hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
サイエンスティーンズをアジア世紀に活躍するエコテクノロジストへ導く教育コンテンツ

(1)高等専門学校高等専門学校(高専)における教育システムについて検討を行ってきた。高専は設立から40年にわたり,高校生に相当する3年間,大学に相当する2ないし4年間の一貫教育を行ってきた高等教育機関である。学習指導要領の縛りを受けることなく自由な教育課程を編成することができ,教育・研究に従事する教員が15歳の学生に教育するプログラムは,スーパーサイエンススクール(SSH)で行われている試みや,理数科教育の将来像と共通するものである。その意味で高専はSSHなどで行われている先端的プログラムを40年前から行ってきた,優れた教育システムを有する教育機関であると考えられる。(2)教育コンテンツ高専の特徴を最大限に生かした教育手法として,教育スタッフのグループ化により理数科系科目に興味を持って入学してきたと考えられる現代の15歳の学生に,地球環境と調和した持続可能な技術開発に貢献する「エコテクノロジスト」の素養を身につけることができる教育コンテンツを試作した。具体的には(1)レンズ付きカメラを用いたエコマテリアル,資源循環に関するグループワーク(2)最先端の科学技術を題材にした情報収集,整理,プレゼンテーションに関するグループワークなどを提案し,いずれもグループワークによって創造的な提案ができるPBL(Project Based Learning)の手法を用いた。(3)「こ」と「Co」(1)で述べた教育システム,(2)で述べた教育コンテンツはいわば教育的なハードウエアである。これを教育現場で継続的に教材として活用するためには,学生の関心の方向性に適応した方法的側面,すなわち教育テキストソフトウエアが必須である。高専は,本研究課題を申請できる研究者で唯一,15歳からの学生を継続的に教育する現場で教材をしながらそのアウトプットを速やかに教材開発につなげるスパイラルアップにつなげることが可能である。これまでの検討により,(1),(2)を実践するために学生に必要な能力は,Communication, Collaboration, Consensusなどの「Co」の概念に基づく能力であるが,現在の10代の子供たちの考え方は,個人,個性,個別教育の結果生じた「こ」の概念に基づく孤独なものである。今後,「こ」を「Co」に変換する教育手法の開発が理数科系教育に必須であると考えられる。(1)工業高専における「創造的教育」の現状研究代表者が属する富山工業高等専門学校の2年生において,学生の教育に関する意識調査を行った。結果,高専で目指すものは「知識の習得」および「技術の習得」とする回答が回答者のほぼ全数を占める結果が得られた。これは,学生の意識ではなく,創造的技術者の育成を目指す工業高専において知識の詰め込みに偏重した教育カリキュラムが行われていることを示唆する結果となった。(2)工業高専におけるPBL,PDCA現在,一部の大学でPBL(Problem Based Learning)の概念に基づいた教育プログラムが実践されている。実践的な技術者を育成する工業高専においては,これに加えて企業などで行われているPDCA (Plan-Do-Check-Action)サイクルを教育に導入することも興味深い教育コンテンツの一つであろう。しかしながら,これまでに行ってきた教育コンテンツの試行より,これらの教育コンテンツには以下の因子が必須であり,中学校卒業の15歳の段階ではこれらの因子が未発達であると考えられる。Real:幅広いリアルな情報に基づくバックグラウンドLink:これらの情報を有機的に結合させ,問題解決につなげる能力Communication:グループで情報を共有して議論することにより,より高いレベルに高めあう能力そこで,工業高専においての教育においては卒業が近い高学年においてはPBL,PDCAを組み込んだカリキュラムを実践することを目的にしつつ,1518歳の低学年においては,以下のキーワードに基づいて,Real, Link, Communication能力の育成を行うことが適切であるとの結論を得た。●きづく:リアルな情報に接する機会を授業内で多く行い,その中で新しい課題に気づかせる教育,RealおよびSense of Wonderの育成を目指す。●しらべる:これまでに学んだ情報を有機的に結合させながら,ある課題について調査検討させる教育。Link能力の育成を目指す。●つたえる:グループで調べた結果をプレゼンテーションにより他の学生に公表することにより,学んだ事項の理解を自覚させる教育。Communication能力の育成を目指す。●なおす:従来の教育コンテンツでは,試験や課題提出によって学生は授業が終了すると考える。そこで上記のコンテンツを行った成果をグループ間,さらに教官と学生間で議論しながらより高いレベルに成長するような「直し」のプロセスを導入することにより,継続的な教育プログラムを行えるようにする。具体的には(1)レンズ付きカメラを用いたエコマテリアル,資源循環に関するグループワーク

(2)最先端の科学技術を題材にした情報収集,整理,プレゼンテーションに関するグループワークなどを提案し,いずれもグループワークによって創造的な提案ができるPBL(Project Based Learning)の手法を用いた。(3)「こ」と「Co」(1)で述べた教育システム,(2)で述べた教育コンテンツはいわば教育的なハードウエアである。これを教育現場で継続的に教材として活用するためには,学生の関心の方向性に適応した方法的側面,すなわち教育テキストソフトウエアが必須である。高専は,本研究課題を申請できる研究者で唯一,15歳からの学生を継続的に教育する現場で教材をしながらそのアウトプットを速やかに教材開発につなげるスパイラルアップにつなげることが可能である。これまでの検討により,(1),(2)を実践するために学生に必要な能力は,Communication, Collaboration, Consensusなどの「Co」の概念に基づく能力であるが,現在の10代の子供たちの考え方は,個人,個性,個別教育の結果生じた「こ」の概念に基づく孤独なものである。今後,「こ」を「Co」に変換する教育手法の開発が理数科系教育に必須であると考えられる。
化学的、地理的、時間的に不均質なヨウ素鉱床の分布が示す地球環境の変化

これまで、沖縄県と千葉県で採取した流体試料の、特に放射性ヨウ素同位体比(129I/127I比)の測定から、深さ数百m程度の井戸から採取した流体は、人為起源の129Iを大量に含む天水の影響をほとんど受けていない、“古い"流体が卓越しており、深部の環境を良く保存していることが明らかになった。平成30年度は、沖縄県と千葉県とは異なる時代スケール、地質環境で流体中に溶存成分が保存されていると考えられる北海道で、ある程度の深度の井戸から採取されている温泉水を採取し、主要元素(硫酸イオン、塩化物イオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン)、ヨウ化物イオン濃度、臭化物イオン濃度、酸素・水素同位体組成比、溶存ガス組成(メタン、エタン、プロパン)のほか、微量元素の濃度を分析した。これまでに分析した沖縄県、千葉県の試料に比べると、主要イオンの濃度が低く、天水の影響が全体的に大きいことが明らかになった。また、ヨウ素の相対濃度(I/Cl比)は海水よりは大きいものの、沖縄県や千葉県の試料に比べて小さく、ヨウ素を取り込んでいた有機物の種類やヨウ素が取り込まれた環境の違いを反映している可能性が考えられる。溶存ガス濃度の分析からは、有機物が深部で地熱による熱分解を受けている可能性が示唆された。流体中のヨウ素は有機物分解時に流体中に放出されるため、ヨウ素も比較的深部で流体中に溶存したと考えられる。微量成分の分析からは、場所によって堆積物中の流体の酸化還元状態や岩石との反応の程度が大きく異なる可能性が示唆された。これらの違いは、試料を採取した地域(場所)、岩相、井戸の深度とは相関がみられないことから、北海道の流体はそもそも沖縄県や千葉県に比べて流動性が大きく、天水とも混合しやすい環境にあることが明らかになった。当初の予定通り、平成30年度は北海道で流体試料を採取し、濃度分析を行った。北海道は生成環境の異なる複数の地質帯が南北方向に発達していることから、主に中部から東部にかけて、地質帯を横断するように試料を採取した。また、地質帯の特徴(岩石)と流体の反応による影響を評価するために、主要元素や酸素・水素委同位体組成比などに加えて、ICP-MS、ICP-AESによる微量元素の濃度分析を行った。平成30年度に採取した試料の129I/127I比は年度後半に分析予定であったが、測定に使用する加速器質量分析計のメンテナンススケジュールの都合で、今年度は測定を行うことができなかった。測定のための前処理(ヨウ素の抽出)は完了しているため、平成31年度に速やかに分析を行う予定である。また、平成29年度に採取した試料のうち、ヨウ素濃度が低く直接129I/127I比を測定することが困難であった試料は、平成30年度に濃縮カラムによる処理を行い、分析試料を確保することができたため、これらの試料の分析も進める。平成30年度に行ったICP-MS、ICP-AESによる微量元素の分析は、流体が胚胎する地下の環境を知るための有効な手段である。分析を行っていない、沖縄県と千葉県で採取した試料に関しても、同様の分析を行い、すべての調査地域で比較可能な分析項目をそろえる。また、平成30年度後半には他の研究者に依頼する形で、秋田県と青森県の温泉水試料を入手することができた。特に秋田県はグリーンタフの広がる地域の試料を含むため、これらの試料に対しても他の試料と同様の分析を行い、研究に使用する試料の地質学的な多様性を確保する。129I/127I比の分析も含めて、すべての分析は平成31年度半ばには完了する予定であり、研究成果の学会での発表、論文化を随時進める。平成29年度は千葉県、沖縄県で地下水(温泉水)を中心とした流体試料を採取し、その主要イオン濃度(硫酸イオン、塩化物イオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン)、ヨウ化物イオン濃度、臭化物イオン濃度、酸素・水素同位体組成比、溶存ガス組成(メタン、エタン、プロパン)を分析した。また、メキシコ湾のガスハイドレート胚胎域、アメリカ・オクラホマ州から採取された流体試料のヨウ化物イオン濃度、臭化物イオン濃度を測定した。これらの試料のうち、国内の試料でヨウ素濃度が高く、試料量も十分あるものについては放射性ヨウ素同位体比(129I/127I)を測定した。千葉県の高濃度のヨウ素を含む地下水は、放射性ヨウ素同位体比を用いた年代に大きな差はなく大部分が海水起源であるが、その後の移動や天水、年代や起源の異なる古海水との混合割合などが異なり、地下水の発達過程が複数存在することが確認された。つまり、海洋の有機物にヨウ素を蓄積しやすい環境がある程度継続したのち、その時に堆積した有機物が分解して地下水中にヨウ素が放出されたが、地下水の移動経路や胚胎層準の違いによって、濃度に反映されるような成分が変化したものと考えられる。沖縄県の地下水も千葉県同様に海水起源であったが、天水による希釈や炭酸塩と考えられる岩石との反応を経ている試料が多かった。しかし、千葉県の試料も沖縄県の試料もヨウ化物イオンと臭化物イオンの濃度比が近く、水深やヨウ素を蓄積した有機物の種類などが近い環境であったことが示唆される。

放射性ヨウ素同位体比からは、特に沖縄島南部に古く、他の地下水との混合が小さい地下水が卓越していることが明らかになった。南部は地下水のメタンガス含有量も他地域に比べてると高く、沖縄県の調査地域では北中部と南部で地下水の起源や移動が大きく異なることが明らかになった。当初の研究計画で使用を予定していた、イランで採取された試料は、輸送手続きが煩雑で平成29年度中に入手できなかった。引き続き輸送等に関して情報を収集する。千葉県、沖縄県ともに採取予定だった試料の8割強を採取、分析し、調査と分析に関してはほぼ予定通り遂行できた。ただし、調査の途中で新たに分布がわかった地下水試料もあるため、引き続き情報収集を続け、必要に応じて追加で試料採取を行う予定である。試料の分析に関しては、主要イオンやハロゲン、放射性ヨウ素同位体比は計画通りの数、精度で分析できており、千葉県と沖縄県でそれぞれのヨウ素の移動と集積に関して、一定レベルのモデル化を進めることができた。これらは2017年12月にアメリカで開催されたAmerican Geophysical Union Fall Meetingで発表しており、研究の進んだ地域からその成果をまとめる、という当初の予定を達成した。ヨウ素濃度が低い試料に関しては濃縮カラムを用いた処理を研究計画当初から検討していたが、実際に試験を行うには至っておらず、平成30年度に早急に進めるべき課題である。これまで、沖縄県と千葉県で採取した流体試料の、特に放射性ヨウ素同位体比(129I/127I比)の測定から、深さ数百m程度の井戸から採取した流体は、人為起源の129Iを大量に含む天水の影響をほとんど受けていない、“古い"流体が卓越しており、深部の環境を良く保存していることが明らかになった。平成30年度は、沖縄県と千葉県とは異なる時代スケール、地質環境で流体中に溶存成分が保存されていると考えられる北海道で、ある程度の深度の井戸から採取されている温泉水を採取し、主要元素(硫酸イオン、塩化物イオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン)、ヨウ化物イオン濃度、臭化物イオン濃度、酸素・水素同位体組成比、溶存ガス組成(メタン、エタン、プロパン)のほか、微量元素の濃度を分析した。これまでに分析した沖縄県、千葉県の試料に比べると、主要イオンの濃度が低く、天水の影響が全体的に大きいことが明らかになった。また、ヨウ素の相対濃度(I/Cl比)は海水よりは大きいものの、沖縄県や千葉県の試料に比べて小さく、ヨウ素を取り込んでいた有機物の種類やヨウ素が取り込まれた環境の違いを反映している可能性が考えられる。溶存ガス濃度の分析からは、有機物が深部で地熱による熱分解を受けている可能性が示唆された。流体中のヨウ素は有機物分解時に流体中に放出されるため、ヨウ素も比較的深部で流体中に溶存したと考えられる。微量成分の分析からは、場所によって堆積物中の流体の酸化還元状態や岩石との反応の程度が大きく異なる可能性が示唆された。これらの違いは、試料を採取した地域(場所)、岩相、井戸の深度とは相関がみられないことから、北海道の流体はそもそも沖縄県や千葉県に比べて流動性が大きく、天水とも混合しやすい環境にあることが明らかになった。当初の予定通り、平成30年度は北海道で流体試料を採取し、濃度分析を行った。北海道は生成環境の異なる複数の地質帯が南北方向に発達していることから、主に中部から東部にかけて、地質帯を横断するように試料を採取した。また、地質帯の特徴(岩石)と流体の反応による影響を評価するために、主要元素や酸素・水素委同位体組成比などに加えて、ICP-MS、ICP-AESによる微量元素の濃度分析を行った。
新しい卓上型短波長レーザー発振への挑戦

2年間にわたり超短パルス高強度レーザーにより誘起される光電界電離過程を利用して、卓上型の中心波長126nmの真空紫外アルゴンエキシマレーザーに関する研究を行った。その研究過程で新たに判明した事実は以下のとおりである。・高強度レーザー生成プラズマは初期状態から低温(5eV以下)であることが、アルゴンエキシマ生成キネティクスシミュレーションにより明らかとなった。・長さ30cm程度の中空ファイバー内にアルゴンプラズマを生成することによりレーザーのレイリー長(数ミリメートル)を大きく超える長尺プラズマを生成することが可能となった。・波長126nmのアルゴンエキシマ発光のアルゴン圧依存性より高気圧中でのアルゴンエキシマの主生成過程はこれまで知られている三体衝突過程であることを確認した。・高強度レーザー生成プラズマを初期条件とするアルゴンエキシマ発光解析シミュレーション手法を開発し、実験結果と比較することでこの妥当性について検証した。・波長126nmで高い反射率を持つ誘電体多層膜鏡を用いてアルゴンエキシマ発光をフィードバックしプラズマ中に再入射させることにより1パスで0.16cm^<-1>という小信号利得係数を観測した。・中空ファイバーを用いずにレイリー長程度でプラズマ生成した場合にも発光の増幅が観測された。特に圧力が8気圧以上で増幅率の著しい増大を観測した。プラズマ長が短くなった分高強度レーザーの励起エネルギー密度があがり、その結果小信号利得係数も4cm^<-1>程度と非常に高い値が得られた。この値の妥当性ならびに8気圧以上での著しい増幅率の増大に関しては現在検討中である。・レーザー発振を目指し共振器鏡を組んだが、出力鏡の透過特性等により制限されレーザー発振を観測するまでには至らなかった。これらの成果により、卓上型のアルゴンエキシマレーザーの実現に関しては高強度レーザーの光電界電離方式を用いることの妥当性が示された。共振器の光学的特性によりレーザー発振には至らなかったが、非常に強い増幅された自然放出光を観測するに至った。本研究では、超短パルス高強度レーザーにより誘起される光電界電離過程を利用して、卓上型の中心波長126nmの真空紫外アルゴンエキシマレーザーの開発を行った。真空紫外アルゴンエキシマレーザーはこれまでは大型の励起装置を必要としており、レーザーの短波長性を利用する応用展開のためにも卓上型動作は必要不可欠のものである。この超短パルス高強度レーザーの高い光電界を利用することにより、電子密度10^<17>cm^<-3>程度、電子温度5eV程度の低温、高密度プラズマを生成することが可能で、このようなプラズマ状態は三体衝突過程が生成の主過程となるアルゴンエキシマにとっては理想的な初期条件となる。またこのようなプラズマを中空光学ファイバー内で生成することにより、励起レーザーの集光強度を維持しつつ、レーザーの集光長(レイリー長)で制限されることのない長尺プラズマ(30cm)を実現した。加えて、波長126nmにおける新たに開発された反射率70%程度の誘電体多層膜鏡を用いることにより、波長126nm光を中空ファイバー中で折返し、鏡のあるときと無いときの光強度を比較した。この結果、動作圧力10気圧において約50倍の光増幅を観測することに初めて成功した。この結果より、小信号利得係数として0.16cm^<-1>というこれまで得られた値としては最も高い値を得た。波長126nmの一重項誘導放出断面積の値(10^<17>cm^2)より、アルゴンエキシマの一重項密度は約10^<16>cm^<-3>のオーダーであると見積もられ、初期電子密度の1/10程度となることがわかった。この励起方式による投入励起エネルギー密度に対してはほぼ上限を与える高密度のエキシマ分子を生成していることが判明した。本研究の結果より、アルゴンエキシマレーザーに対して光電界電離方式を用いる妥当性が示された。今後は共振器を構成することにより、kHz程度の高繰り返しが可能で卓上型のアルゴンエキシマレーザーの実現に向けてさらに研究を進めていく予定である。

特に圧力が8気圧以上で増幅率の著しい増大を観測した。プラズマ長が短くなった分高強度レーザーの励起エネルギー密度があがり、その結果小信号利得係数も4cm^<-1>程度と非常に高い値が得られた。この値の妥当性ならびに8気圧以上での著しい増幅率の増大に関しては現在検討中である。・レーザー発振を目指し共振器鏡を組んだが、出力鏡の透過特性等により制限されレーザー発振を観測するまでには至らなかった。これらの成果により、卓上型のアルゴンエキシマレーザーの実現に関しては高強度レーザーの光電界電離方式を用いることの妥当性が示された。共振器の光学的特性によりレーザー発振には至らなかったが、非常に強い増幅された自然放出光を観測するに至った。
位置選択的カルボキシル化を触媒する脱炭酸酵素群による芳香族化合物の高機能化

近年の化学工業ではグリーンケミストリーの達成を目指して、化成品・医薬品などの合成に生体触媒を積極的に利用する研究が盛んとなっている。本研究では、機能性ポリマー・液晶・農薬合成の原料として有用な芳香族カルボン酸の合成法を開発するために、広範な微生物を対象としてカルボキシル化反応を探索し、物質変換バイオプロセスに応用することを目的とした。脱炭酸酵素の中には効率的にカルボキシル化を触媒する酵素群が存在することを最近明らかにしてきており、本研究では、この脱炭酸酵素群の反応・分子特性を解明するとともに、物質生産系への応用を検討した。芳香族ヒドロキシカルボン酸の合成に利用できる酵素として、2,6-ジヒドロキシ安息香酸脱炭酸酵素および2,3-ジヒドロキシ安息香酸脱炭酸酵素を見出した。それぞれの精製酵素を調製して反応特性を解析するとともに、酵素遺伝子のクローニングと一次構造の解明を進めた。また、炭酸固定能を物質変換系に適用した。反応特性と構造解析から、炭酸固定機能を持つ脱炭酸酵素は大きく2つのグループに分類され、データベースにはこれらの脱炭酸酵素と相同性を示す機能未知タンパク質群が幅広く分布していることが明らかとなった。も行い、新規な一次構造を持つ酵素であることも示した。物質変換系への適用性については、2,3-ジヒドロキシ安息香酸の位置選択的なカルボキシル化を検討し、副生成物を生じない効果的な芳香族ヒドロキシカルボン酸の合成が可能であることが明らかとなった。2,6-ジヒドロキシ安息香酸脱炭酸酵素は安定性に優れており、CO_2とレゾルシノールを原料として220g/Lの2,6-ジヒドロキシ安息香酸を、副生成物を生じずに合成できることを示した。本研究では、機能性ポリマー・液晶・医薬品・農薬合成の原料として有用な芳香族カルボン酸の合成法を開発するために、広範な微生物を対象として含窒素複素環化合物やフェノール・ナフトール誘導体のカルボキシル化反応を探索し、物質変換バイオプロセスに応用することを目指している。脱炭酸酵素の中には逆反応でカルボキシル化を触媒する酵素群が存在することを最近明らかににしてきており、本研究では、この可逆的脱炭酸酵素群の反応・分子特性を解明するとともに物質生産系への応用を検討した。平成16年度においては2,6-ジヒドロキシ安息香酸脱炭酸酵素をモデルとしてとりあげた。本酵素はAgrobacterium属細菌にのみ存在が判明していたが、他の微生物株にも酵素活性を見出した。精製酵素を調製して反応特性を検討した結果、炭酸固定機能をも有する脱炭酸酵素であることが判明した。酵素遺伝子をクローニングし、一次構造を比較解析した結果、他の脱炭酸酵素との高い相同性は認められなかった。精製酵素を用いて炭酸固定機能を評価した結果、数種の芳香族化合物に位置選択的にカルボキシル基を導入できることが判明し、反応生成物の構造決定を行った。炭酸固定機能を活用した物質変換系を構築するために、反応条件を最適化した結果、1,3-ジヒドロキシベンゼンから2,6-ジヒドロキシ安息香酸が220g/Lという高濃度で生産が可能であることを示した。一方で、炭酸固定機能を持つ新たな脱炭酸酵素の探索を進め、酵母・カビなどの真核微生物に特異的に存在する可逆的脱炭酸酵素を見出した。平成17年度において、この脱炭酸酵素の反応特性および物質変換系への適用性の評価を進める。

本研究では、機能性ポリマー・液晶・農薬合成の原料として有用な芳香族カルボン酸の合成法を開発するために、広範な微生物を対象としてカルボキシル化反応を探索し、物質変換バイオプロセスに応用することを目的としている。脱炭酸酵素の中には効率的にカルボキシル化を触媒する酵素群が存在することを最近明らかにしてきており、本研究では、この脱炭酸酵素群の反応・分子特性を解明するとともに、物質生産系への応用を検討した。平成17年度においては、酵母およびカビなどの真核微生物にも同様の脱炭酸酵素が存在することを明らかにした。見出した2,3-ジヒドロキシ安息香酸脱炭酸酵素を2株の微生物から精製し、反応特性を明らかにした。酵素の安定性に優れていること、サブユニット分子量やN末端アミノ酸配列の解析から、すでに見出してきた炭酸固定反応をも効率的に触媒する脱炭酸酵素群が2つのグループに大別できることが判明した。3,4-ジヒドロキシ安息香酸脱炭酸酵素の遺伝子クローニングと一次構造解析も行い、新規な一次構造を持っ酵素であることも示した。物質変換系への適用性については、2,3一ジヒドロキシ安息香酸の位置選択的なカルボキシル化を検討し、副生成物を生じない効果的な芳香族ヒドロキシカルボン酸の合成が可能であることが明らかとなった。
低酸素環境を用いたレジスタンス、体脂肪燃焼トレーニングに関する研究

本研究では、常圧低酸素環境を用いたレジスタンストレーニングと体脂肪燃焼の効果について検討を行った。対象者を健常な男子学生6名を対象とし、低酸素環境下(15.4%:標高2500m相当)で安静状態を50分間取らせてレジスタンストレーニング(レッグエクステンションを1RMの60%の負荷で10回運動を1セツトとし、3セツト(休息2分)行う)を実施する場合(低酸素群)と常酸素環境下で安静(50分)を取らせてレジスタンストレーニングを実施する場合(常酸素群)の比較検討を行った。その結果、低酸素環境下ではカテコールアミンであるアドレナリン、ノルアドレナリン、ドーパミンが抑制される傾向を示したが、常酸素環境下でレジスタンストレーニングを行う場合よりも成長ホルモンが多く分泌されることが明らかとなり、低酸素刺激がホルモン分泌動態に何らかの影響を及ぼしていることが示唆された。対象者を健常な成人男性7名とし、低酸素環境下において25%・VO2max程度の運動強度で1時間の歩行運動を行うことは、常酸素環境下の同強度の歩行運動と比較して、心拍数とRPEの増加、酸素飽和度(SpO2)の低下をもたらし、エネルギー代謝が解糖系の方向にシフトした。したがって、運動中の体脂肪燃焼についての積極的な効果は認められなかった。しかしながら、運動終了直後から運動終了後40分までは常酸素環境下に比べて低酸素環境下で歩行した時の方が、呼吸交換比は低い値を示し、脂質の代謝が亢進していること明らかとなり、常圧低酸素環境を用いた体脂肪燃焼については運動後の効果についてその可能性が示唆された。本研究では常圧低酸素室を用い、低酸素環境下におけるレジスタンストレーニングの効果について明らかにすることを目的とした。本研究では、低酸素環境下(15.4%:標高2500m相当)で安静状態を50分間取らせてレジスタンストレーニングを実施する場合(低酸素群)と常酸素環境下で安静(50分)を取らせてレジスタンストレーニングを実施する場合(常酸素群)の比較検討を行った。対象者は、健常な男子学生6名を対象とした。被験者の身体的特徴は、年齢21.6±1.0歳、身長175.6±5.5cm、体重70.4±16.2kg、体脂肪率15.2±6.0%であった。実験は、以下のように実施した。自転車エルゴメータを用いた10分間のウォーミングアップ後、低酸素環境下あるいは常酸素環境下で50分間安静を保たせた後に、レッグエクステンションを1RMの60%の負荷で10回運動を1セットとし、3セット(セット間の休息2分)行わせた。ウォーミングアップ前の安静時、運動前後で肘静脈血採取等を行った。レジスタンストレーニング時のSpO2の平均値は、低酸素トレーニング群の方が有意(p<0.05)に低い値を示した。成長ホルモンの変化率は、レジスタンストレーニング直後の時点で、低酸素群の方が有意(p<0.05)に約1012.7%高い値を示した。ノルアドレナリンやドーパミンの変化率は、低酸素群の方が有意(p<0.05)に低い値を示した。以上の結果より、低酸素環境下ではカテコールアミンであるアドレナリン、ノルアドレナリン、ドーパミンが抑制される傾向を示したが、常酸素環境下でレジスタンストレーニングを行う場合よりも成長ホルモンが多く分泌されることが明らかとなり、低酸素刺激がホルモン分泌動態に何らかの影響を及ぼしていることが示唆された。本研究では常圧低酸素環境下で、強度の低い歩行運動を長時間行った場合、運動中及びその直後(1時間後まで)のエネルギー代謝にどのような変化が生じるのかを明らかにし、低酸素環境下が体脂肪燃焼に及ぼす効果について検討することを目的とした。対象者は健常な成人男性7名とした。

身体的特徴は年齢23.9±6.8歳、身長171.0±5.9cm、体重70.0±9.5kg、体脂肪率18.0±5.7%(平均値±標準偏差)であった。あらかじめ多段階漸増負荷法による歩行時の酸素摂取量から求めた1km歩行するのに最もエネルギー消費の少ない歩行速度にて1時間歩行時を低酸素環境下として15.4%(2500m相当)の酸素濃度時と常酸素環境下で行わせた。この時、運動中及び運動終了15-20分後、35-40分後、55-60分後のガス分析より求めた酸素摂取量、二酸化炭素排出量、呼吸交換比呼気ガスおよび心拍数、主観的運動強度(RPE)、酸素飽和度(SpO_2)、歩行前後での血液成分(遊離脂肪酸、血糖値、トリグリセライド、インスリン、ケトン体、成長ホルモンなど)を測定項目とした。その結果、低酸素環境下において25%VO_2max程度の運動強度で1時間の歩行運動を行うことは、常酸素環境下の同強度の歩行運動と比較して、心拍数とRPEの増加、酸素飽和度(SpO_2)の低下をもたらし、エネルギー代謝が酸化系から解糖系の方向にシフトする結果が得られた。したがって、運動中の体脂肪燃焼についての積極的な効果は認められなかった。しかしながら、運動終了直後から運動終了後40分までは常酸素環境下に比べて低酸素環境下で歩行した時の方が、呼吸交換比は低い値を示し、脂質の代謝が亢進していること明らかとなり、常圧低酸素環境を用いた体脂肪燃焼については運動後の効果についてその可能性が示唆された。
エピジェネティックス制御によるマウス網膜再生能の獲得の試み

本研究は哺乳類における網膜再生を目指した基盤研究である。眼の形成に関わる遺伝子群は多くの動物で共通しているが、再生できる動物とそうでないものに分かれる。この原因は遺伝子の機能を調節するエピジェネティクス修飾の違いが原因であると推測し研究を行った。その結果発生期(未成熟)網膜では、損傷後網膜を再生できる能力が存在するが、成熟するにつれてその能力が失われていくことが明らかとなった。さらに再生能の担い手となるミュラー細胞では遺伝子の活性を抑制するエピジェネティクス修飾が強くなっていることも示された。しかし本研究によりこの抑制状態は変えうる可能性があること分かった。本研究ではエピジェネティクス制御による哺乳動物網膜のミュラー細胞の再生能獲得を目指しており、初年度は発生期マウス網膜におけるエピジェネティック因子の発現をin situ hybridizationにより解析を行った。現在までに25個のヒストン脱メチル化因子と3つのヒストンメチル化因子の配列をクローニングし順次解析を行っている。その結果、胎生初期にヒストン脱メチル化因子KDM1A、1B、2A,2B、3A、3B、4AD、5AD、6A、6B、7AC、NO66およびヒストンメチル化因子G9a、SETDB、SUV39H1がそれぞれ程度差は見られるが広く網膜前駆細胞で発現していることが明らかとなった。また、網膜発生初期におけるヒストンメチル化修飾(H3K4me3、H3K9me3、H3K27me3、H3K36me3、H4K20me3)を特異抗体を用いて調べたところ、特に胎生12日の網膜前駆細胞から胎生14日の網膜神経細胞に分化を開始する時期にヒストン修飾が大きく変化していることを突き止めた。これらの結果から網膜神経細胞の分化を開始するときにエピジェネティック修飾が大きくかかわっていることが示唆された。さらにこれらの変化がどのヒストン修飾因子に起因するのか今後検討を行う予定である。続いてCreERT2-loxPシステムを用いて、タモキシフェン投与により任意の時期に視細胞変性を誘導するマウスモデルを作製を行った。現在までに生後9日のマウスにタモキシフェンを2回投与し、6日目に視細胞がほぼ完全に消失することを確認した。今後さらにタモキシフェン投与と視細胞変性のタイミングを検討し、このマウスを用いて発生期マウスに視細胞変性を誘導し、網膜前駆細胞および未成熟なミュラー細胞が視細胞を再生し得るか否かを検討する。網膜ミュラー細胞は発生期の網膜前駆細胞と転写因子の発現が極めて類似しているが、哺乳動物では再生能はないと考えられている。その理由は転写因子の発現ではなくその機能に関わるエピジェネティク因子の相違によるものではないかと推測している。そこで本研究ではエピジェネティクス因子導入による哺乳動物網膜のミュラー細胞の再生能獲得を目的として研究を進めている。本年度は主要ヒストン(H3K4,K9,K27,K36,H4K20)のメチル化状態(モノメチル、ジメチル、トリメチル)を胎生期から成体に渡り抗体染色法を用いて明らかにした。この解析により網膜発生期におけるヒストンメチル化修飾がダイナミックに変化していることが確認された。またこれまでの報告に一致するものもあればそうでないものも見られることから、更なる解析と共にゲノムレベルでの解析の必要性がある。次にDTACre時期特異的ノックアウトマウスによるマウス網膜の再生可能時期について検討を行った。この目的は成体マウス網膜は再生しないとされるが、発生期や未成熟期の網膜に元来再生メカニズムが存在していたのかを調べるものである。もしそれらが機能しなくなったのであれば、その原因を補うことで再生メカニズムを取り戻す可能性を示すものである。解析の結果、生後の未成熟網膜(未成熟ミュラー細胞)において、視細胞損傷に応答して再生する結果を得られた。これらの成果とエピジェネティクス修飾の情報を集約することで、再生不応時期と可能時期の違い(原因)を明らかにし、成体マウス網膜における再生能獲得に大きな進展をもたらすものと考えられる。初年度は発生期マウス網膜におけるエピジェネティクス因子の発現をin situ hybridization法による解析およびDTACreを用いた時期特異的ノックアウトマウスの作製を行った。本年度は網膜発生期におけるヒストンの修飾の変化を明らかにできたことで、これらの修飾に関わる因子の特定に進める段階となった。さらにDTACre時期特異的ノックアウトマウスにより網膜再生可能時期の存在が示唆されたことから、概ね順調に進展していると考えられる。網膜ミュラー細胞は発生期の網膜前駆細胞と転写因子の発現が極めて類似しているが、哺乳動物では増殖能および再生能はないと考えられている。その理由は転写因子の発現ではなくその機能に関わるエピジェネティク修飾の相違によるものではないかと推測している。そこで本研究ではエピジェネティクス因子の導入によるミュラー細胞の再生能獲得を目的として研究を行っている。エピジェネティクス研究では特に遺伝子の活性に関わるヒストンメチル化修飾について解析を行っており、昨年度はマウス網膜の発生期におけるヒストンメチル化修飾の変化を明らかにした。この解析に続き本年度は仮説でもあるエピジェネティク修飾の相違を網膜前駆細胞とミュラー細胞で解析した。その結果網膜前駆細胞では遺伝子の活性化に関わるヒストン修飾が強く、ミュラー細胞では遺伝子の抑制に関わる修飾が強くなることが明らかとなった。これらの結果は本研究の仮説を支持するものといえる。そこで細胞培養系に注目し増殖中のミュラー細胞ではこれらの修飾がどのように変化しているのか検討を行った。

その結果、増殖中のミュラー細胞では遺伝子の抑制に関わる修飾が大きく減少していることが明らかとなった。これらの結果からマウスミュラー細胞は分化後に遺伝子の抑制に関わるヒストンメチル化修飾が強くなるが、それらは細胞環境により変化し細胞周期に再進入することが可能であることを示唆している。今後は培養系で発現しているエピジェネティクス関連因子を絞り出し、時期特異的視細胞変性マウスに導入することで生体内における網膜再生を目指す予定である。本研究は哺乳類における網膜再生を目指した基盤研究である。眼の形成に関わる遺伝子群は多くの動物で共通しているが、再生できる動物とそうでないものに分かれる。この原因は遺伝子の機能を調節するエピジェネティクス修飾の違いが原因であると推測し研究を行った。その結果発生期(未成熟)網膜では、損傷後網膜を再生できる能力が存在するが、成熟するにつれてその能力が失われていくことが明らかとなった。さらに再生能の担い手となるミュラー細胞では遺伝子の活性を抑制するエピジェネティクス修飾が強くなっていることも示された。しかし本研究によりこの抑制状態は変えうる可能性があること分かった。初年度の計画は発生期マウス網膜におけるエピジェネティック因子の発現のin situ hybridizationによる解析およびCreERT2-loxPシステムを用いた時期特異的視細胞変性マウスを用いた再生時期の検討である。in situ hybridizationにおいては必要とするプローブ配列はほとんどクローニング済みであり、精力的に解析を進めている。これまでの結果から多くの脱メチル化因子が胎生期初期マウス網膜おいて発現していることが明らかになっており、概ね予定通りの結果が得られている。ただ一部センス配列でも染まる因子もあり、非特異的染色であるかどうか慎重に解析を行っている。また時期特異的視細胞変性マウスによる再生可能時期の検討についてはタモキシフェン投与後、視細胞変性が確認されており概ね順調に進んでいる。DTACre時期特異的ノックアウトマウスにより網膜再生可能時期の存在が示唆されたことから、再生可能時期と不応時期の明確化を行うと共に、再生に関わったと思われる細胞群が残存していた網膜前駆細胞であるのかそれとも未成熟ミュラー細胞であるのかをはっきりとさせる必要がある。さらにこの期間および発生過程におけるミュラー細胞のヒストン修飾の遷移について明らかにし、またゲノムレベルでも解析を進める予定である。最後に上記の解析により特定された修飾やそれに関わる因子を用いて成体マウス網膜に対する再生能獲得実験を行う予定である。再生in situ hybridizationにおける一部センス配列での染色に対しては別配列を用いて解析を行う予定である。また、これの研究に加え当初の予定には無かったが発生期網膜におけるヒストン修飾の変化の解析も加えることとした。
半導体レーザ制御に基づく焼入れフォーミングによる工場の自動化と折り紙工学との融合

本研究ではレーザ焼入れとレーザフォーミングの統合を目指す.レーザ焼入れでは,材料を硬く・強靭にすることが可能である.レーザフォーミングでは,材料を変形させることが可能である.従来の手法ではプレス機などで成形した後に必要に応じて焼入れを施していたが,レーザを用いた手法ではこれらを同時に達成することができる.しかし,形を押し付けて成形する単純なプレス機の原理と比較すると,レーザを用いた加工は原理が複雑であり,精度よく制御することが難しい.レーザ焼入れフォーミングを実用可能技術とするため,変形の原理の解明をすすめる.本研究ではレーザ焼入れとレーザフォーミングの統合を目指す.レーザ焼入れでは,材料を硬く・強靭にすることが可能である.レーザフォーミングでは,材料を変形させることが可能である.従来の手法ではプレス機などで成形した後に必要に応じて焼入れを施していたが,レーザを用いた手法ではこれらを同時に達成することができる.しかし,形を押し付けて成形する単純なプレス機の原理と比較すると,レーザを用いた加工は原理が複雑であり,精度よく制御することが難しい.レーザ焼入れフォーミングを実用可能技術とするため,変形の原理の解明をすすめる.
腎疾患の腎局所及び全身免疫応答における骨髄由来免疫抑制性細胞の意義

炎症性疾患では、白血球などの免疫担当細胞が活性化され、炎症促進/免疫抑制バランスに異常を来すことが知られている。糖尿病性腎症では免疫担当細胞に加えて、腎固有細胞も活性化されるが、その免疫バランスに関しては明らかではない。そこで本検討では糖尿病性腎症における腎固有細胞の免疫バランスについて検証を行った。高糖刺激した腎固有細胞では、炎症促進系に働く分子のmRNA発現が亢進している一方、免疫抑制系分子のmRNA発現が低下していた。これらの結果は、糖尿病性腎症において、腎固有細胞でも免疫バランスが破たんし、このことが慢性炎症の遷延化から疾患の進展に寄与しているものと推測された。今年度は糖尿病性腎症の発症・進展における腎固有細胞の炎症動態の解明に焦点をあて、研究を進めた。糖尿病性腎症は、慢性透析となる原因疾患の第一位であり、その病態解明は喫緊の課題であるが、いまだ詳細は不明である。糖尿病性腎症の発症・進展には、高血糖による腎内環境から生ずる慢性炎症が関与していると考えられている。しかしながら、高糖に対する腎固有細胞の反応動態については未だ詳細は不明である。本検討では、高糖刺激(HG)した培養メサンギウム細胞(MC)と尿細管細胞(TEC)において、炎症関連遺伝子に着目し、包括的に解析することで、糖尿病性腎症の慢性炎症における意義を検討することを目的とした。培養ヒトMCとTECを、HG刺激下に24時間培養した。分離したmRNAを調整後、次世代シーケンサーにて包括的遺伝子解析を行なった。さらに炎症に関連する細胞内シグナル伝達分子のリン酸化を検討した。HG刺激化でのMCとTECにおいてInflammatory cytokine/chemokine遺伝子とシグナル伝達関連遺伝子の発現亢進とTh2関連遺伝子の発現低下を認めた。糖尿病性腎症においてはHGにより腎固有細胞が炎症促進性に働き、病態に関与している可能性が示された。慢性腎臓病患者の免疫応答異常に骨髄由来免疫担当細胞が関与するという仮説のもとに検討を行った。慢性腎不全により維持血液透析を受けている患者において、インフルエンザワクチン(IV)の反応性を免疫応答の指標とし、その反応性に関わる骨髄由来免疫担当細胞を同定、検討した。IV接種時と接種後1か月で抗体価を評価し、ワクチン反応者と非反応者の末梢血の細胞分画を比較した。HD患者、健常者いずれもH3N2株に対する抗体はIV接種により上昇した。HD患者において、ワクチン反応群は非反応群に比較し、IV接種時のM1単球/マクロファージ分画は低下していた。M1/M2比、M1/MDSC比は両群で差がなかった。DM合併HD患者群でのIV反応者率は20例中10例、DM非合併HD患者群では15例中4例とDM非合併HD患者群で高い陽性率であった。この2群間では各細胞数に差を認めなかった。これらの結果よりM1単球/マクロファージの分画異常がHD患者のIV反応性に影響することが示唆された。また、炎症促進性/免疫抑制性というバランスが同様であっても、全体としての炎症が活性化していることが免疫応答の機能異常に関与していることが示唆された。この結果は、慢性透析患者の免疫異常を骨髄由来細胞に着目して検討を行ったものであり、新しい視点といえる。これらの結果をもとに臨床応用を考えるとき、骨髄由来細胞を、免疫状態のマーカーとしたり、さらには治療応用の可能性も考えられ、非常に重要な結果であると考えられる。【目的】維持透析患者の死因の第2位が感染症であり、予後を考えるうえで免疫応答の異常は重要な意義を持つ。一方、骨髄由来免疫担当細胞が炎症促進、および免疫抑制にも働き、全体の免疫応答を制御することが近年明らかとなっている。本検討では、維持血液透析(HD)患者のインフルエンザワクチン(IV)の反応性を免疫応答の指標とし、その反応性に関わる細胞分画を明らかにすることを目的とした。【方法】対象は糖尿病(DM)を合併したHD患者15例、DM合併のないHD患者20例、健常者21例とした。IV接種時、および1か月後に抗体価を測定した。同時期に末梢血における炎症促進系(M1)マクロファージ(M&#61510;)、免疫抑制系(M2) M&#61510;、myeloid derived suppressor cells(MDSC)、およびregulatory T細胞を解析した。それらの細胞率をワクチン反応群と非反応群で比較した。【結果】HD患者、健常者いずれもH3N2株に対する抗体はIV接種により上昇した。HD患者において、ワクチン反応群は非反応群に比較し、IV接種時のM1 M&#61510;分画が低下していた。

M1とM2の比、M1とMDSCの比は両群で差がなかったDM合併HD患者群でのIV反応者率は20例中10例、DM非合併HD患者群では15例中4例とDM非合併HD患者群で高い陽性率であった。この2群間では各細胞数に差を認めなかった。【結語】HD患者におけるIVの反応性は健常人と同等であった。M1 M&#61510;がHD患者のIV反応性に影響することが示唆された。腎臓病学昨年度は、慢性血液透析患者のインフルエンザワクチン反応性における末梢血骨髄由来細胞の意義について検討した。今年度は、上記の如く、糖尿病状態における腎固有細胞の炎症状態を評価し、後述のごとく、論文として発表した。計画通りの進捗状況であり、順調に進展しているといえる。骨髄由来免疫抑制細胞は癌免疫分野において、癌の進展、転移に寄与するという報告が多くなされているが、慢性腎臓病における意義は不明であり、我々の研究以外では報告がない。疾患モデルマウスとともに、ヒト検体においても同細胞群の検討を行うことにより、より臨床応用に近づけると考えられる。本研究では骨髄由来免疫抑制性細胞を治療や検査の標的とする点で、これまでにない新たなアプローチ法であり、あらたな検査、治療標的に結びつく可能性のある検討であると考えられる。実際、得られた結果はこれら細胞が慢性透析患者の免疫状態に寄与する可能性を示すものであり、仮説の一部を説明しえたと考えられる。本プロジェクト2年目において、この結果の分子的機序を検討する予定であり、おおむね計画通りに進んでいると考えられる。慢性血液透析患者のインフルエンザワクチン反応性における末梢血骨髄由来細胞の意義について、末梢血よりRNAを抽出し、炎症関連分子の遺伝子発現解析を行う。また、この結果を論文として発表する予定である。上記の検討においては、単球/マクロファージ分画を単離し、炎症関連遺伝子や、IV反応性に関与すると報告されている分子のmRNA発現を解析する予定である。また、長期の免疫応答異常を評価する目的で、これらの患者の感染症発症率や発がん率と各細胞分画との相関を検討する予定である。またマウスを用いた検討も現在進行しており、骨髄由来免疫抑制性細胞が抗線維化に寄与する知見をえた。現在は抗線維化の分子学的な機序について解析を進めている段階である。これまでの検討をさらに発展させることにより、ヒトにおいては疾患活動性や治療予後、免疫応答異常との相関を検討する。またマウスにおいては腎局所および全身合併症に対する抗炎症・抗線維化を目指した細胞治療の可能性を検討する。これらの研究の成果により骨髄由来免疫抑制細胞が進行性腎疾患に対する新たな診断・治療の標的因子となり、ひいては本検討が慢性腎臓病の進展及び合併症予防につながるプロジェクトになりうると考える。試薬、抗体などがメーカーのキャンペーン価格で購入できたため、節約が可能であった。今年度に得られた結果をさらに詳細に検討するの目的で、実験試薬を購入する。具体的には、mRNAの発現を検討する目的で細胞分離用ビーズ、核酸分離用試薬、cDNA合成酵素、またリアルタイムPCR用プライマー、酵素などを購入する予定である。また得られた知見を発表するための学会参加費・旅費として使用する予定である。
難聴遺伝子変異マウスへの効率的 iPS 細胞導入法の開発

本研究では我々の内耳への細胞治療技術を応用し全内耳細胞への分化能を持つ内耳前駆細胞を作製し内耳移植に最適な細胞を選抜することを試みた。これまでの研究ではiPS細胞から耳胞細胞や有毛細胞への分化誘導法は既報の方法に独自の改良を加え、FGF3/FGF10刺激後に内耳由来のフィーダー細胞と共培養させることにより内耳発達過程の様々な分化度のiPS由来内耳前駆細胞を大量に増殖させることが可能となった。Nanogプロモーターで制御されるレポーター緑色蛍光(GFP)遺伝子を用いることにより、蛍光発色する未分化コロニーを排除した内耳前駆細胞を接着培養にて増殖させ、通常の凍結保存により維持することに成功している。この株の一つでは、有毛細胞マーカーMyosin7aを発現し有毛細胞様のアクチン重合構造を頂部に持つ細胞が確認された。遺伝性難聴は約1,600出生に1人の高頻度に発症する疾患であり、聴覚と言語発育の著しい障害を引き起こす極めて高度なQOLの低下をもたらす。これまでの研究により30以上の原因遺伝子が同定されたが、最終的には100以上の難聴遺伝子の関与が推察されている。このように遺伝性難聴の原因遺伝子は多種多様で、さらに標的細胞も有毛細胞、支持細胞、線維細胞など極めて多岐に渡っている。そこで新たな発想として、多種多様な欠損細胞を一元的に修復する治療法として人工多能性幹細胞(induced pluripotent stem cells, iPS細胞)から様々な内耳前駆細胞を樹立し、経半規管外リンパ液還流法による内耳細胞治療の検討を行った。本研究ではこれまでの報告および我々の細胞治療技術を応用し全内耳細胞への分化能を持つ内耳前駆細胞を作製し内耳移植に最適な細胞を選抜することを試みた。これまでの研究ではiPS細胞から耳胞細胞や有毛細胞への分化誘導法は上記論文の方法に独自の改良を加え、FGF3/FGF10刺激後に内耳由来のフィーダー細胞と共培養させることにより内耳発達過程の様々な分化度のiPS由来内耳前駆細胞を大量に増殖させることが可能となった。同細胞は、様々な内耳細胞への分化能を持つ考えられるため、我々の遺伝性難聴モデルマウスへの細胞治療により、変異細胞から正常細胞への置換が可能であると考えられる。遺伝性難聴の原因遺伝子は多種多様で、治療への標的細胞も有毛細胞、支持細胞、線維細胞など極めて多岐に渡っている。これまで外的因子による内耳性難聴の欠損細胞の治療戦略は有毛細胞の分化・増殖が中心であったが、遺伝性難聴の第一次的な原因細胞は有毛細胞以外にも線維細胞や支持細胞の場合があり、多種多様な欠損細胞を分化誘導する新たな治療戦略が求められていた。そこで、多様な細胞へ分化し得るiPS細胞(induced Pluriopotent Stem Cell)を移植することによって、多彩な病態を示す遺伝性難聴の網羅的な根本治療を開発することを目的とした。一昨年、iPS細胞からin vitroで内耳有毛細胞を作製する画期的技術が発表され、内耳細胞を体外で人工的に増殖・分化させることが可能となった(Oshima et al. Cell 2010)。本研究ではこの技術を応用し全ての内耳細胞への分化能を持つ内耳前駆細胞を作製し内耳移植に最適な細胞を選抜する。これまでの研究ではiPS細胞から耳胞細胞や有毛細胞への分化誘導法は上記論文の方法に独自の改良を加えることにより内耳発達過程の様々な分化度のiPS由来内耳前駆細胞を大量に増殖させることが可能となった。また、この株の一つでは、有毛細胞マーカーMyosin7aを発現し有毛細胞様のアクチン重合構造を頂部に持つ細胞が確認された。これらの方法を発展させることにより、シャーレ上だけではなく、内耳組織への侵入、分化にも適した内耳移植用細胞が開発できることが期待でき、現在同細胞を用いた細胞治療実験を独自に開発した遺伝性難聴モデル、コネキシン26欠損マウスにより行っている。

当該年度においてはIPS細胞を内耳組織に分化させるための培養法を確立させ、既に遺伝性難聴モデルマウスでの細胞治療実験を開始できたため大部分の研究費に関しては計画通りに支出したが、実験動物の繁殖状況や謝金等の勤務状況に応じて予想困難な変動が生じるため、今後はこれらを事前に予測し、正確な支出計画を立てる予定である。実験動物の繁殖状況や謝金等の勤務状況に応じて予想困難な変動が生じるため、適時年度計画を見直しつつ3か月ごとの支出計画の確認を行う予定である。
ペンギンのアスペルギルス症の早期診断と感染制御法の開発

1)早期診断法の確立前年度にCT検査を実施した個体について経過観察を行った。肺の浸潤像が認められた個体2羽について、死亡個体1羽からアスペルギルスが検出され、生存個体1羽で抗真菌剤投与後に浸潤像が消失した。気嚢内の結節および気嚢の縮小が認められた死亡個体1羽からアスペルギルスは検出されなかった。肺の浸潤像とアスペルギルス症との関連およびCT検査の有用性が示唆された。前年度に引き続き、水族館で飼育されているペンギンについて年4回の定期血液検査を実施し、アスペルギルス抗原、アスペルギルス抗体またはタンパク質分画異常のいずれかを示した個体5羽のCT検査を行った。1羽で肺の浸潤像、1羽で肺のシストが確認され、それぞれ抗真菌薬投与および無投薬とした。今後、これらのペンギンの血液検査、CT検査を定期的に実施しデータを蓄積する。2)感染経路の解明および遮断前年度の環境検査でアスペルギルスが検出されたエリアでのパレードの中止、アスペルギルスが検出された飼育場所の消毒清掃の徹底を実施した。今年度のアスペルギルス症によるペンギンの死亡例は皆無となった。前年度に引き続き年4回の環境検査を継続した。今年度は特に、9月6日の北海道胆振東部地震発生後の長期停電により、飼育環境中のアスペルギルスの検出率が増加し、空調管理の重要性を示すデータが得られた。水族館の獣医師および飼育員、CT検査を実施可能な動物病院との良好な関係が築けており、予定どおりのスケジュールで有効なデータを収集できている。ペンギンの定期血液検査、血液検査で異常が認められた個体および前年度CT検査で異常が認められた個体の継続検査、環境検査を継続し、データを補強する。アスペルギルス症の早期診断指標およびペンギンをアスペルギルスに暴露させない飼養管理法を具体的に検討し、論文投稿を目指す。ペンギンを飼育する水族館において年3回の定期血液検査を実施し、アスペルギルス抗体価上昇または抗原陽性、蛋白分画異常のいずれかを示した5個体についてCT撮影を行った。その結果、1羽で肺胞パターン、2羽で肺シスト、1羽で気嚢内結節の異常所見が認められた。これらの個体について抗真菌薬の投与を開始し、3か月毎に経過観察を行った。シストおよび結節を認める個体でこれらの大きさに変化は認められなかった。しかし、肺胞パターンが認められた個体ではこれらが縮小しアスペルギルス抗体価も減少した。現在引き続き経過観察中であるが、アスペルギルス症の早期診断ツールとしてCTの有用性が示唆された。また、年4回ペンギンの環境中アスペルギルス検査を実施した。ペンギンのパレードコースのうち土壌およびその周辺の空気中、飼育環境のうち換気扇およびエアコン周囲から春夏にアスペルギルスが検出された。ペンギンのアスペルギルス予防のためのパレードコース、飼育環境の重点清掃箇所が明らかとなった。水族館の獣医師および飼育員、水族館近隣の動物病院の協力のもと、ペンギンの血液検査、異常個体のCT検査、環境検査を当初の予定どおり実施できた。これらのデータから血中アスペルギルス抗原、CTによる異常所見、環境中アスペルギルスが検出されており、研究は順調に進展していると判断している。引き続きペンギンの定期血液検査および環境検査を継続する。血液検査で異常が認められた個体および前年度CT検査で異常が認められた個体のCT検査を実施し、アスペルギルス症の早期診断指標を検出する。また、環境中のアスペルギルスを検査し、ペンギンをアスペルギルスに暴露させない飼養管理法を確立する。

アスペルギルス症の早期診断指標およびペンギンをアスペルギルスに暴露させない飼養管理法を具体的に検討し、論文投稿を目指す。3月78日に実施したCT検査の旅費が当該年度の残額では不足していたため、残額を次年度に繰越し、精算を次年度に持ち越すこととした。次年度使用額は翌年度分の予算と合算して3月78日の旅費として使用する。3月に実施予定であったのCT検査が6月に延期となったため残額が生じた。残額は次年度に繰り越し、6月実施予定のCT検査の旅費として使用する。