hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
小胞体ストレス誘導遺伝子,スタニオカルチン2の細胞死抑制作用と神経疾患での役割

小胞体ストレス誘導遺伝子、スタニオカルチン2(STC2)作用を個体レベルで検討し、病態、特に老化での役割を明らかにするSTC2遺伝子改変マウスを作成し解析した。老化モデルKlothoマウスとの交配したところ、STC2ノックアウトによりKlohtoマウスの重要な表現型の一つである骨軟化症を軽減していた。STC2の重要な機能として骨代謝への作用がin vivoのレベルで示唆された。小胞体ストレス誘導遺伝子、STC2の神経細胞保護作用の分子メカニズムを解明し、InvivoでのSTC2作用を個体レベルで検討することを目的とする.下記にその目的を記す小胞体ストレス誘導遺伝子、スタニオカルチン2(STC2)作用を個体レベルで検討し、病態、特に老化での役割を明らかにするSTC2遺伝子改変マウスを作成し解析した。Aim1: STC2の神経細胞保護作用の分子機構の解明:過度もしくは持続する小胞体ストレス下では細胞にアポトーシスが誘導されることが知られている.この細胞死のプロセスは、近年大きく注目され、数多くの報告が見られる.我々はsiRNA、強制発現培養細胞にてスタニオカルチン2(STC2)が小胞体ストレス細胞保護作用示すことを確認しているが、現段階ではその分子機構は不明である.まず、STC2の生理活性が、細胞外からか、もしくは細胞内で直接作用するかを解明するため、小胞体のretention signal (KDEL)を導入し非分泌型STC2を作成した.非分泌型STC2は、細胞死に対する効果の評価をするため、Hela cellsに遺伝子導入そしてthapsigargin投与後、Hoechstにて染色、蛍光顕微鏡にてアポトーシスを同定しその細胞数をカウントした.アポトーシスを示した細胞の割合は、empty vector 20.3±2.6%、野生型STC2 14.5±1.25%、STC2-KDEL16.58±2.91%と分泌型STC2(野生型)にのみ細胞保護作用を認めたが(p=0.008)、非分泌型STC2(STC2-KDEL)には、小胞体ストレス細胞保護作用は認めなかった。したがって、STC2の細胞保護作用は、細胞外から作用していると考えられた。今後は、STC2の受容体を含め、生化学的な更なる検討を試み細胞内シグナル伝達機構の解明を目指す。Aim2: STC2ノックアウトマウスの作成とSTC2機能のIn vivo解析:本研究の最終的な目標はSTC2の個体レベルでの生理作用、そして疾患への関与、役割を解明することにある.そのためにSTC2ノックアウトマウスを作成しその表現型、そして疾患モデルの適用により病態での意義を検討することを目標とする.ノックアウトマウスのマウスの作成は順調に進み、相同組み換えES細胞株(#107)を受精卵にマイクロインジェクションし、キメラマウスそしてF1ヘテロ変異体をすでに得ている。F1ヘテロ変異体には、発生過程、繁殖性、形態学的異常は見られていない。現在C57BL/6とのコンジェニックを作成し、今後STC2(-/-)の表現型解析にとりかかる。我々はSTC2は脳虚血時に神経細胞で発現が亢進し、虚血性神経細胞障害に関与している可能性を報告している。したがって、まず最初の神経疾患へのアプローチとして、当研究室ですでに多くの経験がある中大脳動脈一過性閉塞モデル(intraluminal filament法^<{Ito,2001 #39}>にて90分間閉塞後再潅流)をSTC2ノックアウトマウスで作成しTUNEL染色、TrC染色、クリスタルバイオレット染色し、当研究室所有のComputerizeddigital image analysissystemを用いて梗塞巣を定量する。Aiml:Stanniocalcin2(STC2)の神経細胞保護作用の分子機構の解明STC2は、脳虚血、アルツハイマー病でその発現が充進することが知られているが、他の変性疾患での作用は不明である.今回、神経変性過程で、小胞体ストレスが関与していることが報告されている遺伝性運動ニューロン疾患,seipinopathyにおいてSTC2の関与を検討した.変異型seipinをNeuro2a細胞に強制発現し解析したところ、野生型と比して、変異型発現細胞では、小胞体ストレスのマーカーであるBip/GRP78、CHOPとともに、STC2の有意な発現充進が認められた.したがって、STC2は運動ニューロン疾患、seipinopathyの病態にも関与している可能性が示唆された.Aim2:STC2ノックアウトマウスの作成とSTC2機能のIn vivo解析STC2の個体レベルでの生理作用、そして疾患への関与、役割を解明するため、STC2ノックアウトマウスを作成しその表現型、そして疾患モデルの適用により病態での意義を検討することが本研究の最終目標である.ノックアウトマウスの作成は順調に進み、C57BL/6とのコンジェニックを作成し、STC2(-/-)を得ることが出来た.形態学的、組織学的な検討を行ったが、現在のところ有意な異常は確認されていない.繁殖力に問題もなく、生後1年たったマウスにも大きな異常は見られていない.さらに、ロータロッドによる運動機能の評価でも有意な変化は認められていない.

STC2ノックアウトマウスの作成とSTC2機能のIn vivo解析:これまでに、STC2(-/-)を樹立、その表現型解析の検討を行ってきたが、有意な差異は認めていない.20年度より、脳虚血の検討に関して、STC2(-/-)に中大脳動脈一過性閉塞モデル(intraluminal filament法^<(1)>にて90分間閉塞後再潅流)を施し、脳虚血後72hでNeuN染色にて梗塞巣を定量した(wild type n=4,KOn=4,).しかし、現時点では、統計学的な有意差は認められていない(梗塞巣の面積、wild type35.6±6.8%, KO37.1±12%).一方、STC2と老化との関連を検討するため、Klothoマウスの重要な表現型である低血糖、カルシウムホメオスタシスについて、Klohto、STC2のダブルノックアウトマウスを作成し検討した.空腹時血糖、血清カルシウム、リン濃度を富士ドライケムスライドで測定したが、kl/kl,STC2(-/-)とkl/kl,STC2(+/+)を比較した限り、いずれにおいても有意差を見出せなかった.さらに、組織的検討でも、異所性石灰化、肺気腫ともに、kl/kl,STC2(-/-)でkl/kl,STC2(+/+)で有意な違いみとめられていない.したがって、現時点では、STC2による、老化への影響は見いだせていないのが現状である.STC2ノックアウトマウスの作成と老化とSTC2の関連:これまでに、STC2(-/-)を樹立、その表現型解析の検討を行ってきたが、有意な差異は認めていない.21年度よりSTC2と老化との関連を検討するため、Klothoマウスの重要な表現型である低血糖、カルシウムホメオスタシスについて、Klohto、STC2のダブルノックアウトマウスを作成し検討した.空腹時血糖、血清カルシウム、リン濃度をでも、k1/k1,STC2(-/-)とk1/k1,STC2(+/+)を比較した限り、いずれにおいても有意差を見出せなかった.しかし、Klohtoマウスの重要な表現型の一つである骨軟化症について検討したところk1/k1,STC2(-/-)では骨代謝が改善していることを見出した。すなわち、骨密度(DEXA)が、k1/k1,STC2(-/-):31.3±2.4(mg/cm^2)(オス)、29.1±2.4(メス)、k1/k1.STC2(+/+):28.4±2.1(オス)、26.8±1.4(メス)とSTC2(-/-)ではいずれも有意差に骨密度が改善していた。((p=0.03(オス),p=0.04(メス))したがって、STC2の新規の機能として骨の石灰化抑止に作用する可能性が示された。今後は、STC2を利用したによる骨粗鬆症への新たな治療戦略を確立したい。
CAEと3Dプリンタを活用した、機械設計教育に関する研究

研究目的製造業の多くでCAD/CAM/CAEの導入が進んでいる。また、3Dプリンタの登場で安易にプロトタイプも作製できるようになってきた。教育現場においても3DCADの授業が導入されてきており、それに伴い、CAE教育の導入も重要視されているが、限られたCAD教育の授業時間の中ではCAEまで行える状況にいたっていない。この問題意識から本研究では、限られた授業時間内で実践力のある設計エンジニアを育成するため、CAEと3Dプリンタを活用した機械設計用実習教材の開発を目的とする。研究方法1.本校の授業時間内でCAE基礎教育と3Dプリンタによる試作まで行う内容を確保するため、モデリング題材は複雑でなく樹脂で作製した場合約20gとなる形状を検討した。2. 3DCADモデルのCAE解析は、材質として3Dプリンタの材料としてあるABS、PLA、ナイロンの3種類とした。荷重条件・拘束条件を検証し、最適解析条件を検討した。3. 3DCADモデルを、3Dプリンタにより解析と同様に3種類の材料で試作した。各材料の試作品に破断するまで荷重をかけて実験を行い、破断時の実測値と解析値を比較検証した。4.解析値と実測値の検証を基に、CAE解析と3Dプリンティングの実習書を作成した。研究成果解析値と実測値を比較するとABSとPLAについては大きな差は出なかった。ナイロンの実験では引張強さが大きいために破断が起きず、正しい実測値を出せなかった。この事から、ABSとPLAは教材に有効利用できる事が判断できた。教材作成によりCAE解析の一連の流れを授業時間内で習得させ、根拠を示す設計の必要性の教示が可能となった。3Dプリンタによる試作はプリント時間が大幅にかかり、授業に導入する事は出来ない状況だった。そのため、3Dプリントされた試作品を事前に用意しておき、実験のみを授業内で行う事等を検討する必要がある。
RNA結合タンパク質Khd1による時間的・空間的mRNA安定性制御機構

現在までに、RNA結合タンパク質Khd1によるmRNAの安定性と翻訳制御の分子機構とその生理的意義について研究をすすめている。出芽酵母のRNA結合タンパク質であるKhd1は、ヒトのRNA結合タンパク質であるhnPNP Kの酵母オルソログである。Khd1はHO遺伝子のリプレッサータンパク質をコードするASH1 mRNAの翻訳抑制や、膜タンパク質をコードするMTL1 mRNAの安定性制御に関与する。Khd1はASH1 mRNAやMTL1 mRNAを含む数百種以上のmRNA群と相互作用することが報告されているが、ASH1 mRNAとMTL1 mRNA以外の標的mRNAに対するKhd1pの作用は不明であった。また、khd1△単独変異株の増殖速度は野生型株と同程度であり、Khd1が多種類の標的mRNAと相互作用する生理的意義も不明であった。Khd1とポリA分解酵素であるCcr4が、低分子量Gタンパク質Rho1のGuanine nucleotide exchange factor (GEF)をコードするROM2 mRNAの発現を正に制御し、Ccr4が単独でRho1のGTPase-activating protein (GAP)をコードするLRG1 mRNAの発現を負に制御することを見出した。Rho1は出芽酵母の細胞壁合成に関与しており、khd1△ccr4△二重変異株では、ROM2の発現が低下し、LRG1の発現が上昇する結果、Rho1の活性が低下し細胞壁の合成異常となり、著しい増殖遅延を示す。また、Khd1とCcr4による細胞壁合成の維持の経路に、RNAヘリカーゼDhh1も関与することも明らかにした。これらの成果の一部は論文発表しました。さらに、Khd1がシグナル認識粒子Signal recognition particle (SRP)と結合すること、SRPとポリA鎖分解酵素Caf1が結合すること、SRPとRNAヘリカーゼDhh1と遺伝学的相互作用があることなどを見出した。出芽酵母において、RNA結合タンパク質Khd1はASH1 mRNAの局在とその局所的翻訳制御に関与する。私は、Khd1の解析の過程で、(1)Khd1はASH1 mRNAのみならず、膜タンパク質をコードするmRNAのコーディング領域内の(CNN)n繰り返し配列に結合すること、(2)Khd1はASH1 mRNAに対しては翻訳の抑制因子として働くが、別の標的mRNA、MTL1 mRNAに対してはそのmRNA安定性を正に制御すること、(3)Khd1がシグナル認識粒子(Signal recognition particle : SRP)のサブユニットSec65に結合すること、(4)Sec65とその相互作用因子Pop2(ポリA分解酵素)がMTL1 mRNAの不安定化に働くことなどを明らかにしてきた。これらの結果から、(1)SRPサブユニットSec65がPop2ポリA分解酵素とともに特定のmRNAの分解に働くこと、(2)RNA結合タンパク質Khd1はSec65と結合してその分解を阻害することにより、MTL1 mRNAを局所的に安定化する、というモデルを考えている。本研究では、これらの結果を検証するとともに、この制御の生理的意義、この制御の進化保存性を解明する。本年度は、Khd1制御に関わる因子の同定を試み、以下の結果を得た。(1)FLAGタグ付きKhd1pの発現プラスミドを構築し、発現させた。FLAG-Khd1pは正常のKhd1pの機能をもつことを確認した。(2)FLAG-KLd1の免疫沈降による相互作用する因子を同定した。Spa2タンパク質であった。(3)KHD1遺伝子、SPA2遺伝子、CCR4遺伝子の遺伝学的相互作用を確認した。出芽酵母のRNA結合タンパク質であるKhd1は、ヒトのRNA結合タンパク質であるhnRNP Kの酵母オルソログである。また、khd1Δ単独変異株の増殖速度は野生型株と同程度であり、Khd1pが多種類の標的mRNAと相互作用する生理的意義も不明であった。今年度、Khd1がポリA分解酵素Ccr4,Caf1とオーバーラップした機能をもち、出芽酵母の芽の局所的な細胞壁合成と維持(Cell wall integrity)の制御に関与することを明らかにした。また、Khd1の新たなターゲットとして、ROM2遺伝子を見出した。さらに、Khd1とCcr4による細胞壁合成の維持の経路に、RNAヘリカーゼDhh1が関与することも明らかにした。さらに、Khd1がシグナル認識粒子Signal recognition particle(SRP)と結合すること、SRPとポリA鎖分解酵素Caf1が結合すること、SRPとRNAヘリカーゼDhh1と遺伝学的相互作用があることなどを見出しており、Khd1によるmRNAの安定性と翻訳制御の分子機構について、さらなる研究をすすめている。Khd1はHO遺伝子のリプレッサータンパク質をコードする

ASH1 mRNAの翻訳抑制や、膜タンパク質をコードするMTL1 mRNAの安定性制御に関与する。Khd1はASH1 mRNAやMTL1 mRNAを含む数百種以上のmRNA群と相互作用することが報告されているが、ASH1 mRNAとMTL1 mRNA以外の標的mRNAに対するKhd1pの作用は不明であった。また、khd1△単独変異株の増殖速度は野生型株と同程度であり、Khd1が多種類の標的mRNAと相互作用する生理的意義も不明であった。Khd1とポリA分解酵素であるCcr4が、低分子量Gタンパク質Rho1のGuanine nucleotide exchange factor (GEF)をコードするROM2 mRNAの発現を正に制御し、Ccr4が単独でRho1のGTPase-activating protein (GAP)をコードするLRG1 mRNAの発現を負に制御することを見出した。Rho1は出芽酵母の細胞壁合成に関与しており、khd1△ccr4△二重変異株では、ROM2の発現が低下し、LRG1の発現が上昇する結果、Rho1の活性が低下し細胞壁の合成異常となり、著しい増殖遅延を示す。また、Khd1とCcr4による細胞壁合成の維持の経路に、RNAヘリカーゼDhh1も関与することも明らかにした。これらの成果の一部は論文発表しました。さらに、Khd1がシグナル認識粒子Signal recognition particle (SRP)と結合すること、SRPとポリA鎖分解酵素Caf1が結合すること、SRPとRNAヘリカーゼDhh1と遺伝学的相互作用があることなどを見出した。RNA結合タンパク質Khd1の生理機能はわかってきたが、まだSRPとの関係については不明で今後の研究が必要である。これまでの研究は順調に進展しているので、計画通りすすめる。
融合化三次元画像を用いた拡張現実手術シミュレーション装置の開発

複数の医用画像データを融合させた三次元画像の構築手法を開発した。提案手法による融合三次元画像は異なる医用画像データのレジストレーション制限を克服し、高い空間分解能を有し、複雑化した3次元表示の視認性向上に成功した。提案手法による融合三次元画像は東京大学医学部付属病院脳神経外科で235症例に臨床応用され、高い有用性が示された。ビデオモニターを用いた拡張現実法による手術シミュレーションを開発した。提案手法は同病院にて15症例に臨床応用され、その有用性が示された。当該研究の目標は、医用画像データを用いた融合3次元画像の構築方法の開発工夫と、医用画像と現実空間との融合であったが、概ね予定通り達成した。具体的には、画像処理ソフトウェア(Avizo)上で正規化相互情報量法の初期値を工夫することによって、DICOMデータとして出力した全ての医用画像の自動融合することに成功した。また1つの医用画像を任意の領域に分割し、それらに最適なしきい値を設定するセグメンテーション方法(multimodal individualizing threshold法と命名した)やサーフェスレンダリングとボリュームレンダリングとを重畳表示したハイブリッドレンダリング法を臨床医療ではじめて使用した。これら工夫により、提案手法による融合3次元画像が全ての医用画像を1つのコンピュータグラフィックスとして表示することが可能となり、かつ高精細を有するものとなった。また構築時間の大幅な短縮が達成できた。提案手法による融合3次元画像は、複数の前向き調査でその有効性が示され、東京大学医学部付属病院脳神経外科にて既に467例の臨床症例に応用された。当該研究の平成23年度の目標は、医用画像データを用いた融合3次元画像の構築方法の開発工夫であったが、概ね予定通り達成した。具体的には、画像処理ソフトウェア(Avizo®)上で正規化相互情報量法の初期値を工夫することによって、DICOMデータとして出力した全ての医用画像の自動融合することに成功した。これにより融合3次元画像構築時間の大幅な短縮が達成できた。提案手法による融合3次元画像は、平成23年度は197症例に臨床応用し、前向き調査でその有効性が示されたので、現時点で新たに論文を5本投稿中である(脳血管障害66症例、神経血管圧迫症候群50症例、巨大動脈瘤1症例、脊髄血管障害27症例)。当該研究に関する平成23年度の成果発表)国内学会発表15回、国際学会発表3回、国内招待講演1回、英語論文3本、日本語論文3本正規化相互情報量法の工夫を初めとする医用融合3次元画像の構築過程における自動化や、その他の様々な工夫によって、計画以上の臨床症例において本法による融合3次元画像の術前検討が可能になり、それらの有効性を示す結果を多数得られた。平成23年度研究計画では100症例に臨床応用する予定であったが、実際には197症例であり、論文投稿も研究計画では3本の予定であったが、実際には発行されたものが6本、投稿中のものが5本と計画以上の業績を得ることができた。当初の計画通り、拡張現実法を用いた脳神経外科手術シミュレーション装置の開発を行う。また、平成23年度に引き続き提案手法による医用融合3次元画像の臨床応用データを蓄積していき、適宜学会や論文で発表する。上記手術シミュレーション開発に使用するワークステーションやその他の周辺機器の購入、プログラミング外部委託代。学会発表、論文投稿にかかる費用(別刷り、英文校正など)に対して使用予定である。
汎用的な利用が可能な稠密地震観測網の開発研究

地域ごとの揺れの不均質を知るために、小型軽量で安価な地震観測システムの開発研究を行った。揺れは、地盤構造や建築物等の違いによって異なり、被害に違いが生じていた。このような差を考慮することで、きめ細かな減災対策や救援計画の実現に寄与するような情報を提供する装置の開発を目的とした。特に大地震発生時には調査が困難であるため、現地の状態を的確に捉えて、それを必要とする被災者と救援を行う行政にいち早く伝えることが大事である。そのような、劣悪な環境においても稼働して、その後の復旧・復興に役立てられる基礎情報の提供を目指した地震計の開発を行った。今年度は、小型で安価な低消費電力地震計を調査し、いくつかのセンサーを選択した。その中から一つのセンサーを選んで、25台購入し、実際に地震データの取得実験を行った。まず、地震研究所1号館の室内で数日観測し、稼動状況のチェックを行った。元々、大振幅の地震動が入力した時にだけ収録が行われるトリガ方式の収録システムになっていたが、ソフトに修正を加えて連続的に地震波データを取得することに成功した。その結果、地震計の分解能を明らかにすることができ、機器による性能の個体差やバラ付き具合を示すことができた。次に、この地震計を足尾観測点に持って行って、野外観測を行った。足尾観測点は地動のノイズレベルが低いため、地震研究所で観測に使われている高精度地震観測システムと比較して、センサー自体のシステムノイズを明らかにするのが目的であり、現在解析中である。さらに、鋸山観測点でも野外観測を行った。ここでは、深さ約100mの横孔があり、広帯域地震計や傾斜計といった他の機器との性能の比較が目的である。約1週間の連続観測を行うことに成功したため、ノイズレベルの変化だけでなく、地震波形も収録することができている。なお、避難誘導および救援活動に必要な情報に関しては、どのような情報が必要なのか、それがどのように集約されれば役立つのか、それをどのように伝えるべきなのか等、地域の人にとってどんな情報が必要とされるのか、新潟県の防災担当者等に聞き取り調査を行った。前年度に試作したプラグ型地震計の問題点を踏まえて改良を行い、新たなセンサーを試作した。小型軽量な地震計であるという利点は、簡単な固定方法の難しさという欠点につながる。ノイズを減らすために最適な固定方法を調査中である。観測されたデータを元にした解析を行い、その地点の計測震度相当値を求めた。解析結果を表示する機能に関しては、まだまだ改良する余地がある。時計信号(衛星からの信号)を元にした地震計の時刻制御を行う技術の調査を行ったが、プラグ型地震計に組み込むには、大きさの点でまだ困難があることが判った。消費電力の点でも、まだまだ改善が必要であることが判った。地域ごとのノイズの大きさと信号の大きさとから、その地域の揺れの特徴を明らかにするため、建物内に設置された複数のプラグ型地震計をネットワークとして観測データを収集し、健全度診断手法を調査した。短距離の無線通信を可能にする仕組みを調査したが、まだ実現していない。プラグ型地震計のデータを連続的に収録する装置を簡単なキットで制作してみたが、収録するタイミングにより保存されたデータ数に揺らぎが生じ、ファイル生成に問題があることがわかった。地域の防災担当者等と面談し、避難誘導および救援活動に必要な情報収集を行った。特に学校の教師たちからは、多くの児童を適切に誘導するためには、自分たちで考え、自分たちで判断し、自分たちで行動できるような児童になるような防災教育を提供できるのかどうかが、大切であることを教えられた。小型軽量で簡便に扱えるものを目指して改良を進めているが、まだ満足のいくものにはなっていない。今年度は、試作した地震計の比較実験および複数の地震計からなるネットワークの構築を目標としていたが、まだ試作機の実験とノイズ軽減や低消費電力化の実現に向けた試作機の改良にほとんどの時間が費やされた。前年度までに試作した地震計では、小型・安価・低消費電力を実現するため、センサー部分にMEMSを利用し、三成分の加速度値を出力できる。ある基準値を超えた大振幅が入力されると、その前後60秒間の記録を保存する設定にしている。そのような記録が得られると、組み込まれたSIMカードのF0RMA網によって、センター収録装置に送信され、蓄積される。この通信の際に、ネットワークと同期を取り、時刻を合わせることができる。この試作機を地震研究所2号館の地下にある地震計室に設置し、高感度地震計や中感度加速度計と比較実験を行った。試作機のトリガレベルを2ミリガルに設定したところ、多くのトリガ記録が得られた。その中には有感地震も含まれているため、連続記録から切り出して比較してみた。振幅は、ほぼ同程度(数割以内)であったが、時刻は0.2秒以上ずれることもあり、より精度を高める改良が必要である。GNSSデータを受信し、それで校正することを検討中であるが、組み込むには、まだ大きさや消費電力の点で、改善が必要である。そのほか、サンプリングレートを100Hzにする実験も行った。サンプリングレートを上げると、CPUの計算時間やデータ伝送量が増え、消費電力が増加する。さらに、ノイズレベルも数倍になってしまうため、低消費電力で高精度なMEMSを選択し、フィルタリング等による試験観測を行ってみた。

さらに、都市部だけでなく山間部の地震計設置地点において、試験機を設置して観測を行った。実際の観測データを取得することで、地震計のノイズや観測データの伝送等の問題の洗い出しを行った。地域ごとの揺れの不均質を知るために、小型軽量で安価な地震観測システムの開発研究を行った。揺れは、地盤構造や建築物等の違いによって異なり、被害に違いが生じていた。このような差を考慮することで、きめ細かな減災対策や救援計画の実現に寄与するような情報を提供する装置の開発を目的とした。特に大地震発生時には調査が困難であるため、現地の状態を的確に捉えて、それを必要とする被災者と救援を行う行政にいち早く伝えることが大事である。そのような、劣悪な環境においても稼働して、その後の復旧・復興に役立てられる基礎情報の提供を目指した地震計の開発を行った。現在は、観測機器の選定を行って、小型で安価なセンサーが見つけられたため、25台購入し、試験観測を行ったところである。このセンサーを組み込むことのできるユニットに関しても、その調査が順調に開始した。いろいろと情報を収集しながら、より良いものを目指して研究を進めて行く。固体地球科学今後は、テスト観測の結果の解析を進め、その性能のチェックを行う。さらに、このセンサーを組み込んで、システム全体としての小型化に関する開発を進める予定である。地震計製作会社と共同で開発を行っているが、短距離無線でデータを収録する仕組みの部分が、まだ不十分であったため、平成27年度は購入しなかった。平成28年度の早い段階で無線システムを組み込んだ地震計を購入し、当初の予定通りの性能であることを確認する。
日本中世の裁判における判決および判決理由に関する法制史的実証研究

本研究においては、鎌倉幕府の裁判所が作成し訴訟当事者に対して発給した判決文書(関東・六波羅・鎮西における裁許状=下知状)の正文および案文(写し)を主な素材として、次に示すおおよそ二つの内容に関して調査および検討を試みた。すなわち、第一に、判決の内容が記される部分を網羅的に抽出するとともに、第二には、判決の内容が記される部分において明らかにされている「判断」(=判決の趣旨)および「判決の理由・根拠」とは、いかなる内容のものであるのか、その全体像を把握するための作業を行った。後者の課題に関しては、前者における作業によって得られたところの、個々の判決の内容が記される該当部分に関する豊富なデータを基にして、研究代表者はおおよそ次のような関心において分析・検討を試みた。その関心とはすなわち、判決の内容は敍述上、いかなる構成が採られることによって記されているのか、また、判決の趣旨はいかなるかたちで記述されているのか、さらに、判決はそれを支える根拠として、いかなる法規範あるいはその他の理由を採用しているのか、という関心のもとに、判決の内容が全体として、いかなる程度、その論理的一貫性が担保され得ていたのか、というものである。このことから、判決の趣旨(判旨)が構成される場合には、いかなる論理的形式が採られることにより、判旨の内容が正当化され得るための工夫が施されていたのか、という検討課題を設定した。従って、かような要請に応えるためには、個々の判決文書において判決の内容が記載される部分に関する緻密な解読作業が必要となる。本研究課題においては、判決の趣旨はもちろんのこと、判決理由に関してもあわせて総合的に把握することを目標にして、判決理由中に記される根拠の内容に関する正確な理解を得るべく、該当部分に関する仔細な解読作業を試みるに至った。そして、以上のような判決文書に関する基礎的な検討作業の成果を明らかにするために、一つの実験的な試みとして、判決の内容・判決の理由・判決の根拠とされた法規範などに関する、簡易なかたちでのデータ・ベース化の作業も進めるに至った。本研究課題における研究成果の一部に関しては、後述の「4.研究成果」において述べることにする。当該年度における目標は、既刊行史料集を主な素材として中世史料の全体に関する整理・点検を試みること、その上で、様々なかたちで存在した裁判における判決文書に関して法制史的分析・検討を行うことにある。このために研究代表者は、第一に、中世に古文書、とりわけ鎌倉幕府の裁判の実態を伝える史料を収める刊行史料集である、竹内理三編『鎌倉遺文』(全46巻)、瀬野精一郎編『鎌倉幕府裁許状集』(上・下)、『史料纂集』、『大日本古文書』家わけ編、県史・市町村史などの自治体編纂にかかる史料集を主な素料として、幕府判決文書(裁許状)に関する古文書学的検討を進めるための準備を行った。とくに、有数に武家文書である留守家文書およびこれに関する私蔵文書に関する史料調査を試みる機会を得た。第二に、本来ならは同時に、鎌倉時代の武家文書以外の寺社関係文書や、南北朝・室町期の文書に関しても蒐集・整理の作業を行うべきであったが、本年度では、鎌倉幕府の関東裁許状に関する分析を行うに止まった。

これについては、訴訟両当事者や訴訟物の確認作業を前提として、判決文書全体の構成を睨みながら、その中においては、訴訟両当事者の出張が引用されている箇所や裁判所による判断内容が記載されている箇所がどのように配列・記載されているかについて重点的に精査する作業を行った.第三には、従って、以上から得られた判決内容に関して精査したデータをデータ・ベースとして入力・蓄積していく作業を早急に進めていきたい。本研究に着手した平成19年度以降、研究代表者は鎌倉幕府の発給した判決文書(裁許状)を主な対象史料として、その整理・検討を進めて来た。具体的にいえば、関東・六波羅・鎮西の各裁判所の作成した同文書に関して、判決内容および判決論理を抽出していくという作業を進めて来ている。昨年度までに、関東裁許状全体に関する予備的検討を終えたが、今年度においては、六波羅・鎮西に関する予備的検討をほぼ終えた。本年度においては、関東・六波羅・鎮西のすべての裁許状を対象として、その重要な判決論理である「召文違背之咎」に焦点を絞り、該当史料の仔細な検討を行った。裁判所が訴人を通じて論人宛てに発給した召喚状には、問状あるいは召文という形態の文書があったが、それらの機能上の区別については、これまで曖昧な理解に止まっていた。この点に関しては該当する裁許状に基づき、関連史料を精査する一方、近時の岩元修一博士による研究成果を踏まえて(研究代表者による「書評」)、両文書の機能的な差異が13世紀後半以降に統合されていくことを確認した。その成果は、同志社法学誌上に掲載された。他方で、裁判所がそれらの文書に応答しなかった当事者に対して敗訴の判決を下す際に用いた「召文違背之咎」なる裁判規範は、原則として、一方当事者が裁判所に対してその規範の適用を申請することにより初めて考慮されるべきものであったとの推測をうるにいたった。つまり、一方当事者が問状・召文に対して応答する際に作成する請文・陳状を受け取るとともに、「召文違背」の実態を確認する役目をおっていたところの、裁判所派遣の使者による報告を基に、他方当事者は「召文違背之咎」の適用を申請することの可否を判断していたことなどを推測した。これについて研究代表者は、当事の裁判手続が、あくまで当事者主義的構造の中で展開されていたことの一つの証左であるとの認識をえるにいたった。本研究課題に着手した平成19年度以降、研究代表者は鎌倉幕府の発給した判決文書(裁許状)を主な対象史料として、主として「判決の内容」および判決が導かれるに至った際に用いられたことが考えられる「法的論理」の内容、あるいは具体的に示されている「裁判規範」の内容を示すところの、「判決」に関わる文言を抽出していくという作業を進めてきた。今年度においては、昨年度までに終えた関東・六波羅・鎮西のすべての裁許状に関する予備的検討結果を素材として、その中に見出される「判決を導く際の法的論理」や「裁判規範」などに関する情報を整理し明らかにするために、データ・ベースを作成する作業に着手した。データ・ベースを構成する要素としては、「史料通番」・「史料番号(関東・六波羅・鎮西における史料番号)」・「裁許状の正文・案文の区別」・「裁許状記載の日付に関する西暦年表示」・「和年号月日」・「史料典拠」・「訴人」・「論人」・「訴訟の対象物=訴訟物」・「判決の内容」を設定している。
デジタル波形処理による入射イベントごとの放射線の種類・エネルギー同時分析法の開発

放射線測定器からの出力信号波形をデジタル処理し,そのエネルギーと種類に関する情報を得るために,実験とデータ解析ソフトウェアの開発を並行して行った.得られた成果は以下の通りである.1.本研究経費で購入したデジタルマルチチャンネル分析器の基礎特性ならびにデータ処理ソフトを作成した.従来のアナログ式マルチチャンネル分析器と同時にデータを収集した上で,オフライン解析した結果,両者が同一スペクトルを出力することを確認した.2.本計測システムを短寿命核異性体の半減期測定に適用した.現時点では統計精度が不十分であるため,実験誤差が大きいものの,77mSeの半減期を15.6(28)秒と決めることができ,実用上使用できることを示した.3.放射線測定器の主増幅器時定数と波高分析の関係を実験的に調べた.その結果,時定数3μs以下の場合は,従来のアナログ法に比べ,デジタル波形分析法の方が早く処理できうることが分かった.しかしながら,後者の方法では波形データの収集自体にかなりの時間を要するので,大量の出力信号があった場合については不利である.データ収集系の大幅な速度の向上が必要である.4.放射線の種類弁別については,137Csべータ/内部転換線源や,コンバータ法で発生させた特性X線の計測を通じ,波形データの分析を進めた.現時点では明瞭な波形の違いの把握に至っていないが,測定器や波形処理法の改良などを行い,引き続き,種類弁別のできる手法開発へ向けての研究を進めていく予定である.本年度は測定系およびデータ収集系の構築ならびにデータ解析用ソフトウェアの開発を中心に研究を行い,以下の結果を得た.(1)CdTe半導体検出器の検出効率やエネルギー分解能を,実験的に精密に決定した.その結果,ガンマ線(光子)に対してはX線領域から400keV程度まで,電子線に対しては600keV程度までは実用的に十分な効率を持っていることが分かった.ただし,波形立ち上がり時間による弁別を行うと検出効率が大幅に減少するため,高エネルギーでの測定は困難である.(2)CdTe半導体検出器とデジタルオシロスコープを接続し,検出器の増幅器からの信号波形をデジタル化し,連続的にパソコン上に保存するシステムを構築した.1秒あたりの少なくとも10個程度の波形を取り込むことができることを確認した.(3)(2)で収集したデジタル波形データをオフラインで解析するソフトウェアの開発を進めた.これまでに,波形の最大波高値を決定し,エネルギースペクトルを作成する機能を構築した.現時点では波高値の決定方法に曖昧さが残っており,今後の改良が必要ではあるが,概ねマルチチャンネル波高分析器の出力と同等な結果が得られている.これにより,本研究課題の目的の一つであるエネルギー分析に関しては,第1段階としてはほぼ達成できたと言える.来年度は,波高値決定方法の再検討を進めるともに,放射線の種類弁別を行うための基礎データ(校正用データ)の測定を行い,解析ソフトウェアの開発を行いたい.放射線測定器からの出力信号波形をデジタル処理し,そのエネルギーと種類に関する情報を得るために,実験とデータ解析ソフトウェアの開発を並行して行った.得られた成果は以下の通りである.1.本研究経費で購入したデジタルマルチチャンネル分析器の基礎特性ならびにデータ処理ソフトを作成した.従来のアナログ式マルチチャンネル分析器と同時にデータを収集した上で,オフライン解析した結果,両者が同一スペクトルを出力することを確認した.2.本計測システムを短寿命核異性体の半減期測定に適用した.現時点では統計精度が不十分であるため,実験誤差が大きいものの,77mSeの半減期を15.6(28)秒と決めることができ,実用上使用できることを示した.3.放射線測定器の主増幅器時定数と波高分析の関係を実験的に調べた.その結果,時定数3μs以下の場合は,従来のアナログ法に比べ,デジタル波形分析法の方が早く処理できうることが分かった.しかしながら,後者の方法では波形データの収集自体にかなりの時間を要するので,大量の出力信号があった場合については不利である.データ収集系の大幅な速度の向上が必要である.4.放射線の種類弁別については,137Csべータ/内部転換線源や,コンバータ法で発生させた特性X線の計測を通じ,波形データの分析を進めた.現時点では明瞭な波形の違いの把握に至っていないが,測定器や波形処理法の改良などを行い,引き続き,種類弁別のできる手法開発へ向けての研究を進めていく予定である.
ICGを用いた脳皮質血流評価、超微小血管吻合技術を用いた血流微細コントロール

鬱状態になると、脳表面の血流が悪くなることが分かっているが、そのことをまずはラットでも確かめることができるかどうかを実験した。ラットを開頭し、特殊な色素をラットの血管に流すことにより、脳表面の0.5mm程度の大きさの血管を光らせることに成功した。その様子を動画に録画することにより、血流の時間変化を見ることが出来るようになった。また特殊な光を透過させることにより0.2mm程度の大きさの血管までをはっきり描写する装置を使い、人の指の細い血管の可視化に成功した。この光の輝度の時間変化から、血流そのものの大きさの数値化が可能となり、脳血流の時間変化、および量的変化を計測する方法を確立することができた。昨年度は、preliminary実験として、ラットを用いた脳皮質血管の血流、血管分布の観察を行った。まずはラットの全身麻酔の実験方法の練習、習得が必要であった。具体的には、サーフロー針を用いた気管内挿管、大腿動脈ラインによるリアルタイム血圧管理の習熟にかなりの期間を要した。ラットの全身麻酔管理を習得後、当院脳外科医師の補助のもと、ラットの側頭骨を外し、中大脳動脈を露出する作業の練習を行った。この方法で、最低限の侵襲で、片脳半球の脳皮質血管が観察できるようになった。次にラットの血流にインドシアノグリーン蛍光色素(ICG)を注入し、ホトダイナミックアイ(PDE)を用いた血流、血管分布の観察に移った。撮影に最適な色素濃度の決定に施行錯誤したが、最終的には中大脳動脈から各領域へ血流が分布していく様子を動画に収めることに成功し、動画解析も行った。これまでの過程では、ラットの実験操作の習熟に想定していた以上の時間を要した。本年度はさらにラットの脳皮質動脈のリアルタイム血流分布の観察個体数を増やし、コルチコステロン(CORT)を用いた鬱病モデルラットとのおおまかなコントロールとする予定である。さらに、ラットにおける脳皮質動脈バイパス術のモデルを作る予定である。まずは中大脳動脈に採取した大腿動脈を側端吻合し、大腿動脈の枝である、浅下腹壁動脈と、側頭葉脳皮質動脈を端側吻合する予定である。このモデル作成と平行して、精神科医に協力していただきながら、ラットの鬱病モデルに最適なCORTの投与量を決めていく予定である。実際のラットを全身麻酔下に開頭し、硬膜を切開することにより中大脳動脈、及び脳皮質表面の動脈を露出し、ICGで描出する実験を行った。動画を解析することにより、血流の経時評価は可能であることが分かった。次に実際の臨床例で、浅腸骨回旋動脈、またはそこからでる枝血管が、当該実験で扱う血管と同じ大きさであることがわかり、データを集めた。浅腸骨回旋動脈の深枝から、sartorius muscleに入っていくbranch (sartorius branch)の直径は0.2 mmから0.5 mmと、ラットの中大脳動脈と同程度の大きさであることが分かった。そこでsartorius branchの挿入部から上下5cmの箇所でsartorius muscleを切断、単離し、インドシアニングリーン色素を用いた筋肉内への血流の可視化に成功した。0.4 mmからの血流で十分生きられることが判明したため、実際の臨床でも2例にこのsartorius muscleを再建に利用することができた。また、1 mm以下の血流を確認する方法として、インドシアニングリーン色素法だけではなく、ヘモグロビンにのみ吸収される850 nmのLEDを用いたNon-enhanced Angiography装置を使う方法を考案した。Non-enhanced Angiographyを用いると、ラットの脳皮質動脈と同程度の大きさをもつ、人の指の動脈の末端部、またはbranchesの非侵襲的可視化を試みた。装置の条件を色々と変えていると、手指、または足指の背側にある細静脈の可視化に成功した。また、実際のflowを確認する方法として、850 nmの光の輝度の時間変化が心拍と一致することを発見し、0.2 mmまでの静脈の非侵襲的可視化、および血流モニタに成功した。実際の臨床の足指先端移植にこのNon-enhanced Angiographyを用いることで、難易度、及び手術時間を大幅に減少させることができた。脳血流ラットの脳動脈露出作業には、全身麻酔が必須であり、挿管等の習熟に想定していた以上の時間を要した。

まずは中大脳動脈に採取した大腿動脈を側端吻合し、大腿動脈の枝である、浅下腹壁動脈と、側頭葉脳皮質動脈を端側吻合する予定である。このモデル作成と平行して、精神科医に協力していただきながら、ラットの鬱病モデルに最適なCORTの投与量を決めていく予定である。マイクロの道具の新規購入をまだ行っていないため、物品費が予定額に達していないです。また、当院の脳外科医と共同で実験を行ったため、人件費が抑えられています。ラットの脳皮質動脈のバイパスモデルを作成する際に、より細かい作業を可能とするマイクロ器具が必要となるため、購入を予定しています。また、ラットの鬱病モデルを作る際には、ラットの管理、薬剤投与のための人件費が必要となる予定です。
射影不変平均曲率流と画像処理

1.この研究はユークリッド的平均曲率流による画像処理上の欠点を、射影曲率流を考えることによって克服することを目的とした。画像処理に現われる境界線をなめらかにする方法としてアファイン微分幾何的不変量の発展方程式解を使う方法が有効である。ユークリッド的発展方程式解では長時間経つと形を崩してしまうことの欠点を補うことができる。一方、これまで調べられていた方法では、見た目の図形的大きさを保つことができない。これを局所的な情報だけで、大きさを失わない保存的アファイン発展方程式を見出すことが出来た。これは、(複雑ではあるが)4階の方程式である。一方、これをそのまま射影的に一般化するとこの特性がなくなり、不満足な結果である。射影的な場合は通常の変数に関しては6階の楕円型であり、微分方程式の解法上は難しく、それが積分可能であるかは不明のままである。数値実験を行うことも目的としたが、出来ていない。解の存在問題と高次元の場合の運動について検討する必要がある。2.代表者はこの間、射影微分幾何の曲線論、曲面論、線叢の理論のまとめを行う一方、超幾何方程式系の定める射影曲面の子細な検討を行った。研究課題の問題は、広く捉えると、射影部分多様体の変分を曲率を使って与えるものであるが、射影曲面の場合は、まだ全く手がつけられていない。分担者浦川はアファイン曲面の持つ自然なワイル構造についての汎関数を定め、曲面論に新しい概念を導入した。また、分担者高山は「正しい」数式処理システムの開発と実装を行った。1.この研究はユークリッド的平均曲率流による画像処理上の欠点を、射影曲率流を考えることによって克服することが目的である。すなわち、(1)長時間経っても形を崩さない、(2)図形的大きさを保つ、ことである。画像処理にはもっぱら平面図形があらわれ、画像はその境界の動きによって知られる。したがって、閉曲線の曲率流を考えることになる。その運動方程式については凸閉曲線について記述することができた。方法は、射影計量に関する変分問題を解くことである。得られた方程式が熱方程式的性質をもつことは容易にわかるが、通常の変数に関しては6階の楕円型であり、それが積分可能であるかは不明である。今後、(a)解の存在と(b)高次元の場合の運動について検討する必要がある。2.代表者は、1998年6月に東北大情報科学研究科を訪ね、分担者浦川と問題のありかについて討議し、また、関連する射影微分幾何に関する講演を行った。一部は著書欄にあげた講義録の内容であり、一部は曲面の変換に関する内容である。後者はノートに整理中である。3,分担者高山はポリトープ、可積分系、組み合わせ論に関する研究を進め、著書を準備する傍ら、Open Math形式の数式処理に関する新しいソフトの開発にあたった。
ドイツ基礎学校における教科横断的・総合的学習-事象教授の教員養成-

ドイツの初等教育段階である基礎学校では、教科横断的・総合的学習である「事象教授」(Sachunterricht)が設置され、環境教育のための中核的な教科とみなされている。地球環境問題が世界各国共通の課題となり、その解決へ向けた取り組みがなされている中、ドイツでは1980年の文部大臣会議の決議以来、環境教育はさまざまな教科の中で実践される「諸教科を横断する授業原理」として公認されている。事象教授における環境教育の実践に関しては、次のような3つの主要な方針、(1)伝統的な環境保護教育、(2)生態学的な原理ないしシステムとの関わり、(3)自然体験志向の萌芽、を確認することができる。これまでは、環境保護の問題が強調され、テーマとして「水の供給と汚水処理」や「ごみ」がよく取り扱われていた。しかし、教員養成、現職教育、継続教育における経験を踏まえ、最近では「生活空間としての森」あるいは「グローバルな環境問題」などのような生態学的に方向づけられたテーマも増えてきている。また、自然体験遊びのような経験も重視されている。事象教授に関わる教職課程においては、生態学的、環境教育学的に方向づけたプロジェクトの開発もみられる。このプロジェクト「生態学を具体的に-地域の環境教育」は、大学教員と学生及び教員、学生、地域の関心のある市民の協同モデルとして構想されている。具体的な取り組みとしては、(1)校庭の活用に関する特別の授業の開発と試み、(2)地域の現職教育のための生態学的、環境教育学的な提案の開発と実施、(3)大学の開放、(4)環境教育に関する具体的な授業の開発と試み、(5)大学での教員養成における生態学的-環境教育学的提案を統合する構想の開発、などが挙げられる。体験的な学習活動を支援するために、生態学的な視点を中心に据えた教員養成の段階での取り組みが構想され、実践されている。教員養成の領域としての事象教授の教授学は,既成の専門分野を拠り所にできないため,大学では非常に新しい専門にかかわる問題であり,連邦のすべての講座或いは研究所においてまだ十分に整備されているとは言い難い状況にある。研究を難しくしている原因として,事象教授に潜在する専門科目に精通しているか否かという点がある。他方,教師は自然や社会の世界を子どもと共に学び,子どもの目線で,子どもと共に情緒的に認識的に行動的に知覚的に解明していくことも大切とされる。基礎学校では,事象教授の中で主に環境教育が行われ,テーマ「水の供給と汚水処理」,「ごみ」など環境保護問題が強調されている。しかし,教員養成,現職教育,継続教育におけるこれまでの経験を踏まえて,「生活空間としての森」或いは「グローバルな環境問題」などのような生態学的に方向づけられたテーマも最近では増えている。また,「自然体験遊び」のような経験も重視されている。たとえば,ノルトライン・ヴェストファーレン州のミュンスター大学では,教職課程「事象教授-自然科学/技術」において,生態学的,環境教育学的に方向づけたプロジェクトを開発し,現行の履修規定や教育内容の枠内でそれらを実現しようとしている。プロジェクト「生態学を具体的に-地域の環境教育」では,共に行動して環境体験,環境理解,環境責任を促進することが重視される。大学教員と学生及び教員,学生,地域の関心のある市民の協同モデルとして,このプロジェクトは計画される。さらに,プロジェクトを実践するためには,充分な広さの活動フィールドを確保することが必要とされる。その活動フィールドは,生態学的,環境教育学的観点での感覚

ガーデン,活動・経験の領域,ビオトープに関する多様な構造的経験フィールドの3つの要素を含んだ構想である。ドイツ基礎学校においては、教科横断的・総合的学習である「事象教授」(Sachunterricht)が設置されている。地球環境問題が世界各国共通の課題となり、その解決へ向けた取り組みがなされている中、ドイツでは1980年の文部大臣会議の決議以来、環境教育はさまざまな教科の中で実践される「諸教科を横断する授業原理」として公認され、初等教育段階においては、この「事象教授」が環境教育のための中核的な教科とみなされている。事象教授における環境教育の実践に関しては、次のような3つの主要な方針、(1)伝統的な環境保護教育、(2)生態学的な原理ないしシステムとの関わり、(3)自然体験志向の萌芽、を確認することができる。今までの経験に従って教員養成、現職教育、継続教育では、この3つの方法、「生態学的な初等教育」「環境モニタリング」「自然体験」を、例えば、生活空間構想(水、町、森など)といったテーマで、授業単元の中で統合するような工夫もみられる。事象教授に関わる教職課程においては,生態学的,環境教育学的に方向づけたプロジェクトが開発されている。このプロジェクト「生態学を具体的に-地域の環境教育」は,大学教員と学生及び教員,学生,地域の関心のある市民の協同モデルとして構想されている。具体的な取り組みとしては,(1)校庭の活用に関する特別の授業の開発と試み,(2)地域の現職教育のための生態学的,環境教育学的な提案の開発と実施,(3)大学の開放,(4)環境教育に関する具体的な授業の開発と試み,(5)大学での教員養成における生態学的-環境教育学的提案を統合する構想の開発,などが挙げられる。体験的な学習活動を支援するために生態学的な視点を中心に据えた教員養成の段階での取り組みが構想されている。ドイツの初等教育段階である基礎学校では,事象教授Sachunterricht)のなかで主に環境教育が行われている。事象教授における環境教育の実践に関しては,(1)伝統的な環境保護教育,(2)生態学的な原理ないしシステムとの関わり,(3)自然体験志向の萌芽,といった3つの主要な方針を確認することができた。これまでは,環境保護の問題について強調され,テーマとして「水の供給と汚水処理」や「ごみ」がよく取り扱われてきていた。しかし,教員養成,現職教育,継続教育における経験を踏まえ,最近では「生活空間としての森」あるいは「グローバルな環境問題」などのような生態学的に方向づけられたテーマも増えてきている。また,自然体験遊びのような経験も重視されている。大学における教職課程「事象教授-自然科学/技術」(ノルトライン・ヴェストファーレン州:ミュンスター大学)では,生態学的,環境教育学的に方向づけたプロジェクトを開発し,現行の履修規定や教育内容の枠内でそれらを実現しようとしている。プロジェクト「生態学を具体的に-地域の環境教育」においては,共に行動して環境体験,環境理解,環境責任を促進することが重視される。
超分子化学的手法を用いたヘム高親和性合成分子の創製とケミカルバイオロジーへの展開

タンパク質に結合していない遊離へム(鉄-プロトポルフィリンIX(FePPIX))が様々な細胞機能の重要な調節分子であることが近年明らかになってきたが、それらの分子メカニズムはいまだに解明されていないところも多い。このような背景から、生体内の遊離ヘムの挙動を直接観察できるツールの開発が望まれているが、現在のところ遺伝子工学的手法を用いた例に限られている。本研究では、まず、超分子化学的アプローチによりヘム高親和性ピンセット型分子(人工ヘムレセプター)の設計・合成に取り組む。続いて、開発した合成分子に適切な蛍光色素を導入し、蛍光応答性人工ヘムレセプターの創製を行う。さらに、得られた知見を基盤とし細胞内ヘムの可視化を実現する蛍光プローブの開発を目指す。本年度は、研究の第一段階として、ヘム高親和性ピンセット型合成分子の開発に着手した。具体的には、ピリジン-2,6-ジカルボキサミドスペーサーの両端に認識部位として4-アミノキノリン構造を導入したピンセット型のホスト分子1を設計・合成した。そして、Fe(III)PPIXおよびその前駆体であるプロトポルフィリンIX (PPIX)に対する1の錯体形成能をDMSO/HEPES buffer (pH 7.4) = 2:3 (v/v)中、吸収スペクトル滴定実験により評価した。その結果、1は、Fe(III)PPIXに対して、1:1錯体だけでなく2:1錯体(Fe(III)PPIX:1 = 2:1)の生成も見られたが、1:1錯体の結合定数(K)が>2×107 M-1と安定な錯体を形成できることが分かった。一方、ヘムの前駆体であり光増感作剤として知られるPPIXに対しても1は、同条件下でK = 4.0×106 M-1と比較的安定な錯体を形成した。この結果に着目し、ヒト大腸がん細胞であるHCT-116細胞に対してPPIXの可視光照射(530-590 nm)による細胞死誘導活性を評価したところ、PPIX単独の場合と比べ、1共存下で光照射による細胞死誘導活性が大きく向上した。DMSO/HEPES buffer (pH 7.4) = 2:3 (v/v)の条件ではあるものの、Fe(III)PPIXに対して高い親和性を持つピンセット型人工レセプター1を見出すことができ、本年度の研究目標をおおむね達成できたと考える。加えて、光増感作用を持つPPIXが1と錯体形成することで得られる超分子型光増感剤の光線力学療法への応用の可能性についても示すことができた。今年度見出したピンセット型分子の構造を基盤とし適切な蛍光色素を導入することで、ピンセット分子とFe(III)PPIXの水系溶媒中での錯体形成を蛍光変化として出力できる人工ヘムレセプターの開発に取り組む。生体に存在する様々な有機低分子に対する人工ヘムレセプターの選択性についても検討する。さらに、得られた知見を活かして蛍光応答性人工ヘムレセプターの構造最適化を行う予定である。

加えて、光増感作用を持つPPIXが1と錯体形成することで得られる超分子型光増感剤の光線力学療法への応用の可能性についても示すことができた。今年度見出したピンセット型分子の構造を基盤とし適切な蛍光色素を導入することで、ピンセット分子とFe(III)PPIXの水系溶媒中での錯体形成を蛍光変化として出力できる人工ヘムレセプターの開発に取り組む。生体に存在する様々な有機低分子に対する人工ヘムレセプターの選択性についても検討する。さらに、得られた知見を活かして蛍光応答性人工ヘムレセプターの構造最適化を行う予定である。次年度開催される国際学会で本年度の成果を発表するためその費用として使用する。次年度はより多くの生物実験を行うため、実験のセットアップや高価な生物試薬の購入費用として使用する。