hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
計量的アプローチによる地域医療計画立案の実証的研究

元来、医療は都道府県、ないしはその中での保健所区域といった行政のための地域で「健康保持」、「疫病予防」、「診断・治療ならびにリハビリテーション」の各スペクトル部分において断片的に、かつ種々なる方法をもって展開されてきている。しかしその前堤となるのは現在の行政のための地域とは別の見地から対象とする医療のための地域社会を設定することであろう。本研究は福岡県を対象に、地域医療計画推進のための地理的範域を県民の生活行動空間から求め、建設省で定める地方生活圏域を医療圏域と設定した。ついで各圏域内の社会・経済特性を分析した。その結果、「工業化」と「都市化に関わる4因子を抽出した。さらに各圏域毎に医療施設と医療関連施設の空間分布状況を明らかにし、さきの社会・経済特性との関係を検討した。同県における医療施設と医療関連施設との空間分布状態は、「都市的集積性」因子を軸としてきわめて一致していることが判明した。次いでこれらの分析結果から住民の受療形態を明らかにする目的で重回帰分析を行い、受療動向モデルが構成された。その結果、各圏域で計画されるべき医療堤供方法に関する問題が浮き彫りにされ、特に筑豊圏域は、地域の高齢化問題が今後の計画上の関連アプローチとして北九州市における医療施設機能の現状分析も行い、計画上の問題点を検討した。
アクチニド分子種と生体分子の相互作用に関する計算化学的研究

本研究では、分子動力学(MD)計算とフラグメント分子軌道(FMO)計算を連携させることにより、原子力工学の保健物理・環境安全分野におけるアクチニド系の分子イオン種(あるいはイオン種)と生体分子との複合系に関する理論計算・シミュレーション手法を提案し、実証する研究を進めてきました。最終2018年度は、2017年度までの応用計算の中で課題として顕在化したポイントに対する対応、論文の投稿・出版、ならびに今後を見据えた予備的検討を行いました。改善点の1つは、sp2混成炭素でのフラグメント分割で、エネルギーだけでなく微分までの計算がABINIT-MPで可能となりました。これにより、ペプチド結合で直截に切断出来るため、カルボニル酸素が配位結合などの相互作用に関与する場合でもアミノ酸残基の「ズレ」の問題が生じません。もう1つの改善は、3次摂動(MP3)計算の恒等分解(RI)による加速で、分担者の石川が開発しているPAICSに最初に実装され(論文出版済)、続けてABINIT-MPも移植されました。次に2017年までの応用計算の論文ですが、カルモデュリン-イオン系に関しては連携先の独国の研究所でのアクチニド実験グループの強い意向があり、高IFの雑誌への投稿が未だに続いている状況です。一方、DNA-ウラニル系はChem. Comm.誌に出版し、高評価を得たために掲載号の表紙を飾ることが出来ました。試行的な応用計算では、カルサイト表面への人造ペプチドの相互作用解析をMD-FMO連携で行い、各アミノ酸残基の役割を特定しました。フミン質などの不定高分子の粗視化モデリングを意識し、FMO計算と散逸粒子動力学(DPD)を組み合わせたマルチスケールシミュレーション手法の適用についても準備を進めました。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本課題の平成28年度の研究開発の成果を、プログラム開発・整備、応用計算に分けてまとめます。先ず、プログラム関係です。望月が取り纏め役となって開発しているフラグメント分子軌道(FMO)プログラムABINIT-MPに対して、重原子で重要相対論効果を効果的に扱えるよう、分子研の石村氏が開発しているSMASHから有効ポテンシャル(ECP)のモジュールを移植しました。また、f関数の積分も可能となるよう積分モジュールの移植作業も行いましたが、インターフェースを取るべき箇所が多いために完了までは至りませんでした。また、研究分担者の石川氏とのコラボレーションでは、彼自作のFMOプログラムであるPAICSでのNMR算定機能や3次摂動論(MP3)の実装などについて準備を進めました。次に、応用計算ですが、DNAにウラニルイオンが結合した系についてAMBERプログラムを使い、ウラニルの力場の吟味を兼ねた分子動力学(MD)シミュレーションの予備的なテストを済ませました。上記の積分モジュールの移植完了によってウランの5f殻が扱えるようになりますので、機をみてDNA系の計算を本格化させます。タンパク質では、生体内でCa(II)の貯蔵/放出に関わるカルモデュリンを選び、ランタニドイオンが結合して変性する機構を調べました。イオンとしては実験データのあるEu(III)としました。各結合系のMD計算を100ns超の時間で行い、軌跡から各々100個の構造サンプルを得て、2次摂動(MP2)レベルでFMO計算を行いました。イオンと結合部位のアミノ酸残基間に関する相互作用解析は済んでおり、研究会などで報告しています。一方、残基間の組合わせは1万を超えるため、MS Azureを使った機械学習を用いた準自動解析を試みました。現在、解析結果を解釈・整理する作業を進めています。平成28年度の研究の進捗状況については、概ね順調であると考えています。自己採点的には80点です。【概要】のところで記していますように、FMO計算プログラムABINIT-MPの機能強化については、SMASHからのECPのモジュールは導入済み、1,2電子積分の計算モジュールの方は達成度70%というところです。2電子積分の生成はジョブのコストを決するため並列化はマストですが、ABINIT-MPの並列化とSMASHの並列化の「摺り合わせ」に工夫が要るのと、サブルーチン呼出しの場所も多いことから、作業工数が想定よりも多くなってしまいました。ただ、残りの道程は見えていますので、平成29年夏に完了となります。また、石川氏とのPAICS上でのNMR機能の実装を討議していますが、新たにMP3エンジンを共同で実装することになり、アルゴリズムの検討などの準備を進めました。応用計算についても【概要】に準じて記します。平成28年度の早い段階でAMBERによるMD計算環境は整備し、ルーチン的にジョブを流せるようにしました。これにより、ウラニル+DNA系のテストラン、ならびにカルモデュリン+イオン(Ca(II)とEu(III))系のプロダクションランが円滑に行えました。カルモデュリンの研究は、研究協力者である独の津島氏がリードして進行しています。MD計算の軌跡から、価数がCaの+2からEuの+3となると、カルモデュリンの構造が大きく変形することが明らかになり、四つのイオン結合領域のアミノ酸残基との相互作用もEu(III)の方が強くなることが分かりました。これは、FMO計算によるイオン-残基間の相互作用解析からも裏打ちされています。

残基間の相互作用の組合わせ数は1万を超えているので機械学習を援用して整理していますが、タンパク質全体の荷電性残基間の相互作用の変調が示唆されています。応用計算では、前年度の準備を基に、12塩基対のDNAモデルに対してウラニルイオンの有無の二通りでAMBERプログラムを使って100ns超の古典分子動力学(MD)シミュレーションを行い、その軌跡から得られた構造サンプルのセットをフラグメント分子軌道(FMO)計算に供し、サンプル群に対して統計的な評価を行いました。その結果、塩基対間の水素結合のエネルギーは、全体としてはウラニルの有無で大きな差は見られませんでした。一方、塩基のスタッキングの相互作用エネルギーでは、ウラニルが架橋している近傍の部位では安定化と不安定化の傾向に有意な差が認められました(学会で発表済)。非経験的な理論計算で、DNAに対するウラニルの影響を調べた試みは本研究が世界で初めてですが、研究協力者の津島先生の居られるドイツで行われたX線実験の結果とのインタープレーとして論文化することになっています。昨年度のカルモデュリンのCa(II)/Eu(III)の解析結果も、実験と合わせた論文を準備中です。平成30年度の応用計算の準備では、ウラニル結合タンパク質などのMD計算を行っています。次にプログラム関係ですが、研究代表者が以前開発した3次摂動(MP3)計算のアルゴリズムを、研究分担者の石川先生が積分の恒等分解(RI)用に拡張してFMOプログラムPAICSに高速モジュールとして実装しました。実タンパク質でも、RI-MP2の数倍のコストでRI-MP3が実行出来るのは大きな強みです(論文投稿中)。ABINIT-MPでは、相互作用エネルギーの詳細解析(PIEDA)が実装されましたので、統計的な解析や機械学習を使った大量の計算結果の自動解析に向けた準備が整った段階です。また、sp2混成の炭素原子でのフラグメント切断の準備も進め、平成30年度の本実装に目処を付けました(エネルギー微分まで)。進捗状況は概ね順調であると考えています。平成28年度と同じく、自己採点的には80点です。応用計算から先に述べます。DNAモデルにウラニルが結合した系については、MDシミュレーションで得られた構造サンプル群に対するFMO計算を行い、主に塩基間の相互作用エネルギーを統計的に評価しました。用いたABINIT-MPプログラムはf関数の積分を扱える古いローカル版で、計算レベルは高次励起の影響を繰り込んだ修正2次摂動(PR-MP2)です。塩基対間(ATとCG)の水素結合のエネルギーは、ウラニルの有無で顕著な差が認められないのに対し、スタッキングのエネルギーはウラニルが架橋している近傍で有意な差を見出しました。論文化はドイツ側のX線実験の結果と合わせて進んでいます。また、平成28年度に解析したカルモデュリンの結果も実験結果との相補的な議論をベースに論文化中です。他の応用計算では、平成30年度に向けウラニル結合タンパク質の予備的MD計算を行いました。プログラム関係では、石川先生が高速のRI-MP3モジュールを開発してPAICSに導入しました。
ショウジョウバエ求愛解発機構に対するセロトニンによる社会的経験の刻印

1社会経験の基盤となるセロトニンニューロンの同定とその機能解析fru変異とtrh変異の二重変異体で観察される経験依存的求愛行動の抑制は、社会経験にセロトニンが重要な役割を果たしている事を示唆するが、この抑制効果はセロトニン欠乏にのみ特異的に現れるものであるのか、それとも他のアミン(ドーパミンやオクトパミン)の欠乏でも同様の現象が生じうるのかを検討するため、セロトニン系の時と同様、fru変異体とアミン合成系の変異の二重変異体での経験依存的求愛行動を解析した。今年度は、ドーパミン合成に必須の酵素であるTyrosine Hydroxylase (TH)の機能喪失突然変異体であるpale変異体を用いて、paleとfruの二重変異体の経験依存的求愛行動を解析し、セロトニンに類似した効果を確認した。2経験により適応的に変化するセロトニンのターゲットとなる神経回路の機能同定昨年までに、社会行動解発の司令システムであるfru発現P1ニューロン・dsx発現pC1ニューロンが5-HTニューロン群とシナプス接続をしている可能性を、GRASP法を用いて検討した。画像データを再調査する中で、雌脳内でのGRASPシグナルの強度が雄のものに比べて明瞭であることを見出した。これはdsx発現pC1ニューロンと5-HTニューロンとの間の接続に雌雄差があることを示唆しており、経験依存的求愛行動がfru変異体の雄で観察される事と関係している可能性がある。また、dsx発現pC1ニューロン群が5-HTニューロン群からの直接支配を受けているならばセロトニン受容体が発現していると考え、intersection技術を用いた発現解析により、dsx発現ニューロン群のうちどのニューロンが5-HT受容体を発現しているかを調べた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。1.社会経験の基盤となるセロトニンニューロンの同定とその機能解析経験依存的求愛行動は複数種のfru突然変異体で観察できる。一方で、本研究課題の手掛かりとなった、fru変異とtrh変異の二重変異体における経験依存的求愛行動の抑制は、fru[satori]変異体を用いた時に観察されたものであった。そこで他のfru変異体で誘導できる経験依存的求愛行動も、trhとの二重突然変異により同様に抑制されるか否かを確かめるために、他のfru変異体を用いた実験を行った。その結果、fru[NP21]変異とtrh変異の二重突然変異体では経験依存的求愛行動の抑制を観察することができた。一方、fru[FLP]変異体では有意な抑制が観察出来なかった。fru[FLP]変異体は経験依存的求愛行動のレベルが非常に高く、trh変異の導入による抑制が観察されにくい可能性も考えられる。しかしながらこの結果は、fru変異体が示す経験依存的求愛行動の実現にはセロトニン系だけが重要なのではない事も示唆する興味深いものである。2.経験により適応的に変化するセロトニンのターゲットとなる神経回路の機能同定セロトニンニューロンのターゲットとして、社会行動解発の司令システムであるfru発現P1ニューロン・dsx発現pC1ニューロンに注目している。これらのニューロン群はjanelia farmが作出したR71D01と名付けられたLexAドライバー系統を用いる事によって標識可能である。そこで、R71D01-LexAとtrh-GAL4を用いることにより、P1/pC1ニューロン群とセロトニンニューロン群との接続をGRASP法により検証した。その結果、P1/pC1ニューロンが密な神経突起を展開しているLPC領域に微弱ながらGRASPシグナルを検出する事ができ、両ニューロン群間での直接的な接続の存在が示唆できた。本研究では、生得的行動と考えられている求愛行動が経験依存的に変化することに注目し、新たに見出したセロトニンの効果が神経回路のどのレベルでの機能的適応に基づくものであるのかを明らかとすることを目的としている。経験依存的求愛行動はfru遺伝子に関するホモ変異体・トランスへテロ変異体で広く観察される。一方、セロトニンシステムの破綻による経験依存的求愛行動の抑制はfru[satori]変異体バックグランドで見出された効果であった。今年度は他の2種のfru変異体を用いた検証を行い、trh変異との二重突然変異により、fru[NP21]変異体を用いた場合ではfru[satori]と同様の抑制効果が観察されたが、fru[FLP]変異体では有意な抑制が観察出来ないことが明らかとなった。このことは、経験依存的求愛行動の実現にセロトニン以外のシステムが機能している事を示唆しており、本研究で対象とする「経験を刻印する」神経基盤の範囲を当初より広く探索する必要性が生じた。そのため、次年度はドーパミンやオクトパミンなど他のアミンの効果も検討する。また、本研究では社会経験に依存したニューロン応答の変化を捉えることも目指している。本年度はニューロン応答の検討のためのCa2イメージング実験系を確立したが、セロトニンニューロンの社会経験時の応答解析までは至らなかった。セロトニン以外のシステムの関与も示唆されたことから、他のアミンシステムの検証に踏み込まねばならず、研究計画全体を通してはやや遅れてしまっている。1社会経験の基盤となるセロトニンニューロンの同定とその機能解析fru変異とtrh変異の二重変異体で観察される経験

依存的求愛行動の抑制は、社会経験にセロトニンが重要な役割を果たしている事を示唆するが、この抑制効果はセロトニン欠乏にのみ特異的に現れるものであるのか、それとも他のアミン(ドーパミンやオクトパミン)の欠乏でも同様の現象が生じうるのかを検討するため、セロトニン系の時と同様、fru変異体とアミン合成系の変異の二重変異体での経験依存的求愛行動を解析した。今年度は、ドーパミン合成に必須の酵素であるTyrosine Hydroxylase (TH)の機能喪失突然変異体であるpale変異体を用いて、paleとfruの二重変異体の経験依存的求愛行動を解析し、セロトニンに類似した効果を確認した。2経験により適応的に変化するセロトニンのターゲットとなる神経回路の機能同定昨年までに、社会行動解発の司令システムであるfru発現P1ニューロン・dsx発現pC1ニューロンが5-HTニューロン群とシナプス接続をしている可能性を、GRASP法を用いて検討した。画像データを再調査する中で、雌脳内でのGRASPシグナルの強度が雄のものに比べて明瞭であることを見出した。これはdsx発現pC1ニューロンと5-HTニューロンとの間の接続に雌雄差があることを示唆しており、経験依存的求愛行動がfru変異体の雄で観察される事と関係している可能性がある。また、dsx発現pC1ニューロン群が5-HTニューロン群からの直接支配を受けているならばセロトニン受容体が発現していると考え、intersection技術を用いた発現解析により、dsx発現ニューロン群のうちどのニューロンが5-HT受容体を発現しているかを調べた。1.社会経験の基盤となるアミン性ニューロンの同定とその機能解析fru変異とtrh変異の二重変異体で観察される経験依存的求愛行動の抑制は、社会経験にセロトニンが重要な役割を果たしている事を示唆するが、この抑制効果はセロトニン欠乏にのみ特異的に現れるものであるのか、それとも他のアミン(ドーパミンやオクトパミン)の欠乏でも同様の現象が生じうるのかを検討するため、セロトニン系の時と同様、fru変異体とアミン合成系の変異の二重変異体での経験依存的求愛行動を解析する。またトラックボール上で自由行動する個体からの脳内Ca2+イメージング技術を拡張して、他個体との相互作用時のセロトニンニューロン・ドーパミンニューロン等の応答解析を行う。2.経験により適応的に変化するセロトニンのターゲットとなる神経回路の機能同定昨年までに、社会行動解発の司令システムであるfru発現P1ニューロン・dsx発現pC1ニューロンが5-HTニューロン群とシナプス接続をしている可能性を、GRASP法を用いて検討した。もしこれらのニューロン群が5-HTニューロン群からの直接支配を受けているならば、セロトニン受容体が発現しているはずである。ショウジョウバエで知られている5-HT受容体に関して網羅的なintersection解析を行い、どのタイプの受容体が司令システムに発現しているか同定する。また、司令システム特異的な5-HT受容体遺伝子のノックダウン実験を試みる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
蛍光色素を利用した悪性骨軟部腫瘍の術中肉眼的可視化による切除縁の決定

本年度は昨年度に続いてアクリジンオレンジ(AO)を用いた蛍光色素標識によるマウス骨肉腫およびヒト悪性骨軟部腫瘍の新鮮材料の肉眼的可視化についての実験を行った。本年度は腫瘍と正常組織の蛍光強度の差をコンピュータ画像解析ソフト(NIH Image)を用いて定量的に評価した。その結果は昨年度定性的に評価したのとほぼ同様の結果で,10μg/mlの濃度のAOを経腹膜投与した後2時間目で腫瘍と筋肉,皮下脂肪などの正常組織の蛍光強度が20倍以上の差になることが判明した。ヒト悪性骨軟部腫瘍の新鮮材料では半割した切除組織を10μg/mlの濃度のAOに浸漬した後生食で洗浄し実体蛍光顕微鏡下で写真撮影し蛍光強度を画像解析すると腫瘍と正常組織の差が最も大きくなることが分かった。さらに,他の蛍光色素としてロ-ダミン123とアドリアマイシンについて同様の検索を行ったがロ-ダミンは正常組織からも強い蛍光が発生し腫瘍との区別が困難であり,アドリアマイシンは大量投与が必要でいずれも臨床応用は困難と考えた。以上のように平成8,9年度にわたり行った本研究成果からAOを用いた悪性骨軟部腫瘍の蛍光による術中肉眼的可視化は可能であることが明らかになり腫瘍切除縁の決定に有用であると考える。本年度はアクリジンオレジン(AO)を用いた蛍光色素標識によるマウス骨肉腫およびヒト悪性骨軟部腫瘍のin vivoにおける肉眼的可視化の可能性について以下の実験を行った。まず放射線誘発マウス骨肉腫細胞株MOSをC3Hマウスの背部皮下に移植し直径8mm以上の腫瘤を形成した時点で種々の濃度(0.5,1.0,1.5,2.0,2.5mg/ml)のAOを経腹膜的に投与した。次に腫瘍および周囲の正常組織(皮膚、皮下結合組織、筋肉、腸管、肝臓、など)に青色の励起光(350mm)を照射して腫瘍と正常組織から発生する蛍光の強さを経時的に実体顕微鏡下で定性的に比較した。その結果、1mg/mlの濃度のAOを経腹膜的に投与した後2-3時間目に観察すると両者がもっとも強いコントラストで区別できることが判明した。また、化学療法を受けていない平滑筋肉腫、MFH、脂肪肉腫などの新鮮切除組織を半割し1μg/mlのAOで直接標識後PBSで洗浄して腫瘍と周囲の正常筋肉、脂肪組織との蛍光の強さを同様に観察した。その結果でも両者は明瞭に区別できることが分かった。さらにマウスの肺転移巣についても同様の検討を行った直径1mm以下のきわめて小さな病巣も肉眼的に区別できることが分かった。以上の結果からAOを用いた悪性骨軟部腫瘍の術中肉眼的可視化による切除縁の決定は可能であることが判明した。今後はロ-ダミン123やアドリアマイシンなどのほかの蛍光色素を用いて同様の検索を行う。
ゼロ磁場分裂制御による遷移金属錯体の発光制御

一連のモリブデンおよびレニウム6核クラスターの発光スペクトル・発光寿命の温度依存性測定を通して、クラスター錯体の励起三重項状態のゼロ磁場分裂パラメータを見積もった。その結果、励起三重項状態のスピン副準位のゼロ磁場分裂エネルギーが大きいほど強発光かつ長寿命となることを実験的に示した。また、カルボン酸をターミナル配位子として有するモリブデン6核クラスターの発光特性はカルボン酸の酸性度により制御可能であることも明らかにした。このような研究から、ゼロ磁場分裂制御による遷移金属錯体の発光制御の可能性を明らかにすることができた。本年度は以下の2項目について研究を行った。1[Mo6I8(C3F7COO)6]2-(X = Cl, Br, I)の励起三重項状態のスピン副準位のゼロ磁場分裂パラメータを、錯体の発光スペクトルと発光寿命の液体ヘリウム温度から室温にわたる温度依存性測定から求めた。その結果、既に知られている[Mo6Cl14]2-のゼロ磁場分裂パラメータとは大きく異なる事が示された。特に、強発光(発光量子収率= 0.59)・長発光寿命(300 microsecond)である[Mo6I8(C3F7COO)6]2-錯体のゼロ磁場分裂は他の錯体に比べて極めて大きいことが明らかになった。2アリールホウ素置換基を有するRu(II)錯体(4RuB2+)の励起三重項状態寿命(発光寿命)の温度依存性を液体ヘリウム温度から室温に亘って検討した。その結果、室温から160 K近辺までは単一の寿命(14 microsecond)を示すが、より低温側では長寿命成分(20 microsecond)が現れる二重発光性である事を明らかにした。また160 K以下では短寿命成分、長寿命成分ともに温度依存性は小さく、液体ヘリウム温度まで殆ど不変であった。一般的なRu(II)錯体においては、励起三重項のスピン副準位のゼロ磁場分裂を反映して長寿命化するにも関わらず、4RuB2+は極めて異常な励起物性を示す事を明らかにすることができた。両研究ともに、平成26年度における遷移金属錯体の発光制御につながる重要なデータを得る事ができた。1[Mo6X8(C3F7COO)6]2- (X = Cl, Br, I)クラスター錯体の励起三重項状態のゼロ磁場分裂:前年度に引き続き、これらの錯体並びに参照錯体としての[Mo6Cl14]2-錯体の励起三重項状態のゼロ磁場分裂パラメータの精密測定を行った。試料錯体をポリマーマトリックス中に均一分散させる事により、分子間相互作用を最小限に抑えつつ発光スペクトル・寿命測定を3300 Kの温度範囲で行った。また、これらの錯体のゼロ磁場分裂パラメータを[Re6S8X6]4- (X = Cl, Br, I)のデータと比較・考察を行った。その結果、ゼロ磁場分裂エネルギーが大きいクラスター錯体ほど、強発光・長寿命性を示すことが明らかになり、ゼロ磁場分裂による発光制御が可能であることが明らかになった。2モリブデン6核クラスターの発光制御:一連の[Mo6I8E6]2-(E = carboxylate)クラスター錯体の発光特性に関する研究を固体状態ならびにアセトニトリル中において行った。その結果、ターミナル配位子であるcarboxylateのpKaと発光エネルギーに相関関係があること、また無輻射失活速度定数はエネルギーギャップ則に従うことを明らかにし、ターミナル配位子であるcarboxylateにより発光特性を制御可能であることを結論した。今後、これらのクラスター錯体の励起三重項状態のゼロ磁場分裂を精密測定することにより、ゼロ磁場分裂パラメータと発光性の相関を考察を行い、発光制御の指針を得る。光化学予想以上の成果が得られている。すなわち、[Mo6X8(C3F7COO)6]2-(X = Cl, Br, I)および4RuB2+錯体ともに室温から液体ヘリウム温度にわたる励起物性(発光スペクトル・発光寿命)の温度依存性を明らかにすることが出来たことは大きな成果である。両錯体ともに強発光・長発光寿命を示すことから、その性質と励起三重項状態のゼロ磁場分裂パラメータの特徴を関連付ける測定を行うことにより、本研究の目的である遷移金属錯体の発光制御を十分に達成可能であると考えられる。そのため、平成26年度においては、12に示す研究項目を推進する。[Mo6X8(C3F7COO)6]2-(X = Cl, Br, I)および4RuB2+錯体の励起物性の温度依存性測定を終えているが、本研究の目的を達成するためにはデータの再現性や信頼性を向上させる必要がある。特に、ゼロ磁場分裂パラメータの決定には3 50 K領域における発光寿命の温度依存性の精密測定が必要不可欠である。これまで、錯体の固体試料を用いてきたが、固体試料では発光寿命に対する励起エネルギー移動による影響が予想される。

そのため、平成26年度においては、試料錯体をポリメタクリル酸メチルやポリエチレングリコール系等の透明高分子マトリックスに均一分散させた試料を用いて、より信頼性の高い温度依存性測定を行う。これにより両錯体の励起三重項状態のゼロ磁場分裂パラメータ(スピン副準位間のエネルギー差、各副準位の励起寿命、各副準位の相対的な輻射速度定数等)を精密決定し、関連錯体([Mo6Cl14]2-、Ru(1,10-phenanthroline)32+等)のゼロ磁場分裂パラメータと比較・考察を行う。このような研究を通して、遷移金属錯体の発光性とゼロ磁場分裂パラメータを関連付け、錯体の発光性制御のための指針を得ることを試みる。平成25年度においては、本研究目的へ向けた予備的研究を行い、平成26年度において本格的な実験を行う計画を立案した。そのため、平成26年度に、より十分な経費を割くために次年度使用額が生じた。本研究を遂行するためには液体ヘリウムを比較的に多量に要するとともに、光学部品類も必要となる。繰越費用は、これらのために使用する計画である。
土砂斜面上の落石の運動および衝撃力に及ぼす地盤特性の影響

1)落石が落石覆工に衝突する際の衝撃力に及ぼす敷砂緩衝材の密度の影響直径50および98mmの平底の重錘(落石に相当する)を,内径180mm,高さ300mmのモールドに充填した3種類の乾燥密度からなるまさ土(敷砂緩衝材に相当する)上に,落下高1646cm,重錘質量37kgの計16通りの組合せにて落下させ,重錘貫入量,重錘加速度,およびモールド底面土圧を測定した.その結果,以下に示す知見が得られた.1.重錘貫入量および衝撃持続時間は,供試士の乾燥密度が増加するにしたがって減少する.2.重錘の衝撃加速度,モールド底面土圧および衝撃波伝播速度は,供試士の乾燥密度が増加するにしたがって増加する.3.衝撃圧力伝達率(土の表面に加わった衝撃圧力がモールド底面に到達する割合)は,供試土の乾燥密度の影響をほとんど受けない.2)土砂斜面上の落石の運動に関するシミュレーション解析任意の斜面傾斜角,円柱落石の半径・質量における平坦均質な土砂斜面上の落石の沈下量,スリップ率,斜面方向加速度を求めるシミュレーション解析を行った.落石の沈下量を考慮するため,土砂斜面上の落石の線運動解析にテラメカニックスにおける剛性車輪の走行理論の適用を試み,Visual Basic6.0を用いて土砂斜面上の落石の線運動(並進運動および回転運動)に関するプログラムを作成した.その結果,垂直地盤反力の斜面方向成分で表される締固め抵抗が,土砂斜面上の落石の線運動にかなり影響を及ぼすことが判明した.ここで提案したシミュレーション解析法の適応性は,定量的にはまだ不充分であるが,定性的にはある程度満足のいくものである.1)落石が落石覆工に衝突する際の衝撃力に及ぼす敷砂緩衝材の密度の影響直径50および98mmの平底の重錘(落石に相当する)を,内径180mm,高さ300mmのモールドに充填した3種類の乾燥密度からなるまさ土(敷砂緩衝材に相当する)上に,落下高1646cm,重錘質量37kgの計16通りの組合せにて落下させ,重錘貫入量,重錘加速度,およびモールド底面土圧を測定した.その結果,以下に示す知見が得られた.1.重錘貫入量および衝撃持続時間は,供試士の乾燥密度が増加するにしたがって減少する.2.重錘の衝撃加速度,モールド底面土圧および衝撃波伝播速度は,供試士の乾燥密度が増加するにしたがって増加する.3.衝撃圧力伝達率(土の表面に加わった衝撃圧力がモールド底面に到達する割合)は,供試土の乾燥密度の影響をほとんど受けない.2)土砂斜面上の落石の運動に関するシミュレーション解析任意の斜面傾斜角,円柱落石の半径・質量における平坦均質な土砂斜面上の落石の沈下量,スリップ率,斜面方向加速度を求めるシミュレーション解析を行った.落石の沈下量を考慮するため,土砂斜面上の落石の線運動解析にテラメカニックスにおける剛性車輪の走行理論の適用を試み,Visual Basic6.0を用いて土砂斜面上の落石の線運動(並進運動および回転運動)に関するプログラムを作成した.その結果,垂直地盤反力の斜面方向成分で表される締固め抵抗が,土砂斜面上の落石の線運動にかなり影響を及ぼすことが判明した.ここで提案したシミュレーション解析法の適応性は,定量的にはまだ不充分であるが,定性的にはある程度満足のいくものである.本研究は,1)土砂斜面上の落石の運動に及ぼす斜面勾配の影響,および2)落石が落石覆工に衝突する際の衝撃力に及ぼす敷砂緩衝材の影響を定量的に調査することを目的とする。今年度は2年計画の1年目ということで2)について実験的研究を行った。直径98mmの平底の重錘(落石に相当する)を,内径180mm,高さ300mmのモールドに充填した3種類の乾燥密度からなるまさ土(敷砂緩衝材に相当する)上に,落下高050cmの7通り,重錘質量3.106.97kgの5通りの組合せにて落下させ,重錘貫入量,重錘加速度,およびモールド底面土圧を測定した。その結果,以下に示す新しい知見が得られた。1.重錘貫入量は,重錘運動量より打撃エネルギーの影響を強く受け,そのべき関数で表される。2.重錘の最大加速度および平均加速度は,重錘の衝突速度を重錘質量で割った値のべき関数で表される。3.衝撃持続時間は,落下高には関係なく重錘質量の増加ととも大きくなり,そのべき関数で表される。4.モールド底面最大土圧は,重錘運動量より打撃エネルギーの影響をやや受け,そのべき関数で表される。5.衝撃波伝播速度と衝撃圧力伝達率(土の表面に加わった衝撃圧力がモールド底面に到達する割合)は,ばらつきが大きいものの,落下高,重錘質量の影響をほとんど受けない。6.敷砂の密度の増加がするにしたがって,重錘貫入量および衝撃持続時間は減少し,衝撃力(重錘加速度×重錘質量),底面土圧および衝撃波伝播速度は増加する。また,衝撃圧力伝達率は敷砂の密度の影響をほとんど受けない。来年度実施予定の"土砂斜面上の落石の運動に関するシミュレーション

解析"に使用する入力パラメータを決定するために,土と落石(岩石)の間の摩擦係数を一面せん断試験により求めた。1)落石が落石覆工に衝突する際の衝撃力に及ぼす敷砂緩衝材の密度の影響直径50mmの平底の重錘(落石に相当する)を,内径180mm,高さ300mmのモールドに充填した3種類の乾燥密度からなるまさ土(敷砂緩衝材に相当する)上に,落下高1646cm,重錘質量37kgの計16通りの組合せにて落下させ,重錘貫入量,重錘加速度,およびモールド底面土圧を測定した.その結果,以下に示す知見が得られた.1.重錘貫入量および衝撃持続時間は,供試土の乾燥密度が増加するにしたがって減少する.2.重錘の衝撃加速度モールド底面土圧および衝撃波伝播速度は,供試土の乾燥密度が増加するにしたがって増加する.3.衝撃圧力伝達率(土の表面に加わった衝撃圧力がモールド底面に到達する割合)は,供試土の乾燥密度の影響をほとんど受けない.2)土砂斜面上の落石の運動に関するシミュレーション解析任意の斜面傾斜角,円柱落石の半径・質量における平坦均質な土砂斜面上の落石の沈下量,スリップ率,斜面方向加速度を求めるシミュレーション解析を行った.落石の沈下量を考慮するため,土砂斜面上の落石の線運動解析にテラメカニックスにおける剛性車輪の走行理論の適用を試み,Visual Basic 6.0を用,いて土砂斜面上の落石の線運動(並進運動および回転運動)に関するプログラムを作成した.その結果,垂直地盤反力の斜面方向成分で表される締固め抵抗が,土砂斜面上の落石の線運動にかなり影響を及ぼすことが判明した.ここで提案したシミュレーション解析法の適応性は,定量的にはまだ不充分であるが,定性的にはある程度満足のいくものである.
骨端はなんのためにあるか？ －哺乳類の進化を探る－

哺乳類の骨は、両端あるいは片側に「骨端」と呼ばれる小骨を形成するが、その意義については明らかにされていない。本研究では、骨端に関する諸説を検証するとともに、骨端の意義について考察した。鯨類の椎骨では、骨端の癒合後(骨端と骨幹の間の成長軟骨消失後)に、成長が起こっていた。このことは、骨端が骨成長の制御因子であるという説を否定する。また、成長段階に関わらず、骨端は骨幹よりも緻密で硬いことが分かった。つまり、骨端の存在が、成長に関係なく、丈夫な関節を形成し、激しい運動を可能にする。したがって、骨端は、出生後直ぐに歩行や走行を行わなければならない哺乳類において、独自に獲得された形質であるといえる。本研究は、哺乳類のみが有する骨端について、その意義を解明することを目的とする。骨端の意義については、1)骨の成長を制限するも、2)関節の運動を制御する、3)系統的意義がある、などの説が過去に提唱されたが、いずれも哺乳類全体あるいは脊椎動物全体に適用できる解釈ではない。本研究では、これまでの説を検証しつつ、骨端の意義を考察する。一年目の昨年度は、説1)を検証することを目的として、鯨類の脊柱の成長様式を調査した。当初の計画では、国内での標本数が最も多いと思われるスナメリを用いる予定であったが、絶対的時間軸を示すための齢情報の付随した標本はカズハゴンドウに多かったため、用いる種をスナメリからカズハゴンドウに変更し、調査を行った。調査の結果、脊柱の長軸方向の成長は、椎体の前端と後端に形成される骨端板が椎体に癒合した後も起こることが示唆された。哺乳類の骨の成長は、骨幹(椎骨の場合、椎体部分)と骨端(椎骨の場合、骨端板部分)の間にある骨端軟骨で起こるため、一般的には、椎骨の成長は椎体と骨端板が癒合すると停止すると言われている。しかし、本研究の結果は、骨端板が椎体に癒合した後も成長が継続することを示しており、哺乳類の骨学の常識を覆す成果となった。また、説1)「骨端が骨の成長を制限する」というを否定する結果となった。ここでの成果は、現在論文としてまとめている最中である。さらに、骨端板の癒合後の成長は、骨端軟骨で起こる成長ではなく、骨膜で起こる成長によるものである可能性が示唆されたので、今後、この点について調査を進めるつもりである。一方、胎仔期の骨の発生について観察するためのアリザリン染色標本の製作は、予想外に進まなかった。従って、本年度の早い時期にアリザリン染色標本の作製を行う予定である。本研究では、哺乳類に特異的に見られる骨端の意義を解明することを目的として、骨端の形成過程、骨端の骨幹への癒合過程と骨成長との関連、複数種の骨端の構造の比較を行う。平成26年度は、骨端が哺乳類の骨の成長をコントロールするという既存の説を検証するため、骨端のない骨と骨端のある骨の成長過程を明らかにすることを目標とした。成長過程を調べるにあたり、絶対的時間軸が必要となるため、年齢情報のあるカズハゴンドウの骨格標本を用いて、骨端のある椎骨と骨端のない頭骨の成長過程を調べた.従来、骨の成長は骨端の骨幹への癒合により停止すると言われてきたが、椎骨の骨端の癒合状態と長軸方向の成長様式の比較から、骨端が骨幹へ癒合した後も成長が継続することが分かった。一方、骨端のない頭骨でも、成長は然るべきときに停止した。これらの結果から、骨端は骨成長をコントロールするものではないことが示唆された。現在、椎骨の成長様式を論文としてまとめている段階である。頭骨の成長様式については、椎骨の論文の投稿準備が整い次第、論文作成に着手する予定である。平成27年度の課題を遂行するための準備、すなわちヌートリア胎仔のアリザリンレッドとアリシアンブルーによる透明二重染色標本の作製は、ほとんど進まなかった。従って、平成27年度は、早い時期に透明二重染色標本を作製するか、マイクロCTなどの別の方法を使うことにより、胎仔の骨形成を観察する必要がある。本研究は、哺乳類特有の構造である骨端の意義を明確にすることを目的とする。本研究では、これまでにハクジラ類において、椎骨の長軸方向の成長が骨端板の癒合後にも起こることを確認した。通常、骨の長軸方向の成長は、骨端板と骨幹の間に存在する骨端軟骨(成長軟骨)で起こることから考えられた「骨端は成長を制御する」という説を否定することになる。ハクジラ類の椎骨の成長は、骨端板癒合後には極めて小さくなることから、骨の太さを増すときの成長と同様の膜性の成長が起こっているものと考えられる。従って、骨端軟骨での成長は、急速な成長を、膜性の成長は緩やかな成長を担うことが示唆される。さらに、動かす関節と動かさない関節で骨端の成長様式を比較したところ、動かさない関節では、関節を構成する骨の骨端が退化傾向にあることが示唆された。具体的には、スナメリの指骨の骨端をマイクロCTを用いて観察したところ、指の末端部の指骨では骨端が存在しないようであった。指の根元付近では、骨端は存在していたが、矮小化していることを確認した。

このことから、骨端は、関節の動作に関係した構造であることが明確になった。データの蓄積は進んでいるが、論文作製が遅れているため。哺乳類の骨は、骨幹の両端あるいは片側に、すなわち関節部分に、「骨端」と呼ばれる小骨を形成するが、その意義については明らかにされていない。本研究では、骨端に関する諸説を検証するとともに、骨端の意義について考察した。鯨類の椎骨では、骨端の癒合後(骨端と骨幹の間の成長軟骨消失後)に、成長が起こっていた。このことは、骨端が骨成長の制御因子であるという説を否定する。また、骨内部の構造を調べたところ、成長段階に関わらず、骨端は骨幹よりも緻密で硬いことが明らかになった。これらの結果から、骨端は骨の成長を制限するというよりも機能的な意義が強いことが示唆される。成長段階に関わらず、骨端(あるいは以前骨端であった部位)の骨密度が高いことは、成長過程にある骨であっても、骨端の存在によって強い負荷に耐えうる丈夫な関節が維持されることを示唆する。骨端を持たないその他の脊椎動物について考えてみると、緩やかな成長を一生続ける魚類や両生類、爬虫類では、骨端がなくとも丈夫な関節をつくることが可能であろう。一方、鳥類は、一生のうちのある期間にのみ成長し、その後は成長が停止するという点で哺乳類と類似する。しかしながら、哺乳類は出生後すぐに歩行や走行を求められるが、鳥類の雛は成鳥と同じ大きさに成長するまで巣の中で過ごすという点で、両者は異なる。成長過程にある個体が成獣と同様の運動をしなければならない哺乳類において、独自に獲得された形質であるといえる。哺乳類の骨は、両端あるいは片側に「骨端」と呼ばれる小骨を形成するが、その意義については明らかにされていない。また、成長段階に関わらず、骨端は骨幹よりも緻密で硬いことが分かった。つまり、骨端の存在が、成長に関係なく、丈夫な関節を形成し、激しい運動を可能にする。したがって、骨端は、出生後直ぐに歩行や走行を行わなければならない哺乳類において、独自に獲得された形質であるといえる。平成26年度の研究目標は概ね達成できたが、平成26年度中に行うはずであった次年度の研究のための標本作製が遅れているため。研究方法は変更せずに、原稿の作成を行う。研究計画では、今年度は、総括となる論文を作成する予定であったが、第一に小テーマの論文をまとめる。同時に、補足データを得ることにより、総括のための十分なデータ、資料検索を行い、最終的に総括する。形態学平成27年度は、哺乳類の胎仔期における骨の形成過程を調べることと「動かす指」と「動かさない指」の骨の構造を比較し、骨端の機能的意味を探ることを目標とする。しかし、胎仔期の骨形成を観察するための透明二重染色標本の準備が進んでいないため、マイクロCT撮影などの代替法を用いて、骨形成の研究を進める。骨端の機能的意義の解明については、予定通りに進める。研究内容とその成果については、当初の計画通りに進めることができた。しかし、本年度の研究計画を遂行するための準備(アリザリン染色標本の作成)が予定よりも大きく遅れてしまったため、やや遅れていると判断した。論文の投稿が遅れているため、論文掲載費が次年度に繰り越しとなった。所属の変更等により、研究の進行に若干の遅れが生じたため、H26年度に購入する予定であった物品(透明二重染色標本製作用試薬類)を購入していないため。
発展系の数値解析的研究

重力が支配的な外力であるときの水の運動を無限小振巾仮定の下に解析する際に出会う線形初期値境界値問題および固有値問題の有限要素計算を中心課題として代表者は研究を実施した.この線形初期値境界値問題を静止水面上の二乗可積分関数の作るヒルベルト空間に値を取る二階線形定作用素係数発展問題として定式化し,有限要素近似によって得られる半離散近似問題と対応する近似固有値問題に対して収束性と誤差評価を考察し,中心差分法による全離散近似問題の安定条件と収束性を調べ誤差評価を得た.これらの結果は,日本数学会昭和62年度秋季総合分科会(10月2日)京都大学数理解析研究所共同研究集会(63年1月19日)他で口頭発表した.分担者田吉は,非有界領域におけるシュレーディンガー作用素のスペクトルの構造を追究し,京都大学数学雑誌(62年4号)に成果を論文発表した.分担者田端は,非圧縮性粘性流体の自由境界問題を解く分数段解法を提案し,バブル関数付き三角形一次要素の保存型上流近似を定式化し,移流拡散問題における収束性を示し誤差評価を与え,電気通信大学学報(62年9月)に発表した.この分数段解法に関して,発展方程式の数値計算において所与でない分数段の境界条件をどように設定すれば安定なスキームが構成でき収束性が示せるかを調べ,日本数学会昭和62年度秋季総合分科会(10月2日)で口頭発表した.分担者海津は,小さい穴をたくさん持つ有界領域でのポアソン方程式の均質化問題において,除外集合が極限においてフラクタル図形になる場合も含めてとりあつかうために,ハウスドルフ次元に類似の概念を導入して解の挙動を調べ,日本数学会昭和62年度秋季総合分科会関数方程式論分科会(10月3日)他で口頭発表した.(上記の口頭発表事項に関する英文論文はそれぞれ準備中である. )重力が支配的な外力であるときの水の運動を無限小振巾仮定の下に解析する際に出会う線形初期値境界値問題および固有値問題の有限要素計算を中心課題として代表者は研究を実施した.この線形初期値境界値問題を静止水面上の二乗可積分関数の作るヒルベルト空間に値を取る二階線形定作用素係数発展問題として定式化し,有限要素近似によって得られる半離散近似問題と対応する近似固有値問題に対して収束性と誤差評価を考察し,中心差分法による全離散近似問題の安定条件と収束性を調べ誤差評価を得た.これらの結果は,日本数学会昭和62年度秋季総合分科会(10月2日)京都大学数理解析研究所共同研究集会(63年1月19日)他で口頭発表した.分担者田吉は,非有界領域におけるシュレーディンガー作用素のスペクトルの構造を追究し,京都大学数学雑誌(62年4号)に成果を論文発表した.分担者田端は,非圧縮性粘性流体の自由境界問題を解く分数段解法を提案し,バブル関数付き三角形一次要素の保存型上流近似を定式化し,移流拡散問題における収束性を示し誤差評価を与え,電気通信大学学報(62年9月)に発表した.この分数段解法に関して,発展方程式の数値計算において所与でない分数段の境界条件をどように設定すれば安定なスキームが構成でき収束性が示せるかを調べ,日本数学会昭和62年度秋季総合分科会(10月2日)で口頭発表した.分担者海津は,小さい穴をたくさん持つ有界領域でのポアソン方程式の均質化問題において,除外集合が極限においてフラクタル図形になる場合も含めてとりあつかうために,ハウスドルフ次元に類似の概念を導入して解の挙動を調べ,日本数学会昭和62年度秋季総合分科会関数方程式論分科会(10月3日)他で口頭発表した.(上記の口頭発表事項に関する英文論文はそれぞれ準備中である. )
次世代器官再生医療のための基盤技術の開発

本研究課題では、次世代器官再生医療のための基盤技術の開発を目的とし、1)本研究グループの開発した器官原基法を用いることにより機能的な唾液腺・涙腺の再生が可能であることを明らかとし、再生器官原基移植による分泌腺再生医療の実現可能性を実証した。また、2)器官再生に向けた細胞シーズの開発研究として、iPS細胞から毛包を有する皮膚器官系の再生が可能であることを実証した。さらに3)器官再生医療の臨床応用に適用可能な機能性糖鎖ならびに自己組織化ペプチドを利用した新規機能性ゲル材料の基盤技術開発を達成した。以上の成果より、臨床応用化に向けた基盤技術と、幅広い器官再生医療の応用可能性を実証した。平成26年度の研究は、研究実施計画に沿って進捗し、下記の成果を得た。1)器官再生の概念実証研究器官原基法を用いて再生した唾液腺・涙腺原基を、成体マウスの分泌腺欠損部位へ移植することにより、唾液や涙液を分泌する機能的な唾液腺・涙腺再生が可能であることを実証した。さらに、平成26年度以降に実施を予定していた分泌液の組成と、ドライマウスやドライアイに対する再生分泌腺の効果についても解析を進め、再生分泌腺から分泌された唾液や涙液の組成は天然と同等に機能回復効果があると判明した。2)器官再生に向けた細胞シーズの開発研究本年度は毛包、並びに唾液腺について解析し、毛包については、マウス成体頬ひげ毛包から器官誘導能のある間葉細胞を分離培養する方法を確立した。毛包上皮幹細胞については培養系の開発を継続している。また唾液腺については、生体組織から単一化細胞を分離して、凝集培養を試みているものの器官形成は認められず、検討を継続する。一方、iPS細胞からの器官誘導では、毛包をモデルに研究を進めている。これまでにiPS細胞より形成した胚様体を、三次元的に多数移植する方法を開発し、各種上皮性器官を誘導する技術を構築した。本研究課題では、この器官誘導技術を用いて移植物内に再生毛包を誘導し、再生毛包が天然毛包と同様の幹細胞ニッチを再現していることが明らかとした。3)新規機能性材料の開発研究新規機能性材料の開発研究に不可欠な評価系を確立すべく、水晶振動子マイクロバランス(QCM)を用いたアドミッタンス解析法により、微量ゲルの粘弾性の評価が可能となった。また、原子間力顕微鏡(AFM)により材料表面の局所的な粘弾性情報の取得に成功した。これらにより、器官原基形成に適した基材の力学的特性の解析を進めた。また、ヒアルロン酸と自己組織化ペプチドを組み合わせた新規ゲル材料について、力学的特性の解析をすすめた。1)器官再生の概念実証研究再生分泌腺原基による外分泌腺の機能的再生を実証するため、分泌腺切除マウスに再生分泌腺原基を同所性に移植するモデルを構築した。再生唾液腺、再生涙腺は特徴的な腺房構造形成やレシピエント導管への接続が確認され、神経性刺激により唾液や涙液を分泌したことから、正常マウスと同様の神経支配を受けていることを明らかとなった。さらに再生唾液腺原基移植マウスでは、口腔内洗浄効果や嚥下機能が回復したことを実証し、再生涙腺原基移植マウスでは、正常マウスと同等の眼表面保護作用を実証したことにより、計画を達成した。2)器官再生に向けた細胞シーズの開発研究成体組織からの上皮性幹細胞の培養する技術の開発については、成体マウス毛包由来のバルジ領域の単一化細胞を培養し、器官誘導能を有する上皮性幹細胞の探索を継続している。iPS細胞からの器官誘導については、昨年度開発したiPS細胞由来胚様体の生体内移植により誘導された再生毛包を成体マウスに同所性に移植した。再生毛包は、正常マウス体毛と同様に発毛し、毛周期を繰り返し、神経や立毛筋などの周辺組織との接続が明らかとなったことから、iPS細胞から天然毛包と機能的に同等な毛包を再生する技術が開発されたことを実証した。3)新規機能性材料の開発研究糖鎖と自己組織化ペプチドを組み合わせた新規ゲル材料について、ゲルの作製条件を検討すると共に、ゲルの力学的特性の解析を進めた。新規機能性ゲルは、動的粘弾性強度が従来型コラーゲンゲルよりも低かったため、より強度の高いゲル作製に向け、糖鎖を分子レベルで一方向に配向させる中空糸構造のナノファイバーの作製条件の検討を進めた。これらの検討から、生体内に存在する糖鎖の基本単位を新たに合成し、これらの技術と組み合わせることにより、再生医療に適合する新規機能性ゲル材料の開発へ展開することを可能とした。平成27年度の研究は、研究計画に沿って進捗し、各研究項目について下記の成果を得た。(1)本課題については昨年度までに、すでに再生分泌腺原基の移植技術の開発と神経調節による分泌制御、ドライシンドロームに対する機能回復効果の解析を完了しており、再生器官原基移植による分泌腺再生医療の実現可能性を実証した。(2)器官誘導能を有する成体幹細胞の培養について、今年度はマウス成体頬ひげ毛包から、器官誘導能を持つ毛包上皮幹細胞を分離・培養する方法を確立した。一方、iPS細胞から誘導した再生毛包についての詳細な解析を進めたところ、再生した皮膚領域を構成している毛の種類や毛包間距離が天然の皮膚と同等であったことから、iPS細胞から胎児期の皮膚領域を誘導して完全な皮膚を再生したことを明らかとした(Science Advances, 2016)。

以上の成果により、毛包に限定して器官を再誘導可能な生体由来幹細胞シーズの探索と、iPS細胞からの器官誘導技術の確立を達成した。(3)今年度も引き続き生体内に存在する糖鎖構造と自己組織化ペプチドを組み合わせた新規ゲルを作製し、力学特性(動的粘弾性)解析を進めた。化学的架橋により形成されるゲルは免疫原性、細胞毒性が懸念されることから、物理架橋によるゲル化を行った結果、このゲル化は自己組織化ペプチドの凝集に対し、糖鎖が相互作用することにより生じたものであることを明らかとした。本成果により、器官再生医療の臨床応用に適用可能な機能性糖鎖ならびに自己組織化ペプチドを利用した新規機能性ゲル材料の基盤技術開発を達成した。本研究課題では、次世代器官再生医療のための基盤技術の開発を目的とし、1)本研究グループの開発した器官原基法を用いることにより機能的な唾液腺・涙腺の再生が可能であることを明らかとし、再生器官原基移植による分泌腺再生医療の実現可能性を実証した。また、2)器官再生に向けた細胞シーズの開発研究として、iPS細胞から毛包を有する皮膚器官系の再生が可能であることを実証した。さらに3)器官再生医療の臨床応用に適用可能な機能性糖鎖ならびに自己組織化ペプチドを利用した新規機能性ゲル材料の基盤技術開発を達成した。以上の成果より、臨床応用化に向けた基盤技術と、幅広い器官再生医療の応用可能性を実証した。研究の年度計画に対して、項目1)は計画した実施項目すべてを達成し、研究を完了した。項目2)については、成体毛包由来の上皮性幹細胞の培養技術はこれまでに報告がなく困難な課題である中で、基本的な条件に付いて予想以上の展開可能性が得られた。iPS細胞からの毛包誘導技術についても世界最高水準の成果が上がっている。また項目3)については、ゲルの強度が課題であるものの、再生医療に適合する特性を有するゲル開発への足掛かりを得た。27年度が最終年度であるため、記入しない。複合領域今後の研究推進については、項目1)は達成済みであり、項目2)の器官誘導能を有する成体幹細胞の探索については、さらに成体毛包からの上皮性幹細胞の効率的な増幅を進めると共にその器官誘導能の検証を実施する。iPS細胞からの器官誘導については、iPS由来再生毛包の成体マウスへの同所性移植を行い、その機能解析を進める。項目3)については、新たに化学合成した生体内に存在する糖鎖構造と自己組織化ペプチドなどを組み合わせた新規ゲルを作製し、物理化学的解析を行うと共に、これまでにない有用な新規足場材料の展開を進める。研究の年度計画に対して、項目1)は順調に推移しており、平成26年度計画も達成しており、さらに研究を進める。項目2)については、成体由来幹細胞による器官形成やiPS細胞からの器官誘導はこれまでに知られておらず、困難な課題でもあり、今後も継続して技術開発を進める。項目3)に関しては、ほぼ予定通り、研究を進めている。今後の研究推進については、項目1)は平成26年度の課題もほぼ遂行したことから、平成26年度は、再生分泌腺からの分泌が中枢を介する神経ネットワークの再構築が達成されているかの解析を進める。項目2)の細胞シーズについては、器官誘導能のある成体幹細胞の探索が困難な課題であるため、毛包と唾液腺を中心に解析を進める予定である。
キラリティーの超高感度計測：ヘテロダイン検出キラル電子和周波発生分光法の開発

キラリティーは分子や物質の持つ最も根源的な性質のひとつである。近年、分子や金属を用いたキラル物質変換やキラル物性の研究が盛んにおこなわれているが、キラリティーの高感度な分析手法がないことが、研究のボトル・ネックになっている。本研究では、非線形光学過程の一種である和周波発生を用い、大きな信号が期待される電子状態を対象とすることで、キラリティーに関する研究を促進する、超高感度な計測手法を開発する。