hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ブレーン宇宙における宇宙欠陥構造の果たす役割の研究

研究実施の内容に関しては、初年度から少した変更がありました。宇宙欠陥構造のシミュレーションを深く掘り下げる前に、【インフレーション中および直後での非ガウス揺らぎの様子】から【様々なインフレーションシナリオ特有の痕跡】または【ブレーンの痕跡】を探求する研究を行っています。この変更は宇宙観測の精度が上がってきていることを考慮したもので、【非ガウス揺らぎの観測からインフレーションモデルを特定する手がかりを探る研究】に焦点を絞った方が、素粒子のモデルに対してより効率的な予言が出来ると考えたからです。実際、2007年から2008年にかけての研究によって揺らぎの非ガウス成分が顕著な値を持つ可能性が非常に高いことが分かりました。これは通常の【単場+Slow-Rollによるインフレーションシナリオ】からの【単純な揺らぎ生成】以外の方法によって宇宙揺らぎが生成された可能性が強いことを示唆しており、ストリング理論を始めとする素粒子の統一理論に強いインパクトを与えつつあります。我々はこの1年間で、上記の「非ガウス成分」を生み出すことの出来るインフレーションモデルを多岐にわたり研究しました。現象論モデルの高次元化は素粒子及び宇宙論における様々な問題を解決するための有力な拡張方法の一つであり、現状でも多くの知見を得ることが出来る非常に興味深いモデルであることは疑うべくもないが、高エネルギー実験および宇宙観測との整合性については常に新しい観点から研究を行っていく必要がある。私はこの分野で、特にブレーン宇宙のモデルでのCosmological Defectの生成メカニズムの研究と、ブレーン宇宙を通常の宇宙から区別することに主眼を置いて研究した。具体的には、「インフレーションに於けるブレーンモデルの限界を調べる研究」の2点に重点を置いて研究を行った。これらの研究によって、いくつかの宇宙論のモデルに非常に強い拘束条件が付けられた。また、これ以外にも「宇宙の初期揺らぎを生成するための新しいメカニズムの研究」を行った。この研究ではインフレーションのエネルギーの下限を調べ直し、内部次元が大きいモデルにおけるインフレーションに新しい可能性を見出した。更に、Topological DefectがCurvatonとして作用するという新しいシナリオを提唱し、バリオン数も同時に生成可能であることを指摘した。その1ブレーン由来のCosmological Defectsにおけるいくつかの間題の解決ブレーン由来のDefectに関する理論的な研究は近年東工大のグループが世界を先導してきたが、その一方でTyeらのグループは当時「ブレーンインフレーションで生成される宇宙論的なDefectは宇宙ヒモだけである」という有名なNo-Go Theoremを発表し、「宇宙ヒモ以外のDefectは宇宙論的に無意味である」と主張していた。我々はこの主張が間違いであることを示すため、まずはじめにブレーンの組み替えがある場合(Tyeらが提案したAngled Inflation)について詳細に調べ、Tyeらの計算が低エネルギーの有効理論と合致しないことを示した。その原因として、ブレーン組み替えの時にはタキオンの局在化が起こるためTyeらの次元勘定が破綻していることをあからさまに示した。(Phys.Rev.D70:023502,2004)さらにこの反例を使って、我々はWall、モノポール、ネックレスなどの生成について議論した。さらに宇宙ヒモの内部空間方向への巻き付きをカウントできるモデルを考案し、観測によって内部空間のモデルを区別する方法を提案した。その2ブレーンインフレーションにおけるη問題の解決標準的なインフラトン揺らぎに由来する大規模揺らぎ生成のメカニズムはStringモデルとあまり相性が良くないことが知られている。特にコンパクト化された内部空間を大きくしようとした場合には必然的に基本質量が小さくなり、インフレーションのスケールも通常より遙かに小さくしなければならない。このため、必要とされるFine-Tuningも許容できないオーダーになってしまう。このような理由により従来のメカニズムではLarge Extra Dimensionモデルでの大規模揺らぎの生成は不可能に思われていた。一方で、基本質量がGUTスケール程度であっても、モジュライ安定化のメカニズムによってインフラトンに不必要な質量項が現れてしまうという問題(ブレーンモデルのη問題)も知られていた。上記の2つの問題のうち、後者のη問題について、δNを使う方法(Lyth他)及びInstant Preheatingを使う方法(T.Matsuda)の両面から解決策を提示した。
HLAクラスI分子結合HIVペプチドの解析

1.HLA-B35結合自己抗原ペプチドの解析2つのHLA-B^*3501分子結合自己抗原ペプチドを分離、同定することができた。9アミノ酸からなるこれらのペプチドのHLA-B^*3501分子との結合能を、TAP欠損細胞RMA-SにHLA-B^*3501遺伝子を導入したトランスフェクタントを用いてフローサイトメトリーで測定する方法を開発した。この方法にてペプチドのアンカー部位がHLA-B^*3501分子との結合にきわめて重要であることを明らかにした。HLA-A24(A^*2401)、A31(A^*3101)、A33(A^*3302)分子に結合している自己抗原ペプチドのモチーフを明らかにした。HLA-B^*3501分子結合自己抗原ペプチドのモチーフから、2番目がPro、9番目がLeu、ILeu、Met、Pheである9アミノ酸のペプチドおよび2番目がPro、C末端がTyrである8-11アミノ酸ペプチドをHIV-1ARV2より選択し64種類合成した。この合成HIVペプチドとHLA-B^*3501分子の結合能を調べたところ27種類のペプチドが結合することが明らかになった。10および11アミノ酸からなるHIVペプチドの中にも強く結合するペプチドがあることから、HLAクラスI分子はアンカーが保存されていれば長いペプチドも結合させることができると考えられた。
ヒト培養皮膚細胞を用いた人工内分泌器官の作製

ヒト培養皮膚細胞に生体活性ポリペプチドの遺伝子を導入し、これを移植して人工的内分泌器官を作製するために、導入効率が高く、生体内で長期に機能維持されるような遺伝子導入法開発を試みた。1.amphotrophicウイルス受容体遺伝子を組み替えたアデノウイルスベクターを作製した。これを各種細胞に感染後、レトロウイルスベクターの感染効率を計測した。受容体遺伝子導入によりK562細胞株では感染率は約1.5倍に増加したが、ヒト培養表皮細胞では有意差が見られなかった。2.enhanced GFP遺伝子とヒトpreproinsulin遺伝子を、IRSを介して連結し、組み替えレトロウイルスベクターを作製した。ヒト培養表皮細胞にこれを感染後、FACSにてGFP陽性細胞を分離精製したところ、遺伝子導入細胞の純度を10倍程度向上可能であった。in vitroではGFP陽性細胞率及びproinsulin産生量は14日間変化しなかった。精製細胞を線維芽細胞とともに免疫不全マウス皮下に移植したところ、PCRでGFP遺伝子が確認される一方、移植4週間後にはGFPの局在染色性が見られなくなった。LTRを改変したベクター(MSCV)を用い、同様にウイルスを作製して感染及び移植実験を行ったが、従来のレトロウイルスベクターと同様の結果であった。3.CMVプロモーターの下流にGFPを組替えたレンチウイルスベクターをヒト培養表皮細胞に感染させたところ、約10%がGFP陽性となった。レトロウイルスベクターを用いてヒト表皮細胞へ遺伝子を導入し、GFPにより遺伝子導入細胞を分離精製する方法は有用であり、導入遺伝子の発現はin vitroでは安定していた。ベクターの感染効率改善および生体内での発現安定化は実現困難であった。レンチウイルスベクターはヒト表皮細胞への遺伝子導入に有望であり、今後継続して検討したい。(目的)本研究の目的は、in vitroにおいてヒト皮膚由来初代培養細胞に生体活性ポリペプチドの遺伝子を導入し、これを再び生体内に移植することによって、生体内で長期間にわたって当該ポリペプチドを産生、分泌する人工的な内分泌器官を作製することである。本年度は、ヒト表皮細胞への高効率で永続的な遺伝子導入法について検討した。(方法と結果)1)GFPを用いた遺伝子導入細胞の精製結果:GFP陽性細胞は感染直後平均0.83%であったが、選別による精製後は平均15.1%で約18倍に濃縮された。導入遺伝子はin vitroでは長期継代後も安定であった。現在遺伝子導入ヒト表皮細胞をSCIDマウスに移植して、in vivoでの安定性を確認中である。2)ウイルス受容体遺伝子発現によるレトロウイルスベクターの感染効率向上結果:GLVR2組み替えadenovirus vectorを作製した。現在ウイルスの精製と機能確認を行っている。引き続き同ウイルスを培養ヒト表皮細胞に感染させ、ウイルス受容体の過剰発現を確認する予定である。1.遺伝子導入効率の向上ウイルス受容体発現によるレトロウイルスベクター感染効率向上を目的として、amphotrophic virusroceptor(ALVR2)を組み替えたアデノウイルスベクターを作製した。上記感染後におけるレトロウイルスベクターの感染効率を各種細胞にて計測した。K562などの細胞株で有意にレトロウイルス感染率の向上が認められたが、ヒト正常表皮細胞では大きな差が見られなかった。ヒト正常表皮細胞ではレトロウイルス受容体の量が感染の律速要素になっていないものと推測され、感染率向上にはウイルスの力価向上が必要と考えられた。2.遺伝子導入細胞の精製効率向上発光量の多いGFP(enhanced GFP)をマーカーに用いたレトロウイルスベクターを作製し、高力価のウイルス産生クローンを得た。ヒト正常表皮細胞に上記ウイルスを短時間感染させることによって、20%以上の細胞に遺伝子導入が可能であった。また、本遺伝子導入細胞をFACSにて分離精製したところ、回収率約50%で、98%以上の純度に分離精製が可能であった。

3.導入遺伝子の安定性確保上記レトロウイルスの感染によって遺伝子導入を行った細胞を継代培養し、発現の安定性を確認した。また、これを免疫不全マウスに移植し、in vivoにおける発現の安定性を検討した。導入遺伝子はin vitroでは100倍程度の増殖培養を行っても安定であった。一方細胞を免疫不全マウスに移植すると、約4週間で発現が低下することが判明した。現在、プロモーター(LTR)をin vivoにおける発現が安定性するよう改変したウイルスベクター(MSCV)を作製して安定性を検討中である。昨年度までに、レトロウイルスベクターを用いてヒト表皮細胞へ効率よく遺伝子導入することが可能となった。一方、導入遺伝子のin vivoにおける発現が持続しないことが明らかになり、発現低下が考えられたため、本年度は下記の検討を行った。1.発行量の多いGFP(enhanced GFP)をマーカーに用い、さらにプロモーター(LTR)をin vivoにおける発現が安定するよう改変したレトロウイルスベクター(MSCV)を用いて、IRSを介してヒトpreproinsulin遺伝子を組替えたウイルスベクターを作製した。2.上記ウイルスベクターの感染により遺伝子を導入したヒト培養表皮細胞をFACSにて分離精製した。ウイルス感染による遺伝子導入効率は1-10%程度であったが、分離精製により、純度50%以上の遺伝子導入細胞を得ることが可能であった。3.in vitroにて遺伝子導入細胞を継代培養し、発現を計測した。in vitroにおいて遺伝子導入後3週間にわたって、導入遺伝子はほぼ安定的に発現することが確認された。4.上記遺伝子導入細胞を用いて複合型培養皮膚を作製し、重症複合免疫不全マウスに移植した。移植片の免疫染色により、移植4週間後にも導入遺伝子の発現が観察された。現在さらに移植後の組織片を経時的に採取し、また血中preproinsulin濃度を計測して、in vivoにおける導入遺伝子発現の長期安定性を検討しているところである。昨年までに、レトロウイルスベクターによる遺伝子導入細胞を高純度で得ることに成功したが、この細胞は移植後の生体内における遺伝子発現が不安定であることが判明した。原因としてLTRのメチル化、silencingなどによる遺伝子発現の低下が考えられる。そこで本年度は、LTRを改変し発現低下を抑制したレトロウイルスベクター(MSCV)にenhanced GFPを組替えたレトロウイルスベクターを作製し、ヒト培養表皮細胞を用いて同様の感染実験および移植実験を行った。
包晶反応と共析逆変態反応による超微細粒鋼の創製

本研究は、炭素鋼において高温で形成する結晶粒(オーステナイト粒)組織を、変形によるひずみを付与することなく、合金の成分調整と凝固・熱処理プロセスの制御のみで微細化することを目的としたものである。Ti、V、Nbの添加、凝固中の冷却条件制御、その後の加熱条件制御による効果を理論・実験・シミュレーションによって検討し、微細化条件を探索した。その結果、Tiを添加し、金型鋳造後に速やかな加熱を行うことで、おおよそ1ミクロンのサイズまで微細化することが明らかになった。本研究は、包晶鋼のオーステナイト粒組織をサブミクロンレベルまで微細化することを目的とするものである。その特徴は、従来型のひずみ加工プロセスを用いず、包晶反応を利用した凝固組織制御による微細化を主として、その後の熱処理のみで超微細化指針を得ることにある。本研究は、(a)Ti,Nb,V等の炭窒化物等を利用した凝固組織微細化法の発展と、(b)微細凝固組織を初期組織とする固相変態カイネティクスにおける結晶粒微細化技術への展開、の両輪で進行する。鋳造・凝固及び逆変態熱処理実験及び各種計算材料科学手法を有効に活用し、実験と計算シミュレーションの相補的アプローチから、超微細粒鋼の創製を試みる。平成22年度においては、Ti,Nb,V等の炭窒化物を利用した凝固組織のCET発現と、炭窒化物の微細分散化による鋳造オーステナイト粒微細化を主に試みた。まず、Ti,Nb,V等の炭窒化物安定化元素の添加に伴う相平衡のCALPHAD解析を行い、本年度で対象とした0.2mass%鋼においてCETを誘発する元素はTiのみであることが明らかとなった。鋳片オーステナイト粒組織の微細化の実験的調査において、Ti,Nb,Vいずれの元素も鋳片オーステナイト粒をデンドライトサイズ程度まで微細化することが示された。Ti及びNbは炭窒化物によるピン止め効果をもたらす一方、Vはフェライト安定化元素として働き、V添加によって安定化したδ相がγ粒成長のピン止めすることで鋳片組織の微細化を生じさせることを明らかにした。本研究は、包晶反応を利用した凝固組織制御とその後の熱処理のみによって、包晶鋼のオーステナイト粒組織をサブミクロンレベルまで微細化することを目的とする。特に、(a)Ti,Nb,V等の炭窒化物等を利用した凝固組織微細化法の発展と、(b)微細凝固組織を初期組織とする固相変態カイネティクスにおける結晶粒微細化技術への展開、を試みるものである。平成23年度においては、得られた知見を以下にまとめる。(a)凝固組織微細化法の発展包晶凝固鋼の鋳片オーステナイト粒組織が不連続粒成長によって粗大化することを明らかにし、その粗大化防止の条件をシミュレーション及び理論から提案した。その実証実験の一環として、鋳片組織の粗大化が著しい0.2mass%炭素鋼を対象として、炭窒化物安定化元素のNbを添加することでNb(C,N)のピン止め効果が発現して粗大粒の成長が妨げられ、鋳片組織が微細化できることを示した。また、本年度の成果において特に重要な点は、本来、包晶反応を示さないような鋼種であっても、δフェライトの核発生サイトとして働くTi(C,N)を溶鋼中に存在させることで、包晶反応を誘起し、鋳片組織を劇的に等軸微細化させることができることを明らかにした点にある。したがって、本研究で得られた微細化指針は、包晶凝固鋼以外の鋼種にも適用しえる可能性が示された。(b)鋳片組織からの逆変態による微細化の調査Ti添加鋼を対象として、逆変態過程におけるオーステナイト組織の微細化過程を調査し、高昇温速度で繰り返し変態を行うことで、初期の鋳造組織が粗大であっても、数ミクロンのサイズまでオーステナイト粒が微細化することが示された。したがって、(a)で得られた知見をもとに、逆変態前の初期組織が微細な鋳片を使用することで更なる微細化効果が期待される。本研究は、包晶反応で形成する凝固組織を積極的に制御することで、熱処理のみで包晶凝固鋼のオーステナイト(γ)粒組織を微細粒化することを目的としたものである。この目的達成のために、(a)Ti, Nb, V炭窒化物を利用した凝固組織微細化法の発展と、(b)微細凝固(鋳造)組織からの昇温過程で形成するγ粒組織の微細化条件の探索と微細化方法の発展を試みた。まず、上記(a)の項目において、包晶凝固鋼の鋳片γ粒組織が不連続粒成長によって粗大化することを明らかにし、その粗大化防止の条件をシミュレーション及び理論から提案した。その粗大化防止条件とは、不連続粒成長の駆動力とバランスする大きさピン止め力を発生させる条件に相当する。

その実証実験として0.1, 0.2, 0.45mass%炭素鋼を対象として、炭窒化物が溶鋼中に形成するようTi, Nb, Vを添加して鋳造実験を行い、実際に粗大γ粒の形成が防止され、微細な鋳造組織が形成することを確認した。続いて、(b)の項目において、鋳造材をγ単相温度域に昇温した際のγ粒組織を調査した。炉冷鋳造材よりも金型鋳造材から昇温することで再加熱後のγ粒組織が微細化することが示された。これはミクロ偏析の微細分散化が関与しているものと考えられる。また、炭窒化物形成元素を添加することで凝固組織・再加熱後のγ粒組織がさらに微細化することが示された。例えば、0.45mass%炭素鋼にTiを0.15mass%添加した金型鋳造材においては、鋳造組織が1020ミクロン程度の等軸γ粒からなり、その後、マルテンサイト変態させた後に再加熱処理を行うことで平均粒径が1ミクロン程度の微細γ粒組織が形成することが示された。凝固組織制御において、鋳片オーステナイト粒組織の粗大化メカニズムを明らかにすることで、その粗大化を防止する条件が明確になり、微細化指針を発展させることができた。特に、高温で安定な炭窒化物形成元素の添加が微細化に有効であることを示し、さらにはTi添加がオーステナイトモードで凝固する鋼種においても包晶反応を誘発し、オーステナイト粒組織の等軸微細化を達成できることを明らかにした点は、当初の予定よりも優れた成果が挙げられたと考える。また、鋳片組織からの逆変態過程を利用した微細化方法の発展に関しては、主にTi添加鋼を対象として当初の計画通りに研究が進展していると考える。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度は、平成23年度までに得られた凝固組織制御法と逆変態微細化法を組み合わせ、本研究の最大の目的である最終組織の超微細化を試みる。必要に応じて、組織形成シミュレーションや理論解析を活用することで、熱処理条件の最適化を効率的にはかり、当初の計画通りに研究する予定である。
雑種種分化は日本列島高山フロラの多様化にどのような役割を果しているか

平成5年度は以下の2地域にてアザミ属の現地調査を実施した.この野外調査で得られた押葉標本は約200点で,これらについてはデータベース化が完了している.ここでは現地調査の成果を中心にして以下に報告する.1)9月に長野県唐松岳八方尾根にて調査を行った.この調査では新種ハッポウアザミの存在が明らかになった.このアザミはナンブアザミ節ナンブアザミ亜節キソアザミ列に所属する高山性の植物で,八方尾根の蛇紋岩地帯の固有種である.ハッポウアザミは形態的に北アルプス中部以南,御岳,中央アルプスの高山帯に分布するキソアザミに近縁である.一方,もう一つの新種シロウマアザミはナンブアザミ列に所属し、白馬岳とその周辺の蛇紋岩地帯の特産で,この列の種としては高山帯にも分布域が及んでいる点で特徴的である.シロウマアザミがナンブアザミとハクサンアザミの雑種起源である可能性については現在解析中である.これらの2種に加えて,福井県嶺南地方と岐阜県美濃地方の新種エチゼンヒメアザミ(スズカアザミ亜節),そして岐阜県東濃地方と長野県木曽地方の新種リョウノウアザミ(リョウノウアザミ亜節)については学術雑誌に投稿中である.2)10月に四国山地,石鎚山と天狗高原及びその周辺地域にて,シコクアザミ,イシヅチウスバアザミ,ツクシアザミ,トゲアザミなどについて調査を行った.このうち,ツクシアザミについては九州の集団とはフラボノイド・パターンが異なることが分かった.また四国山地上部の特産種トゲアザミは,これまでノアザミの1型とみなされることが多かった.しかし形態的形質とフラボノイド・パターン(岩科,未発表)が異なる点で従来の処置に再検討の余地のあることが示唆された.国立科学博物館に収蔵されているアザミ属の全ての標本についてデータベース化が進行中である.平成4年度は以下の地域にてアザミ属植物の現地調査を実施した。この野外で得られた押葉標本は約1000点に達し、備品費で購入したCPU等を用いてデータベース化が完了している。核型やフラボノド・パターンの解析については現在進めているところである。野外調査は、長野県白馬岳、群馬県尾瀬、福井県、岐阜県、九州などで実施したが、スペースの点で余裕がないので、成果を次ぎの2地域について報告する。1)9月下旬から10月中旬にかけて福井県及び岐阜県美濃地方において調査を実施した。対象とした種類は、イナベアザミ、ナガエノアザミ、ハクサンアザミ、サワアザミなどである。野外調査を進めて行く過程で、2つの新分類群の存在が明らかになった。エチゼンヒメアザミとジャクエツアザミである(いずれも新称)。エチゼンヒメアザミは福島県に知られているアイヅヒメアザミに近縁な種で、福井県と岐阜県の県境付近に分布域が局限されている。また、ジャクエツアザミはハクサンアザミに近縁な種で、おそらくハクサンアザミとホッコクアザミとの雑種起源と推定される。これらについては平成5年度中にさらに詳しい調査を実施する予定である。イナベアザミは今回の調査によって福井県に分布することが確認された。福井県は分布域の北限となる。2)10月中旬から11月上旬にかけて屋久島、九州南部の山岳地帯にて調査を実施した。これらは平成4年度に提出した交付申請書には記載されていない地域であるが、資料や情報が極めて不足しており、研究を進めて行く上で調査を実施する必要が痛感されたので追加したものである。対象とした種類はヤクシマアザミ、ノマアザミ、ツクシアザミ、オイランアザミ、ヘイケモリアザミなどであった。ヤクシマアザミの集団レベルでの変異を把握した結果、この種は台湾の高山生種アリサンアザミCirsium arisanense Kitamuraに極めて近縁であることが明らかになった。また九州南部の固有種ノマアザミも台湾の高山の特産種モモヤマアザミC.hosokawae Kitamuraに近縁であることが判明した。平成5年度は以下の2地域にてアザミ属の現地調査を実施した.この野外調査で得られた押葉標本は約200点で,これらについてはデータベース化が完了している.ここでは現地調査の成果を中心にして以下に報告する.1)9月に長野県唐松岳八方尾根にて調査を行った.この調査では新種ハッポウアザミの存在が明らかになった.このアザミはナンブアザミ節ナンブアザミ亜節キソアザミ列に所属する高山性の植物で,八方尾根の蛇紋岩地帯の固有種である.ハッポウアザミは形態的に北アルプス中部以南,御岳,中央アルプスの高山帯に分布するキソアザミに近縁である.一方,もう一つの新種シロウマアザミはナンブアザミ列に所属し、白馬岳とその周辺の蛇紋岩地帯の特産で,この列の種としては高山帯にも分布域が及んでいる点で特徴的である.シロウマアザミがナンブアザミとハクサン

アザミの雑種起源である可能性については現在解析中である.これらの2種に加えて,福井県嶺南地方と岐阜県美濃地方の新種エチゼンヒメアザミ(スズカアザミ亜節),そして岐阜県東濃地方と長野県木曽地方の新種リョウノウアザミ(リョウノウアザミ亜節)については学術雑誌に投稿中である.2)10月に四国山地,石鎚山と天狗高原及びその周辺地域にて,シコクアザミ,イシヅチウスバアザミ,ツクシアザミ,トゲアザミなどについて調査を行った.このうち,ツクシアザミについては九州の集団とはフラボノイド・パターンが異なることが分かった.また四国山地上部の特産種トゲアザミは,これまでノアザミの1型とみなされることが多かった.しかし形態的形質とフラボノイド・パターン(岩科,未発表)が異なる点で従来の処置に再検討の余地のあることが示唆された.国立科学博物館に収蔵されているアザミ属の全ての標本についてデータベース化が進行中である.
第3世代放射光を用いた地球内部物性研究

本年度は愛媛大学を中心に、放射光X線と焼結ダイヤモンドアンビルを組み合わせた40万気圧領域でのX線その場観察実験技術の開発をおこなった。この結果このような圧力下で鉱物相転移や、非圧縮率や熱膨張率等の物性の決定が可能になった。また、新しいダイヤモンド焼結体の合成技術の開発を試み、直接変換法によるバインダー無しの焼結体の合成に成功した。今後このようにして得られた焼結体の高圧発生への応用を考えている。一方愛媛大学での独自の超音波法を用いて、微小(2mm)試料に対する弾性波速度測定技術の開発をおこない、P波については十分高精度のデータが得られるようになった。また、高圧相の焼結実験技術の開発もおこない、15-20万気圧領域での鉄を含むかんらん石の高圧相焼結体の合成をおこなった。このような高圧相焼結体を用い、ニューヨーク州立大のグループとの共同実験で弾性波速度測定を試みた。13万気圧程度までのデータが得られたが、振動子のトラブルにより必ずしも良質なデータは得られなかった。また、ビームタイムの関係から、当初予定していた放射光X線回折と弾性波速度の同時測定実験は試みることができなかった。しかしながら、このための技術的蓄積と両グループ間の協力関係は大きく前進し、今後の第3世代放射光を用いた地球内部物性研究の展開に重要な一歩を踏み出しすことができた。本研究は日米の第3世代放射光源(Spring-8、APS)を用いた地球内部物性研究の展開を計るために基本的な実験技術の開発をすすめるとともに、研究および技術交流をすすめることを目的としている。本年度は両国の研究者がそれぞれ独自にこのテーマに沿った研究をすすめるとともに、互いに短期間訪問し、情報交換をおこなった。日本側でおこなった研究成果は以下の通りである。1)焼結ダイヤモンドアンビル(14mm角)の導入による。従来の限界を越える圧力の発生および高温高圧下での相転移X線その場観察技術の開発をおこなった。この結果35GPaに至る高圧下、1500°C高温条件下でこのような実験が可能になった。2)CCDカメラを用いた透過X線像の取り込み技術の開発をおこない、球落下法による高圧下でのメルトの粘性測定や、試料部の変形の定量的解析をおこなった。3)高温高圧下でのX線回折プロファイルの解析による高圧相のレオロジー解明のための手法の開発および基礎的データの収集をおこなった。4)高圧セルの改良により、多成分系および水などの揮発性元素を含む複雑な化学組成の物資に対してX線その場観察実験を可能にするための技術開発をおこなった。本年度はニューヨーク州立大で特に高温高圧下での弾性波速度測定技術の開発に主眼をおいた研究がなされた。一方愛媛大学側では、大型マルチアンビル装置を用い、弾性波測定が可能な試料部のX線その場観察のテストがおこなわれ、上記の技術と放射光を組み合わせて、正確な温度圧力測定と弾性波測定をおこなうための基礎的技術開発をおこなった。一方、愛媛大学においても弾性波速度測定技術を用いたいくつかの実験に取り組みはじめている。第一に共振法を用いた焼結ダイヤモンド試料の弾性的性質を、現在アンビルとして用いられている3種類の試料についておこなった。この結果2種類の弾性的性質は極めて近いが、1種類は弾性的には比較的柔らかいことが判明した。また、現在さらに超硬合金アンビルを用いて同様の実験および、超音波透過法を用いた弾性波速度の測定およびその温度依存性の測定を開始しつつある。ニューヨーク州立大の共同研究者とは昨年初め日本に招くとともに、昨年末にはアメリカで情報交換と研究打ち合わせを行った。この結果来年度はいずれかの研究者を長期滞在させて、両方の研究技術を組み合わせて高温高圧X線回折と弾性波速度測定の同時測定に向けた取り組みをおこなうことで合意された。

この結果このような圧力下で鉱物相転移や、非圧縮率や熱膨張率等の物性の決定が可能になった。また、新しいダイヤモンド焼結体の合成技術の開発を試み、直接変換法によるバインダー無しの焼結体の合成に成功した。今後このようにして得られた焼結体の高圧発生への応用を考えている。一方愛媛大学での独自の超音波法を用いて、微小(2mm)試料に対する弾性波速度測定技術の開発をおこない、P波については十分高精度のデータが得られるようになった。また、高圧相の焼結実験技術の開発もおこない、15-20万気圧領域での鉄を含むかんらん石の高圧相焼結体の合成をおこなった。このような高圧相焼結体を用い、ニューヨーク州立大のグループとの共同実験で弾性波速度測定を試みた。13万気圧程度までのデータが得られたが、振動子のトラブルにより必ずしも良質なデータは得られなかった。また、ビームタイムの関係から、当初予定していた放射光X線回折と弾性波速度の同時測定実験は試みることができなかった。しかしながら、このための技術的蓄積と両グループ間の協力関係は大きく前進し、今後の第3世代放射光を用いた地球内部物性研究の展開に重要な一歩を踏み出しすことができた。
GPCR周辺の細胞外環境解明のためのケミカルプローブの創出と応用

平成20年度に引き続き、細胞外環境からの影響により細胞の遊走等に関与することが報告されているケモカイン受容体CXCR4およびkisspeptin受容体GPR54について、各種分子プローブを活用した受容体活性化・不活性化に関する研究を展開した。[ケモカイン受容体リガンドの創製と応用]CXCR4受容体の二量体形成や局在を検出するための抗体に代わる分子プローブの創製を目指し、CXCR4蛍光プローブの開発をさらに展開した。SDF-1のC末端側を各種蛍光団により標識した誘導体を用いると、受容体局在・内在化過程を明確に観察可能であることが判明し、CXCR4を介する受容体応答が極めて短時間のうちに起こっていることを見出した。また、polyphemusin由来のCXCR4拮抗剤由来の蛍光プローブを用いることで、CXCR4を高発現する膀胱癌の特異的検出が可能であることを明らかにした。これらのプローブは、歯肉中の幹細胞からの細胞の分化へのCXCR4の関与の調査をはじめとするさまざまな研究においてCXCR4受容体の検出に利用され、その有用性が実証された。[GPR54受容体リガンドの創製と応用]KisspeptinのC末端側のペプチド鎖から改変された修飾ペプチドFTM80およびFTM145とともに、各種kisspeptin由来のペプチド類の受容体選択性を精査した。その結果、Kisspeptin類のC末端側の10残基程度ペプチドが、神経ペプチド受容体の一種であるNPFFR1・NPFFR2を活性化することを見出した。これにより、kisspeptin類の各種細胞への作用は、従来腫瘍転移に関わることが報告されていたkisspepin-GPR54の1対1対応ではなく、複数のGPCRを介する可能性が示唆された。また、kisspeptin類による細胞の形態変化やアポトーシスは、GPR54を介するRho/Rhoキナーゼ系の活性化によるものであることを明らかにした。これまでのケモカイン受容体CXCR4および神経ペプチド受容体GPR54に対するリガンドの開発研究を発展させることにより、両受容体およびその関連受容体の活性化・不活性化と細胞の遊走や接着に関わる細胞外環境との関連について検討を行った。[ケモカイン受容体リガンドの創製と応用]FC131誘導体の蛍光誘導体の創製研究を行った。種々誘導体を合成したものの、FC131との比較において大幅な受容体結合阻害活性の低下が認められたことから、さらなる構造活性相関研究を引き続き展開する予定である。一方、T140誘導体のPETプローブの創製研究を行い、コールド体の構造活性相関研究により、PET標識可能な部位を特定した。また、リガンド-受容体相互作用や受容体間の相互作用と細胞外環境との関連を明らかにするための評価系の構築を行った。細胞外ドメインにタグ配列を有する受容体を発現する細胞株、細胞内ドメインに蛍光タンパク質を融合した受容体を発現する細胞株をそれぞれ構築した。これらの活用により、すでに得られているT140の蛍光標識誘導体、および、蛍光標識SDF-1の利用によりCXCR4受容体に対する内在化の検討を行い、両プローブの活用により受容体の動態解析が可能であることを示した。[GPR54受容体リガンドの創製と応用]GPR54受容体の選択的アンタゴニストの創製を目指して、GPR54アゴニストTOM80の開発プロセスにおける構造活性相関研究により蓄積した情報をもとに、TOM80の低分子誘導体への骨格変換を行った。TOM80のC末端側を残し、N末端を種々アシル基で修飾した各種誘導体について評価を行ったものの、いずれも受容体結合活性が失われ、さらなる検討が必要であることが示唆された。これにより、kisspeptin類の各種細胞への作用は、従来腫瘍転移に関わることが報告されていたkisspepin-

GPR54の1対1対応ではなく、複数のGPCRを介する可能性が示唆された。また、kisspeptin類による細胞の形態変化やアポトーシスは、GPR54を介するRho/Rhoキナーゼ系の活性化によるものであることを明らかにした。
イオン液体中におけるアニオン重合反応の検討

イオン液体は真空化においてもほとんど揮発しない液体である。禁水条件が非常に厳しいアニオン重合に反応溶媒としてイオン液体を用いることは、溶媒の乾燥が従来の有機溶媒の脱水に比べ簡便になる。また、イオンのみから成る媒体におけるイオン重合を行うと何が起きるか?という疑問に解決すべく、本研究ではイオン液体中におけるMMAのアニオン重合反応を検討した。開始剤にはn-ブチルリチウム又はジフェニルヘキシルリチウムを用いた。イオン液体は1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸を用いた。反応溶液をPMMAの貧溶媒であるメタノールに滴下することでPMMAを得た。得られたPMMAは、有機溶媒中で合成されたものに比べ、低収率、低開始剤効率であり、反応を制御する事が困難であった。これはイオン液体が固化するため比較的高温(0°C)で反応を行ったため副反応が制御できなかったことと、開始剤がイオン液体を攻撃してしまっていることによるものであると考えられる。しかし得られたPMMAの立体選択性は高mm率であった。トルエンのような低誘電率溶媒中では反応末端が特殊な錯体構造を形成し、高mm率のPMMAが得られる。誘電率が高いと考えられているイオン液体中でも同様の構造を形成しているため、誘電率に関係なくisotactic-richなPMMAが得られたものと考えられた。本研究はイオン液体中でMMAのアニオン重合を行い、イオンのみから構成される特殊な媒体中でイオン重合がどのように進行するのかを理解することを目的としている。イオン液体として1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸を、開始剤にジフェニルヘキシルリチウムを用いて、MMAのアニオン重合を行った。本研究で用いたイオン液体はPMMA、メタノールに可溶であるので、反応終了後はメタノールに反応溶液を再沈殿することでPMMAを得た。得られたPMMAの立体選択性は、全ての条件下でもmm率が高い結果となった。一般的に誘電率の高い有機溶媒中で同様の重合を行うと、rr率が高いPMMAが得られるのにも関わらず、有機溶媒よりも著しく誘電率の高いイオン液体を用いた本系では、低誘電率有機溶媒中の反応と同様の傾向であった。これは、イオン液体の陽イオン種がPMMAの重合末端と特殊な溶媒和をしているためであると考えられる。また、転化率の経時変化を調べた結果、(1)有機溶媒中の反応と比較して、本系は緩やかに反応が進行している、(2)収率が低いのにも関わらず転化率は90%以上であった。これらの原因を解明するために、NMR測定によって反応溶液の解析を行った。その結果、開始剤や反応末端はイオン液体を構成する陽イオンを攻撃していることが明らかとなった。しかし、開始剤が陽イオンを攻撃しても、陽イオンがアニオン重合開始能を有しており、アニオン重合反応が進行するという興味深い現象を見出した。
助産師基礎教育から臨床への連動を意識した分娩後出血に関する教育プログラムの開発

本研究では、助産師基礎教育から臨床への連動を意識した分娩後出血に関する教育プログラムの開発とその妥当性を評価することを目的としている。その目的を達成するために、段階的に研究I研究IIIを計画している。研究Iでは、助産師基礎教育から臨床への連動を意識した分娩後出血に関する教育プログラムの要素を検討する目的で、ラダーレベルIの助産師(入職23年目)が臨床で経験する分娩後出血への対応の実態と認知過程を面接調査・分析により明らかにする。研究IIでは、研究Iで得られた結果と、産師基礎教育課程におけるハイリスク妊産婦ケアの教育の現状をふまえて、教育プログラムの要素を検討し、教育プログラムを開発する。研究IIIは、助産師基礎教育から臨床への連動を意識した分娩後出血に関する教育プログラムの実施と評価である。初年度は、助産師基礎教育におけるシミュレーション教育の現状と課題を明らかにし、本教育プログラムへの示唆を得ることを目的として、文献レビューを行った。その結果、助産師基礎教育における分娩後出血に関する教育プログラムにシミュレーション教育を取り入れることの有用性を確認した。今年度は、新たに共同研究者として新人助産師教育における弛緩出血に対するミニマムエッセンシャルズの抽出にむけてテキスト資料を質的帰納的に分析した。その分析結果と初年度の文献レビューにより、教育プログラムの要素をある程度検討できたことから、平成30年度に計画していたラダーレベルI助産師への面接調査は保留として、先立って研究IIの教育プログラムの具体化を進めている。今年度予定していた面接調査を保留としているが、先立って教育プログラムの具体化まで進められており概ね順調に進展している新人助産師教育における弛緩出血に対するミニマムエッセンシャルズの抽出にむけてテキスト資料を質的帰納的に分析した。その結果を共同研究者として学術集会にて公表予定である。倫理審査を受審し、教育プログラムの実施・評価を行う。<研究I>では、助産師基礎教育から臨床への連動を意識した分娩後出血に関する教育プログラムの要素を検討する目的で、ラダーレベルIの助産師(入職23年目)が臨床で経験する分娩後出血への対応の実態と認知過程を面接調査・分析により明らかにする。<研究II>では、<研究I>で得られた結果と、産師基礎教育課程におけるハイリスク妊産婦ケアの教育の現状をふまえて、教育プログラムの要素を検討し、教育プログラムを開発する。<研究III>は、助産師基礎教育から臨床への連動を意識した分娩後出血に関する教育プログラムの実施と評価である。初年度である平成29年度は、助産師基礎教育におけるシミュレーション教育の現状と課題を明らかにし、本教育プログラムへの示唆を得ることを目的として、2006年2017年3月までのデータベース(医学中央雑誌、Pub Med、CINAHL)から収集した国内外の文献15件を対象に文献献レビューを行った。その結果、助産師基礎教育における分娩後出血に関する教育プログラムにシミュレーション教育を取り入れることの有用性を確認することができた。文献レビューの成果は第58回日本母性衛生学会学術集会にて発表した。また、シミュレーション教育に関する研修会ならびに学術集会に参加し、情報収集の実施と本研究への示唆を得た。平成29年度は、研究Iに着手する予定であったが、実際には研究I・研究IIを実施するための準備に時間を要し、ラダーレベルIの助産師が経験した分娩後出血への対応の実態と認知過程の面接調査まで至らなかった。今年度予定していた面接調査を保留としているが、先立って教育プログラムの具体化まで進められており概ね順調に進展している『現在までの達成区分』で示した通り、平成29年度に予定していたラダーレベルI助産師への面接調査に至らなかったため、平成30年度前半期に研究倫理審査の承認を経て面接調査を行っていく。

新人助産師教育における弛緩出血に対するミニマムエッセンシャルズの抽出にむけてテキスト資料を質的帰納的に分析した。その結果を共同研究者として学術集会にて公表予定である。倫理審査を受審し、教育プログラムの実施・評価を行う。平成29年度に予定していたラダーレベルI助産師への面接調査に至らなかったため、調査・分析にかかる旅費、謝金、研究補助者の雇用等に支出できなかった。平成30年度に予定していたラダーレベルI助産師への面接調査をひとまず保留とし、先立って研究IIの教育プログラムの具体化を進めため、面接調査・分析にかかる旅費、謝金、研究補助者の雇用等に支出できなかった。面接調査の実施を再検討するとともに、教育プログラムの実施・評価に向けてテストランを計画している。
宗教の国際的共通性－多様性の解明と社会への影響

私たちの基盤となる研究チームは、すでに2015年、16年、17年の3回にわたって8カ国の宗教意識に関して、調査を実施した。このデータは、インターネット調査であるが、それぞれ100項目以上の宗教に関する質問を異なる宗教文化の国を対象に調査したデータであり、このような多様な国を対象としたこれほどの規模のデータは、日本には存在せず、世界でもおそらく存在しない。これらのデータを本研究グループは、独自の新たな方法で分析することによって、文化の異なる各国は、確かに異なる宗教文化を持つが、8カ国共通の宗教的信念に関する尺度が存在するといえること、それは、一次元で他の調査でも用いることができる尺度になりうることを明らかにしつつある。これらの点を踏まえて、さらに共通する宗教性が各国で神秘体験や多元主義に対する考え方にどのように影響しているかを明らかにすること、共通する宗教性が満足度、幸福感、ボランティア活動、文化活動などにどのように影響しているのかを明らかにした論文や学会発表を目指して、4回の研究会を開催し、検討を重ねた。この研究会では、理論的な研究を主として行ってきた分担者が、各自の学問的立場から検討し、理解したところを発表することにより、質問紙調査データの統計的な分析に新たな視点からの解釈を生み出すことを目指しており、理論と実証の融合を図った研究会を進めていった。また、宗教性は共通性だけでないことも明らかである。したがって、2019年度に予定している次の質問紙調査は、国により異なる宗教性の抽出も目的とし、そのための先行研究を調べ、質問文の検討を行った。さらに宗教的行動、宗教性と関連する社会意識、社会的行動についても質問文を作成し、質問票を作成する準備を続けた。本研究の分担者は北海道、東京、大阪に分かれているため、研究を進めるうえで、研究会の開催は、必須であり、2018年度は京都と東京で、計4回の研究会を開催した。ほとんどの分担者が毎回出席し、熱心に議論することで研究はおおむね計画通りに進展した。ただしさらに多くの研究会を開催すれば、さらに研究は進展し、当初の計画以上の成果をあげられたであろうと予想できるが、昨今の大学教員の多忙さのためか、多くの分担者が集まれる日をこれ以上設定できなかったため、計画以上の進展を見ることは、できなかった。2019年度も研究会を開催し、質問紙調査票を作成して、国際比較調査を実施する。昨年度4回の研究会を実施した。研究分担者の予定が合わず、4回しか実施できなかったことを反省し、2019年度は4月から研究会を実施する予定であり、早い目に先の研究会の予定も定めて、多くの研究会を実施することが研究全体を大きく推進する一番の方策である。一方で限られた予算の中で、大きな支出割合となる国際比較調査を実施するために、研究会のための旅費をそれほど増やすことができない。研究会の事前の準備を入念に行うなどして、効率的に研究会を実施し、よりよい調査票の作成を進めることができるようにすることも研究を推進する方策として、有効である。

昨年度4回の研究会を実施した。研究分担者の予定が合わず、4回しか実施できなかったことを反省し、2019年度は4月から研究会を実施する予定であり、早い目に先の研究会の予定も定めて、多くの研究会を実施することが研究全体を大きく推進する一番の方策である。一方で限られた予算の中で、大きな支出割合となる国際比較調査を実施するために、研究会のための旅費をそれほど増やすことができない。研究会の事前の準備を入念に行うなどして、効率的に研究会を実施し、よりよい調査票の作成を進めることができるようにすることも研究を推進する方策として、有効である。
インプラント埋入後における周囲骨構造の予測システムの開発

欠損補綴に治療オプションとしてもちいられるインプラントの予後は,インプラント埋入後の周囲骨の状態に大きく左右されるものの,いまだインプラント埋入後の周囲骨構造の変化を定量的に三次元的な評価を行う手法は確立されていない。このため,本研究では,海綿骨の力学的特性を口内法X線写真を用いて簡便かつ定量的に推定することが可能な手法を開発することを目的として,非破壊的に骨梁構造が観察可能なμCTと非破壊的かつ手技的誤差が少なく骨の力学的特性を評価することが可能な^<29,30)>有限要素解析(Finite element analysis:以下FEA)を用いることで,サル下顎骨無歯顎部の海綿骨の力学的特性として弾性係数を算出,同部位の口内法X線写真から計測した評価パラメータと比較検討した。1.μCTとFEAを用いることにより,非破壊的に海綿骨ブロックの弾性係数が算出できた。また,弾性係数が最大値および最小値を示した方向は様々であり,方向の違いによる有意な差はみられなかった(p<0.05)。2.口内法X線写真の評価パラメータのうち,骨梁面積,骨梁数,骨梁軸交点数,骨梁軸断端数およびフラクタル次元がそれぞれFEAにより算出した弾性係数と有意な相関(p<0.05)を示した。また,口内法X線写真の骨梁面積とフラクタル次元を用いて海綿骨ブロックの弾性係数を近似する重回帰式〔弾性係数=0.07×骨梁面積-5.08×フラクタル次元+6.85〕を得た(r=0.91,p<0.0001)。インプラントの予後は,インプラント埋入後の周囲骨の状態に大きく左右され,皮質骨はもとより海綿骨によるインプラントの支持が極めて重要である.それゆえ、インプラント治療前に骨量,骨梁構造,骨の力学的特性といった海綿骨の骨質を把握することは意義深い.海綿骨の骨質評価としてこれまで,骨量にはCT装置が,骨梁構造にはCT装置がそれぞれ用いられてきたが,いずれも汎用性に劣り海綿骨の力学的特性との関係については不明のままである.そこで我々は,既に広く用いられている口内法X線写真に着目し,インプラント埋入予定部位の海綿骨力学的特性を簡便に推定できる手法の開発を目的として,口内法X線写真の画像解析から得られた評価パラメータとCT画像から作成した三次元有限要素モデルの解析結果から得られた力学的特性とを比較検討することを考えた.今年度は来年度行う検討に備えて以下の準備を行った.1.ニホンザル成猿2頭の下顎第一,第二小臼歯および第一大臼歯を抜去,3ヵ月後に同無歯顎部を摘出,レジン包埋した.2.これら4つの骨ブロックを口内法X線写真に準じた方法およびCT装置により撮影した.3.口内法X線写真をスキャナーでコンピュータに取りこみ,皮質骨と下顎管の両者を含まない海綿骨領域を定め,これを上下および近遠心方向に4分割して関心領域(5×7mm)とした.4.これらの領域の原画像より高周波および低周波ノイズを除去し,画像の二値化と骨格抽出を行った.5.スライス厚80mmのCT画像から関心領域ごとに計16個の三次元有限要素モデルを作成した.欠損補綴に治療オプションとしてもちいられるインプラントの予後は,インプラント埋入後の周囲骨の状態に大きく左右されるものの,いまだインプラント埋入後の周囲骨構造の変化を定量的に三次元的な評価を行う手法は確立されていない。

このため,本研究では,海綿骨の力学的特性を口内法X線写真を用いて簡便かつ定量的に推定することが可能な手法を開発することを目的として,非破壊的に骨梁構造が観察可能なμCTと非破壊的かつ手技的誤差が少なく骨の力学的特性を評価することが可能な^<29,30)>有限要素解析(Finite element analysis:以下FEA)を用いることで,サル下顎骨無歯顎部の海綿骨の力学的特性として弾性係数を算出,同部位の口内法X線写真から計測した評価パラメータと比較検討した。1.μCTとFEAを用いることにより,非破壊的に海綿骨ブロックの弾性係数が算出できた。また,弾性係数が最大値および最小値を示した方向は様々であり,方向の違いによる有意な差はみられなかった(p<0.05)。2.口内法X線写真の評価パラメータのうち,骨梁面積,骨梁数,骨梁軸交点数,骨梁軸断端数およびフラクタル次元がそれぞれFEAにより算出した弾性係数と有意な相関(P<0.05)を示した。また,口内法X線写真の骨梁面積とフラクタル次元を用いて海綿骨ブロックの弾性係数を近似する重回帰式〔弾性係数=0.07×骨梁面積-5.08×フラクタル次元+6.85〕を得た(r=0.91,P<0.0001)。
知的障害・自閉性障害モデルにおけるシナプス機能のライブイメージング

自閉性障害(ASD)や知的障害(ID)におけるシナプス障害の分子メカニズムやダイナミクスは殆ど判っていない。そこで共焦点顕微鏡を利用して初代培養海馬神経細胞におけるシナプス動態のin vitroライブイメージ解析を行った。特に、シナプスの構造を、1)スパイン初期形成、2)スパインの経時的形態変化、3)スパイン密度変化、の3要素に分け、シナプス障害がIDやASDを引き起こす構造基盤のダイナミックな実体の一端をライブイメージで明らかにした。加えて、電気穿孔法を応用してマウスの海馬神経細胞へ各種ベクターを導入し、シナプスの構造・形態変化をin vivoでライブイメージ解析する技術開発を試みた。自閉性障害(ASD)や知的障害(ID)の病態にはシナプス構造・機能障害が重要な役割りを果たす。しかし、シナプス障害の分子メカニズムやダイナミクスは殆ど判っていない。これまでも固定切片を用いた形態解析は多用されてきたが、本研究計画では、共焦点顕微鏡ライブイメージングによる解析を目指す。in vitroライブイメージ実験系の確立は順調に進んだと考えられる。正常のマウス海馬神経細胞を用いたコントロール実験では、スパイン形態の変化を経時的に記録・観察することが出来た。現在の課題としては、細胞培養条件の均一化や定量的観察法の確立などがある。課題を克服して、疾患モデル神経細胞におけるシナプス障害のダイナミックな実態解析を目指す。in vivoライブイメージング法の確立に関しては、現在、大脳皮質スライスを共焦点顕微鏡下で培養する条件(観察時間、培地組成、酸素供給方法)を検討中である。週令が進んだマウス大脳のスライス培養では神経細胞死が起こりやすいため、培養条件(特に酸素の分圧と供給方法)を綿密に検討中である。in vitroライブイメージ実験系は実用化の目処がついた。一方、in vivoライブイメージング法の構築については、1時間以内の短時間イメージングは可能になったが、長時間(24時間)の解析にはさらなるスライス培養条件の検討が必要である。多彩な表現型を正しく定量化するための解析方法の設定も重要であると考えられた。自閉性障害(ASD)や知的障害(ID)の病態にはシナプス構造・機能障害が重要な役割を果たす。そこで本研究では、まず最初に、共焦点顕微鏡ライブイメージングを応用して初代培養海馬神経細胞におけるシナプス動態のin vitroライブイメージ解析の実験系の確立とその運用を行った。最初に、正常海馬神経細胞におけるシナプスの構造を、1)スパイン初期形成、2)スパインの経時的形態変化、3)スパイン密度変化、の3要素に分けてライブイメージ解析を行なった。その後、実際にASDやIDの病態に関連する分子として低分子量G蛋白質Racの機能に着目した解析を行なった。その結果、Racの発現抑制がシナプス構造に及ぼす影響を観察し、正常なスパインが形成されにくくなることを観察した。この結果は、スパインの構造障害が機能障害を引き起こし、結果としてIDやASDの病態と関連することを示唆する。引き続き、電気穿孔法を応用してマウスの海馬神経細胞へ各種ベクターを導入し、培養マウス脳スライスにおけるシナプス動態のin vivo(組織レベル)ライブイメージ実験法の開発を行なった。この実験法は、シナプスの構造・形態変化をin vivoでライブイメージ解析するものである。ライブイメージ開始後、2ー4時間はスパイン形態の観察が可能であった。しかし、その後、徐々に細胞の培養状態が病的になり、長時間の観察が出来なかった。酸素濃度や培養条件のさらなる検討が必要と思われた。第一の理由として、期間内にin vitro(細胞レベル)ライブイメージ解析実験系を確立し、ASD/ID病因・病態関連遺伝子Racの機能異常が、初代培養マウス海馬神経細胞のシナプス動態に与える影響のin vitroライブイメージ解析を遂行できたこと、が挙げられる。一方、当初の計画を越えるような成果は得られなかった。その理由は、培養マウス脳スライスにおけるシナプス動態のin vivo(組織レベル)ライブイメージ実験法の開発はできたものの、その観察時間が限られることから、ASD/ID病因・病態関連遺伝子がシナプス動態・機能異常を引き起こす分子メカニズムを解明する為の十分なデータが取得できなかったことである。そこで本研究では、マウス培養海馬神経細胞におけるシナプス動態のin vitroライブイメージ観察により、ASDとIDの病因・病態関連遺伝子がシナプス動態に与える影響を画像解析することを試みた。種々の実験条件を検討しながら観察システムを最適化することで、IDの病態に関連する低分子量G蛋白質Rac1によるシナプス形態制御メカニズムの一端を解析した。Rac1の機能抑制により、成熟型スパインの数および成熟形態の持続時間が減少することが確認された。現在は、細胞ごとさらに樹状突起の部位によっても多様性を示すスパイン動態を如何にして定量化するかについて検討を行なっている。また、発達障害病因遺伝子がシナプス動態に及ぼす影響を組織レベル(in vivo)でライブイメージ解析するための実験系の確立を試みた。具体的には、マウス胎仔脳への電気穿孔導入法を用いて大脳皮質内で遺伝子発現を抑制し、その後、生後数日で大脳皮質スライスを作成し、共焦点レーザー顕微鏡観察下でシナプスをライブイメージ観察する実験系である。