶の特徴はCa^<2+>とY^3(Gd^3)イオンがランダムに格子点上を分布し、Cr^<3+>のまわりの状態を大きく変化させる。Cr^<3+>の電子エネルギー準位は結晶場の大きさに従って分布し、光学スペクトルに不均一幅が期待される。レーザーによる選択励起により、励起波長をいろいろと変えたとき、740nm近くで観測された発光スペクトルのピーク波長が線形的に変化することにより、その不均一な幅を実験的に推定した。これらの結晶ではレーザー発振の波長範囲をさらに広げる可能性のあることを示した。

遷移金属イオン・希土類イオンを含むイオン結晶は可変固体レーザー材料として大変重要である。本研究では酸化物、フッ化物中のCr^<3+>,Ce^<3+>の電子スピン共鳴スペクトルと光スペクトルを測定し、母体結晶がレーザー活性化イオンの基底・励起電子状態に及ぼす効果を調べ、最適な固体レーザー結晶に要求される特性について検討を行った。固体(結晶、ガラス)中のCr^<3+>の励起電子はまわりを取り囲んでいる配位子イオンと強く相互作用するので、Cr^<3+>の吸収・発光スペクトル幅は広くなる。さらにその幅を広げるために、結晶を構成するカチオンがランダムに分布するCaYAlO_4と、Gdイオンが作る磁場効果を含むCaY_<1-x>Gd_xAlO_4を育成し、Cr^<3+>の吸収・発光スペクトルを測定した。これらの置換型結晶では通常の規則性結晶に比べて光スペクトルの幅は20-30%増加していることを示した。Ce^<3+>は1電子系であり、基底状態波は4fで、励起状態は5dで表される。LiYF_4,LiCaAIF_6,CaYAlO_4と母体結晶を変えると、Ce^<3+>を取囲んでいる配位子の種類と数および対称性がかわり、その環境(結晶場)がどのようにCe^<3+>の基底状態・励起状態に影響を及ぼすかを調べた。最低基底状態がどの状態に対応するかを電子スピン共鳴スペクトルより示した。また、吸収スペクトルの広がりより、励起状態のエネルギーレベルの分布を推定し、結晶場と励起エネルギー準位の関係を明らかにした。発光スペクトルの幅がレーザー発振帯域に対応しているので、不規則置換型結晶CaYAlO_4、CaY_<1-x>Gd_xAlO_4が可変波長固体レーザー材料の有力な1つの材料であることを示した。