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分子動力学とX線回折による高分子強誘電体の相転移の研究

高温相及び強誘電相における分子鎖の滑り拡散係数の違い。ポリフッ化ビニリデン(PVDF)の強誘電相(低温相)及び仮説的常誘電相(高温相)の分子動力学シミュレーションを行い、以下の諸点を明らかにした。1.PVDFの強誘電相をシミュレーションするには遠距離の静電相互作用を取り込んで巨視的電場を制御することが不可欠であることを示し静電相互作用が強誘電相を安定化していることを提案した。2.低温でPVDFの無極性構造をシミュレーションして強誘電相との間の転移を見いだし、反強誘電相の可能性を示した。3.高温でPVDFの無極性構造をシミュレーションして双極子の特徴的回転・反転運動と分子鎖の滑り拡散運動を見いだし、常誘電相の可能性を示した。4.PVDF高温相において応力の格子定数依存性に強い異方性と非線形性を見いだした。高分子特有の分子運動と強誘電的な双極子相互作用に基づいた圧力誘起転移の前駆現象の可能性がある。(今後の展開)現在、発表には至っていないがPVDFのX線回折実験研究の結果が蓄積されており、進行中のシミュレーションの結果と共に近い将来に、以下の諸点について報告予定である。5.PVDF高温相に特徴的な分子運動とフッ化ビニリデン系共重合体常誘電相の誘電緩和やNMRとの関係。6.PVDF高温相に特徴的な分子運動が局在性を持つ可能性とその物性への効果。局所モード近似で相転移を議論することの可否。7.PVDFI型微結晶(強誘電相)内に反強誘電相的ミクロドメインが混在している可能性、及び既にその存在を報告している(110)60度双晶(ドメイン構造)との関係。8.PVDF高温相及び強誘電相における分子鎖の滑り拡散係数の違い。
ハーフメタル系エピタキシャル強磁性トンネル接合の製作とスピン輸送特性の研究

本研究は、潜在的に大きなスピン偏極率を有するハーフメタル系ホイスラー合金Co_2MnSi(CMS)薄膜を用いた、高品質エピタキシャル強磁性トンネル接合(MTJ)の製作技術を確立し、その優れたスピン依存輸送特性を実証することを目的としている。前年度までに、CMSを強磁性電極、MgOをトンネル障壁層として用いた、CMS/MgO/CMSエピタキシャルMTJ(CMS-MTJ)を製作し、室温で180%、低温4.2Kで700%程度の良好なトンネル磁気抵抗(TMR)比を実証すると共に、スピン依存コンダクタンス特性の解析から、MgOとの界面領域におけるCMS電極の界面電子状態の存在を示唆する結果を既に得ている。当該年度は、CMS薄膜の組成に着目し、電極の薄膜組成がCMS-MTJのTMR特性に及ぼす影響を明らかにすることを主目的として、研究を実施した。その結果、TMR特性がCMS薄膜のMn組成に強く依存することを実験的に見出し、特に、Mnの組成が過剰なCMS薄膜を用いることで、化学量論的組成のCMSを電極としたMTJよりも、さらに高い.TMR比が得られることを明らかにした。これは、CMSのハーフメタル性を劣化させることが理論的に指摘されているCoアンチサイト欠陥が、Mn組成の過剰なCMS薄膜を用いることにより、抑制されるためと解釈できる。このように、CMS薄膜の組成の適切な制御により、構造欠陥を制御することが可能であり、結果として、ハーフメタル性を改善可能であることを明らかにした。本研究で得られたこの成果は、CMSのみならず、ハーフメタル強磁性体全般に共通する重要な知見であると位置づけられ、今後の研究発展を促すものであると考えられる。本研究は、潜在的に大きなスピン偏極率を有するホイスラー合金を用いた、高品質エピタキシャル強磁性トンネル接合(MTJ)の製作技術を確立し、優れたスピン輸送特性を実証することを目的としている。特に、本研究では、ホイスラー合金の中でも完全スピン偏極を示すことが理論的に指摘されているCo_2MnSi(CMS)薄膜を用い、これとMgOの優れた格子整合性の点に着目し、急峻かつ平坦なトンネル界面を有するMTJの製作を目指している。これまでに、CMSを下部電極、MgOをトンネルバリアとして用いた、CMS/MgO/Co_<50>Fe_<50>エピタキシャルMTJを作製し、室温で90%、4.2Kで192%の比較的高いトンネル磁気抵抗比(TMR)比を実証している。しかしながら、MTJにおけるTMR比は、電極材料のスピン偏極率の値に依存するため、下部電極に加え、上部電極にも本質的に高いスピン偏極率を有するCMS薄膜を用いることで、さらなるTMR比の向上が期待される。そこで、本年では、これまでの結果を発展させ、上部・下部両電極にCMSを用いた、全層単結晶エピタキシャル成長のMTJ(CMS-MTJ)の作製を試みた。ここでは、上部CMS電極の堆積後に施すポストアニールの温度を最適化した結果、最大で、室温で179%、低温4.2Kで683%の高いTMR比が得られた。また、この得られたTMR比の値から、CMS電極の実効的なスピン偏極率を見積もったところ、低温で0.88の高い値が得られた。以上の結果は、潜在的に高いスピン偏極率を有するCMS薄膜と単結晶MgOトンネルバリアとのエピタキシャル界面が、高いスピン偏極率の実現を可能とし、その点において、様々なスピントロニクスデバイスに有用であることを示している。さらに、作製したCMS-MTJは、温度依存性・バイアス電圧依存性において、特徴的な非常に強い依存性を示しており、デバイスへの応用面を考慮すると、今後、これらの特性を解析・改善することが不可欠であると考えられる。本研究は、潜在的に大きなスピン偏極率を有するハーフメタル材料を用いた、高品質エピタキシャル強磁性トンネル接合(MTJ)の製作技術を確立し、その優れたスピン依存輸送特性を実証することを目的としている。特に、本研究では、理論的にハーフメタルであることが指摘されているホイスラー合金Co_2MnSi(CMS)と酸化マグネシウム(MgO)の良好な格子整合性の点に着目し、これらを用いたエピタキシャルMTJの開発を行っている。前年度までに、CMSを上部・下部両電極、MgOをトンネル障壁層とした、CMS/MgO/CMSエピタキシャルMTJ(CMS-MTJ)を製作し、室温で180%、低温4.2Kで700%程度の高いトンネル磁気抵抗(TMR)比を実証し、エピタキシャルなトンネル界面の有用性を既に示している。しかしながら、CMS-MTJにおけるTMR比は、温度やバイアス電圧に対して、強い依存性を示しており、これらの起源を明らかにすることが課題であった。そこで、本年度は、CMS-MTJにおける主要なスピン依存トンネル機構の理解を主目的として、研究を行った。低温における微分コンダクタンス特性を解析した結果、CMS電極のハーフメタル電子構造を実験的に明らかにした。また、MgOとの界面領域における界面電子状態の存在を強く示唆する結果を得た。特に重要な知見として、この界面電子状態を介したトンネル過程が、温度依存性・バイアス電圧依存性の主要因となっていることを示唆する結果を得た。これは、CMSのみならず、ハーフメタル材料を電極としたMTJ全般に共通する現象であると考えられる。

従って、本研究で得られた知見は、ハーフメタル系材料を用いたスピントロニクスデバイス全般のデバイス特性の理解を促進する結果であると位置づけられる。本研究は、潜在的に大きなスピン偏極率を有するハーフメタル系ホイスラー合金Co_2MnSi(CMS)薄膜を用いた、高品質エピタキシャル強磁性トンネル接合(MTJ)の製作技術を確立し、その優れたスピン依存輸送特性を実証することを目的としている。前年度までに、CMSを強磁性電極、MgOをトンネル障壁層として用いた、CMS/MgO/CMSエピタキシャルMTJ(CMS-MTJ)を製作し、室温で180%、低温4.2Kで700%程度の良好なトンネル磁気抵抗(TMR)比を実証すると共に、スピン依存コンダクタンス特性の解析から、MgOとの界面領域におけるCMS電極の界面電子状態の存在を示唆する結果を既に得ている。当該年度は、CMS薄膜の組成に着目し、電極の薄膜組成がCMS-MTJのTMR特性に及ぼす影響を明らかにすることを主目的として、研究を実施した。その結果、TMR特性がCMS薄膜のMn組成に強く依存することを実験的に見出し、特に、Mnの組成が過剰なCMS薄膜を用いることで、化学量論的組成のCMSを電極としたMTJよりも、さらに高い.TMR比が得られることを明らかにした。これは、CMSのハーフメタル性を劣化させることが理論的に指摘されているCoアンチサイト欠陥が、Mn組成の過剰なCMS薄膜を用いることにより、抑制されるためと解釈できる。このように、CMS薄膜の組成の適切な制御により、構造欠陥を制御することが可能であり、結果として、ハーフメタル性を改善可能であることを明らかにした。本研究で得られたこの成果は、CMSのみならず、ハーフメタル強磁性体全般に共通する重要な知見であると位置づけられ、今後の研究発展を促すものであると考えられる。
空間デザインしたナノ単結晶複合表面の創成

本研究では,さまざまな物質表面にナノ・マイクロ単結晶を三次元的に成長・配列した空間デザイン複合表面を創成し,グリーンデバイス(次世代産業デバイス)への応用をめざした。特に,溶液からの結晶育成法の一種であるフラックス法を展開した結晶層形成技術(コーティング技術)により,さまざまな高機能結晶層を形成することに成功した。結晶育成の駆動力として熱エネルギー供給だけでなく,大気圧プラズマによる高密度エネルギー照射により,短時間でパターン化した結晶層を作製できた。本研究の最終目標は,さまざまな物質表面にナノ・マイクロ単結晶を三次元成長・配列した複合表面を創成する技術を確立することである。本年度は特に,以下の3課題に注力した。(1)ナノ単結晶の規則的配列手法の探索本研究(本年度)では,ニオブ酸塩ナノチューブ(NT)の懸濁液を作製し,それをポリスチレン微粒子テンプレート上に噴霧することでハニカム構造をもつニオブ酸塩NT薄膜を作製できた。さらに,自己組織化単分子膜を利用した親水/疎水パターン上に,ニオブ酸塩NT懸濁液を塗布すると,親水領域にのみNT層を形成できた。また,常温で溶液化やペースト化した原料を使用した新しい成膜技術『フラックスコーティング法』を開発した。本方法では,さまざまな物質表面に異方性ナノ結晶を垂直配向成長できた。配向を制御する重要な因子は,基板の表面微細構造と化学組成であり,結晶-基板間の界面を詳細に観察・分析することが重要であるとわかった。(2)フラックス概念を導入した噴霧熱分解法による三次元構造体の作製事前研究では,タングステン酸ナトリウム結晶の噴霧熱分解育成に成功している。本研究(本年度)では,フラックス概念を導入した噴霧原料を用いることで,ユニークなウィスカー形状のタングステン酸カリウム結晶層やバルク形状のタングステン酸ストロンチウム結晶層を形成できた。(3)光・プラズマ制限照射によるナノ単結晶の位置選択性成長上記(1)のフラックスコーティング法では,結晶化のエネルギーとして熱エネルギーを用いた。しかし,課題(3)ではコーティング表面に大気圧窒素プラズマを照射し,アパタイト,酸化スズ,酸化亜鉛などの高品質ナノ結晶層を配向成長できた。これらは,上記(1)と同様の理由で配向成長することがわかった。また,結晶層を形成する個々の結晶はきわめて高品質であり,フラックス法の特長を良く反映していた。本年度は特に,以下の4課題に注力した(13は継続課題)。(1)ナノ単結晶の規則的配列手法の探索:継続フラックスコーティング(FC)法により金属表面にナノ・マイクロ単結晶を直接成長することに注力した。特に,チタンとタンタル金属表面に,自形の発達したナノメートルサイズのチタン酸塩とタンタル酸塩結晶をそれぞれ直接形成できた。きわめて単純なFC法により,金属表面を高機能化する技術を見出した。(2)フラックス概念を導入した噴霧熱分解法による三次元構造体の作製:継続2種類のサイズのポリスチレン(PS)微粒子を自己組織化したテンプレートを用い,ハニカム構造中にさらなる微細構造をもつフラクタル構造のタングステン酸ナトリウム結晶層を噴霧熱分解法にて作製することに成功した。さらに,多層PS微粒子テンプレートを用い,三次元ハニカムポーラス構造のタングステン酸ナトリウム結晶層も作製できた。いずれも出発原料にフラックス概念を導入することで,きわめて高品質な結晶層を比較的低温で形成できた。(3)光・プラズマ制限照射によるナノ単結晶の位置選択性成長:継続ペースト化(あるいは溶液化)した出発原料を印刷法によりパターン塗布し,大気圧プラズマを照射することで,さまざまな基板(ガラス,金属,ポリマーなど)表面に結晶層を直接形成する技術を確立した。さらに,出発原料をナノ/マイクロゲルに閉じ込め,大気圧プラズマを照射し,物質表面に結晶層を作製する技術も見出した。(4)機能性単結晶複合表面を利用したデバイス提案とその特性評価上記(1)(3)の課題で得られた成果を利用し,二次電池電極,燃料電池触媒,透明導電膜,環境浄化材料などの新規結晶デバイスを作製し,新しいデバイスとしての可能性を確認した。最終年度となる平成23年度は,前年度までの結果を考慮し,単結晶複合表面創成を深耕し,その技術の確立に努めた。特に,個々の課題の有機的な連携をめざした。(1)ナノ単結晶の規則的配列手法の探索(継続):フラックスコーティング(FC)法により金属・ガラス・ポリマーなどの表面にナノ・マイクロ単結晶を直接成長することに注力した。特に,金属やガラス基板表面にアモルファス系前駆体層を形成した後,FC法により目的結晶薄膜に変換する技術を見い出した。その結果,きわめて高品質な結晶薄膜を均一に形成でき,各種エネルギーデバイスへの応用を可能にした。

(2)フラックス概念を導入した噴霧熱分解法による三次元構造体の作製(継続):前年度実現した多層微粒子テンプレートや複数粒径微粒子テンプレートなどを用い,高機能化した空間デザイン単結晶層の大面積化をめざした。具体的には,リチウムイオン二次電池の正極材料として用いられるLiCoO_2結晶層を電池評価できるサイズで作製した。また,2段階の噴霧熱分解プロセスを経ることで,2種類(W系とTi系)の結晶から成る結晶薄膜をデザインできた。(3)光・プラズマ制限照射によるナノ単結晶の位置選択性成長(課題):本年度は特にプラズマアシストFC法による物質表面でのナノ単結晶層の直接成長に注力した。具体的には,ポリマー表面でのアパタイト結晶層や金属表面でのLiCoO_2結晶層の作製を実現した。また,エネルギー照射領域を限定し,結晶成長領域をデザインできた。(4)機能性単結晶複合表面を利用したデバイス提案とその特性評価:本課題の成果を集約し,最先端太陽電池・燃料電池・蓄電池やバイオマテリアルとして利用できる結晶薄膜(結晶-基板界面)を創出でき,新しいデバイス展開への可能性を見い出した。
グライコプロテオーム解析技術を用いた肺癌糖鎖標的腫瘍マーカーの網羅的同定

肺癌を根治可能な早期で診断することが可能な新規糖鎖標的腫瘍マーカーの開発を目的として、血清グライコプロテオミクスによるバイオマーカー探索研究を実施した。ここから得られた16種類の腫瘍マーカー候補血清糖タンパク質について検証試験を行うため、10分間で複数タンパク質上糖鎖構造の変動を精密に定量化可能なEnergy resolved oxonium ion monitoring (Erexim)法を開発した(特許US8653448)。本技術開発により有効な肺腺癌早期診断マーカーCD163が決定できただけでなく、バイオ医薬品糖鎖品質評価事業など幅広い分野での実用化へも進展させることができた。本年度は、独自に開発した糖鎖構造変化の網羅的定量分析技術であるIGEL法のハイスループット化、プロトコルの至適化を行い、さらに血漿サンプルを使用したバイオマーカースクリーニングを開始した。まずIGEL法に用いることができる市販のレクチンアガロースビーズと、それによってモニターできる糖鎖構造の種類を、LC/MS/MS分析にて確定した。その結果、ConA、SSA、LCA、SNA-Iレクチンを固相化したビーズにおいて、血漿由来糖ペプチド回収率が再現性を持って90%を超える十分な特異性、親和性を示したため、これらを糖鎖標的バイオマーカー探索に使用することとした。これによって、個々の血漿糖タンパク質上糖鎖付加部位に対するハイマンノース型、α2-6シアル酸、α1-6フコースの付加頻度変動が定量的、かつ網羅的に分析可能となった。また、100症例を超える多検体をスクリーニング、バリデーションで用いるために、ハイスループットでサンプル間再現性の高い質量分析前処理システムの構築が必須であった。この目的のために、株式会社ライフテックと共同開発で96ウェルプレートを使用したIGEL精製ロボットを製作した。既存の機器にはない、96連フィルトレーションシリンジを搭載した本ロボットの開発によって、96症例の血漿サンプルを一度にIGEL精製可能となり、データの再現性、スループットを大幅に向上させることに成功した。ここまでで本年度の研究実施計画書記載の目的は達成できたが、これらが予定よりも迅速に完了したため、150症例の血漿と、上記IGEL法に基づく前処理を使用して早期肺癌バイオマーカーの探索を開始し、継続中である。前年度までに開発した網羅的糖鎖変動定量分析技術IGEL法(K. Ueda,et al,Mol Cell Proteomics,2010)、及び96連IGEL精製ロボットを使用し、本年度は144症例の血清を使用した肺癌糖鎖標的マーカースクリーニングを実施した。健常者血清39例、良性肺疾患29例(COPD6例、間質性肺炎23例)、肺腺癌Stage I-V49例、肺扁平上皮癌Stage I-IV 27例、を初年度に決定したConA、SSA、LCAレクチンビーズそれぞれについてIGEL精製を行い、LTQ-Orbitrap-Velos質量分析計(Themo Scientific社)にて分析を行った。全質量分析データはExpressionistプロテオームデータベースサーバー(Genedata社)に転送され、同サーバープラットフォーム内蔵のモジュール群にて標準化、全ペプチドのサンプル間定量、さらに統計解析を行った。3種レクチンから、144症例間の重複を除いて平均17万ペプチドが相対定量化され、血清糖タンパク質900種類が同定された(FalseDiscoveryRate<1%)。上記3種レクチンの定量解析からは、各血清糖タンパク質上糖鎖におけるハイマンノースタイプ、α2-6シアル酸、α1-6フコースの癌性変化が定量的に数値化できる。肺腺癌、扁平上皮癌それぞれで特異的に糖鎖構造変化が観測される糖タンパク質を同定するため、一次スクリーニングとしてKruskal-Wallis検定(p<0.01)、二次スクリーニングとして判別分析を応用した統計解析を行った。その結果、健常者と良性肺疾患からなるコントロール群と早期肺癌群(Stage I,II)、及び進行肺癌群(Stage III,IV)の3群を擬陽性率5%未満で有意に識別可能なバイオマーカーセットの確立に成功した。肺腺癌の早期診断にはSSA、LCAレクチンを使用して9種類の糖タンパク質上糖鎖変動を定量化すればよく、肺扁平上皮癌の早期診断では3種レクチンを用いて7糖タンパク質の糖鎖変動を検出すればよいことが判明した(論文投稿中)。当初予定を大きく繰り上げ、現在は次年度以降に行う最大500種類の抗原を同時定量できるLuminexテクノロジーを応用した大規模検証実験に向け、特異抗体の準備、評価を進めている。

本年度は、肺癌患者血清中にてα1, 6-Fucoseの付加頻度が有意に亢進している糖タンパク質として過去に同定したHaptoglobin、Orosomucoid-1、CD163について、87症例(健常者14例、肺腺癌I期10例、II期15例、III期28例、IV期20例)からなる検証試験セットを用いて糖鎖構造変化を定量化した。その結果、HaptoglobinについてはIII期以上の肺腺癌群で有意なタンパク質上フコシル化の亢進が検出された。Orosomucoid-1については5箇所の糖鎖付加部位について糖鎖構造の定量データが得られたものの、肺腺癌の早期診断に有効と考えられるフコシル化変動は確認できなかった。CD163-Asn105、Asn140、Asn1027上糖鎖については、II期以上の肺腺癌患者でα1, 6-Fucose付加頻度亢進が観察され、かつ病期依存的な付加頻度上昇が認められた。本研究により、血中タンパク質の糖鎖変動を標的とする腫瘍マーカーの網羅的探索技術、高速定量評価技術が確立できただけでなく、有効な肺腺癌早期診断マーカー候補としてCD163糖タンパク質の同定に成功した。前年度までに、独自に開発した網羅的糖鎖変動定量分析技術IGEL法(Mol Cell Proteomics, 2010 (9) 1819)、及び96連IGEL精製ロボットを使用し、144症例の血清(健常者血清39例、良性肺疾患29例(COPD6例、間質性肺炎23例)、肺腺癌Stage I-IV 49例、肺扁平上皮癌Stage I-IV 27例)から得られた糖ペプチド精製物の質量分析を完了した。また、二段階からなる統計解析手法により、肺腺癌早期診断マーカー候補9種類、肺扁平上皮癌早期診断マーカー候補7種類の糖タンパク質を決定した。本年度はCy3標識レクチン(ConA、SSA、LCA)と各種バイオマーカー候補糖タンパク質特異抗体、そしてLuminexテクノロジーを組み合わせた高速定量イムノアッセイシステムの構築を試みたが、標的とする計16種類の血清糖タンパク質に対する十分な特異性、親和性を持つ抗体を入手することが現行の抗体作成技術では極めて困難であることが分かった。こうした技術上のリスクは事前に予測されていたため、同時並行で開発を行ってきた独自の糖鎖構造高速定量質量分析技術Energy Resolved Oxonium Ion Monitoring Technology (Erexim法) (Anal Chem, 2012 (84) 9655)をバイオマーカーの大規模検証試験に導入した。本技術は分析対象とする糖ペプチドのアミノ酸配列情報さえあれば、特定の糖鎖付加部位に結合した糖鎖バリエーションを50種類まで10分間で一斉定量可能である。さらに、数百症例の検証試験のための血清前処理条件の至適化も行い、全行程を96ウェルフィルタプレート上で処理できるように工夫も行った。当初計画では、平成24年度前半までに血清100症例を用いた肺癌糖鎖標的バイオマーカースクリーニングを完了する予定であったが、96連ロボット作成による前処理のハイスループット化、Expressionistプロテオームサーバープラットフォーム導入による大規模情報解析(約50ギガバイトRaw dataの定量、統計解析)の大幅高速化などにより、当該年度内にバイオマーカー候補の選定まで達成することができた。
好酸球膜表面上のセレクチンリガンドの単離とクローニング

特発性好酸球増多症患者(HES)の末梢好酸球はその膜表面に健常人に比して高いレベルのLewisX(Lex)及びsialy1-LewisX(sLex)分子を発現しており、今年度はこれらのmoleculesの機能について検討した。LexおよびsLexに対するモノクローナル抗体であるEON4及びCSLEX1と、さらにこの反応系にSephadex-C3b(SC3b)を添加したところ、これらの抗体はSC3bによって誘導されたECP分泌を強く増強した。上記と同様にして、好酸球とEDN4またはCSLEX1をインキュベートしたがEPOの分泌は観察されず、SC3bを同時に添加しても変化はみられなかった。一方、好中球のmyeloperoxidaseb(MPO)分泌に対するこれらの抗体の影響を検討したところ、SC3bによって誘導されたMPO分泌はEON4やCSLEX1の添加によって抑制された。好酸球においては、SC3bによって誘導されるれrespiratory burstはEON4,CSLEX1いずれの抗体の添加によっても影響を受けなかった。一方、好中球においては著明に抑制された。このように好酸球と血小板や血管内皮細胞との可逆性接着に関与するといわれるLexやsLexといった糖鎖によって修飾された好酸球上のmoleculesの一部はECPの分泌にも深く関わっており、好酸球による臓器障害が発生するに至るステップを解明していくうえで興味深い知見であると思われた。
アマゾン土地なし農民コミュニティによる生産活動の場所としての森林の持続的利用

入植後の期間が異なるアマゾン土地なし農民コロニーにて生計と作物調査を行った。農作物の販売収入は長いコロニーで高く、農作物による収益で余剰を生み出し、それを投資し新たな生産を生み出すことによって生活を改善していくプロセスをたどったと考えられる。これら土地なし農民が繰り返す土地放棄と開墾を防止するには、入植の初期段階で作物の特性と将来的な収益などを考慮した侵入した、土地に定着して生計を成り立たせることを可能にするような植栽基本計画策定の支えとなる情報の提供が望まれる。本研究の目的は、アマゾンの二次林に不法占拠をするブラジル土地なし農民コミュニティを対象にして、占拠した場の森林資源や農業生産に利用される土地が最貧困層の人々の生活基盤にどう関与するかを明らかにすることである。調査対象として、占有権を得ていない侵入後4年のコロニーと占有権を既得後約15年が経過したコロニーの二つを対象に調査を行った。両コロニーで利用されていた森林資源としては、建材、燃料(炭原料、薪)および果実、薬草等の植物資源が確認され、特に燃料は自家消費による支出減および炭の販売収入として家計に寄与しており、自然の果実については経済的評価を出来なかったものの調査対象世帯の約半数が利用していた。自家消費に供される農業作物からのカロリーは、占有権を既得のコロニーでは約2900kcalであり一日の必要消費カロリーをほぼ満たしていた一方、占有権を得ていないコロニーでは約1200kcalにすぎなかった。また、占有権を得たコロニーと得ていないコロニーでは農業生産物の販売収入の差が8倍であり、定住後の年数が長く生産システムが発達したコロニーでは収入の約1/4を占めており生計に寄与していると評価可能であった。両コロニーの収入の差は、支出面では教育・農業への投資に反映されると同時に、占有権既得のコロニーでは必須生計からの余剰金によって井戸や加工物の生産設備等の個人財産を増加させていると考えられ、その投資が世帯の収入増に関与していることが示唆された。アマゾンの二次林に不法占拠をするブラジル土地なし農民コミュニティを対象に、森林資源や農業生産に利用される土地が最貧困層の人々の生活基盤にどう関与するかを調査した。占有権を得ていない侵入後4年の若いコロニーと、占有権を取得後約15年が経過した古いコロニーを対象に、農林業による生産量や家計収支等についてインタビュー調査および参与観察により情報を収集した。若いコロニーではほぼ釣鐘状の人口分布をしていたのに対し、古いコロニーでは中年層を欠く人口分布であり、古いコロニーでは第二世代がコロニー外へ流出した可能性が示唆された。両コロニーともに入植前の職業で農業経験を持つ割合は少なく、持っていたとしても植栽や下草刈り等の単純労働であった。若いコロニーでは一人一日1ドル以下で生活する極度の貧困に分類される世帯が20%存在し、古いコロニーの農作物による販売収入は若いコロニーの8倍であった。支出の内訳では、教育・農業投資・肉以外の食糧・余剰について有意な差が認められ、特に教育と農業投資では約10倍の差が生じていた。作物種の把握と特徴として、若いコロニーでは種数が1-10または30以上の世帯では農作物の販売収入を挙げていなかった一方、古いコロニーでは現金収入が無い世帯は栽培種数が11-20種の世帯のみに出現した。作物種は、1.多くの世帯が多く植える長期作の商品作物、2.多くの世帯が少数植える自家作物、3.少数の世帯が少数植える嗜好品または薬用作物が両コロニーで観察されたほか、4.若いコロニーでのみ少数世帯が多く植栽する市場流通の少ない作物や材が確認された。また、若いコロニーでは市場価値の高い長期作物はまだ結実に至っておらず現金収入を生み出していなかった。この結果から若いコロニーでは、作物の特性を考慮して植栽種や数を決定出来なかったが現金収入の有無や自家作物の収穫に影響したと考えられる。
徐放性細胞増殖因子と人工細胞外マトリックスとを用いた筋組織の再生医工学

筋組織を再生するために、心筋細胞を虚血性心筋梗塞モデルラットの心筋内へ移植した。再生部位における血管新生や筋芽細胞の増殖を促進するために、塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF)および肝細胞増殖因子(HGF)を生体吸収性マトリックスより徐放化するシステムを設計した。細胞増殖因子の徐放化システムとしてゼラチンからなる生体吸収性ハイドロゲル微粒子を作製した。放射ラベル化した細胞増殖因子を含有したハイドロゲルをラット心筋に作製した虚血性心筋梗塞部位へ注入した。ハイドロゲルを注入した心筋内の残存放射活性を経時的に調べたところ、正常心筋内へ投与した場合と同様に心筋梗塞部においても細胞増殖因子を約2週間徐放化することができた。また、細胞増殖因子の残存部位は注入した部位に限局されていることがわかった。ラット胎児心筋からコラゲナーゼ消化法により単離・培養した、心筋細胞と徐放化bFGFシステムとを組み合わせてラット虚血性心筋梗塞部へ埋入した。その結果、徐放化されたbFGFにより血管新生が誘導され、良好な血流をもつ移植床においてのみ心筋細胞が生着し、有意な心機能の改善が認められた。次に、拡張型心筋症を発症するモデル動物へHGFを含有したゼラチンハイドロゲルを埋入したところ、コントロール群と比較して、心筋の繊維化が抑制されるとともに拡張型心筋症の発症を抑制できた。以上のことは、細胞増殖因子徐放化システムと細胞移植とを組み合せることによって、心筋などの筋組織を再生することができることを示している。筋組織を再生するために異なる二つのアプローチを試みた。すなわち、心筋細胞を虚血性心筋梗塞モデルラットの心筋内へ移植するアプローチ、ならびに筋芽細胞と細胞外マトリックスとを複合化した後、マウスの背部皮下へ埋入するアプローチである。いずれのアプローチにおいても、血管新生や筋芽細胞の増殖を促進するために、まず、塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF)および肝細胞増殖因子(HGF)を生体吸収性マトリックスより徐放化するシステムを設計した。種々の濃度のグルタルアルデヒド水溶液でゼラチンハイドロゲルを化学架橋することによって、異なる生体吸収性をもつ微粒子を得た。放射ラベル化した細胞増殖因子を含有したハイドロゲルをマウス背部皮下へ埋入したところ、ハイドロゲルの生体吸収性を変化させることによって、細胞増殖因子の徐放性を変化させることができた。次に、株化された筋芽細胞であるC2C12細胞と徐放化HGFシステムおよびC2C12細胞の足場としてマトリゲルとを組み合わせて、ヌードマウスの背部皮下へ埋入することによって、異所性の筋組織の再生を試みた。その結果、徐放化HGFシステムを利用することによって、埋入部に組織の形成が認められた。ヘマトキシリン-エオジン染色ならびにデスミンの免疫染色を行ったところ、形成された組織中に筋組織の含まれることがわかった。
器械体操運動における肩複合体の3次元運動解析

器械体操運動においては、全体重を腕で支える局面が多いことから腕や肩の大きな力の発揮が必要とされる。それと同時に、より美しく雄大に見える動きも必要とされる。すなわち器械体操運動において肩関節は強靭さと柔軟性というある意味で相反する特性を併せ持たなければならない。器械体操運動における肩の役割を明らかにし、また「肩関節複合体」の運動を詳細に分析することを目的に研究を行なった。鉄棒の下り技ではリリース時に身体重心まわりの角運動量を大きくする必要があり、そのためには車輪の最後の局面で肩関節を急速に伸展させる必要があることが明らかになった。さらに平行棒のスイング動作における肩甲骨の前傾角と肩関節伸展角の間には密接な関係があり、しかも競技レベルの高い者ほど肩の可動範囲が大きい傾向が認められた。器械体操運動においては、倒立をはじめとして全体重を腕で支える局面が多いことから、腕や肩の大きな力発揮が必要とされる。一方、採点競技である器械体操競技においてはより雄大に見える動きが重要であり、肩などの柔軟性も必要とされる。これまで、スポーツ・パフォーマンスの分析で「肩関節」の3次元運動解析は頻繁に行われてきたが、肩甲骨(上肢帯)を含めた「肩複合体」としての機能は明らかになっていない。本研究では、強靭さと柔軟性という両特性を必要とする器械体操運動における肩の運動に注目し、「肩関節」の運動を「肩甲胸郭関節」の運動と「肩甲上腕関節」の運動に分離して検討する。2009年度はまず体操競技の中でも比較的単純な運動である平行棒のスイングについて肩甲骨の動きを観察した。男子体操競技選手4名のスイング動作各3往復を対象として、電磁ゴニオメータを用いていわゆる「肩関節」の屈曲-伸展角度と肩甲骨の前傾-後傾角度の変化を矢状面内で求めた。スイング動作中、背面支持期においての「肩関節」の伸展角度に差がみられた。また同時に肩甲骨の前傾角度にも差がみられた。正面支持期においての「肩関節」の屈曲角度にも差がみられた。一方、同じ時期における肩甲骨の前傾角度には、背面支持期ほど被験者間に大きな差はみられなかった。スイング動作の背面支持期において「肩関節」の伸展角度が大きい傾向が認められる競技力の高い被検者ほど肩甲骨の前傾角度が大きく、競技力の向上に「肩複合体」の機能がしめる重要性がうかがわれた。2009年度に対象とした平行棒のスイング動作に続き、2010年度では平行棒上での倒立動作を対象として肩甲骨の動きを観察した。この際に、体表にマーカを貼付しビデオ分析を行った。男子体操競技選手4名の倒立動作について、いわゆる「肩関節」の角度と肩甲骨の方向角を求めた。すなわち、「肩関節」については屈曲-伸展角度などを、また肩甲骨に関しては前傾-後傾角度などを求めた。これまで行ってきたスイング動作とは異なり、倒立において上腕部はほぼ完全に挙上され、「肩関節」の伸展角度は180度となる。この時「肩関節」の水平内転-水平外転角度は定義できない肢位となる。人体の関節の中で最も可動域の広い肩関節の動きを分析する際には、このような肢位の取り扱いをどうするか、検討することの重要性が改めて示唆された。倒立をはじめとした器械体操運動においては、全体重を腕で支える局面が多いことから、腕や肩の大きな力発揮が必要とされる。一方、採点競技である器械体操運動においてはより雄大に見える動きが重要であり、肩などの柔軟性も必要とされる。

本研究では、強靭さと柔軟性という両特性を必要とする器械体操運動における肩の運動に注目した。「肩関節」の運動を「肩甲胸郭関節」の運動と「肩甲上腕関節」の運動に分離して検討することを試みた。また、オイラー角、解剖学的平面への投影法など、いくつかの方法を用いた肩の角度の表示法の比較検討を行った。大学生男子体操競技選手4名を対象とし、平行棒上でのスイング動作について実験を行なった。肩複合体の「肩甲胸郭関節」、「肩甲上腕関節」、さらに広義の「肩関節角度」について、スイング動作中のそれぞれの角度の変化を求め、競技レベルとの関連で比較・考察した。肩甲骨の前傾角度と肩関節の伸展角度との間には密接な関係があり、しかも競技レベルの高い者ほどスイング動作における肩の可動域が大きかった。次に17名の男子体操競技選手の鉄棒における「後方伸身2回宙返り2回ひねり下り」を分析した。競技成績の高い選手は、離手直前の「あふり」と呼ばれる動作において肩関節を素早く伸展させ、系(身体+鉄棒)全体のエネルギーを増大させており、それによりリリース時に大きな角運動量をもったまま空中に飛び出すことが可能となることがわかった。
越境社会における教科「対話」の創設を目的とした課程モデルの構築と実証

要旨全国の学校において火急の対応が求められている、子どもたち同士の交流活性化を目標に、異なる言語・文化・価値観を背景とする児童生徒が共存する場面(多言語環境)への参画・調査・支援を通して、やりとりの様相を抽出・解析し、対話と学びの関係性・対話的手法の有効性・対話による環境づくりの理論を実証した。この実証過程を経て、現場自らの力による学習環境づくりを支える主体的カリキュラムを構築し、相互交流と環境良質化の手法を学ぶ教科「対話」の創設を行った。全国の学校において喫緊の課題である児童生徒同士の交流活性化を目標に、異なる言語・文化・価値観を背景とする子どもたちが共存する「多言語環境」への参画・調査・支援を通して、やりとりの様相を抽出・解析し、対話と学びの関係性・対話的手法の有効性・対話による環境づくりの理論を実証する。この過程を経て、教育現場自らの力による学習環境づくりを支える主体的カリキュラムを構築し、相互交流と環境良質化の手法を学ぶ新教科「対話」の創設を行う。本研究は、異なりが存在するからこそ当該環境が豊かになり、豊かさを維持するツールとしてことばがあるという「生態学的観点」に依拠したもので、個人的な発達能力と考えられてきたことばの力も環境全体の力であり、個人と環境との相互作用の中でその力が進展するという原理に則り、異なった言語・文化・価値観をもつ構成員が教育活動に貢献するかけがえのない学習機会創出者とみなす。その上で、動的・可変的・主体的方針としてのカリキュラムを構築する。研究意義は、研究手法の新規開拓、現場自らの率先した改善、教員養成や研修への新しい道筋の提示、教育的資源が乏しい地域に対する貢献、現代的科目群に対する適切な指針の提示、学校を核とする地域社会の活力向上、公教育の在り方への問い直し、多文化共生社会への理解と参画の促進、教育学・心理学・社会学・言語学等関連分野間の有機的関連づけ、といったところにある。本年度は、昨年度までの研究成果を継承し、教育言語学の観点から最先端の教科教育理論と実践成果を収集・整理すると同時に、実践現場の調査とカリキュラム理論の構築に着手した。調査については、ブラジルはサンパウロ市の公立学校における言語教育実践の教室を訪問し、参与観察および関係者への聞き取り調査を実施した。また、文献調査を引き続き行い、各専門領域に散在する関連文献や資料を幅広く収集し、分析を行った。調査については、インドネシア(バンドン市)の公立学校における言語教育実践の教室を訪問し、参与観察および関係者への聞き取り調査を実施した。この実証過程を経て、教育現場自らの力による学習環境づくりを支える主体的カリキュラムを構築し、相互交流と環境良質化の手法を学ぶ新教科「対話」の創設を行う。

本研究は、異なりが存在するからこそ当該環境が豊かになり、豊かさを維持するツールとしてことばがあるという「生態学的観点」に依拠したもので、個人的な発達能力と考えられてきたことばの力も環境全体の力であり、個人と環境との相互作用の中でその力が進展するという原理に則り、異なった言語・文化・価値観をもつ構成員が教育活動に貢献するかけがえのない学習機会創出者とみなす。その上で、動的・可変的・主体的方針としてのカリキュラムを構築する。研究意義は、研究手法の新規開拓、現場自らの率先した改善、教員養成や研修への新しい道筋の提示、教育的資源が乏しい地域に対する貢献、現代的科目群に対する適切な指針の提示、学校を核とする地域社会の活力向上、公教育の在り方への問い直し、多文化共生社会への理解と参画の促進、教育学・心理学・社会学・言語学等関連分野間の有機的関連づけ、といったところに存している。本年度は、上記目的の完遂を射程に入れ、意義を反映していくための方法論の基盤づくりという位置づけであり、次年度からの本格的な実証研究の準備段階であった。これまでの本研究員の研究成果の再吟味を行うと同時に、過去の教科教育理論と実践成果を収集・整理し、各専門領域に散在する関連文献や資料を幅広く収集し、分析を実施した。全国の学校において喫緊の課題である児童生徒同士の交流活性化を目標に、異なる言語・文化・価値観を背景とする子どもたちが共存する「多言語環境」への参画・調査・支援を通して、やりとりの様相を抽出・解析し、対話と学びの関係性・対話的手法の有効性・対話による環境づくりの理論を実証する。この過程を経て、教育現場い自らの力による学習環境づくりを支える主体的カリキュラムを構築し、相互交流と環境良質化の手法を学ぶ新教科「対話」の創設を行う。研究意義は、研究手法の新規開拓、現場自らの率先した改善、教員養成や研修への新しい道筋の提示、教育的資源が乏しい地域に対する貢献、現代的課題群に対する適切な指針の提示、学校を核とする地域社会の活力向上、公教育のあり方への問い直し、多文化共生社会への理解と参画の促進、教育学・心理学・社会学・言語学等関連分野間の有機的関連づけ、というところにある。最終年度としての本年度は、3年間の研究成果を継承しながら、教育言語学の観点から最先端の教科教育論と実践方法を結びつけた理論を完成させた。その成果公表と周知および実践現場への還元を目的として、インドネシア(バンドン市)にて公開授業を実施した。現職教員をはじめとする関係者との議論を通して、当該理論の有効性を検証することができた。教育言語学本年度計画目標の大きな柱は、1現場に負担をかけない「生態学的妥当性を充足した調査の実施」2現場のニーズを補完する「研究課程と同期する成果還元」3現場を肯定的に意味づける「現場重視のカリキュラム評価基準と理論の完成」である。1に関しては調査先機関との連絡・調整を円滑に行い、調査者の影響をほぼ取り除いた観察・聞き取り・意見交換を実施することができた。2に関しては、教育現場の潜在的な実践知を発掘しそれをそのまま協力機関に還元することができた。
脳機能イメージングを活用した芸術表現時の脳内機序の解明

本研究は非侵襲脳機能測定装置を使って描画時の脳活動を調べた研究である。被験者は右利きの成人した女性と男性である。すべてのタスクは椅子に座わり安静な状態で行われた。この条件の被験者の描画時の脳活動をNIRSを使用して調べたものである。男性女性ともに絵を描くタスクと物を作るタスクを課し大脳皮質の賦活の様子を調べた。各タスクは30秒間に設定され、塗り絵や模写などといった平面のタスクと粘土を使用した立体的な制作のタスクで5種類を使用して行った。その結果、右側の前頭前野のoxy-hemoglobinの脳血流に賦活が見られた。本研究はNIRSを使用した芸術表現時の一考察にて更なる継続的な研究を要する。本研究は非科学的なるものと一般的には認識されている芸術表現領域を科学的にとらえることを目的としてスタートした研究である。本年度は研究開始の初年度であり、この研究が文系と理系の融合的な領域であること、そして、先行研究の微小さや所属先での各種委員会を4つ兼務するといった予期せぬ事態も手伝い、本年度の実施予定計画に基づく内容をすべてを完了させることができなかった。詳細としては次年時以降で行う非侵襲的脳機能画像測定装置を活用した本実験施行時のタスクを作成し、可能ならば再度予備実験を施行するという項目になるが、本年度はそこまで到達することができなかった。しかし、当該年を終えて実感することは「脳機能イメージング」という言葉から考えられる研究内に本研究のような芸術をキーワードとした研究は極小であるため、かなり慎重に行う必要があると改めて実感した。したがって、実施予定計画に従うことよりも、実験内容を熟考する必要があるため、隣接領域の先行研究の把握ならびに先行研究の分析に終始した。本研究は実験が中心となるため、限られた研究資金を生かし、その研究効果を得るには慎重さが重要である。上記のような観点から考えた場合、現在までの研究達成度はやや遅れてはいるものの、先行研究ならびに研究デザインを熟考する時間を与えていただいていると捉え、今後の研究までの時間を盤石な方向へと導いていけるよう推進したいと考える。本年度は次年度であり、研究計画に基づく予定では先行研究、そして初年度の研究結果を総合的に分析した上で本実験に入る予定であった。しかし、研究開始時にあたる初年度に所属先での各種委員会を4つ兼務させて頂くという予期せぬ事態から始まっており、現在もその流れを受けて実施予定計画に基づく当初の研究計画を完了させることができず、現在までの達成度は下記に記載したように大幅に遅れている。しかし、予定は大幅に遅れているにも関わらず、簡単な予備実験ではあったが、本研究で脳の腑活が見られたことは幸甚であったと考える。したがって、この予備実験の結果を受け、限られた研究資金を生かし、研究結果を更にしっかりと確立させるためには、この先、更なる慎重な研究計画が必要である。「脳イメージング」という大掛かりな実験を伴う研究分野に芸術を結び付けるのはたやすいことではなく、それゆえに有意な先行研究も微少である。実施予定計画が遅れていることを気に留めるのではなく、盤石な研究へと結び付けるような研究デザインを熟考しながら、推進していくことが何よりも重要と考える。本年度は最終年度であり、研究計画に基づく予定では本実験に入る予定であった。しかし、勤務先の分掌業務が想定外に多忙でそれが継続したため、初年度の研究にかなりの遅延が見られ、その影響を受けて、次年度以降もかなり遅れが見られたため、現在に至ってしまっている。したがって、現在までの進捗状況の部分でも触れたが、残念なことに大幅に遅れてしまっているというのが事実である。しかし、予定は大幅に遅れているものの、研究結果を急ぐべきではないと考え、再度欧米における先行研究に目を通す作業に戻り、実験における研究デザインに立ち返り、熟考した。前年度の予備実験の結果を受け、「脳イメージング」という人間の脳を使用する大がかりな実験を行うためには文系の研究領域において与えていただいた限られた資金をどのように生かし、施行するべきなのか、ある意味、大変難しい問題である。「脳イメージング」という分野の先行研究は他の同分野と比較し、それほど存在するわけでもなく、存在していてもそれぞれ評価基準が異なるため、土壌が同じように見えても同じではなく、比較することが困難であると考える。たとえ欧米の先行研究であっても、キーワードが同じで関連する研究と感じられても、それらの詳細が即、同様な研究に繋がるとは言い難い。盤石な研究へと結びつけるために、慎重な研究計画に向け、再度、欧米の先行研究を熟読し、研究デザインの再構築が必要であると考える。勤務先の分掌業務が想定外に多忙でそれが継続したため、初年度の研究にかなりの遅延が見られ、その影響を受けて現在に至ってしまっている。芸術と脳という学際的な研究テーマのため、研究結果を慎重に開示したいと考えている。脳科学研究という学際的なテーマーで非侵襲的脳画像装置を使用した実験を行った。研究開始当初、欧米の先行研究を調べたものの、心理系も含めて脳科学における研究論文は存在したが、この研究の参考になると思われるものは希少であった。それゆえに、いざこの研究を開始するとなった場合にまず必要になるこれらの領域の先行研究の論文を入手することがかなり難しかった。

それは非科学的と言われている芸術分野の研究ゆえの宿命であったのかもしれないが、芸術表現との関係で見ていく場合、研究分野において参考になる文献を見つけることが出来なかったこと、また芸術との関係で見た場合、存在してもそれぞれの論文での見解が異なるため、革新を得ることができないままでいた。そのような要因も含め、実験に踏み込めない状態が続いた。科学的な方法で研究を進める場合、多角的に見ていく必要があり、学際的な研究内容ゆえに実験デザインを組み立てる段階において試行錯誤した。最終的には本研究を開始する前までさかのぼり、それまでの予備研究も参考にしながら、さまざまな角度から研究デザインを練り直し、芸術表現時の大脳皮質の血中に含まれる酸素化ヘモグロビン濃度(oxy-Hb)と脱酸素化ヘモグロビン濃度(deoxy-Hb)の濃度変化を分析して脳の賦活が見られるかを計測した。現在までの研究で得られた有効な分析データをもとに、最終年度として一定の見解を得て、研究結果を海外の学会にて発表した。本研究は非侵襲脳機能測定装置を使って描画時の脳活動を調べた研究である。被験者は右利きの成人した女性と男性である。すべてのタスクは椅子に座わり安静な状態で行われた。この条件の被験者の描画時の脳活動をNIRSを使用して調べたものである。男性女性ともに絵を描くタスクと物を作るタスクを課し大脳皮質の賦活の様子を調べた。各タスクは30秒間に設定され、塗り絵や模写などといった平面のタスクと粘土を使用した立体的な制作のタスクで5種類を使用して行った。その結果、右側の前頭前野のoxy-hemoglobinの脳血流に賦活が見られた。本研究はNIRSを使用した芸術表現時の一考察にて更なる継続的な研究を要する。研究開始年度に所属大学における各種学内の委員会を4つ兼務させて頂くという複数兼務による業務の流れから、当初計画していた研究の達成度と比較するとかなり遅れている。本研究はアートと脳という「非科学的」といわれているものと「科学的」とされている分野の融合研究とも言えるため、今後の推進方策として、本実験を施行する際には慎重に実施する必要がある。また、脳科学研究という学際的なテーマで非侵襲的脳画像診断装置を使用しての実験のため、個人差を抽出する研究デザインの課題に重点をしぼる必要を感じる。美術今後の研究の推進方策としては、脳科学研究という芸術の研究でありながらも非侵襲的脳機能画像測定装置を使用しての実験を伴う研究課題のため、予備実験の結果を受けて、複数の装置を用いて多角的に実施する方向が良いと実感している。脳活動を測定する装置はそれぞれの特徴ごとに測定方法も異なるが、今回の予備実験の結果から更に個人差を抽出するための研究デザインの課題を作成する必要が出てきたといえる。当初の予定と比較して研究が遅れていることを気にかけるのではなく、最終年度を迎えるにあたり、緻密な研究計画のもとで慎重に行うことが必須となるため、データ解析も含めて盤石な形で臨んでいきたいと考える。本年度は研究開始をさせていただく初年度であった。本年度の目標は芸術表現時の脳活動の個人差を抽出するための研究デザイン課題を作成し、予備実験を行うであったが、所属大学における各種委員会等の複数兼務による業務等などに煩忙されており、研究はやや遅れている。達成度が遅れているため繰り越し申請をした。
組織工学的手法を用いた瘢痕組織の改善促進に関する研究

血管内皮前駆細胞がMMP-2/-9分泌により、瘢痕形成の主体である筋線維芽細胞のアポトーシスを誘導し、瘢痕組織を改善するかの検討を行った。血管内皮前駆細胞からのMMP-2/-9の分泌は確認できたものの、in vitroでは筋線維芽細胞のアポトーシスを認めず、またin vivoでも瘢痕組織自体の質も改善してはいなかった。これらの結果より、血管内皮前駆細胞は瘢痕組織改善に寄与しないと考えた。瘢痕形成に関わっているとされる筋線維芽細胞の特徴として、desmin(-)、vimentin(+)、α-sooth mascle actin(SMA)(+)であると報告されている。これまでにMRC-5と呼ばれる細胞株をTGF-β1にて誘導し、筋線維芽細胞と同様の特徴を示すことを示してきた。1)培養上清中のMMP-2/-9量測定瘢痕形成の主な担い手と考えられる筋線維芽細胞には、MMPがアポトーシスの誘導など抑制的に作用することが知られている、筋線維芽細胞は創傷治癒には必須であるが、必要以上に残存することが瘢痕の一つの要因と考えられる。一部の培養細胞からはMMPを分泌されることが報告されている。したがって、培養細胞を創傷部位に注入することで、筋線維芽細胞へのアポトーシスの誘導などによる瘢痕抑制効果が期待できると考えている。そこで、培養細胞による筋線維芽細胞のアポトーシス誘導の可能性について検討するために、ヒトEPC、ヒトMSC、ヒト皮膚由来線維芽細胞、ヒト口腔粘膜由来線維芽細胞からのMMPの分泌を測定した。これらの細胞を10%血清入りDMEMにて培養し、コンフルエントとした後、無血清培地に交換し培養を続けた。24,48,72時間後に培養上清を回収し、培地中に分泌されたMMP-2/-9をELISA法にて定量化し比較検討したところ、ヒトMSCからはMMP-2,-9の発現はほとんど認められなかったものの、他の3種類の細胞は110ng/ml/wellの発現を認めた。2)筋線維芽細胞によるapoptosis評価系の作製さまざまな培養細胞からのMMPの分泌を確認したため、筋線維芽細胞に対する影響を評価するための共培養系の確立を行なった。MRC-5を10%血清入りDMEMにて培養し、さらに同時に対照とする細胞(ヒトEPC、対照細胞ヒトMSC、ヒト皮膚由来線維芽細胞、ヒト口腔粘膜由来線維芽細胞)をそれぞれculture insert上で培養し、共培養が可能であることを確認した。今後MRC-5への影響についての詳細な検討を予定している。昨年度はMRC-5と呼ばれる細胞株をTGF-β1にて誘導し、筋線維芽細胞と同様の特徴を示すことを示してきた。また血管内皮前駆細胞など間葉系の細胞の分泌するMMP-2/-9の定量をELISA法にて定量した。本年度は、1)筋線維芽細胞によるアポトーシス評価系の作製筋線維芽細胞を10%血清入りDMEMにて培養し、さらに同時に対照とする細胞(ヒトEPC,ヒトMSC、ヒト皮膚線維芽細胞、口腔粘膜線維芽細胞をそれぞれcell culture insert上で培養する。72時間後に筋線維芽細胞をTUNEL染色にてアポトーシスした同細胞を評価したが、各対照細胞で筋線維芽細胞のアポトーシスは認めなかった。2)ゲル培養を用いた収縮評価生体により近似した環境下で筋線維芽細胞のアポトーシスを評価するために、コラーゲンゲル中で筋線維芽細胞を培養し、対照細胞と共培養する。対照細胞群と共培養後のゲル収縮の割合について検討したが、各群におけるコラーゲンゲル収縮に有意差を認めなかった。3)瘢痕モデルを利用した細胞注入による拘縮改善評価実際の創の治癒過程に対する移植細胞の影響について検討を行った。瘢痕モデルとしては、ヌードマウス背部皮膚に皮膚欠損創を作成し、同部に培養筋線維芽細胞を注入した。培養した対照細胞を、瘢痕モデルに部位に注入した。移植後1、2週にて標本を作製し、移植した対象細胞が瘢痕組織における筋線維芽細胞のアポトーシスに影響を与えているかどうか検討を行った。全ての群で筋線維芽細胞は確認されたが、TUNEL染色では陽性細胞が確認できず、いずれの群でも筋線維芽細胞のアポトーシスは認めなかった。