hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
付着根型つる植物のシュートにおける屈光性

本研究では,付着根型つる植物がホストとなる樹木を探索する際に,光環境に対して示す光屈性と伸長様式について明らかにすることを目的とした。イワガラミ(35個体),ナツヅタ(39個体)は,一方向から光が照射される環境(12時間日長)で個体を長期間(順に,55日間および20日間)生育させ,シュートの屈曲を測定した。また,イワガラミ(15個体)は屈曲の進行過程をデジタルカメラで11日間,時間を追って記録した。イワガラミ,ナツヅタの匍匐シュートを光傾度が生じた環境で生育させた結果,イワガラミは生育20日後に35個体中8個体が正の光屈性を示した。しかし,日が経過しシュートが成長すると正の光屈性を示す個体が減少し,生育55日後には35個体中32個体が負の光屈性を示した。ナツヅタも同様に,生育2日後には39個体中24個体が正の光屈性を示したが,日が経過しシュートが成長すると正の光屈性を示す個体が減少し,生育20日後には39個体中38個体が負の光屈性を示した。また,イワガラミ,ナツヅタで生育初期に正の光屈性を示した個体は相対的にシュートが短い個体が多く,逆に負の光屈性を示した個体はシュートが長い個体が多かった。イワガラミの屈曲をインターバル撮影した結果,匍匐シュートは昼間には正の光屈性,夜間には負の光屈性を規則的に示した。以上のことから,ホストの平面構造を主に登攀する付着根型と吸盤型のつる植物は負の光屈性を示すことが明らかになった。また,イワガラミとナツヅタは正と負の光屈性の両方を有し,成長とともに負の光屈性によってホスト下部に到達することが考えられた。さらに,イワガラミは夜間に負の光屈性を発現させていることから,昼間の光傾度を記憶する生理的特性を有することが示唆された。本研究では、付着根型つる植物がホストとなる樹木を探索する際に、光環境に対して示す光屈性と伸長様式について明らかにすることを目的とした。実験にはテイカカズラ(Trachelospermum asiatricum)を用い、匍匐シュートの光屈性に関する実験と実生の植栽実験を行った。光屈性に関する実験は、複数の節を持つ匍匐シュート(Long Shoot)と先端から第1節のみの匍匐シュート(Short Shoot)の2種類のテイカカズラ匍匐シュートを用いた。自然光型蛍光灯と、青色・赤色・遠赤色のLEDによる光を照射した場合の匍匐シュートの光屈性は、Long ShootとShort Shootともに自然光型蛍光灯と青色光LEDで認められた。しかしながらその光屈性は、Long Shootでは負の光屈性、Short Shootでは逆に正の光屈性であった。また、Long Shootについて、1本のみ詳細に光屈性を調べたところ、シュート先端の成長継続部位は正の光屈性を、ほぼ伸長成長を停止している部位は負の光屈性を示すことが確認できた。実生の植栽実験は、一方に光源として自然光型蛍光灯を、もう一方に壁面を設置し、光源からの距離を変えて実生を植栽して行った。実生の伸長量は植栽地点の光環境の明るさに比例して増加したが、実生に負の光屈性が生じ、暗所へ移動した個体は、植栽地点が明るい場所の個体のみであった。以上のことから、明るい光環境下にあるテイカカズラ匍匐シュートほど、急速に暗所へ匍匐伸長する負の光屈性を示した。また、伸長する匍匐シュートは、シュートの部位によって光屈性を使いわけており、ホストへの到達と、到達後の伸長を可能にしていることが示唆された。実験にはキヅタを用い、匍匐シュートの光屈性に関する実験の植栽実験を行った。光屈性に関する実験は、複数の節を持つ匍匐シュート(Long Shoot)と先端から第1節のみの匍匐シュート(Short Shoot)の2種類のキヅタ匍匐シュートを用いた。挿し木の植栽実験は、一方に光源として自然光型蛍光灯を、もう一方に壁面を設置し、光源からの距離を変えて挿し木苗を植栽して行った。挿し木苗の伸長量は植栽地点の光環境の明るさに比例して増加したが、挿し木苗に負の光屈性が生じ、暗所へ移動した個体は、植栽地点が明るい場所の個体のみであった。

以上のことから、明るい光環境下にあるキヅタ匍匐シュートほど、急速に暗所へ匍匐伸長する負の光屈性を示した。また、伸長する匍匐シュートは、シュートの部位によって光屈性を使いわけており、ホストへの到達と、到達後の伸長を可能にしていることが示唆された。本研究では,付着根型つる植物がホストとなる樹木を探索する際に,光環境に対して示す光屈性と伸長様式について明らかにすることを目的とした。イワガラミ(35個体),ナツヅタ(39個体)は,一方向から光が照射される環境(12時間日長)で個体を長期間(順に,55日間および20日間)生育させ,シュートの屈曲を測定した。また,イワガラミ(15個体)は屈曲の進行過程をデジタルカメラで11日間,時間を追って記録した。イワガラミ,ナツヅタの匍匐シュートを光傾度が生じた環境で生育させた結果,イワガラミは生育20日後に35個体中8個体が正の光屈性を示した。しかし,日が経過しシュートが成長すると正の光屈性を示す個体が減少し,生育55日後には35個体中32個体が負の光屈性を示した。ナツヅタも同様に,生育2日後には39個体中24個体が正の光屈性を示したが,日が経過しシュートが成長すると正の光屈性を示す個体が減少し,生育20日後には39個体中38個体が負の光屈性を示した。また,イワガラミ,ナツヅタで生育初期に正の光屈性を示した個体は相対的にシュートが短い個体が多く,逆に負の光屈性を示した個体はシュートが長い個体が多かった。イワガラミの屈曲をインターバル撮影した結果,匍匐シュートは昼間には正の光屈性,夜間には負の光屈性を規則的に示した。以上のことから,ホストの平面構造を主に登攀する付着根型と吸盤型のつる植物は負の光屈性を示すことが明らかになった。また,イワガラミとナツヅタは正と負の光屈性の両方を有し,成長とともに負の光屈性によってホスト下部に到達することが考えられた。さらに,イワガラミは夜間に負の光屈性を発現させていることから,昼間の光傾度を記憶する生理的特性を有することが示唆された。
柔らかな科学コミュニケーションにおけるアナロジー活用のデザイン原則

本研究では、柔らかな科学コミュニケーションを実施するため、非科学空間を活用したお茶会形式のサイエンスカフェ(以下、差の湯の会)を実施し、その中でのコミュニケーションを質的、量的の観点から分析を行った。その結果、他者からの返答のあった部分の最初のきっかけになった投げかけを「話題」として抽出し、その結果、本対話で「話題」は「科学の話題」、「差の湯の会の話題」、「世間話(科学にも茶の湯の会にも関係ない話)」「その他」に大別した。分析の結果、最も多いのが世間話であったが、対話が長く続いたことを示す平均返答数や返答数の中央値は科学の話題のほう方が多いことが分かった。一方、科学対話量と双方向的な科学の対話量は単純な相関関係にはないことが示唆されたため、科学者からの話題提供と市民からの話題提供が与える科学の話題全体の対話量への影響を重回帰分析で分析したところ、科学の話の盛り上がりは科学者の話題提供と共に市民からの話題提供された話の盛り上がりにも強く影響を受けていることが分かった。さらに、従属変数に市民から提供された科学の対話量(返答数で重み付け)を指定し、科学の話題、差の湯の会の話題、世間話の返答数を独立変数に指定し重回帰分析を行った。その結果、科学の話題の対話量と差の湯の会の話題の対話量が、市民の科学の話の話題提供には影響を与えていることが分かった。この結果から、科学の対話が盛り上がるためには、科学者主導で盛り上げる場合と市民と双方向で盛り上げる場合があることが分かった。また、市民が双方向で話題を提供し、対話を盛り上げる場合には、科学者、ファシリテーター側から対話の場の説明を丁寧に行うことが重要であることが示された。加えて2018年度に開催した科学者が研究の内容ではなく、研究領域のメタ概念を語る場面が観察され、メタ概念を語る際のトリガーに参加者の意見が有効だということが明らかになった。本研究の目的は、科学コミュニケーションにおけるアナロジーの意義を明らかにすることである。平成28年度は、これまで行った科学コミュニケーションの実践をデータ分析し、加えて新しい実践を行った。具体的には既存のデータを用いて、ウェブサイト「研究者時計」の広報効果、科学を可視化するアートの伝達効果、サイエンスカフェにおけるアナロジーの活用の意義とその効果を分析した。その結果、アナロジーは受け手のベースによって変化すること、その変化に対応するために、科学者はアナロジーの出し入れを行っていることが分かった。また、受け手のベースを推測する際に、サイエンスカフェに参加している他の市民の言葉というのがトリガーになるということも明らかになり、それが結果的に対話を促進させているということが分かった。さらに新しい実践ではアナロジーを意識的に活用した際の伝達効果について調査した。実施っした調査とは、真鶴町において差の湯の会というアナロジーを用いたサイエンスカフェである。サイエンスカフェでは合計10名の市民に参加してもらい、生物学と物理学を茶室においてアナロジーを用いながら、語り合った。その際、新しい試みとしてお茶室で出すお菓子に仕掛けを行い、より身近なアナロジーを用いた展開を行った。また、以前は音声データだけであったが、本実線より、視点カメラを科学者に装着し、より参加者の動きまで記録できるよう工夫した。今後は、これまでの分析をまとめ論文化するとともに、他のサイエンスカフェの事例と共に本事例を分析していく。ウェブサイトの分析と、アートの活用事例は論文化された。また過去のサイエンスカフェのデータよりアナロジー場面の抽出が終わり、その意義が会話分析により一定程度明らかになったため、発表できる段階に来ている。また、新しい実践を行い、その際データ収集の在り方を工夫し、新たな分析視点を獲得できた。本研究では、柔らかな科学コミュニケーションを実施するため、芸術祭という非科学空間を活用したサイエンスカフェを実施し、その中でのコミュニケーションの分析を行った。計8グループとの対話を分析したところ,科学コミュニケーションを期待していない市民との対話においては脱線し世間話に終始してしまう場合もあった。一方,科学がよく話題にのぼったグループは市民も科学者もどちらも科学の話題を提供しているという傾向があった。また科学以外の話題が多く語られたグループであっても,対話の場に関連する話題をよく話すグループは、市民側から積極的に科学の話題提供が行われていたことが明らかになった。その為、対話の場の認知が低関与層との科学コミュニケーションにおいては重要ではないかという示唆を得た。前述の分析で明らかになった場の効果についてさらに検証するため、平成28年度に京都市内の文化施設を利用してお茶会形式で科学を語る会を2回実施した。そこでの場に言及した発言の分析より、お茶会には次のようなお茶会のコミュニケーションを活性化する要素が確認できた。(1)茶室や茶道具から始まる科学の身近な話題、(2)閉じた空間が生じさせる自己開示、(3)狭い空間の距離感の近さが生じさせる親密性このように、お茶会という場のデザインを援用するだけで、コミュニケーションの性質が変化することが明らかになった。平成29年度に本研究では、科学コミュニケーションの場のデザインの要素について本格的に検証していく予定である。量的、質的分析を行うことによって、柔らかな科学コミュニケーションにおける双方向的対話が成立する要素が明らかになってきた。一つは場への認知、二つ目は場そのもののデザインがコミュニケーションを活性化する可能性である。当初予定した柔らかな科学コミュニケーション推進要因が明らかになったことによって、本研究は当初の目的を予定通り達成していると考えられる。

本研究では、柔らかな科学コミュニケーションを実施するため、芸術祭という非科学空間を活用したお茶会形式のサイエンスカフェ(以下、差の湯の会)を実施し、その中でのコミュニケーションの分析を発展させるため、これまでの質的研究データを量的に分析するため、各対話の対話量を算出しようと試みた。本研究では全ての発言を書き起こし、他者からの返答のあった部分の最初のきっかけになった投げかけを「話題」として抽出し、その結果、本対話で「話題」は「科学の話題」、「差の湯の会の話題」、「世間話(科学にも茶の湯の会にも関係ない話)」「その他」に大別した。分析の結果、最も多いのが世間話であったが、対話が長く続いたことを示す平均返答数や返答数の中央値は科学の話題のほう方が多いことが分かった。次にグループ間の分析から、科学対話量と双方向的な科学の対話量は単純な相関関係にはないことが示唆されたため、科学者からの話題提供と市民からの話題提供が与える科学の話題全体の対話量への影響を重回帰分析で分析したところ、科学の話の盛り上がりは科学者の話題提供と共に市民からの話題提供された話の盛り上がりにも強く影響を受けていることが分かった。さらに、従属変数に市民から提供された科学の対話量(返答数で重み付け)を指定し、科学の話題、差の湯の会の話題、世間話の返答数を独立変数に指定し重回帰分析を行った。その結果、科学の話題の対話量と差の湯の会の話題の対話量が、市民の科学の話の話題提供には影響を与えていることが分かった。この結果から、科学の対話が盛り上がるためには、科学者主導で盛り上げる場合と市民と双方向で盛り上げる場合があることが分かった。また、市民が双方向で話題を提供し、対話を盛り上げる場合には、まず科学者側やファシリテーター側から対話の場の説明を丁寧に行うことが重要であることが示された。2017年度は論文化を行い、実際に査読付き論文に採録が決定した。しかし、今回は話題のカテゴリーの分類のみで、市民が科学的対話にどのように参画したかというところまでは詳細な分析が及んでいない。その理由として、論文化にあたり、分析手法の開発が必要だったことが挙げられる。本研究では、質的なカテゴリー分析と量的な重回帰分析を組み合わせるトライアンギュレーションの手法で、対話のメカニズムを分析していった。その結果、内容に即した傾向を読み解くことができたが、質的と量的分析の組み合わせを開発する点において、調査と研究が必要になり、当初の計画まで分析が進まなかった。本研究では、柔らかな科学コミュニケーションを実施するため、非科学空間を活用したお茶会形式のサイエンスカフェ(以下、差の湯の会)を実施し、その中でのコミュニケーションを質的、量的の観点から分析を行った。その結果、他者からの返答のあった部分の最初のきっかけになった投げかけを「話題」として抽出し、その結果、本対話で「話題」は「科学の話題」、「差の湯の会の話題」、「世間話(科学にも茶の湯の会にも関係ない話)」「その他」に大別した。
固体重合反応に伴う結合状態変化の電顕法による化学マッピング

有機結晶環境下での多様な化学的反応機構の解析は、新しい結晶化学の開拓につながるものであるが、その反応を多方面から解析することが必要であると思われる。そこで、固体での化学反応の開始地点の同定や進行状態の解析方法として、ミクロな立場から情報を得ることのできる顕微鏡法による解析を我々は提案した。そこでは、従来の電子顕微鏡法の延長である高分解能分子結像法と有機結晶での反応の新しい解析手段として電子線エネルギー損失分光法による試料内の結合状態のマッピング法を提案した。(1)高分解能電子顕微鏡法は、分子オーダーでの構造を明らかにできる方法として、広く認知されてきている。有機固相重合での構造的な問題は、重合がどのような場所から始まり、重合はどのように進行するか、重合前後の結晶学的な関係などがある。これらについて研究するため、ジアセチレンの熱重合と放射線重合について高分解能電子顕微鏡による研究を行った。この研究の結果、重合反応での反応開始点の位置や頻度が、生成するポリマー結晶の形態に大きな影響を与えることや、熱的な重合反応ではモノマー結晶の表面が重要であることを示している。(2)電子線エネルギー損失分光法を利用した結合状態マッピング法電子顕微鏡法は単に空間的な原子の分布状態を知る方法としてだけでなく、極微領域の状態分析も行えるようになってきた。その中の一つの方法として、電子線エネルギー損失分光法がある。試料へ入射した電子のうち、ある原子を励起し自身はその分だけエネルギーを失った電子を損失エネルギーの関数として分光すると、試料内の元素分布・元素の電子状態・近接原子の空間的分布などの分析が可能である。この方法はX線分光法に較べると、低元素の検出と高い空間分解能にその特徴があり、有機結晶の分析に威力を発揮すると期待できる。また、更に、分光学的に得られるスペクトルのうちある特定の相互作用による損失エネルギーの部分だけを取り出し再結像することで、その相互作用を引き起こした場所を像の中で特定することもできる。特に、有機結晶の固相反応での状態変化の研究では、原子の結合状態変化をマッピングすることで反応の進行状態を可視化できる。結合状態の違いはスペクトルの吸収端での微細なスペクトルの変化として現れ、それをスリットで切りわけ結像する。このようなマッピング像観察のシステムを、1000kV透過型電子顕微鏡に装備し、そのマッピング像の空間分解能は、最良の条件では1nm以下である事を確かめた。
成人T細胞性白血病細胞に特異的な転写機構の解明と癌化との関連

成人T細胞性白血病(ATL)はHTLV-Iによって水平・垂直感染する血液腫瘍であり、その患者数の多さと治療抵抗性から本邦の医療における重要な疾患となっている。HTLV-IによるT細胞腫瘍化の機構として、ウイルスのコードするTransactivator、Taxが、宿主側の転写因子NF-kappaBやSRFとの分子間相互作用を介して、自らのLTRに存在するプロモーターのみならず細胞側の遺伝子群の転写を活性化することによって細胞不死化を惹き起こすというモデルが提唱されてきた。しかしこのモデルに対して、腫瘍化したT細胞にはTaxの発現は通常認められず、従つて細胞腫瘍化には別の引金が必要ではないかとの反論があった。我々はATL由来細胞株が高頻度にインターロイキン5(IL-5)を産生することに注目し、ATL細胞におけるIL-5の転写調節機構の解析を行った結果、ATL細胞におけるIL-5プロモーターの活性化には-80付近に存在するGATA認識配列が重要であること、そしてそこにATL特異的な蛋白質が結合しその蛋白質の発現量はIL-5の産生量によく相関することを見い出した。このDNA結合蛋白質は従来報告されていたGATAフアミリー蛋白質に対する抗血清とは反応せず未知のものであると考えられたため、サウスウエスタンスクリーニングにより遺伝子単離を試みた。その結果新規の蛋白質をコードする遺伝子が単離されたが、これはウイルス感染に関連して発現される蛋白質の一種であった。現在この蛋白質の機能とT細胞腫瘍化との関連について分子生物学的解析を進めている。
複合的マッピング法を用いた漢字・仮名の読字書字に関する神経基盤の解明

漢字・仮名の「読み・書き」の機能の脳内機能領野の解明のため研究を推進した。術前評価に硬膜下電極を慢性留置した難治てんかん外科患者で研究に同意を得た者を対象とした。漢字/仮名読み課題に同期した皮質刺激介入を症例を追加して計5例で検討し、定量的な精神物理学的評価から、側頭葉底部前後方向に意味から形態認知への機能勾配を明らかにした(神経科学大会発表、論文準備中)。側頭葉前方領域が視覚性・聴覚性意味処理機能のハブ機能を有することを示した(神経科学大会、日本てんかん学会)。運動関連の皮質脳波の脳律動解析の手法を考案し(論文発表)、言語機能マッピングに応用できる皮質電気刺激に替わる低侵襲的脳機能マッピング法を確立した。また、低い刺激強度による言語機能マッピング法の有用性について提唱した(日本てんかん学会)。関連する領野間の脳機能結合地図の作成のため、電気的白質線維追跡法(皮質皮質間誘発電位CCEP)によるネットワークマッピングの症例を蓄積した。漢字読み・仮名読みを含む言語課題の障害程度と、CCEPから同定した機能結合様式について定性的な相関を少数例で予備的にまとめた(臨床神経生理学会)優位半球側頭葉を切除領域に含む脳腫瘍症例において、術・前後の経時的神経心理検査と切除病変との対応から意味記憶の機能変容、可塑性を示した(神経心理学会)。11例の難治側頭葉てんかん患者において、側頭葉前方領域の切除前・後1週間、1か月、6か月、1年と経時的な機能評価を行い、正答率およびエラー内容の検討し、側頭葉前方領域の漢字書字・読字機能が同部位の意味記憶に基づくことを明らかに、論文準備中である。漢字/かな読み課題に同期した皮質刺激介入を4症例にて行い、定量的な精神物理学的評価から、側頭葉底部前後方向に意味から形態認知への機能勾配を明らかにした(国内・国際学会発表、論文準備中)。低強度刺激下の呼称課題による言語機能マッピング法による言語機能中核領域探索を行い、今後の漢字・かな関連機能探索への応用法を確立した(国内学会発表)。機能外科の覚醒下手術症例において、術中の皮質・白質の電気刺激から結合する前頭葉(腹外側領域)・側頭葉(中/下側頭回)の言語機能皮質を同定し、前頭-側頭葉の結合地図を明らかにし、言語関連機能結合地図を作成、漢字・かな関連の機能結合地図の基盤データとした(国際学会発表、論文準備中)てんかん外科の優位半球側頭葉を切除領域に含む症例において、術・前後の経時的神経心理検査と切除病変との対応から漢字・かなの書字・読字機能の機能変容、可塑性の研究を推進した。8例の難治側頭葉てんかん患者において、側頭葉前方領域の切除前・後1週間、1か月、6か月、1年と経時的な機能評価を行い、正答率およびエラー内容の検討し、側頭葉前方領域の漢字書字・読字機能が同部位の意味記憶に基づくことを明らかにした(国内学会、国際学会発表)。今後、漢字・かな関連課題下のfMRI記録に関して、術前・後の機能変容解明のための課題を準備し記録開始を予定する。読字・書字機能システムマッピングから、漢字・仮名を扱う脳内システムの差異、共通性を明らかにし、ヒトの文字を扱う脳内神経基盤の解明を目指す。研究項目A漢字・仮名の読字・書字関連脳内領野の必須機能部位同定:硬膜下電極留置の患者において、SALA失語症検査をもとに作成した漢字・仮名の読字課題下の高頻度皮質電気刺激介入による言語優位半球側頭葉の底部の前後方向の機能勾配について国内学会および国際学会にて発表を行った。また言語の中核領域同定のための皮質電気刺激法について国内学会発表を行った。研究項目B.関連領野間の機能的結合地図作成:読字・書字関連皮質間の機能的結合の結合地図作成を推進し、症例を蓄積した(4名超)。言語優位側下前頭回と外側側頭葉との機能的結合について国際学会にて発表した。研究項目C.読字・書字関連機能の回復機構・脳機能可塑性の解明:漢字・かなの書字読字機能について、脳機能外科術後に経時的(1週間、1か月、6か月、1年)に評価を行い、回復の変容・脳機能可塑性について、研究を推進した。切除皮質と神経心理検査の対応について、側頭葉(言語優位半球、非優位半球両方含む)を切除した10名を超える症例での神経心理検査を経時的に評価した。てんかん外科症例の前部側頭葉切除前後における漢字・かな関連の脳機能含む意味記憶の機能代償機構について論文準備中である。研究計画の上記3研究項目それぞれで、研究実績に具体的に示したように、研究計画にそって、症例蓄積およびデータ解析、学会発表を順次行っている。

漢字/かな読み課題に同期した皮質刺激介入を症例を追加して計5例で検討し、定量的な精神物理学的評価から、側頭葉底部前後方向に意味から形態認知への機能勾配を明らかにした(国内学会発表、論文準備中)。側言語経路のうち側頭葉底部前方領域が、漢字処理に関連する意味処理機能の中核であることを示し討議した(国内学会シンポジウム発表)。関連する領野間の脳機能結合地図の作成のため、電気的白質線維追跡法(皮質皮質間誘発電位CCEP)によるネットワークマッピングの症例を蓄積した。言語優位半球における縁上回が側頭葉下側頭回との機能結合を認め、頭頂葉における意味処理機能の関与を明らかにし発表した(世界神経学会、臨床神経生理学会)。てんかん外科の優位半球側頭葉を切除領域に含む症例において、術・前後の経時的神経心理検査と切除病変との対応から漢字・かなの書字・読字機能の機能変容、可塑性の研究を推進した。11例の難治側頭葉てんかん患者において、側頭葉前方領域の切除前・後1週間、1か月、6か月、1年と経時的な機能評価を行い、正答率およびエラー内容の検討し、側頭葉前方領域の漢字書字・読字機能が同部位の意味記憶に基づくことを明らかにした(国内学会発表、論文準備中)。今後、漢字・かな関連課題下の機能的MRI記録に関して、術前・後の安静時MRIおよび切除部位の解剖学的部位を詳細に解析し機能変容解明を目指す。読字・書字機能システムマッピングから、漢字・仮名を扱う脳内システムの差異、共通性を明らかにし、ヒトの文字を扱う脳内神経基盤の解明を目指す。研究項目A漢字・仮名の読字・書字関連脳内領野の必須機能部位同定:硬膜下電極留置の患者において、SALA失語症検査をもとに作成した漢字・仮名の読字課題下の高頻度皮質電気刺激介入による言語優位半球側頭葉の底部の前後方向の機能勾配について症例を蓄積し国内学会発表を行った。また特に漢字処理に関連する腹側言語経路の機能について国内シンポジウムにて発表を行った。研究項目B.関連領野間の機能的結合地図作成:読字・書字関連皮質間の機能的結合の結合地図作成を推進し、症例を蓄積している。言語優位側頭頂葉縁上回と側頭葉下側頭回との機能的結合について国際学会、国内学会にて発表した。研究項目C.読字・書字関連機能の回復機構・脳機能可塑性の解明:漢字・かなの書字読字機能について、脳機能外科術後に経時的(1週間、1か月、6か月、1年)に評価を行い、回復の変容・脳機能可塑性について、研究を推進した。切除皮質と神経心理検査の対応について、側頭葉(言語優位半球、非優位半球両方含む)を切除した10名を超える症例での神経心理検査を経時的に評価した。てんかん外科症例の前部側頭葉切除前後における漢字・かな関連の脳機能含む意味記憶の機能代償機構について論文準備中である。研究計画の上記3研究項目それぞれで、研究実績に具体的に示したように、研究計画にそって、症例蓄積およびデータ解析、学会発表を順次行っている。漢字・仮名の「読み・書き」の機能の脳内機能領野の解明のため研究を推進した。術前評価に硬膜下電極を慢性留置した難治てんかん外科患者で研究に同意を得た者を対象とした。漢字/仮名読み課題に同期した皮質刺激介入を症例を追加して計5例で検討し、定量的な精神物理学的評価から、側頭葉底部前後方向に意味から形態認知への機能勾配を明らかにした(神経科学大会発表、論文準備中)。側頭葉前方領域が視覚性・聴覚性意味処理機能のハブ機能を有することを示した(神経科学大会、日本てんかん学会)。
筋疲労の機序の解明－筋力トレーニングに伴う筋疲労耐性向上を考慮したアプローチ－

筋疲労は,身体運動によって骨格筋の力・パワー発揮能力が減退する現象として定義される.筋疲労の機序を明らかにする上で,1)骨格筋を材料として捉えた際の,疲労に伴う機械的性質の変化,2)中枢神経系から筋までの電気的な活動伝達に関連する過程及び興奮収縮連関過程,の2点がこれまで正しく評価されていない.基課題では,従来用いられていた筋疲労評価法に加え,超音波剪断波エラストグラフィ(SWE)法を用いて筋疲労課題前後の筋の機械的性質を定量し,協働筋各筋の疲労度合を評価することにより,筋疲労の機序解明に向けた取り組みを進めてきた.このような,ヒト生体の横断研究を主とした基課題を通じて,筋疲労耐性の個人差に起因する,筋疲労様相の個人差の大きさに気付き,筋疲労耐性の変化を加味したアプローチの重要性を痛感した.そこで当研究課題では,筋力トレーニングを実施した際の筋疲労耐性の変化を検討し,疲労課題がもたらす筋疲労様相に筋疲労耐性の変化が及ぼす影響を明らかにすることにより,筋疲労の機序の全容解明に挑戦する.2018年度は,1) 8週間のスクワットトレーニングが膝関節伸展筋群の筋疲労耐性に及ぼす影響を検討し,疲労課題実施に伴い観察される筋疲労様相の個人差について模索する,2) 8週間のドロップジャンプトレーニングが,足関節底屈筋群の筋疲労耐性に及ぼす影響を検討し,疲労課題実施に伴い観察される筋疲労様相の個人差について模索する,という2つの研究を遂行した.前者に関しては,データ分析を半分以上終えることができ,全体としては,スクワットトレーニングによる筋疲労耐性の向上が確認された.今後,SWE法により得られたデータを中心に,筋疲労様相の個人差について詳細に検討していきたい.ドロップジャンプトレーニングに関しては,現在データ分析を進めている段階である.データ分析こそ,すべてが終わっている状況ではないが,実施が大変なトレーニング実験を,2018年度内に2つ終えることができた.このように,現時点としては,十分な量の生データの取得を行えたことから,概ね順調に進展していると考える.まず,2018年度の研究内容に関しては,上述の通り,データ分析がすべて終わっている段階ではないので,引き続き分析を進めていきたい.データ分析が終わり次第,その成果を学会大会での口頭発表・論文投稿により発信していく.ただし,学会大会のスケジュールの関係上,論文投稿を優先する予定である.渡航先であるカナダでの研究活動は,2018年度の最後の数日間が滞在期間として含まれているものの,実際には2019年度の約1年間が主となる.現在,ゲルフ大学のDr. Powerと共に研究を進めており,2019年度に実施するトレーニング実験の詳細について議論を終え,予備実験・本実験を実施する間近となっている.2019年度は,筋の長さの違いに着目して,筋疲労耐性に対するトレーニング効果を観察する.その際,力ー長さ関係の個人差も加味しながら,研究を進めていく.今回は足関節背屈筋群を対象とし,筋疲労課題としては等張性運動を,また,トレーニングとしては全力での等尺性足関節背屈運動を想定している.このトレーニング実験がある程度進んだ段階で,動物実験にも造詣の深いDr. Powerの下で,筋疲労に関する動物実験を進めていくことを計画している.内定年度:2017筋疲労は,身体運動によって骨格筋の力・パワー発揮能力が減退する現象として定義される.筋疲労の機序を明らかにする上で,1)骨格筋を材料として捉えた際の,疲労に伴う機械的性質の変化,2)中枢神経系から筋までの電気的な活動伝達に関連する過程及び興奮収縮連関過程,の2点がこれまで正しく評価されていない.基課題では,従来用いられていた筋疲労評価法に加え,超音波剪断波エラストグラフィ(SWE)法を用いて筋疲労課題前後の筋の機械的性質を定量し,協働筋各筋の疲労度合を評価することにより,筋疲労の機序解明に向けた取り組みを進めてきた.このような,ヒト生体の横断研究を主とした基課題を通じて,筋疲労耐性の個人差に起因する,筋疲労様相の個人差の大きさに気付き,筋疲労耐性の変化を加味したアプローチの重要性を痛感した.そこで当研究課題では,筋力トレーニングを実施した際の筋疲労耐性の変化を検討し,疲労課題がもたらす筋疲労様相に筋疲労耐性の変化が及ぼす影響を明らかにすることにより,筋疲労の機序の全容解明に挑戦する.2018年度は,1) 8週間のスクワットトレーニングが膝関節伸展筋群の筋疲労耐性に及ぼす影響を検討し,疲労課題実施に伴い観察される筋疲労様相の個人差について模索する,2) 8週間のドロップジャンプトレーニングが,足関節底屈筋群の筋疲労耐性に及ぼす影響を検討し,疲労課題実施に伴い観察される筋疲労様相の個人差について模索する,という2つの研究を遂行した.前者に関しては,データ分析を半分以上終えることができ,全体としては,スクワットトレーニングによる筋疲労耐性の向上が確認された.今後,SWE法により得られたデータを中心に,筋疲労様相の個人差について詳細に検討していきたい.ドロップジャンプトレーニングに関しては,現在データ分析を進めている段階である.データ分析こそ,すべてが終わっている状況ではないが,実施が大変なトレーニング実験を,2018年度内に2つ終えることができた.

このように,現時点としては,十分な量の生データの取得を行えたことから,概ね順調に進展していると考える.まず,2018年度の研究内容に関しては,上述の通り,データ分析がすべて終わっている段階ではないので,引き続き分析を進めていきたい.データ分析が終わり次第,その成果を学会大会での口頭発表・論文投稿により発信していく.ただし,学会大会のスケジュールの関係上,論文投稿を優先する予定である.渡航先であるカナダでの研究活動は,2018年度の最後の数日間が滞在期間として含まれているものの,実際には2019年度の約1年間が主となる.現在,ゲルフ大学のDr. Powerと共に研究を進めており,2019年度に実施するトレーニング実験の詳細について議論を終え,予備実験・本実験を実施する間近となっている.2019年度は,筋の長さの違いに着目して,筋疲労耐性に対するトレーニング効果を観察する.その際,力ー長さ関係の個人差も加味しながら,研究を進めていく.今回は足関節背屈筋群を対象とし,筋疲労課題としては等張性運動を,また,トレーニングとしては全力での等尺性足関節背屈運動を想定している.このトレーニング実験がある程度進んだ段階で,動物実験にも造詣の深いDr. Powerの下で,筋疲労に関する動物実験を進めていくことを計画している.
夜間膀胱内カテーテル留置法の確立

神経因性膀胱では日中に清潔間欠的導尿(CIC)管理を行う。夜間の膀胱内低圧化(nocturnal bladder emptying,NBE)は腎尿路機能の保持に有用との報告があり、我々は乳幼児用のNBEカテーテルを考案した。このカテーテルは逆行性尿路感染の危険性があり、今回、カテーテルへの逆止弁装着の有無で膀胱内の低圧化に差が生じるか、尿に検出される細菌量に差があるかを検討したところ、両者に有意差はなかった。また当院でCIC管理中の患児で尿路感染の発症を認めた症例に対しNBEを導入したところ、尿路感染罹患回数や膀胱尿管逆流が改善した。本カテーテルによるNBEは有用な治療法の一つと考えられた。二分脊椎症漢字に合併した神経因性膀胱の管理において、夜間膀胱内留置カテーテルの機能性や安全性、有効性の確立を目的としている。アダプタ付カテーテルの先端に逆止弁を取りつけた夜間膀胱内留置カテーテルが、低圧の状態でも十分に尿を体外に排泄できるかどうかの機能評価を行った。具体的には、ブタの膀胱にカテーテルを挿入し尿を体外へ排出させ、逆止弁を取り付けた場合と取り付けていない場合とで膀胱内が低圧になるかどうかを評価した。結果は、どちらも有意差なく膀胱内は低圧に保たれた。また、現在、ウサギの膀胱を用い、カテーテルを挿入しておむつを装着し、カテーテルの汚染の有無を確認している。逆止弁を付けた場合と付けていない場合で検討し、評価を行っている。【目的】夜間膀胱内留置カテーテルに逆止弁を取り付け,体外から尿や便・膣分泌物等の逆流による膀胱の汚染がないかの安全性の確認を行う.【方法】1メスのウサギに夜間膀胱内留置カテーテルを挿入する.ウサギにはオムツを装着しカテーテルの先端はオムツ内に開放にする.挿入時の尿と,12時間後にカテーテルを抜去した際のカテーテル先端及び尿の細菌培養を施行し,汚染の有無を確認する.また,カテーテル抜去時には残尿量とオムツの重量を確認する.2メスウサギ1検体に対し,カテーテルに逆止弁を取り付けていないもの(A)と取り付けたもの(B)それぞれ挿入し,1について検討し比較する.【結果】それぞれ6検体のメスウサギで検討した.カテーテル挿入時の尿(前尿)で細菌が検出されなかったものはAの4検体とBの6検体であった。このうち,カテーテル挿入後の尿(後尿)とカテーテル先端からも細菌が検出されなかったのはA,Bそれぞれ1検体のみであった.また後尿でのみ細菌が検出されたものはAで2検体,Bで1検体,カテーテル先端でのみ細菌が検出されたのはBの2検体,カテーテルと後尿の二つで細菌が検出されたのはAで1検体,Bで2検体であった.カテーテル挿入時の尿(前尿)から細菌が検出されたのはAの2検体で,これらはカテーテル先端や後尿からも細菌が検出された.A,Bそれぞれのカテーテルを使用した際の尿量は,Aが3050 ml(中央値53.3 ml),Bが10150 ml(中央値48.3 ml)で有意差はなかった.また残尿はAが05 ml(中央値1.2 ml),Bが075 ml(中央値21.7 ml)で有意差はなかった.しかし,残尿に関しては逆止弁を取り付けたBにおいて多い傾向であった.(Wilcoxon signed-rank test, p < 0.05)1方法:1ブタの膀胱の尿管から膀胱内圧測定用カテーテル,尿道から留置用カテーテルを挿入した.生理食塩水で膀胱内圧を20cmH2Oまで上昇させた後,留置用カテーテルから排泄させ,逆止弁装着・未装着の場合で膀胱内圧が5cmH2Oに低下するまでの時間,又は20分間膀胱内圧を記録した.2メスウサギに留置用カテーテルを挿入し12時間後に抜去した.留置前後の尿と膀胱内のカテーテル先端の細菌培養を施行した.残尿量と12時間の尿量を測定し,逆止弁装着・未装着の場合で比較した.結果:16検体のブタで検討した.逆止弁の有無で膀胱内圧,終了時間に有意差はなかった.26検体のメスウサギで検討した.細菌培養は留置前後の尿,カテーテルで有意差はなかった.残尿,12時間の尿量も有意差はなかった.まとめ:1逆止弁の有無に関わらず膀胱内は低圧のまま尿排泄が可能であった.2逆止弁未装着でも尿路感染(UTI)のリスクを高めることはなかった.逆止弁の有無で残尿,12時間の尿量に有意差はなく,同じ状況下で検討できた.2方法:間欠導尿管理中の二分脊椎症患児でUTIの発症を認めた症例に対し,就寝前に留置用カテーテルを挿入し体外遠位端をオムツに開放するNBE(nocturnal bladder emptying)法を導入し,UTIや膀胱機能の変化を調査した.また10時間後にカテーテルを抜去し,残尿と膀胱内のカテーテル先端,日中のカテーテル尿を細菌培養に提出した.

結果:症例は6例(平均5歳4か月)であった.NBE導入後,UTIの発症頻度は減少し,膀胱尿管逆流が2例,高圧排尿が2例で改善した.残尿,カテーテルから3例で細菌が2+以上検出された.まとめ:留置用カテーテルは膀胱内を低圧化させ膀胱機能の増悪を防ぐ.二分脊椎症患者の8割で無症候性の検尿異常を認める報告があり,残尿の細菌がすべて感染のリスクとはなり得ないと考えられた.神経因性膀胱では日中に清潔間欠的導尿(CIC)管理を行う。夜間の膀胱内低圧化(nocturnal bladder emptying,NBE)は腎尿路機能の保持に有用との報告があり、我々は乳幼児用のNBEカテーテルを考案した。このカテーテルは逆行性尿路感染の危険性があり、今回、カテーテルへの逆止弁装着の有無で膀胱内の低圧化に差が生じるか、尿に検出される細菌量に差があるかを検討したところ、両者に有意差はなかった。また当院でCIC管理中の患児で尿路感染の発症を認めた症例に対しNBEを導入したところ、尿路感染罹患回数や膀胱尿管逆流が改善した。本カテーテルによるNBEは有用な治療法の一つと考えられた。当初の予定では平成25年度までに今回の研究が終えられることとしていたため、若干遅れがある。今後は臨床応用し膀胱機能を定期的に評価していく予定で、平成27年度内に研究を終えられる予定である。小児科前年度の研究結果では,膀胱内の圧を低圧にするには,夜間膀胱内カテーテルに逆止弁を取り付けたものの方が,逆止弁のないものよりも時間を要する傾向にあった(有意差は出ていない).また今回の研究結果より,夜間膀胱内カテーテルに逆止弁を取り付けた場合と逆止弁を取り付けていない場合とでは,有意差はないものの,逆止弁のあるカテーテルの方が残尿が多い傾向にあった.このため,臨床応用するあたり,逆止弁を取り付けていないカテーテルを用いてその有用性や安全性を調査する.対象は当科でCIC管理を行っている二分脊椎症に合併する神経因性膀胱患者(乳幼児)のうち,家庭の事情で必要回数のCICを行えていない,またはCIC施行の継続が困難な児,2必要な回数のCICを行っているものの,膀胱機能が悪化する症例,尿路感染を繰り返す症例,上部尿路障害を認める症例として、夜間膀胱内留置カテーテルの導入を行う.具体的には逆止弁のない夜間膀胱内留置カテーテルを就眠時に膀胱内に挿入し,対側をオムツ内に開放し,朝の起床時にカテーテルを抜去する.有効性と安全性の評価として1夜間膀胱内カテーテル留置を導入以前に,家庭でのCIC状況や患者家族の負担の程度や尿路感染などの合併症の頻度を調査する.またVCUGとUDSに加え超音波検査・腎機能検査を初期評価として行う.夜間膀胱内留置カテーテルの細菌培養を行う.2夜間膀胱内カテーテル留置導入後6か月の時点で,家庭でのCIC状況や患者家族の負担の程度,尿路感染などの合併症頻度を調査する.VCUGとUDSに加え超音波検査・腎機能検査を導入後評価として行う.夜間膀胱内留置カテーテルの細菌培養を行う.以後6か月ごとに評価を継続する.平成25年度に終了予定であったウサギの実験であるが、ウサギは研究協力者の科研費(研究課題番号:24592745)で使用する予定のものであり、研究の進捗状況に合わせて行っているため。研究がやや遅れているため、次の段階で使用する予定であった物品請求などをまだ行っていないことが原因。また成果発表もまだ行っていないため、これらにより次年度使用額が生じた。ウサギを用いた実験を終了させ、平成26年度は夜間膀胱内留置カテーテルを臨床応用し、その有用性と安全性を評価する。カテーテルの臨床応用に伴い、必要な物品の請求や成果発表で使用する予定平成25年度に終了予定であったウサギの実験がまだ終了しておらず、検査費の支出がない状態である。翌年度は、実験の継続と、学会発表や論文制作にも取り組んでいく。
実用炭化水素燃料の統一詳細反応機構の構築

本研究では実用燃料の詳細素反応モデルを世界に先駆けて構築することを目指す。このために必要な、さまざまなアルカン燃料についての詳細燃焼反応機構を構築した。広範な温度・圧力においてアルカン燃料の着火誘導時間を測定し、シュミレーション結果と比較して構築した反応モデルの妥当性を検証した。まずノルマルおよびイソブタンの燃焼反応機構を構築した。この反応機構はC4以下のすべてのアルカンの燃焼に対して適用できる。さらにガソリンエンジンの標準燃料であるイソオクタンとノルマルブタン混合気体に対する燃焼反応機構を、三好により開発されたKUCRSプログラムパッケージを用いて構築した。このメカニズムも衝撃波管による着火誘導期の測定値と比較してその正当性を確認した。さらに独自にトルエンの燃焼反応機構を構築した。これにより、ガソリンのサロゲート燃料のシュミレーションが可能となる。ガソリンのサロゲートの精度を上げるために、キシレンについても検討した。キシレンは三つの異性体を有するが、これらの異性体を区別して反応機構を構築した。実用燃料では、ガソリンにアルコールやエーテルなどの含酸素化合物を添加することが検討されている。これらの含酸素燃料の着火特性を明らかにすることを目的として、エタノール、ETBE(エチルターシャブチルエーテル)の反応機構を構築し、ガソリンサロゲート燃料にエタノール、エーテルを点火したときの着火遅れ時間の変化を計算により予測した。トルエン、キシレン、アルコール、ETBEすべてについて衝撃波管により着火誘導時間を測定し、上記反応機構と比較してその妥当性を検討した。本研究では実用燃料(特に軽油)の詳細素反応モデルを世界に先駆けて構築することを目指す。このために必要な、任意の炭素数のアルカン燃料についての詳細燃焼反応機構を構築するためのアルゴリズムを開発する。広範な温度・圧力においてアルカン燃料の着火誘導時間を測定し、シミュレーション結果と比較して構築した反応モデルの妥当性を検証する。本年度はノルマルおよびイソブタンの燃焼反応機構を構築した。この反応機構はC4以下のすべてのアルカンの燃焼に対して適用できることが特徴である。この反応機構を検証するために、衝撃波管をもちいてブタン、プロパン、エタン及び水素混合気体の着火誘導時間を測定し、構築した詳細反応機構に基づく着火シミュレーションの結果と比較・検討を行った。実験とシミュレーションの一致はよく開発した反応機構の信頼性が高いことを実証した。これらの構築した炭化水素燃料の反応機構を用いて、予混合ディーゼルエンジン燃焼過程のシミュレーションを行い着火時期制御法の検討を行った。ブタンを燃料とした場合、NOまたはNO2を添加することにより着火時期を早めることができることを見出し、その原因が連鎖反応を加速することにあることを示した。また過酸化物を添加しても着火時期を早めることができるが、この場合には熱的な効果が主要因であることを示した。このために必要な、さまざまなのアルカン燃料についての詳細燃焼反応機構を構築した。広範な温度・圧力においてアルカン燃料の着火誘導時間を測定し、シミュレーション結果と比較して構築した反応モデルの妥当性を検証した。これにより、ガソリンのサロゲート燃料のシミュレーションが可能となる。

実用燃料では、ガソリンにアルコールやエーテルなどの含酸素化合物を添加することが検討されている。これらの含酸素燃料の着火特性を明らかにすることを目的として、エタノール、ETBE(エチルターシャルブチルエーテル)の反応機構を構築し、ガソリンサロゲート燃料にエタノール、エーテルを点火したときの着火遅れ時間の変化を計算により予測した。トルエン、キシレン、アルコール、ETBEすべてについて衝撃波管により着火誘導時間を測定し、上記反応機構と比較してその妥当性を検討した。
低環境負荷半導体材料の創成に向けたグラファイト状窒化炭素のバンドギャップ制御

化学気相堆積(CVD)によるB添加g-C3N4の組成を自在に制御できるよう、g-C3N4結晶中へのB原子の取り込み機構を解明し制御する。g-C3N4におけるC-Nネットワークの内外のBがCまたはNのどちらと優先的に結合を形成するかを解明する。更にはB添加g-C3N4が光半導体材料として利用可能であることをデバイス試作により実証する。また有機金属原料を用いたSi添加g-C3N4の作製に向けてCVD装置を改良する。Si添加を実現し更には組成単位で添加量を増加するために、B添加と同様にその取り込み様式を制御する。光学評価により、Si添加によりg-C3N4のナローギャップ化が実現することを実証する。
一分子操作によるFoF1-ATP合成酵素のプロトンフロー/回転運動共役の可視化

F_oF_1-ATP合成酵素を一分子操作するための微小容器をガラス面上に構築し、磁気ピンセットによる強制回転操作を試みた。また、FoF1を再構成した小さなリポソームを用いて、ATPの加水分解を駆動力としたプロトン輸送の蛍光顕微鏡による可視化と蛍光分光光度計による定量を行なった。ガラス面上での脂質平面膜形成を利用したF_oF_1の解析系の構築を試みた。好熱菌由来FoF1-ATP合成酵素(TFoF1)のプロトンフローとcリング(Fo部)の回転運動を一分子で同時観察できるシステムの開発を試みた。前年度の結果から、TFoF1を再構成した小さなリポソーム(SUV、直径:200nm)の内部空間(<10aL)をプロトンフローの検出場とした。SUVをビオチンーアビジン結合によりガラス基板に固定した。フローチャンバーにてATPを加えると、色素(pHrodo)標識した単一リポソーム(平均1個以下のTFoF1)の蛍光強度が上昇し、プロトン輸送が顕微鏡下で可視化できた。蛍光分光光度計を用いたバルク実験においても同様の挙動を確認している。しかし、SUV膜中のTFoF1に対して磁気ビーズ(直径:300nm)を結合し、外部磁場による強制回転を試みたが、蛍光強度の上昇は見られなかった。また、ガラス面上に展開した平面脂質膜を用いた強制回転実験を試みたが、蛍光強度の上昇は確認できなかった。問題点として、1.SUVに対して磁気ビーズが大きく、外力による強制操作が困難である、2.ガラス面上に展開した平面脂質膜の欠陥によりプロトンが漏出する事が挙げられる。解決法として、大きなリポソーム(直径:数um)とTFoF1-SUVを膜融合し、外力操作を容易にする方法、微小ウェルと疎水性有機分子膜及び油/水界面を利用した脂質膜形成を併用した方法を考えた。前者では、効率的な膜融合が達成できたが、磁気ビーズをTFoF1に結合する手法の最適化には至っていない。後者に関しては微小ウェルがプロトン漏出に対して有用であるが、ウェル上部に展開した脂質膜が数分で破裂する事も示され、膜の安定化が鍵となる。以上の結果より、提案した一分子TFoF1のプロトンフローと回転運動の同時可視化は達成できなかったが、要素技術の幾つかは達成でき、それらの組み合わせと更なる最適化が必要である。好熱菌由来FoF1-ATP合成酵素(TFoF1)のプロトンフローとcリング(Fo部)の回転運動を一分子で同時に顕微鏡観察できる微小システムの開発を試みた。pH感受性色素(pHrodo)とNi-NTAを持つ二機能化ビーズ(Φ300 nm)を調製し、集束イオンビーム(FIB)微細加工とシラン化処理にて作製した、体積100 aL(1×10-16 L)以下の修飾ガラスマイクロウェルに配置した。TFoF1を再構成した巨大リポソーム(GUV)でウェルを密閉し、システムの有用性を評価した。その結果、1.ビーズ上の色素のpH感受性が低い、2.GUV膜のプロトンの漏出が速い、3.TFoF1のビーズへの固定効率が悪く有効視野が狭い、という欠点が生じ、システムを変更した。しかし、低分子有機化合物を輸送対象とする膜輸送体の解析には、本システムの利用が期待できる。変更後の成果を以下に記す。TFoF1を再構成した小さなリポソーム(SUV)を修飾ガラスに固定し、リポソーム内体積(<10 aL)をプロトンフローの検出場とする手法、SUVを支持脂質二分子膜に展開して有効視野を拡大する手法を考案した。両手法ともpHrodoを脂質膜に結合する事で、上記のpH感受性の低さを解決した。固定化SUVを用いた蛍光顕微鏡観察で、一分子のTFoF1がATPの加水分解駆動により約300個sec-1の速度でプロトンを輸送している事を示した。FoF1複合体のプロトン輸送能を一分子で定量した、過去に報告例のない成果である。又、FIBで作製したマイクロウェルへの単一SUVの配置に成功しており、磁気ピンセットによるcリングの強制回転実験に利用する。他方、視野内に数100個の固定化FoF1を含む支持脂質二分子膜の形成に成功し、このシステムが膜直下に紫外線を用いて発生させた60個um-2の微量のプロトンを検出できる事も示した。申請時に提案した微小検出システムを大きく変更したが、磁気ピンセットと光学系の設置・調整が完了し、実績概要項に記載した新たなシステムで既にcリングの強制回転とプロトンフローの同時可視化を試みている。これは申請時の研究計画当該年度の最終項に相当する。又、ATPの加水分解を駆動力とする一分子のTFoF1のプロトン輸送能の定量は旧システムでは困難であり、主題とは異なるものの大きな成果と考えている。ATPの加水分解を駆動力とするTFoF

1のプロトン輸送能の定量を、小さなリポソーム(SUV)を用いた種々の条件下で行う。又、巨大リポソーム(GUV)を用いた同様の観察を試みることで、溶液実験等との結果と照らし合わせて、総合的にひとつの成果としてまとめる。本申請の主題に関して、現システムで磁気ピンセットによるcリングの強制回転とプロトンフローの同時可視化を試み、回転に伴うプロトン流入/流出量の定量を行う。実績概要項でも述べたように、SUVではすでにプロトンの輸送が可視化できているので、微小ウェルへの固定後に磁気ピンセットによる強制回転操作を試みる。支持脂質二分子膜に関しては、SUVと同等のpH感受性を持っていると共に同一視野内に多数のFoF1が存在するため、観察に向いている。しかしながら、プロトンの漏出が懸念されるため、PEGやコレステロール等を添加することで改善する。cリングの強制回転によるプロトンフローの可視化が達成できれば、リポソーム内あるいは支持二分子膜下にADP、無機リン酸及びATP検出系(ルシフェリンールシフェラーゼ反応等)を導入し、cリングの強制回転によるATP合成の定量に着手し、その共役状態を評価する。実験システムの変更に伴い、光学系の一部の支出が減少したため次年度使用とした。ガラス修飾試薬、磁気ビーズの使用量に大きな変化はないが、リポソーム関連試薬、蛍光色素等の試薬の使用量が増加するため、物品費を上乗せする。FIB消耗品の使用量も増加する事が見込まれるため、やや上乗せする予定である。学会発表、論文掲載料に掛かる旅費、その他経費を計上する。
酸化チタンナノチューブ構造制御による新しい生体活性型インプラントの開発

近年、インプラント材料にナノテクノロジーを応用し、従来にない新しい機能性を見出そうとする研究が盛んにすすめられている。材料のナノ化およびその均質な形状の付与は、新規機能を発揮する可能性を秘めている。本研究の目的は、チタン表面に安価・容易な方法で「酸化チタンナノチューブ(TNT)」を合成し、この構造制御によって、新規インプラント材料の開発に結びつけることである。本研究計画の初年度には、低温化学合成法の条件検討から、高度な縦横比を示すチューブ構造のTNT層で覆われたチタン表面の作製に成功している。本年度は、TNTがCa^<2+>あるいはPO_4^<3->に対して高い吸着能を有することを明らかにした。また、0.1-1ppmのTNT粉末は、ラット骨髄由来間葉系幹細胞(rMSC)に対して著明な細胞毒性を示さず、骨芽細胞分化の指標であるアルカリフォスファターゼ活性を促進するという知見を得ている。したがって、TNT粉末は生体適合性を有した材料であり、さらに骨芽細胞分化を促進する作用を有する可能性が示唆される。さらに,TNTプレート表面にrMSCを播種して骨芽細胞への分化誘導を行った結果,チタンプレートを用いた場合と比較して、TNTプレート表面にはより多くのCaよびPが検出され、rMSCが細胞外基質の石灰化を示す骨芽細胞に効率的に分化することが明らかとなった。このように、TNTプレートはアパタイト成分吸着能を有し、培養細胞に対して細胞接着、増殖、分化誘導能を示す。したがって、TNT表面を有するチタン材料は、骨伝導能を有する医療材料として有用である可能性が示唆された。今後、TNTの構造面などを、より生体内での骨伝導に適した条件に改良にすることで、従来のチタンインプラント材料の骨伝導能を上回る性質を付与できることが期待される。近年,インプラント材料にナノテクノロジーを応用し,従来にない新しい機能性を見出そうとする研究が盛んにすすめられている。材料のナノ化およびその均質な形状の付与は,新規機能を発揮する可能性を秘めている。本研究の目的は,チタンインプラント表面に安価・容易な方法で「酸化チタンナノチューブ(TNT)」を合成し,この構造制御から新規機能性を付与することによって,生体内での骨結合獲得期間の短縮ならびに適応症の拡大を実現する新規機能性インプラントを開発することである。本年度は、低温化学合成法を用いてTNTのチタン金属上における析出条件を検討した。その結果、チタン金属を水酸化ナトリウム水溶液中で24時間以上処理した場合に高度な縦横比を示すチューブ構造が導かれ、72時間以上処理すると金属表面をTNT層で完全に覆うことが可能であることが明らかとなった。さらに、72時間処理したTNT上に成体ラット骨髄由来間葉系幹細胞を播種し、骨芽細胞分化誘導培地中にて13週間培養し、細胞の形態観察および試料表面の元素分析を経時的に行った。その結果、培養2週間後のTNT析出金属試料では、細胞は石灰化した骨芽細胞様の形態を示し、無処理チタン金属試料と比較してより多くのCaおよびPが検出された。したがって、チタン表面のTNTは骨芽細胞の分化に影響しており、新生骨の形成に有効である可能性が示唆された。この多量のCaおよびPの検出は、細胞の産生する細胞外基質に起因する可能性、および培地中のイオンをナノチューブが吸着することに起因している可能性が考えられる。したがって、TNTの骨芽細胞活性化に作用する因子が、TNTの形状・性質による直接的なものなのか、あるいは吸着したイオンが二次的に作用しているのかを今後検討していく必要があると考えている。