hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
パルス中性子透過分光撮影法を用いた新しいマテリアルキャラクタリゼーション法の開発

パルス中性子を用いた中性子透過分光法によって得られる画像は、ピクセルごとに中性子断面積の情報を持っているため、これまでの中性子ラジオグラフィーと比べ、対象とするマテリアルの構造情報なども含んだ多くの情報を提供できる。特に、低エネルギー領域に現れるブラッグエッジは結晶構造を反映したものである。その位置のシフトによって歪みの大きさを評価することができる。本研究において屈曲させた鉄試料において、歪みの大きさを定量化できるとともに特定の結晶面で歪みが大きく現れることが明らかに示された。また、ブラッグエッジ付近の断面積の大きさの変化が、結晶粒の大きさと関係することを明らかにし、断面積の大きさと線形関係にあることを示した。さらに、鉄一鉄及びステンレスー鉄の溶接部付近の透過断面積は場所によって変化し、溶接部に近くなるに従って、鋭いブラッグエッジとなることが分った。このことは、結晶面の分布がより等方的になっていることを示唆している。一方、高エネルギー領域では、共鳴吸収を利用した画像が取得でき、元素分布測定や温度測定ができる可能性を示した。検出器素子開発として、Gdベースのシンチレータを用いた検出器を試作し画像を取得した。このように、パルス中性子透過分光法では、単なる透過画像を取るだけの従来のラジオグラフィーと全く異なった、結晶構造、結晶粒の大きさなどマテリアルのテクスチュアに関係した内部情報を得ることができ、世界的にも注目されている。大型陽子加速器中性子源が稼働をはじめる時期でもあり、これからはより精密な測定が可能になる。この手法の全断面積情報に内包されているものを有効に利用して、より詳細なマテリアルキャラクタリゼーションができるよう、さらなる研究が望まれる。パルス中性子透過分光撮影法は、通常の中性子ラジオグラフィーでは得られない多くの情報が得られる。本研究では、新しい透過撮影応用分野の開拓、高性能2次元検出器の開発、理論断面積の構築、データ解析法・処理法について研究をすすめ、パルス中性子源における新しい測定手法として確立することを目指している。本年度は、熱処理したステンレス鋼の方が表面処理したものよりも、透過中性子断面積が小さくなって見えることについて中性子断面積解析から検討してみた。この原因として、ステンレス鋼の中のグレインサイズの違いを仮定し、中性子の理論断面積を導出し、サブmmのグレインサイズであれば、これが説明できることを明らかにした。熱処理材のスペクトルには、細かい構造があることが発見され、これが微小構造を反映したものであることが考えられる。次に、相の違いを見るために、固相・液相の鉛について測定した。液相では場所によらず同じ透過スペクトルが得られたが、固相では、単結晶化していることが明らかとなるとともに、その向きが場所によって変化していくことが示された。これは、この手法が単結晶の成長過程をin-situで観測できる新しい手法となりうることを示唆している。データ解析として、歪測定のため、ブラッグエッジの構造を解析するコードを開発した。検出器としては、これまでのものの約4倍、約5cm角の面積でありながら、最大計数率が同程度の高性能2次元検出器を開発した。また、素子開発として、物質中最大の中性子捕獲断面積をもつGdを主要構成元素とする中性子シンチレータとして、従来のGSOシンチレータの2.5倍の発光強度をもつ粉体シンチレータの開発に成功しており、その強い発光を示す構造をもった成分を安定的に合成する条件出しを行った。今年度の研究により合成時の温度プロファイルと雰囲気の制御が不十分であることが明らかとなり、次年度はこの点を中心に改良を進める。エネルギー分析型であるパルス中性子透過分光撮影法は、エネルギー依存断面積情報から被写体内部の結晶構造や粒径のような組織構造に関する情報も得ることができる。本研究では、応用分野の開拓、高性能2次元検出器の開発、データ処理について研究をすすめる。

本年度は、まず、ステンレス鋼において熱処理材の中性子全断面積が小さくなるという現象が結晶粒サイズによるという仮説を検証する実験を行った。結晶粒サイズを人工的に変えた鉛について測定を行った。その結果、ステンレスと同様に結晶粒が大きくなるに従って断面積が小さくなることが示された。より定量的なデータを得るためシリコンの単結晶を微細化して結晶粒サイズを揃えた測定を行った。この結果から断面積の変化と結晶粒サイズについてある程度定量的な情報が得られた。また。位置分解能が今まで用いていたものより高い検出器を用いて鉄の溶接部の測定を行い、ブラッグエッジの違いから溶接部結晶構造の変化を調べた。結晶構造はオリジナルの鉄の部分、遷移部分、溶接材部分と比較的はっきりと分かれて見えた。特に、遷移領域はオリジナルの鉄に比べて断面積が小さくなっており、今までの研究との対応から結晶粒が大きくなったためと推測された。3次元的に表示することによって、このような現象がよりはっきりと明示することができることが分かったが、全体を分かりやすく表示するには、さらに工夫が必要である。昨年度製作した大面積のピクセルタイプLiグラス検出器についても、測定系の調整・整備を行い画像データが取得できるようになった。Gd系中性子シンチレータとしてGPSシンチレータの最適化を進め、斜方晶、三斜晶、単斜晶の中で、斜方晶が最も発光強度が高いことが分かった。これの粉体試料を厚さ50μm程度にした上で、中性子との反応の結果生じる内部転換電子平均70keV程度に近い241Amからの59keVγ線を測定することに成功した。パルス中性子を用いた透過撮影(ラジオグラフィー)では、各画素毎に、飛行時間法を用いて得られるエネルギーあるいは波長依存の中性子断面積が得られる。特に、遅い中性子領域で観測される、ブラッグエッジは物質の構造に依存するものであり、内部の結晶構造、テクスチャーの影響を受けて変化することが期待される。このような変化がおきる場所として、溶接部を取り上げ、ステンレスと鉄の溶接部について測定を行った。測定には本研究で開発した16×16=256画素を持つ、ピクセルタイプの高感度Liグラス検出器を用いた。溶接部では非常に鋭いエッジを持ったブラッグエッジが観測され、周囲の熱影響部ではそれが鈍化しているのが観測された。また、母材部では、それぞれの物質に特有のブラッグ構造が観測された。これらの断面積の変化から、それぞれの領域で結晶面の向きの分布の仕方に変化があり、溶接部ではかなり等方的になっていることが推測された。一方、結晶構造の影響をあまり受けない、熱中性子エネルギー以上のところで、透過断面積を調べたところ、鉄領域では断面積値が溶接部に向けて減少するのが観測された。これは密度変化によるものと考えられるが、さらに検討が必要である。高分解能の測定として、歪み測定を行っていたが、それを詳細に解析することによって、2次元の歪み分布を観測することができた。
脳特異的アダプター蛋白質X11およびX11Lの機能解析

X11 proteinsはアルツハイマー病原因遺伝子の一つであるamyloid precursorprotein(APP)の細胞質ドメイン結合分子として単離同定されてきた。これまでのin vivoおよびin vitroの解析から,X11 proteinsはAPPの代謝を安定化し,amyloid-beta(Aβ)産生を抑制することが示されていたが,代謝抑制の分子機構は不明であった。X11 proteins欠損マウスを用いた本年度研究において,X11 proteinsがAPP代謝を安定化する分子機構を,in vivoにおいて世界で初めて明らかにした(J.Biol.Chem.[2008]283,35763)。具体的には,X11 proteins欠損マウスにおいて,1、β-secretaseによるAPPの切断が亢進し,産生されるAβ量が増加していること。2、APPとβ-secretaseの細胞内での共局在の割合が増加していること。3、β-secretaseおよびγ-secretase活性の高いDetergent-resistant membrane(DRM)fraction(Lipid raft)に存在するAPPおよびβ-secretase切断産物量が増加していること。4、X11 proteinsの大部分はnon-DRM fractionに回収されること。以上4点を明らかにし,X11 proteinsはnon-DRMでAPPと結合し,β-およびγ-secretase活性の高いDRMへのAPP移行量を制御することで,Aβ産生を含むAPP代謝を安定化していることを明らかにした。これらの結果は,APPの細胞質ドメイン結合タンパク質がAPP代謝を安定化する分子機構を明らかにした初めての例であり,アルツハイマー病の発症機構の解明およびX11 proteinsの生理機能を明らかにする上で非常に意義のあるものと考えられる。
唾液腺の加齢変化に伴うＰＡＣＡＰ、ＰＡＣＡＰレセプターの局在と分泌制御機構の解明

これまでの我々の研究では,8週齢と8か月齢のC57BL/6マウス(♂)から三大唾液腺(耳下腺・顎下腺・舌下腺)を採取し,PACAPレセプター(PAC1R)について免疫組織学的検討を行い局在について検討したてきた.今回の研究では出生時・1・3・5・7日齢,2・3・4・8週齢の三大唾液腺を採取し,発生学的にPAC1Rの免疫反応の局在について検討を行った.耳下腺の発育は,顎下腺・舌下腺の発育より極端に遅く,腺房や導管の形成は生後3日目位から確認できたた.顎下腺では,PAC1Rは線条部導管と顆粒性導管にある柱状の細胞に免疫反応が認められた.舌下腺では,PAC1Rの免疫反応は線条部導管に認められた.8週齢と8か月齢のC57BL/6マウス(♂)から耳下腺,顎下腺,舌下腺を採取し,PACAPレセプター(PAC1R)の局在について免疫組織学的検討を行った.8週齢と8か月齢ともに,耳下腺ではPAC1Rは線条部導管に,顎下腺では顆粒性導管内にある細胞(pillar cell)に,舌下腺では線条部導管に認められた.また,8か月齢の舌下腺線条部導管に顆粒を有する細胞の出現が認められた.更に,8か月齢の顎下腺では,実質内に著しいリンパ球浸潤が認められた.8週齢と8か月齢の三大唾液腺で比較した結果,PAC1Rの免疫局在には加齢に伴う明確な違いは見られなかった.顎下腺におけるリンパ球浸潤の解析ならびに,舌下腺線条部導管での顆粒を有する細胞の機能の解析は,加齢に伴う唾液腺の機能変化を知る上で有益となることが考えられる.加齢や疾患に伴うPAC1Rの局在変化,ならびにPACAPによる唾液分泌量の変化は未だ不明である.更に,このようなマウスにおける所見がヒト唾液腺においても同様に認められるかについても不明のままである.違いを明確にすることは唾液腺の機能について重要な情報となる.またPACAPを経鼻投与することで唾液量の亢進が確認できれば,ドライマウス治療薬としてはPACAPが有効で,その治療方法として経鼻投与法が効果的ということが確実になる.このことはドライマウス患者にとって, PACAPの経鼻投与法は簡便で適切な投与方法となり, PACAPを用いた新しいドライマウス治療法となるに違いない.唾液分泌の制御は,主に自律神経支配のもとで行われる.脳下垂体アデニ酸シクラーゼ活性化ポリペプチドは(PituitaryAadenylate Cyclase Activating Polypeptide:PACAP),ヒツジの視床下部から単離・構造決定された神経ペプチドで,現在では多数の生理機能を持つ神経ペプチドとして種々の組織に認められている.PACAPは外分泌腺の分泌亢進作用があり,これまでに涙腺における分泌亢進が報告されていることから唾液腺に注目し,PACAPを用いた唾液分泌制御について研究をした.これまでの我々の研究では,8週齢と8か月齢のC57BL/6マウス(♂)から三大唾液腺の耳下腺・顎下腺・舌下腺を採取し,PACAPレセプター(PAC1R)について免疫組織学的検討を行い局在について検討した結果,8週齢と8か月齢の三大唾液腺を比較すると,PAC1Rの免疫反応の局在には加齢に伴う明確な違いは見られなかった.本研究では,出生時1・3・5・7日齢,2・3・4・8週齢のC57/BL6マウス(♂)の耳下腺・顎下腺・舌下腺を摘出後,凍結切片作成し,抗PACAPレセプター抗体を用い,発生学的にPAC1Rの免疫反応の局在について検討を行った.耳下腺の発育は,顎下腺・舌下腺の発育より極端に遅く,腺房や導管の形成は生後7日目位から確認できたが,免疫染色での反応は弱かった.顎下腺では,生後3週目以降でPAC1Rは線条部導管と齧歯類に特徴的な構造の顆粒性導管にある柱状の細胞(pillar cell)に免疫反応が認められた.また舌下腺では,生後1日目より腺房の形成が認められ,生後7日目以降でPAC1Rの免疫反応が線条部導管に認められた.これまでの我々の研究では,8週齢と8か月齢のC57BL/6マウス(♂)から三大唾液腺(耳下腺・顎下腺・舌下腺)を採取し,PACAPレセプター(PAC1R)について免疫組織学的検討を行い局在について検討したてきた.今回の研究では出生時・1・3・5・7日齢,2・3・4・8週齢の三大唾液腺を採取し,発生学的にPAC1Rの免疫反応の局在について検討を行った.耳下腺の発育は,顎下腺・舌下腺の発育より極端に遅く,腺房や導管の形成は生後3日目位から確認できたた.顎下腺では,PAC1Rは線条部導管と顆粒性導管にある柱状の細胞に免疫反応が認められた.舌下腺では,PAC1Rの免疫反応は線条部導管に認められた.唾液分泌の制御は,主に自律神経支配のもとで行われる.下垂体アデニル酸シクラーゼ活性化

ポリペプチド(PACAP)は,ヒツジの視床下部から単離,構造決定された神経ペプチドで,多数の生理機能を持つ神経ペプチドで種々の組織に認められている.また血管作動性腸管ペプチド(VIP)もPACAPに類似した神経ペプチドで,血管拡張作用や腸液分泌刺激作用などがある.本研究では,8週齢C57BL/6マウス(♂)の大唾液腺(耳下腺,顎下腺,舌下腺)を採取し,PACAPおよびPACAPレセプター(PAC1R)とVIPレセプター(VPAC1)の局在について免疫組織学的検討を行った.PAC1Rの局在は,耳下腺においては線条部導管に,顎下腺では顆粒性導管にあるpillarcellと線条部導管に,舌下腺では線条部導管に強い免疫反応が認められた.VPAC1では,耳下腺では線条部導管に,特に導管内側面に強い免疫反応が認められた.顎下腺では顆粒性導管にあるpillarcellと線条部導管に,舌下腺では線条部導管に強い免疫反応が認められた.大唾液腺でPAC1RとVPAC1の局在には変化が見られなかった.局在が明らかになったので,PACAPおよびVIPの経鼻投与を行った結果,コントロール(生理食塩水)に比べてPACAP投与後60分で優位な唾液分泌量の亢進が認められた.この結果は,ドライマウスの治療薬,治療方法に向けての臨床応用展開への基礎研究となると考えている.現在のところ,若齢および高齢マウスの唾液腺(耳下腺,顎下腺,舌下腺)において, PAC1の局在が確認できている.局在が明らかになったので, PACAP溶液を若齢マウスに経鼻投与を行った結果,コントロール(生理食塩水)に比べて優位な唾液分泌量の亢進が認められた.この結果は,ドライマウスの治療薬,治療方法に向けての臨床応用展開への基礎研究となると考え,現在までの目標はほぼ達成されていると考えている.8週齢C57BL/6 mice(♂)を使用.マウスの耳下腺,顎下腺,舌下腺におけるPACAPおよびPAC1RとVPAC1の発現部位に関する組織学的、免疫組織学的検討した.PAC1Rの局在は,耳下腺においては線条部導管に,顎下腺では顆粒性導管にあるpillarcellと線条部導管に,舌下腺では線条部導管に強い免疫反応が認められた.VPAC1では,耳下腺では線条部導管に,特に導管内側面に強い免疫反応が認められた.顎下腺では顆粒性導管にあるpillarcellと線条部導管に,舌下腺では線条部導管に強い免疫反応が認められた.大唾液腺でPAC1RとVPAC1の局在には変化が見られなかった.局在が明らかになったので、PACAPとVIPの経鼻投与を行い,唾液分泌量の測定が出来た.また症例数は少ないが,ご遺体から採取した耳下腺,顎下腺,舌下腺についても免疫染色をも行うことができた.疾患モデルマウスを用いて,PAC1の局在の確認をし,若齢および高齢マウスの局在と比較検討を行う.PACAP鼻腔投与法による唾液分泌量の測定では,マウスの唾液量と性状解析を行うため,唾液分泌量の解析としてシルマーテストを用いて唾液分泌量を経時的に定量する.また高齢マウスで確認されている,顎下腺におけるリンパ球浸潤の解析ならびに,舌下腺線条部導管での顆粒を有する細胞の機能の解析を行う.8か月齢C57BL/6 mice(♂)と疾患モデルマウス[シェーグレンモデルマウス(MRLlpr/lpr),早老症モデルマウス(SAMP)ならびにPACAP-KOマウス]を使用し,平成23年度と同様の研究方法でPACAP,PAC1R,VPAC1の免疫染色とPACAP,VIPの経鼻投与を行い8週齢のそれらのデータと比較し,検討したい.また胎児期(16日,18日),生後0,7,14,21日のC57BL/6 miceでもPACAP,PAC1R,VPAC1の免疫染色を行い,発現段階を確認していきたい.唾液成分の生化学的解析については,唾液の無機成分並びに有機成分の動態について全反射吸収赤外分光法(ATR-FTIR),ELISA法等を用いて解析を行いたい.
メチル基転移酵素ＭＥＴＴＬ３によるｍＲＮＡのメチル化修飾機構の解明

本研究の目的は、メチル基転移酵素によるRNAのm6A修飾機構の解明である。本課題の申請後、METTL3と同様にRNAのm6A修飾を担う酵素として、METTL16が新たに同定された。そこで本課題では、METTL3とMETTL16を対比することで、RNAのm6A修飾機構の解明を試みるべく、新規のm6A修飾酵素であるMETTL16に焦点をあてた解析を進めている。METTL16は、U6 snRNAとMAT2A (SAM合成酵素) mRNAの2つが標的として知られるメチル基転移酵素であり、m6A修飾活性をもつN末端領域(MTD : Mehtyltransferase domain)と、脊椎動物において保存されるC末端領域(VCR : Vertebrate conserved region)から構成される。しかしながら、METTL16のm6A修飾活性についての先行研究は、大腸菌からヒトまで保存されるMTDに着目したものが大部分であり、VCRの役割について解析した報告はほとんどなかった。今年度は、METTL16のVCRが、m6A修飾活性へ寄与するかの検証から着手した。その結果は、METTL16のVCRが、U6 snRNAのm6A修飾を効率化することを示すものであった。そこで、METTL16によるU6snRNA特異的なm6A修飾の分子基盤を解明するために、METTL16のVCRの結晶構造を決定し、構造生物学的視点から生化学的な解析を行った。以上の結果により、METTL16のVCRはU6 snRNAと特異的に結合すること、U6 snRNA結合能依存的にm6A修飾を効率化することが明らかとなった。METTL16のVCRが、U6 snRNA特異的に結合してm6A修飾を効率化するという、これまでに報告のない機能を見出すことができたため。また、METTL16のVCRの結晶構造の決定に成功していること、現状行った生化学的な検証においては一貫した結果が得られていることから、表記のような評価とする今後は、METTL16のVCRがU6 snRNAのどの領域に結合するかを決定するために、U6 snRNAの変異体を用いた解析とRNA foot-printing assayを並行して実施する。そして、その結果をもとに、METTL16とU6 snRNAの複合体結晶構造の決定も試みる。また、METTL16のVCRが、細胞内においても実際にU6 snRNAのm6A修飾の効率化を担うかどうかを分子生物学的に検証したうえで、その生物学的な役割を模索する。
抱き締め型身体ホルダを備えた超小型簡易式移乗器具の研究と試作

平成22年現在,「本格的な高齢社会」である日本は,介護者不足により介護者一人当たりの負担が大きく,腰痛が当たり前の状態である.老老介護のように介護者の力が弱い在宅介護の問題も存在する.そこで,特に負担の大きい移乗作業を助ける器具を開発することを目的とした.過去の研究成果を踏まえ,簡易型の立位移乗支援器具に被介護者の器具からの脱落を防ぐ抱き締め型身体ホルダを付加し,作業手順が簡便となるようにデザインした.器具は,円弧型で地面を転がる接地部から身体を支える主柱が伸び,上端に腹当てが設けてある.腹当ての左右には被介護者の腋と背を支える抱き締め腕が軸支され,人間の腕で抱き締めるように身体を包み体型に合わせて身体を支えることができる.抱き締め腕には介護者が操作するハンドルが設けられ,抱き締め操作と抱き起こし操作を一つのハンドルで行うことができ,操作が簡便である.器具を容易に運搬するため,3DCADによる強度解析で安全性を確認しながら軽量化を行い,約2.5kgの器具を試作した.市販される簡易式立位移乗支援器具に比べ5分の1程度の重量である.体重620Nの健常男性を被験者に行った抱き上げ実験の結果,腋部や背当て部で局所的に圧力分布測定機の定格3N/cm^2を超す接触圧が検出されたが,聞き取りの結果,強い痛みは感じないことが分かった.抱き起こし操作に要する力は,ハンドル部で最大65N,ペダル部で最大315Nである.抱き起こした後は,車椅子などに方向を変えて抱き下ろし,移乗ができることを確認した.器具を用いない対面型の移乗介助に比べ,介護者の足腰の負担を450N軽減し,姿勢などから推定した腰関節モーメントを100Nm軽減することが分かった.平成22年現在,「本格的な高齢社会」である日本は,介護者不足により介護者一人当たりの負担が大きく,腰痛が当たり前の状態である.老老介護のように介護者の力が弱い在宅介護の問題も存在する.そこで,特に負担の大きい移乗作業を助ける器具を開発することを目的とした.過去の研究成果を踏まえ,簡易型の立位移乗支援器具に被介護者の器具からの脱落を防ぐ抱き締め型身体ホルダを付加し,作業手順が簡便となるようにデザインした.器具は,円弧型で地面を転がる接地部から身体を支える主柱が伸び,上端に腹当てが設けてある.腹当ての左右には被介護者の腋と背を支える抱き締め腕が軸支され,人間の腕で抱き締めるように身体を包み体型に合わせて身体を支えることができる.抱き締め腕には介護者が操作するハンドルが設けられ,抱き締め操作と抱き起こし操作を一つのハンドルで行うことができ,操作が簡便である.器具を容易に運搬するため,3DCADによる強度解析で安全性を確認しながら軽量化を行い,約2.5kgの器具を試作した.市販される簡易式立位移乗支援器具に比べ5分の1程度の重量である.体重620Nの健常男性を被験者に行った抱き上げ実験の結果,腋部や背当て部で局所的に圧力分布測定機の定格3N/cm^2を超す接触圧が検出されたが,聞き取りの結果,強い痛みは感じないことが分かった.抱き起こし操作に要する力は,ハンドル部で最大65N,ペダル部で最大315Nである.抱き起こした後は,車椅子などに方向を変えて抱き下ろし,移乗ができることを確認した.器具を用いない対面型の移乗介助に比べ,介護者の足腰の負担を450N軽減し,姿勢などから推定した腰関節モーメントを100Nm軽減することが分かった.
転写因子の代謝と転写調節

カルパインは転写因子の量の調節を通じて転写を制御すると考えられる。しかし、種々の細胞状況におけるカルパインの量的な変動は明らかでない。ここでは、カルパインの正確な定量を行なうため、PCRを用いてmRNAを定量する方法を開発した。プライマーや種々の条件を検討しノーザン分析と同程度の正確さを持ち、1pgから1fgのcDNAを検出定量する系を確立した。この方法と通常のNorthernブロット法を併用してカルパインの定量を行なった。1)MEL細胞をDMSOで分化させたとき、筋肉特異的で核に存在するp94は細胞分化の最終段階で発現し、p94が筋肉細胞の分化だけでなく、種々の細胞の分化の時にも機能することが示唆された。2)表皮角化細胞をカルシウムで分化させ、この過程におけるカルパインの発現を観察した。カルシウムを培地に添加して分化を誘導すると、m-カルパイン量は著しい増加したが、μ-カルパイン、阻害蛋白カルパスタチンの量は殆ど変化しなかった。3)HeLa細胞、ラット3Y1細胞をTPAで刺激すると、m-カルパインの量は刺激後8時間で最大となったが、μ-カルパイン、カルパスタチンの量には著しい変化は見られなかった。これらの結果は、細胞分化の際にカルパインの発現が変化し、分化を調節していることを示唆する。特に、mとμカルパインがTPAに対し異なった反応を示すことは刺激応答に対する両者の機能の差を示し、μ-カルパインはハウスキーピングな機能を、m-カルパインは刺激に応答し、その量を変化させて機能することが明らかになった。m-カルパイン遺伝子はTPAに応答性のTRE配列を持つので、TPAに応答しても不思議ではなく、引続き、m-カルパインの機能の詳細を検討している。
教育工学分野における国際教育協力評価のベンチマーク開発に関する研究

本研究は、教育工学分野を中心に、国際教育協力の評価をどの様にして客観化するかという観点から、具体的な評価のベンチマーク指標等を開発するための基礎研究を行った。国際教育協力プロジェクトの評価項目のうち、評価が困難なものは社会的インパクト、あるいは外部効果である。たとえば教育・訓練プロジェクトにみられる社会的収益率の計算はこれらの評価法の一つであるが、必ずしも必要なデータの収集が容易ではない。このように、測定が困難な教育・訓練の外部効果を測定する方法の一つとして、支払い意志額を尋ねる手法を用いて分析した。短期研修の価値を個人の支払い意志額で計った例では、教育・訓練を受けたものが講演、執筆、コンサルテーションなど様々な形で教育・訓練の成果としての知識を伝達していることを総合すると、費用に十分見合う社会的効果をあげていることを示した。国際教育協力の効果としてはアウトカムやインパクトが重要であると言われている。しかし、アウトカムやインパクトがプロジェクトによって発現したかどうかは自明ではなく、効果発現にいたる道筋を明確にすることが評価の重要である。評価の中で、この仮定された道筋が正しかったかどうかの因果モデルの検討が重要である。そこで、理論的なモデルに基づいた効果分析が重要となる。さらに、インパクトは発現するのに時間がかかるところから、インパクトに至る中間指標を上手に探して用いることが評価分析上必要となる。例として、インドネシアの中等理数科プロジェクトの効果分析では学力へ至るまでの中間指標として、他者から学ぶ姿勢、授業への積極的参加、勉強に対する興味関心などを測定し、共分散構造モデルを用いてプロジェクトの効果を分析した。また、授業評価分析では、学力に至るまでの中間指標として満足度を取り上げ、授業の様々な工夫が満足度をどの程度変化させるかのモデルを構築することによってこれらの分析が有効なことを示した。国際教育協力はその目的の一つが人道的な動機によるものだとしても、協力の効果についての評価をしないで済むというものではない。本研究は、教育工学分野での国際教育協力の評価をどの様にして客観化するかという観点から、具体的な評価のベンチマーク指標を開発するための基礎研究を行い、具体的な開発につなげていく。本年度は研究計画の初年度として、我が国を始め、世界各援助機関の協力について、できるだけ多くの評価報告書を収集、分析し、ベンチマーク指標開発の指針を得る事によって、理論的な知見、経験的な分析を合わせて、理論にも合致して漏れがなく、しかも実際的にも適応可能な評価視点の案が構成できる。それらの評価視点を、評点化するために、どのような記述的な説明が必要かについての検討が必要となる。プロジェクトの評価項目のうち、評価が困難なものは社会的インパクト、あるいは外部効果である。このように、測定が困難な教育・訓練の外部効果を測定する方法の一つとして、支払い意志額を尋ねる手法がある。短期研修の価値を個人の支払い意志額で計った例では、教育・訓練を受けたものが講演、執筆、コンサルテーションなど様々な形で教育・訓練の成果としての知識を伝達していることを総合すると、費用に十分見合う社会的効果をあげていることがわかった。国際協力案件評価に関する情報を最も多く含んでいるのはいうまでもなく評価報告書である。しかし、そこに書き込まれている情報は、精粗様々である。これらを上手に2次分析することができれば貴重な情報を得ることができる。そこで、報告書を複数の評定者が評価観点別にレイティングを行い、それを統計処理する事によって、その結果を、真の値と評定者の評価傾向に分割する事によって、評定者による評価バイアスを取り除く手法を考えた。

また、一連の作業を通して、評価観点の整理も行った。評価の客観性を担保するため、プロジェクトとは無縁な第三者がプロジェクトの成果を評価すべきであるという考え方は強い。しかし、そのような第三者はプロジェクトの内容について熟知しているわけではない。また、評価者は評価内容と評価手法のそれぞれにある程度の専門性がなければならない。評価すべき案件の数の多さを考えれば、第三者がすべてのプロジェクトを直接評価することは不可能である。現実問題としてはプロジェクト関係者が自己評価を行い、それを複数の第三者が2次評価するのが現実的である。そこで、評定者がすべての評価対象を評定できないようなデータに対して、複数の評定者が評価観点別にレイティングを行い、それを分散分析モデルにより統計処理し、評価結果を真の値と評定者の評価傾向に分割する事によって、評定者による評価バイアスを取り除く手法を開発した。さらに精度の高い分析を行うため、因子分析モデルの適用も試みた。これらの分析の結果、効果的な組織的欠損を組ませることによって精度良く、効果的に大規模データを評価できるデザインを示した。さらに、評価デザインとして、評定対象を全て評定者が評定できないような場合には、評定者に対して共通評定者の割合を増やすような評定集団を作成することが効果的であることを示した。また、評価モデルとしては評定基準の個人差のみならず、評定傾向を認めたモデルが組織的欠損値を含む評価データにおいても妥当性が最も高いことが確認された。これはデータが揃わずに組織的に欠損させているような評価デザインであっても、パラメタの数を増やしたモデルの方が適切であることを意味する。以上により実際の採点値をそのまま分析するのではなく、共通尺度上で表わされた評価得点によって分析することの重要性を明らかにした。・政府開発援助に関する評価は、現在では事前、中間、終了時、事後と時系列的に行われている。それらを総計すれば、国際協力機構、国際協力銀行分だけで少なくとも年間500件は下らないと推定される。これだけの数の評価を外部評価として行うことは現実的ではない。案件関係者が内部評価として行うのが現実的である。そこで問題になるのが透明性である。透明性を高めるには一定のフォーマットに基づいて評価を行うと同時に、評価結果をレビューする外部からの2次評価が必要である。2次評価の方法論は確立された物はない。昨年度の研究成果に基づき、調査票を改善して、よりフィージブルで明確な2次評価の方法論の開発を行った。・評価の中でこれまで十分な蓄積がなかった分野に短期研修の評価がある。学士号、修士号、博士号などの学位を取得するような長期の教育・研修では、学歴別賃金格差をその上位学歴の効果と見なし分析する事が可能である。しかし、短期研修の場合、単に修了書がもらえるだけで、学歴のように目に見える成果がないのが通常である。
糖ペプチドを含有する大・中分子の合成を指向した革新的合成触媒の開発

1.N-(OH)-α-アミノ酸の不斉合成:(1)マイケル反応に安息香酸を添加するとeeが飛躍的に向上することを見出し、計算化学手法を用いて反応機構も解明した。(2)SEMONH2付加体を用いてN-(OH)アスパラギン酸の不斉合成に成功した。キラルなα-ケト-β-アミノ酸との反応では、ラセミ化を伴わずにペプチド合成に適用できた。(3) t-BuOOHを用いることでα-ケト酸と単純アミンからアミドを合成できることを見出した。本法は酸化剤を変更することでエステル化にも展開した。2.ペプチド合成:ボロン酸、チオ尿素、求核基を同一分子内に持つボロン酸触媒の合成ルートを探索し、多様な官能基を持つ触媒の新合成法を確立した。また、種々のオルト置換ボロン酸でアミド化反応を検討し、アルキニル基の導入などで触媒活性が向上することを見出した。3.O-およびN-グリコシド化:(1) OTfを有する糖受容体と1,2-ジオール糖供与体のO-アルキル化に有効な新規ボリン酸触媒を開発し、α-1,6-グリコシド体を完全なα-選択性で得ることに成功した。(2) 2-O-Bz-グルコースへのペプチド導入を検討し、チオウレア触媒とアゾリウム塩から成る2元触媒により予想外のオルトアミド体が得られ、2-ヨードベンゾイミダゾール・HOTf複合触媒を用いることで所望のβ-N-グリコシド体の立体選択的合成に成功した。さらに独自で開発したイミノヨージナン試薬をガラクタールと反応させることで、C1とC2にアルコールとアミノ基を位置および立体選択的に導入できる光励起型糖修飾反応を開発した。4.市販の出発原料からAvenaolのラセミ全合成を達成した。鍵となるエノールと4-ハロブテノリドとのアセタール形成は既知条件(K2CO3)を適用したため予想通り低い選択性であった。現在、この点を改善するためにキラル触媒を用いて検討している。(1)N-(OR)-α-アミノ酸の不斉合成:(a)鍵反応である不斉マイケル付加の反応機構を解明することで、添加剤による選択性の飛躍的な向上を達成した。(b)当初の目標であるN-(OH)-アスパラギン酸の初の不斉合成とKAHA法への適用を実現できた。(c)α-ケト酸、アミン、当量のt-BuOOHを用いることで、KAHA法の欠点であるヒドロキシルアミンの使用を回避できる実用的なアミド化反応を開発した。この方法論の発見により本課題が大きく進展し、キラルなα-ケト-β-アミノ酸の不斉合成の必要性が増した。今後は、β-(NHOH)-とβ-(NHBoc)-α-ケト酸の不斉合成に取り組むが、後者に関しては、すでにイミンとシアノ酢酸誘導体のMannich反応で目的物が良好な選択性で得られることを明らかにしている。(2)ペプチド合成触媒:分子内に求核部位を持つボロン酸触媒の新合成法を確立できたので、チオールを始め種々の官能基の触媒効果を検討できる。また触媒作用の異なるオルト置換ボロン酸を用いた活性試験から、アルキニル基の導入でアミド化の触媒活性が向上するなど興味深い知見を見出しており、今後の研究見通しがついた。(3)グリコシド化:今期の検討で、糖受容体水酸基を脱離基に変換する必要はあるものの、1,2-ジオール糖供与体のアノマー位O-アルキル化を触媒的かつα-選択的に行える触媒、トリペプチドのN-グリコシド化を可能にする触媒、ガラクタールからガラクトサミンを立体選択的に合成する光励起試薬を開発できたので、触媒を用いたオリゴ糖類の逐次合成への道が拓けた。(4)Avenaolの全合成:ラセミ合成が完了したので、残る課題はエノールと4-ハロブテノリドのアセタール化の立体選択性を向上させることである。既に有望なキラル触媒を幾つか見出しており、構造最適化を行うことで立体制御は可能と考えている。(1)α-ケトカルボン酸を用いたペプチド連結:t-BuOOHを用いた酸化的アミド化をキラルなアミノ酸等価体に適用しエピメリ化の抑制も含めて精査し、さらに本手法をバッチから固相やフロー合成に展開し実用性を追求する。β-(NHBoc)基およびβ-(NHOH)基をそれぞれ有するα-ケト酸の触媒的不斉合成を目指し、Mannich反応や極性転換型アミノ化反応などを検討する。(2)触媒的ペプチド合成:様々な機能性官能基を持つボロン酸およびgem-ジボロン酸触媒を合成し、触媒的アミド化反応の触媒活性を調べる。その中で活性の高い触媒についてはペプチド形成反応に適用するとともに、構造最適化の指標となる反応中間体の同定と反応機構の解明を行い、触媒活性を飛躍的に向上させる構造因子を探索する。(3)O-グリコシル化反応:ガラクトースやマンノースの1,2-ジオール体に対してO-アルキル化反応を適用する。特にガラクトースは位置選択性の低下が懸念されるので、新規触媒の合成と合わせて検討する。またO-アルキル化を1,2,6-無保護糖に応用しα-1,6-オリゴ糖ならびに分岐オリゴ糖合成に展開する。(4)N-グリコシル化

反応:2元触媒を2-O-Bn-グルコース誘導体に応用しα-N-グリコシド体の合成に挑戦する。2-ヨードベンゾイミダゾール・TfOH錯体を用いたグリカール(およびガラクタール)へのアミド導入を検討し、合成困難な2-デオキシ-N-グリコシド体を100%の原子効率で合成できる画期的な触媒反応を開発する。(5)配糖誘導体の合成:Avenaolの立体選択的アセタール化に有効なキラル触媒を継続して探索し、dr = 9:1以上を目指すとともに、開発した不斉触媒反応をラセミ中間体に適用し、アベナオールの不斉合成を検討する。また、アミノ酸や糖を含有する天然物の全合成と天然物や医薬品への糖鎖導入法を開発する。アミノ酸や糖から構成される中分子化合物やバイオ医薬品を精密合成できる“合成触媒"を独自で開発し、触媒先導型の合成手法の確立を目指す。平成28年度は、下記の4課題に焦点をあてて検討した。1.KAHAペプチド延長法に適用できるN-(OR)-アミノ酸誘導体の触媒的不斉合成を目指して、種々のキラルなボロン酸触媒の合成とBnONH2を求核剤に用いた不飽和カルボン酸への触媒的不斉アザマイケル反応を精査し、(1)β3-アミノ酸合成では、p-ニトロフェニルチオ尿素と第3級アミノ基を有するアリールボロン酸が活性と選択性の面で最適であることを見出し、所望のマイケル付加体を70-98% eeで得た。(2)上記の知見をα-アミノ酸合成に応用するため、フマル酸モノエステルに適用し、所望のN-OBn-アスパラギン酸を90% eeで合成することに初めて成功した。(3)本付加反応をβ2-アミノ酸合成に展開すべくα-置換不飽和カルボン酸に適用し、選択性は50% eeと中程度ではあるが、反応は定量的に進行した。2.縮合剤を用いない触媒的ペプチド合成:チオール基を有するボロン酸触媒の合成を検討し、まだ最終化合物には到達していないが、1-mercapt-2-ethanolからチオイソシアナートを経由したキラルなシクロヘキシルジアミンとの反応でチオ尿素体の合成に成功した。3.1,2-ジヒドロキシ糖供与体と糖受容体とのグリコシド化:前述のアミノボロン酸や電子不足なボロン酸では全く触媒活性を示さなかったが、o-位にカルボキシ基を有するフェニルボロン酸と3価フェロセンボロン酸によりグリコシル化が促進することを初めて見出した。4.ペプチド含有中分子天然物の全合成:生物活性化合物に含まれる種々のアミノ酸の不斉合成法を開発し、それらを効率的に連結させて多剤耐性結核菌に有効なCPZEN-45の初の全合成に成功した。1.N-(OR)-α-アミノ酸の不斉合成は、Bode教授によってホモセリンとセリン誘導体のジアステレオ選択的な不斉合成が報告されているのみである。我々は、ヒドロキシルアミン類の不飽和カルボン酸への不斉アザマイケル反応に有効なキラルボロン酸触媒の開発に初めて成功し、90% eeを越える選択性でN-(OBn)-β3-アミノ酸の不斉合成法を確立した。さらに、N-(OR)-β2-アミノ酸の不斉合成への可能性を見出すとともに、所望のN-OBn-アスパラギン酸の不斉合成にも世界で初めて成功した。2.当量の縮合剤を用いずに、2つのアミノ酸を温和な条件下で脱水縮合してペプチドを合成する人工触媒の開発は未だ発展途上の研究課題である。我々は、チオール基、チオ尿素、第3級アミノ基を同一分子内に有する新型ボロン酸触媒の合成を検討し、1-mercapt-2-ethanolとキラルなシクロヘキシルジアミンからチオ尿素体の合成に成功した。未だ最終目的化合物には到達していないが、種々のアリールボロン酸アルデヒドとの還元的なカップリング反応を見出し、多機能ボロン酸触媒合成への道を拓いた。
サービスコンピューティングにおける品質・価格格差是正のための実行制御

サービス連携におけるサービス選択の直感的なモデルは,提供者が価格・品質を提示し,利用者が制約を満たすようにサービスを選択するという逆オークション的なモデルである.しかしこの方法は,安定的な価格決定がなされず,最終的にサービス利用者の不利益につながることがある.そこで本研究では,VCGメカニズムを応用した価格決定手法を提案するとともに,動的計画法を拡張することで,価格決定を効率よく行うアルゴリズムを提案した.本研究は,サービスコンピューティングにおけるサービス連携を行う際に,特定のサービス提供者がフリーライダーとして不当に利益を得ることを防ぐ機構の実現を目指すものである.本年度は,サービス連携において戦略的操作不可能(strategy-proof)な利益配分メカニズムと,その実現アルゴリズムを提案した.戦略的操作不可能なメカニズムとして,VCGメカニズムが知られており,その理論的性質は広く研究されているが,実現にあたってはその計算量が課題となる.そこで本研究では,動的計画法を拡張したアルゴリズムによって,戦略的操作不可能性を保ちながら,効率的に利益配分を計算する手法を提案した.実験的評価によって,提案手法が単純な動的計画法の適用と比較して大幅に高速であること,また実用上十分な規模のサービス連携に対して適用可能であることを示した.この成果は,サービスコンピューティング分野における主要な国際会議の一つであるServices Computing Conference (SCC 2013)に採録が決定している.さらに,価格決定及び利益配分方式の理論的性質と実性能を一般的に確認するため,サービス利用者がサービス要求を提示し、複数のサービス提供者が価格と共に自らのサービスを提示するシミュレーションフレームワークを開発した.このシミュレーションフレームワーク上では,ユーザが任意のサービス利用者・サービス提供者の戦略,及び利益配分の制度(メカニズム)を設定できる.これにより、サービス利用者・サービス提供者の戦略や,利益配分の制度が、価格決定にどのような影響を与えるかを分析することを可能とする.前述の利益配分アルゴリズムの評価は,このフレームワークを用いて行われたものである.サービス連携におけるサービス選択の直感的なモデルは,提供者が価格・品質を提示し,利用者が制約を満たすようにサービスを選択するという逆オークション的なモデルである.しかしこの方法は,安定的な価格決定がなされず,最終的にサービス利用者の不利益につながることがある.そこで本研究では,VCGメカニズムを応用した価格決定手法を提案するとともに,動的計画法を拡張することで,価格決定を効率よく行うアルゴリズムを提案した.クラウドコンピューティング環境においては,柔軟な計算機リソースの配分が可能である.そのためサービス提供者は,市場の状況に応じて,サービスの価格ばかりでなく品質(=割り当てる計算機リソース,コスト)も調節できる.サービスを連携させて使用するユーザは,上限価格と下限品質を定め,それらの制約を満たすサービスの組み合わせを選択する.しかし,複合サービスの価格と品質はその全体で計られることから,一部のサービス提供者が低品質かつ高価格なサービスを提供し,大きな利益を得るフリーライダーとなり得る.一方で,全てのサービス提供者が低品質かつ高価格に設定すると,複合サービス全体の価格と品質の制約を満たせなくなり,利益が全く得られなくなる.本研究では,ユーザによるサービス提供者への利益配分によって,利己的な価格・品質の決定を防ぎ,長期的にユーザの利得が向上させる機構の実現に取り組んだ.このため,サービス連携の価格・要求のシミュレーションフレームワークを実現し,マルチエージェントシミュレーションによって,様々な価格・品質の決定戦略を持つサービス提供者に対して,ユーザが長期的に利得を向上できることを示すことを試みた.初めに協調的な価格・品質の決定のインセンティブを与える利益配分モデルを定義し,様々な戦略を持つエージェントを配置した上で,ユーザ及びサービス提供者の利益を調べた.その結果,サービス提供者の利得の総計は変化がない一方で,長期的にはユーザの利得が向上することが確認できた.研究実施計画では,初年度にサービス連携におけるモデルとアルゴリズムの設計を予定していた.サービス連携における利益配分シミュレーションフレームワークが実現されており,このフレームワークを用いて提案した利益配分モデルとアルゴリズムが期待した性質を示すことを確認できていることから,おおよそ予定通りの結果が達成されていると言える.初年度の成果として得られた利益配分モデルとアルゴリズムを,実システム上で実現することを目的とする.申請時の計画に記入の通り,研究代表者がこれまで参加していた研究プロジェクトの成果物であるサービス連携プラットフォームを拡張し,提案する利益配分モデルとアルゴリズムを組み込むことによって実現する.成果発表のため,国際会議発表の参加費・旅費を計上する.また開発した利益配分モデルとアルゴリズムの実装を,シミュレーションフレームワークとしてではなく,サービス連携プラットフォームの一機能として公開するため,頑健性テストツールを含む追加開発の環境を用意する.
生体分子組織性ポリマーによる細胞機能制御とその医用デバイス化

リン脂質高分子を医用高分子材料としての性質を満足させる観点から分子設計し、重合性、安定性、加工性、安全性あるいは汎用性と血液適合性を併せ持つポリマーを合成した。すなわち、リン脂質極性基を有するメタクリル酸エステル、2-メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン(MPC)を一成分とする共重合体の合成と機能評価を行った。ポリマーが血液と接触した際、Poly(BMA)では表面でフィブリンが析出しフィブリンネットが全体を覆い、これに多数の赤血球が捕捉されていた。一方、Poly(MPC-co-BMA)ではフィブリンの析出は完全に抑制されていることが明らかとなった。ポリマーに血漿を接触させた場合のリン脂質の吸着量を調べるとMPC組成の増加に伴いリン脂質吸着量の増加が認められる。これに対して血漿タンパク質の吸着量はMPC組成の増加に伴い減少する傾向となった。この結果はMPC共重合体とタンパク質との相互作用が極めて弱いことを強く表わしている。MPC共重合体の表面に存在するホスホリルコリン残基は血液中に存在するリン脂質分子に対して強い親和性を持つ。一方、MPC共重合体表面の血漿タンパク質に対する相互作用力は弱いために、血液中からはリン脂質が優先してMPC共重合体表面に吸着し、吸着層を形成する。リン脂質分子はMPC部位の助けを借りることにより組織化吸着層を形成すると考えられる。表面が血管内皮表面に類似した構造となるために血液細胞の粘着、活性化あるいは凝集を防ぐと考えられる。MPC共重合体の血液適合性発現には血液中に存在するリン脂質の吸着が重要であると結論できた。MPC共重合体の医用デバイスへの応用については血液浄化材(人工腎臓、血漿分離器、補助人工肝臓)、センサー被覆膜(人工膵臓)、タンパク質吸着防止材(コンタクトレンズ、人工肺)、薬物放出制御膜などを検討した。
撃力刺激に対する細胞応答の超広時間スケールダイナミクス解析

近年,生体への機械的作用を明らかにし,疾患の理解や医療への応用を目指す研究が盛んになされています.本研究では,瞬間的な力学刺激が細胞に対してどのような影響を与えるのかを調査するため,撃力負荷システムを開発しました.細胞は,ナノ秒レーザーにて加速されたカンチレバーによって,ナノメートル・マイクロ秒のスケールの変位を与えられます.また細胞応答を,カルシウムイメージングにて観察可能な系を実現しました.本研究では,生体内に発生した撃力が人体にどのような効果を与えるのか,培養細胞に対する撃力負荷により詳細に検証することを目的としている.そのためには瞬間的に力学作用を与える撃力負荷実験系,および細胞応答を解析する広時間域観察系が必要となる.後者の広時間領域観察系に必要となる高速度撮影手法(Sequentially Timed All-optical Mapping Photography)やタイムラプスイメージング法は既存の手法となるため,本年度は短パルスレーザによる撃力負荷実験系の構築に重点をおき,研究を進めた.本研究では細胞の持つ粘弾性に着目し,撃力,すなわち高周波力学作用を及ぼす場合,その与えられる効果は低周波の際に比べ小さいだろう,という仮説の検証を進めている.具体的には,1 Hzで行われているメカニカルストレッチでは細胞と同スケールの伸縮を与えているのに対し,本研究では10の6乗ほど高い周波数成分を持つ刺激をナノメートルの変位で加える.そのために,原子間力顕微鏡のカンチレバーを2台のパルスレーザで制御するという新しい手法を考案・開発した.一方のレーザでカンチレバーを駆動し,もう一方のレーザを逆から照射することでカンチレバーの運動をキャンセルする.これにより,4マイクロ秒という短時間だけカンチレバーにより変位を与えることができる実験系が実現された.このような高い高周波成分を持つ力学的刺激を制御性良く負荷できる実験系はこれまで報告されておらず,細胞へのメカニカルストレスに対する応答を研究する新しい実験系を手に入れたことを意味する.一方,刺激に対する細胞応答を可視化するための広時間域観察系のため,微分干渉によるイメージング系を構築中であり,撃力負荷系と組み合わせることでこれまで観察されていない応力波伝播のリアルタイムイメージングの実現が期待される.本研究で開発するものは大きく,「細胞に対する撃力負荷実験系」および「細胞応答を捉える広時間領域観察系」の二つに分けられる.本年度初めの段階では研究の進めやすさから後者の観察系を先に取り組もうと予定していたが,本研究に従事する学生の配属と本研究の新規性を考慮し,前者の撃力負荷実験系に先に取り組むことにした.昨年度で本年度に開発しようとしていた撃力負荷実験系の開発はおおよそ終わっており,また光学系の組み込みにも既に取り掛かっているため,全体としては予定した程度の進捗が得られていると考えている.本研究では,瞬間的な刺激に対する細胞応答を調べるためのシステム開発およびその応答解析を行った.細胞への刺激を行うシステムは,細胞に応力を加えるカンチレバー,カンチレバーを瞬間的に駆動するパルスレーザで構成される.カンチレバーの長さを変えることで,数マイクロ秒から数百マイクロ秒の時間スケールにおける,ナノメートルオーダーの刺激を加えることが可能である.また,光てこ計測系が組み込まれており,現在のシステムでは27ナノメートルの分解能で微小変位が計測可能である.細胞のディッシュには細胞とカンチレバーの距離を調整するピエゾステージ,温度を37度に保つ恒温器も組み込んである.また,この系に蛍光観察を行うためのイメージングシステムも導入し,ダイナミックな細胞応答を観察することを可能とした.開発したシステムを用い,細胞への撃力負荷実験を行った.細胞にはHeLaを用いた.加えた刺激は変位300nm,瞬時周波数430kHzとした.刺激直後,一般的なメカニカルストレスに対する細胞応答としてよく見られる細胞内カルシウムイオン濃度の上昇が確認された.その後,およそ10秒後に細胞内カルシウムイオン濃度は減少し,一度オーバーシュートしたあとベースへと戻った.この結果から,300ナノメートルという微小な変位においても,その刺激が極めて高速であれば細胞が応答することが確認された.一方で,カルシウムイオン濃度の減少の時間スケールがこれまで報告されているものに比べ早く,既存のメカニカルストレス応答がそのまま撃力刺激による細胞応答に相当するか否かはより詳細な検討が必要である.本研究で開発した,細胞に対して撃力刺激を負荷し,細胞応答をモニタリングするシステムにより,細胞変形が微小でも瞬間的であれば応答することが示された.今後,再生医療における細胞刺激のツールとして研究開発を続ける予定である.近年,生体への機械的作用を明らかにし,疾患の理解や医療への応用を目指す研究が盛んになされています.本研究では,瞬間的な力学刺激が細胞に対してどのような影響を与えるのかを調査するため,撃力負荷システムを開発しました.細胞は,ナノ秒レーザーにて加速されたカンチレバーによって,ナノメートル・マイクロ秒のスケールの変位を与えられます.また細胞応答を,カルシウムイメージングにて観察可能な系を実現しました.本年度は撃力負荷実験系に広時間領域観察系を組み込んでゆく.イメージングとしては微分干渉法を組み込む予定であるが,シグナル伝達など電気生理的な応答を観察するために蛍光計測を行うことも検討している.実験系が構築された後,基礎評価としてゲルを用いた撃力負荷実験を行い,開発したシステムの定量的評価を行う.その上で,培養細胞への撃力負荷実験へと進んでゆく予定である.28年度が最終年度であるため、記入しない。医用工学,光工学,精密工学28年度が最終年度であるため、記入しない。