hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
T細胞分化過程におけるTCR遺伝子高次構造制御の分子機構

T細胞受容体(TCR)の4鎖は、各分化ステージ特異的に遺伝子が再構成して発現する。しかし、そのような遺伝子DNAの高次構造を制御する機構は不明な点が多い、この課題解明の一端として、本研究では1)TCR-α鎖遺伝子変化を制御するシスエレメントの同定、及び2)TCR-β鎖遺伝子再構成とT細胞系列分化に深く関わる転写因子GATA3の役割を検索した。その結果得た各項目の成果を以下に記載する。1)昨年、TCR-α鎖遺伝子の分化ステージ特異的な新しい制御シスエレメントをJα49上流域(170bp)に見出した。本年度は、その領域を129マウスゲノムライブラリーから単離して、それをもとにtargeting-vectorを作製し、homologousrecombination法により当該領域欠損マウスを樹立した。その解析の結果、TCR-α鎖の内、Jα49-45セグメントまでの遺伝子再構成とgerm line(GL)転写は検出されなかった。従って、TCR-α鎖遺伝子再構成にはエンハンサー以外に分化ステージ特異的なシスエレメントが近傍のセグメントに作用することが明らかとなった。さらに、先行するGL転写は同部位のDNA再構成に必須であることを、直接証明した。2)TおよびB両細胞すべての分化ステージに発現を惹起するベクターを結合した遺伝子を導入したGATA3ミュータントマウスを作製した。それらから繁殖したマウスの胎仔肝、骨髄、脾臓からプレB細胞とB細胞を得て解析したが、予想に反してB細胞系のどの分化ステージにもTCR-β鎖遺伝子の再構成は認められなかった。又、B細胞の減少も著明でなかった。B細胞分化への抑制が著しくない1原因として、導入GATA3遺伝子の弱発現が考えられるので、現在異なるプロモーター結合のGATA3導入マウスを作製中である。胸腺内におけるT細胞の分化過程において、TCRα遺伝子の発現はβ遺伝子に較べて分化ステージ上明らかに遅れることが知られ、また遺伝子再構成も同様に遅れていることが最近報告者によって明らかにされた。両遺伝子の再構成反応は、Ig遺伝子とともにRAG遺伝子産物に依存することから、それらの細胞系列および分化ステージ特異性は、遺伝子再構成を受ける側の状態によって決定されるものと考えられる。これらの特異的制御機構は、対立遺伝子排除の分子機構とともに、抗原受容体の多様性創出過程における最大の未解明課題である。報告者は今年度の研究において、TCRα遺伝子のステージ特異性を制御する分子機構の解明を試みた。その結果、(1)ステージの異なるTCRトランスジェニックマウス胸腺細胞および未熟T細胞ハイブリドーマの解析から、再構成型α遺伝子は、本来のα遺伝子構成およびgerm-line型転写(GL転写)が認められないIL-2R^+DNステージにおいてすでに発現が認められ、GL型α遺伝子の活性化には、再構成型α遺伝子を制御するTCRα遺伝子エンハンサー(Eα)とは異なるシスエレメントがさらに必要であること、(2)TCRα遺伝子のGL転写はJα49領域を含むものが主であること、(3)Jα49GL転写はCD3を介するpre-TCR様のシグナルにより誘導されること、(4)Jα49上流域に、Jα49GL転写が認められる細胞でのみ転写活性化能が認められる領域が存在すること、が明らかになった。以上のことから、TCRα遺伝子のステージ特異性はEαのみならず、Jα49上流域に存在するシスエレメントの働きにより制御されていることが示唆された。またこれらの反応はpre-TCRからのシグナルによって誘導され、DNからDPへの分化反応(β-セレクション)とともに制御されている可能性が考えられた。
同位体エンジニアリングが生みだすグラフェンの機能探索

昨年度末から今年度初めにかけて、同位体グラフェンヘテロ構造における非対角熱電効果発現を検証した。さまざまな界面角度やデバイスのアスペクト比を有するヘテロ構造を作製し、熱起電圧を計測したところ1.熱起電圧は界面角度に対しsin2θの依存性を示し、角度が45度のときに最大となった。2.熱起電圧はアスペクト比に比例して上昇することを確認した。このことから得られた起電圧は確かに非対角熱電効果によるものであり、通常グラフェンの熱電特性は等方性であるが、ヘテロ界面を設けることで、ゼーベック係数の異方性をおよそ30%程度もたせることに成功した。今年度後半はこの熱起電圧をさらに上昇させる方向で検討を行った。同位体グラフェンヘテロ構造では通常のグラフェンと比べ、電気特性、熱特性にあまり変化が生じないため、ゼーベック係数に大きな異方性をもたせるには限界がある。そのため香港科学技術大学と共同で、グラフェン中の炭素をホウ素や窒素で置換したデバイスを作製し、そのゼーベック係数を測定した。電気特性は大きく変化し抵抗が増大したが、ゼーベック係数は原子置換によりあまり影響を受けなかった。このことから非対角熱電効果を有効に発現させるためには、よりゼーベック係数の異なる物質とのヘテロ構造を作製する必要があると言える。熱起電圧を引き上げるという目的で、今年度は原子置換したグラフェンに対して熱電特性の計測を行った。当初予定していたスピンを利用した新たな機能発現においては、ボトムアッププロセスにより、1マイクロ程度の幅を有するヘテロ周期構造の作製には成功しているが、デバイス動作の確認には至っていない。非対角熱電効果による熱起電圧の発現は確認済みであり、今後数値計算などによる検証が終わり次第、論文や国際会議などへの発表につなげる。ボトムアッププロセスによるグラフェン周期構造のデバイス動作の確認も進める予定である。グラフェンデバイスに様々な機能を付与するため、同位体によるヘテロ界面を利用し、同位体制御技術の新たな研究フェーズを開拓することが本研究の目的である。今年度は計画に従い、同位体を用いたグラフェン周期構造を作製し、非対角熱電効果発現について検証を行った。具体的には、まず比較的非対角効果が大きく出ると考えられる12Cグラフェンと、12Cと13Cを混合させて合成したグラフェンのヘテロ構造を作製した。ここで、同位体界面を緻密に制御するためエッチング条件の最適化を行い、再現良く周期構造を作製することに成功した。幅5μmの周期構造に対して、まず電気特性、熱電特性を測定したところ、移動度とゼーベック係数はそれぞれ1,000cm^2/Vsと60μV/Kとなり、通常CVDで合成したグラフェンと遜色ない特性を示した。このことから、同位体元素の導入が電気的特性に影響を与えないことを改めて確認することができた。次に、グラフェンデバイス面内に温度変化を与え、温度変化を与えた方向とは直交方向での電圧を測定したところ、ヘテロ界面の角度に応じて出力電圧が変化し、45°の界面角度で最大となった。一方、デバイスのアスペクト比を変化させたときの出力電圧は比例関係となった。このことから得られた出力電圧は、非対角熱電効果を反映した熱起電圧であることが分かった。グラフェンのような二次元材料においても、電気伝導率やゼーベック係数、熱伝導率に異方性をもたせることで、非対角熱電効果が発現することが確認できた。当初検証課題であった、グラフェン同位体ヘテロ構造の非対角熱電効果について、熱起電圧の大きさ自体は満足のいくものではないが、界面角度依存性、アスペクト比依存性とも、理論で予測したものと同じ傾向を示した。今後の熱起電圧の向上のため構造の最適化が必要不可欠であるが、グラフェンのような二次元原子材料においても、面内の熱流を利用して非対角熱電効果が実験的に確認できたことは大きな収穫であり、概ね計画通りに進捗しているといえる。

当初予定していたスピンを利用した新たな機能発現においては、ボトムアッププロセスにより、1マイクロ程度の幅を有するヘテロ周期構造の作製には成功しているが、デバイス動作の確認には至っていない。引き続き非対角熱電効果によるグラフェンデバイスの起電圧向上に取り組む。トップダウン合成では、周期幅と界面数を最適化し、例えばフレキシブル基板上にデバイスを作製するなど、より実用的な応用を指向した実験を展開する。ボトムアップ合成では、原料ガスの切り替えにより光の波長程度の幅を有するヘテロ周期構造を作製し、スピンを利用した新たな機能発現を目指す。非対角熱電効果による熱起電圧の発現は確認済みであり、今後数値計算などによる検証が終わり次第、論文や国際会議などへの発表につなげる。ボトムアッププロセスによるグラフェン周期構造のデバイス動作の確認も進める予定である。トップダウン合成において、酸素プラズマを用いて周期構造を作製することができた。界面構造は比較的乱雑だと考えられるが、結晶性の評価や緻密な界面構造を制御した作製手法の確立よりも、まず非対角熱電効果の実証を優先したため未使用額が生じた。性能の向上には結晶性評価と界面制御は必要不可欠であり、未使用額はその経費に充てる。非対角熱電効果発現の更なる向上のため原子置換したデバイスの作製と評価を行ったが、予期した結果は得られなかった。現時点の結果を用いて論文としてまとめるために、数値計算による検証等を行うと同時に、国際会議や論文への発表準備と投稿を行うために使用する。
相模湾長井におけるサザエの繁殖生態と初期生態

昨年度に引き続き、相模湾東部長井沿岸の調査地点に存在する4種の海藻群落(有節サンゴモ群落、テングサ群落、アラメ・カジメ海中林、無節サンゴモ転石)において、方形枠を用いて群落内のサザエ稚貝を定期的に採集することで、サザエの分布、成長および生残を海藻群落間で比較した。また、各海藻群落の動物相・植生を調査し、海藻群落問でのサザエ浮遊幼生の着底密度や稚貝の成長・生残と比較した。その結果、捕食者である小型捕食性巻貝類や、サザエの重要な初期餌料であることが本研究で示された付着珪藻を巡る競合種のチグサガイの生息密度などの、各海藻群落の生物的な環境条件がサザエの成長・生残に大きく影響していることを示した。加えて、これまでの野外調査によるデータを含めて検討することで、サザエの初期減耗の変動要因を明らかにし、本種の加入量変動の機構に関する知見を集積した。また、摂餌器官である歯舌の成長に伴う発達過程をサザエ科巻貝類では初めて明らかにし、サザエ初期稚貝・稚貝を用いた餌料実験の結果との比較により、サザエの初期生活史における食性変化を明らかにした。以上の研究成果は、世界的に見ても知見が乏しいサザエ科巻貝類の初期生態について数多くの新知見を提供しており、また、海藻群落との関係性や小型底生動物との種間関係が加入量変動に大きく影響を及ぼすことを示したことは、沿岸岩礁域の底生動物研究に新規的かっ重要な研究視点を提示した。本年度は、これまでの研究成果を総括すると共に、投稿論文および国際学会において研究成果の一部を発表した。相模湾東部長井沿岸の調査地点の各種海藻群落において、方形枠を用いた定期的な採集を行った結果、有節サンゴモ群落において他の海藻群落よりもサザエ浮遊幼生の高い着底密度が認められ、その後もサザエ初期稚貝・稚貝が連続的に採集された。室内実験によりアクキガイ科の巻貝ヒメヨウラクがサザエ初期稚貝・稚貝に対して特に活発な捕食行動を示すことが明らかになった。ヒメヨウラクに捕食されたサザエ初期稚貝・稚貝の殻上に穿孔痕が残ることが明らかになり、野外から採集された死亡個体の状態の調査と併せ、サザエ初期稚貝・稚貝の生残にヒメヨウラクの捕食が強く影響することが新たに分かった。異なるサイズのサザエ初期稚貝・稚貝を用いた餌料実験を実施し、有節サンゴモ類、その藻体上にある付着珪藻、およびマクサ(テングサ類)の餌料価値を検討した。その結果、有節サンゴモ類の藻体そのものの餌料価値は低く、藻体上の付着珪藻が初期稚貝の重要な餌料となっていること、一定のサイズ以上に成長するとマクサの藻体を摂食可能になり、珪藻食性から大型藻類食性に変化することを示した。加えて野外における有節サンゴモ藻体上の付着珪藻の密度と種組成の季節的な変動を明らかにした。さらに、室内実験によって、サザエ稚貝とニシキウズガイ科の小型植食性巻貝チグサガイとの間に有節サンゴモ藻体上の付着珪藻類を巡る競合関係があること明らかにした。調査海域のサザエ成貝の生殖腺を毎月調査し、雌雄それぞれの成熟度の変化を測定した。調査海域における着底個体の出現状況および各種環境データとの比較の結果、夏季の水温増加期と秋季の水温減少期に生殖腺指数の低下が認められたが、産卵期において生殖腺指数の個体差が大きく、着底初期の個体が散発的に出現した。このため、サザエは特定の環境因に誘発された大規模な同期的産卵を行わない可能性が考えられた。
長大薄肉構造物の高精度かつ効率的な局部応力解析法の開発

級数解法と大型要素を用いることによるハイアラーキ要素(p法)特有の問題点を改善するための数値計算法と大型構造の全体解析のための数値計算法の開発を行った.解法の汎用性や精度,計算時間など,数値計算全体の効率性を考慮した研究成果をまとめると次のようになる.1.要素の変位関数には,節点帯板法の研究で用いた最も簡単な階層型C^0級多項式の関数列を用いた.さらに,要素が定形の場合には,数値積分を用いずに解析的に剛性行列を求めて計算時間の短縮を図る定形要素を定式化した.2.ハイアラーキ平面シェル要素には,曲げ変形にMindlin理論を用いて四辺形要素および三角形要素の開発した.さらに,ハイアラーキ写像の手法による任意形状要素を定式化した.3.ハイアラーキ写像や混合関数法を用いて高次曲線要素を開発し,数値計算例により極めて高精度であることを確認した.4.集中荷重が作用する場合や特異性を有する構造に対して,要素の細分割を行わずとも高精度の解を得るために特異要素を開発し,数値計算例によりその精度と効率性を確認した.5.様々な内部自由度の採り方を研究し,効率的な遷移要素を開発した.6.大型構造物の局所応力解析のためにサブストラクチャー法による全体解析法を開発した.以上によって,薄肉構造物の局部応力解析に必要な要素の定式化と解析プログラムの開発を行うことができた.種々の計算例によってハイアラーキ有限要素法(p法)は要素細分割法(h法)に比べて,少ない未知数で極めて高精度の解が得られることを明らかにした.本年度では,級数解法と大型要素を用いることによるハイアラーキ要素(p法)特有の問題点を改善するための数値計算法の開発を行った.さらに,解法の汎用性や精度,計算時間など,数値計算全体の効率性を考慮して次の要素を開発している.1.要素の変位関数には,節点帯板法の研究で用いた最も簡単な階層型C^0級多項式の関数列を用いた.さらに,要素が定形の場合には,数値積分を用いずに解析的に剛性行列を求めて計算時間の短縮を図る定形要素を定式化した.2.ハイアラーキ平面シェル要素には,曲げ変形にMindlin理論を用いて四辺形要素および三角形要素の開発した.さらに,ハイアラーキ写像の手法による任意形状要素を定式化した.3.ハイアラーキ写像や混合関数法を用いて高次曲線要素を開発し,数値計算例により極めて高精度であることを確認した.4.集中荷重が作用する場合や特異性を有する構造に対して,要素の細分割を行わずとも高精度の解を得るために特異要素を開発し,数値計算例によりその精度と効率性を確認した.5.様々な内部自由度の採り方を研究し,効率的な遷移要素を開発した.以上によって,薄肉構造物の局部応力解析に必要な基本的な要素の定式化と解析プログラムの開発を行うことができた.種々の計算例によってハイアラーキ有限要素法(p法)は要素細分割法(h法)に比べて,少ない未知数で極めて高精度の解が得られることを明らかにした.次年度は,本年度の研究を基にして大型構造物に対する全体解析法について重点的に研究を行い,橋梁構造物の局部応力解析に本解法を応用する予定である.級数解法と大型要素を用いることによるハイアラーキ要素(p法)特有の問題点を改善するための数値計算法と大型構造の全体解析のための数値計算法の開発を行った.解法の汎用性や精度,計算時間など,数値計算全体の効率性を考慮した研究成果をまとめると次のようになる.1.要素の変位関数には,節点帯板法の研究で用いた最も簡単な階層型C^0級多項式の関数列を用いた.さらに,要素が定形の場合には,数値積分を用いずに解析的に剛性行列を求めて計算時間の短縮を図る定形要素を定式化した.2.ハイアラーキ平面シェル要素には,曲げ変形にMindlin理論を用いて四辺形要素および三角形要素の開発した.さらに,ハイアラーキ写像の手法による任意形状要素を定式化した.3.ハイアラーキ写像や混合関数法を用いて高次曲線要素を開発し,数値計算例により極めて高精度であることを確認した.4.集中荷重が作用する場合や特異性を有する構造に対して,要素の細分割を行わずとも高精度の解を得るために特異要素を開発し,数値計算例によりその精度と効率性を確認した.5.様々な内部自由度の採り方を研究し,効率的な遷移要素を開発した.6.大型構造物の局所応力解析のためにサブストラクチャー法による全体解析法を開発した.以上によって,薄肉構造物の局部応力解析に必要な要素の定式化と解析プログラムの開発を行うことができた.種々の計算例によってハイアラーキ有限要素法(p法)は要素細分割法(h法)に比べて,少ない未知数で極めて高精度の解が得られることを明らかにした.
火災旋風及び火災消火時の熱遮断に対するふく射・対流複合伝熱の数値解析

火災旋風は、火災現場に旋回流の流れ場が発生することで生じる複雑な熱流動場で、通常の火災よりも甚大な被害をもたらす。また、熱遮断は、工業的災害や火災、素材加工用の火炉の設計、更にはロケットの再突入などを考える上で重要である。火災が発生した場合、周囲の構造物が非常に強いふく射に曝されるため、熱遮断に効果のあるもので表面を覆う。さまざまな熱遮断に関する方法の中でも、水の噴霧は火災などから物を守るためによく行われている。したがって、火災旋風や火災の消火に対して、分光学的特性を考慮に入れたふく射伝熱と流動場を統一的に取り扱う解析を行うことは、火災の広がりを抑え、熱遮断を効率的に行う上で非常に有効である。昨年度の2次元ふく射・対流複合伝熱の数値解析を発展させ、本年度は、火災旋風及び火災消火時の熱遮断に対して、(1)火災旋風の誘因となる旋回流の数値解析、(2)分散媒体及びふく射性ガスの波長依存性を考慮したふく射伝熱解析の高速化、(3)ふく射計算と流動計算の計算格子の統一的な取り扱い、および(4)実際の火災時を模擬したふく射・対流複合伝熱の数値解析を3次元で行った。その結果、市販の数値解析コードを用いて、旋回流の数値解析を行うことができた。次に、水滴または煤を模擬した炭素粒子を分散媒体として考え、ふく射性ガスの波長依存性を考慮したふく射伝熱解析が可能となり、ふく射計算と流動計算の計算格子を統一的に取り扱って、複合伝熱解析を行うことができた。特に、水滴粒子による散乱が自然対流を抑制することが明らかとなり、開発した解析手法を火炉内の熱流動解析に適用することができた。以上より、目的とした、火災旋風や火災、燃焼炉内の熱流動などの現象を模擬できる数値解析手法の開発が達成され、十分な研究成果が得られた。そこで研究初年度は、火災旋風及び火災消火時の熱遮断に対して、まず、火災旋風の誘因となる旋回流に関する研究を行った。当初は実験装置を構築して、旋回渦周囲の流れ場の可視化実験を行う予定であったが、研究の最終目標である数値解析に着眼点を移した。流れ場の数値解析モデルを構築し、市販の汎用解析コード上で数値解析を行うことができ、今後、流れ場を代表するマクロパラメータを変化させた数値解析を行うベースを確立できた。次に、分散媒体及びふく射性ガスの波長依存性を考慮したふく射伝熱解析の高速化に関する研究を行った。分散媒体が分布する場合の分光学的特性のデータベースを数値解析により構築した。また、固体面間のふく射熱交換の高速化に関して、形態係数の近似導出法を開発した。これらの手法を用いて、ふく射-対流複合伝熱場の数値解析を行い、ふく射性媒体の一つである水蒸気の含有量が、自然対流場に与える影響を評価し、適度の水蒸気含有量で自然対流が抑制されることがわかった。以上より、今年度の研究成果は、当初の計画から変更した部分があったが、2年にわたる研究の初年度として十分な成果が得られた。

特に、水滴粒子による散乱が自然対流を抑制することが明らかとなり、開発した解析手法を火炉内の熱流動解析に適用することができた。以上より、目的とした、火災旋風や火災、燃焼炉内の熱流動などの現象を模擬できる数値解析手法の開発が達成され、十分な研究成果が得られた。
遠隔合同授業の質向上のための学習・授業支援環境とICT活用力育成モデルの開発

本研究の目的は、小規模校・少人数学級の小学校と中学校における遠隔合同授業を対象にして、そこに在籍する児童生徒の学びの質を向上させるために、遠隔合同授業支援環境を活用した授業実践を通して学習効果及び授業支援効果を検証し、学習指導の形態や方法、学習評価の方法を整理して総合的な遠隔合同授業モデルを開発することである。平成30年度は、以下の研究項目を遂行した。(1)遠隔合同授業支援環境を活用した小学校における授業実践と効果検証:遠隔合同授業支援環境を活用した小学校における授業実践を行った。これらの学習実践を通して、学習指導形態と方法について検討と改善を行った。(2)遠隔合同授業を通して身に付ける力や態度の整理:遠隔合同授業実践への参観を通して、学習内容を広げる・深める力とコミュニケーション力(対話力)の観点から遠隔合同授業を通して身に付ける力を整理した。(3)児童生徒の遠隔合同授業における段階的なICT活用力育成モデル構築のための整理:遠隔合同授業の実践データの分析を通して、遠隔合同授業において児童生徒がICTを効果的に活用した学びを主体的にデザインできるための段階的なICT活用力育成モデルを構築するためのICT活用力について整理を行った。(4)児童生徒の思考活動や協働活動を支援する学習支援機能の検討:遠隔合同授業における児童生徒の重要な思考活動と協働活動を整理した。そして、その活動プロセスとそこで必要となる学習支援機能を検討した。これらの検討を踏まえて、「つながる授業アプリ」に「比べる」思考活動のガイド機能を付加し、授業実践を通して評価を行った。(5)学習支援環境と連動した教師の授業支援環境の設計・開発:遠隔合同授業における教員の負荷を軽減して円滑に授業を進めるための授業支援環境を設計して、必要となる授業支援機能を整理した。本研究では、遠隔合同授業を効果的に実践できるモデルの構築とそこで活用される遠隔合同授業支援環境の開発を行うことが目的である。初年度(平成30年度)は、萩市立佐々並小学校・川上小学校のご協力・ご支援のもとで、遠隔合同授業を実践することができ、遠隔合同授業を実施する際の学習指導形態や方法についての知見を得ることができた。これらの遠隔合同授業の実践データを基にして、遠隔合同授業の先進地視察や研究会発表、関連論文も踏まえて遠隔合同授業を通して身に付ける力を大まかではあるが整理することができた。また、遠隔合同授業支援環境に関しては、児童生徒の思考活動支援に関して、開発年度を早めて、「つながる授業アプリ」に「比べる」思考活動のガイド機能を付加し、その機能を活用した授業実践を行って頂けた。今後、協調的な思考活動のプロセス、そしてそのプロセスのガイドとフェイディングの手法について検討しなければならないが、初年度に思考活動のガイド機能についての課題を持つことができたのはプラスと捉えている。教師の授業支援環境については、授業支援機能の整理のみにとどまっており、この部分はやや遅れている状況にある。さらに、段階的なICT活用力育成モデルの構築に関しては、ICT活用力の整理を行うことができ、モデル構築とICT活用力のポートフォリオ構築の足がかりとなった。以上の進捗状況を踏まえ、遠隔合同授業の質向上のための学習・授業支援環境とICT活用力育成モデル開発の本研究は、おおむね順調に進展していると判断している。次年度(令和元年)は、次の5つの研究項目を遂行する予定である。(1)遠隔合同授業支援環境を活用した小学校における効果的な遠隔合同授業の授業展開手法の整理と効果検証:遠隔合同授業支援環境を活用した小学校における授業実践を行って、遠隔合同授業における授業展開手法を整理する。また、遠隔合同授業の効果検証を行い、必要な力や態度、モデルカリキュラム、学習指導形態と方法、ICT活用力育成モデルを改善するとともに、協調的な思考活動支援モデル構築のための思考活動データを記録し整理する。(2)遠隔合同授業を通して身に付ける力と態度,評価観点の細分化:遠隔合同授業実践への参観とデータ分析を通して、これらの力と態度を細分化して、評価観点を整理する。(3)「学び」と「ICT活用」を軸にした省察の記述モデルの設計・開発:遠隔合同授業における「学び」と「ICT活用」を軸にした省察の記述モデルを検討する。そして、それらを記述できる省察ツールを設計し、遠隔合同授業支援環境の機能として実装する。(4)協調的な思考活動支援モデルの設計・開発:遠隔合同授業において思考活動(比較する,評価する)を遠隔にいる仲間学習者と協調的に実施するプロセスを整理する。そのプロセスを踏まえた協調的な思考活動支援機能を教師指導から児童生徒主体に段階的に切り替えられるインタフェイスを設計し実装する。(5)遠隔合同授業支援環境を活用した教員養成学部における授業実践プログラムの開発:教員養成学部における授業(「学習メディア活用演習」等)において、遠隔合同授業の必要性や有用性を理解し、遠隔合同授業の授業デザインをイメージできるための授業実践プログラムを設計し、教育効果について検証する。

これらの学習実践を通して、学習指導形態と方法について検討と改善を行った。(2)遠隔合同授業を通して身に付ける力や態度の整理:遠隔合同授業実践への参観を通して、学習内容を広げる・深める力とコミュニケーション力(対話力)の観点から遠隔合同授業を通して身に付ける力を整理した。(3)児童生徒の遠隔合同授業における段階的なICT活用力育成モデル構築のための整理:遠隔合同授業の実践データの分析を通して、遠隔合同授業において児童生徒がICTを効果的に活用した学びを主体的にデザインできるための段階的なICT活用力育成モデルを構築するためのICT活用力について整理を行った。(4)児童生徒の思考活動や協働活動を支援する学習支援機能の検討:遠隔合同授業における児童生徒の重要な思考活動と協働活動を整理した。そして、その活動プロセスとそこで必要となる学習支援機能を検討した。これらの検討を踏まえて、「つながる授業アプリ」に「比べる」思考活動のガイド機能を付加し、授業実践を通して評価を行った。(5)学習支援環境と連動した教師の授業支援環境の設計・開発:遠隔合同授業における教員の負荷を軽減して円滑に授業を進めるための授業支援環境を設計して、必要となる授業支援機能を整理した。本研究では、遠隔合同授業を効果的に実践できるモデルの構築とそこで活用される遠隔合同授業支援環境の開発を行うことが目的である。初年度(平成30年度)は、萩市立佐々並小学校・川上小学校のご協力・ご支援のもとで、遠隔合同授業を実践することができ、遠隔合同授業を実施する際の学習指導形態や方法についての知見を得ることができた。これらの遠隔合同授業の実践データを基にして、遠隔合同授業の先進地視察や研究会発表、関連論文も踏まえて遠隔合同授業を通して身に付ける力を大まかではあるが整理することができた。また、遠隔合同授業支援環境に関しては、児童生徒の思考活動支援に関して、開発年度を早めて、「つながる授業アプリ」に「比べる」思考活動のガイド機能を付加し、その機能を活用した授業実践を行って頂けた。今後、協調的な思考活動のプロセス、そしてそのプロセスのガイドとフェイディングの手法について検討しなければならないが、初年度に思考活動のガイド機能についての課題を持つことができたのはプラスと捉えている。教師の授業支援環境については、授業支援機能の整理のみにとどまっており、この部分はやや遅れている状況にある。さらに、段階的なICT活用力育成モデルの構築に関しては、ICT活用力の整理を行うことができ、モデル構築とICT活用力のポートフォリオ構築の足がかりとなった。以上の進捗状況を踏まえ、遠隔合同授業の質向上のための学習・授業支援環境とICT活用力育成モデル開発の本研究は、おおむね順調に進展していると判断している。次年度(令和元年)は、次の5つの研究項目を遂行する予定である。(1)遠隔合同授業支援環境を活用した小学校における効果的な遠隔合同授業の授業展開手法の整理と効果検証:遠隔合同授業支援環境を活用した小学校における授業実践を行って、遠隔合同授業における授業展開手法を整理する。
霊長類のやる気におけるドーパミン受容体系の役割の解明

マーモセットのやる気を定量的に測定するための装置の開発を行い、ドーパミン系の働きを調べた。2つの認知課題を開発した。第一の課題として、少ない報酬を得るには1回のタッチで良いが、多くの報酬を得るためには1、2、4回のタッチをしなければならない課題を開発した。ドーパミンの機能を調べるため、ドーパミンD1受容体とD2受容体各々の拮抗薬を投与して効果を調べた。ドーパミンD1受容体の拮抗薬は、多くの報酬を得るため多くのタッチを必要とする条件の選択を減少させることが分かった。ドーパミンD1システムは、高報酬を選択する機能に関与していると考えられた。第二の課題として、報酬量(reward size)を数段階用意し、報酬量を変数としたやる気を測定する課題を開発した。そのため、液体報酬を用いることのできる認知実験装置を設計し、作製した。3段階の報酬量を用意し、正答してから報酬が出るまでの遅延時間(delay length)を3段階(長・中・短)設定し、報酬量と待ち時間を変数としてやる気を測定する課題である。この3x3の9条件で単純なVisual reactionmetaskを設計した。健常なマーモセットでの行動データを取った。行動が安定するまでに予想より長い期間を要したため、ドーパミン受容体の発現をノックダウンさせるウイルスベクターを注入して、成績への影響を調べるには至らなかった。今後、継続して検討する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。29年度は、まずマーモセットのやる気を定量的に測定するための装置の開発を行った。実験課題としては、報酬量(reward size)を液体報酬として数段階用意し、報酬量を変数としたやる気を測定するものである。そのため、従来の固形報酬用実験装置では対応できないので、液体報酬を用いることのできる認知実験装置の開発が必要であった。送り出す液体量を微量で調整できるポンプを用いて、正確に液体量を調整できるように装置に組み込み、複数の報酬を並行して出すことのできる実験装置を設計し、作製した。作製の段階で、マーモセットのタッチ反応による振動が液体報酬の飲み口に伝わり、マーモセットが報酬を得る前に落下してしまうなどの問題が生じ、そのたび問題解決が必要になった。予定より長く液体報酬装置の作製に時間を要した。次に学習課題の開発に取りかかった。3段階の報酬量を用意し、報酬量を変数としたやる気を測定する。正答してから報酬が出るまでの遅延時間(delay length)を3段階(長・中・短)設定し、待ち時間を変数としたやる気を測定する。この3x3の9条件で単純なVisual reaction time taskを設計した。報酬が多くなればなるほどエラー率(error rate)が下がり、遅延時間とエラー率はリニアな関係という結果が予想される。当初は4段階の報酬量を準備する予定であったが、マーモセットが安定して実施できる試行数が限られているため、12条件から9条件に絞って実施することとした。健常なマーモセットでの行動データを取るべく、平成29年度はタッチ反応の訓練を開始した。一方で、ドーパミンの受容体をshRNAで選択的にノックダウンするウイルスベクターを作製する。ベクター作製に関して、連携研究者である理化学研究所の山森グループと打ち合わせを行った。液体報酬を安定して与えるために振動の問題など解決すべき問題が出てきたため、予定より時間を要した。また、複数の報酬価の報酬(例えば、水とスポーツ飲料と砂糖水)を同時に使えるように複数のポンプを限られたスペースに装着するために工夫を要した。こうした問題の解決が一応できたため、次年度は順調に研究が進められる予定である、マーモセットのやる気を定量的に測定するための装置の開発を行い、ドーパミン系の働きを調べた。平成29年度にマーモセットの認知実験用液体報酬装置が完成した。平成30年度は、昨年度に引き続き、マーモセットのやる気を定量的に測定するための課題の訓練を続け、健常なマーモセットの行動特性を明らかにする。

実験課題としては、報酬量を液体報酬として3段階用意し、報酬量を変数としたやる気を測定する。さらに、正答してから報酬がでるまでの遅延時間を3段階設定し、待つ時間を変数としたやる気を測定する。報酬が多くなればなるほどエラー率が下がり、遅延時間とエラー率はリニアな関係になると予想される。健常なマーモセットの行動を調べた後、各ドーパミン受容体系を選択的にノックダウンして、やる気がどの受容体系に依存しているのかを明らかにする。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
カルシウム遊離に伴うin situ小胞体の電気的挙動に関する光学的手法による解析

IP_3受容体Caチャネルを介した小胞体(ER)からのCa遊離の過程を理解するためには、ER内外のCa濃度差だけでなく、電位差(=ER膜電位)をも考慮して電気化学的現象としてとらえることが重要である。本研究では、膜電位感受性蛍光色素を用いてハムスター卵細胞におけるIP_3依存性Ca遊離の際のER膜電位変化を光学的に測定する、というアプローチを行っている。ハムスター卵は、リアノジン受容体系は存在せずIP_3受容体系のみである、細胞内のERの分布が均一である、などモデル系としての利点がある。昨年度までの研究において、(1)Stylyl系膜電位依存性蛍光色素di-18:2-ANEPPSによるER膜電位の選択的な光学的測定系を確立し、さらに(2)IP_3によるCa遊離に伴うER内陰性の向きのER膜電位変化の存在の確認、(3)Kチャネル阻害剤によるIP_3誘発性Ca遊離の部分的抑制など、Ca遊離の制御因子としてのER膜電位の機能を示唆する実験結果を得た。本年度は、さらに以下のような成果を得、その一部をすでに発表した。(1)膜電位との同時測定に使用可能な蛍光Ca指示薬をスクリーニングし、その中でFura Redが可視光域での1波長励起2波長蛍光のratiometricな測定に用いることができることを見いだした。(2)多波長同時記録型の蛍光検出器を導入し、多波長励起・多波長蛍光の単一細胞顕微蛍光測定システムを構築した。これにより、自家蛍光成分を排除してより定量的な蛍光測定を行うこと、また複数種の蛍光プローブを用いて複数の細胞内因子を同時に測定することが可能になる、と期待される。(3)Ca動態についての包括的な数値モデルの構築に向け、その予備的段階のモデルを作成しマウス卵のCaオシレーションをシミュレートした。本年度の研究において、以下のような成果が得られた。(1)Stylyl系膜電位依存性蛍光色素di-18:2-ANEPPSは、大豆油に飽和させた状態で卵細胞質内に注入すると、徐々にER膜に移行した。さらに色素はER膜上を拡散し、約30分のうちに卵内のER全体が染色された。それに対して細胞膜は全く染色されなかった。この方法により、ER膜電位の蛍光シグナルを選択的に得ることができた。(2)Stylyl系色素からの膜電位依存性シグナルを、2波長励起および2波長蛍光のレシオ記録によって測定する光学系を確立した。これによって、色素の退色や励起光強度の変動に由来するノイズ成分が排除され、S/Nが良く安定した光学的膜電位記録が可能になった。(3)IP_3を細胞質内に注入してCa遊離を誘発し、その際の変化を測定したところ、ER内陰性の向きのER膜電位変化を示す蛍光レシオシグナルの変化が、2波長励起および2波長蛍光の両方のモードで記録された。(4)細胞質中に4-AP,TPAなどのKチャネル阻害剤を投与しておくと、IP_3誘発性Ca遊離は抑制された。しかしその効果は弱いことから、ER膜上のKチャネルはCa遊離の際の電位勾配形成を軽減はするが、完全に相殺するだけの能力はもたないことが示唆された。
シグナルパスウェイ構成蛋白の発現・変異解析による造血抑制性サイトカインの同定

再生不良性貧血(再不貧)発症の初期段階に関与するサイトカインを同定するため、シクロスポリン療法によって改善した非重症再不貧8例の未輸血・未治療時点での末梢血遺伝子発現プロフィルをマイクロアレイにより解析した。その結果、赤血球外造血に関連するいくつかの遺伝子の高発現に加えて、造血幹細胞を静止期に保つIL10、CXCL12などのシグナルパスウェイが活性化されていることが明らかになった。また、免疫抑制療法によって改善した別の再不貧12症例に対するエクソームシーケンシングでは、骨髄異形成症候群で検出される遺伝子変異の他に、造血幹細胞を負に制御しているPEG3、SMARCA2などの変異が同定された。シクロスポリン(CsA)の単独療法を行った輸血歴のない巨核球減少性血小板減少症2例と非重症再生不良性貧血患者4例を対象として、治療前の骨髄単核細胞と治療後の骨髄単核細胞における遺伝子発現をマイクロアレイ法を用いて比較した。治療前の骨髄では、炎症性サイトカインに関連した複数の遺伝子が高発現していた。そのうち、特に発現が高い遺伝子の中から、NFATのシグナルパスウェイに関連する遺伝子に注目したところ、CsAに対する反応性が3か月以内にみられた2例では、核内蛋白であるNr4a1、Nr4a2、Nr4a3のいずれもが、治療後に比べて17倍から100倍高発現していた。これらNr4aファミリーの治療前骨髄単核細胞における高発現は、CsAに対する反応が遅かった2症例とCsAが無効であった2症例ではみられなかった。骨髄単核細胞におけるNr4aファミリー遺伝子の発現をTaqman probeを用いて定量したところ、三つのNr4a遺伝子の高発現は、CsAに対する反応性が早かった巨核球減少性血小板減少症2例と別の非重症再生不良性貧血患者のみに認められた。現在、Nr4aファミリー遺伝子高発現の意義を症例数を増やして検討中である。一方、京都大学小川誠司教授との共同研究により、免疫抑制療法が奏効した再生不良性貧血患者9名を対象としてエクソームシーケンシングを行った。その結果、5症例においてPIGA変異以外の様々なミスセンス変異、フレームシフトが検出されたが、現時点では複数の症例に共通する変異は同定されていない。現在、症例数を増やして検討を進めている。再生不良性貧血発症の初期段階に関与するサイトカインを同定するため、未治療・未輸血で後にシクロスポリン療法によって改善したPNH型血球陽性骨髄不全(非重症再生不良性貧血5例、巨核球減少性血小板減少症3例)と、患者の年齢層に近い健常者5人の末梢血を対象として、アジレント社のDNAチップを用いてマイクロアレイ解析を行った。その結果、患者検体において特に発現が顕著は遺伝子として、HBBP1, CA1, DNAJB13, THEM5, REEP1, SPTBN4, C10orf82, CORT, COL26A1、発現が低下している遺伝子としてMFAP3L, FCER1A, GNAZ, CLC, CCR3, CLDN5, SMPD3, SDPR, HGD, RHOBTB1が同定された。パスウェイ解析では、IL10, miR-483-3p, mir-10, mir-1, CXCL12に関わるパスウェイが活性化されていることが示された。これらの遺伝子群やサイトカインが、シクロスポリンに対する高反応性にどのように関与しているかについては現在検討を進めている。一方、抗胸腺細胞グロブリンやシクロスポリンによって寛解となったPNH型血球陽性患者12例を対象とした全エクソーム解析では、ASXL1, BCOR/BCOR1, DNMT3A, PIGA, RUNX1, U2AF1, TET2, ITGA1, JAK2などの骨髄異形成症候群でしばしば検出される遺伝子の変異が認められた。また、造血調節に関わる可能性がある遺伝子の変異としてPEG3, SMARCA2, LRCH1などが同定されたが、これらはいずれも複数症例で重複する異常ではなかったため、意義付は困難であった。エスケープ造血に関与するサイトカイン関連遺伝子の変異は同定できなかったため、現在は、6pUPD陽性幹細胞のクローン性造血に関与する遺伝子変異の同定を試みている。血液内科学シクロスポリン療法の治療前後における骨髄単核細胞の遺伝子発現を網羅的に解析することにより、シクロスポリンに対する高反応性と関連する核内蛋白Nr4aファミリーの同定に成功した。末梢血単核細胞におけるNr4a遺伝子の高発現は多発性硬化症でも報告されており、IL-17の発現亢進にも関与していることから、自己免疫性骨髄不全の病態発生に関与している可能性が高い。典型的な免疫病態による再生

不良性貧血においても、9人中5人において様々な体細胞変異によるクローン性造血が存在することが明らかになった。各々の変異の意義を明らかにするためには今後の検討が必要である。新規に発症した巨核球減少性血小板減少症や軽症再生不良性貧血患者を対象としてシクロスポリン療法を行い、反応例について昨年度と同様のマイクロアレイ解析を進める。また、様々な骨髄不全患者の骨髄単核細胞を対象としてNr4a遺伝子発現を定量し、この遺伝子高発現と、骨髄不全の免疫病態との関係を明らかにする。エクソームシーケンシングについても、免疫抑制療法が奏効した患者を対象として症例数を増やして検討し、複数の症例に共通する体細胞変異の同定を試みる。
公教育の次の段階の模索：共通の基盤形成に向けて

本研究は、教育を通した共通の基盤を形成していく制度設計にチャレンジし、公教育の新たな段階を模索しようとするものでもある。従来の公教育にはまらない人々の学習保障をどうするか、いずれすべての国で直面する課題であると思われる。しかし、単純な問題ではない。公教育の枠外の人達の現実を受け止め、多様なバックグランドのすべての人に学習機会を保障し、公教育の新しい段階を拓くには、価値観の転換、あるいは新たな価値観の創造が必要だ。アセアン共同体の動きも踏まえながら、日本に今までにない制度を外国の制度の輸入ではなく、日本の公教育の良さを保持したままでいかに創造していけるのか探求し、挑戦する。
糖尿病網膜症発症機序における白血球の病態意義解明と発症予防に関する実験的研究

実験的糖尿病モデルラットを用いた研究と培養ヒト網膜血管内皮細胞を用いた研究の二つの側面から、糖尿病網膜症における白血球-血管内皮細胞相互作用の病態的意義を解明した。1.糖尿病ラットを用いた研究【方法】:実験(1):無治療のものをA群、グリクラジドを経口投与したものをB群、グリベンクラミドを同様に投与したものをC群とした。実験(2):無治療のものをA群、塩酸ピオグリタゾンを4週間経口投与したものをB群とした。各群のラットに、アクリジンオレンジデジタルフルオログラフィーを施行し、網膜微小循環における白血球集積を解析した。【結果】実験(1):網膜内白血球集積数は、A群ではコントロール群に比べ有意に増加した。A群と比較するとB群は有意に減少したが、C群では有意な差は見られなかった。実験(2):A、B群とも高血糖を呈したが、血糖値に有意差は認められなかった。網膜内白血球集積数は、B群はA群と比べ有意に減少していた。【結論】グリクラジドおよび塩酸ピオグリタゾンにより糖尿病初期における網膜微小循環の白血球集積が血糖非依存性に抑制された。2.培養網膜血管内皮細胞(HREC)を用いた研究【対象と方法】HRECと好中球の接着反応を、in vitroで評価し、インスリン添加の影響を検討した。【結果】HRECに対する好中球の接着率は培地のみでは141±0.2%、インスリン50μU/mlでは15.6±0.4%、100μU/mlでは17.0±0.2%とインスリンにより有意に増加した。HRECのICAM-1の発現もインスリンにより有意に亢進した。【結論】インスリンはICAM-1の発現亢進から、白血球-網膜血管内皮細胞の接着を増強した。糖尿病ラットの網膜微小循環において、抗酸化作用を持つ血糖降下剤、グリクラジドの白血球集積に対する効果をin vivoで検討した。また、近年細胞接着分子発現抑制作用などの報告があるインスリン抵抗性改善薬、塩酸ピオグリタゾンの糖尿病ラットにおける網膜微小循環での白血球集積抑制効果も検討した。【方法】:実験(1):無治療のものをA群、グリクラジドを経口投与(4、7週間投与)したものをB群、グリベンクラミドを同様に投与したものをC群とした。各群のラットに、アクリジンオレンジデジタルフルオログラフイーを施行し、網膜微小循環における白血球集積を解析した。【結果】実験(1):STZ投与したラットは3群とも高血糖を呈したが、3群間では血糖値に差がなかった。網膜内白血球集積数は、A群ではコントロール群に比べ有意に増加した。4週時の結果に比べ7週時ではグリクラジド投与群とグリベンクラミド投与群での白血球集積数の差はより増大していた。

グリクラジドによる白血球集積の抑制効果は4週よりも7週で強く認められた。グリクラジドはその抗酸化作用が白血球粘着を抑制した可能性が示唆された。グリクラジドおよび塩酸ピオグリタゾンは糖尿病初期における糖尿病網膜症の発症・進展を抑制する可能性がある。糖尿病ラットでは発症早期より網膜微小循環における白血球集積が亢進することが知られている。我々はストレプトゾトシン(STZ)を用いて作成した糖尿病ラットの網膜微小循環における、抗酸化作用を持つ血糖降下剤、グリクラジドの白血球集積抑制効果をin vivoで検討した。また、用量依存に関しても検討した。【対象と方法】雄有色ラッ不(Brown-Norway)にSTZ(60mg/kg)を尾静脈から注入し糖尿病ラットを作成した。無治療のものをA群、グリクラジドを4週間経口投与したものをB群とした。B群を3群に分け、B-1群には0.01%、B-2群には0.1%、B-3群には1%のグリクラジドを飼料に混入した。非糖尿病ラットをコントロールとした。各群にアクリジンオレンジデジタルフォトグラフィーを行い、網膜微小循環における白血球集積を解析した。【結果】STZ投与したラットは全群でコントロールに比べ高血糖を呈し、各群間では血糖値に差がなかった。網膜内白血球集積数は、コントロールに比べA群、B-1群、B-2群、B-3群では全群とも有意に増加した。A群と比較すると、B-1群では有意差がみられなかったが、B-2群及びB-3群では有意に減少した。B-3群ではB-2群に比べ減少した。【結論】グリクラジドにより糖尿病初期における網膜微小循環の白血球集積が血糖非依存性に抑制され、その抑制効果は用量依存性にみとめられた。グリクラジドはその抗酸化作用により白血球粘着を抑制した可能性が示唆され、糖尿病初期における糖尿病網膜症の発症・進展を抑制する可能性がある。糖尿病患者のインスリン療法開始後、糖尿病網膜症の早期悪化がおこることがある。我々は、ヒト網膜血管内皮細胞(HREC)を用いてインスリンによる好中球接着および接着分子の発現作用の有無を検討した。またラットを用いて生体内でもインスリンによる白血球集積作用の有無を検討した。【対象と方法】HRECをインスリンを含むおよび含まない培地で培養し、好中球もしくは抗接着分子抗体を加えた。好中球の接着はミエロペロキシダーセアッセイで定量し、接着分子の発現は酵素抗体法で定量した。また、雄有色ラットに体重100gあたり0.2単位のインスリンを3回皮下注射したものと、コントロールとして燐酸緩衝生理食塩水を同様に皮下注射したものをそれぞれ、アクリジンオレンジロイコサイトフルオログラフィーを用いて網膜白血球集積を定量した。【結果】HRECに対する好中球の接着率は培地のみでは14.1±0.2%、インスリン50μU/mlでは15.6±0.4%(P<0.05)、100μU/mlでは17.0±0.2%(P<0.001)とインスリンにより有意に増加した。接着分子は100μU/mlのインスリンによりICAM-1の発現がコントロールに比べ有意に亢進した(0.242±0.008,コントロール0.198±0.012;P<0.05)。VCAM-1、P-セレクチンおよびE-セレクチンでは有意差がみられなかった。雄有色ラットの網膜内白血球集積は,インスリン群が8.4±0.5cells/mm^2とコントロール群(3.4±0.3cells/mm^2)に比べ有意に増加した(P<0.001)。【結論】
中枢神経系疾患に対する細胞移植の臨床応用の扉を開く：カプセル化と電気刺激を用いて

パーキンソン病モデル動物に対する脊髄刺激治療の治療効果を明らかにした。脳梗塞モデル動物に対する経頚動脈的骨髄幹細胞移植治療において、発症から24時間後の移植が高い治療効果を示すことを明らかにした。脳梗塞モデル動物に対する細胞移植と電気刺激治療を組み合わせた研究では、移植細胞の脳梗塞への遊走は電気刺激により増強され、行動学的・組織学的に治療効果も明らかにされた。本研究は、脳梗塞・パーキンソン病モデル動物に対する細胞移植と電気刺激治療をいかに組み合わせて、より有効な治療効果につなげるかを探索するものである。26年度は、まず脳梗塞モデル動物に対する骨髄幹細胞移植を主体として行った。脳内移植による治療効果を確認後、臨床試験でも用いられている脳梗塞急性期静脈内移植による治療効果を確認した。特に移植時期による違いに着目して、梗塞発生24時間後での投与が梗塞発生直後の治療効果に勝ることを行動学的・組織学的に明らかにすることができた。本研究は現在執筆中であり、27年度にはpublicationにたどりつけると考える。また、同時に、骨髄幹細胞脳内移植+硬膜外電気刺激を行い、その遊走能を高めることを明らかにしつつある。パーキンソン病モデル動物に対しては、脊髄電気刺激による治療効果の作用機序を確認し、PLoS One誌掲載にこぎつけることができた。また、別の研究軸としてのカプセル化細胞移植については、骨髄幹細胞ならびにiPS細胞由来ドパミン細胞を用いて行っているが、特にiPS細胞由来ドパミン細胞において、カプセル封入後の生存率がなかなか改善せずに経過している。平成26年度の研究により、細胞移植と電気刺激を組み合わせた研究のセットアップが確立された。平成27年度の最も大きい研究成果としてPLoS One誌掲載にたどりついたものがある(Toyoshima A, et al. PLoS One 2015)。移植経路と移植のタイミングに関する研究であるが、骨髄幹細胞を様々なタイミングで脳梗塞モデルラットに経頚動脈的移植した。脳梗塞モデル作製から24時間後に移植を行った群で脳梗塞体積が最も小さく、行動学的改善率が高かった。骨髄幹細胞から分泌される成長因子や栄養因子と治療効果の関与が示唆された。パーキンソン病に対する脊髄刺激療法については、モデル作製前からの電気刺激が有効であることを平成26年に報告したが、引き続き、モデル作製後からの電気刺激でも治療効果があるのではないかと、臨床応用を意識して、タイミングをずらした研究を行っている。また、細胞移植と電気刺激を組み合わせた研究については、骨髄幹細胞を脳梗塞対側大脳皮質に移植し、脳梗塞領域の大脳皮質に電気刺激を行うことにより、移植骨髄幹細胞の脳梗塞への遊走距離が伸長することが明らかとなった。一方で、移植骨髄幹細胞の生存や分化については、今のところ有意な差異が確認されておらず、評価方法を更に検討中である。脳梗塞体積は細胞移植+電気刺激群において、細胞移植+対照群と比べて縮小を示し、結果として行動学的改善を認めた。脳梗塞に対する移植治療のタイミングや移植方法の研究については、予定通りのタイミングでデータ解析から論文掲載までスムーズに行うことができた。パーキンソン病に対する電気刺激治療についても、単なる神経保護効果を確認するだけでなく、発症後の治療介入を意識した時間軸での治療につながっている。脳梗塞に対する細胞移植と電気刺激を組み合わせた研究については、セットアップの確立にやや時間がかかったが、いったん方法が確立されてからは、行動学的・組織学的評価が順調に進み、最も明らかにしたかった、移植細胞の遊走距離が電気刺激によりどのような影響を与えるかについてもかなり興味深いデータが得られつつある。今後、シグナリングの重要なキーモレキュールの中和抗体を脳室内投与することにより、電気刺激が移植細胞の遊走に影響を与える際、どの経路が重要かを明らかにするが、1年あれば、かなり高い確率でデータ収集から解析、発表までつなげていけることと考える。一方で、カプセル化細胞移植をうつ病モデル動物に対して行い始めていて、それによる実験データ収集にはまだ時間がかかると予測される。パーキンソン病に対する脊髄刺激療法について、モデル作製前からの電気刺激が有効であることを報告した(Shinko A, et al. PLoS One 2014)。平成27年度の研究として、移植経路と移植のタイミングを検討した。経頚動脈的骨髄幹細胞移植の治療効果について、脳梗塞モデル作製から24時間後が移植タイミングとして妥当であるというデータが得られた(Toyoshima A, et al. PLoS One 2015)。これらの結果に基づき、平成28年度は、細胞移植と電気刺激を組み合わせた研究について検討を続けた。骨髄幹細胞を脳梗塞対側大脳皮質に移植し、脳梗塞領域の大脳皮質に電気刺激を行うことにより、移植骨髄幹細胞の脳梗塞への遊走距離が伸長することが明らかとなった。一方で、移植骨髄幹細胞の生存や分化については、有意な差異が生じなかった。また、移植細胞の遊走能には、電気刺激によるSDF-1αの発現増加が関与していると推察された。現在、論文をExp Neurol誌に投稿中である。一方で、パーキンソン病モデル動物に対する電気刺激治療の研究を、より高い精度で、かつ、細かくパラメーターを分けて刺激条件の調整ができるような無線式刺激装置を企業とともに開発中であり、本研究期間終了後にもつながるシステムを構築できると考えられる。