hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
リージョナル大学の地域的効果に関する研究ーその可能性と限界についてー

本研究の目的は、リージョナル大学が地域において果たす役割を3地域のケーススタディを通して明らかにすることである。リージョナル大学とは、地域内の3カ国以上の設立メンバーを持つ大学であり、比較的新しい大学の形態である。具体的には、南アジアのSouth Asian University、ヨーロッパのCollege of EuropeとEuropean University Institute、中央アジアのUniversity of Central Asia (アフリカから中央アジアに変更)の4校の大学を対象とする。これらの大学の役割は、その地域的背景によって異なる。これまでの研究では、まず3地域に限らず、すべてのリージョナル大学の特徴と設立背景を踏まえて、世界各地のリージョナル大学の類型化と理論化を行った。リージョナル大学には、主に3つのカテゴリー:1)機能型2)プロジェクト型3)地域統合型、が存在する。機能型リージョナル大学は、総合大学の機能的な役割を重視し、南太平洋や西インド諸島に見られる。これらの地域は島国が多く、各島に大学を設立することが不合理であったことから共同で大学を設立したという背景がある。一方で、プロジェクト型リージョナル大学は、アフリカで多く見られ、国際機関等のプロジェクトの一環として設立されたものが多い。人材育成やキャパシティービルディング等が目的である。地域統合型リージョナル大学は、大学が地域の開発や平和において果たす役割を重視する。本研究では、地域統合型リージョナル大学が提供する何がどのように地域の開発や平和、そして地域統合につながるかを考察している。具体的には、地域統合論の新機能主義を用いて、リージョナル大学が新機能主義論で重要な要素とされるエリート・ソーシャライゼーションにおいてどのような役割を果たすことができたかを考察している。これまで、ヨーロッパ、南アジアと中央アジアでのデータ収集を行うことができた。中央のUniversity of Central Asiaは、修士課程の時に訪問しており、博士課程に入ってからは、ヨーロッパで2校、南アジアで1校訪問し、教員と大学関係者に対してインタビュー調査を行った。これらのインタビュー調査と文献調査を通して、リージョナル大学の類型化と理論化を行い、またリージョナル大学が地域統合化で果たす役割を説明する理論的フレームワークを定めることができた。3つの国際学会に参加し、またベルギー自由大学での派遣機会を得ることができ、沢山の研究者との交流を通して研究の理解を深めることも可能となった。フィールドワークで収集したデータの分析に取り組み、また今後、学生に対するアンケート・インタビュー調査を行い、学生の視点からのリージョナル大学の地域的役割を考察する。
BMP/骨髄細胞の象牙質再生治療への応用に関する研究

骨髄細胞とRhBMP-2を用いて、石灰化誘導機能を組み込んだ覆髄剤、断髄剤を開発するための基礎実験を種々実施して以下の結果を得た。最初に、動物実験において、線維状ガラス膜がBMPの支持体となりうることを見い出した。しかし、繊維状ガラス膜を支持体とした場合、軟骨形成が旺盛におこり、これは、支持体の幾何学的構造に起因するものと考えられた。移植後の炎症反応が強いものの、BMPの支持体としては骨不溶性基質(免疫原性を有しているため、臨床には不向き)についで、優秀な支持体であり、これを改良することにより、優れた象牙質形成因子となりうることが明らかになった。次に、象牙質の石灰化に重要な役割を果たしていると思われるホスホホリンの機能に関してin vitro実験を行い、結合型ホスホホリンのリン酸基が重要な役割を占めているが、脱リン酸をうけた場合には、カルボキシル基とリン酸基の共同作用が重要となることが明らかになった。また、結合型に対して遊離型ホスホホリンは石灰化制御に働くことが明らかになった。また、支持体となるコラーゲンに関しては、コラーゲン繊維の安定化がホスホホリンの共有結合の安定化につながり、石灰化誘導能を増強させることが明かとなった。骨髄細胞をホスホホリン・コラーゲン複合体上で三次元培養してハイブリッド人工骨を作成して、ラットの骨人工欠損部に移植したところ、旺盛な骨、骨髄形成が誘導された。そこで、さらにBMPホスホホリン・コラーゲン複合体を骨髄細胞分化のscaffoldとして使用してラット頭蓋骨骨膜下に移植したところ、旺盛な骨形成が確認され、象牙質再生治療に本複合体を使用することにより良好な結果が得られることが示唆された。骨髄細胞とRhBMP-2を用いて、石灰化誘導機能を組み込んだ覆髄剤,断髄剤を開発するための基礎実験を種々実施して以下の結果を得た.まず,動物実験において,線維状ガラス膜がBMPの支持体となりうることを見い出した.しかし,線維状ガラス膜を支持体とした場合,軟骨形成が旺盛におこり,これは,支持体の幾何学的構造に起因するものと考えられた.移植後の炎症反応が強いものの,BMPの支持体としては骨不溶性基質(免疫原性を有しているため,臨床には不向き)についで,侵秀な支持体であり,これを改良することにより,優れた象牙質形成因子となりうることが明らかになった.さらに,象牙質の石灰化に重要な役割を果たしていると思われるホスホホリンの機能に関してin vitro実験を行い,結合型ホスホホリンのリン酸基が重要な役割を占めているが,脱リン酸をうけた場合には,カルボキシル基とリン酸基の共同作用が重要となることが明らかになった.また,結合型に対して遊離型ホスホホリンは石灰化制御に働くことが明らかになった.また,支持体となるコラーゲンに関しては,コラーゲン線維の安定化がホスホホリンの共有結合の安定化につながり,石灰化誘導能を増強させることが明かとなった.骨髄細胞をホスホホリン・コラーゲン複合体上で三次元培養してハイブリッド人工骨を作成して、ラットの骨人工欠損部に移植したところ、旺盛な骨、骨髄形成が誘導され、これらは、BMPの効果的な担体となることが予想された。
細胞の極性成長を支える多分子間相互作用ネットワークの解析

細胞の極性成長は、多種多様な分子が協調して働くことによって達成される複雑な生命活動であり、高度に組織化された分子間相互作用ネットワークによって成り立っている。近年、細胞の極性成長に関わる分子の解明は著しいが、多数の分子が協調している様を総合的にとらえるのは容易ではない。本研究では、多数の遺伝子を簡便な方法で解析できる糸状菌を利用し、細胞骨格関連分子を中心に、極性成長に関係する多数の分子たちが極性成長とどのように相互関係を有するのかを総合的な視点から解析した。細胞の極性成長は、高度に組織化された分子間相互作用ネットワークによって達成される。糸状菌A.nidulansでは、先端付近の細胞質微小管を分裂期にも維持することにより継続的な先端成長を維持していることが分っている。本研究では、微小管上のモーター分子であるキネシンの機能解析を中心に真菌の先端成長機構の解析を行った。全てのキネシンに対してGFPおよびmCherry標識を行いそれらの細胞内局在を検討し、局在領域によるグループ分けを行った。グループ3のキネシンの内の1種、グループ8のキネシン(KIPB)について、微小管上を双方向に移動する像が観察され、細胞内輸送への関与が示唆された。11種のキネシンのうち必須ではない10種について全ての組み合わせで二重破壊株を作製した。これら45種の二重破壊株は、すべて生育可能であり成長速度や菌糸形状に軽微な異常が見られるものが散見されるのみであった。今後はそれぞれのキネシンの細胞内局在を手がかりに、二重破壊株の欠損表現形について詳細に検討する予定である。マイクロポアメンブレンを用いた細胞先端を特異的に回収する手法により集めた細胞先端画分と細胞全体の粗抽出液の電気泳動を行った。泳動パターンに明確な差異が認められ、細胞先端画分に先端に局在するタンパク質が濃縮されていることを確認した。糸状菌A. nidulansのゲノム中には10グループのキネシンが11の遺伝子によってコードされている。そのうち必須遺伝子であるBimCを除き、10種の遺伝子についてノックアウト株を作成し、寒天培地上での成長を比較したところ、1種類を除き、ほとんど野生株と同程度の成長を示した。成長の悪い1種類はKinAというキネシンで、このキネシンが菌糸成長に影響することは既に報告されており、それを確認するものであった。KinAノックアウト株は、遅いながら依然極性成長を示す。おそらく他にも極性成長を支える分子が存在すると考えられることから、さらに複数のキネシンがノックアウトされた株を解析し、KipBとの二重破壊が成長阻害をもたらすことなどが判明した。一方、キネシンの機能を考える上で、キネシンの細胞内局在が参考になると考え、11遺伝子のキネシン全てについて、やはりジーンターゲッティングによる蛍光タンパク質標識を行なった。11種のうち9種について、それぞれの特徴的な局在が観察された。その局在パターンから、菌糸成長に関わるもの、染色体分配に関わるもの、あるいはその両方に関係するものなど、機能との因果関係を考慮するのに重要な知見を得ることができた。イメージング手法を用いることでさらに詳細な動態を調べ、菌糸成長に関わると考えられるキネシン間でも、物質の輸送と深くかわるもの、微小管ネットワークの構築に関わるものなど、具体的な役割において機能分化があることが示唆された。また、MKLP1タイプのもの、Kidタイプのものについては、新規な局在が判明し、今後機能を探る上で重要な知見であった。今回のように遺伝子ターゲッティングによってゲノム上遺伝子に直接蛍光タンパク質遺伝子を標識することはこれまで為されていなかった。これまでの報告に比べ、より本来に近い状態の遺伝子産物の動きを捉えることで、すでに報告のあるものについても、新たな知見を得ることができた。
炎症性肺疾患における加齢と酸化ストレス

1)喘息における気道被覆液中蛋白のグルタチオン化修飾について。Ovalbumin(OVA)による好酸球性炎症モデルにて、気管支肺胞洗浄液(BALF)中の可逆的な蛋白酸化の一つであるグルタチオン化蛋白は、OVA曝露後8時間後の早期のみ出現し、その酸化修飾を還元するグルタレドキシン(GRx)は2448時間後に増加した。2)加齢と喫煙による抗酸化転写因子NF-E2-Related Factor 2(Nrf2)とグルタチオン産生律速段階酵素の発現について。無症状の若年者と中高年者に気管支鏡を行い、気道上皮を採取した(n=30)。中高年では非喫煙者と比較し喫煙者でNrf2 mRNAおよびγ-GCSmRNA発現が低下していたが、若年者では差がなかった。免疫染色にて若年者での核でのNrf2陽性細胞の比率は増強していたが、中高年者は低下していた。【目的】気管支喘息の病態には酸化ストレスが関与する。グルタチオン化は可逆的な蛋白酸化の一つであり急激な酸化状態の変化の際に出現するが気道被覆液での変化はよく分かっていない。グルタレドキシン(GRx)はグルタチオン依存性にその酸化修飾を還元する。喘息における気道被覆液中蛋白のグルタチオン化修飾とその調節因子を検討した。【結果】BALF中グルタチオン化蛋白はOVA曝露後8時間後の早期のみ出現した。OVA曝露前に比べGRxは2448時間後に、総グルタチオンは872時間後に増加した。【結論】アレルギー性気道炎症において被覆液中のグルタチオン化蛋白を初めて検出した。グルタチオン化蛋白はOVA曝露後早期に発現するが、グルタチオン/GRxシステムにより速やかに消失する。【方法】無症状の若年者(平均年齢23±3歳、生涯非喫煙者7名、現在喫煙者7名)、中高年者(平均年齢63士5歳、生涯非喫煙者6名、現在喫煙者10名)に気管支鏡を行い、気道上皮を採取した。気道上皮のNrf2およびNrf2の標的遺伝子の一つであるγ-GCSのmRNA発現をRT-PCR法で比較した。また、免疫染色にて細胞質は0-3の4段階でスコア化、核は陽性細胞の割合を求めNrf2の発現を比較検討した。【結果】中高年では非喫煙者と比較し喫煙者でNrf2およびγ-GCSmRNA発現が低下していたが(p=0.023)、若年者では差がなかった。若年者での細胞質のNrf2発現強度は、非喫煙者と比較し喫煙者では低下していたが(p=0.045)、核でのNrf2陽性細胞の比率は増強していた(p=0.008)。中高年者のNrf2発現は非喫煙と比較し喫煙者では細胞質及び核どちらも低下していた(p=0.050),(p=0.014)。【結論】喫煙における気道のNrf2発現は加齢で影響を受ける。
低環境負荷型植物保護剤の高効率探索・評価方法に関する研究

1、目的当研究室では、発光遺伝子(Fluc)と様々な病害関連遺伝子を利用して抵抗性誘導剤のハイスループットスクリーニング系(HTS系)の開発に取り組み、実際にサリチル酸(SA)シグナル伝達経路に作用するような抵抗性誘導剤の単離に成功している。一方で、ジャスモン酸(JA)シグナル伝達経路に作用する抵抗性誘導剤は世界的にもほとんど例がない。そこで、本研究ではJA応答性Vegetative Storage Protein 1(VSP1)遺伝子のプロモーターを利用したHTS系によるJA系抵抗性誘導剤の探索並びに発光遺伝子としてCB-lucを用いたより高性能なスクリーニング系の開発を目的とした。また、VSP1::Fluc形質転換シロイヌナズナへの人為的な変異誘起を行い、VSP1遺伝子の発現制御に関る新規因子の単離・同定を試みる。2、平成23年度研究計画(1)VSP1::F-lucのHTS系を用いてJA系抵抗性誘導剤を探索する。(2)前年度取得した候補物質の抵抗性誘導活性を評価する。(3)CB-lucを用いたHTS系を開発する。(4)取得した変異体について原因遺伝子の特定を試みる。3、平成23年度研究実績(1)化合物ライブラリーからの候補化合物の探索を実施し、新たにVSP1遺伝子発現を顕著に誘導する2化合物の取得に成功した。(2)前年度選抜したJA系抵抗性誘導能を有する2化合物が、シロイヌナズナ芽生えにおいてSA応答性pathogenesis-related protein1遺伝子をも発現誘導し、JA及びSA両シグナル伝達経路を活性化する大変興味深い化合物であることを明らかにした。(3)遺伝子発現抑制化合物等の同時探索が見込まれるCB-lucを用いたHTS系を開発した。しかし、VSP1遺伝子の基礎発現が低いため、CB-lucを用いたHTS系には改善を要する。今後は、heat shock protein遺伝子のターミネーターを導入し、VSP1遺伝子の基礎発現量を向上させることで改善を図る。(4)特に顕著なVSP1遺伝子発現の増加を示す変異体1系統について表現型及び防御関遺伝子発現を評価し、JAシグナル伝達経路が活性化していることを明らかにした。また、ラフマッピング及び全ゲノム解析を実施し、原因遺伝子の特定を進めている。1、目的当研究室では、発光遺伝子(Fluc)と様々な病害関連遺伝子を利用して抵抗性誘導剤のハイスループットスクリーニング系(HTS系)の開発に取り組み、実際にサリチル酸シグナル伝達経路に作用するような抵抗性誘導剤の単離に成功している。そこで、本研究ではJA応答性Vegetative Storage Protein 1 (VSP1)遺伝子のプロモーターを利用したHTS系によるJA系抵抗性誘導剤の探索並びに発光遺伝子としてCB-lucを用いたより高性能なスクリーニング系の開発を目的とした。また、VSP1::Fluc形質転換シロイヌナズナ等への人為的な変異誘起を行い、VSP1遺伝子の発現制御に関る新規因子の単離・同定を試みる。3、平成22年度研究実績(1)これまでに化合物ライブラリーをもとに約10,000アッセイを実施し、幼植物体においてVSP1遺伝子発現を誘導する2化合物を単離した。現在、成熟した植物体における両化合物による抵抗性誘導能等について評価中である。(2)VSP1::CB-Luc植物体の作製に成功しており、現在、系統選抜を実施中である。(3)VSP1遺伝子発現の顕著な増加を示す変異体を20個体程選抜し、かけ合わせに向けて継代中である。

しかし、VSP1遺伝子の基礎発現が低いため、CB-lucを用いたHTS系には改善を要する。今後は、heat shock protein遺伝子のターミネーターを導入し、VSP1遺伝子の基礎発現量を向上させることで改善を図る。(4)特に顕著なVSP1遺伝子発現の増加を示す変異体1系統について表現型及び防御関遺伝子発現を評価し、JAシグナル伝達経路が活性化していることを明らかにした。また、ラフマッピング及び全ゲノム解析を実施し、原因遺伝子の特定を進めている。
血管壁細胞における炎症・免疫反応のアンジオテンシンIIによる修飾とその役割

アンジオテンシンII(Ang II)は体液・電解質バランスや血圧調節に関わる血管作動性物質であり、また心肥大や動脈硬化の進展に中心的な役割をはたすことが明らかとなっている。近年動脈硬化の進展と炎症反応のとかかわりについて多くの研究がなされているがAng IIと炎症反応との関連についてはほとんどしれらていない。そこでAng IIが血管細胞においてサイトカイン等を誘導するか検討した。昨年度はイターロイキン6の発現について検討した。本年度は単球の誘導に重要なMonocyte Chemoattractant Protein-1および凝固線溶に関与するPlasminogen Activator Inhibitor Protein-1(PAI-1)の発現について検討した。ラット大動脈由来培養平滑筋細胞を用いた。MCP-1およびPAI-1のmRNAをノーザンブロット法にて、培養上清中の蛋白量をELISA法を用いて検討した。MCP-1およびPAI-1のプロモーター領域をルシフェラーゼに結合し、プロモーター活性を測定した。AngIIはMCP-1およびPAI-1のmRNAを時間依存性に誘導した。AngIIによる発現誘導は約3-6時間をピークとし、その後減少した。これらのmRNAの発現誘導はAngIIの濃度依存性に増加し、なたタイプ1受容体の拮抗剤であるCV11974により抑制されたがタイプ2受容体の拮抗薬であるPD123319は影響しなかった。AngIIはMCP-1およびPAI-1のプロモーター活性も上昇させた。AngIIによるMCP-1およびPAI-1のmRNAの増加はmitogen-activated protein kinaseを阻害するPD98059およびRho-kinaseを阻害するY27632により抑制された。Ang IIはmitogen-activated protein kinaseやRho-kinaseを介して、MCP-1およびPAI-1の発現を誘導し、血管壁局所における炎症反応を促進する可能性が示唆された。アンジオテンシン(Ang)IIは体液・電解質バランスや血圧調節に関わる血管作動性物質であり、また心肥大や動脈硬化の進展に中心的な役割を果たすことが明らかになっている。近年動脈硬化の進展と炎症反応との関わりについて多くの研究がなされているが、Ang IIと炎症反応との関係については知られていない。そこでAng IIにより培養平滑筋細胞に、炎症反応に重要な役割を果たすサイトカインの一つであるインターロイキン(IL)-6の発現が誘導されるかどうかを検討した。ラット大動脈由来平滑筋細胞を用いて、IL-6 mRNAをノーザンブロット法にて、培養上清中のIL-6をsandwich ELISA法にて測定した。ラットIL-6遺伝子のプロモーター領域をルシフェラーゼ遺伝子に結合しプロモーター活性を測定した。AngII刺激24時間後の培養上清中のIL-6は対照の約3.5倍となった。mRNAは刺激後30分に約3倍に増加し、その発現誘導はAngII 1型受容体拮抗剤により抑制されるため1型受容体を介するものと考えられる。AngIIによるIL-6の発現誘導は細胞内カルシウムのキレート剤、チロシンキナーゼやmitogen-activated protein kinaseの阻害剤などの前処置により完全に抑制された。IL-6遺伝子プロモーターのcAMP response element(CRE)を含む領域を除去するとANgIIに対する反応性が失われた。AngIIはチロシンリン酸化やmitogen-activated protein kinaseの活性化を介してIL-6の発現を誘導する事がわかった。またAngIIによるIL-6の発現誘導は、局所の炎症反応を促進し動脈硬化の進展等に関与している可能性を示唆するものと考えられた。
日中戦争期華中における占領地統治の進展と現地秩序の改変過程

本研究は、日中戦争期の華中において、日本の中国支配の拡大とともに、現地を支配する主体が「正当な政府」(中華民国)から、日本が設立した「事実上の政府」(維新政府・汪兆銘政権)へと移行する過程において、在来の国内法・国際法に加えられた変化と、その変化が惹起した国際的影響について、明らかにするものである。これによって、宣戦布告を行わなかったがゆえに「事実上の政府」による占領地支配という方法を採った、日中戦争の占領地支配上の特質に迫る。今年度は、維新政府期(193840年)に焦点をあて、同政府の成立によって旧来の国内法や国際法にどのような変化が加えられたのか、そして、その変化はどのような国際的な問題を惹起したのかについて、海関行政を事例として検討した。具体的には、維新政府の成立や、日本が中国の主要海関の大半を事実上の支配下に収めたことを通して、伝統的にイギリスと密な関係を築いてきた国民政府組織である海関に対して、日本が影響力を浸透させるプロセスについて、人事を例に明らかにした。今年度の研究においては、海関側の史料と日本側の史料を組み合わせることで、事実関係を明らかにすることに力点を置いた。研究成果として、学会報告を行い、分析対象や史料に関する有益な助言を得ることができた。来年度は、中国国民政府の史料や新聞報道など、関連する史料も検討の対象としながら、より多面的かつ実証的な研究を進める予定である。今年度積み残した史料調査については、来年度実施する目処がたった。今後は今年度積み残した史料調査を実施するとともに、研究の射程を汪精衛政権期(194045年)に広げる。太平洋戦争開戦が、日中戦争や日本の中国占領地支配にもたらした変化についても見据えながら研究を進める。必要書籍の購入を初年度に一括して行うのではなく、次年度以降に分散させて行うことにしたため、次年度使用額が生じた。次年度以降も、各年度の研究テーマに沿った書籍をその都度購入する予定である。
好熱菌細胞を利用した耐熱化酵素のハイスループット創出

好熱菌内で発生した耐熱化変異酵素を,活性に依存することなく選別する手法(蛍光レポーター法や変性タンパク質レポーター法)を設計した。非耐熱化酵素のBSpyrFAやその耐熱化変異酵素BSpyrFVをモデルにしながら,本年度では変性タンパク質レポーター法と,新たに設計した変性タンパク質生育阻害法を検討した。前年度の研究から,変性タンパク質の蓄積によって発現変動させる好熱菌遺伝子を見出した。本年度では,そのプロモーター領域に耐熱性ガラクトシダーゼの遺伝子を配置し,好熱菌の染色体に導入した。得られたレポーター株にBSpyrFVやBSpyrFA遺伝子の高発現プラスミドを導入し,様々な温度で培養後,ガラクトシダーゼ活性を測定した。本実験は,3つの候補プロモーター(プロモーターA,B,およびC)について行った。AとBに基づくレポーターでは,BSpyrFVとBSpyrFAの生産によるガラクトシダーゼ生産量に差異は見られなかった。Cに基づくレポーターでは,ガラクトシダーゼ生産量に明確な差異があったが,培養温度による変化が少なく,また活性を欠失させた変異体の生産においては差異がほとんどなかった。よって上述した差異は,BSpyrFの耐熱性に起因したものではなく,BSpyrFの活性に応答した可能性も考えられる。変性タンパク質生育阻害法も検討した。好熱菌にBSpyrFVやBSpyrFA遺伝子の高発現プラスミドを導入し,それらの生育パターンを解析した。その結果,BSpyrFVを高発現させた株は,BSpyrFAを高発現させた株よりも早く生育することがわかった。変異体の生産についても同様な結果が得られた。生育の遅延は変性タンパク質の蓄積が生育を阻害したためと考えられ,極めてシンプルな耐熱化スクリーニング法につながる可能性をもっている。変性タンパク質レポーター法の検証がおおむね完了した。加えて変性タンパク質生育阻害法も検証し,その有効性を見出した。当初の計画からはわずかな変化があったが,目的達成のための進歩があった。総じて研究進捗は順調と判断できる。平成31年度は,変性タンパク質生育阻害法の解析を進める。解析に時間がかかるため,モデル実験に半年以上費やす見込みである。それにより有効性が確認できた場合には,さらに様々なタンパク質を生産させ,生育パターンに対する影響を評価する。また最終的な応用(ランダム変異ライブラリーからの耐熱化変異体のスクリーニング)を考えた場合,現在使用している好熱菌は形質転換効率が悪いためライブラリー化が難しい。そこで31年度では並行して,電気穿孔法で効率よくDNAを導入できる好熱菌を獲得する。そして本好熱菌においても変性タンパク質生育阻害法が有効であるかを確認する。好熱菌内で発生した耐熱化変異酵素を,活性に依存することなく選別する3つの手法(蛍光レポーター直列法,蛍光レポーター直列法改,および蛍光レポーター融合法)を設計した。BSpyrFAやSpyrFVをモデルにしながら,上述した3手法の有効性を評価した。BSpyrFAおよびBSpyrFV遺伝子の下流にvenusを配置した各レポータープラスミドを構築し,好熱菌に導入した。形質転換体を50°Cで培養し,細胞蛍光強度を測定した。蛍光レポーター直列法では,比較的強い細胞蛍光強度が得られたが,上流遺伝子の相違すなわちBSpyrFAとBSpyrFVの耐熱性の相違と細胞蛍光強度の間に相関性は見られなかった。蛍光レポーター融合法では,全体的に蛍光値は低く,細胞蛍光強度もほとんど変化しなかった。蛍光レポーター直列法改では,BSpyrFVを配置した場合のほうがBSpyrFAを配置した場合よりも細胞蛍光強度が強かったが,例外もあった。蛍光レポーター直列法改については,培養温度が55°Cと60°Cの場合も調べたが,この場合も上流遺伝子の相違と細胞蛍光強度の間に相関性はなかった。好熱菌が変性タンパク質の蓄積によって発現変動させる遺伝子を,RNAシークエンス(RNAseq)を用いて解析した。それら遺伝子の挙動を確認するために,そのプロモーター領域と黄色蛍光タンパク質(Venus)の遺伝子を連結したレポーターカセットをHTA426派生株の染色体に導入した。得られたレポーター株のVenusシグナルは,変性タンパク質の有無に関わらず弱く,プロモーターの挙動は把握できなかった。そこでプラスミドを用いても検証したが,RNAseqの結果とは矛盾する結果が得られた。その理由として,Venusが高温下では成熟しにくく,変性タンパク質として蓄積してしまうためと考察した。デザインした手法の検証がおおむね完了した。変性タンパク質に応答するであろう遺伝子も見出すことができた。これは当初計画において期待したとおりの研究成果であるため,研究進捗は順調と判断できる。

Cに基づくレポーターでは,ガラクトシダーゼ生産量に明確な差異があったが,培養温度による変化が少なく,また活性を欠失させた変異体の生産においては差異がほとんどなかった。よって上述した差異は,BSpyrFの耐熱性に起因したものではなく,BSpyrFの活性に応答した可能性も考えられる。変性タンパク質生育阻害法も検討した。好熱菌にBSpyrFVやBSpyrFA遺伝子の高発現プラスミドを導入し,それらの生育パターンを解析した。その結果,BSpyrFVを高発現させた株は,BSpyrFAを高発現させた株よりも早く生育することがわかった。変異体の生産についても同様な結果が得られた。生育の遅延は変性タンパク質の蓄積が生育を阻害したためと考えられ,極めてシンプルな耐熱化スクリーニング法につながる可能性をもっている。変性タンパク質レポーター法の検証がおおむね完了した。加えて変性タンパク質生育阻害法も検証し,その有効性を見出した。当初の計画からはわずかな変化があったが,目的達成のための進歩があった。総じて研究進捗は順調と判断できる。変性タンパク質に応答する遺伝子の分析を進める。レポーター遺伝子は黄色蛍光タンパク質遺伝子ではなく,近年,高温で機能しやすいと報告されたスーパーフォールド緑色蛍光タンパク質遺伝子もしくは耐熱性ガラクトシダーゼ遺伝子を使用する。また,平成29年度の研究過程で,変性タンパク質が蓄積すると生育速度が変化する培地条件を偶然に見出した。平成30年度では,この培地条件が他の変性タンパク質蓄積においても生育速度に影響するかを詳細に調べていく。そのために,複数の枯草菌タンパク質をモデル酵素に加える。それらの発現系を構築し,組換えタンパク質を生産し,その耐熱性を評価する。並行して,それら遺伝子を好熱菌でも発現させ,それが好熱菌の生育に及ぼす影響を評価していく。平成31年度は,変性タンパク質生育阻害法の解析を進める。解析に時間がかかるため,モデル実験に半年以上費やす見込みである。それにより有効性が確認できた場合には,さらに様々なタンパク質を生産させ,生育パターンに対する影響を評価する。また最終的な応用(ランダム変異ライブラリーからの耐熱化変異体のスクリーニング)を考えた場合,現在使用している好熱菌は形質転換効率が悪いためライブラリー化が難しい。そこで31年度では並行して,電気穿孔法で効率よくDNAを導入できる好熱菌を獲得する。そして本好熱菌においても変性タンパク質生育阻害法が有効であるかを確認する。2月に実施したFACS解析の費用をゆとりをもって残しておく必要があったため,その分のゆとり繰越金がわずかに生じた。次年度に消耗品費として使用する。平成29年度からの繰越金が残存したため。
振動励起水素分子と励起水銀原子との反応における遷移領域と動的機構の研究

気相における原子分子衝突反応の遷移領域を探る分光法の開発を目指して、衝突で広がった水銀原子共鳴線:6^3P_1←6^1S_0 (253.7nm)の遠翼スペクトル帯を光励起する分光法を一連の衝突過程に適用し、次の成果を得た。(1)衝突系:Hg-He, Hg-Ne, Hg-Ar, Hg-N_2, Hg-CO, Hg-H_2,及びHgD_2による光吸収スペクトルの絶対測定を水銀共鳴線の両遠翼で行った。即ち、二光路干渉法による分散スペクトルの解析から吸収セル中の水銀蒸気カラム密度を精密測定し、衝突準分子のA←X遷移およびB←X遷移に対する換算吸収係数の絶対値を励起光波数の関数として決定した。特にHg-Ar系については、遠翼吸収スペクトルが示す振動的なスペクトル構造の原因を理論的に解明し、van der Waals分子HgArに関する分光学的な情報と遠翼吸収スペクトルから得られる情報との詳細な比較を行った。(2)遠翼吸収帯をパルスレーザーで励起する遠翼ポンプ・プローブ法に依って、N_2(或いはCO)との衝突による三重項水銀の微細構造間遷移:Hg^*(^3P_1)+N_2, CO→Hg^*(^3P_0)+N_2, COおよびH_2(或いはD_2, HD)との衝突による化学結合組み替え反応:Hg^*(^3P_1)+H_2, D_2, HD→HgH, HgD (X^2Σ^+,v, j)+H, Dを観測し、これらの衝突反応における遷移領域と遷移の動的機構とを詳細に検討した。この測定と(1)で得た吸収スペクトルから、遷移領域A, Bを経て各衝突過程の生成系へ至る失活確率をそれぞれ決定した。Hg^*-N_2, CO衝突での微細構造間遷移では、A状態からa状態への直接遷移が衝突最近接領域でコリオリ結合を介して起こる経路があることを明らかにした。水素分子との衝突によるHgH生成過程では、励起水銀のp電子がπ配向しているA状態を経由するほうが、σ配向が混っているB状態を経由するよりも3倍ほど反応確率が高くなること、反応の入口側にはポテンシャル障壁がないこと、反応生成種の振動・回転エネルギー分布には水素同位体の効果がないことを明らかにし、これらの結果から反応遷移状態の核配置について議論した。(1)水銀原子と希ガス原子或いは二原子分子との衝突に際して過渡的に形成される衝突複合分子(Hg-He,Hg-Ne,Hg-Ar,Hg-N_2,Hg-CO,Hg-H_2,及びHgD_2)による光吸収スペクトルを水銀共鳴線(253.7nm)の長波長側及び短波長側の遠翼領域で観測した。この観測ではマッハ・ツェンダー干渉法を用いて吸収セル中の水銀蒸気カラム密度を精密測定し、換算吸収係数の絶対値を決定した。

(2)水銀共鳴線の遠翼吸収帯を励起するレーザーポンプ・プローブ法によって、衝突複合分子Hg-H_2及びHg-D_2の光吸収によって生成したHgH分子及びHgD分子の回転準位分布を測定し、生成分子はいづれも高い回転励起状態にあるの観測した。またポンプレーザーの波長を掃引して、HgH分子が特定の回転状態へ生成する励起スペクトルを測定し、(1)の吸収スペクトルの結果と併せて解析した結果、衝突複合分子Hg-H_2の二つの励起状態のそれぞれに対して、HgH生成に至る確率を決定した。(3)衝突複合分子Hg-N_2及びHg-COについて(2)と同様の遠翼励起ポンプ・プローブ実験を行い、非反応性の光励起過程:Hg-AB+hν→Hg^*(^3P_1)+AB、及び、Hg-AB+hν→Hg^*(^3P_0)+ABによって生成する励起水銀Hg^*(^3P_1)及びHg^*(^3P_0)の励起スペクトルを測定し、(1)の吸収スペクトルの結果と併せて解析した結果、分子との衝突による水銀の微細構造間遷移過程の遷移領域と遷移機構について重要な知見を得た。衝突複合分子の吸収スペクトルが示す振動的なスペクトル構造の原因について理論的な解釈を与えた。気相における原子分子衝突反応の遷移領域を探る分光法の開発を目指して、衝突で広がった水銀原子共鳴線:3^3P_1←6^1S_0(253.7nm)の遠翼スペクトル帯を光励起する分光法を一連の衝突過程に適用し、次の成果を得た。(1)衝突系:Hg-He,Hg-Ne,Hg-Ar,Hg-N_2,Hg-CO,Hg-H_2,及びHgD_2による光吸収スペクトルの絶対測定を水銀共鳴線の両遠翼で行った。即ち、二光路干渉法による分散スペクトルの解析から吸収セル中の水銀蒸気カラム密度を精密測定し、衝突準分子のA←X遷移およびB←X遷移に対する換算吸収係数の絶対値を励起光波数の関数として決定した。特にHg-Ar系については、遠翼吸収スペクトルが示す振動的なスペクトル構造の原因を理論的に解明し、van der Waals分子HgArに関する分光学的な情報と遠翼吸収スペクトルから得られる情報との詳細な比較を行った。(2)遠翼吸収帯をパルスレーザーで励起する遠翼ポンプ・プローブ法に依って、N_2(或いはCO)との衝突による三重項水銀の微細構造間遷移:Hg^*(^3P_1)+N_2,CO→Hg^*(^3P_0)+N_2,COおよびH_2(或いはD_2,HD)との衝突による化学結合組み替え反応:Hg^*(^3P_1)+H_2,D_2,HD→HgH,HgD(X^2Σ^+,v,j)+H,Dを観測し、これらの衝突反応における遷移領域と遷移の動的機構とを詳細に検討した。この測定と(1)で得た吸収スペクトルから、遷移領域A,Bを経て各衝突過程の生成系へ至る失活確率をそれぞれ決定した。Hg^*-H_2,CO衝突での微細構造間遷移では、A状態からa状態への直接遷移が衝突最近接領域でコリオリ結合を介して起こる経路があることを明らかにした。水素分子との衝突によるHgH生成過程では、励起水銀のp電子がπ配向しているA状態を経由するほうが、σ配向が混っているB状態を経由するよりも3倍ほど反応確率が高くなること、反応の入口側にはポテンシャル障壁がないこと、反応生成種の振動・回転エネルギー分布には水素同位体の効果がないことを明らかにし、これらの結果から反応遷移状態の核配置について議論した。
軸流をともなう秩序渦の突発的な崩壊過程に関する研究

本研究では、秩序渦構造の崩壊過程の解明を目的とする。大規模な長さスケールを持つ構造(秩序渦構造)の崩壊現象の解明は、自然界や工学問題に現れる乱流化現象の重要な一因と考えられる。自然界の代表的な秩序渦として、旋風、竜巻、台風などが代表的な例と言える。これらに共通の特徴は、大気中に現れる大規模な渦構造で、様々な被害を我々の生活に及ぼす点である。また工学的にも同様の特徴を持つ渦構造が存在する。代表的な例は航空機の翼端から発生する後曳き渦が上げられる。この渦は滑走路に溜まり、航空機の安全な離着陸を阻害するため、空港の離発着間隔の短縮の障害となっている。このように、秩序渦は我々の生活のいろいろな場面に様々な影響を及ぼすため、秩序渦構造の崩壊を制御することが不可欠である。このためには秩序渦の崩壊過程を3次元的に促え、その崩壊メカニズムを解明することが必要である。そこで本研究では、q-vortexの渦構造の崩壊過程を、理論解析と直接数理計算によって明らかにすることを目的とした。特に、予備実験において示唆された(1)秩序渦構造の大変形に伴う線型安定理論の前提条件の破綻と(2)突発的な崩壊過程の発生による数値的不安定性の抑制、の2点を改善し、両者の関係を理論的・数値的に明らかにすることを目的とした。本年度では、q-vortexのうち、臨海安定な場合について解析を行なった。この場合での軸流の誘導する線形不安定性の影響は小さいことが知られている。予備実験では、不安定な秩序渦の場合と異なり、秩序渦自身が徐々に崩壊していく特徴的な過程が促えられた。この結果を、16年度までに解析した「Lamb-Oseen渦の場合」、17年度で解析した「線型不安定な場合」について比較を行ない、軸流の景況について解析を行ない、類似点と相違点に着目した。類似点は、秩序渦の周囲の微細渦構造の軸対称化、および秩序渦内部の渦波の発生や攪乱発生と、それぞれに対応する統計的性質であった。一方で相違点も観察された。特に、秩序渦の表面付近に発生する微細な渦構造が観察された。この構造はトルネードと類似した構造であった。この構造の発生は、q-vortexの持つ軸流の影響を受けたためと考えられる。この渦は滑走路に留まり、航空機の安全な離着陸を阻害するため、空港の離発着間隔を短縮できない原因となっている。このために秩序渦の崩壊過程を3次元的に捉え、その崩壊メカニズムを解明することを目的とする。今年度は線形不安定な場合について直接数値計算を行った。十分高い解像度として5121024の三乗の解像度を与えて計算した。これにより、低解像度での予備計算結果から予想された(1)突発的な秩序渦の崩壊過程によって構造変化の複雑化が予想され、解像度不足の影響が予想されること、(2)粘性の影響を既存結果の半分以下に抑えたいこと、などが解消された。また可視化解析を行なって突発的な崩壊および秩序渦自身による崩壊過程を定性的に捉えることに成功した。数値計算結果で現れた突発的な渦構造崩壊過程を理解するため、理論解析を行なった。従来の理論では、秩序渦構造の大規模変形を取り込むことは難しく、突発的な崩壊の前段階で起こっている大変形の影響は反映することが難しかった。このため本研究では、このような変形の影響を取り込みやすいWKB法を用いて解析を行なった。この方法は非粘性・非圧縮性における波束型撹乱の伝播の方程式を示し、これらの方程式の時間発展を解くことで局所的な不安定性解析を行なうことを目的とした。この方法で、準備段階である線形安定論の結果は再現できることが確認された。今後はこの結果をもとに非線形相互作用の解析に適用したい。

このためには秩序渦の崩壊過程を3次元的に促え、その崩壊メカニズムを解明することが必要である。そこで本研究では、q-vortexの渦構造の崩壊過程を、理論解析と直接数理計算によって明らかにすることを目的とした。特に、予備実験において示唆された(1)秩序渦構造の大変形に伴う線型安定理論の前提条件の破綻と(2)突発的な崩壊過程の発生による数値的不安定性の抑制、の2点を改善し、両者の関係を理論的・数値的に明らかにすることを目的とした。本年度では、q-vortexのうち、臨海安定な場合について解析を行なった。この場合での軸流の誘導する線形不安定性の影響は小さいことが知られている。予備実験では、不安定な秩序渦の場合と異なり、秩序渦自身が徐々に崩壊していく特徴的な過程が促えられた。この結果を、16年度までに解析した「Lamb-Oseen渦の場合」、17年度で解析した「線型不安定な場合」について比較を行ない、軸流の景況について解析を行ない、類似点と相違点に着目した。類似点は、秩序渦の周囲の微細渦構造の軸対称化、および秩序渦内部の渦波の発生や攪乱発生と、それぞれに対応する統計的性質であった。一方で相違点も観察された。特に、秩序渦の表面付近に発生する微細な渦構造が観察された。この構造はトルネードと類似した構造であった。この構造の発生は、q-vortexの持つ軸流の影響を受けたためと考えられる。
コンピテンシーの育成に関する実践的研究

1研究目的コンピテンシーの育成を目指した算数科における授業の在り方について提案し,その有効性を実践的に検討することを目的とする。2研究方法研究目的を達成するために,大正時代から貫いてきた奈良女子高等師範学校附属小学校での清水甚吾の「算術自発学習指導法」における実践を資料とし,次のような方法で研究を行った。(1)清水が「算術自発学習指導法」を確立していった大正9年大正15年の約7年間に焦点を当て,「算術自発学習指導法」から見出した算術教育の在り方を,算数科におけるコンピテンシーベースの授業という視点で考察していく。(2)コンピテンシーの育成に関する実践的研究について,先進校視察,文献研究を行う。(3)上記の(1)(2)から構築した理論を基に,授業実践を行いその有効性を検討する。3研究成果清水の実践から方法論成立のために必要な視点を次の5つに整理した。(1)方法,目標,内容の一体化を図ること。(2)社会との交渉をもたせ,学びを算数科だけに閉じないこと。(3)系統を把握し学びの発展性を図ること。(4)個の学び,相互の学び,個の学びという学習形態の工夫を図ること。(5)算数科の内容や方法にコンピテンシーを埋め込むこと。本研究において,清水の算術教育観を明らかにした上で,「算術自発学習指導法」について整理し今求められているコンピテンシーベースの教育という視点で再整理できたことは, 100年という時代の流れの中で,往々にして「内容(知識・技能)」の習得が最終的な目的になっていた現代の算数教育に対しての示唆を得る上で大きな意味をもつものであったと考える。さらに,方法論成立のために必要な5つの視点を踏まえた第6学年の算数科「資料の調べ方」の授業を提案し,その視点の有効性を認めることができたことも成果と考える。
乳牛の発情・排卵障害における慢性ストレスの関与と被毛を用いた臨床評価法の検討

酪農現場で問題となっている乳牛の発情・排卵障害の原因として慢性ストレスの関与が指摘されている。しかしながら、通常の飼育環境においてどの程度のストレスが動物に影響し、発情・排卵障害の原因となりうるかについては不明な点が多く、現場レベルでの対策を講じることが難しい。本研究では慢性ストレスが乳牛の卵巣機能や発情行動に及ぼす影響を明らかにするとともに慢性ストレスを臨床的に評価するための手法として被毛コルチゾール濃度の分析に取り組み、これまでに以下の成果を得た。1シバヤギへ副腎皮質刺激ホルモン(ACTH)を実験的に投与して血中コルチゾール濃度の増加を誘導し、発情や卵胞発育に及ぼす影響を検討した結果、ACTHの投与により排卵卵胞の直径および排卵数が対照群よりも増加し、卵胞の発育に影響を及ぼすことが示唆された。2シバヤギにACTHを投与して被毛コルチゾール濃度の変化を調べた結果、1日1回7日間投与では投与1ケ月後ならびに2ケ月後に採取した被毛コルチゾール濃度に有意な変化は認められなかったが、投与回数と期間を1日2回14日間に増やした結果、投与1カ月後の被毛コルチゾール濃度が有意に増加した。したがって、被毛コルチゾールはある程度長期間の血中コルチゾール濃度の変化を反映するものであることが明らかとなった。313戸の酪農家で飼育されている乳牛25頭について分娩前後の被毛コルチゾール濃度の変化を調べ、栄養状態や卵巣機能の回復、繁殖成績との関連を調べた結果、ボディコンディションスコアや飛節スコアとの関連が認められ、飛節に腫脹や炎症のある牛では被毛コルチゾール濃度が高いことが明らかになった。さらに、空胎日数の長かった低受胎牛では泌乳初期ならびに中期の被毛コルチゾール濃度が乾乳期に比べて有意に増加しており、繁殖供用時期に何らかの慢性ストレスを受けている可能性が推察された。しかし、通常の飼育管理下においてどの程度のストレスが発情・排卵障害の誘因となり得るかという点については明確にされておらず、現場レベルでの対策を講じることが難しい。本研究では、慢性ストレスが乳牛の卵巣機能や発情行動に及ぼす影響をその内分泌機序に焦点を当てて検証すると共に、慢性ストレスを臨床的に評価するための新手法として被毛コルチゾール濃度の分析に取り組み、基盤技術を確立することを目指し、これまでに以下の研究を実施した。1.慢性ストレスが発情・排卵過程に及ぼす影響の内分泌メカニズムの解明慢性ストレスのモデル動物をシバヤギへのACTHの微量投与によって作出し、発情行動の発現や正常な卵胞の発育ー排卵過程に重要な繁殖ホルモンの血中動態を検討した結果、ACTH投与による血中コルチゾール濃度の上昇は、発情行動の発現や卵胞発育に影響を及ぼすことが示唆された。2.コルチゾールの血液から被毛への移行・蓄積過程の定量的評価コルチゾールの血中動態ならびに被毛への移行・蓄積過程を定量的に評価し、それらに影響する可能性がある年齢や毛の成長速度について明らかにするため、シバヤギにACTHを投与して被毛コルチゾール濃度の変化を調べた結果、1日1回7日間投与では投与後1か月後ならびに2か月後に採取した被毛中コルチゾール濃度に有意な上昇は検出されなかったが、1日2回14日投与では、投与後1か月後の被毛コルチゾール濃度に有意な上昇が検出された。したがって、被毛中コルチゾール濃度の上昇は、ある程度長期間の血中コルチゾール濃度の上昇を反映するものであることが明らかとなった。当初の研究計画で予定していた実験内容が順調に進められている。しかしながら、通常の飼育環境においてどの程度のストレスが動物に影響し、発情・排卵障害の誘因となり得るかについては不明な点が多く、現場レベルで具体的な対策を講じることが難しい。本研究では、慢性ストレスが乳牛の卵巣機能や発情行動に及ぼす影響を明らかにするとともに慢性ストレスを臨床的に評価するため手法として被毛コルチゾール濃度の分析に取り組み、これまでに以下の成果を得た。2シバヤギにACTHをとうよして被毛中コルチゾール濃度の変化を継時的に調べた結果、1日1回7日間投与では、投与1ヶ月後ならびに2ヶ月後に採取した被毛中コルチゾール濃度に有意な変化は認められなかったが、投与回数と期間を1日2回14日に増やした場合、投与後1ヶ月後の被毛中コルチゾール濃度に有意な上昇が認められた。したがって、被毛中コルチゾール濃度はある程度長期間の血中コルチゾール濃度の変化を反映するものであることが明らかとなった。313戸の酪農家で飼育されている乳牛25頭について被毛の採取を分娩日を基準として1ヶ月間隔で泌乳後期(分娩後8カ月)まで実施し、被毛中コルチゾール濃度と栄養状態や卵巣機能の回復、繁殖成績との関連を調べた結果、ボディコンディションスコアや飛節スコアとの関連が認められた。

さらに、繁殖成績の悪い牛では、泌乳初・中期の被毛中コルチゾール濃度が乾乳期に比べて有意に増加しており、ストレスとの関連が示唆された。当初の計画で予定した内容が進められており、学会発表ならびに論文の執筆に少々遅れがあるのみであるため。酪農現場で問題となっている乳牛の発情・排卵障害の原因として慢性ストレスの関与が指摘されている。しかしながら、通常の飼育環境においてどの程度のストレスが動物に影響し、発情・排卵障害の原因となりうるかについては不明な点が多く、現場レベルでの対策を講じることが難しい。本研究では慢性ストレスが乳牛の卵巣機能や発情行動に及ぼす影響を明らかにするとともに慢性ストレスを臨床的に評価するための手法として被毛コルチゾール濃度の分析に取り組み、これまでに以下の成果を得た。1シバヤギへ副腎皮質刺激ホルモン(ACTH)を実験的に投与して血中コルチゾール濃度の増加を誘導し、発情や卵胞発育に及ぼす影響を検討した結果、ACTHの投与により排卵卵胞の直径および排卵数が対照群よりも増加し、卵胞の発育に影響を及ぼすことが示唆された。2シバヤギにACTHを投与して被毛コルチゾール濃度の変化を調べた結果、1日1回7日間投与では投与1ケ月後ならびに2ケ月後に採取した被毛コルチゾール濃度に有意な変化は認められなかったが、投与回数と期間を1日2回14日間に増やした結果、投与1カ月後の被毛コルチゾール濃度が有意に増加した。したがって、被毛コルチゾールはある程度長期間の血中コルチゾール濃度の変化を反映するものであることが明らかとなった。313戸の酪農家で飼育されている乳牛25頭について分娩前後の被毛コルチゾール濃度の変化を調べ、栄養状態や卵巣機能の回復、繁殖成績との関連を調べた結果、ボディコンディションスコアや飛節スコアとの関連が認められ、飛節に腫脹や炎症のある牛では被毛コルチゾール濃度が高いことが明らかになった。さらに、空胎日数の長かった低受胎牛では泌乳初期ならびに中期の被毛コルチゾール濃度が乾乳期に比べて有意に増加しており、繁殖供用時期に何らかの慢性ストレスを受けている可能性が推察された。先の研究で得られた被毛コルチゾール濃度の定量的評価の結果を踏まえ、実際の酪農現場において飼育される乳牛がどの程度のストレスを感じているかを被毛コルチゾール濃度を指標として調査し、分娩後の卵巣機能の修復ならびに発情の発現状況、卵巣疾患の受胎成績を中心とした繁殖性との関連について検討する。また、乳牛の栄養状態、周産期疾患や炎症の有無に加えて、管理者への馴致度や牛群における順位を調べることで心理的・社会的ストレスの程度を評価し、被毛コルチゾール濃度の増加(=慢性ストレス)につながる具体的要因を明らかにする。野外での調査は申請者が自ら行うが、計画通りに進まない場合、臨床現場の獣医師にサンプル収集などの協力を依頼して進める。当初の予定通り、3の実験の採材と解析を進め、乳牛の栄養状態、周産期疾患や炎症の有無に加えて、管理者への馴致度や牛群における順位を調べることで心理的・社会的ストレスの程度を評価し、被毛コルチゾール濃度の増加(=慢性ストレス)につながる具体的要因を明らかにする。当初予定していた物品の購入や学会発表のための旅費が少なかったため、次年度使用額が生じた。海外での学会発表を計画していたが日程の都合で国内での発表に変更したため、旅費の支出が少なく、次年度使用額が生じた。旅費ならびに物品費として翌年度分の助成金と合わせて使用する予定である。実験に使用する物品の購入、学会発表のための旅費、論文投稿費用として使用する計画である。
高強度・高弾力性を持つハイドロキシアパタイト/カーボンナノチューブ複合体の創製

1本1本の多層カーボンナノチューブ(multi-walled carbon nanotube:MWCNT)表面にハイドロキシアパタイト(hydroxyapatite:HA)を成長させ、放電プラズマ焼結法によって、加圧しながら熱処理を行うことにより、軽量でナノチューブの曲げ強度を生かした「ハイドロキシアパタイト/MWCNT複合体」の作製を試みた。HAはアミド修飾されたMWCNTsの表面に部分的に成長し、このHA/MWCNTsをスパークプラズマ焼結法(spark plasma sintering;SPS)で固化した複合体の3点曲げ強度とヤング率は120MPa、15GPaであった。得られたヤング率が従来のHAのみの焼結体のそれより低いことから、MWCNTが複合体に弾性を与えていることがわかった。カーボンナノチューブ(CNTs)とセラミックスの複合材料の大きな問題点は、既成のセラミックスとCNTsを混合して複合材を作製するために、母材のセラミックス内のCNTsの不均一分散による「CNT凝集体とセラミックスの界面でのすべり」が生じ、CNTの機械強度が反映されないことである。この問題点を解決するために、それぞれ1本のナノチューブに均一に無機物質を担持させたものを焼結させるという概念を考えた。そこで、(1)1本1本にハイドロキシナノアパタイトを満遍なく担持させるために、フッ素化MWCNTに注目し、(2)ハイドロキシナノアパタイト/MWCNTを焼結するのに、放電プラズマ焼結法(sark plasma sintering ; SPS)に注目した。上記2つの特徴を組み合わせ、本研究では、1本1本のフッ化MWCNT表面にハイドロキシナノアパタイトを核成長させ、放電プラズマ焼結法により、圧力をかけながら熱処理を行うことにより、軽量でナノチューブの曲げ強度が生かされた生体骨に近い「ハイドロキシアパタイト/MWCNT複合体」を作製し、代替生体材料としての機能を探索することを目的とした。21年度はCVD法で合成されたMWCNTをフッ素化し(フッ素化MWCNTs)、そのフッ素化MWCNTsをヒトの細胞外液に近いイオン濃度を持たせた擬似体液(simulated body fluids ; SBF)の中に分散させ、トリス緩衝剤(トリスヒドロキシメチルアミノメタン50mol/m^3と塩酸45mol/m^3)により、37°C、pH7.25付近で10日間攪拌させて、ハイドロキシナノアパタイトをフッ素化MWCNT表面に析出させることを試みた。しかし、SEMおよびTEM観察から、ハイドロキシナノアパタイトはフッ素化MWCNT表面に析出されなかった。一方、カルボキシル化MWCNTsの表面にはハイドロキシナノアパタイトが析出することが判明した。このハイドロキシナノアパタイトの析出の違いは、MWCNT表面の官能基の負電荷の極性の強さが原因と考えられる。電気陰性度の大きいフッ素はSBF内の陽イオンを引きつけることで、SBF中の陽イオン強度が減少し、ハイドロキシアパタイトを析出する条件が揃わなかったと考えられる。そこで、(1)1本1本にハイドロキシナノアパタイト(hvdroxylapatite;HA)を満遍なく担持させるために、フッ素化MWCNTに注目し、(2)ハイドロキシナノアパタイト/MWCNTを焼結するのに、放電プラズマ焼結法(spark plasma sintering;SPS)に注目した。上記2つの特徴を組み合わせ、本研究では、1本1本のフッ化MWCNT表面にハイドロキシナノアパタイトを核成長させ、放電プラズマ焼結法により、圧力をかけて熱処理を行うことにより、軽量でナノチューブの曲げ強度が生かされた生体骨に近い「ハイドロキシアパタイト/MWCNT複合体」を作製し、代替生体材料としての機能を探索することを目的とした。平成21年度で得られた結果(負の極性を帯びるフッ素置換基は擬似体液のイオンが吸着してしまい、HAの化学量論に必要な原子数に過不足を生じ、HAを合成できない)をもとに、平成22年度は"正と負"の極性を持つ官能基(アミド基)を修飾させたMWCNTsを合成し、1本1本のMWCNTにHAを満遍なく担持させることを試みた。

アミド修飾されたMWCNTsにはHAが疎らに担持され、このHA/MWCNTsをSPSで固化した複合体の3点曲げ強度とヤング率は120MPa、15GPaであった。HAのみの焼結体の3点曲げ強度、ヤング率は100MPa、100GPaであるため、HA/MWCNTs複合体は"しなり易さ"が向上していることがわかる。平成23年度(震災繰り越しによる延長)は、もうワンランク上の"しなり"の向上を目指すためには、さらなる1本1本のMWCNTにHAを満遍なく担持させる必要がある。そこで、フランスのCNRS(ストラスブール)のアルベルト・ビアンコ博士から教えていただき、生理活性水に高分散するリン酸官能基を修飾したMWCNTs(PO_4-MWCNTs)を設計・合成した。現在はPO_4-MWCNTsにHAの担持を試みており、HA/PO_4-MWCNTs複合体の作製を行う予定である。