hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
海底地下水湧出に関する研究

自作のヒートパルス式自記地下水湧出量計による連続測定を、大阪湾沿岸海底地下水湧出量を明らかにするために、湾内3箇所において継続して測定を行った。地下水湧出量の連続測定とパワースペクトル解析の結果、海底湧出量は半日周期の潮汐の影響を強く受けていることが明らかになった。また、7日から10日程度の周期を有する地下水湧出量の変動も明らかになり、これも海面と陸域地下水位との差で決定される動水勾配の変動で説明できた。また大阪湾への地下水湧出量を推定するために、大阪湾沿岸に位置する深井戸観測井10箇所において測定した地下水温鉛直分布の解析の結果から、上向き地下水流動の存在を明らかにすることができた。帯水層の温度拡散率の推定を行った後、移流拡散式による地下水湧出量推定の解析を行った結果、自記湧出量計によって実測された地下水流出量と整合性のある結果が得られた。大阪湾沿岸海底地下水湧出量を明らかにするために、自作のヒートパルス式自記地下水湧出量計による連続測定を、淀川河口、泉南樽井サザンビーチ、淡路島浦県民サンビーチの3地点で行った。測定間隔は5分で、水深約0.5から1mに湧出量計をセットした。地下水湧出量の連続測定の結果、海底湧出量は潮汐の影響を強く受けていることが明らかになった。満潮時には陸域地下水位と海水位との差が小さくなり、動水勾配が小さくなることから地下水湧出量が減少するのに対し、干潮時には地下水位と海水位との差が大きくなり、動水勾配が大きくなることから地下水湧出量が増加することが明らかになった。また降水の影響に関しては、イベント降雨についてはその影響は明らかにならなかったが、月雨量と地下水湧出量との間には相関関係が見られた。また大阪湾への地下水湧出量を推定するために、大阪湾沿岸に位置する深井戸観測井10箇所において、地下水温鉛直分布の測定を行った。観測された地下水温鉛直分布は上に凸の分布を示すところが多く、上向き地下水流動の存在を示している。帯水層の温度拡散率の推定を行った後、移流拡散式による地下水湧出量の推定を行う予定である。
視差を持つ地球観測センサを利用した姿勢情報抽出の研究

焦点面に各バンドが平行配置されたセンサ(視差を有するセンサ)はデータ取得後にイメージマッチングによる位置合わせが必要となる点で不利である。地表面上の同一点を各バンドが観測する時刻が異なることから、衛星姿勢の変動を捉えて姿勢情報に反映させることができれば利点となる。本研究においては、Terra/ASTER/SWIRやEO-1/ALIセンサによって取得された画像に対して衛星姿勢の修正アルゴリズムを構築し、シーン内歪の低減を実証するとともに、ハードウェア構築によりその検証を行い、最終的には準リアルタイムの姿勢検知システムの提案を行なうことを目的としている。ハードウェア開発では、姿勢計測器を取り付けた回転ステージに、視差を有する特殊な3ラインカメラを搭載し、ASTER/SWIRやSELENE/MIを模擬する装置に対して、絶対的な方向を測定するためのアレイセンサを取り付けて、システム実験を行った。ソフトウェア開発では、視差を持つセンサで撮像された画像を細かく分割し、相互相関や位相相関により相対的な色ずれ傾向の時間変動、すなわち姿勢のロール成分の時間変動を求めた。時間変動を求める際に、相関窓の大きさは極めて重要であることが判明し、横幅を広く取った上で、ライン幅をできるだけ小さくすることにした。ここで得られる時間変動量はあくまで相対的な変動量であるため、衛星の運動方程式に基づき、絶対的姿勢変動の滑らかさを規範とする評価関数を最小化することで、絶対的な変動量を求めた。得られた絶対姿勢値を用いて画像に幾何変換を実施したところ、相対的なシーン内歪の低減に成功した。これまでにLandsatで指摘されている3つの幾何要求のうち、本手法を用いることでシーン内歪の低減とバンド間レジストレーションの両方を満たすことが証明された。焦点面に各バンドが平行配置されたセンサ(視差を有するセンサ)はデータ取得後に位置合わせを行なう必要があるため、地球観測において不利と考えられてきた。本研究においては、Terra/ASTER/SWIRやE0-1/ALIセンサによって取得された画像に対して衛星姿勢の修正を試み、シーン内歪の低減を実証するとともに、ハードウェア構築によりその検証を行い、最終的には準リアルタイムの姿勢検知システムの提案を行なうことを目的としている。ハードウェア開発では、姿勢計測器および回転ステージの噛み合わせを行い、次年度以降の実験の準備を行なった。ソフトウェア開発では、視差を持つセンサで撮像された画像を細かく分割し、相互相関により相対的なシーン内歪を求めた。歪分布は明確に姿勢の時間変動を示すものであるため、絶対的な姿勢変動を求める手法を検討した。絶対的姿勢変動が滑らかになるように評価関数を設定し、それを最小とするものを選択した。絶対的姿勢値を用いて画像に幾何変換を実施したところ、相対的なシーン内歪が8分の1程度まで小さくなっていることが判明した。現状では成功率が60%程度であるため、推定法をさらに向上させる必要がある。さらに、全く別の日に撮像した2つの画像に対して、同様の比較から類似のシーン内歪が発生していることを確認した。衛星のロール成分に相当する歪が系統的なものであるため、相対的除去を行なった。その結果、パキスタン地震の前後で撮像された画像に対して、地表面の移動量が明確に現われた。絶対的な姿勢変動除去の成功率が上がれば、有効なデータ解析が可能になるものと期待される。

本研究においては、Terra/ASTER/SWIRやEO-1/ALIセンサによって取得された画像に対して衛星姿勢の修正アルゴリズムを構築し、シーン内歪の低減を実証するとともに、ハードウェア構築によりその検証を行い、最終的には準リアルタイムの姿勢検知システムの提案を行なうことを目的としている。ハードウェア開発では、姿勢計測器を取り付けた回転ステージに、視差を有する特殊な3ラインカメラを搭載し、ASTER/SWIRを模擬する装置を作成した。ソフトウェア開発では、視差を持つセンサで撮像された画像を細かく分割し、相互相関により相対的な色ずれ傾向の時間変動、すなわち姿勢のロール成分の時間変動を求めた。しかしながらあくまで相対的な変動量であるため、絶対的な姿勢変動を求める手法を検討した。衛星の運動方程式に基づき、絶対的姿勢変動の滑らかさを規範とする評価関数を最小化した。得られた絶対姿勢値を用いて画像に幾何変換を実施したところ、相対的なシーン内歪の低減に成功した。成功率を下げている要因として、幾何補正精度やイメージマッチング精度が上げられるが、幾何補正を高精度化アルゴリズムを開発することでシーン内歪の大きな向上をみた。さらに、全く別の日に撮像した2つのステレオ画像に対して、衛星のロール、ピッチ成分に相当する歪が系統的なものであるため、相対的除去を行なった。その結果、地震の前後で撮像された画像に対して、地表面の移動量が3次元的に捉えられることを示した。焦点面に各バンドが平行配置されたセンサ(視差を有するセンサ)はデータ取得後にイメージマッチングによる位置合わせが必要となる点で不利である。地表面上の同一点を各バンドが観測する時刻が異なることから,衛星姿勢の変動を捉えて姿勢情報に反映させることができれば利点となる。本研究においては,Terra/ASTER/SWIRやEO-1/ALIセンサによって取得された画像に対して衛星姿勢の修正アルゴリズムを構築し,シーン内歪の低減を実証するとともに,ハードウェア構築によりその検証を行い,最終的には準リアルタイムの姿勢検知システムの提案を行なうことを目的としている。ハードウェア開発では,姿勢計測器を取り付けた回転ステージに,視差を有する特殊な3ラインカメラを搭載し,ASTER/SWIRやSELENE/MIを模擬する装置に対して,絶対的な方向を測定するためのアレイセンサを取り付けて,システム実験を行った。ソフトウェア開発では,視差を持っセンサで撮像された画像を細かく分割し,相互相関や位相相関により相対的な色ずれ傾向の時間変動,すなわち姿勢のロール成分の時間変動を求めた。時間変動を求める際に,相関窓の大きさは極めて重要であることが判明し,横幅を広く取った上で,ライン幅をできるだけ小さくすることにした。ここで得られる時間変動量はあくまで相対的な変動量であるため,衛星の運動方程式に基づき,絶対的姿勢変動の滑らかさを規範とする評価関数を最小化することで,絶対的な変動量を求めた。得られた絶対姿勢値を用いて画像に幾何変換を実施したところ,相対的なシーン内歪の低減に成功した。
近世以前の土木遺産の現状確認による価値評価、ならびに、地域的特徴の抽出とその分析

文化財行政の中でこれまで価値判断が留保されてきた近世以前の土木・産業遺産の全国調査を実施し、17536件の有効データと8592点の画像データを収集した。全データについて、可能な限りにおいて正しい情報を精査し、本質的価値と保存状態による二重の価値判断を加えた。全データは、都道府県別リスト、都道府県ごとの特徴分析、遺産の種類ごとのリストの形で整理し、製本したものを全国の主要機関に配布するとともに、WEB(http://www.kinsei-izen.com/)上で公開し、誰でも閲覧できるよう配慮した。本来の研究の目的は、全国の古代江戸期までに造られた交通(街道、河川舟運、海運)、産業(農業・飼馬業、漁業、鉱業)、防災(海岸、河川)、生活(上水)、行政(測量)、軍事(台場、狼煙場)関連の遺産群の全貌を、各種のデータ調査により初めて明らかにすることであった。そして、できる限り多くの遺産に対し現地調査を実施し、個々の遺産種別に適した価値評価の基準を樹立し、その結果を映像とともにWEB上で公開し、その高い資産的価値を周知させることが最終的な目標であった。平成22年度は、WEB公開の前提となるシステムを構築し、都道府県単位で徐々に公開していくための準備作業として、青森・岩手・秋田・宮城・山形・福島(H22.6.10-17)、兵庫北部(H22.8.2-3)、山形南部(H22.8.26-27)、熊本北部(H22.9.24-25)、新潟(H22.m.23-27)、長野・山梨(H 22.10.31-11.3)、東京23区・神奈川東部(11.8-12)、沖縄・宮古島(H23.1.15-17)、東京・伊豆諸島(H23.3.9-11)の計9回、のべ33日間の現地調査を実施した。調査地点数は340ヶ所に達する。これらの結果、及び、過去に行った現地調査の結果を総合し、さらに、可能な限りデータの精査を済ませた後で、北海道(一部)、青森、岩手、秋田、宮域、山形、福島、新潟、群馬(一部)、茨城、東京(一部)、山梨、岡山、福岡、熊本、沖縄をWEB上で公開するに至っている。これら公開した都道県においては、「景観法」に立脚して景観行政団体が個々の景観条例を作成するにあたり、見落とされがちな土木関連の遺産を、「地域の歴史と文化」を体現する資産として保全・活用する際に活用できる状態に到達した。この種のデータの集積・公開は本邦初の事象であり、これら遺産群の立場が、「価値が認識されていなければ、何のためらいもなく更新される」状況にあることを思えば、WEB上での公開は、認知度が上がればきわめて重要な社会的貢献であると考える。平成22年度の段階で、北海道(一部)、青森、岩手、秋田、宮城、山形、福島、新潟、群馬(一部)、茨城、東京(一部)、山梨、岡山、福岡、熊本、沖縄をWEB公開した。平成23年度には、大阪・三重(H23.5.14-15)、和歌山・大阪・兵庫(H23.9.26-28)、愛知(H23.10.15-16)、愛知(H23.11-12-13)、和歌山(H23.11.25)、三重(H23.12.10-11)、香川(H23.12.20)、大阪(H23.12,30)、大阪・京都(H24.1.17-18)、高知・愛媛(H24.2.13-15)、徳島・香川(H24.2.18-19)の計11回、のべ21日間の現地調査を実施した。調査地点数は454ヶ所に達する。これらの結果、及び、過去に行った現地調査の結果を総合し、さらに、可能な限りデータの精査を済ませた後で、新たに東京(完全版)、長野、愛知、三重、岐阜、富山、大阪、和歌山を公開した。今年度追加した8都府県では、東京、長野、愛知、三重、大阪、和歌山が400-1000件と最大級であり、公開県数が少なかったのはやむを得ないと考える。

なお、既公開となった都道府県においては、『景観法』に立脚して景観行政団体が個々の景観条例を作成するにあたり、見落とされがちな土木関連の遺産を、「地域の歴史と文化」を体現する資産として保全・活用する際に活用できる状態に到達した。この種のデータの集積・公開は本邦初の事象であり、これら遺産群の立場が、「価値が認識されていなければ、何のためらいもなく更新される」状況にあることを思えば、WEB上での公開は、認知度が上がればきわめて重要な社会的貢献であると考える。本来の研究の目的は、全国の古代江戸期までに造られた交通(街道、河川舟運、海運)、産業(農業・飼馬業、漁業、鉱業)、防災(海岸、河川)、生活(上水)、行政(測量)、軍事(台場、狼煙場)関連の遺産群の全貌を、各種のデータ調査により初めて明らかにし、かつ、その成果を広く公開し「地域資産」としての認識を各地元で高めてもらい保全・活用に資することにあった。この方針に沿い、現地・資料調査を進めるとともに、WEB上でのデータの公開に多大の時間を割いてきた。データを公開した都道府県は、平成24年度末の段階で、北海道、青森、岩手、秋田、宮城、山形、福島、新潟、群馬(一部)、茨城、千葉、埼玉、東京、山梨、長野、愛知、三重、岐阜、富山、石川、大阪、和歌山、岡山、山口、香川、徳島、福岡、佐賀、熊本、沖縄の30都道府県に達した。うち、今年度追加した埼玉はデータ数1494、写真660点、千葉はデータ数1139、写真717点と多くの無償の協力者を得て、質・量ともに充実したものとなり、埼玉と千葉という接近した地域にありながら全く独自の特徴と類似した(しかし、全国のその他の県とは全く異なった)特徴を明らかにすることができた。なお、この2県以外にも既公開となった都道府県においては、『景観法』に立脚して景観行政団体が個々の景観条例を作成するにあたり、見落とされがちな土木関連の遺産を、「地域の歴史と文化」を体現する資産として保全・活用する際に活用できる程度のデータの悉皆性の追求と地域特性の把握保持に努めた。この種のデータの集積・公開は本邦初の事象であり、これら遺産群の立場が、「価値が認識されていなければ、何のためらいもなく改修・破壊される」状況にあることを思えば、WEB上での公開は、認知度を上げるための重要な社会的貢献であると考える。本研究の目的は、これまで悉皆的調査が行われず、社会的な価値認識も不十分で、滅失の危機にさらされているものも多かった近世以前の土木・産業遺産について、初めての全国調査を実施し、その結果を分かりやすい形で公表し、保全・活用への途を開くことにあった。収集したデータは、交通(道路)関係が、古道、石畳、並木、切通し、一里塚、隧道、各種の橋、道標、町石、街道常夜灯、境界石、橋・道供養塔など、交通(河川舟運・海運)関係が、舟通し、運河、閘門、河川常夜灯、防波堤、雁木、繋舟施設、灯台、方角石など、農業関係が、取水堰、用水(切通し、分水、樋門、隧道、橋)、干拓(締切堤、悪水樋門)、郷倉、猪垣、飼馬)など、漁業・鉱業・産業関係が、魚垣、林業遺産、坑道、石切場、製塩、たたら、各種産業など、防災関係が、河川堤防、水制、付替え、分水、排水路、水害防備林、砂留、防風・防潮用の樹林・石塀、津波・高潮遺産、防火施設など、衛生関係が上水、井戸、湧水、温泉、風呂、下水など、防衛・その他関係が、環濠、台場、狼煙場、桟敷、印部石、天体観測石など、と多岐にわたる。収集したデータは、まず、1都道府県ごとのデータとして整理し、それだけでは分かりにくいので、2都道府県ごとの特徴分析で代表的事例を文章化し、さらに、3遺産の種類ごとのリストを作成し横断的に価値判断ができるようにした。結果は、まず、平成25年11月からWEB上でhttp://kinsei-izen.com/のドメインを用いて公開を開始し、さらに、平成26年8月に報告書(DVD付き)の形でまとめ、1700部を印刷し、代表的な市町村、全都道府県、関係省庁、主要新聞社などに配布した。その時点でのデータ総数は17200件、添付画像は7850点であった。
スプレー熱分解法における基板温度の定量化と薄膜生成条件の確立

1研究目的:色素増感型太陽電池の電極や導電性ガラスなどの製造工程は発展途上の段階であり、本研究では比較的簡素な設備で薄膜生成を行えるスプレー熱分解法に着目した。そこで、スプレー熱分解法は他の成膜方法と比較して薄膜の結晶性が劣っている傾向がみられ、その原因としてスプレーによる基板表面温度の変移が原因でないかと推察した。ここでは、塩化スズのエタノール溶液を用いた酸化スズ薄膜形成プロセスを基準に、基板の表面近傍の温度と酸化スズの堆積構造の依存性を調べて溶媒の蒸発と溶質の熱分解・化学反応・堆積の複雑なメカニズムを考察し、他の材料に対しても同定を行い薄膜生成条件の確立を目指した。2研究方法:現行のスプレー熱分解法による薄膜作製装置では、熱電対を用いて基板下面のヒータ面に相当する温度を監視している。そこで、基板表面の温度を精度よく測定するために放射温度計および熱電対を備えた装置を製作した。この場合、スプレー容液の汚染から放射温度計を防ぐ手法が最も重要であり、食品包装用ラップフィルムをフィルターとして設置した。また、エタノール溶液を噴射して基板表面温度の推移を観察した。3研究成果:本研究では、次のような成果、課題が得られた。(1)放射温度計、熱電対を併用することで、より正確な基板表面温度の測定を行うことのできるスプレー熱分解薄膜作製装置を製作した。(2)放射温度センサの保護フィルターには、5社の製品からポリエチレン、ポリプロピレンを原料とした食品包装用ラップフィルムを選定した。(3)スプレーによる基板表面温度の低下は、溶液よりも噴射用空気による影響を大きく受けることが分かった。(4)溶液の噴霧粒子だけが基板に接触するようにスプレー方向や作製室形状を改善する必要が生じたため、酸化スズ薄膜形成の検証に至らなかった。
科学教育における情報通信ネットワークを利用した学習環境のデザイン

本研究では,科学教育における情報通信ネットワークを利用した学習環境のデザインに関する知見を得るために,次の2つの研究を行った。1.学習環境の現状分析情報通信ネットワークやコンピュータを利用している小学校の授業を対象にして,その現場を参加観察することにより,科学教育の中での情報通信ネットワークやコンピュータの利用の現状と問題点について,学習環境のデザインという観点から考察した。2.学習環境の望ましいデザインを可能にするシステムの開発望ましい学習環境のデザインの一事例として,コンセプトマップ作成ソフトウェアを開発した。これはコンセプトマップの共同作成における思考の外化,思考過程の内省,および自己や他者との対話を支援するソフトウェアである。本ソフトウェアの特徴的な機能は,次の3点である。(1)再生機能:ソフトウェアはコンセプトマップの作成過程を自動的に保存する。学習者は,作成途中でも随時,その作成過程を再生することができる。(2)修正機能:学習者は,作成過程の任意の時点までアンドゥすることによって遡り,コンセプトマップを修正することができる。(3)共同作成機能:学習者は,ネットワーク上で複数のコンピュータを用いて画面を共有しながら,コンセプトマップを共同で作成できる。小学校の現職教師や小学生に対して,使用感の良さ,操作の容易さ.共同作成と再生・修正の実現,共同作成機能と再生・修正機能の有効性,授業における利用可能性について調査を実施した。回答の結果を分析することで多くの教師や子どもたちがすべての観点から本ソフトウェアを高く評価していることがわかった。1.科学教育において情報通信ネットワークを利用した学習環境を実現させるためのソフトウェアについて,その開発理念に求められる指針を実践的に検討した。検討のための基礎資料を収集するために,エスノグラフィ及び電子メール・コミュニケーション分析の手法を用いて,コンピュータが初めて導入された小学校における学習環境のデザインのプロセスを調査した。2.1.で検討された指針に基づいて,ソフトウェアをデザインした。本年度は,その基礎的な作業として,スタンドアロン版の再構成型コンセプトマップ作成ソフトウェアを開発した。本ソフトウェアの開発目的は,授業におけるコラボレーションやリフレクションの促進である。従来のソフトウェアと比較して新しい特徴は,次の2点である。(1)学習者がコンセプトマップを作成するときの全過程を再現できる,(2)再現の途中からでも修正を加えてコンセプトマップを発展させることができる。3.開発したソフトウェアについて,小学校の教師や児童を対象に評価実験を実施した。評価の観点は,ソフトウェアのユーザビリティと,教室におけるコラボレーションやリフレクションの促進であった。得られた結果は,教師も児童も,ユーザビリティの高さやコラボレーション及びリフレクションの促進について概ね肯定的に評価したことであった。平成12年度の研究成果は,以下の通りである。1.文献・資料のデータベース化科学教育における情報通信ネットワークの利用・運営に関する先行研究を収集し,これらをデータベース化した。2.初めて情報通信ネットワークが整備された学校の2年目の支援と現状調査神戸大学発達科学部附属住吉小学校をフィールドにして,初年度に続き,ネットワークの維持管理,授業利用などの支援を行なった。現状調査では,主に授業における利用の状況を調べた。授業においては,コンピュータの一斉使用による回線の混雑などの問題が頻発していることが明らかとなった。分散した利用環境をデザインすべきことが示唆された。3.情報通信ネットワークを利用した実験授業初年度に試作した「再構成型コンセプトマップ作成ソフトウエア」の最終版を完成させ,このソフトを利用した実験授業を小学校の理科の授業(5年生,2クラス,単元・ものの溶け方,全10時間)を対象にして実施した。本ソフトの授業における有効性が検証された。とくに,学習者のリフレクションを強力に支援することが示された。また同時に,本ソフトウエアの再生機能に関する実験も行なった。被験者に再生機能のあるソフトウエアと再生機能のないソフトウエアでコンセプトマップを作成させ,再生機能の有無によるリフレクションの違いを検討した。被験者は大学生40名であった。その結果,再生機能がリフレクションを促進させたことがわかった。

本研究では,科学教育における情報通信ネットワークを利用した学習環境のデザインに関する知見を得るために,次の2つの研究を行った。1.学習環境の現状分析情報通信ネットワークやコンピュータを利用している小学校の授業を対象にして,その現場を参加観察することにより,科学教育の中での情報通信ネットワークやコンピュータの利用の現状と問題点について,学習環境のデザインという観点から考察した。2.学習環境の望ましいデザインを可能にするシステムの開発望ましい学習環境のデザインの事例として,コンセプトマップ作成ソフトウェアを開発した。これはコンセプトマップの共同作成における思考の外化,思考過程の内省,および自己や他者との対話を支援するソフトウェアである。本ソフトウェアの特徴的な機能は,次の3点である。(1)再生機能:ソフトウェアはコンセプトマップの作成過程を自動的に保存する。学習者は,作成途中でも随時,その作成過程を再生することができる。(2)修正機能:学習者は,作成過程の任意の時点までアンドゥすることによって遡り,コンセプトマップを修正することができる。(3)共同作成機能:学習者は,ネットワーク上で複数のコンピュータを用いて画面を共有しながら,コンセプトマップを共同で作成できる。小学校の現職教師や小学生に対して,使用感の良さ,操作の容易さ,共同作成と再生・修正の実現,共同作成機能と再生・修正機能の有効性,授業における利用可能性について調査を実施した。回答の結果を分析することで,多くの教師や子どもたちがすべての観点から本ソフトウェアを高く評価していることがわかった。
学校間交流学習の普及を目的とした授業設計モデルの開発研究

本研究では学校間交流学習における授業設計、カリキュラム開発の問題に焦点をあて、授業設計モデルの開発と、普及を目的とした情報提供の方法を検討した。具体的には平成17年度は以下の5つの取り組みを実施した。1)授業設計モデルの実証研究24名の小学校、中学校教員に協力を依頼し、開発した授業設計モデルを用いた授業開発、実践を行った。教師を対象に授業設計についてのワークシートによるデータ収集と、児童生徒に対する学習目標に関する意識調査を実施した。2)教員研修の実施東北地方の情報教育の研究会等で学校間交流学習の授業設計をテーマにした研修を行った(3回)。3)学会発表日本教育工学会第21回全国大会(徳島大学)国際学会(KAEIM2005:釜山、HCI International2005:ラスベガス)にて学会発表を行った。4)研究会の開催8月7日に宮城、2月10日に山形にて、みちのく情報教育フォーラムの協力を得て自主研究会を開催した。1)で実施している実証研究に取り組んでいる教員による実践報告、討議を行った。5)ポータルサイトの改修H16年度に開発した授業設計モデルの解説、実践事例集、関連図書、交流プロジェクトへのリンク集、教師へのインタビュー記録等を集積したポータルサイトの改修を行った。セキュリティ面の対策、ユーザビリティの向上、コンテンツの更新などである。なお、これ以外に本研究に関して1件の論文を投稿中である。具体的には平成16年度は以下の7つの取り組みを実施した。1)単元表・ワークシート集の開発・書籍の出版本科研以前の研究成果を踏まえ、学年・教科ごとの交流単元、学習活動の流れに適したワークシートの開発を行い、図書「学校間交流学習をはじめよう」にまとめて出版した。2)教員研修の実施都北地方の情報教育の研究会等で学校間交流学習の授業設計をテーマにした研修を行った(3回)。3)学会発表日本教育工学会第20回全国大会(東京工業大学)、教育システム情報学会シンポジウム(上智大学)にて学会発表を行った。4)研究会の開催10月9日岩手県立大学にて、教員、授業設計の専門家による研究会を開催した。授業設計モデルについて評価を依頼し、モデルの評価方法を検討した。5)インタビュー調査の実施研究会の結果をもとに、全国34名の教員を対象にしたインタビュー調査を実施した。学校間交流学習を実施する上での配慮点を整理し、授業設計モデルと突き合わせることで、モデルの評価を・改善を行った。6)シンポジウムの開催3月21日東京にて、研究成果の報告をシンポジウムとして公開した。NHK学校放送番組と連動した交流学習の実践報告、単元開発のワークショップ、、パネルディスカッション等を行った。7)ポータルサイトの開設授業設計モデルの解説、実践事例集、関連図書交流プロジェクトヘのリンク集、教師へのインタビュー記録等を集積したポータルサイトを開設した。2月には企業に依頼し、アクセシビリティの向上を図った。
器官・組織形成期の発生異常に基づく上皮管腔組織形成障害

上皮管腔組織の形態異常を評価するため、正常発生中の上皮管腔組織各部における総細胞数等の経時的な変化などの基本的情報を、組織計測的手法を含めた詳細な形態学的・数理解析により得て、遺伝子改変動物との比較を含め新知見を報告した。また全身の上皮管腔組織において細胞周期に同期した上皮細胞核の位置移動(interkinetic nuclear migration)が存在して組織幹細胞の増殖分化調節機構として働き、形態異常に関わることを明らかにした。胚操作法である子宮外発生法を改良して研究成果を論文発表し、肉眼レベルと細胞組織レベルをつなぐ高精度かつ効率的な立体観察のための標本透明化技術を開発した。上皮組織の伸長、分岐、極性化に関する遺伝子のうちRor2,Wnt5aおよびWnt11の遺伝子改変動物を用いて、電子顕微鏡観察や組織定量的手法を含めた詳細な形態学的解析を行った。消化管の内腔の狭小・拡大やヒダ・絨毛の形成、ならびに腎臓の大きさなどの形態異常について解析し、これらの臓器の上皮細胞の細胞周期に同期した核の位置移動(interkinetic nuclear migration: INM)についても解析した。1)管腔臓器の発生異常の形態学的解析および数理解析上述の遺伝子のノックアウトマウスについて、消化管、腎臓等の臓器における詳細な形態学的観察を行った。上記動物において、腸管の上皮および間葉によるヒダ・絨毛形成の異常,ネフロン形成遅延など組織構築の異常を、走査電顕、透過電顕、光顕を用いた詳細な野生型との形態学的な比較観察により明らかにした。さらにステレオロジーにより組織定量を行った。これらの所見は、上皮細胞の極性異常ならびに間葉との相互作用の異常を反映すると考えられる。さらに免疫組織観察及び多次元尺度法を用いた解析により腸管および尿管の上皮について、INMが存在する所見を得た(尿管については確認中)。これは新規の知見である。2)マウス胚操作法および器官培養による実験的解析子宮内・外発生法等のマウス胚操作法を用いて野生型動物ならびに遺伝子改変動物において着目するシグナル系を撹乱させ、細胞極性、組織構築に与える影響を比較解析するため、予備実験を行った。超音波ガイド下の胎児臓器への正確な注入法を施行した。さらに、注入用ピペットの特殊な加工により、注入部位を確認する新規の方法についても開発を始めた。これらが確立すれば、より精細な実験が可能になる。また、領域内での方法論の共有を推進するため、総括班にて購入された技術訓練用ソフトを用いて、マニュアル作成の試行を始めた。上皮管腔組織の伸長・分岐・極性化に関する遺伝子の遺伝子改変マウスにおける形態異常解析する過程で、それを厳密に評価するため、正常発生過程における上皮管腔組織各部における細胞数等の発生過程における変化など基本的情報を正確に把握することの重要性が再認識されたため、これらについての詳細な形態学的解析を重点的に行った。さらに、脳を含む上皮管腔組織・器官における上皮細胞の細胞周期に同期した角の位置移動(interkinetic nuclear migration: INM)についても昨年度に続いて解析して、正常の各器官におけるINMの存在とその部位差、日齢による変化などとその器官による異同について調べた。子宮外発生法を用いて野生型ならびに遺伝子改変マウスにおいて着目するシグナル系を撹乱させる実験の試行を続け、超音波ガイド下の胎児臓器への正確な注入法の手技・条件をほぼ確立して、腎臓等を対象として注入実験を進めている。また個体レベルと細胞レベルをシームレスにつなぐため器官培養系を取り入れ、腸管を端緒として条件設定を行っている。領域内での方法論の共有を推進するための技術訓練用ソフトによる供覧用動画を作成し、その概要を昨年教室ホームページに掲載したが、これを最終報告用マニュアルとして作成する準備に取り掛かった。上皮管腔組織の伸長・分岐・極性化に関する遺伝子の遺伝子改変マウスにおける形態異常を解析する過程で、それを厳密に評価するために重要な、正常発生過程における上皮管腔組織各部における細胞数等の発生過程における変化など基本的情報を正確に把握するため、主に組織標本による免疫組織化学や組織定量的手法を含めた詳細な形態学的解析を引き続き行い、腸管、尿管について新知見を得た。脳を含む上皮管腔組織・器官における上皮細胞の細胞周期に同期した核の位置移動(interkinetic nuclear migration: INM)についても、正常の腸管、尿管、気管におけるINMの存在と日齢による変化を細胞計測および数理解析を用いて調べ、いくつかの新知見を得た。以上の研究に関し、Wnt5a-Ror2シグナルの後腎発生における役割についての共同研究、ヒト胎児臓器発生の数理解析等について、研究成果を論文として発表した。第50回日本周産期・新生児学会招待講演など多くの学会で、本研究の成果を順次報告した。子宮外発生法を用いた撹乱実験として、機能性腫瘍細胞の注入生着による実験系を進め、腎臓等全身臓器の組織形成への効果を調べている。また個体レベルと細胞レベルをシームレスにつなぐため器官培養系を取り入れ、尿管についてほぼ条件設定ができ、上記のINMなど組織観察から得られた新知見の培養実験による確認を進めている。領域内での方法論の共有を推進するための技術訓練用ソフトによる供覧用動画の活用法を検討し、最終報告用マニュアルとして作成する準備を進めている。上皮管腔組織の伸長

・分岐・極性化に関する形態異常解析する過程で、それを厳密に評価する上で重要な、正常発生過程における上皮管腔組織各部における細胞数等の発生過程における変化など基本的情報を正確に把握するため、主に組織標本による免疫組織化学や組織定量的手法を含めた詳細な形態学的解析を引き続き行い、腸管、尿管、気管、食道について新知見を得た。脳を含む上皮管腔組織・器官における上皮細胞の細胞周期に同期した核の位置移動(interkinetic nuclear migration: INM)についても、正常の腸管、尿管、気管、食道におけるINMの存在と日齢による変化を細胞計測および数理解析を用いてさらに詳細に調べ、前年度までに得られた知見を確認、拡張し、さらに新知見を得た。以上の研究に関し、尿管におけるINMの存在と発生過程における変化と奇形形成への関わりについての研究、上皮管腔組織の器官形成・組織形成の個体レベルにおける解析法として活用してきた子宮外発生法の方法論等について、研究成果を論文として発表した。本研究の成果のうち論文未発表分についても、The 2nd International Meeting for Epithelial Tubulologyなど多くの学会で報告し、論文発表に向けて準備を進めている。子宮外発生法を用いた撹乱実験として、引き続き機能性腫瘍細胞の胎生期注入生着による実験系を進め、腎臓等全身臓器の生後発生に至る組織形成への効果を調べている。諸臓器に明らかな効果を認めており、組織レベル等にて詳細な解析を進めている。領域内での方法論の共有を推進するための技術訓練用ソフトによる供覧用動画の活用法を検討し、最終報告用マニュアルとしてまとめた。上皮管腔組織の形態異常を評価するため、正常発生中の上皮管腔組織各部における総細胞数等の経時的な変化などの基本的情報を、組織計測的手法を含めた詳細な形態学的・数理解析により得て、遺伝子改変動物との比較を含め新知見を報告した。また全身の上皮管腔組織において細胞周期に同期した上皮細胞核の位置移動(interkinetic nuclear migration)が存在して組織幹細胞の増殖分化調節機構として働き、形態異常に関わることを明らかにした。胚操作法である子宮外発生法を改良して研究成果を論文発表し、肉眼レベルと細胞組織レベルをつなぐ高精度かつ効率的な立体観察のための標本透明化技術を開発した。昨年度に引き続き、上皮管腔組織の伸長・分岐・極性化に関する遺伝子のうち特にRor2, Wnt11の遺伝子改変マウスを用いて、詳細な形態学的解析を行った。これまで範囲を限定して観察していた消化管、腎臓、尿管を、正常との比較において全体像を把握するため、より広範囲にわたって解析を進めた。また、呼吸器系の形態異常についても解析を拡げた。さらに、これらの臓器および脳における上皮細胞の細胞周期に同期した核の位置移動(interkinetic nuclear migration: INM)についても解析して、正常および異常な形態変化との関係について調べた。
動的面不斉を有する超分子型不斉触媒の創製

本研究課題では、動的ならせん分子・超分子の特徴を最大限に活かし、触媒部位を組み込んだキラル構造体の構築、さらには、精密不斉反応場の構築を見据えた分子設計指針の確立を目指し、以下の成果を得た。3位に動的に光学活性ならせんペプチド鎖を導入したビピリジン(bpy)誘導体の3'位と、ペプチド側鎖間をラクタムブリッジにより分子内架橋した動的に軸性キラルなbpy誘導体を新規に設計・合成した。分子内架橋前後のbpy誘導体の核磁気共鳴(NMR)測定を行なったところ、分子内架橋を施すことで、bpy部位の軸不斉とらせんペプチド鎖の左右のらせん反転速度が、NMRの時間尺度より著しく遅くなり、さらに、bpy部位の軸不斉が遠隔制御されることも見出した。また、bpy部位のN,N'-ジオキシド化がジアステレオ選択的に進行することを明らかにするとともに、生成した2種類のジアステレオマーの単離にも成功した。単離した2種類のジアステレオマーのうち、一方の軸不斉を有するbpy N,N'-ジオキシド誘導体の動的ならせんペプチド鎖部位が、溶媒により、右巻きからなるホモキラルならせん構造から、ペプチド鎖中にらせん反転部位を有し、右巻きらせんと左巻きらせんセグメントの両方からなるヘテロキラルならせん構造へとスイッチングすることを見出すとともに、このスイッチングが溶媒によるbpy N,N'-ジオキシド部位とらせんペプチド鎖間での分子内水素結合のON-OFFスイッチングを介して起こることも明らかにした。29年度が最終年度であるため、記入しない。1. 3,3'位に2量体および6量体からなる動的ならせんペプチド鎖をそれぞれ導入した動的に軸性キラルなbpy誘導体を新規に合成し、ジクロロメタン中、m-クロロ過安息香酸を用いてN,N'-ジオキシド化反応を行うことで、bpy-N,N'-ジオキシド誘導体のジアステレオ選択的な合成に成功した。さらに、得られた2量体を有するbpy-N,N'-ジオキシド誘導体のジアステレオマーを単離することにも成功し、これらのジアステレオマーが、アリルトリクロロシランを用いたベンズアルデヒドの不斉アリール化反応の触媒として機能することも分かった。2.側鎖に様々な触媒部位を導入可能なカルボキシ基を有する光学不活性なポリ(フェニレンエチニレン)誘導体を新規に合成し、そのらせん構造の誘起と安定性の制御について詳細に検討を行った結果、少量の光学活性なジアミン存在下、THF/H2O混合溶媒中、ポリマーの主鎖に一方向巻きに片寄ったらせん構造が誘起され、さらに、ジアミンの濃度の増加に伴い、ポリマーに誘起された巻き方向がらせん構造の安定性の著しい変化とともに反転することを明らかにした。3.動的なプロペラキラリティを有する光学活性なロジウム二核錯体を新規に合成し、アキラルなジアミンとロジウム二核錯体との配位結合を介した超分子ポリマーの形成に成功するとともに、ロジウム二核錯体の動的なプロペラキラリティをどちらか一方に制御可能であることも明らかにした。また、この超分子重合の機構が協同的に進行することも分かった。当該年度の計画と期待通り、動的なキラリティを有し、触媒部位を組み込んだ超分子を、合目的的に設計・合成した。また、動的な軸不斉を有する2,2'-ビピリジン誘導体に動的ならせんペプチド鎖を介して光学活性基を導入することで、らせんペプチドの一方向巻きの誘起を介した軸不斉の遠隔制御を実現するとともに、ジアステレオ選択的なビピリジン部位のN,N'-ジオキシド化も達成した。さらに、カルボキシ基を有する光学不活性なポリ(フェニレンエチニレン)誘導体に、異なる濃度の単一のキラリティを有する光学活性ジアミンを相互作用させることで、ポリマーの主鎖骨格に右巻きもしくは、左巻きのらせん構造を誘起できるだけでなく、らせん反転前後でらせん構造の安定性が大きく変化することも明らかとした。また、動的なプロペラキラリティを有する光学活性なロジウム二核錯体にアキラルなジアミンが配位することで、溶液中、協同的に超分子ポリマー化するとともに、プロペラキラリティがどちらか一方向に優先的に誘起されることも見出した。本研究成果は、触媒活性を有するロジウム二核錯体を溶液中で超分子ポリマー化させることに成功した初めての例である。これらの成果から判断して、おおむね順調に進展していると判断する。

単離した2種類のジアステレオマーのうち、一方の軸不斉を有するbpy N,N'-ジオキシド誘導体の動的ならせんペプチド鎖部位が、溶媒により、右巻きからなるホモキラルならせん構造から、ペプチド鎖中にらせん反転部位を有し、右巻きらせんと左巻きらせんセグメントの両方からなるヘテロキラルならせん構造へとスイッチングすることを見出すとともに、このスイッチングが溶媒によるbpy N,N'-ジオキシド部位とらせんペプチド鎖間での分子内水素結合のON-OFFスイッチングを介して起こることも明らかにした。前年度に得た知見をもとに、触媒部位を有する動的なキラリティを有する超分子を、不斉空間構築のための基本骨格に用い、機能性官能基を規則的に配列させることで、複数の官能基を精密に空間配置し、高い不斉選択性や特異な触媒活性等の機能を創出するとともに、外部刺激による動的キラリティの優先性の可逆的なスイッチングや導入したらせんペプチド鎖のヘリックス-ヘリックス構造転移などの動的な構造制御を通じて、不斉選択性や触媒活性などの自在なスイッチングを目指し、以下に示す研究を推進する。1.前年度に合成した金属マクロサイクルやらせん状集合体が、超分子キラル構造により生じる不斉反応場に由来する特異な不斉選択性や基質選択性、触媒活性を示すかどうかを、不斉ヘンリー反応や不斉シクロプロパン化反応などの様々な不斉反応に適用し検討する。また、発現する不斉触媒能と超分子構造との相関を詳細に解析し、より優れた超分子型不斉反応場の構築に繋げる。2.合成した動的なキラリティを有する金属錯体やらせん状集合体は、溶媒や熱などの外部刺激に応答して、動的な構造変化を起こすことが期待される。また、らせん状集合体では、超分子らせん集合体の巻き方向も反転すると考えられ、それらの変化をCDや1H NMR測定などを用いて詳細に調べる。外部刺激による超分子構造体の動的な構造変化を駆動力とすることにより、不斉反応場や不斉空間の制御も可能と予想され、不斉選択性の反転や触媒活性のON/OFFスイッチングなど、本触媒ならではの機能の発現に向けて様々の不斉反応に適用してその実現を目指す。29年度が最終年度であるため、記入しない。
パーキンソン病誘発毒素を特異的に取り込むドーパミントランスポーターの分子機構

我々はドーパミントランスポーターと相同性を示す新しいクローンを単離するためラット脳やウシ網膜のcDNAライブラリーをスクリーニングし、ドーパミントランスポーターとはアミノ酸で4050%の相同性を有するTP8、TP12、TP3031の3種類のcDNAを単離した。これらのクローンの中でTP8のmRNAの分布についてin situハイブリダイゼーション法により検討したところ、ドーパミンニューロンの存在する中脳の黒質緻密斑や腹側被蓋野、セロトニンニューロンの存在する背側縫線核、正中逢線核、ノルアドレナリンニューロンの存在する青斑核などのモノアミンニューロンの存在する神経核群に強い発現が認められた。そのほか運動神経核、嗅球、視床下部、小脳などにもTP8のmRNAの発現が認められた。次にTP8の基質を同定するためにアフリカツメガエル卵母細胞発現系を用い[^3H]ドーパミン、[^3H]セロトニン、[^3H]ヒスタミン、[^3]グルタミン酸、[^3H]アスパラギン酸、[^3H]GABA、[^3H]タウリン、[^3H]グリシン、[^3H]コリン、[^3H]アデノシン、[^3H]アスコルビン酸などの基質の取り込みを調べたが、どの基質も取り込まなかった。これらの結果よりTP8はドーパミントランスポーターではないが、ドーパミンニューロン存在部位で強く発現していることから、少なくともドーパミンによる神経伝達を修飾する重要な役割を担うトランスポーターである可能性が考えられた。また我々はパーキンソン病のようなドーパミン関連疾患において将来PET等で選択的なドーパミントランスポーターのイメージングを行うための基礎実験として、in vitroとex vivoのautoradiographyを行った。リガンドとして用いた[^<125>I]RTI-55はドーパミントランスポーターとセロトニントランスポーターの両者に対して高い親和性を示すが、セロトニントランスポーターに特異的なリガンドである無標識のクロミプラミンと[^<125>I]RTI-55を組み合わせて用いることにより、ドーパミントランスポーターを選択的に標識することに成功した。この条件下で明らかにしたドーパミントランスポーターの選択的結合部位は嗅結節、側坐核、尾状核、淡蒼球、視床下核、黒質緻密斑、腹側被蓋野などであった。これらの結合部位に関してはin vitroとex vivo autoradiographyの両者においてほぼ同様の結果が得られた。
細胞包埋ゲル充填多孔質担体培養技術を用いた実用的肝組織工学技術の開発

増殖因子固定化能を有し、かつ自発的なゲル化が可能なヘパリン導入コラーゲンを開発し、肝細胞の培養ならびに移植用基材としての有効性を示した。さらに、肝臓の脱細胞化技術を最適化し、精緻な血管網を有する肝臓の鋳型を構築した。本鋳型に対して血管内皮細胞および肝細胞を播種し、臓器培養することにより、組織工学的肝臓の初期構造体を得ることに成功した。この構造体は血液体外循環が可能であり、移植用肝臓代替物としての有効性が期待された。以上より、本研究で開発した技術は実用的肝組織工学技術になり得るものと期待された。細胞を包埋した増殖因子固定化ヒドロゲル充填スキャホールド培養系を用いた実用的な肝組織工学技術の開発を目指している。平成22年度は基盤技術の確立を目的として以下の成果を得た。(1)増殖因子固定化ヒドロゲルによる細胞包埋培養系の構築(1)タグ付き増殖因子の開発による増殖因子の固定化哺乳類肝臓由来のトランスグルタミナーゼ(tTGase)の基質配列を有する強化緑色蛍光タンパク質(EGFP)を作製し、インキュベーションのみによる細胞外マトリックス成分のゲル化ならびにEGFPの部位特異的固定化を実現した肝細胞包埋培養技術を開発した。さらに、上記タグが付与された各種増殖因子を設計し、組み換えタンパク質としての生産を試みている。(2)ヘパリン導入マトリックス開発による各種天然型増殖因子の固定化ヘパリンを導入したコラーゲンおよびゼラチンを作製した。これらはpH調整もしくはtTGaseの添加によるゲル形成が可能であった。これら基材はゲル形成の有無に関わらず血管内皮細胞増殖因子や肝細胞増殖因子の固定化が可能であった。さらに、増殖因子固定化フィルムを作製し、血管内皮細胞培養による固定化増殖因子の生物活性の保持を実証した。一方、これら基材をゲル状態にてラットに皮下移植し、血管新生や移植された肝細胞の生着の向上に対する効果を示すことができた。(2)脱細胞化臓器を用いた血管網構築技術の開発ラット肝臓の脱細胞化条件の最適化を行い、完全な脱細胞化と大小さまざまな血管網構造の保持を両立することに成功した。血管網構造の内表面特異的なヒト臍膀帯静脈内皮細胞の付着とその維持、さらには血管網構造周辺への肝細胞包埋ゼラチンゲルの配置が可能であることを示した。以上より、脱細胞化臓器は臨床規模の臓器再構築の鋳型として有望であることが示された。平成23年度は新規機能性基材開発と血管網を有する臓器鋳型を構築した。(1)増殖因子固定化ヒドロゲルによる細胞包埋培養系の構築(1)タグ付き増殖因子の開発哺乳類肝臓由来のトランスグルタミナーゼ(tTGase)の基質配列を有する塩基性繊維が細胞増殖因子を開発し、現在同様な肝細胞増殖因子と血管内皮細胞増殖因子を開発中である。(2)増殖因子固定化ヒドロゲルの作製と細胞培養による評価ヘパリン導入コラーゲンを開発し、pH調整によるヒドロゲル形成と天然型の肝細胞増殖因子ならびに血管内皮細胞増殖因子の固定化能を実証した。本基材を用いて初代ラット肝細胞ならびに血管内皮細胞を培養し、肝細胞の肝特異的機能発現ならびに血管内皮細胞の増殖に対する有効性を実証した。さらに、脱細胞化肝臓を可溶化した新規機能性培養基材(D-ECM)を取得し、上記と同様の検討によりヘパリン導入コラーゲンと同等以上の良好な結果を得ることができた。(2)脱細胞化スキャホールドを用いた血管内皮細胞の培養平成22年度に構築した条件により脱細胞化ラット肝臓を作製し、ヒト臍帯静脈内皮細胞を還流培養することで脱細胞化肝臓内における血管網の内皮化を行った。さらに、この血管網周囲にゼラチンゲルを配置し、部位特異的な細胞配置が可能であることを示した。(3)皮下移植による細胞包埋ヒドロゲルの機能性評価ヘパリン導入基材やD-ECMからなる細胞包埋ヒドロゲルの皮下移植と部分肝切除術を組み合わせた検討を行い、肝組織再構築が促進された。特にD-ECMによる効果が期待された。しかしながら、D-ECMの取得法に対する最滴化の必要性が示された。実用的肝組織工学技術開発に向けて、以下の成果を得た。増殖因子固定化ヒドロゲルを用いた成熟肝細胞/胎仔肝臓細胞移植による肝組織構築技術を確立した。この際、組織内部への旺盛な血管新生誘導も実現できた。

さらに、増殖因子固定化ヒドロゲル粒子と肝細胞から成るハイブリッドオルガノイドを構築し、ラットへの皮下移植により、さらなる肝細胞生存、各種肝機能発現および血管新生の増大を実現した。また、最適化された脱細胞化肝臓を可溶化することにより、肝臓特異的細胞外マトリックス基材を得た。本基材は肝細胞増殖因子、血管内皮細胞増殖因子や塩基性繊維芽細胞増殖因子などの機能的肝組織構築に有効な各種増殖因子を自発的に固定化可能であった。さらに、本基材はフィルムやゲルへの成形性を有し、肝細胞培養やラットへの移植により、各種肝機能の高発現と体内における肝組織構築への有効性が示された。一方、脱細胞化肝臓を鋳型とした再細胞化肝臓の構築とアルブミン合成活性を指標とした最適化を行った。また、再細胞化肝臓の血液循環系を構築した。さらに、これらを組み合わせることにより、再細胞化肝臓の血液循環系を構築し、無アルブミンラットへの適用によりその性能評価を行った。その結果、当該システムにおける肝機能発現は確認されたものの、重篤な肝不全ラットの救命・治癒を実現するにはまだ不十分であった。これは、用いた肝細胞数とシステム全体の温度管理が不十分であったことが原因であると考えられた。しかしながら、本研究によって脱細胞化肝臓を鋳型とした再構築肝臓の初期構造体の構築に成功し、さらに、血液循環の実現と血液体外循環による人工肝臓的適用による肝機能発現の実現に成功したことは、実用的肝組織工学技術開発において大きな成果であったと言える。細胞を包埋した増殖因子固定化ヒドロゲル充填スキャホールド培養系を用いた実用的な肝組織工学技術の開発を目指している。平成24年度は以下の成果を得た。哺乳類肝臓由来のトランスグルタミナーゼ(tTGase)の基質配列を有する塩基性繊維芽細胞増殖因子(bFGF-tag)を開発した。得られたbFGF-tagはtTGase特異的にコラーゲンフィルムに固定化され、ヒト臍帯静脈内皮細胞の増殖を促進した。一方、脱細胞化肝臓の可溶化による新規機能性培養基材を取得した。本基材は肝細胞増殖因子(HGF)や血管内皮細胞増殖因子(VEGF)を高効率に固定化でき、培養肝細胞の各種肝特異的機能発現や血管内皮細胞の増殖を促進した。成熟ラット肝細胞包埋ヒドロゲルを70%部分肝切除ラットに皮下移植することにより、移植肝細胞の生着率は向上するものの、細胞増殖は確認できなかった。しかしながら、ラット胎仔肝臓細胞包埋ヒドロゲルを用いることにより、細胞増殖を伴う肝組織構築に有効であることを明らかにした。内皮化された脱細胞化スキャホールドに経門脈的に新鮮ラット血液を注入し、樹状血管網構造の確認ならびに血液漏洩防止を指標とした再構築血管網の機能性を示した。さらに、当該スキャホールドへの肝細胞播種方法を検討した結果、門脈や下大静脈を用いた細胞播種方法では血管内が細胞で詰まってしまった。しかしながら、針付きシリンジ用いてスキャホールド外部から細胞懸濁コラーゲンゾルを注入することによりこの問題点を克服でき、良好なアルブミン合成活性を示すことができた。一方、独自に開発した肝不全ラットモデルに対する極小型の血液体外循環システムを構築した。これに対して脱細胞化肝臓を接続し、血液循環することに成功した。交付申請書記載の内容をおおむね順調に遂行できている。
免疫サイトカインの視床下部神経分泌細胞に対する作用機序の解明

免疫サイトカインの一つであるIL-1βの視床下部神経分泌ニューロンに対する作用として、PGE_2がmediatorとなっていることが考えられている。本研究では、PGE_2の視床下部神経分泌ニューロンに対する作用を細胞外記録法およびスライス.パッチクランプ法を用いて調べた。細胞外記録法では、PGE_2はphasic firingを示すバゾプッレシン分泌ニューロンおよびnon-phasic firingを示すオキシトシン分泌ニューロンのいずれに対しても放電頻度の増加を示した。全細胞膜電位固定法におけるcurrent-clamp modeでは脱分極反応を伴う放電頻度の増加を示した。また、膜電位を-70mVに固定したvoltage-clamp modeでは、内向き電流が誘発された。内向き電流の成因としては、非選択的陽イオンチャネルの活性化が考えられた。一方、自発性シナプス後電流(sEPSC、sIPSC)に対する作用を調べたところ、sEPSCに対しては効果がなかったが、sIPSCに対してはその放電頻度の減少が認められた。sIPSCの振幅はPGE_2の投与前後で変化しなかったことから、PGE_2は視索上核に入力するGABA入力を制御していることが考えられた。以上のことから、PGE_2はシナプス後膜の非選択的陽イオンチャネルの活性化およびGABAニューロンのシナプス前抑制により視索上核の神経分泌ニューロンの興奮反応を引き起こすことが示唆された。