hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
イオン応答性機能材料の設計・合成と化学センサーデバイスへの応用

1.新規リチウムイオン応答性変色蛍光色素の設計および合成とセンサーデバイス化昨年度合成を完了した新規リチウムイオン応答性変色蛍光色素を、シランカップリング剤を介してガラス基板に固定化することで、リチウムイオンセンシングデバイスを作製し、評価を行った。このデバイスは、水溶液中において、リチウムイオン濃度変化に応じて2つの蛍光極大波長における強度レシオ応答を示し、レシオメトリック測定によって10^<-4>10^<-1>mol/Lの濃度範囲で再現性の高いリチウムイオン濃度の定量を達成した。さらに、水溶液のpHや妨害イオン種の影響を受けないこと、連続測定可能な高い耐久性も確認された。また、ヒト血清中の既知リチウムイオン濃度の定量測定結果より、タンパクやその他の血清成分の影響を受けないことが確認され、実用応用可能な性能を有することが示された。これらの成果は、公刊学術論文(Analyst,次頁参照)に発表された。本研究により、医療計測ニーズに合う、実用応用可能な高耐久性・高感度・簡便なリチウムイオンセンサーのモデルが確立された。2.新規pH応答性蛍光量子ドットの創製高輝度・高安定イオン応答性変色蛍光ナノ粒子モデルとして、pH応答性量子ドット(無機ナノ粒子蛍光体)の創製に取り組んだ。このモデルは、直径数nmの量子ドット表面にpH応答性を有する有機蛍光色素を修飾する。実験結果より、シリカ薄層でコーティングされた量子ドット表面に色素が修飾されたことを蛍光スペクトル測定によって確認した。この修飾方法の検討結果と、昨年度行った量子ドットの基板への固定化の成果から、pH応答性量子ドットの作製および基板への固定化による、高耐久性・高感度pHセンシングデバイスの作製に向けた基礎的知見が得られた。1.新規リチウムイオン応答性変色蛍光色素の設計および合成とセンサーデバイス化優れた耐光性を示すボロンジピロメテン骨格に、リチウムイオン配位部位である14クラウン4エーテル、および基板に固定化するための水酸基末端を持つアルキル鎖を導入した分子を設計し、9工程で合成した。次に、合成した色素を、シランカップリング剤を介してガラス基板に固定化することで、リチウムイオンセンシングデバイスを作製し、リチウムイオン濃度に依存した蛍光極大波長のシフトを確認した。2つの蛍光極大波長の強度比(レシオ)は、色素分子とイオンとの濃度平衡のみに依存するため、高感度で再現性の良い蛍光レシオメトリック測定を行うことが可能である。また、測定濃度領域は医療・産業計測のニーズに合う良好な結果であった。さらに測定値は測定サンプルのpHや妨害イオン種の影響を受けないこと、連続測定可能な耐久性を持つこともわかり、実用応用が期待できる。今後は応答速度などの基礎特性の評価を含め、実用応用に向けた測定を行っていく予定である。2.新規pH応答性蛍光量子ドットの創製合成実験の簡素化を考慮し、ガラス基板に量子ドットを固定化し、更に量子ドット表面にpH応答性色素を修飾することで、pH応答性蛍光量子ドットを用いたセンシングデバイスの開発を試みている。本年度はガラス基板表面にジチオール末端を持たせ、この末端にコアシェル型量子ドットを固定化し、UV照射条件下で目視によりガラス基板から量子ドット由来の蛍光を確認した。今後は固定化された量子ドットの表面にpH応答性蛍光色素を修飾することで、pHセンサーデバイス化を行っていく予定である。
HCV 患者における IL28B 遺伝子多型と IFN 治療感受性の相関メカニズムの解析

本研究では肝移植患者における再発C型肝炎に対する抗ウイルス治療の感受性とIL28B遺伝子多型の相関を解析し、ドナーおよびレシピエント両者のIL28B遺伝子多型がIFN治療感受性と相関することを明らかにした。この結果から、肝細胞および肝臓に浸潤した免疫担当細胞のクロストークによって、IFN治療感受性が規定されていることが示唆された。さらに、人工ヌクレアーゼを用いて、IL28BのAllele特異的なノックアウトHuh7細胞を樹立した。C型慢性肝炎に対する標準的な抗ウイルス治療としてインターフェロンとリバビリンの併用療法が行われる。しかし、患者の高年齢化に加えて副作用も多いため、治療効果予測が重要であり、IL28Bの遺伝子多型が治療効果と強く相関することが明らかとなっている。C型肝硬変は肝臓移植の最も多い適応疾患であるが、移植後早期のC型肝炎の再発によって、移植後予後が他疾患に対する肝移植よりも不良であるため、移植後のインターフェロンによる抗ウイルス治療が必須である。我々の施設で行われた肝移植症例の検体を用いて、移植後抗ウイルス治療効果予測を行った。レシピエントのIL28Bの遺伝子型がMinorな症例では有意に抗ウイルス治療効果が不良であることが明らかとなった。さらに興味深いことにドナーの遺伝子型がMinorである症例も有意に治療効果が不良であった。ドナーおよびレシピエントの遺伝子型を共に考慮すると、遺伝子型が共にMajorである症例のみ抗ウイルス治療効果が良好であることが示唆された。現在、前向きな臨床研究を継続している。また、IL28Bの遺伝子多型の免疫応答に与える影響を解明するために、人工ヌクレアーゼを用いたIn vitroでの研究を行った。HCVの感染を許容する細胞株であるHuh7はIL28BがHetero Minorであるため、人工ヌクレアーゼによってAllele特異的なノックアウト細胞を樹立することが可能である。本研究期間内に、Majorallele特異的ノックアウトHuh7細胞の樹立に成功した。今後は、Minor allele特異的ノックアウト細胞を樹立し、その意義をIn vitroで明らかにする予定である。C型慢性肝炎患者に対するインターフェロンによる抗ウイルス治療に強く相関する宿主遺伝子多型としてIL28B遺伝子が同定され臨床応用されつつあるが、その1塩基多型によってどのようにIFN治療感受性が規定されているかは不明である。近年報告されている新たな遺伝子のノックアウト方法としてZinc Finger Nucleaseテクノロジーがある。これは、特異的な遺伝子配列に結合するZinc Finger蛋白とNuclease蛋白のキメラ蛋白質を発現させることで、特異的な遺伝子をノックアウトする手法である。これらの蛋白質発現が一過性に起こるように制御することでAllele特異的にノックアウトすることも可能である。In vitroでHCVが感染しうる細胞株であるHuh7はIL28B遺伝子多型がヘテロタイプでMajorおよびMinor alleleを保持することが明らかになった。そこで、Huh7のIL28B遺伝子をAllele特異的にノックアウトすることを試みた。Huh7細胞は19番染色体が3本に倍加しており、IL28B遺伝子はMajor allelleが1本とMinor alleleが2本存在することが判明した。これまでにMajor allele特異的なノックアウトHuh7細胞が樹立され、刺激に応じて発現するIL28B遺伝子はMinor allele由来のみになっていることが確認された。現在、IL28B遺伝子のMinor allele特異的ノックアウト細胞とMajorおよびMinor alleleの両方がノックアウトされた細胞の樹立を試みている。IL28B遺伝子と高い相同性を持つIL28A遺伝子が存在し、今回用いているZinc Finger Nucleaseでは両方の遺伝子が切断されるため、通常の遺伝子ノックアウトよりも困難な手法になっている。しかし、Homologous Recombination等の手法を用いておおむね順調にノックアウト細胞の樹立ができている。IL28B遺伝子のMinor allele特異的なノックアウト細胞およびMajorとMinorの両Alleleのノックアウト細胞を樹立し、各種刺激時のIL28B遺伝子発現量やHCVの感染性に対するIL28B遺伝子多型の意義を明らかにする。ノックアウト細胞の遺伝子変化を網羅的に解析するために、cDNA microarrayを行う。また、肝臓内に浸潤してきているリンパ球とのクロストークに対するIL28B遺伝子多型の意義を明らかにするために、末梢血単核球との共培養系を用いた検討も行う。消耗品としては、培養器具のみならず、HCVの感染性を評価する定量PCR用の試薬やcDNA microarrayに関連する試薬等が必要である。また、研究業績を国内および海外の学会で発表するための旅費が必要である。論文投稿時に校閲や投稿費用が必要である。
異なる留学環境の影響：英語オーラル・コミュニケーション能力と学習者意識に関して

本研究は3年間にわたり、英語圏の異なるコースへの短期留学が日本人大学生の英語オーラル・コミュニケーション能力に与える影響を、学生とネイティブ・スピーカー試験官との対話式スピーキング・テストを用いて実証的に調査した。また、言語習得に大きく影響を与える、学生の意識の変化をアンケートにより調査した。その結果、(1)(グループとして)学生のオーラル・コミュニケーション能力は全ての項目で有意に向上したこと、(2)英語学習に対する意欲や異文化コミュニケーションに対する興味と意欲が促進されたこと、(3)異なる環境の影響よりも個人差が大きいと思われること、がわかった。本研究は、英語圏への短期留学が日本人大学生の英語オーラル・コミュニケーション能力と意識に与える影響を多面的に調査する。特に、異なる生活・学習環境で学ぶ学習者を比較することにより、より効果的な留学環境を探る。また、上記の研究の成果をもとに改善した留学準備コースの有用性を、異なる留学先との関連において検証する。これらを総合的に考察することにより、大学での効果的な留学プログラムのあり方を提言する。当該年度は、文献と学会参加により最新の先行研究を調べ、それを踏まえてデータ収集・分析方法を確立した。また予備研究を行い、途中経過を学会にて発表し、論文の執筆を開始した。具体的には以下のデータを収集・分析した。1、ネイティブ・スピーカー試験官による、平成26年度留学生24名のオーラル・コミュニケーション能力評価(留学直前・直後)、2、上記学生による、留学直前・直後の自己評価、3、英語学習と異文化理解・コミュニケーションに対する意識、および留学準備コースの有用性についてのアンケートへの回答。データ分析の主な結果は、次のとおりである。ネイティブ・スピーカー試験官の評価によれば、留学後には、学生のオーラル・コミュニケーション能力は、測定したすべての側面で有意に向上した。環境の違う2つの留学先で違いは見られなかった。また、測定した4項目中3項目で、留学前のスコアと、留学前後のスコアの差の間に、有意な逆相関がみられた。すなわち、留学前に能力の低かった学生ほど留学による伸びが大きかった。学生へのアンケートの結果によれば、留学により、異文化理解が深まり、英語学習に対する意欲と異文化に対する興味が高まった。本研究は、英語圏への短期留学が日本人大学生の英語オーラル・コミュニケーション能力に与える影響を多面的に調査する。また、研究成果をもとに留学準備コースの有用性を検証する。これらを総合的に考察することにより、効果的な短期留学プログラムと準備コースのあり方を提言する。当該年度は、前年度の予備研究をもとに、主データの収集および分析を行った。1、ネイティブ・スピーカー試験官による、平成27年度短期留学生のオーラル・コミュニケーション能力評価(留学直前および直後)、2、上記学生による留学直前・直後の自己評価、3、上記学生の英語学習と異文化理解・コミュニケーションに対する意識、および留学準備コースの有用性についてのアンケートの回答。データ分析の主な結果は、次の通りである。ネイティブ・スピーカー試験官の評価によれば、留学後には、学生のオーラル・コミュニケーション能力は、測定した4項目全てで有意に向上した。特に大きな向上が見られたのはFluency & Coherenceという項目であった。環境の違う2つの留学先でスコアの変化に有意な差は見られなかったが、個人差が多く見られた。また、測定した全ての側面で、留学前のスコアと、留学後のスコアの間に、有意な相関関係が見られた。これらの成果を国際学会にて発表し、論文執筆を開始した。また、前年度の結果について論文2点を投稿し、1点は出版された。当該年度は当初の計画通り、本研究のデータ収集・分析を行った。また、途中成果を国際学会にて発表するとともに論文の執筆を開始した。さらに、前年度の成果を論文にまとめ投稿し、1点は出版された。当該年度は、本年度の短期留学参加者を対象に、主データの収集および分析を行った。1,ネイティブ・スピーカー試験官による、平成28年度短期留学生のオーラル・コミュニケーション能力評価(留学直前および直後)、2,上記学生による留学直前・直後の自己評価、3,上記学生の英語学習と異文化理解・コミュニケーションに対する意識、および留学準備コースの有用性についてのアンケートの回答。特に大きな向上が見られたのは流暢さに関する項目であった。環境の違う2つの留学先でスコアの変化に有意な差がみられたのは語彙の項目で、アメリカの大学での16週間のコースに行ったグループがオーストラリアの大学の11週間のコースに参加したグループを上回った。また、有意な差ではなかったが、文法と発音でも同様の傾向が見られた。ただし個人差も多く見られた。

上記の差が環境の違いによるものか期間の違いによるものかは今後さらに分析を重ねる必要がある。また学生へのアンケートの結果によれば、留学により異文化理解が深まり、英語学習に対する意欲と異文化に対する興味が高まった。これらの成果を国際学会にて発表し論文執筆を開始した。また、前年度の結果について論文2点が出版された。本研究は3年間にわたり、英語圏の異なるコースへの短期留学が日本人大学生の英語オーラル・コミュニケーション能力に与える影響を、学生とネイティブ・スピーカー試験官との対話式スピーキング・テストを用いて実証的に調査した。また、言語習得に大きく影響を与える、学生の意識の変化をアンケートにより調査した。その結果、(1)(グループとして)学生のオーラル・コミュニケーション能力は全ての項目で有意に向上したこと、(2)英語学習に対する意欲や異文化コミュニケーションに対する興味と意欲が促進されたこと、(3)異なる環境の影響よりも個人差が大きいと思われること、がわかった。当該年度は当初の計画通り、先行研究の調査と予備研究を行い、データ収集・分析を行った。また、予備研究の途中成果を学会にて発表し、論文の執筆を開始した。今後は引き続き平成28年度の短期留学生に関するデータを収集・分析し、学会にて経過報告を行うとともに論文を執筆、投稿する。また、これまでの成果を、より大きな論文にまとめる。応用言語学今後は本研究を開始し、主データの収集および分析と、経過報告を行う。すなわち、平成27年度短期留学生のa)留学前後の英語能力の変化、b)英語学習、異文化コミュニケーション等に対する意識変化、およびc)留学準備コースの有用性についての調査を行う。また、研究の途中経過を国際学会にて発表するとともに、論文として投稿する。
トラクタ農作業の最適制御のための制御技術の確立

本研究は、営農作業中のトラクタと作業機の挙動から、分析資料を採集して、トラクタ作業機の最低制御技術を解明することを目的にしている。そのために次の4つの手段を段階的に進めた。(1)トラクタと作業機の挙動を計測して出力するセンサの取付けと開発、(2)前項の出力を採り、自動記録のできる作業計測モニターの開発、(3)記録されたデータ(農作業という影響条件の雑多な下で得られる)の分析技術の開発、(4)前項と作業条件を関連づけて最適制御のありかたをとりまとめる。1.センサーの装着と開発、トラクタと作業機の挙動把握は、機械工学・機構学的事項についてのセンサーは市販品で充当させたが、肥料の落下量などの農学系のものは困難が多い。さらに不整地での作業速度計測すら未解決である。本研究では、電波法にも拘束されない超音波ドップラー速度レーダーを開発し、極めて高精度に、刻々の速度が計測できるものとした。2.トラクタ作業計測モニターの開発、屋外の圃場内で利用することを考慮して、ワンチップマイコンと大形LCDで組上げた計測モニターを開発し、多様な目的に沿ったソフトウェアを備えて、一般研究者用として公開できるものとした。アナログ入力8点、デジタル入力17点(回転等のパルスと断切信号)を備え、前項の作業速度と時刻とを合せRS232C仕様で結果を出力するものである。運転者は計測値を見ながら、最適操作をすることが可能。3.データの分析技術、開発した計測モニターを用いて、プラウ耕・ロータリ砕土、スプレーヤ防除を始め、数多くの作業実態の計測をした。その結果計測モニターの有効性は実証できたが、従来では常識としていた変動範囲どころか、作業の挙動は予想外に幅広く変化して、説明度数の不足を知った。FFTを使って作業の行程毎に挙動を分析する手法も有効であったが、(4)のまとめに達しなかった。研究を継続する。研究を継続する。本研究は実際のトラクタ作業から分析資料を得て,農業機械の最適制御技術を解明しようとしているから,次の4つの手段が必要である.(1)トラクタの負荷モードに関係する記録用出力装置の取り付けと性能確認.(2)前記の出力をとり,自動記録できる装置の製作,(3)自動記録されたデータの分析技術の確立,(4)分析結果と作業状況の関連性を把握して結論を得る.研究計画が2年になっているので,初年度は計画通に(1)(2)(3)を中心にして進め,おおむねその目的を達成した. (1)と(2)に付いては,申請時に研究専用の35PSトラクタで計測装置が出来ていたが,最初の農作業がさらに大きなトラクタを利用する(北大農場では全て8φPS級で実施)ようになっていること,および本研究が数多くの作業記録を必要とすることから,汎用の作業記録装置が不可欠になった.そこで新たにワンチップマイコン日立HD6301に大型LCDを使った自動記録制御装置を開発した.これはアナログ入力8・デジタル入力・17を備え, RS232Cを通して結果を出力する.これにより,基本的な動力の状況が何れのトラクタでも記録できるようになり,実際に北大農場で作業を記録して実用性を確認した. (3)については,当研究で導入した2現像FFT装置を用いて,長時間作業記録から分析する手法を試みた.

本来,音声や振動等の分析に用いるFFT装置であるが,アナログ記録を積分機を通して散点的に供給することにより,農用トラクタの極低周波現象が,これによって分析でき,畦への導入・直進作業時・畦からの脱出・回向時の特性が区分できることがわかった.最終年次となる次年は,これらの基礎研究を基にして,最も重作業で変動の大きいプラウ耕とロータリ耕を始め,各種の作業を対象に記録・分析して,農業機械の制御を行なう上での種々の条件を整理し,最適制御のための結論を得て,成果報告書とする.本研究は、営農作業中のトラクタと作業機の挙動から分析資料を採集し、トラクタ作業機の最適制御技術を解明することを目的にしているから、次の4つの手段が必要である。(1)トラタクと作業機の挙動に関係する記録用出力装置(センサー)の取付けと性能確認、(2)前記の出力をとり、自動記録のできる装置の開発製作、(3)自動記録されたデータの分析技術の確立、(4)分析結果と作業状況の関連性を把握して、結論を得る。前年度は(1)(2)に沿って汎用自動記録装置-トラクタ作業計測モニターと名付けた-を開発した。これはワンチップマイコン日立HD6301に大形LCDを使ったもので、アナログ入力8・デジタル入力17を備えて、計測結果をRS232Cを通して出力する。また、農用トラクタの根本的な欠陥となる作業速度の計測のため、(1)の基本センサーとして超音波ドップラーレーダーの開発に着手した。さらに(3)について、本研究で購入したFFTアナライザーで、記録の整理方法を検討し、実内基礎実験では、ある程度は明るい見通しを得た。本年度は、(1)(2)(3)の研究を前年に続いて実施し、別に研究成果報告書としてまとめた。トラクタ作業計測モニターは、目的に沿った表示機能と記録出力機能を備えた一連のソフトウェアを完成させ、後述の圃場調査でその有効性を確認した。また、耐候性・耐振性の性能試験を行って利用条件を確認した。超音波ドップラー速度センサは、極めて制度の高い計測器として完成され、これも耐候性試験などで使用条件の確認が行えた。計測モニターとレーダーセンサを組合せたものは、あらゆるトラクタに装着でき、誰もが広範な調査に利用できるから、一般に公開して研究の発展に役立てると共に、その効果の吟味を依頼する。(3)による調査は開発機構によって数多く行えたが、予想もしない幅にデータが分散することが明らかになり、(4)のとりまとめに達し得なかった。
分子シャペロンによるタンパク質のハンドリング

膜のシャペロンを2種発見した。pspAは、膜のイオン透過性の修復、uncIは疎水的なc-サブユニットの膜組み込みに働く。DnaK-DnaJ-DafA複合体は、高温になると解離して、DnaKとDnaJがClpBと協力してシャペロン活性を持つことがわかった。GroEL-変性タンパク質にGroESが結合すると、ポリペプチドの一部がGroELに繋留しているtethering中間体ができて、次に、これが空洞内部あるいは外に放出されることがわかった。分子シャペロンが、基質蛋白質をどのようにハンドリング(操作)しているか、基本的な方式が3つあると思われる。第1は、FtsHやClpBなどで、タンパク質をヒモにしてリングの穴の中を糸通しする場合である。第2は、GroEL/ESなどで、分子シャペロンの分子内空洞の中に変性タンパク質を閉じこめる場合である。第3は、DnaK/Jなどで、変性したタンパク質をつかまえて、はなす、これだけを行う場合である。この特定領域研究で追究するのは(第1)ポリペプチド鎖を一方向に引っ張る糸通しのメカニズム、(第2)変性タンパク質を狭い空洞に招き入れる仕組みとその中での折れたたみ方、(第3)結合と解離の制御、である。FtsHの構造から、基質蛋白質のトンネルの壁を構成すると思われるベータヘアピン、および、プロテアーゼ活性中心を閉じる折れ曲がるヘリックスが重要と思われたので、それぞれ変異によって検討した結果、後者のみが必須であることがわかった。GroESを7つ、直列につないだ融合GroESを作成したところ、野生型に遜色のない活性を示した。さらにこれに変異を加えることによって、GroEL上の結合部位を、2つ変性蛋白質、5つをGroESが占めるめるような中間体の存在が示唆された。平成20年度は、シャペロニンGroELの作用機構について、新しい進展があった。流布しているモデルによると、GroESがGroELに結合した瞬間に、それまでGroELに結合していたポリペプチドはGroELの内部の空洞に放出され、直ちにフォールディングが開始する。しかし、私たちは、外界から隔離されているはずの空洞内のポリペプチドが、外側に加えた抗体に結合して、ついには引きずり出されること老発見した。ポリペプチドの一部は外に露出している。それだけではなく、自然の状態でもポリペプチドはある割合で外にもれ出ていることがわかった。もれでたポリペプチドは、spontaneousにフォールディングする。結局、GroESが結合してGroELの中央の穴にフタをしても、ポリペプチドの一部はまだGroELに結合したままであることが推定された。これは、経時的に変化して減少してゆくジスルフィド結合によって直接確認できた。今まで、空洞内の閉じ込めが完全であるという証拠はプロテアーゼKによる消化を受けない、ということだったが、私たちは、これがキモトリプシンによって消化を受けることを見出した。この新たに見出された繋留された状態のポリペブチドの、繋留の解除(解離)が、GroELによる蛋白質のフォールディング援助の活性の律速となっている。解離したポリペプチドは、あるいは空洞内に放出されてそこでは非常にすばやくフォールディングし、あるいは外界に放たれて、そこではゆっくりとspontaneousにフォールディングする。このメカニズムは、今までまったく知られていなかったもので、既存のモデルに基づいたシャペロニンによるフォールディングの物理化学的な研究結果の解釈は、新しいモデルによって違った解釈を与えられることとなる。分子シャペロンは、GroELなどの閉じ込め型、DnaKなどの結合解離型、ClpB,FtsHなどの糸通し型に分類できる。そのうち、シャペロニンGroELの作用機構について、昨年度、現在広く信じられているモデルでは説明できないいくつかの結果を得た。たとえば、GroEL/ESの内部空洞の基質タンパク質は、空洞入り口のGroEL残基と相互作用しており、また一部は空洞の外部にはみだしており、外部の抗体によって捕らえられる。これは新しいモデルを示唆するものである。GroELはATP存在下でオープン型の構造をとってはじめてGroESを結合できるようになるが、オープン型構造を特異的に検出するクロスリンク方法を考案した。その結果、ATP存在下ではGroELの2つのリングがオープン型となり、ADPでは1つのリングだけがオープン型になることがわかった。いったんオープン型になるとヌクレオチドがなくてもGroESが結合できる。ClpBについては、システインをリンカーとして安定な6量体の作製できたので、その生化学的解析が可能になった。また、カゼインの分解でClpBの糸通しを検定できる系をつくったので、構造変化やATP分解とポリペプチドひきこみの関係を探ることが可能になった。FtsHは、結晶化の再現性がよくなってきたので、さらに新しい結晶を得て構造解析を進めるとともに、以前の結晶構造から推定された重要部分の変異による生化学的な解析を進めた。空洞内の変性タンパク質はnative構造を形成する直前までGroELと相互作用していることを明らかにした。

これまでの考えでは、ATPを加えるとGroESはただちにGroELに結合して、同時にそれまでにGroELに結合した変性タンパク質はGroEL-GroES内の閉じられたチャンバーに閉じ込められる、というものである。そして、閉じ込められた変性タンパク質はそのチャンバーの中でフォウールディングを開始する、というシナリオで、これが教科書にものっている。しかし、私たちの結果は、GroESが結合しても、変性タンパク質はGroELとの相互作用を失わずに、いいかえれば、GroELと一部で結合をしている、ことを示している。そして、時間をかけて、タンパク質は空洞の中に完全に放出されて、そこではじめてフォールディングを完成してネイティブな構造になることができる。この過程で、空洞内の変性タンパク質の多くは空洞内でフォールディングを完了したが、一部は空洞外にも出て行くことが可能であることが判明した。この空洞内への閉じ込め効率の上昇には変性タンパク質と空洞との疎水相互作用が重要な役割をしていることがわかった。さらに、変性タンパク質の一部を共有結合であらかじめ堅くGroELに結合させておいて、これにATP+GroESを加えて、適当なタイミングで共有結合を切断したところ、すばやくフォールディングを完成するものがあった。ATP依存性プロテアーゼFtsHの構造と機能について、ポリペプチドをFtsH内部に引き込むトンネルを想定しているが、そのトンネルの一部であるlid helixおよびβヘアピンに変位を導入したところ、たしかに、ATP依存性プロテアーゼ活性は低下した。一方、新しい結晶がとれたので構造解析を進めている。シャペロニン(GroEL)の新しい作用機構については前年度に概略を発表したが、今年度はその作用機構に基づいて、過去の有力な論文の内容を再検討した(HartlらのCell論文(2006年、2010年))。彼らはDMMBPというタンパク質のフォールディングがGroEL-GroESによって数倍早くなる、という実験などから、GroEL-GroES空洞のフォールディングの促進を次のように説明する。(1)狭いところに閉じ込めた効果と、(2)空洞内表面のマイナス電荷と空洞の底の適当に疎水的な残基によって、速やかにフォールドする。しかし、調べてみると、彼らの実験条件では、DMMBPの実に8095%が空洞の外に逃げ出している。彼らが空洞内フォールディングと思ってあれこれ解析していたものは、空洞外の溶液中の自発的フォールディングであり、ほとんどナンセンスであると言える。また、Hartlらは、マイナス荷電をプラスに変えたGroEL変異体(SRKKK2)は、あるタンパク質(Rubisco,ダイマー酵素)のフォールディングが全くできなくなる、という結果を根拠にGroELのマイナス荷電の重要性を主張している。Rubiscoのフォールディング測定には、SRKKK2からGroESを引き離す操作が必要である。
英語の多読が初級英語学習者の語彙サイズに与える影響について

多読が日本人初級英語学習者の語彙サイズに与える影響を明らかにすることを目的として、高専生を被験者に授業内で多読を実施し、被験者の語彙サイズの伸びを調査した。さらに、多読の際の辞書の使用が学習者の語彙サイズの伸びに与える影響について検証した。加えて、学習者の英語読解不安の軽減への多読の貢献の程度と多読初期段階の学習者の情意要因が多読に及ぼす影響が調査された。本年度は、予備調査として、英語の授業内で英語の多読を実施し、教科書による意図的語彙学習と多読による付随的語彙学習が、学習者の受容語彙サイズにどのような影響を与えるのかを調査することを主目的とする研究を行った。具体的には、高専1年生(41名)を被験者に、約7ヶ月間、高校生用の検定教科書を主教材として使用した英語の授業内において、1015分間の多読活動を週1・2回実施した。被験者には、多読量を示すデータとして、その間に読破した多読図書の総語数を記録させた。さらに受容語彙サイズの変化を測定するため、多読開始前と終了後に英語語彙サイズテスト(望月, 1998)をそれそれ実施した。その結果、被験者は、平均して約34, 000語を読破し、受容語彙サイズが約400語増加したことが確認された。この受容語彙サイズめ増加は、平成18年度に1年生の同じ英語科目の授業内で、検定教科書に加えて1年間に渡り英単語集を使用して継続的な意図的語彙学習を行った学習者の年間の受容語彙サイズの増加とほぼ同程度であった。このことから教科書による意図的語彙学習に多読による付随的語彙学習を組み合わせた学習法は、教科書と単語集による意図的語彙学習法と同程度の効果があることが示唆された。この結果は、僅かな時間を利用して行われた多読活動においても、付随的語彙学習が行われた可能件を示唆するものと言えよう。一方で、総読破語数と受容語彙サイズの増加語数の間には統計的に有意な相関関係が見られず、読書量の多さのみが、受容語彙サイズの増加に影響を与えたとは言い難いことも示唆された。加えて、本調査では、多読が学習者の読解不安に与える影響の調査と多読に対する学習者の意識調査も行なわれ、読解不安の軽減に多読が有効であることが示唆され、学習者は多読実践を肯定的に評価していることが明らかになった。本年度は、昨年度の予備調査の結果を二編の論文にまとめた。それらで示された研究の成果は、多読が、授業での精読や文法・単語学習、諸活動と相互補完関係にあり授業で学習した知識を使用する場となり得ていること、英語を学ぶ雰囲気作りや学習意欲の向上に貢献すること、英語のインプット増に大いに貢献し、全体的な英語力の伸び、読みのスピードの向上を実感させ、楽に読めるようになった等の意識の変化もたらすことが示されたことである。語彙サイズについて及ぼす影響については、語彙力の向上を実感した者がある程度いたものの、多読と語彙サイズの伸びとの統計的な因果関係は確認できなかった。一方で、教科書等でそれまで学習した語彙と何度も接する機会を与え、語彙知識を深化させる働きをしたことが示唆されたと同時に、未知語の意味を文脈から推測することで、語彙を付随的に学習している様子も窺え、語彙力の向上にプラスの影響を与えたことは否定できないことが示された。加えて、多読活動と同じ程度の授業時間を使い単語集による単語学習を行った前年度までの学習者と本調査の学習者は、ほぼ同じ程度の語彙サイズの伸びを示した。さらに、多読が読解不安の軽減に貢献するかについても調査し、読解不安の軽減に対する多読の効果が確認され、学習者タイプ別で見ると、特に、読解不安が高く、読解力が高い学習者に最も多読の効果が現れやすいことが示唆された。以上に述べた研究のまとめと同時に、本年度も1年生1クラス、3年生1クラス、4年生4クラスにおいて多読活動を授業内に実施し、データ収集を行なった。昨年度の多読活動と異なる点として、多読の時間を15分間に延ばしたことと、「多読中に出会った未知語をメモし、後にその語を辞書で調べる」という指示を与えたクラスを設けたことが挙げられる。高専1・3・4年生203名を対象に、1年間を通して、英語の授業内に15分間の多読を実施し、学習者の語彙サイズに多読が及ぼす影響を調査した。多読中の未知語への対応について、「どうしても意味が知りたい語に出会ったら記録しておき、読後に辞書で意味を確認する」ように指導した学習者群と「未知語は気にせず読み飛ばす」ように指導した学習者群を設け、語彙サイズの伸びに違いがでるか検証した。その結果、語彙サイズが1年生は252.95語、3年生は381.36語、4年生は332.98語増加した。

加えて、辞書使用が指導された群と指導されなかった群間では、語彙サイズの増加の違いについて統計的な有意差が確認されなかったが、辞書使用の指導が行われた群内において、実際に未知語を調べた学習者と調べなかった学習者間を比較・検証した結果、辞書を使用した学習者は使用しなかった学習者より、語彙サイズの伸びが統計的に有意に高いことが示された。さらに、読書量の調査と多読に関する質問紙調査の結果から、辞書指導は、語彙力の向上の実感にプラスの影響を及ぼすが、読書量や多読の楽しさの実感、語彙力以外の英語力の向上の実感などにはマイナスの影響を与えないことが示唆された。発展的な研究として、多読初期段階の高専生241名を被調査者に、どのような要因が多読の読書量にプラスの影響を及ぼすか調査した。その結果、教師が授業のなかで、学習者の知識の獲得や視野の拡大に対する意欲を向上させること、英語圏の文化や習慣に対する興味の喚起を促すこと、目標となる読書語数を示し多読の進歩状況に対して積極的に肯定的なフィードバックを与えること、さらに、初・中級英語学習者に対しては、学習者同士の結びつきを強め、学習者の自尊心を高めるような支援を行なうことが読書量にプラスの効果を与えることが示唆された。
PCP因子による卵管上皮における多階層をつなぐ極性形成機構の解明

ほ乳類の卵管上皮細胞においては、一方向へ運動する多繊毛を有し、上皮細胞は卵管の長軸に平行に伸長しており、一層の上皮シートが卵管長軸に平行にひだを形成している。これらの現象は、上皮細胞が平面内細胞極性(PCP)を有していることを示唆しており、細胞内の極性から組織の形態までを制御している可能性が考えられた。本研究課題においては、細胞内の極性から、細胞の形態、組織の形態という階層をつなぐ極性を制御する機構の解明をPCP因子の機能解析を中心に進めた。マウス卵管上皮では、繊毛運動の向き、細胞の形態、内腔のひだが、それぞれ卵管の長軸に沿っている。平面内細胞極性因子(PCP因子)を欠失する卵管上皮での表現型解析およびモザイク解析、培養系での極性形成の経時的観察などを通して、PCP因子が多階層に渡って卵管上皮の形態形成をいかに制御しているかを明らかにする。細胞内の極性から、細胞の形態、組織の形態という多階層をつなぐ極性を制御する機構が存在していると考えられ、この機構の実体を明らかにすることを目標とする。本年度は以下の項目の研究を進めた。1).細胞内から組織形成までの階層をつなぐ機構としての力学的連結、異方性が関与する仮説を実験的に検証した。レーザーによって細胞辺を変性し切断した際に見られる周辺領域の移動を計測し、そこから力の推定を行った。その結果、Celsr1の存在の有無にかかわらず、細胞辺の卵巣ー子宮軸との角度にも寄らず、ほぼ一定の張力が細胞辺に加わっていることが判明した。2).Vangl1、Vangl2のノックアウトマウスを用いた解析。Vangl2ノックアウトマウス胚は、胚性致死であり本研究の目的である卵管の解析には利用できないため、Creで誘導可能なVangl2コンディショナルノックアウトマウスを用いる。プロジェステロン受容体プロモーター下でCreを発現するBACトランスジェニックマウスを作製し、卵管で組換えを誘導したが、十分な数の細胞での組換えは起こらなかった。3). Celsr1ノックアウトマウス胚からES細胞を樹立し、これを用いてキメラマウスを作製した。卵管上皮細胞シート全体でなくモザイク状にPCP間連因子を欠失した状態が得られた。その結果、多くの場合細胞自律的に細胞極性が決まっている可能性が示唆された。マウス卵管上皮では、繊毛運動の向き、細胞の形態、内腔のヒダがそれぞれ卵管の長軸に沿っている。平面内細胞極性因子(PCP因子)を欠失する卵管上皮での表現型解析及びモザイク解析、培養系での極性形成の経時的観察などを通して、PCP因子が多階層に渡って卵管上皮の形態形成をいかに制御しているかを明らかにすることを目的とする。細胞内の極性から、細胞の形態、組織の形態という多階層をつなぐ極性を制御する機構が存在していると考えられ、この機構の実体を明らかにすることを目標とした。平成26年度事業では、Vangl1及び2のノックアウトマウスの解析を行った。特にVangl2ノックアウトマウスは胚性致死であるため、解析の対象とする卵管特異的にノックアウトしたマウスを用いて解析を行うことを目指した。また、Vangl2の細胞内局在を可視化したマウスの細胞を用いて、培養下で細胞極性を再現する実験を行った。更に細胞極性と組織形態をつなぐ基盤機構を解析した。Vangl1及び2のノックアウトマウスの解析に関してはVangl1の解析はほぼ順調に進んでおり、表現型が明らかになってきている。一方で、Vangl2の卵管特異的ノックアウトに関しては当初予定していたPR-Creを用いる方法が予想に反して上手く行かず、他のトランスジェニックマウスを用いることにした。代わりにWnt7a-Creトランスジェニックマウスを導入し、使用したところ比較的高い効率で卵管上皮で組換えを誘導することに成功したため、これを用いて表現型解析を進めた。Vangl2を可視化したマウスを用いて、細胞内でのVangl2の挙動を卵管以外の組織でも検討し、細胞極性を可視化できることを確認した。初代培養を用いた再構成系を試みたが、卵管上皮を用いても培養下で細胞極性を再現することが出来なかった。マウス卵管上皮では、繊毛運動の向き、細胞の形態、内腔のヒダがそれぞれ卵管の長軸に沿っており、卵や胚を卵巣から子宮側へと輸送する機能を実現している。平面内細胞極性因子(PCP因子)を欠失する卵管上皮での表現型解析及びモザイク解析、培養系での極性形成の経時的観察を通して、PCP因子が多階層に渡って卵管上皮の形態形成をいかに制御しているかを明らかにすることを目的としている。細胞内の極性から、細胞の形態、組織の形態という多階層をつなぐ極性を制御する機構が存在すると考えられ、この機構の実態を明らかにすることを目標とした。1)平面内極性は各階層によって明らかになる発生時期が異なる。細胞形態の伸長は生後2日目から見られ、最大に伸長するのは約3週齢である。ヒダの形成は生後すぐには3列のヒダが見られるが、その後ヒダの数は生後6週齢程度まで増加し続ける。一方、繊毛形成は、生後すぐには単繊毛細胞がみられるが、多繊毛細胞はほとんどなく、成体にいたると約8割の細胞が多繊毛細胞となる。

そこで、発生時期によってPCP因子群の発現様式がどのように変わるかをRT-qPCRおよび抗体染色によって解析したところ、PCP因子によって発現様式が異なることが明らかになった。2)成体においてVangl2-EGFPの細胞内局在の制御様式について細胞骨格との関係について解析を行った。その結果、細胞辺にコンパートメントが存在することが明らかになった。また、微小管の重合に依存せずに局在が維持されることが明らかになった。PCP因子の内、Celsr1, Vangl1, Vangl2のそれぞれを欠失する変異体の卵管上皮における各階層における表現型の解析について進めている。平成26年度より導入したWnt7a-Creを用いてVangl2遺伝子を卵管上皮において欠失させる実験は順調に進んだ。正常発生における細胞形態と、繊毛形成の変化について新たに細胞のアピカル面のマーカーを用いて観察した所、ファロイジンを用いて可視化していたのとは異なる特異的な形態が見られることが明らかになった。そこで、野生型マウスの卵管上皮を発生各段階において観察することを決定し、その定量的な解析を開始した。この新たな発見により、変異体での解析に取りかかることが若干遅れた。マウス卵管上皮では、繊毛運動の向き、細胞の形態、内腔のヒダがそれぞれ卵管の長軸に沿っている。平面内細胞極性因子(PCP因子)を欠失する卵管上皮での表現型解析及びモザイク解析、培養系での極性形成の経時的観察を通して、PCP因子が多階層に渡って卵管上皮の形態形成をいかに制御しているかを明らかにすることを目的としている。細胞内の極性から、細胞の形態、組織の形態という多階層をつなぐ極性を制御する機構が存在すると考えられ、この機構の実態を明らかにすることを目標とした。1)多階層の内、細胞の伸長した形態と卵管内腔に平行に形成されるヒダ(組織)の形態とを結ぶパラメーターとして、細胞の張力などの力学的な特性について理論的考察を進めた。その結果新たな力学モデルによって、細胞形態および配置に依存して決まる力学的特性により、ヒダ様構造の形態が制御される可能性が示唆された。2)細胞のアピカル面および繊毛をそれぞれのマーカーとなる抗体を用いて染色することにより可視化し、発生段階にそっての細胞の伸長および繊毛形成の推移を解析した。アピカル面の輪郭はタイトジャンクションに局在する分子ZO1をマーカーに可視化し、共焦点顕微鏡で撮影した。細胞形態の定量化の為に、画像処理によりアピカル面の伸長、面の角度などを抽出する方法を共同研究により開発した。更にこれらについて、各変異体と野生型を解析し、それぞれのPCP因子が各階層のどこに関与するか考察した。ほ乳類の卵管上皮細胞においては、一方向へ運動する多繊毛を有し、上皮細胞は卵管の長軸に平行に伸長しており、一層の上皮シートが卵管長軸に平行にひだを形成している。これらの現象は、上皮細胞が平面内細胞極性(PCP)を有していることを示唆しており、細胞内の極性から組織の形態までを制御している可能性が考えられた。本研究課題においては、細胞内の極性から、細胞の形態、組織の形態という階層をつなぐ極性を制御する機構の解明をPCP因子の機能解析を中心に進めた。Vangl2のコンディショナルノックアウトに関しては、Wnt7aーCreトランスジェニックマウスを用いることで研究が進められることが明らかになったため、これらのマウスを用いて多階層のレベルで解析を進め、Vanglが関与する現象の抽出を進める。
アワノメイガ類における雌雄問超音波コミュニケーションの検証

アワノメイガの雌雄間音響交信における(1)発音メカニズムと(2)発音の機能を解明した.(1)レーザードップラー変位計,ハイスピードカメラ,走査電顕観察などを駆使し,発音器官候補部位における共鳴装置としての妥当性の検討をおこなった.その結果,本種のオスが発する超音波は,中胸と前翅にあるオス特異的な鱗粉が擦れ合うことによって生じることが明らかになった.翅のオス特異的な鱗粉の下には膜状のクチクラが存在し,この膜が共鳴・音響の増幅に重要な役割を果たすものと考えられた.(2)聴覚器官を破壊したメス,発音器官を破壊したオスを用いた交尾実験の結果は,オスの求愛歌が交尾成功に必須ではないことを示した.しかし,把握器を破壊したオスを用いてさらに詳細な検討を加えた結果,オスの発音はメスの逃避行動を抑制すること,その結果として繁殖成功度が上昇していることが示された.(3)ガ類の捕食者であるコウモリの発する超音波と配偶者であるオスの発する超音波をメスに聞かせ,行動反応を比較したところ,アワノメイガのメスは両者を識別することができなかった.また,アワノメイガのメスはオスの音でもフェロモン腺の露出行動を中止した.オスの発音によるメスの逃避抑制は捕食者回避の結果であることが示唆された.(4)本研究の成果は,コウモリへの対応に由来する聴覚器官がガ類の種内音響交信に利用されるようになったとする進化モデルを実証するものである.1.アワノメイガのオスによる超音波の発音.本種のオスはメスの性フェロモンに反応して定位飛翔したのち,メスの近傍で羽ばたきをし,さらに左右両翅を背側に直立させ細かく振動させた.この翅の直立・振動時に25-100kHzの超音波が発音されており,オスの超音波はメスへの定位後に発するcourtship songであると考えられた.また,オスの超音波は1cmの距離で最大音圧が約50dB peSPLであり,これまで報告されているガ類の超音波と比べはるかに小さい音であった.ついで,アワノメイガの聴覚神経の応答閾値を調査したところ,オスの超音波のピークである40-60kHzにもっとも高い感受性を示した.さらに,聴覚神経は約45dB peSPL以上の音圧に応答可能であることから,メスの近傍で発せられるオスの超音波はメスにとって可聴音であることが確認された.2.発音メカニズム.本種は,中胸と前翅にあるオス特異的な鱗粉と膜を用いて発音することが分かった.すなわち,i)ハイスピードカメラによる発音時の翅の軌跡とその際に発せられる超音波の同期記録,ii)レーザードップラー変位計による振動加速度の計測,およびiii)鱗粉表面のSEM観察の結果から,胸と翅の鱗粉の摩擦により生じる高周波の振動が翅の膜で共鳴することで発音される.このような器官による微弱な発音はこれまでどの生物においても報告はなく,新奇な発音メカニズムを発見した.3.発音の機能.本種のオスによる発音の機能を解明するため,聴覚器官を破壊したメス,発音器官を破壊したオスを用いて交尾実験を行った.オスの超音波は交尾に必須ではないが,発音はメスの逃避を抑制してオスの繁殖成功度を上げる役割を持つことが分かった.アワノメイガの雌雄間音響交信における(1)発音メカニズムと(2)発音の機能を解明した.(1)レーザードップラー変位計,ハイスピードカメラ,走査電顕観察などを駆使し,発音器官候補部位における共鳴装置としての妥当性の検討をおこなった.その結果,本種のオスが発する超音波は,中胸と前翅にあるオス特異的な鱗粉が擦れ合うことによって生じることが明らかになった.翅のオス特異的な鱗粉の下には膜状のクチクラが存在し,この膜が共鳴・音響の増幅に重要な役割を果たすものと考えられた.(2)聴覚器官を破壊したメス,発音器官を破壊したオスを用いた交尾実験の結果は,オスの求愛歌が交尾成功に必須ではないことを示した.しかし,把握器を破壊したオスを用いてさらに詳細な検討を加えた結果,オスの発音はメスの逃避行動を抑制すること,その結果として繁殖成功度が上昇していることが示された.(3)ガ類の捕食者であるコウモリの発する超音波と配偶者であるオスの発する超音波をメスに聞かせ,行動反応を比較したところ,アワノメイガのメスは両者を識別することができなかった.また,アワノメイガのメスはオスの音でもフェロモン腺の露出行動を中止した.オスの発音によるメスの逃避抑制は捕食者回避の結果であることが示唆された.(4)本研究の成果は,コウモリへの対応に由来する聴覚器官がガ類の種内音響交信に利用されるようになったとする進化モデルを実証するものである.
組織形成のメカノバイオロジーと機能組織のロボット加工技術

単一細胞および組織レベルのバイオメカニクスの基礎的理解の拡充を進め、その知見を踏まえて、細胞の空間配置のロボット操作技術、機能組織の自動形成技術、組織化を誘導する力学的ストレス場の負荷技術、および各々の組織に固有の力学場に感応する人工基材の設計と成型加工技術(光マイクロ立体成型および高電圧紡糸)などの機能組織のロボット加工技術を開発した。メカノアクティブ組織工学材料の自動加工法を新たに確立した。本研究では,プローブ顕微鏡による超微小力学的計測による単一細胞レベルおよび組織レベルのバイオメカニクス、細胞の空間配置のロボット操作技術、管状階層性血管組織の自動形成技術、および組織化を誘導する力学的ストレス場の負荷技術(動脈組織および軟骨組織)、および各々の組織に固有の力学場に感応する人工基材の設計と成型加工技術(光マイクロ立体成型および高電圧紡糸)の開発を目的とする,初年度は、基材上・三次元マトリックスで空間的に細胞を高精度配置する技術および階層組織化する技術、および生体力学場に最適に感応し得る骨格基材の設計と生理的メカノ・ストレス負荷技術の開発で用いるロボット加工器機の立ち上げを行った。具体的には、(1)微細加工により作製する人工基材および三次元マトリックス上での細胞のプログラミング配置と、これを応用した階層的機能組織の構築を可能とするセルディスペンスロボット、(2)生理的メカノ・ストレス(圧縮・シェアストレス等)をin vitroで再現する、生体力学場連続負荷装置および血流模倣循環回路装置、を新たに自作した。これらを応用して、生体力学場とよく適合した機械的特性を有する電界紡糸型骨格基材に対して、生体埋込み前に人工組織を負荷培養することで,生体力学場との適合性を向上させるメカノアクティブ骨格基材のプロトタイプの作製を行った。また、同時に、細胞が基材表面に接着・伸展する際の形態を決定するメカノバィオロジーの理解を拡充するため,原子間力顕微鏡・微弱光蛍光顕微鏡・顕微分光システムを用いて,微細パターン化表面上で形態規制培養した細胞やシェアストレス等の生体力学場要因を負荷した細胞の膜弾性・膜張力分布と細胞骨格分布の動的変化,および細胞接着界面の力学特性等の諸要因間の相互連関について定量的解析法を確立した.本研究では,単一細胞および組織レベルのバイオメカニクス、細胞の空間配置のロボット操作技術、機能組織の自動形成技術、組織化を誘導する力学的ストレス場の負荷技術、および各々の組織に固有の力学場に感応する人工基材の設計と成型加工技術(光マイクロ立体成型および高電圧紡糸)の開発を目的とする.(1)人工基材表面の光駆動の極微修飾技術,(2)人工基材上の微小領域における細胞の脱離・組織の剥離を可能とする感温性人工細胞外マトリックスの分子設計,(3)細胞・組織のナノバイオメカニクス測定,(4)電界紡糸技術,(5)三次元組織形成のロボットおよび生理的な力学場を模倣した力学的負荷システムの各手法を応用し,プロトタイプの高秩序機能組織をつくる.今年度は下記の三課題について詳細な検討・解析を進めた。I.細胞の高精度空間配置および階層組織化技術:セルディスペンスロボット,自動細胞シート巻き上げ装置等のロボット加工技術を開発し、微細加工により作製する人工基材および三次元マトリックス上での細胞のプログラミング配置と、これを応用した階層的機能組織の構築を行った.II.細胞機能の発現および機能的組織化の生物学的・構造的・力学的性質の定量化:細胞が基材表面に接着・伸展する際の形態を決定するメカノバイオロジーの理解を拡充するため,原子間力顕微鏡-微弱光蛍光顕微鏡-顕微分光システムを用いて,微細パターン化表面上で形態規制培養した細胞やシェアストレス等の生体力学場要因を負荷した細胞の膜弾性・膜張力分布と細胞骨格分布の動的変化,および細胞接着界面の力学特性等の諸要因間の相互連関の系統的解析を行ったIII.生体力学場に最適に感応し得る骨格基材の設計と生理的メカノ・ストレス負荷技術の開発:電界紡糸法等の活用により、生体力学場とよく適合した機械的特性を有する骨格基材(メカノアクティブ骨格基材)の作製を行った.本研究では,単一細胞および組織レベルのバイオメカニクス、細胞の空間配置のロボット操作技術、機能組織の自動形成技術、組織化を誘導する力学的ストレス場の負荷技術、および各々の組織に固有の力学場に感応する人工基材の設計と成型加工技術(光マイクロ立体成型および高電圧紡糸)の開発を目的とする.今年度は下記の三課題について詳細な検討・解析を進めた。I.細胞の高精度空間配置および階層組織化技術:Dispenser (custom design)をCAD/CAMで操作するロボット加工技術によって、人工細胞外マトリックスゲル内への内皮細胞を打ち込み、毛細血管様組織形成を行った。加工技術としてエレクトロスピニングによる紡糸による人工血管を系統的に行い、ドラッグ徐放性、porosity制御および屈曲性、圧依存性を含めて、一連の研究成果をあげた。II.細胞操作ベクトル材料の開発:細胞運動のメカノバイオロジー理解を拡充するため,微視的弾性勾配を設計した細胞接着性ゲルマトリックス上での細胞運動の方向制御を可能とする細胞操作

ベクトル材料の開発を行った。細胞の硬領域指向運動の制御における弾性境界の弾性率ジャンプおよび微分弾性勾配の各条件を確立した。III.生体力学場に最適に感応し得る骨格基材の設計と生理的メカノ・ストレス負荷技術の開発:電界紡糸法等の活用により、生体力学場とよく適合した機械的特性を有する骨格基材(メカノアクティブ骨格基材)の作製として、動脈圧によく応答する人工血管を構築した。軟骨細胞組織形成において、生体外で圧縮応力を負荷できるリアクタ(custom design)で、圧縮応力負荷の意義をmRNAおよび蛋白質発現、および転写機構から明らかにした。本研究では,単一細胞および組織レベルのバイオメカニクス、細胞の空間配置のロボット操作技術、機能組織の自動形成技術、組織化を誘導する力学的ストレス場の負荷技術、および各々の組織に固有の力学場に感応する人工基材の設計と成型加工技術(光マイクロ立体成型および高電圧紡糸)の開発を目的とする.今年度は下記の三課題について詳細な検討・解析を進めた。I.細胞の高精度空間配置および階層組織化技術: Dispenser(custom design)をCAD/CAMで操作するロボット加工技術によって、人工細胞外マトリックスゲル内への内皮細胞を打ち込み、毛細血管様組織形成を行った。加工技術としてエレクトロスピニングによる紡糸による人工血管を系統的に行い、ドラッグ徐放性、porosity制御および屈曲性、圧依存性を含めて、一連の研究成果をあげた。II.生体力学場に最適に感応し得る骨格基材の設計と生理的メカノ・ストレス負荷技術の開発:電界紡糸法等の活用により、生体力学場とよく適合した機械的特性を有する骨格基材(メカノアクティブ骨格基材)の作製として、動脈圧によく応答する人工血管を構築した。III.細胞操作ベクトル材料の開発:縮小投影式光リソグラフィー弾性マイクロパターニング装置を独自に開発し、細胞接着性ゲルの表面弾性分布の精密設計技術を確立した。今年度は鋸型弾性勾配の繰り返しパターンを設計することにより、メカノタクシス特性によって駆動される細胞運動の長距離整流化が可能であることを見出し、細胞運動ベクトルの操作材料の新しい設計法を確立した。I.細胞の高精度空間配置および階層組織化技術:Dispenser(custom design)をCAD/CAMで操作するロボット加工技術によって、人工細胞外マトリックスゲル内への内皮細胞を打ち込み、毛細血管様組織形成を行った。