hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
卵巣摘出ラットの大腿骨骨髄掻爬後に発現する骨基質蛋白および成長因子遺伝子

1、Sham群では、骨髄損傷後3日目までに間葉系細胞の一部にbFGFを発現する骨原性細胞が骨髄内に出現する。さらに、内骨膜に存在する前骨芽細胞にもbFGFが発現し、両者が融合するように骨を形成した。5日目から7日目に新生骨量は最大となるが、破骨細胞もすでに出現し活発な骨吸収をおこなった。この時点よりbFGFやTGFBの発現が破骨細胞にも見られた。10日目から14日目には新生骨は完全に吸収され、元の骨髄組織に復元した。2、OVX群では骨新生が遅れ、骨量のピークは7日目から10日目となった。免疫染色ではbFGFとTGFBの発現は弱く、新生骨の骨梁も細く、骨細胞の埋入も不完全であった。3、OVX群ではSham群に比べ、骨髄内でのIL-6mRNAの発現がすべての期間で亢進していた。bFGFとTGFBのmRNAはNorthern blot法にては証明できず、OVX群とSham群では定量的な比較はできなかった。結論;1、エストロゲン欠乏下では当初予想した骨形成の亢進は観察されず、未分化間葉系細胞からの骨芽細胞への分化が抑制されると考えられた。2、エストロゲン欠乏下では骨髄細胞からのIL-6の発現が遺伝子レベルで亢進した。3、このモデルでは、エストロゲン欠乏による骨芽細胞の分化の抑制が、間葉系細胞からのbFGFやTGFBなどの成長因子の産生抑制によるものなのか、あるいは、直接的に骨芽細胞の分化を抑制したのかは、遺伝子レベルでの成長因子のレガンドと受容体の定量化が必要である。(4)今後、エストロゲン欠乏がBMPsやその受容体の発現に及ぼす影響を分析すれば、骨粗鬆症における骨形成の遅れの解明に役立つと考える。卵巣摘出をしないラットにおける骨髄損傷後の成長因子(bFGF,TGF-β)の発現は2相性である事が判明した。即ち,損傷後3日目にbFGFがピークとなり,それとともに骨芽細胞による骨形成が進行し,破骨細胞による骨吸収期(7日目)に再びbFGFがピークとなってくる。TGF-βは骨吸収期にむしろピークがある。このモデルにおける骨形成に重要な役割を果しているのはbFGFであるが,bFGFやTGFβが破骨細胞に何らかの影響を与えている可能性がある。卵巣摘出ラットにおいては,骨形成が明らかに遅れ,78日ではじめて骨芽細胞による骨形成が行なわれ,2週間で破骨細胞による骨吸収が終る。当初推測していた,卵摘後の一過性の骨形成亢進は見られなかった。現在,エストローゲン欠乏下において,bFGF,TGF-β及びIL-6などの遺伝子発現のパターンについて,RT-PCR及びNorthern lolotによる分析を行なっている。

免疫染色ではbFGFとTGFBの発現は弱く、新生骨の骨梁も細く、骨細胞の埋入も不完全であった。3、OVX群ではSham群に比べ、骨髄内でのIL-6mRNAの発現がすべての期間で亢進していた。bFGFとTGFBのmRNAはNorthern blot法にては証明できず、OVX群とSham群では定量的な比較はできなかった。結論;(1)エストロゲン欠乏下では当初予想した骨形成の亢進は観察されず、未分化間葉系細胞からの骨芽細胞への分化が抑制されると考えられた。(2)エストロゲン欠乏下では骨髄細胞からのIL-6の発現が遺伝子レベルで亢進した。(3)このモデルでは、エストロゲン欠乏による骨芽細胞の分化の抑制が、間葉系細胞からのbFGFやTGFBなどの成長因子の産生抑制によるものなのか、あるいは、直接的に骨芽細胞系の分化を抑制したのかは、遺伝子レベルでの成長因子のレガンドと受容体の定量化が必要である。(4)今後、エストロゲン欠乏がBMPsやその受容体の発現に及ぼす影響を分析すれば、骨粗鬆症における骨形成の遅れの解明に役立つと考える。
ｍｉＲＮＡによる骨軟部腫瘍の発生・進展における分子制御機構の解明

稀少癌種である骨軟部腫瘍において、切除組織標本を用いてmiRNAやその他の網羅的発現解析を行った結果、腫瘍化組織と正常組織間で有意に発現の異なるmiRNA、遺伝子は見出せなかった。一方で骨軟部腫瘍細胞株における検討において、既存の癌関連遺伝子の強制発現あるいはノックダウンが増殖、遊走、浸潤に影響することを見出した。この遺伝子による制御が細胞周期関連遺伝子の発現調節を介すること、分化関連遺伝子の転写を調節していることを明らかにした。わが国において、癌は死亡原因の1位であり、癌の罹患率は右肩上がりで増加している。癌の中でも骨軟部腫瘍は特に良悪性の診断が難しく、至適の治療の方針すら見いだせない「癌の中の難病」である。また、肺癌、前立腺癌、乳癌等は骨転移を多発する癌であり、骨転移はこれら癌の予後の決定要因であるためその克服は喫緊の課題であるが、腫瘍発生および骨転移の分子機構は不明な点が多い。本研究では、骨軟部腫瘍患者の切除組織標本を用いてゲノムDNAあるいはmiRNAの発現を網羅的に解析し、腫瘍化組織で特異的にみられる異常の同定を試みる。そして、骨軟部腫瘍の発生・進展・転移におけるゲノム機能の生理的意義の統合的な理解および診断法への応用を目指す。また、肺癌、前立腺癌、乳癌等は骨転移を多発する癌であり、骨転移はこれら癌の予後の決定要因であるためその克服は喫緊の課題であるが、稀少癌種である骨軟部腫瘍は、臨床研究に多大な困難を伴うためその腫瘍化の分子機構の多くは不明であり、標準治療法も確立されていない。そこで本研究では、骨軟部腫瘍患者の切除組織標本を用いてmiRNAやその他の網羅的発現解析を行い、その病態生理的意義を解明することを目的とした。骨軟部腫瘍切除組織標本を用いて網羅的発現解析を行った結果、腫瘍化組織と正常組織間で有意に発現の異なるmiRNA、遺伝子は見出せなかった。また、この遺伝子による制御が細胞周期関連遺伝子の発現調節を介すること、分化関連遺伝子の転写を調節していることを明らかにした。これらの検討により、腫瘍化、悪性化における新たな骨軟部腫瘍発生制御分子メカニズムを明らかにした。さらに、この遺伝子発現を誘導する既存の薬剤の有効性を検討したところ、骨軟部腫瘍細胞株においては増殖、遊走、浸潤の抑制が可能であることを見出した。本研究により、骨軟部腫瘍におけるmiRNAの生理的意義の解明と診断法への応用を目指す。そこで本研究では、骨軟部腫瘍患者の切除組織標本を用いてmiRNA網羅的発現解析、CGHアレイ解析を行った。そして得られた網羅的解析を用いて、病理あるいは臨床的な悪性度との相関を検討した。その結果、疾患特異的にみられる染色体欠失を見出した。悪性線維性組織球腫のゲノムコピー数を検討した結果、共通して見られるホモ欠失を同定した。この欠失領域に含まれる遺伝子について腫瘍発生への関与を症例数を増やして検討している。また、悪性線維性組織球腫の網羅的解析から、悪性線維性組織球腫の増殖抑制に関与する遺伝子を見出した。さらに当該遺伝子の発現に関与する薬剤を用いて、腫瘍の抑制の効果があることを見出した。骨軟部腫瘍切除組織標本を用いて網羅的解析を行い、病理、臨床的データとの相関を検討した。以上、おおむね実施計画通り研究を遂行した。そして検討の結果、診断に有用であると思われる染色体欠失を見出し、有用な実験結果を得ることができたため。悪性線維性組織球腫に共通して見られるホモ欠失について、症例数を増やして検討する。また、この領域に含まれる遺伝子について腫瘍発生への関与、またそのメカニズムを明らかにする。悪性線維性組織球腫の増殖抑制に関与する遺伝子について、その作用機序を分子生物学的手法を用いて検討する。また、当該遺伝子の発現に関与する薬剤を用いて、マウスを用いた腫瘍抑制効果を検討し、治療への応用を目指す。

網羅的解析により見出された疾患特異的にみられる染色体欠失について、さらに症例数を増やし検討する。また、その制御機構を明らかにするため骨腫瘍細胞株を用いた検討を行い、疾患関連遺伝子を同定する。また、見出された疾患特異的にみられる染色体欠失について、骨軟部腫瘍診断への有用性を検討する。マイクロアレイ、CGHアレイ解析試薬、培養関連試薬、分子生物学的解析試薬に用いる。網羅的解析にかかる試薬等に使用する。また、分子制御機構の検討のため、細胞培養培地、血清、各種酵素の物品、消耗品の購入に使用する。
環境適応を重視したジャストインタイム生産経営方式に関する研究

ジャストインタイム生産方式は、必要なものを、必要なときに、必要なだけ生産する方式として、極めて原価低減に優れたものであることが広汎な実践を通して示されている。この革新的な生産方式を与える手段がかんばん方式であり、平準化方式であり、実践の場で開発された多くの独創的な技法体系である。しかし、その普遍的、国際的な理論体系化は進んでおらず、さらに、大気汚染が進行し、交通渋滞、景観破壊が悪化の一途をたどる現在、地域社会環境に柔軟に適応し、その変化に適切に追従することがせまられている。本研究では、確率的に変動する製品需要に対して、社外の協力工場を前工程とする引き取り(納入)周期が可変であるジャストインタイム生産システムを考える。まず、製品の繰り越し需要量に対する持ち行列理論を用いた解析により、システムが安定となるための必要十分条件を導いた。この条件は安定条件と呼ばれ、システムの基本的な条件である。この解析をもとに、在庫関連費用、社会的費用等を含む総費用を最小化する最適引き取り周期とかんばん枚数を決定するアルゴリズムを提案している。従来は、安全在庫量を所与のものとしてかんばん枚数等が定められていた。したがって、提案したアルゴリズムは、社会的費用をも考慮した安全在庫量の合理的な決定を与えるものと考えることもできる。さらに、実験計画法を用いていくつかの因子を変化させ、マルコフ決定過程を用いてえられる最適政策とかんばん方式を比較し、かんばん方式が最適政策を与えることを示している。
糖鎖抗原の化学合成と複合型合成ワクチンへの展開

がんワクチン療法は、副作用の少ない治療法として注目されている。しかしながら、がん患者の免疫系が弱っていること、がん抗原の抗原性が本質的に低いことから、一般的な治療法として確立するには到っていない。そこでがん抗原の抗原性を高め、抗体産生を促し、がんに対する細胞性免疫を高めるためのアジュバント開発が行われている。我々は、自然免疫を介した免疫増強作用について、自然免疫活性化物質の構造決定、化学合成、構造活性相関研究ならびに受容体探索を含めた生物機能研究では世界をリードする成果を挙げてきた。本研究ではその成果を生かし、自然免疫活性化物質を、抗がん免疫を高めるためのアジュバントとして利用した、抗がんワクチン候補の開発研究を行った。がん抗原の中には、細胞表層の糖鎖構造が変質を受けた腫瘍関連糖鎖抗原(tumor-associated carbohydratesantigens: TACAs)と呼ばれるものが数多く知られている。本研究ではTATAsの中でも外国人特別研究員が博士課程において研究を行っていたsTnをターゲットに用い、がん抗原とアジュバントとを化学的に結合させることにより、抗がん免疫を効率的に成立させる手法の開発を目指した。本年は抗がんワクチン候補化合物であるシアリルTn(sTn)とアジュバント,T cellエピトープの複合体の合成を達成した.これだけの化合物を合成できるのは世界でも数が限られている。その意味でも極めて独創性の高い成果である。27年度が最終年度であるため、記入しない。
オンライン写真共有サービスにおけるソーシャルタギングダイナミクスの解明

最終年度は主に以下の3つのテーマについて研究を進めた:1ソーシャルタギングにおける新規性の生成、つまり語彙の拡大と、その背後にあるソーシャルコミュニティの構造について、2タグ単体としてではなくタグの組み合わせが持つ新規性とその選択メカニズムについて、3タグの共起構造(セマンティクス)がサービスの経過とともに変化していく意味の進化的振る舞いについて。1について、ユーザを語彙のプロファイルでネットワーク化した結果、全体的にはコア・ペリフェリ構造をもつものの、その中のプロファイル類似度の高い集団は典型的なコミュニティ構造としてよく抽出され、またそのような集団では語彙生成レートが小さいことを明らかにした。2タグのペアが作る新規性について、その生成レートと選択レートについての解析的・数値的な分析を行った。Yule-Simon過程の拡張としてペアの選択をモデル化した結果、全体的にはタグの組み合わせにも優先的選択性が働いていることが示されたものの、組み合わせに用いられるタグには非一様性が存在し、生成された時刻によるバイアスが働いていることを明らかにした。3タグの共起構造が作るグラフについて、エゴセントリックな共起グラフをそのタグのセマンティクスとみなし、共起グラフの隣接行列の情報論的距離を定義することで、セマンティクスの時系列的な変化を追跡するための可視化手法を開発した。これによって意味の収束や季節的変化、あるいは方向性の定まらないドリフトといった、いくつかの特徴的な振る舞いを観察することに成功した。ソーシャルタギングにおける基礎的な統計として、新しい語彙の生成レート(ノベルティレート)と語彙の出現確率が示す統計則、およびそれらが示す巨視的・微視的なゆらぎの持つ性質について研究を行った。まず、ソーシャルタギングシステムを採用しているいくつかの実サービス(Delicious, Flickr, RoomClip)に対して、語彙数の成長則であるHeaps則の指数を計測し、ノベルティレートとの整合性を見た。同時に語彙の出現頻度の分布についても計測し、Zipf則、あるいはStretched Exponential分布が得られることを確認した。これは語彙の選択則において、優先的選択、あるいは非線形優先的選択が働いていることから説明できる。以上から、ソーシャルタギングの振る舞いは、その基本的な部分の多くを古典的な確率過程であるYule-Simon過程の枠組みで説明できることを示した。さらに,Yule-Simon過程において、平均場的な考え方に依らず、数え上げの確率を用いることで、ゆらぎを含む出現数の確率分布を解析的に求めた。そこから解析を進め、Yule-Simon過程が従うゆらぎの確率分布を求めた。この解析解(近似解)は数値実験によって妥当であることが確かめられた。その上で、前述した実サービスにおける成長のゆらぎを計測したところ、Yule-Simon過程の示すゆらぎからは大きく逸脱することを確認した。当初は初年度のテーマとして、全体の統計則に関する分析とモデル化、語彙成長のゆらぎの分析に加え、語彙の選択圧となるユーザの選好のモデル化も視野に入れていた。しかし、ゆらぎの分析が想定した以上の広がりを持ち、その解析・分析に集中したため、ユーザ選好のモデル化にまで進めなかった。しかし、この語彙成長のゆらぎはユーザ選好のモデル化においても基礎となる概念であり、そこから期待以上の情報を得られたことは進捗の遅れをカバーする収穫であった。ソーシャルタギングシステムにおいて、タグの成長(累積的な出現数の増加)が見せる多様性は優先的選択モデルの一つであるYule-Simon過程からの逸脱として定量化できることを引き続き調査した。具体的には、実データにおいて逸脱を定量化するスケーリング係数の確率密度分布(前年度に導出)の裾野が広がる要因をタグの個別的な特性と関連付けて検討し、その一つの要因として、優先的選択とは異なる固定レートの成長メカニズムーつまり、競合となる他のタグに依存しない、集中的なタグの使用がタグの成長の初期段階で存在することを明らかにした。また、その固定レートの成長は長時間スケールでは消滅し、最終的に累積出現数が大きなタグは優先的選択の平均場解の周辺に集まることを確かめた。これは、最終的に大きな累積出現数を得るタグは成長が速いタグであるという直感に反する結果である。しかし、ソーシャルタギングにおける出現数の確率分布がZipf則(つまり優先的選択の帰結)に従うというマクロな結果との整合性は取れており、ソーシャルタギングを特徴付ける、ミクロな構造の一つであると結論付けられる。また、より基礎的な検討として、成長速度の定量化を精緻化するために、タグの生成時刻を実際の時刻ではなく、一定の累積出現数に到達した時刻と定義する試行を行った。このような定義の下でも、一連の分析結果を質的に変えるような影響がないことを確認した。さらに、語彙プロファイルの類似したユーザが作るネットワーク構造と新しいタグの生成の関係について、新規タグ生成レートとコア・ペリフェリ構造やコミュニティ構造との関係について議論した。個々のタグが他のタグとの関わりの中で成長する過程の分析については、解析と実験の両面において当初予定していた内容を上回る成果を得た。例えば、初年度に解析解を導いたスケーリング係数と個別のタグが持つ特性を組み合わせることで、今年度の成果で示したように、タグの成長の分析の基礎となる多くの知見を得た。そのため、その選択の組み合わせの構造や、またユーザ行動についてのネットワーク効果的側面についてはまだ十分な検討が行えていない。最終年度は主に以下の3つのテーマについて研究を進めた:

1ソーシャルタギングにおける新規性の生成、つまり語彙の拡大と、その背後にあるソーシャルコミュニティの構造について、2タグ単体としてではなくタグの組み合わせが持つ新規性とその選択メカニズムについて、3タグの共起構造(セマンティクス)がサービスの経過とともに変化していく意味の進化的振る舞いについて。1について、ユーザを語彙のプロファイルでネットワーク化した結果、全体的にはコア・ペリフェリ構造をもつものの、その中のプロファイル類似度の高い集団は典型的なコミュニティ構造としてよく抽出され、またそのような集団では語彙生成レートが小さいことを明らかにした。2タグのペアが作る新規性について、その生成レートと選択レートについての解析的・数値的な分析を行った。Yule-Simon過程の拡張としてペアの選択をモデル化した結果、全体的にはタグの組み合わせにも優先的選択性が働いていることが示されたものの、組み合わせに用いられるタグには非一様性が存在し、生成された時刻によるバイアスが働いていることを明らかにした。3タグの共起構造が作るグラフについて、エゴセントリックな共起グラフをそのタグのセマンティクスとみなし、共起グラフの隣接行列の情報論的距離を定義することで、セマンティクスの時系列的な変化を追跡するための可視化手法を開発した。これによって意味の収束や季節的変化、あるいは方向性の定まらないドリフトといった、いくつかの特徴的な振る舞いを観察することに成功した。初年度に行えなかったユーザ選好のモデル化を行いながら、同時に、予定通りタグの組み合わせが持つダイナミクスについての研究を進めていく。タグの組み合わせは可能空間の中でどのような軌跡をたどり発展していくのか、生物進化の系統樹になぞらえ、その特徴を明らかにする。また、このタグの共起構造の発展はどのような成長則を持つのか、ユーザが新しいタグ、あるいは新しい組み合わせを採用する過程と関連付けながら分析を進めていく。最終年度は、個々のタグの成長をタグの組み合わせと関連付け、これまで進めてきた成長の逸脱のモデルとの総合を図る。例えば、タグの組み合わせの持つ成長則(N次のHeaps則)の定義を試みる。合わせて、組み合わせの頻度分布を明らかにする。また、ユーザネットワークの定義についてさらに検討し、昨年度の議論を精緻化する。そして、タグの生成と選択、共起の構造に関する分析を進め、ネットワーク分析との総合を図る。当初計画していた国際会議への出席を日程の都合がつかず1件見送ったため未使用額が生じた。未使用額は新たに国際会議への参加・発表に充当する。未使用額は初年度購入を見送った計算機の購入に充当する。初年度は計算機を購入予定だったが、研究資料と周辺機器の購入に充当した。
ダイナミックインターフェイスとしての血液脳関門機能と薬物脳移行相関

目的:「担体介在輸送・排出」による外因性物質選択的脳移行制御機構がダイナミックインターフェース(DIF)としての血液脳関門(BBB)機能を担っているというBBBの実体に迫る我々の独創的仮説の実証を行うことを目的とした。結果:1.ラット脳虚血による脳内ATP量の低下は、〔^<14>C〕sucroseの脳透過係数(PS)に変化を与えず、doxorubisin (DOX)のPSを正常時の17倍に増加させたが、この値は血流再灌流によって回復した。また初代培養ウシ脳毛細血管内皮細胞(BCECs)内のATP量の減少に伴って、DOXのBCEC内蓄積量の増大が観測された。以上の結果とこれまでの結果と合わせ、一次性排出ポンプP-糖蛋白質(P-gp)によってDOXなど脂溶性薬物の脳内移行が著しく制限されていることを実証できた。2.BCECsの血液側膜及び脳側膜からの〔^3H〕β-alanineおよび〔^3H〕taurineの輸送に対する温度・代謝エネルギー依存症、Na^+・Cl^-勾配依存症ATP枯褐BCECsにおけるカウンタートランスポート効果や各種アミノ酸による阻害様式から、BBBにはtaurineを二次性能動輸送するβ-alanine輸送系が存在することを初めて明らかにすることができた。3.H^+/モノカルボン酸共輸送系MCT1が、BCECにも発現していることをRT-PCR法によって確認し、その塩基配列が小腸のそれと一致することを認めた。このMCT1が血液脳間のモノカルボン酸化合物交換を制御していると思われる。4.ペプチドが塩基性と脂溶性のバランスに依存してadsorptive-mediated endocytosis(AME)機構でBCECsに取り込まれることを明らかにした。結論:薬物の中枢移行性は、分子の脂溶性によって制御されるほかに、BCECに発現する種々の輸送系に対する認識特性に依存し、P-gpによる排出機能によっても制御されるという、DFIとしての新しいBBBの概念を指示することができた。また、本研究により中枢作用型ペプチド医薬品の設計にAME機構を利用する道が開かれた。すでに我々は「二次性能動輸送系介在」と「P-糖蛋白質による能動的排出」による外因性物質選択的脳移行制御機構がダイナミックインターフェースとしての血液脳関門機能を担っているという独創的概念を提唱し、その実証的研究に1990年以来力を注いできた。本研究はその一貫に位置し、以下に示す結果を得た。1.椎骨動脈の焼結切断及び総頸動脈の結紮によりラット脳血流を20分間虚血させたところ、脳内ATP量が正常時の3%まで低下し、脳潅流法で求めたdoxorubusin(DOX)の脳透過係数(PS)は正常時の17倍に増加したが、血流再開通30分後及び24時間後には脳内ATP量とDOXのPSは正常時とほぼ等しい値まで回復した。これに対して、BBB非透過性マーカーとしての[^<14>C]sucroseのPS値には虚血・再潅流によって変化が見られなかった。また、初代培養ウシ脳毛細血管内皮細胞(BCECs)内のATP量の減少に伴って、DOXの細胞内蓄積量の増大が観測された。

以上の結果より、ATP依存的な薬剤排出ポンプによってDOXの脳内移行が著しく制限されていることをin vivo及びin vitroの両面から実証できた。2.[^3H]TaurineはBCECsを細胞内に向けられたNa^+とC1^-勾配を駆動力として、頂側膜側及び側基底膜側よりβ-alanineと共通の輸送系を介して二次性能輸送されることが分かった。ラット脳潅流法で求めた[^3H]taurineのPS値がNa^+及びC1^-非存在下で[^<14>C]sucuroseのPS値にまでに低下するなど、そのBBB透過性においてin vitroBCECs系と類似した結果が得られた。以上の結果から、生体内において、循環系と脳内のtaurine交換が行われているが、ネットとして血液側から脳内に向けてtaurineが移行していることが推測された。ラット小腸からクローニングに成功したH^+/モノカルボン酸輸送系MCT1が、PT-PCR法によって脳毛細血管内皮細胞にも発現していることを確認し、その塩基配列が小腸のそれと一致することを認めた。本MCT1が血液脳間のモノカルボン酸化合物交換を制御していると思われる。2年間継続した本研究課題において「二次性能動輸送系介在」と「P-糖蛋白質による能動的排出」による外因性物質選択的脳移行制御機構が「ダイナミックインターフェースとしての血液脳関門(BBB)機能」を担っているという独創的概念を提唱し、その実証的研究に力を注ぎ、本年度において以下に示す結果を得た。1.初代培養ウシ脳毛細血管内皮細胞(BCEC_S)の血液側膜及び脳側膜からの[^3H]β-alanineの輸送は、著しい温度依存性と代謝エネルギー依存性を示し、Na^+とCl^-勾配を駆動力とすることが分かった。血液側および脳側からの[^3H]β-alanine輸送が非標識のβ-alanine,taurineおよびhypotaurinによって著しく阻害され、α-およびγ-アミノ酸によって阻害されなかった。また、ATPを枯渇したBCECにおける[^3H]β-alanineの取り込みが、taurineによって促進されたがL-leucineによっては促進されなかった。以上の結果より、BBBにはβ-alanineに対しMichaelis定数が血液側膜では25.3μMおよび脳側膜では66.9μMを示す二次性能動輸送系が存在することを初めて明らかにすることができた。2.ペプチドの構造とBBB透過性との関係を解明し、中枢作用型ペプチドの脳デリバリーに新展開を見いだすことを目的として、新たに合成して得た約0種のペプチドについてBCEC_Sにおけるadsorptive-mediated endocytosis(AME)たところ、ペプチド001-C8(H-MeTyr-Arg-MeArg-D-Leu-NH(CH_2)_8NH_2)が極めて高い透過性を示した。AME機構でBCEC_Sに取り込まれるペプチドは、いずれもBBB透過に必要な塩基性と脂溶性のバランスがほどよくとれているものと思われる。以上の結果はBBB透過性を有するペプチドの自由なデザインを可能とし、ペプチドの脳デリバリーに新しい展開が期待できることを示したものである。
非メチル化DNAを認識する新規受容体の探索

本課題において、我々は以下のことを明らかにした。1細胞外核酸は直接がん細胞に作用し細胞増殖抑制を持つ。2dATPのみマクロファージ様細胞株(PMA誘導U937細胞株)に作用しIL-8やTHBS-1(Thrombospondin 1)など様々な因子の発現誘導する。さらにdATPによる細胞障害性機序の解明を目的とし、酸化ストレス促進の可能性の解析を試みた。その結果、3マクロファージ様細胞株において、dATP添加のみスーパーオキシドの発生誘導が確認した。壊死した細胞や好中球から放出された核酸が近傍のマクロファージに作用し、酸化ストレスを放出することで、炎症細胞等に障害を与える可能性を提唱した。私はこれまでに新たな栄養素グループである食品由来の非メチル化核酸成分がIn vitroにおいて、上皮細胞及び免疫細胞を刺激しIL-8を誘導発現することを確認した。本研究ではこの細胞内機序と新規受容体を明らかにすることを目的とし、阻害剤実験及びDNAマイクロアレイを用いて細胞内シグナルパスウェイの知見とmRNA発現の変動を網羅的に解析している。核酸分画はサケ白子を乳鉢で凍結粉砕した後、フェノール・クロロホルム抽出・エタノール沈殿・超音波処理を行い、最後に凍結真空乾燥により調整したものを用いている。実験に用いている免疫細胞は、Human Monocyte U937細胞株をPMAによってマクロファージ様に分化させたものを用いている。20nMPMAで24時間刺激後、培地交換することによりPMAを除去した。さらに48時間培養することによりマクロファージ様に分化させた。分化後に核酸分画を添加し、さらに24時間反応させてからTotal RNAを抽出した。25年度はDNAマイクロアレイを中心に研究を実施した。Agilent Technologie社のヒトWhole Human Genome DNAマイクロアレイ4x44Kを用い、色素の違いによる取り込み効率およびハイブリ効率の違いを考慮したDye-swap法を用い解析を行った。その結果、コントロールに比べ核酸画分を添加により62個の遺伝子の発現量が亢進(1.6倍以上)、109個の遺伝子の発現量が低下(0.75倍以下)していた。それぞれ興味深い遺伝子を15個ずつ選択しReverseTranscription PCRによってマイクロアレイの結果を確認した。さらにIngenuity Pathway Analysis (IPA)を用いてパスウェイ解析を行なった。本研究は現在、非栄養素成分として考えられている「核酸栄養」を研究対象としている。これまでに多く機能性食品が動物実験においてデータが集積されているが、in vitroを中心とした詳細な分子レベルでの解析が進んでいるのは少ない。我々は特に消化管免疫に焦点を当て、既に「メチル化DNAの食品由来の核酸が上皮細胞とマクロファージでIL-8を産生誘導する」というIn Vitroデータを得ている。核酸の免疫作用機序を細胞レベルで解析し、新規の細胞内機序の知見を得、疾患予防に対する機能性食品への開発に貢献することを目的として研究を遂行している。25年度はマクロファージ・単核球、及び上皮細胞に対する核酸の作用の解析を行った。U937細胞株(ヒト単核球)、PMA induced U937(マクロファージ様)とA549(肺がん細胞)、Caco2(大腸がん細胞)にサケ白子DNAを添加し、サイトカイン等の分泌をRT-PCRで解析を行った。引き続き、Chloroquine, IKK-2inhibitor, SB203580(MAPK阻害剤), MyD88二量体阻害ペプチドなどを添加し、シグナル伝達経路を解析した。26年度はPMA induced U937(マクロファージ様)にサケ白子DNAを添加し、マイクロアレイ解析を行なった。Ingenuity Pathway Analysis Software (IPA; INGENUITA®systems)を用いてパスウェイ解析を行なった。これまでに核酸が持つ「“抗酸化力"で神経保護(認知症)や抗炎症効果(リウマチ疾患)」「“サルベージ合成"に寄与し、新陳代謝に促す」という考えが国内外で発表されているが、詳細な機構は不明のままであった。今回私は、細胞培養株を用いた実験により食材由来のメチル化DNAに関する実験を行い、「細胞外核酸はマクロファージに対してIL-8・THBS1等の産生を誘導すること、腫瘍細胞、特に乳腺癌細胞に対しては増殖を阻害すること」を明らかにした。さらにin vitroで抗酸化力、細胞障害性及びマクロファージに対する影響を各ヌクレオチドの比較実験を行なった。その結果、1.核酸が持つ抗酸化力は、フリーラジカル種ごとにヌクレオチド特異性がある。2.細胞増殖障害性にヌクレオチド特異性はなく、全ヌクレオチドに増殖障害性が認められる。3.マクロファージに対する刺激(IL-8などの遺伝子発現誘導)はdATPのみ担っている。4.マクロファージに対する刺激にはアデノシン輸送、受容体A2、核酸の抗酸化力と関与しない。ことを明らかにした。1当初の研究対象は非メチル化DNAであるが、本研究解析の結果非メチル化DNAの中でもdATP特異的にマクロファージに刺激応答を与えることが判明した。その塩基特異性を追加的に解析する必要があるため進捗状況がやや遅れている。2加えて、教授退官に伴い教育業務が増えたため、遅れている。近年炎症細胞や好中球などの壊死やアポトーシスで放出された核酸の機能が注目されてきている。

本課題において、我々は1細胞外核酸は直接がん細胞に作用し細胞増殖抑制(特に乳腺癌細胞)を持つ。2dATPのみはマクロファージ様細胞株に作用してIL-8やTHBS1(Thrombospondin 1)など様々な因子の発現誘導する特異性を持つこと。これら二つの経路を介して核酸は抗腫瘍効果を示す可能性を報告した。さらに細胞外核酸、特にdATPによる細胞障害性機序の解明を目的とし、酸化ストレス促進の可能性の解析を試みた。壊死した細胞や好中球から放出された核酸等が近傍のマクロファージに作用して酸化ストレスを誘導することで、炎症細胞等に障害性を与える可能性が示唆された。引き続き平成29年度以降の科学研究費課題において研究を続け発展させていく計画である。本課題において、我々は以下のことを明らかにした。1細胞外核酸は直接がん細胞に作用し細胞増殖抑制を持つ。2dATPのみマクロファージ様細胞株(PMA誘導U937細胞株)に作用しIL-8やTHBS-1(Thrombospondin 1)など様々な因子の発現誘導する。さらにdATPによる細胞障害性機序の解明を目的とし、酸化ストレス促進の可能性の解析を試みた。その結果、3マクロファージ様細胞株において、dATP添加のみスーパーオキシドの発生誘導が確認した。壊死した細胞や好中球から放出された核酸が近傍のマクロファージに作用し、酸化ストレスを放出することで、炎症細胞等に障害を与える可能性を提唱した。より詳細な細胞内機序を解析するため、マクロファージを刺激する核酸の成分評価を行なった。その結果を反映して、関係あるシグナル経路の阻害剤を用いた解析と核酸機能に一つである抗酸化能の測定を追加して行なったため。当課題において「食材由来DNAが上皮細胞とマクロファージにおいてIL-8, THBS1等を産生誘導する」というIn Vitroデータを得た。さらにこれら発現誘導は4種類のヌクレオチドの内、dATPのみ誘導した。つまり食材含有DNAは経口摂取後、ヌクレオチドに加水分解され、細胞外から上皮細胞・マクロファージを刺激するという仮説を立てられた。これまでの研究は経口摂取を考慮していたが、体内で細胞外核酸に暴露されている細胞は他にどこにあるか?と考えたところ、炎症細胞・腫瘍細胞・好中球の近傍に存在し、それらが破裂・壊死する際に放出される核酸が暴露されるマクロファージであった。今後はこれまでの成果を元に、細胞外核酸が暴露されるマクロファージの免疫作用機序を分子レベルで解析、抗腫瘍活性との関連性について解析したい。分子生物学IPA解析の結果から得られた因子(核酸によって誘導される因子)の解析をin vitroを中心に行なう。今まではmRNA発現のみの解析であったが、タンパク質発現解析も含めて行なう予定である。研究計画の内のマイクロアレイ解析を行い、IPA解析まで実施できた。これまで体内における核酸の効果は抗酸化能による抗炎症作用と考えられていた。しかし。本研究により細胞外核酸はマクロファージに作用し、酸化ストレスを上げる可能性が示唆されてきた。
セレクチンを標的とした選択的好酸球浸潤抑制療法の開発

(1)ヒト末梢血好酸球のセレクリンリガンド機能ヒト好酸球はPセレクチンと結合するが、Eセレクチンとの結合は観察されなかった。またアトピー性皮膚炎患者末梢血好酸球ではPセレクチンとの結合が強い傾向がみられた。セレクチン機能を左右する糖鎖修飾酵素であるα(1,3)fucosyltransferase(FT)-IV,-VIIの発現を観察したところヒト好酸球はFT-IVmRNAがFT-VIImRNAに比して非常に優位であった。これらの事実はEセレクチンとも結合しFT-IV,FT-VIImRNA発現がともに明瞭である好中球と対照的であった。(2)FT欠損マウスにおける好酸球皮膚浸潤と皮膚炎症反応FT欠損マウスを用いて、好酸球皮膚浸潤の変化を観察した。FT-VII欠損状態でIgE依存性遅発反応における好酸球浸潤は著明に減少したものの完全ではなく、FT-IV欠損状態でも好酸球浸潤抑制は部分的であった。しかしFT-VII(-/-)/FT-IV(-/-)の状態では好酸球浸潤は完全に消失した。また皮膚反応の指標である耳介腫脹もFT単独欠損では部分的に、そして両者の欠損で完全に抑制された。以上の(1)(2)が示す事実から、ヒト好酸球はFTとくにFT-IVの依存度が高く、そしておもにPセレクチンに結合して組織浸潤する可能性が考えられた。(3)ヒト皮膚微小血管内皮細胞におけるPセレクチン発現各種皮膚疾患のうち蕁麻疹やアトピー性皮膚炎病変部において血管内皮細胞細胞でのPセレクチン発現の増強が確認された。また皮膚微小血管内皮細胞はin vitroにおいてヒスタミン、IL-4,IL-13,サブスタンスPによりPセレクチンを発現した。またIL-4,IL-13,サブスタンスPによるPセレクチン誘導はいずれも転写因子STAT6によるものであることが確認され、STAT6"おとり"核酸によりPセレクチン発現抑制が可能であることが確認された。1ヒト顆粒球におけるセレクチンの結合EおよびPセレクチン・Igキメラ蛋白を用いてヒト好中球および好酸球への結合能をフローサイトメトリーにて検討したところ、Pセレクチンとの結合は好酸球、好中球のいずれにおいても認められたがEセレクチンは好中球とのみ結合し、好酸球との結合は弱いことがわかった。この現象は正常人のみならずアトピー性皮膚炎患者好酸球でも同様であった。3ヒト皮膚微小血管内皮細胞のPセレクチンの発現ヒト皮膚微小血管内皮細胞を用いてPセレクチンの発現調節機構を検討したところ、その発現はIL-4,IL-13によって誘導され、TNFalpha, IL-1 alphaは作用をもたらさなかった。またIn vivoでのマウス慢性接触皮膚炎モデルに対してIL-4,IL-13のシグナル伝達にかかわる転写因子STAT6の"おとり"核酸(STAT6 Decoy oligonucleotide)を投与することで皮膚炎症反応抑制が可能になることがわかった。1マウスモデルを用いたセレクチンの好酸球浸潤への重要性の検討a.セレクチン機能修飾酵素であるalpha(1,3)fucosyltransferase-IV(FT-IV),FT-VII欠損マウス

由来の末梢血好酸球を用いて、E-およびP-セレクチン・ヒトイムノグロブリンキメラ蛋白の細胞への結合をフローサイトメトリーで観察した。その結果、FT-IV欠損はE-セレクチンの好酸球への結合を部分的に減弱させた。またFT-VIIが欠損することによりE-セレクチンおよびP-セレクチンへの結合は全くみられなくなった。b.次にFT欠損マウスを用いて皮膚炎モデルでの好酸球浸潤の変動を検討した。IgE依存性皮膚反応における皮膚好酸球浸潤はFT-IV(-/-)マウスでも、またFT-VII(-/-)マウスでも部分的に減弱していた。残存する皮膚好酸球浸潤はFT-IV(-/-)/FT-VII(-/-)において全くみられなくなった。同様の傾向はeotaxinの局所投与で誘導される好酸球皮膚浸潤においても確認された。2ヒト血管内皮細胞のセレクチン発現調節機構の検討ヒトの皮膚病変におけるP-セレクチンの発現を共焦点レーザー顕微鏡にて観察したところ、正常皮膚内皮細胞にその発現が確認されたが、アトピー性皮膚炎や蕁麻疹の病変部では発現が強く観察された。一方、乾癬や掌蹠膿疱症では発現はみられるものの、正常血管内皮と比べて有意な増強は確認できなかった。好酸球のセレクチンリガンド機能を調節する酵素であるFT-IV,FT-VII mRNAの発現調節機構を解析した。好酸球は無視激状態でFT-IV mRNAの発現が高く、一方FT-VIImRNA発現は低い。そして、TGFβ刺激にてFT-IV,-VII mRNAともに発現が亢進することがわかった。しかしながらFT-IV発現がFT-VIIに比して優位であることにかわりはなかった。またIL-12は発現に影響を与えなかった。以上のことから好酸球はFT-IVによって主にそのセレクチンリガンド機能調節を受けている可能性が高いことがわかった。またこの結果ゆえにE-セレクチンとの結合が弱くP-セレクチンとの結合が明瞭であると考えられた。2ヒト皮膚微小血管内皮細胞におけるPセレクチン発現調節機構の解析ヒト皮膚微小血管内皮細胞はIL-4やIl-13よって発現が上昇する。興味深いことにTNFαで前処理するとIL-4による効果が増強され、一方IL-4によるPセレクチン発現はTNFαを同時添加すると抑制されることが判明した。前者はTNFαによりIL-4レセプターの発現が増すためと考えられた。また、今回新たにサブスタンスPにPセレクチン発現誘導作用のあることがわかった。さらにサブスタンスPによるPセレクチン発現は転写因子STAT6の活性化によるものであることを明らかにした。そしてIL-4,サブスタンスPによるPセレクチン発現はSTAT6"おとり核酸"処理によって抑制されることが示された。これらの事実はSTAT6"おとり核酸"はPセレクチン発現抑制効果により好酸球皮膚浸潤を抑制しうる可能性を示している。
AMPA型グルタミン酸受容体の輸送に注目した精神疾患の候補遺伝子研究

1.本研究の主目的は、精神疾患の候補遺伝子としてAMPA型グルタミン酸受容体の運搬に関わる遺伝子群に注目し、これらについて統合失調症および気分障害との関連の有無を調べることである。今回、AMPA型グルタミン酸受容体の運搬に関わる候補遺伝子として、DLG4(PSD-95)、DLG1(SAP-97)、PRKCABP(PICK-1)、MDM2の4つを選んだ。HapMapデータベース(http://www.hapmap.org)から、これらの遺伝子近傍に存在する一塩基多型(SNP)の情報を得て、SNP相互の連鎖不平衡解析により、日本人および中国人集団においてゲノム変異に関する情報を最も多く供給すると考えられるSNPセット(tagSNPs)を選択した。予備的な解析においては、DLG4の一多型が疾患に有意な関連を示した。今後、遺伝子型判定の結果をされに点検し、詳細な統計解析(伝達不平衡テスト、多型間の連鎖不平衡解析、ハプロタイプ解析)を行う予定である。2.その他の研究成果1)Microtubule-associated proteins(MAPs)の一つをコードする遺伝子STOP(MAP6)のSNPおよびハプロタイプが統合失調症と関連すること、さらにこの遺伝子の発現が統合失調症死後脳において上昇していることをしめした(Shimizu et al.2006)。2)DRD4遺伝子と統合失調症の関連研究を行った(Nakajima et al.2006)。我々は上流域の変異が疾患に関与する可能性を指摘した。従来、従来特に注目されてきた繰り返し多型(エクソン3)については関連が認められなかった。さらに、我々は繰り返し多型部位に自然淘汰が働いたかを明らかにするために解析および検討を加えている。まず文献調査により、AMPA型グルタミン酸受容体の運搬に関わる候補遺伝子として、DLG4(PSD-95)、DLG1(SAP-97)、PRKCABP(PICK-1)、MDM2の4つを選んだ。HapMapデータベース(第II相)(http://www.hapmap.org)から、上記の遺伝子近傍に存在する一塩基多型(SNP)の情報を得た上で、CarlsonらによるLDSelectというプログラムを用いて連鎖不平衡解析を行い、日本人および中国人集団においてゲノム変異に関する情報を最も多く供給すると考えられるSNPセットを選択した。これらSNPにつき、プローブを設計・発注し、現在、統合失調症家系サンプルのジェノタイピングを行っている。2.その他、気分障害と候補遺伝子研究HTR3セロトニン受容体についての関連研究を行った従来HTR3Aの一変異と双極性障害の関連が白人集団を用いた研究で報告されていた。今回、我々はHTR3Aだけでなく、同遺伝子座に隣接するHTR3Bについても、網羅的に遺伝マーカーをタイピングし関連解析を行った。その結果、日本人集団において、HTR3B遺伝子の多型が単極性うつ病と関連することを見出し、報告した(下記Yamada et al.印刷中)。

HapMapデータベース(http://www.hapmap.org)から、これらの遺伝子近傍に存在する一塩基多型(SNP)の情報を得て、SNP相互の連鎖不平衡解析により、日本人および中国人集団においてゲノム変異に関する情報を最も多く供給すると考えられるSNPセット(tagSNPs)を選択した。現在、遺伝子型判定の結果を集計し、データ品質の点検および統計解析(伝達不平衡テスト、多型間の連鎖不平衡解析、ハプロタイプ解析)を行っている(データは未公表)。2.本研究では、AMPA受容体の運搬経路に注目したが、他に注目すべき候補遺伝子群を同定すべく双極性障害死後脳の系統的発現解析のデータをもとに遺伝子関連解析を行った。その結果SSTが原因遺伝子として有望であることを突き止めた(Nakatani et al. 2006)。3.その他、DRD4遺伝子と統合失調症の関連研究を行った(Nakajima et al. 2006)。我々は上流域の変異が疾患に関与する可能性を指摘した。従来、従来特に注目されてきた繰り返し多型(エクソン3)については関連が認められなかった。さらに、我々は繰り返し多型部位に自然淘汰が働いたかを明らかにするために解析および検討を加えている。
造形体験を促進する学習ソフトウェアの開発

本研究は、小学校図画工作科において生きる力につながる造形体験を重視したコンピュータ利用のの表現システムの開発を目的とした。コンピュータと従来の表現方法の比較を行い、コンピュータの表現における自由度や描画能力劣等感の排除などのメリットがあることが分かり、平面表現では色・形・様式・視点の変化、立体表現では無重力状態・自由な加工、さらに、時間軸の設定などコンピュータにより表現の自由度が増すことが明らかになった。また、子どもの発達段階と思考の仕方から、直接ものを扱わないコンピュータによる表現の適応時期を配慮しながら、イメージの再構成など従来の表現では経験できにくい活動をコンピュータを用いて体験させれば子どもの表現に有効になると考えた。これらのことから、コンピュータを利用した美術教育として(1)造形性を高めるもの、(2)行為の中に造形要素を含むもの、(3)イメージを広げるもの、(4)機能を生かした創造をするものという視点が導かれた。コンピュータの使い方に関しては、インターフェイスの側面から「分かる」「使える」「使ってみたい」の条件設定が必要であることが分かった。また、現代の表現方法、技術の進歩から、表現がインタラクティブ(双方向性)を持ち、コニュニケーションが図れる表現方法が可能であり、それらはインターネットの発達によりさらに多くの人に受け入れられている現状が明らかになった。以上のことから、表現システム開発の視点を(1)3D表現、(2)インタラクティビティ、(3)コミュニケーションと考えた。そしてコンピュータを利用した美術教育の4つの視点と表現システム開発の3つの視点をもとに表現システムの設計を行った。ネットワーク環境を基盤としたJavaとVRMLの言語を用い基本となるSPACE-SHAPE-SYSTEMをプログラミングし、それを使った教材開発を行った。造形体験を促進する学習ソフトウェアの開発に関して、その基礎的な枠組みを明確にするために以下のような予備的研究を行った。まず、初等教育における造形体験について特に身体性とコンピュータによるヴァーチャルな空間との関わりに焦点を当てて考察し、それを「心の触れ合いに根ざす身体を使った造形活動」としてまとめた。そこでは、昨今の教育問題のうち、マルチメディアやゲームなどの仮想空間にとらわれて内蔵感覚とか身体感覚、あるいは感覚情報の欠如といったことが指摘されているが、直接的で感覚的な機能を回復するという消極的なものではなく、コンピュータ・テクノロジーの発達により、仮想空間と体験とが不可分なものとして考えるようになっていることを指摘した。そして体験に根ざす造形課題をコンピュータ上でいかに保証するかについて身体=仮想空間との関係性と心的触れ合いを強調して検討した。次に、コンピュータを利用して表現活動を展開するための発想段階での示唆を得るために、「造形的発想を支援するシネクティクス理論の応用に関する一考察」をまとめた。そこでは創造的な造形を期待するために、創造技法のひとつであるシネクティクスにもとづくニコラス・ル-クの提唱する創造性啓発メカニズムを応用して造形発想力を高める上での有効性を具体的な教材開発をもとに探った。さらに、ソフトウェア開発上必要と考えられる3Dソフトウェアを使用した表現の可能性を考えると同時にネットワーク上における共同表現の可能性についてもVRML,JAVA言語を使用して試行的なプログラム開発を行い、具体的な教材案を提示した。それを「図画工作科におけるコンピュータを利用した表現システムの構築」としてまとめた。本年度の研究では、テーマに基づく造形教育に関連ソフトウェアの開発を継続した。オーサリング・ソフトウェアを利用したマルチメディア・コンテンツ開発の利用可能性を学生を対象として検討した。またインターネットを利用した造形表現プログラミングをJAVA言語を用いて行ない、小人数の小学生を対象としたユーザビリティー・テストを行った。マルチメディア・コンテンツの開発に関しては、主に鑑賞教育の領域において有用性が確認された。情報(造形作品の鑑賞)をいかに整理し、マルチメディアのネットワーク構造をどう生かすかがマルチメディア・コンテンツの開発では重要であるが、それを充分理解した形で発展させるには、基本的なインターフェイス操作の習熟が不可欠であることがわかった。

インターネットを利用したJAVAベースの3D表現プログラミングでは操作パネルのインターフェイスが子ども向きでないため、問題点が多いことがわかった。本研究は、小学校図画工作科において生きる力につながる造形体験を重視したコンピユータ利用の表現システムの開発を目的とした。コンピュータと従来の表現方法の比較を行い、コンピュータの表現における自由度や描画能力劣等感の排除などのメリットがあることが分かり、平面表現では色・形・様式・視点の変化、立体表現では無重力状態・自由な加工、さらに、時聞軸の設定などコンピユータにより表現の白由度が増すことが明らかになった。また、子どもの発達段階と思考の仕方から、直接ものを扱わないコンピュータによる表現の適応時期を配慮しながら、イメージの再構成など従来の表現では経験できにくい活動をコンピュータを用いて体験させれば子どもの表現に有効になると考えた。これらのことから、コンピュータを利用した美術教育として(1)造形性を高めるもの、(2)行為の中に造形要素を含むもの、(3)イメージを広げるもの、(4)機能を生かした創造をするものという視点が導かれた。コンピュータの使い方に関しては、インターフエイスの側面から「分かる」「使える」「使ってみたい」の条件設定が必要であることが分かった。また、現代の表現方法、技術の進歩から、表現がインタラクティブ(双方向性)を持ち、コミュニケーションが図れる表現方法が可能であり、それらはインターネットの発達によりさらに多くの人に受け入れられている現状が明らかになった。以上のことから、表現システム開発の視点を(1)3D表現、(2)インタラクティビティ、(3)コミュニケーションと考えた。そしてコンピユータを利用した美術教育の4つの視点と表現システム開発の3つの視点をもとに表現システムの設計を行った。ネットワーク環境を基盤としたJavaとVRMLの言語を用い基本となるSPACE-SHAPE-SYSTEMをプログラミングし、それを使った教材開発を行った。
ナノシートを用いた可視光利用可能な逆反応抑制型光触媒系の開発

本研究ではナノシートを用い、(1)層空間と触媒表面で酸化・還元反応サイトが分離した逆反応抑制型光触媒系の構築、(2)可視光を利用した水分解反応の達成を目的とした。本年度の研究では、HCa2Nb3O10ナノシート再積層体の層空間に還元サイトとして働くPtナノ粒子を担持した触媒に対し、酸化サイト、および可視光吸収部位として機能するRu色素を吸着させ、その光触媒特性を調べた。ヨウ素アニオンを電子供与剤として用い光触媒反応を行ったところ、可視光照射に伴い断続的な水素の発生が観測された。これは酸化・還元サイトの空間的な分離により逆反応が抑制されたためであると考えられる。また、HCa2Nb3O10ナノシート再積層体の表面を酸化アルミニウムで修飾することで光触媒活性が大幅に向上することを見出し、適切な酸素発生光触媒と組み合わせた2段階励起型水分解系を構築することで、可視光を利用した水の完全分解を達成した。さらに昨年度合成に成功した新規の層状ペロブスカイト酸窒化物であるK2LaTa2O6Nの光触媒特性に関して検討を行った。層状ペロブスカイト酸窒化物は可視光応答型ナノシートの前駆体として有望であると考えられるが、合成例が少ないことに加え、水溶液中での安定性に問題があり、その光触媒活性はほとんど検討されてこなかった。触媒調製や光触媒反応の条件を詳細に検討した結果、K2LaTa2O6Nが水溶液中においても安定な水素発生光触媒として機能することを見出した。またその光触媒活性は、従来の酸窒化物光触媒と比較しても10倍以上高く、K2LaTa2O6Nが優れた可視光応答型の光触媒として機能することが明らかとなった。最終的に、K2LaTa2O6Nを適切な酸素生成光触媒と組み合わせた2段階励起型光触媒系を構築することで、可視光照射下で水の完全分解反応を達成した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、層状化合物の層を剥離することで得られるナノシート光触媒を用い、層空間と触媒表面で酸化・還元反応サイトが分離した逆反応抑制型光触媒系を構築することを目的としている。私はこれまでにKCa2Nb3O10ナノシート再積層体の層空間にPtを担持する方法を見出し、Pt担持KCa2Nb3O10による紫外光照射下での水分解反応の研究を行ってきた。この層空間にPtを担持する技術は、目指す反応場が分離した光触媒系を構築する上で基礎となる技術であり、この方法の汎用性を調べることは重要である。そこで本年度では金属酸化物ナノシート光触媒の大きさ、電荷、組成などを変化させ、これらの因子が層間へのPt担持・および光触媒活性に及ぼす影響を明らかにすることを目的とし、研究を行った。実際に、ナノシートの大きさ、組成、電荷、水素還元温度を変化させた場合におけるPt担持への影響について検討を行うことができた。さらに可視光利用可能な材料の開発を目指し、層状酸窒化物Li2LaTa2O6Nの合成にも成功した。またこの化合物が可視光照射下での水素発生反応だけでなく、金属錯体と組み合わせることで二酸化炭素の還元にも活性であることを見出した。このような層状酸窒化物が可視光応答光触媒として機能した報告はほとんどなく、興味深い結果であると考えられる。これらの結果のうち、シートの電荷と水素還元温度に関するものは、査読付きの国際的なジャーナルに発表した(2報)。Li2LaTa2O6Nに関しても現在論文執筆中である。さらに本年度の結果は国内の学会だけでなく、海外の学会でも積極的に発表し、議論を行った(国内3件、海外3件)。平成28年度はナノシートの大きさ、組成、電荷、厚さなどがナノシート再積層体の層空間修飾に対して及ぼす影響を調べた。Ca2Nb3O10-ナノシートの大きさを変化させた場合、大きなナノシートを用いた場合、Ptが層空間に担持されやすくなる傾向が得られた。また、組成が異なるSr2Nb3O10-を用いた場合でも、ナノシート再積層体の空間にPtを担持できることがわかった。シートの電荷の影響を調べるため、新規の層状金属酸化物光触媒K2CaNaNb3O10を合成し、そのナノシート化を試みた。K2CaNaNb3O10の合成には成功したものの、そのナノシート化は困難であり、2-の電荷を有するシートは合成困難であることが示唆された。しかし、合成したK2CaNaNb3O10は層空間に空気中の水を自発的に取り込むというユニークな性質を有し、かつ層空間が酸化反応サイトとして機能していることが示唆された。K2CaNaNb3O10のような層間に水を取り込む性質を有する化合物を用いることで、層間が酸化サイト・触媒表面が還元サイトとして機能する逆反応抑制型光触媒系が構築できる可能性があり、この知見は今後の研究を進めていく上で重要であると考えられる。Ptを担持するときの水素還元温度を変化させて場合では、温度の上昇に伴いPtが層空間の外に出ていくことが明らかとなり、より低温での水素還元が適していることがわかった。さらに、太陽光利用の観点から、可視光利用可能な物質の合成にも取り組み、層状酸窒化物Li2LaTa2O6Nをほぼ単一相で合成することに成功した。