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北欧における職業能力の開発・育成と新しい徒弟教育・訓練の効果に関する研究

北欧における若者の職業能力の育成は1990年頃から、中世から存在していた徒弟的修行を現代的にアレンジして採用されるようになった。国によってその採用形式は異なっているが、職業現場で職業能力の育成を行う点では共通性が見られる。また、企業などの訓練現場と生徒(学校)との間を仲介するコーディネーターが重要な枠割を果たしており、訓練生を受け入れる企業側も求人の必要性を背景に丁寧に訓練に対応していた。行政機関も補助金などを利用して訓練の後押しをしており、業界団体が訓練の質を担保するために基準を設けるなどの努力をするなど、産業界、教育機関、行政機関などが緊密に連携、協力をしていることが明らかになった。平成26年度は、わが国の若者就業支援政策についての諸施策と問題点や課題等について三宅章介を中心に問題点、課題等を整理した。新井吾朗はその問題点、課題などに対し、職業能力開発研究の専門家としての立場から資格認定の手続きなどを整理した。他方、沼口博、横山悦生、篠田武司はそれぞれ、フィンランド、スウェーデン、ノルウェーにおける若者を対象とする職業能力開発、育成、特に新しい徒弟教育・訓練等に関する制度及び政策を中心に調査し、資料収集を行った。同時に収集した情報を共同研究者および研究協力者と共有し、北欧3か国の職業教育政策、制度について、関係諸機関や専門家、研究者への聞き取りを実施した。沼口と横山は「北欧における新たな職業教育・訓練制度の試みについてースウェーデン・デンマーク・フィンランドの調査からー」(日本産業教育学会第55回大会)でフィンランドとスウェーデンの改革動向を明らかにしている。また篠田は「ワーク・ファミリー・バランスからみるスウェーデン・モデル」で同じくスウェーデンの動向について紹介している。以上のような国内調査と海外(北欧)調査を実施した。今年度はスウェーデンとノルウェーにおける後期中等教育段階における徒弟訓練実態と学校での学習との関係を中心に調査、研究を行った。またフィンランドでは後期中等教育後の職業教育・訓練の実態について調査を行った。まず、スウェーデンとノルウェーにおける徒弟訓練については、基本的にスウェーデンの場合、あくまで後期中等教育に在学しつつ学校外の企業に徒弟訓練に従事しており、責任は全て学校側にある(生徒として保護される)と言うスタンスに比べ、ノルウェーでは2+2という制度から前期の2年間は学校で理論と実技の訓練、後期の2年間は学校からまったく離れて職業現場で徒弟訓練に臨むと言うことであった。そのためにノールウェーでは賃金が支払われる(3年目の前半は約35%、後半は45%、4年目の前半は55%、後半は75%の正規労働者の賃金)と言うことであった。学生としてではなく半分は社会人として徒弟訓練に臨むことになり、スウェーデンのように学生としての身分はなくなるということであった。こうした違いの半面で、生徒と職業現場を調整する仲介組織が両国には存在していて、スウェーデンでは学校にコーディネーターがいて、徒弟訓練の現場と生徒間の調整を行っているということであった。ノールウェーではトレイニング・センターという民間のセンターがこうした機能を果たしており、職業能力を確実につけるために調整をしており、教育・訓練に熱心に取り組み企業であるか否かもチェックしていると言うことであった。さらにノールウェーでは後継者を必要とする企業がこうした徒弟訓練に熱心に取り組んでおり、上手くマッチすれば徒弟訓練修了者をそのまま雇用することもあると言うことであった。社会的なニーズと若者のニーズを一致させるための期間としての調整機関が重要な要となっていることが理解できた。北欧各国の教育制度上の差異についての概観は前年度行ったが、今年度は徒弟訓練の実態の違いについてスウェーデンとノールウェーの実態を明らかにすることが出来た。いずれの国でも調整機関や調整役の存在が大きいことが分った。残るはデンマークとフィンランドにおける状況を明らかにすることであり、他方、こうした徒弟訓練が上手く機能している地域は限られていることもその共通点となっているように思われる。徒弟訓練が上手く機能する地域特性や地域の産業構造、人々の職業観などの検討が必要かと思われる。昨年度(この3年間)までに明らかになったことは、北欧諸国では新しい徒弟訓練(New Apprenticeship)を1990年代から採用し始めたが、その成功の理由を具体的に見てみると、職場で学ぶことによる生徒の動機づけの強さ、訓練する企業等と訓練を受ける生徒との間を調整する機関や調整者(コーディネーター)の存在、企業側のニーズの強さ(後継者あるいは新人が欲しいという)、学校側からのサポートの在り方、熟練や一定の蓄積が必要とされる職業(特に製造業など)に対する社会的評価が高い地域的特性の存在などがあることが明らかになった。しかし反面で、上記のような地域的な特性が存在しないところでは徒弟訓練にどちらかといえば否定的で、高等教育機関への進学志向が強くなる傾向がある。それに対応する意味で、高等職業教育機関の新設や学科の増設など新しいタイプの高等教育機関(University of Applied Science)が増えてきていることもわかった。これらの高等教育機関は企業との結びつきも強く、企業ニーズに沿った教育、訓練が可能なことがその増加の要因の一つと考えられる。労働市場のニーズに対応した訓練が徒弟訓練という形で導入されてきていることが良く分かった。企業と訓練対象者の関係やその間に入るコーディネーターなどの仲介者の役割などについて。今後さらに詳しく追究していく必要があるものと思われる。また地域的な特性についても、なぜそのような地域的特性が生じたのかを歴史的にも振り返ってみる必要がありそうだ。

北欧諸国の学校教育機関、労働関係機関及び徒弟訓練に熱心な企業、訓練生などへの聞き取りが順調に進んでいる。他方で徒弟訓練が上手くいっていない理由について、学校関係者や企業側、労働関係機関への聞き取りについて手を付けられていないので、その点が今後の課題だと思われる。4年間(2014年度から2017年度まで)の研究で明らかになったことは3点ある。まず第一に、北欧における職業教育・訓練(後期中等教育段階)では1990年ころから徒弟的修行を導入することにより、実践的で企業ニーズに対応した人材の育成を可能にしたこと。第二に、学校と企業(実習先)間の調整(修行中の実習生と企業内指導者等)がコーディネーターという調整役を通すことにより、きめ細かく指導、修行が行われるようになり、途中でのドロップアウトが少なくなったこと。更に、このコーディネーターの仲介により、修行生を受け入れる企業側も熱心に訓練に取り組み、後継者養成に努めるようになったこと。第三に、行政のイニシアティブによる経済的支援と省庁間及び労使間、学校と企業間の調整を行っていることなどをあげることができよう。この新しい取り組みの中で一番特徴的だったのは、企業現場で修行生の生き生きと訓練に取り組む姿と彼らの実感に基づいた感想であった。何れも学校の中での学習と比較して職業現場が持つ緊張感の中で仕事に対する責任感や誇りが持てるようになり、また実際の現場で物事が動いていく変化と面白さに感動したというものであった。また、こうした制度が若者の職業能力開発だけではなく、転職希望者や失業者にも適用されて、全体として社会制度(教育と福祉を含む)の一環として機能していることであった。こうした制度は社会の安定にとって必要最低限の社会的保障制度の一部ではないかと思われた。北欧における若者の職業能力の育成は1990年頃から、中世から存在していた徒弟的修行を現代的にアレンジして採用されるようになった。国によってその採用形式は異なっているが、職業現場で職業能力の育成を行う点では共通性が見られる。また、企業などの訓練現場と生徒(学校)との間を仲介するコーディネーターが重要な枠割を果たしており、訓練生を受け入れる企業側も求人の必要性を背景に丁寧に訓練に対応していた。行政機関も補助金などを利用して訓練の後押しをしており、業界団体が訓練の質を担保するために基準を設けるなどの努力をするなど、産業界、教育機関、行政機関などが緊密に連携、協力をしていることが明らかになった。スウェーデンにおける新たな徒弟的訓練の試みについて、その成功事例を見つけ出すことができた。また、フィンランドにおいてもいくつかの成功事例を見つけ出すことができたこと。デンマークについては今後の経過を見ながら、成功的な事例を見つけ出す可能性が高い情報を得ることができた。27年度はこれらを手掛かりに、更なる事例を調査、資料収集して行きたい。
統合失調症疾患候補遺伝子PCM1のシナプスにおける機能解析

日本人統合失調症とPCM1遺伝子の機能的4多型は相関しなかった。PCM1は胎生期に発現量が増加し、発達の後期まで中心体に留まりシナプスへ分布せず、r-tubulinと同様の特徴がみられた。ARHGEF11は後シナプスのPSD95と共在した。また、2型糖尿病と相関する機能的多型を含む4多型で、妄想型統合失調症とも相関した。シナプス蛋白ARHGEF11は、2型糖尿病と統合失調症の共通リスク遺伝子かもしれない。まず、PCM1、BBS4蛋白の神経発達における発現の変化をみた。ラットの大脳皮質において、PCM1は胎生期17日に多く発現し、成体においては発現量が減少するのに対し、BBS4は胎生期17日、成体において発現量は変化が見られなかった。次にラット大脳皮質プライマリーカルチャーニューロンをDIV O、3、5、7、14、28日と経時的に固定し、神経の発達の段階に分け、細胞蛍光抗体染色法にて分布の変化をみた。r-tubulin、PCM1は、発達の後期まで中心体にとどまるのに対し、ダイナクチン、ダイニン、BBS4は中心体から発達の早期において消失した。DIV 28日では、r-tubulin、PCM1は、スパインに分布せず、軸索に留まるのに対し、ダイナクチン、ダイニン、BBS4はスパインまで分布していた。またPCM1、BBS4遺伝子を各RNAiで発現抑制すると、DIV 3において、ダイナクチン、ダイニン、PCM1、BBS4は中心体に分布しなくなり、r-tubulinには影響がなかった。NMDA受容体と唯一関係があるとされる抗精神病薬クロザピンによる刺激が、PCM1を通じてスパインの形態変化に与える影響も検討するために、DIV 28日においてクロザピンを投与すると、スパインのマーカーであるPSD95の発現量は増加したが、PCM1の発現量には変化が見られなかった。あわせて次年度に向けて、統合失調症患者の血液サンプルの収集と、in vivo実験としてエレクトロポレーション法の立ち上げを行った。今年度は、PCM1のアミノ酸変異を伴う多型を日本人のサンプルで遺伝子解析を行った。統合失調症と強い相関が認められた一塩基多型である4628C→T(rs370429)(1543アミノ酸:トレオニン→イソロイシン)、その他にアミノ酸変異がおこり、PCM1の機能が変化する可能性があるrs412750、rs208753、rs17635381を、統合失調症患者群500例、健常群500人で遺伝子解析した。rs370429、rs208753は、先行研究において相関がみられる報告であったが、今回の研究では、全ての一塩基多型において、統合失調症患者と健常群の間に統計学的有意差を認めなかった。加えて、統合失調症の亜型(妄想型、破瓜型、緊張型)分類において、統計学的に有意差を認めなかった。別研究として、大阪大学を中心に、PCM1の日本人の統合失調症の遺伝子解析が報告され、我々とは異なる一塩基多型の解析が行われた。この研究においても、PCM1は日本人の統合失調症の発症と相関がないことが報告された(Hashimoto et.al.2011)。これにより、PCM1は、日本人の統合失調症の疾患候補遺伝子として有力ではない可能性が強く示唆され、PCM1蛋白の機能解析を行う重要性が低いと判断した。そこで、Disc1結合蛋白であり、Rhoタンパク質の活性化に関与するGEF(guanine nucleotid exchange factor)であるARHFGEF11の遺伝子解析を開始した。ARHGEF11はmRNAの発現が、統合失調症患者の剖検脳の視床において増加していたことが報告され、統合失調症との関連も示唆されている。また、ARHGEF11はインスリン分泌に関連する2型糖尿病の疾患候補遺伝子であり、統合失調症患者で2型糖尿病の発症率が高いこととの関連もあわせて検討していく予定である。PCM1と統合失調症は遺伝子関連解析において有意な関連がないことを学会にて発表した。PCM1と同様に統合失調症疾患候補遺伝子Disc1結合蛋白である、The human Rho guanine nucleotide exchange factor 11 (ARHGEF11)遺伝子と統合失調症の関連を解析した。統合失調症患者は2型糖尿病のリスクが高く、初発統合失調症または抗精神病薬で未治療の患者においてリスクが高く、共通の遺伝要因の存在が推測される。ARHGEF11遺伝子は、両疾患の共通リスク部位chromosome 1q21に存在し、アジア人を含む多人種で2型糖尿病と関連が報告されている。ARHGEF11は、RhoA GTPasesの特異的なsmall GTP-bindingproteins of Rho families(GEF)であり、アクチンと結合し、細胞骨格の再構築、樹状突起、軸索の構成、β細胞の壊死やインスリンのシグナルに関与することが推測される。

統合失調症患者全体では有意差を認めなかったが、妄想型統合失調症とは、機能的多型を含む、rs822585, rs6427340, rs6427339, rs868188 (S1456G)で有意差を認めた(P=0.031, P=0.036, P=0.023, P=0.020)。一方、破瓜型統合失調症は有意差がなかった。これを学会にて報告した。更に、妄想型統合失調症で有意差が見られた多型のうちrs822585, rs6427340は5年後の就労との相関がみられ予後と関係した。加えて、実験動物を用いた機能解析では、大脳皮質初代培養細胞を28日間培養し蛍光免疫染色したところ、ARHGEF11は、後シナプス蛋白であるPSD95と共存した。大脳皮質の分画では、ARHGEF11は、シナプス分画に存在することが示唆された。PCM1の統合失調症の疾患候補遺伝子としての可能性を検討するため遺伝子解析を先に行った。その結果、PCM1は日本人の統合失調症の疾患候補遺伝子としての可能性は低いことが推測された。これにより、統合失調症の機序を解明するためにPCM1の機能解析を直接的に行う重要性は低いと思われ、別のDISC1結合蛋白であるARHGEF11遺伝子解析にシフトし、成果を得た上でPCM1蛋白との関係を検討することとした。24年度が最終年度であるため、記入しない。PCM1は日本人の統合失調症の疾患候補遺伝子としての可能性は低いことが推測された。「統合失調症の疾患候補遺伝子の機能解析」という当初の目的に添う範囲で、機能解析、遺伝子解析を主として行う蛋白を変更し解析を始め成果を得はじめている。研究にあたり必要な技術は、本研究の開始当初と同じものであり、十分可能であり、ARHGEF11の遺伝子解析の結果の後、機能解析に進み、そこで、PCM1蛋白の機能との関連を検討し、統合失調症の病態の解明を続けて行く。
リン原子の立体的および電子的柔軟性に基づく多核金属錯体の動的架橋構造

本研究の第1のテーマは、反応性に富んだリンヘテロ環の開環反応を利用して、リン架橋ヘテロ2核錯体を合成し、得られる錯体の特異な架橋構造が有する機能を明らかにすることである。リン架橋[1]フェロセノファンをP(OMe)_3の共存下で光照射するとFe-Cp結合が切れ,P(OMe)_3を取り込んだ錯体を与えた。この錯体のη^1-Cp環は,金属錯体フラグメントに対して配位可能である。そこで,Mo(CO)_3(NCMe)_3と反応させると鉄-モリブデン2核錯体を与えた。この錯体は,鉄フラグメントがカチオンでモリブデンフラグメントがアニオンになったツビッターイオンとなっている。従って,この2つの性質の異なる金属中心を使った新規な反応が開発できると期待できる。リンは3価と5価の原子価状態を取るため互変異性が可能である。本研究の第2のテーマでは、この原子価状態の二面性を金属錯体の架橋に取り込み、電子的に非局在化した柔軟な結合系を構築することを目的とする。そこで、新規なキレート配位子としてPh_2PCH_2Ti(Cp)_2OPPh_2を合成した。この配位子にはキレート鎖にTi-O-Pが組み込まれている。このキレートをPdに配位させると、形式的にはTiとPdがO=Pで架橋された錯体が、合成できた。このパラジウム錯体を用いて、末端アルキンのヒドロホスフィニレーションを行ったところ、リン官能基が同時に2つアルキンに導入されるという、新しい反応パターンを見出すことが出来た。単核の錯体では1つしか導入されないことから、この新しい反応には、二核構造に由来する新しい反応機構が関与していると推定され、現在検討しているところである。
局所サンプリング法による超精密3次元形状計測法に関する研究

本研究は干渉縞の位相検出に新しい解析法である局所サンプリング法を確立することによって超精密3次元形状計測を試みた.この局所サンプリング法は,位相シフト法の誤差要因である量子化に着目した.この誤差を軽減するため,干渉縞を位相シフトして行ったときの干渉縞の暗縞の一部分のみをサンプリングし,これと同時にCCDカメラで検出される光強度を飽和しない程度まで上げ,最小自乗法によって正弦フィッティングを行うことにより位相を高精度に求めるものである.本研究ではまず,従来から用いているコリメータ・レンズ系の性能のチェックと光線追跡によるレンズ設計をおこなった.さらに,本手法を実験するため最も重要な要素である高精度な位相シフタの確立をはかった.従来の位相シフタは機械的に行ってきたが,この分解能は1°程度と局所サンプリングを適用する場合においては十分はない.今回の補助金によって液晶位相シフタを試作した.以上の実験設備によって量子化による誤差の要因と局所サンプリング法による位相検出精度検定を行った.これによって,検出される位相は干渉縞1周期の1/1000に達する高分解能および高精度化が可能になることが確認された.さらに,実際にトワイマングリーン干渉計によって超精密3次元形状計測システムの構築を試みた.高精度平面ミラーや金蒸着膜の形状測定を行った結果,従来の位相シフトに比べて非常に有効な手段であることを確認した.今後はさらに本研究を進めて超精密な形状計測を行うために,共通干渉計に適用へと発展させていく予定である.本研究は干渉縞の位相検出に新しい解析法である局所サンプリング法を確立することによって超精密3次元形状計測を試みた.この局所サンプリング法は,位相シフト法の誤差要因である量子化に着目した.この誤差を軽減するため,干渉縞を位相シフトして行ったときの干渉縞の暗縞の一部分のみをサンプリングし,これと同時にCCDカメラで検出される光強度を飽和しない程度まで上げ,最小自乗法によって正弦フィッティングを行うことにより位相を高精度に求めるものである.本研究ではまず,従来から用いているコリメータ・レンズ系の性能のチェックと光線追跡によるレンズ設計をおこなった.さらに,本手法を実験するため最も重要な要素である高精度な位相シフタの確立をはかった.従来の位相シフタは機械的に行ってきたが,この分解能は1°程度と局所サンプリングを適用する場合においては十分はない.今回の補助金によって液晶位相シフタを試作した.以上の実験設備によって量子化による誤差の要因と局所サンプリング法による位相検出精度検定を行った.これによって,検出される位相は干渉縞1周期の1/1000に達する高分解能および高精度化が可能になることが確認された.さらに,実際にトワイマングリーン干渉計によって超精密3次元形状計測システムの構築を試みた.高精度平面ミラーや金蒸着膜の形状測定を行った結果,従来の位相シフトに比べて非常に有効な手段であることを確認した.今後はさらに本研究を進めて超精密な形状計測を行うために,共通干渉計に適用へと発展させていく予定である.
矯正力による歯根吸収とその修復機構の解明-物理的外力の歯堤由来上皮細胞への負荷-

マラッセ上皮遺残細胞が分泌するアメロジェニンとそのスプライシング変異体は歯根表面に近在するセメント芽細胞前駆体細胞の破骨細胞誘導、支持能力ならびにセメント質基質産生能力に影響を及ぼす。セメント芽細胞前駆体細胞の発現する骨シアロ蛋白質(BSP:bone sialoprotein)は基質Scaffoldとしてオートクリン、パラクリン作用を持ち、歯根吸収を抑制し修復を行う機能的バリアーの本体である可能性が高い。また、その機能的バリアーには矯正力のような機械的外力が影響を及ぼすと考えられる。そこで本研究では歯小嚢由来前駆体細胞MDFE6Δ127にウシ由来精製アメロジェニン蛋白質ならびに周期的伸展力(6%,1Hz)を加えて、BSPの発現への影響を転写、翻訳レベルで検討した。ウシ由来精製アメロジェニン蛋白質(1μg/ml)は48時間メディム中に添加することにより、MDFE6Δ127においてRT-PCRで半定量するBSP遺伝子発現を1.6倍上昇させた。周期的伸展力(6%,1Hz)の24時間に及ぶ負荷はMDFE6Δ127におけるBSP遺伝子発現を約2.0倍に上昇させた。また、アメロジェニンを加えた後、周期的伸展力(6%,1Hz)を負荷したMDFE6Δ127のBSP遺伝子発現に相加、相乗的効果は認められなかった。アメロジェニン蛋白質(1μg/ml)はMDFE6Δ127のBSPプロモーターの転写活性をpLUC9.0kで4.0倍、pLUC5.2kで1.5倍に有意に増加させた。pLUC0.8kでは陰性対照と変化は無かった。BSPプロモーターの転写開始点から上流5.0kb-9.0kbにアメロジェニン応答性領域が存在することが示唆された。周期的伸展力(6%,1Hz)の24時間に及ぶ負荷はMDFE6Δ127のBSPプロモーターの転写活性をpLUC9.0kで2.0倍、pLUC5.2kで3.2倍、pLUC0.8kで1.5倍に有意に増加させた。BSPプロモーターの転写開始点から上流5.0kb付近にアメロジェニン応答性領域が存在することが示唆された。以上からアメロジェニン蛋白質ならびに周期的伸展力は、MDFE6Δ127のBSP遺伝子発現を転写、翻訳レベルで促進する事が確認された。平成16年6月に交付された科学研究費補助金を用いて実施された本研究課題のこれまでの進捗状況を鑑みて、下記の3点が本年度の研究実績であると判断し、その具体的な研究内容を要約して示す。(1)マウス歯堤由来上皮細胞とセメント芽細胞前駆体細胞の不死化とクローニングマウス臼歯部歯胚組織片から採取した上皮細胞にヒトパピローマウィルスE6遺伝子を導入して不死化し、長期培養を可能とした。アメロジェニンスプライシング変異体(LRAP)の遺伝子発現を指標としてスクリーニングを行ない、マウス歯堤由来上皮細胞株(MDE-E6Δ121)を得た。

一方SCIDマウス内で過形成した有細胞セメント質隗から採取した初代セメント芽前駆体様細胞は細胞数が僅少のため不死化できず、新たにマウス切歯舌側部の歯小嚢組織から採取したセメント芽前駆体様細胞を用いて、同細胞の不死化ならびにスクリーニングを継続中である。(2)物理的外力を負荷したマウス歯堤由来上皮細胞の遺伝子発現のプロファイリング不死化したマウス歯堤由来上皮細胞株に伸展力と圧縮力を負荷した後、細胞からmRNAを精製しアメロジェニンスプライシング変異体(LRAP)、osteopontinならびに骨シアロ蛋白質の遺伝子発現に及ぼす物理的外力の影響をノーザンブロット分析にて検討している。同時に精製したmRNAから遺伝子ライブラリーを作製し遺伝子発現のプロファイリングを準備中である。(3)歯牙移動モデルの有限要素解析から演繹した物理的外力を負荷しうる細胞培養系の確立培養細胞伸展システムNS-400(SCOHLAR-TEK CORP)を用いて不死化したマウス歯堤由来上皮細胞株に伸展力と圧縮力を付加する。シリコン膜の伸展率と圧縮力ならびにコートするコラーゲン層の厚みは歯根吸収を生ずる応力集中を考慮した歯牙移動モデルの有限要素解析から演繹して決定した。平成16年6月に交付された科学研究費補助金を用いて実施された本研究課題のこれまでの進捗状況を鑑みて、下記の3点が本年度の研究実績であると判断し、その具体的内容を要約して示す。(1)マウス歯小嚢由来セメント芽細胞前駆体細胞の不死化とクローニングマウス切歯舌側中央部の歯小嚢片から採取した繊維芽細胞にヒトパピローマウィルスE6遺伝子を遺伝子導入して不死化し、長期培養を可能とした。Glut-1,EphA2,Decorin, Osteopontin, Bone sialoprotein等のセメント芽細胞高発現遺伝子をマーカーとして初期スクリーニングを行った。その後SCIDマウス内でセメント様石灰化物の生成を確認して最終的なスクリーニングを行い、マウス歯小嚢由来セメント芽細胞前駆体細胞株(MDF-E6△127)を得た。(2)マウス歯堤由来上皮細胞株(MDE-E6△121)の発現するアメロジェニンとその変異体蛋白質の遺伝子組み換え蛋白質の作成マウス歯堤由来上皮細胞株(MDE-E6△121)から精製したmRNAからcDNAライブラリーを作製した。アメロジェニンとその変異体蛋白質の全長cDNAをcDNAライブラリーよりクローニングし、PETベクターに挿入後、大腸菌に発現させ精製を行った。マウス骨芽細胞株MC3T3E1を用いてその精製蛋白質の生理活性を検討した。上述の(1)で得られたマウス歯小嚢由来セメント芽細胞前駆体細胞株(MDF-E6△127)に対する生理活性は現在検討中である。またマウス歯堤由来上皮細胞株(MDE-E6△121)に対するオートクライン効果も現在検討中である。(1)不死化マウス歯小嚢由来セメント芽細胞前駆体細胞(MDF-E6-EGFPΔ127)の特徴についてマウス切歯舌側中央部の歯小嚢組織の不死化マウス歯小嚢由来セメント芽細胞前駆体細胞(MDF-E6-EGFPΔ127)の遺伝子発現を確認した。Glut-1, EphA2, Decorin, Osteopontin, Bone sialoprotein等のセメント芽細胞高発現遺伝子を強く発現しておりセメント芽細胞前駆体細胞であることが確認された。その後、同細胞がSCIDマウス内でセメント様石灰化物の生成を確認した。
ミトコンドリア多形解析に基づいた肺腺癌ドライバー変異体系化と発癌時遺伝子変異予測

EGFR遺伝子異常が確認された21例の肺癌切除例においてミトコンドリアDNAハプロタイプを決定した。EGFR遺伝子異常はEx19 del10例、L858R9例,その他2例でこれらは日本人肺癌例においる既知のEGFR遺伝子変異頻度と同等だった。一方ミトコンドリアDNAハプロタイプはD4 7例,B4 2例,M7a 3例,G 2例,A 1例,F 1例,D5 1例,N9a 1例,M7b 1例,B5 1例,M9 1例であった。EGFR遺伝子異常とミトコンドリアDNAハプロタイプとの相関を検討したが特定の遺伝子変異が集中するハプロタイプは確認できなかった。実験の最初に、正常組織の混入のない肺癌培養株を複数、用いる予定としていた。このため、内外より複数の肺癌細胞培養株を購入し、総計21株において、安定的に培養可能な状況とした。複数のストックも作成している。次に、キットを用いて、それぞれの肺癌細胞培養株からミトコンドリアの環状DNAを抽出精製した。これを用いてPCRを行い、PCR産物が生成されていること確認した。さらに次の段階でミトコンドリアのDNAのシークエンスを施行。ミトコンドリアのハプロタイプから、過去に報告のある日本人のサブグループ化を現在行っている。また、各培養細胞株においてEGFR遺伝子異常の状況を主として、シークエンスにて確認した。初年度の検討は、正常細胞の混入のない肺癌細胞培養株を用いて行った。次年度以降は、肺癌切除例の切除検体を用いて行う予定である。それに向けた肺癌切除予定患者さんからのInformed Consentの取得と検討サンプルの採取も並行して行った。研究の最初に、正常細胞の混入のない肺癌細胞培養数を複数用いることとし、26年度より肺癌切除例における検討を予定していた。肺癌細胞培養下部を内外より21株、購入し、予定通り、安定的に培養可能とし、さらにミトコンドリアDNAを抽出し、PCR産物の生成を確認した。26年度よりは肺癌切除例での検討を開始した。肺癌切除予定の患者さんよりInformed Concentを取得し、ミトコンドリアDNAの採取を行った。これらを用いて、鹿児島大学の共通実験施設のシークエンサーを用いて、ミトコンドリアのハプロタイプを決定する予定であったが、使用する予定の機材が耐震補強工事のため、半年間、使用不能となった。このため、ミトコンドリアDNAの採取まで行い、シークエンサーが再度、使用可能となった時点でのハプロタイプ解析の予定としていた。幸い、2015年5月に、共通実験施設のシークエンサーが使用可能となったので、解析を再開の予定である。実験の最初に、正常細胞の混入のない肺癌細胞培養株を用いての検討を行う予定としていた。このため、複数の肺癌細胞培養株を購入、安定的に培養可能とし、これらの細胞株からDNAを抽出し、PCRを行った。当初、環状DNAを抽出する方法を行ったが、結果が安定しなかったため、total DNAを抽出する方法に変更した。これにより安定してミトコンドリアのDNAをPCRで増幅することができるようになった。日本人で確認されている18のハプロタイプのうち、ハプロタイプに特異的なPCRプライマーを設計し、マルチプレックスPCRを行うことで、type D4, Type Aの同定を可能とした。さらにその他のハプロタイプを決定するため、シークエンスを予定している。現在、共通実験施設のシークエンサーが故障中であり、その修理を待って最終的な実験の予定である。申請当時には予定されていなかった鹿児島大学における共通実験施設棟の耐震補強工事のため、シークエンサーによる解析が中断した。しかしながら、2015年5月には使用可能の予定であり、今後、順調に解析を行うことができると考えられる。呼吸器外科当初の予定に沿って、実験を進める。すなわち、細胞株での解析のみならず、臨床切除検体においてもミトコンドリアのハプロタイプを決定し、EGFR遺伝子異常の解析を行い、両者の相関の有無について検討を進める。大幅な実験計画の変更はない。研究開始初年度は、研究を順調に進めるための体制整備と研究手法の安定的確立を目的としていた。このため、実験結果に影響を及ぼす正常細胞の混入が全くない肺癌細胞培養株を用いて検討を開始した。実験では、ほぼ予定通り、細胞培養株での結果を得ることができている。そのような観点からは、実験は当初の予定通りに順調に進んでいる。しかしながら、実際には、より早い段階で臨床検体の解析に踏み込む予定であったが、そこまではできなかった。開講直後の教室のため、実験設備を安定的に稼働させたり、実験助手の教育などにも時間をかける必要があった。

これらが主な理由である。鹿児島大学医歯学総合研究科共通実験棟の耐震補強のため、シークエンサーによるミトコンドリアのハプロタイプの解析が遅れた。当初の予定に沿って実験を進める。すなわち、細胞株での検討を進めながら、臨床検体におけるミトコンドリアハプロタイプの決定、EGFR遺伝子異常の解析と両者の相関の有無について、検討を進める。特別に、大幅な研究計画の変更はない。研究の最終年度に精力的な解析を行う予定である。実験計画の初年度は、実験が確実かつ、順調に進むことを1つ1つ、確認しながら、行った。このため、肺癌培養細胞株の安定的培養や確実にミトコンドリアの環状DNAの抽出、さらには、PCRシークエンスなどを行った。これらの結果、安定して実験結果が得られることを確認した。次年度からは、大量のサンプルの解析を予定している。実験計画に大きな変更はない。初年度に、実験が確実に進められることを確認することに、若干の時間と手間を要した。次年度以降は大量のサンプルの解析を予定しており、初年度の経費も含めて、予定通りの解析を行う。
空間制限界面の張力波共鳴と分析法

高速QELS法装置の開発を進めた。これまでの検討でアレイ構造では100 kHzから1 MHzの間で平均化したスペクトルが計測しやすいことが分かっていた。スペクトルアナライザーにより連続取得したデータを用いて、平均化の回数やスムージングの有無などフィッティングできる条件を検討したところ、20回以上の平均化によりフィッティングが可能であることが判明した。測定条件にもよるが20回の平均化は時間分解能にして10ミリ秒程度に相当し、目標としているミリ秒時間分解が達成された。さらにフィッティングされたピーク周波数の順序や、2つ以上のピーク周波数比、ピーク周波数の線幅などから、異常値の検出の検討も行い90%以上の測定値が正しい張力値解析に使えることを明らかにした。マイクロ流路内の気液界面において、表面張力がモニターできることを活用して、たんぱく質の気液界面吸着挙動などをQELS法により測定できることを明らかにした。研究実施途中にレーザーの不調により、データの質の低下があったがこの間にデータ解析手法の最適化などの理論的な解析を進めた。このことでレーザーが復調してすぐに目標の高速QELS法データが取得できた。研究分担者の東京工業大学岡田哲男教授は、表面張力測定の機器分析、界面振動の数値処理における界面化学的解析などを担当した。研究分担者ではないが、東北大学電気通信研究所平野愛弓教授の協力の下、膜たんぱく質を解析するための、微小開口リン脂質二重膜形成チップを作製した。シリコンデバイスの上下に、ポリジメチルシロキサン流路を配置する新しい膜タンパク解析デバイスを実現した。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、制限空間での共鳴現象を利用した新しい計測法を提案・実証することである。当研究グループではこれまでに、流体界面での光散乱を利用した準弾性レーザー散乱法(QELS法)を研究し、界面形状をマイクメートルスケールに制限した液面で、界面張力波の自発的共鳴現象が起こることを見いだしている。本研究では、共鳴現象を外部超音波で制御する方法、リン脂質二重膜を対象とした手法を研究する。この研究により、界面単分子化学の創成とその応用という、独自手法の実現を期待している。本年度は、共鳴現象を外部超音波素子で制御する新しいマイクロチップ作製法をまず検討した。500 kHzの超音波を発生するドーナッツ型ピエゾ素子を用い、ドーナッツの内側に制限気液界面を形成することを考え、ポリジメチルシロキサン(PDMS)の薄い膜をピエゾ素子に貼り付けるデバイス作製法を確立した。PDMS薄膜中に直径40マイクロメートルの開口をあけた。そのPDMS薄膜を液体リザーバーの底面に、ドーナッツ型ピエゾ素子の内孔壁面をリザーバー側面に用いるデバイスを作製した。このデバイスでは、大きな信号増強は見られなかったため、ピエゾ素子の振動方向なども今後検討していく予定である。リン脂質二重膜解析に向けた検討では、これまでに報告のあるマイクロチャネル壁面にマイクロメートルサイズの液溜めをアレイ状配置した流路を作製した。ここに、水相ー脂質を含んだ油相ー水相の順に液体を導入し、二重膜と思われる膜を形成した。QELS測定まで行った。信号の解析を行い、測れた現象の同定を今後行っていく。計測用デバイス作製や光学測定系の構築は順調に進展している。また、今年度導入したスペクトルアナライザーにより、高時間分解能での測定が可能であることも確認した。今後、新規分析法としての解析が、新手法実現の鍵になってくる。本研究の目的は、界面形状を制限した液面での界面張力波自発的共鳴現象を利用した準弾性レーザー散乱法(QELS法)により、リン脂質二重膜などこれまで解析が困難であった対象を計測する新しい手法の実現である。本年度は、外部超音波による計測制御やリン脂質二重膜計測のために必要な時間分解計測の条件を詳しく検討した。1000回程度の測定の平均スペクトルを得る方法をこれまで検討してきたが、時間分解計測では平均回数の少ない計測、理想的には単一スペクトルからの界面計測が必要とされる。このためにはノイズの低減とともに、高いノイズの中でもスペクトル解析する後処理手法の検討が必須である。まず平均化しないスペクトルのノイズ対策を行った。計測システムに用いる機器の種類や機器の配置によるノイズ低減効果を得た。次に、幅数十マイクロメートルのチャネル中水面(水/空気界面)での一次元共鳴共鳴を計測し、単一スペクトル・ピーク検出に多項式移動平均化の一種であるSavitzky-Golayフィルタが適用可能であることを見いだした。検出した複数のモードの周波数は、平均化スペクトルと同一あり、時刻によって現れるモードが異なることを明らかにした。この方法で確かに界面を時間分解計測できていることを実証する手順を検討した。リン脂質二重膜測定では、マイクロアレイ状流路に二重膜を形成できることが実証した。スペクトル測定では、弱い張力の条件でのノイズ低減が課題であることも明らかにした。次年度以降に、さらなるノイズ低減を行い、本研究の目的の一つである膜タンパク計測の条件を明らかにする必要がある。画像化計測については、単純な超音波印加では困難であることが分かった。二次元共鳴モードの時間分解特性を明らかにする必要があることがわかった。制限空間界面現象解析のための光学測定系の構築およびスペクトル処理に大きな進展があった。ダイナミックな現象を計測できる基礎ができたと考えており、次年度での研究全体の大きな進展が見込める状況となった。

これまでの検討でアレイ構造では100 kHzから1 MHzの間で平均化したスペクトルが計測しやすいことが分かっていた。スペクトルアナライザーにより連続取得したデータを用いて、平均化の回数やスムージングの有無などフィッティングできる条件を検討したところ、20回以上の平均化によりフィッティングが可能であることが判明した。測定条件にもよるが20回の平均化は時間分解能にして10ミリ秒程度に相当し、目標としているミリ秒時間分解が達成された。さらにフィッティングされたピーク周波数の順序や、2つ以上のピーク周波数比、ピーク周波数の線幅などから、異常値の検出の検討も行い90%以上の測定値が正しい張力値解析に使えることを明らかにした。マイクロ流路内の気液界面において、表面張力がモニターできることを活用して、たんぱく質の気液界面吸着挙動などをQELS法により測定できることを明らかにした。研究実施途中にレーザーの不調により、データの質の低下があったがこの間にデータ解析手法の最適化などの理論的な解析を進めた。このことでレーザーが復調してすぐに目標の高速QELS法データが取得できた。研究分担者の東京工業大学岡田哲男教授は、表面張力測定の機器分析、界面振動の数値処理における界面化学的解析などを担当した。研究分担者ではないが、東北大学電気通信研究所平野愛弓教授の協力の下、膜たんぱく質を解析するための、微小開口リン脂質二重膜形成チップを作製した。シリコンデバイスの上下に、ポリジメチルシロキサン流路を配置する新しい膜タンパク解析デバイスを実現した。計画通り、超音波印加時の液面の共鳴現象解析を進める。28年度後半からは、粒子を用いた画像化に挑戦する。リン脂質二重膜計測では、膜の種類の変化などを通して、確かに二重膜が測定できていることをまず確認する。その後、膜タンパクを加えた系での実験に進む。計画通り研究目的実現に向け計測装置の開発を進める。時間分解測定に進展があり、29年度中に膜タンパク計測実現までを目指す。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。
長期的高脂肪食により誘導されるラット大腸浸潤癌の発生機序の解明

経口的な脂肪の過剰摂取が大腸の発癌の重要な要因であることは疫学的に明らかにされているが,その機序を解明するためのin vivoの研究をするための有用なモデルが少ない。アゾキシメタン投与ラットに中性脂肪を長期過剰投与することで粘膜内癌から浸潤癌に伸展させることが可能となった。さらに,大腸癌の伸展に重要な因子の検討,どのような脂肪食が大腸発癌により関与するかの検討,等により脂肪食による発癌機構の解明が可能である。生後4週目と5週目にアゾキシメタン15mg/kgを腹腔内に投与したラットにω6不飽和脂肪酸を多く含むコーン油10%を48週間経口的に摂取させた。脂肪摂取群では週齢とともに,大腸にアベラントクリプト⇒ポリープ状の腺腫⇒粘膜内癌(高分化型)⇒浸潤癌(高分化型)の病変が発現してくる。高脂肪食+アゾキシメタン投与ラットにおける浸潤癌発生までの過程でどのような因子が重要なのかを解明した。さらに大腸粘膜の細胞増殖機構やアポトーシスへの影響を同時に検討し,アポトーシスを誘導する酵素であるカスパーゼやBcl-2,Bcl-Lxの発現の差を評価した。コーン油に加えて,i)オリーブ油等の他の植物油,ii)飽和脂肪酸を多く含む動物性油,iii)ω3不飽和脂肪酸の含む魚油,等の慢性経口メ投与実験を施行した。1)10%のコーン油の長期投与はアゾキシタンによる大腸発癌性を増強させた。2)機序には大腸粘膜のアポトーシスや腫瘍抑制遺伝子の関与が考えられた。3)飽和脂肪酸の投与では同様の結果が得られた。4)オリーブ油や魚油の投与では,発癌性は抑制された。今回の結果は動物実験モデルを用いて脂肪摂取と大腸発癌の関連を明確にしたものである。さらに,その機序を解明するとともに,与える脂肪内容により大腸癌発癌に与える影響は異なることを証明した。経口的な脂肪の過剰摂取が大腸の発癌の重要な要因であることは疫学的に明らかにされているが,その機序を解明するためのin vivoの研究をするための有用なモデルが少ない.大腸の発癌実験モデルの多くは癌が粘膜内にとどまっており,アゾキシメタン単独投与でもアベラントクリプト,大腸腺腫,稀に粘膜内高分化腺癌,の発生にとどまる.今回の研究結果から,アゾキシメタン投与ラットに中性脂肪を長期過剰投与することで粘膜内癌から浸潤癌に伸展させることが可能となった.この実験系は中性脂肪の単独投与によるものではないが,他の発癌因子との相互作用で大腸腺腫から高分化腺癌の浸潤癌が発生するという実験系である.大腸発癌と脂肪の過剰摂取との関連はその多くは疫学的なものであり,それらを動物実験モデルにあてはめて発癌機序の解明と発生予防について検討することは意義のあるものと考えられる.さらに腺腫⇒粘膜内癌⇒浸潤癌と伸展することからadenoma-carcinoma sequenceの動物モデルのひとつとしてその機序の解明は重要と思われ,次年度の研究課題としたい.経口的な脂肪の過剰摂取が大腸の発癌の重要な要因であることは疫学的に明らかにされているが,その機序を解明するためのin vivoの研究をするための有用なモデルが少ない。

さらに,大腸癌の伸展に重要な因子の検討,どのような脂肪食が大腸発癌により関与するかの検討,等により脂肪食による発癌機構の解明が可能である。生後4週目と5週目にアゾキシメタン15mg/kgを腹腔内に投与したラットにω6不飽和脂肪酸を多く含むコーン油10%を48週間経口的に摂取させた。脂肪摂取群では週齢とともに,大腸にアベラントクリプト⇒ポリープ状の腺腫⇒粘膜内癌(高分化型)⇒浸潤癌(高分化型)の病変が発現してくる。高脂肪食+アゾキシメタン投与ラットにおける浸潤癌発生までの過程でどのような因子が重要なのかを解明した。さらに大腸粘膜の細胞増殖機構やアポトーシスへの影響を同時に検討し,アポトーシスを誘導する酵素であるカスパーゼやBc1-2,Bc1-Lxの発現の差を評価した。コーン油に加えて,i)オリーブ油等の他の植物油,ii)飽和脂肪酸を多く含む動物性油,iii)ω3不飽和脂肪酸の含む魚油,等の慢性経口メ投与実験を施行した。1)10%のコーン油の長期投与はアゾキシタンによる大腸発癌性を増強させた。2)機序には大腸粘膜のアポトーシスや腫瘍抑制遺伝子の関与が考えられた。3)飽和脂肪酸の投与では同様の結果が得られた。4)オリーブ油や魚油の投与では,発癌性は抑制された。今回の結果は動物実験モデルを用いて脂肪摂取と大腸発癌の関連を明確にしたものである。さらに,その機序を解明するとともに,与える脂肪内容により大腸癌発癌に与える影響は異なることを証明した。
ピッチ制御機構を有する浮体式垂直軸型水車の耐海水・生物付着性能を考慮した実証研究

本研究では可変ピッチ機構を導入した潮流発電用の垂直軸水車の実海域での性能を明らかにするために,海上での曳航試験を実施した。新規を含めて2機の浮体式水車モデルを製作した。曳航試験の結果から,水車の高性能化のための可変ピッチの導入は極めて有効であることがわかった。また,海上における波浪による水粒子速度の変化は水車回転とパワーに敏感に反応するため,発電量評価にはこれを無視できない可能性があることを示唆した。本研究での水車1号機の水槽実験結果から得られたパワー係数は発電機を伴うネット性能は20%を記録した。2号機は6%程度の結果を海上実験から得たが,水車の組立方法が非常に重要であることを示唆した。本年度の研究は次のことを目的として実施された.1)直軸水車への可変ピッチ機構適用の優位性の実証と発電機負荷を考慮した性能評価,2)浮体式となった場合の波浪中動揺と波浪そのものの水車性能への影響の把握と課題抽出,3)以上を達成するための実海域(自然環境,理想的でない状況)での実験の実施既存の可変ピッチ機構付垂直軸水車を改良し,6枚翼の浮体式水車を制作した.この浮体式水車による新潟県粟島浦の漁港内における船舶での曳航試験を実施した.浮体は3000mmの正方形で全体の質量は350kg,水車直径は500mmで翼の没水長さ(喫水)は700mmであった.また,使用した発電機は最大で150Wの出力能力であった.曳航試験により,水車へ流入する流速,水車の回転数・軸トルクならびに発電機の電圧と電流を計測した.曳航試験では,可変ピッチ翼の可変範囲を0度(可変なしの一般的ダリウス水車状態)ー30度で変更し,船舶の曳航速度もおおよそ3ノット程度を最大船速として変動させた.可変ピッチ翼は船舶の進行方向に指向性を持たせるように調整された.計測項目それぞれについて,軸トルク等から水車パワー,電流と電圧から発電機出力を求めて時系列で直接それを把握すると共に,回転数や周速比に対するそれらの特性が,流速が変動する環境下でどのようになるかを,計測データを解析することによって調査した.その結果,1)船速が大きくない場合には浮体の変動や波浪による水粒子速度の変化に伴う水車に流入する海水の流速変動が無視できず,水車の回転数やパワー等は極めて敏感にその変動影響を受けることが分かった.また,2)流速kが0.5m/sであっても,最大効率は10%を超えた。発電機負荷をさらに大きくすることで水車出力(発電)は大きくできると推察される。その理由は周速比に対する水車パワー係数特性にピークがまだ見られなかったからである。本年度は1)可変ピッチ機構へのモータの導入の検討と2)浮体式装置とした場合の水車回転影響を調べるための小型模型試験,3)生物付着影響の調査,を主たる目的としていた。可変機構実現へのモータの導入については経費的な問題から断念した。小型浮体模型を設計し,水槽実験実施の準備を進めたが準備段階で終わった。ただし,H28年度に実施する。生物付着についても経費等の問題から試験は断念し,調査のみで終わった。それ以外の水車開発と実験準備のために以下を実施した。次年度に実施予定の実海域実験のための準備となる,数値計算と新規のプロトタイプ模型(ModelNU16A)の設計・制作した。また,前年度制作した水車モデル(ModelNU14B)の基本性能を把握するための空気中試験と回流水槽での模型試験を実施した。ModelNU14Bを空気中で強制回転させる試験装置を制作し,モーターによる強制回転およびトルク計測と発電機による発電出力計測を行い,模型自身がもつパワー機械的損失について定量的に調べた。その結果,2014年度に実施した実海域実験時の発電機負荷では,入力パワーに対して水車軸パワーとしておよそ30%程度の伝達であり,さらに水車軸パワーから発電機出力にいたってはその50%程度であることがわかった。これは流れの入力によって水車が回転している場合,回転ブレードに作用するパワーの15%が発電機出力として期待されるということである。すなわち,水車効率が40%であれば,入力である流れのパワーの6%程度しか発電出力を見込めないということになる。このことは,水車装置の組み立てと機構両方の問題であるので,可変ピッチ機構の妥当性と水車そのもののブレード設定性能が確認できたのちには,本体組み立て方法などの検討が必要になってくると思われる。水槽試験により性能を調べた結果,可変ピッチ幅の設定角は-30度が最もよかった。当初の主な研究の主眼として,生物付着防止についてのテーマを掲げていたが,技術的な成熟のないものであったことも含めて,研究進度が遅れた。可変ピッチ機構を備えた水車のプロトタイプの制作方法とその性能評価だけで時間と経費が必要となり,研究の主眼として可変ピッチ機構の実海域性能,プロトタイプにおける実用化を目指した性能評価となっている。水車の開発という当初予定からすると,この点においては十分な成果を挙げられていると判断する。また,最終年度に当初から予定していた実海域試験の準備も平行して進んでいる。小型模型による水車回転影響が浮体動揺に与える影響については結果が未だでていないが,模型製作が完了し,次年度にすぐに実験が実施できる状態である。

また,簡易的な理論計算法での運動応答評価も可能となった。最終年度に十分な評価が可能である。サイクロイダル機構を可変ピッチ機構に適用する場合,ギア設計や設定が重要になる。また,構造が若干複雑になるために,より大型化した模型により,水車本体の機械的損失とモデルの組立位方法や精度についても十分に考察されるべきである。これを調査するために,新たな実験模型を開発・制作し,可変ピッチ効果と波浪による流入速度の変動が垂直軸型水車に与える影響を知ることを目的に実施された。新たな水車モデルの直径1m,ブレード長さを1.3mとした。本モデルを用いて実海域にて曳航試験を実施した。ただし,翼枚数は3枚とし設定としては周速比を稼ぐことができるよう考慮した。曳航実験は港内と波条件が異なる港外で実施した。水車モデルには最大出力300Wの発電機を取り付けるとともに,水車軸トルクを計測するためにトルク計と回転計を取り付けた。水車に流入する流速は,浮体前方に設置した電磁流速計にて計測した。発電機の回路には可変抵抗器を入れることで,水車に対する発電機負荷はほぼゼロの状態から設定でき,回路の最小抵抗値は6オームであった。曳航試験の曳航速度はおよそ0.5m/sから1.5m/sの範囲であった。ブレードの可変角はプラスマイナス35度0度とした。曳航試験では,可変ピッチさせない場合には水車はほとんど回転することはなかった。結果として可変幅は25度から30度の範囲であることが改めてわかった。また波浪による流速の変動パワーンは水車のトルクや回転数にも直接的に現れた。機械的な可変ピッチ機構は,制作上はどうしても大きなギアが取り付けられ,その制作精度も高いことが要求される。本研究の種々の結果より,可変ピッチは極めて有用で,発電可能な流速域を上手に変更可能であることから,各々のブレードの個別のピッチ独立制御が実現されることが望ましいという結論を得た。また,波浪の水車性能への影響は極めて大きくもはや無視できない。本研究では可変ピッチ機構を導入した潮流発電用の垂直軸水車の実海域での性能を明らかにするために,海上での曳航試験を実施した。新規を含めて2機の浮体式水車モデルを製作した。曳航試験の結果から,水車の高性能化のための可変ピッチの導入は極めて有効であることがわかった。また,海上における波浪による水粒子速度の変化は水車回転とパワーに敏感に反応するため,発電量評価にはこれを無視できない可能性があることを示唆した。本研究での水車1号機の水槽実験結果から得られたパワー係数は発電機を伴うネット性能は20%を記録した。2号機は6%程度の結果を海上実験から得たが,水車の組立方法が非常に重要であることを示唆した。水車の性能評価と浮体としての波浪中性能に対する実験計画についてはむしろ研究スケジュールは予定よりも先行している。しかしながら,耐海水性という観点での,完全没水型水車模型設計と生物付着問題への対応が遅れている。平成27年度は新規水車の設計と合わせて没水可能な方法を開発する。生物付着対策については,水槽実験レベルでチタンメッキブレードへの防汚測定試験を実施する。この成果を平成28年度につなげる予定である。平成28年度は新たに制作した直径1mのModelNU16Aによる実海域曳航実験と小型浮体水車モデルによる水槽実験を実施し,プロトタイプとしての最終的な水車および発電性能を把握する。
生体エネルギー変換系活性中心の人工的構築による反応機序解明

1.酸素発生モデルとしてのマンガンポルフィリン二量体の化学酸素化による高原子価マンガン(IV)錯体の生成とその機構。マンガン間距離が比較的短いオルトフェニン架橋のマンガンポルフィリンのギ酸イオン配位体についてX線結晶構造解析によりマンガン間距離は56Åであることを明らかにした。この二量体のMn(III)(OH)体を過酸酸化するとMn(IV)(OR)_2(R=H,Me)が生成することが、ESR,IR,ESI-MS,元素分析等により明らかになった。このMn(IV)二核錯体は低温でかなりの安定性を持ち、二量体のキャビティー内において配位している水酸基の酸素原子間距離は接近していると見積もられ、μ-ペルオキソ結合生成が十分可能であることが予測された。2.チトクロールP-450活性中心錯体の合成。ポルフィリンの両面を光学活性ビナフタレンにより修飾された'Twin-coronet'ポルフィリンを基軸として、このポルフィリン上に形成されたポケットの一方の中にチオレート配位子を修飾したポルフィリンの合成に成功した。この鉄(III)錯体はチオレートが配位したFe(III)-S-Rの構造をとっており、室温・空気中においても安定であることが明らかとなり、酸素活性中心のモデルとしての有効性を明らかにした。3.チトクロームc酸化酵素活性中心モデルによる酸素活性化機構。チトクロームc酸化酵素の活性中心モデルとしてトリス(2-ピリジルメチル)アミン銅錯体を共有結合により固定したヘムを合成した。この還元型錯体[Fe(II)-Cu(I)]は室温にて酸素と反応して比較的安定なμ-ペルオキソ錯体を与えることを明らかにした。この構造はESI-MS、共鳴ラマン、EPR、電子スペクトル等により決定された。このペルオキソ錯体はチトクロームc酸化酵素モデルとしては、その構造が明確に立証された世界で初めての例である。