hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
多細胞システムにおけるオートファジーの分子機構と機能

そこで、dominant negative Rab7をATZと同時に発現させることでオートファゴソームを蓄積させた状態での蛍光観察を試みたところ、GFP-LC3で標識されたオートファゴソームとATZの共局在が観察された。これらの結果から、オートファジーによる分解経路がATZの蓄積を防ぐ上で重要な役割を果たすことが示された。もう一つの主要な細胞内タンパク質分解経路であるユビキチンプロテアソーム系がATZの分解に働いていることが以前に報告されているが、オートファジー活性の欠損した状態ではユビキチンプロテアソーム系による分解も滞る可能性が今回示唆されたため、今後の課題として明らかにする予定である。オートファジーは、酵母から高等哺乳動物まで保存された細胞内タンパク質分解の主要経路の一つであり、隔離膜と呼ばれる特異な膜オルガネラによる囲い込みを介して細胞質成分をまとめて分解することができる。こうした個々の基質分子の認識を介さないバルク分解としての特徴は、小胞体やミトコンドリアなどのオルガネラごとの分解除去や細胞質成分の定常的な代謝回転において有利であると考えられている。Z変異型α1アンチトリプシン(ATZ)タンパク質の小胞体内腔への蓄積は、遺伝性α1アンチトリプシン欠損症における肝細胞障害の重症度と相関している。このとき障害された肝組織の電子顕微鏡観察像において、オートファジーの亢進を示すオートファゴソームの蓄積が顕著であることが以前に報告されていた。そこで、細胞内タンパク質分解の主要経路の一つであるオートファジーが、異常タンパク質であるATZを分解することによって細胞障害に対する生理的な防御機構として働いている可能性を明らかにしようとした。オートファジーの初期段階に必須であるAtg5遺伝子ノックアウトマウス由来の胚性線維芽細胞(MEF)を用いて、オートファジー活性の欠損したAtg5-/-MEF細胞ではコントロールの野生型細胞と比較してATZの分解が遅くなることを確認した。このときのATZの蓄積は、小胞体由来と考えられる細胞内封入体状の構造として増加することを見出した。また、オートファゴソーム膜のマーカーとなるGFP-LC3を用いて、ATZのオートファゴソーム内への取り込みを観察しようとした。オートファゴソームはリソソームと融合しオートリソソームとなって内容物が分解されるが、この融合過程を阻害する条件下でオートファゴソームを蓄積させた状態での観察を試みたところ、GFP-LC3で標識されたオートファゴソームとATZの共局在が観察された。さらに、ATZを発現したマウス肝臓において、実際にGFP-LC3で標識されたオートファゴソームの増加が起こっていることを確認した。もう一つの主要な細胞内タンパク質分解経路であるユビキチンプロテアソーム系がATZの分解に働いているが、オートファジーの欠損状態ではユビキチンプロテアソーム系による分解も滞る可能性が今回示唆され、その機構の解明は今後の課題である。
超低速ミュオンの再加速に最適な超高速光伝導スイッチによる電界集中型加速器の開発

本研究の目的は、超低速ミュオンの再加速の加速方式として最適な、超高速光伝導スイッチによる電界集中型加速器の開発と、超低速ミュオンを再加速する事によるミュオンマイクロビームの生成である。ミュオン等の重い粒子の加速では、加速器構造を粒子速度に合わせる必要があり、非相対論領域の高周波加速器は複雑かつ大型化してしまう。そこで近年登場した新しい加速技術である、超高速光伝導スイッチを用い、円周上に配置した光伝導スイッチが作る電界を中心で集中させる事で、高い電界を得る事が可能である。光伝導スイッチの性能を決めているのは、移動度、耐圧等の材料の物性である。光伝導スイッチの性能評価にはウェハーを導体で挟んだ簡単な部品で評価が可能である。耐圧が高い材料は一般的にバンドギャップが高い物質であり、必然的に短波長のレーザーが必要となるが、フォトン数も減るため不利になる。平成27年度は、GaAsウェハーを使用して、光伝導スイッチの評価を進めた。GaAsは直接遷移な上に、キャリアの移動度が大きく、光伝導スイッチとしては理想的な材料である。問題はGaAsウェハーの価格が、シリコンウェハーに比べてかなり高価な事であったが、安価に入手できる入手経路を開拓し、加速器を製造するのに十分な枚数を導入できた。光伝導スイッチの特性試験としては、1枚のGaAsウェハー辺り、4kVの印加に成功した。これにより、スタックした加速器で数百kVの電圧が得られる設計となった。加速試験としては、この加速方式では、光伝導スイッチへのトリガーのタイミングを粒子速度に合わせれば様々な重さの粒子に対応できるため、ミュオン加速の事前試験として、電子加速の試験を行った。27年度が最終年度であるため、記入しない。平成26年度はシリコン、SiC等の半導体ウェハーを用いて光伝導スイッチの評価を行った。シリコンでは常温での抵抗値が低い事が問題であり、これを冷却し抵抗値の向上を評価したが、目標値には至らなかった。その原因としてアルミを金属膜として使用したため、オーミック接合により伝導帯に電子が注入された事が原因であると考えられる。またSiCについては、紫外線の吸収係数が大きく、ウェハーの厚みに対して、十分に低いON抵抗が得られなかった。これらを踏まえて、金属膜材質を変更したシリコンや、GaAsウェハーを新たに使用して、光伝導スイッチの評価を進めている。これらを評価するための半導体ウェハーの金属膜の成膜や、評価装置等については本研究で準備が完了し、サンプルの評価を順に行う事ができるようになっており、順調に進展している。半導体の光伝導スイッチとしての性能については、物理的な理解も得られ、現在改善を行っており、近々性能が改善される見込みがある。

また加速器の全体設計も進んでおり、おおむね順調に進展している。27年度が最終年度であるため、記入しない。光伝導スイッチの性能を向上させるため、シリコンウェハーについては、オーミック接合を避けるため、白金等のバンドギャップの大きい金属膜で材料評価を進めている。またGaAsの半導体についても、当初はウェハーの単価が高価だったため、安価なシリコンウェアハーを検討していたが、GaAsウェアハーの安価な入手方法が見つかり、GaAsウェハーによりシステムを構成できるようになった。GaAsは直接遷移な上に、キャリアの移動度が大きく、光伝導スイッチとしては理想的な材料である。これらの製作、評価を進める。また加速器システムとしての基本設計として光伝導スイッチのスイッチング電圧を10kV、スイッチングの立ち上がり速度100psで設計を進めている。また電界集中による電界圧縮比5を得られる計画である。従って1モジュールで50kV程度となり、これを19スタックして全体で950keVのユニットを完成させる。加速試験としては、この加速方式では、光伝導スイッチへのトリガーのタイミングを粒子速度に合わせれば様々な重さの粒子に対応できるため、ミュオン加速の事前試験として、電子や陽子の加速試験を行う。
高分子系複相材料に対する超音波減衰スペクトルの定量評価と微視的モデリング

本年度の研究により以下の成果が得られた。これにより当初の計画はほぼ達成されたと考えられる。○ゴム強化メタクリル樹脂の超音波減衰特性評価とゴム相弾性特性の評価異なるゴム相含有率を有するゴム強化メタクリル樹脂について、超音波縦波ならびに横波の位相速度および減衰スペクトルの測定を実施した。これにより、本材料の超音波減衰特性の周波数依存性、ゴム相含有率依存性を実験的に明らかにした。また、位相速度と減衰係数の測定結果から、ゴム強化メタクリル樹脂の超音波周波数領域における複素弾性係数を同定し、特にロス・ファクターがゴム相含有率とともに顕著に増加することを確認した。また、巨視的弾性係数に関する微視力学モデルを用いて、ゴム強化メタクリル樹脂の超音波位相速度測定値から、ゴム粒子相の弾性特性を推定する方法を検討し、既存の報告値に近い結果を得た。○高分子系複相材料の超音波減衰スペクトルに対する評価モデルの完成前年度の繊維強化プラスチックスに対する超音波減衰特性評価、ならびに散乱と吸収を考慮して定式化した微視力学的モデルに基づく解析的評価に引き続いて、今年度は粒子強化粘弾性複合材料に対する超音波減衰特性の評価モデルを定式化し、これをガラス粒子強化エポキシ複合材料、およびゴム強化メタクリル樹脂(上述)に適用して超音波減衰特性に関する数値解析を実施した。この計算結果は実測値と良く対応することが確認された。これにより、本研究で構築した、顕著な粘弾性特性を有する高分子系複相材科の超音波減衰スペクトルが、理論モデルにより解析可能であることが示され、非破壊材料評価において重要な超音波減衰係数の測定値に対して理論的観点から解釈が可能となった。本年度の研究により、年度当初の計画をほぼ達成したと考えられる以下の成果が得られた。○高減衰高分子系材料に対する超音波伝ぱ特性測定システムの構築高分子系材料の顕著な超音波減衰挙動を評価するため、スクエアウェーブ超音波パルサー(RITEC製SP-801)を導入し、これを超音波発信側に、既有のパルサー・レシーバー(Panametrics製5072PR)を受信側に用いた高減衰材料用超音波パルス反射波計測システムを構築した。○繊維強化プラスチックス(FRP)における超音波減衰挙動の実験的解明エポキシ樹脂を異なる繊維含有率によって一方向強化したFRPに対して、超音波縦波・横波の減衰スペクトルを測定し、減衰挙動に及ぼす母材粘性と繊維強化(繊維含有率)の影響を実験的に調べた。また、横波の減衰特性に及ぼす偏向方向の影響を実験的に検討した。さらに,クロスプライ及びアングルプライFRP積層材に対して減衰特性を測定し,一方向強化材の測定結果と比較のうえ検討を加えた。○粘弾性母材-弾性繊維複合材料に対するメゾスコピック波動伝ぱモデルの構築FRPにおける超音波減衰の要因である、母材の粘性と繊維による散乱の効果を理論的に評価するためのメゾスコピック波動伝ぱモデルを定式化した。本モデルにより、上述した実験に対応する一方向FRP中の超音波縦波、横波の減衰特性の数値解析を行い、減衰係数の周波数依存性、振動方向依存性、繊維含有率依存性を明らかにした。また、測定結果との比較・検討により、本モデルがFRPの減衰特性を理論的に把握するうえで有効であることを確認した。
連続寝台移動型PET装置を用いた全身ダイナミック撮影による腫瘍診断に関する研究

通常のPET画像は放射性薬剤の静的な体内分布を画像化しているものである。そこで我々は連続寝台移動型のPET装置を用いて全身を数回往復して画像を得る全身ダイナミック撮像法を開発し、放射性薬剤(FDG)の経時的分布の変化による腫瘍診断の有用性を検討した。まずファントム実験による最適な撮像プロトコールを決定し、次に臨床応用を試みた。その結果、従来と同じ薬剤投与1時間後からの撮像では腫瘍の質的診断への応用は難しいものの、消化管や尿路など生理的集積の除外診断への有用性が確認された。現在のPET画像はある一時点における放射性薬剤の静的分布を画像化しているのにすぎない。一方、CTでは造影剤を急速注入してその経時的変化を画像化するダイナミックCTが多くの疾患に於いて有用である。これと同じように、PET検査においても放射性薬剤の経時的な分布変化を見る「ダイナミックPET」が従来の静的画像に新たな情報を加える可能性がある。また現在のPET検査は集積の強弱のみで診断をしているが、臨床上は生理的集積や炎症への集積など、腫瘍病変以外への様々な集積が診断能の低下の要因となっている。一方FDG注射後一時間後の早期撮影と90-120分後に撮影される後期相の比較が腫瘍の質的診断に有用であるという報告がある。そこでダイナミックPETによって得られる時間放射能曲線を解析し、様々な腫瘍診断においてダイナミックPETがどのように臨床診断に寄与するかを解明することが本研究の目的である。従来も限られた範囲・臓器でダイナミックPETが施行された報告はあるが、腫瘍は転移巣も含めると広い範囲の撮影が必要であり、従来の1テーブルごとに画像収集する方式では全身のダイナミック撮影は困難である。ところで2年前に新しく開発された連続寝台移動型PET装置は本研究代表者が機器メーカーと共同開発した経緯がある。この装置の長所の1つが全身の高速スキャンが繰り返しできる点であり、これにより初めて全身のダイナミックPETが可能となった。つまり全身のダイナミックPETは従来の撮像装置では実施が難しく、新装置の開発により初めて可能となった。従って過去に類似の報告は無く、腫瘍診断においては特に原発巣と転移巣の相違や良悪性度の診断、生理的集積との鑑別に有用性が期待できる現在のFDG-PET検査は通常FDGの注射後60分-90分後から撮影を始め、体軸方向に15-25cm程の範囲を撮影し、位置を変えながら全身を撮影する手法が一般的である。すなわち画像は一時点における放射性薬剤の静的分布を画像化しているのにすぎず、さらに厳密に言えば最初に撮影する部位と最後に撮影する部位とは時間的に数10分の時間差が存在する。一方PET検査において放射性薬剤の経時的な分布変化を見る「ダイナミックPET」が従来の静的画像に新たな情報を加える可能性がある。たとえば現在のPET検査は集積の強弱のみで診断をしているが、臨床上は生理的集積や炎症への集積など、腫瘍病変以外への様々な集積が診断能の低下の要因となっている。これに時間軸という新たなパラメータを加えて解析をすれば診断能の向上につながる可能性がある。本研究の目的はダイナミックPETによって得られる時間放射能曲線を解析し、様々な腫瘍診断においてダイナミックPETがどのように臨床診断に寄与するかを解明することである。ところで従来から脳や心臓領域など限られた範囲・臓器でダイナミックPETが施行された報告はあるが、腫瘍は転移巣も含めると広い範囲の撮影が必要であり、今までの1テーブルごとに画像収集する方式では全身のダイナミック撮影は困難である。一方3年前に登場した連続寝台移動型PET装置は連続的に寝台がゆっくりと移動しながら全身を撮像する方式であり、本法を応用すれば全身のダイナミックPETが可能である。つまり全身のダイナミックPETは従来の撮像装置では実施が難しく(撮像範囲ごとの重なりがあるため撮像時相が一定でない)、新装置の開発により初めて可能となった。従って過去に類似の報告は無く、腫瘍診断においては特に原発巣と転移巣の相違や良悪性度の診断、生理的集積との鑑別に有用性が期待できる。昨年度は連続寝台移動撮像法(以下FMT)の基本性能を確認するべく、従来の撮像法との画質の比較やファントム実験を中心に研究を実施した。臨床試験は従来法とFMTの比較を目的とし、対象をPET検査が必要な全ての担癌患者とした研究計画をたて、院内の倫理審査委員会に認可を得た(承認番号2013-363)まず全身ダイナミック撮影に関して、正常ボランティア1名についてFDGの注射後1時間半に渡り全身のダイナミックデータを収集した。ファントム実験の結果から寝台速度が10mm/s以上では明らかにノイズ成分が増え信頼性が劣ることから、速くても5mm/s以下の寝台速度にする必要があるものと思われた。ところで、現在臨床的なPET検査は全身撮像が15-20分程度で終了する。そこでダイナミック撮像においても実用上は同程度の撮像時間内に、画質を担保しながら実施する必要がある。そこで我々は臨床研究のパラメーターを寝台速度5mm/s, 180sec/scan X 5scanと設定した。すなわち1スキャンで90cmの範囲を3分間で撮像、これを5回繰り返す事になり、合計15分間の検査時間で5ポイントの時間放射能値を得ることができる。本年4月現在で合計22例の患者に同意書を取得の上、本法を実施した。まず我々はダイナミック撮像で得られた画像と従来法で得られた画像と比較して診断能に差がないかどうかを検討した。すなわちダイナミックデータで得られた画像による診断

能が従来法よりも劣れば、本法は臨床上使いづらいことになる。そこでダイナミックデータを全て重ね合わせた画像処理を考案し検討した。重ね合わせの方法にはサイノグラムのデータを重ね合わせる方法と画像を重ねる方法が有り、まずこの2法を比較した。その結果、この2法ではSUVに有意差が出ないことが判明した。現在悪性腫瘍の診断で広く実施されているFDG-PET検査は、通常FDGの注射後60分-90分後から撮影を始め、全身を1回だけ撮影する手法が一般的である。施設によっては90分-120分後に再度撮影する「後期相」を追加し、病変部(もしくは病変が疑われる部位)の集積の経時的変化を見て診断能を向上させる試みもあるが、いずれにせよ得られる画像は一時点における放射性薬剤の静的分布を画像化しているにすぎない。ところでCTでは造影剤を急速注入してその経時的変化を画像化するダイナミックCTが多くの疾患に於いて有用であるが、これと同じようにFDG-PET検査においても放射性薬剤の経時的な分布変化を見る「ダイナミックPET」が従来の静的画像に新たな情報を加える可能性がある。ダイナミックPET自体は新しいものではなく、以前から脳や心臓核医学検査において用いられてきた手法である。しかし従来は撮像装置の制約から単一臓器に限られた解析法であった。一方、腫瘍PETにおいては原発巣、転移巣を含めると広い範囲の撮影が必要であり、今までの1テーブルごとに画像収集する方式では全身のダイナミック撮影は困難である。そこで我々は4年前に開発された連続寝台移動型PET装置を利用して全身ダイナミックによる腫瘍診断の有用性について検討をしてきた。本装置は連続的に寝台がゆっくりと移動しながら全身を撮像する方式であり、本法を応用すれば全身のダイナミックPETが可能である。すでにFDG注射後一時間後の早期撮影と90-120分後に撮影される後期相の比較が腫瘍の質的診断に有用であるという報告があるが、我々はダイナミックPETによって得られる時間放射能曲線を解析し、様々な腫瘍診断においてダイナミックPETがどのように臨床診断に寄与するかを解明することを本研究の目的とする。昨年度は9月に主任研究者が所属施設を異動したため、やむを得ず一旦研究が中止した。しかしながら異動先の施設においても連続寝台移動撮像法(以下FMT)が可能な装置が導入されており、さらに最新バージョンである「画像の重ね合わせ」が可能なソフトウェアの搭載されているため、研究を継続する事が出来た。新施設ではIRBの必要がないファントム実験を実施した。従来の研究はFMTと従来法の撮像方式を比較する実験を行っていたが、今回はダイナミックデータの「重ね合わせ」が可能になったことから、FMTのパス数(撮像のため往復する回数)と画質の関係、ノーマルボランティア2名によるダイナミックスキャンの実施を行った。その結果、撮像時間を同一にすればパス数を10回程度まで増やしても、「重ね合わせ画像」には影響しないことが判明した。当初はパス数を増やせば時間分解能が向上するものの1パス当たりのノイズが増えることから、重ね合わせの画像にもノイズが加算され画質は低下するものと考えていたが、予想と異なる結果であった。
リーマン多様体上の確率過程の長時間漸近挙動の解析

拡散過程に対して、カップリングの問題、すなわち、異なる2点から出発する2つの(同じ推移確率を持つ)拡散過程で、相互に依存して動くものを考える。拡散過程に付随する解析的量の評価への応用上、なるべく早い時間で2粒子が遭遇するカップリングに興味がある。そのようなカップリングの性質は、拡散過程の長時間挙動と強い相関がある。ユークリッド空間上のブラウン運動の場合には、空間の対称性より、上記の意味で最適なカップリングが一意に存在する。対応する対称性の条件の下、一般の距離空間上の拡散過程に対して一意性の充分条件を考察し、(対称性の条件を満たす)完備リーマン多様体上のブラウン運動の場合に結果を一般化した。この研究に関連して、ドイツ連邦共和国のボン大学に滞在し、受入研究者であるK.-Th.Sturm氏らと当該研究について議論した。さらに、同氏との共同研究で、空間の幾何構造から自然に定まるKendall-Cranstonのカップリングが、上記の最適性を満たさない例を構成した。また、測度つき距離空間上の拡散過程の長時間挙動の安定性に関する問題を扱った。幾何学的に良い性質を持つリーマン多様体上のブラウン運動に対し、推移確率の長時間でのガウス型の不等式評価は、あるクラスの測度変換で不変となる。この結果を、一般の測度つき距離空間上の対称拡散過程に対する劣ガウス型評価の安定性へと拡張した。この研究に関連して、アメリカ合州国のコーネル大学に滞在し、受入研究者であるL.Saloff-Coste氏らと当該研究について議論し共同研究を進めた。これらの結果は、論文を執筆中、または投稿中である。また、京都、福岡、Bielefeld(ドイツ)、Bonn(ドイツ)、Ithaca(アメリカ)の各地で開催された研究集会およびセミナーで研究成果を報告した。
英語学習者のための韻律自動評価システムの構築とその評価

本研究では、学習者の発話に表れる特徴と評定者による評価の関係を検証し、発話に表れる特徴から評定者による評価を予測するというモデルを用いて自動評価システムの構築を試みた。評定者による評価を統計的有意に予測する特徴量(話す速さに関する指標および等時性に関する指標)を発見し、これらをもとに自動評価システムを構築し、システムが送出する評価の予測可能性を検証したところ、かなりの程度正確に評定者による評価を予測していることが分かり、システムの実用性が示唆された。本研究は、研究代表者が平成19年度20年度で若手研究(B)「英語学習者の音読における韻律の研究:項目応答理論による評価の分析と音響学的測定」で助成を受けて収集した約100人のアジア人英語学習者の音読データベースを利用し、英語学習者の音読における韻律の自動評価システムを構築し、そのシステムの評価をするものである。平成21年度前半では、平成19-20年度収集済み音読データの評価値、客観的測定値の計測法の再検討を行った。古典的テスト理論、多相ラッシュ・モデル、Shojima, K.(2007)で提案されたニューラルテスト理論を評価値分析の方法として検討した。また、客観的測定値を精査するために、TIMIT Acoustic-Phonetic Continuous Speech Corpusを用い、第二言語学習者の音読の音素アライメントに適した音響モデルをHidden Markov Model Toolkitを用いて作成し、学習者が音読において熟達度の差を見せる特徴と評価値の相関関係を再検討し、教師による評価値を予測する精度の高い予測式を得た。平成21年度後半では、平成21年度前半で求めた予測式、構築した音響モデルを用いて、上記のアジア人英語学習者の音読データベースの発話データの収集に利用されたテキスト『北風と太陽』を用い、受検者の発話能力を自動的に判定する自動評価システムの構築を行い、提案したシステムを実装した。新たな受検者を募り、その発話を本システムおよび評定者が評価を行った。本システムの評価と評定者による評価の上一致度を検証したところ、かなりの程度の一致度が見られた。本研究は、本申請者が平成19年度20年度で若手研究(B)「英語学習者の音読における韻律の研究:項目応答理論による評価の分析と音響学的測定」で助成を受けて収集した約100人のアジア人英語学習者の音読データベースを利用し、英語学習者の音読における韻律の自動評価システムを構築し、そのシステムを評価するものである。平成21年度で行った実験結果に基づき、訓練を受けた評定者が付与する評価値を発話の特徴量から予測する自動評価システムを開発した。システムが算出する評価値の妥当性および信頼性を考慮して、既存の発話データを評価値に基づき3つのレベルに分類した。この分類には潜在尺度に順序尺度を仮定するニューラル・テスト理論に基づき行った。システムは、新たな受験者を発話の特徴量を測定し、新たな受験者の特徴量と最も近い平均値を持つレベルに分類する近傍法を用いて受験者の発話を評価するものである。完成したシステムは、Windowsに標準で搭載されているブラウザからアクセス可能なものである。評価実験には、約30人の新たなアジア人英語学習者が評価実験に参加した。この30人に関して、システムが算出した評価値と3人の評定者が付与した評価値との関係を検証したところ、システムが算出する評価値はかなりの程度正確に評定者が付与する評価値を予測することが分かった。本研究が対象とした発話は読み上げ文に限られているが、コンピュータによる発話の自動評価が評定者による評価値をかなりの程度正確に予測することが分かり、さらに自由度の高い発話においても自動評価の可能性が示された。
シクロブタンを構造素子とする創薬リード物質の迅速合成

シクロブタン環は最も基本的な環構造であるにもかかわらず、多置換誘導体の効率的かつ実践的な構築法が限られており、シクロブタンを含む化合物の生理機能に関する研究は他の環状物質に比べて遅れていた。申請者らはすでに多置換シクロブタン構造の有用な合成技術をあみだしているが、H20年度はその技術を展開して、より複雑な分子構造を簡便かつ迅速に合成する研究を行った。特に、多成分反応・連続反応について検討を行ったところ、連続反応の途中段階で反応活性部位が選択的に移動する反応を見出した。これにより、従来の直線的な分子変換しかできなかった問題点を解決し、分岐型分子変換を可能にした。この技術はシクロブタン合成だけでなく、他の様式の多環システムや多置換非環状物質にも適用できた。また、あわせて上記の技術を用いて生理活性天然物の合成研究も行った。期間中に全合成を達成するには至らなかったが、神経毒作用をもつペニトレム類、抗腫瘍活性をもつプロトイルダン類やイルジン類の新規合成法についての基盤を構築した。例えば、ペニトレム類はシクロブタン環を含む9環性の化合物であるが、左側セグメントに相当するインドール環を含む4環性物質の完全立体選択的合成に成功した。イルジン類の合成では、シクロブタン化合物をカチオン発生条件に付すことでシクロブタンからシクロプロパンというよりひずんだ構造に環転位する極めて稀な反応を見出し、それを応用している。プロトイルダン化合物の合成では、単純な三成分を準じ混合するだけで一挙に複雑なテルペン骨格を合成することに成功し、天然物のdes-methyl誘導体の合成まで完了している。本特定領域研究の成果を総括すると、これまで短行程合成が困難であったシクロブタン類を迅速かつ実践的に合成するための手法を提案することができた。トリフリックイミド触媒による官能基共存型反応の開発独特な生理活性を発現する有機低分子化合物の多くは複数の官能基を所定の位置に有することが必要不可欠である。即ち、そのような物質を迅速かつ効率的に合成するためには、官能基共存下においても十分な触媒活性を担保した合成反応の確立が必須となる。18年度では、種々の官能基を分子内に有する基質を用いてシクロブタン形成反応を含むトリフリックイミド触媒反応を検討し、ニトリル、エステル、ケトン、エーテルが共存可能であることを明らかとした。しかし、シクロブタン形成反応ではアミド、アミン、イミン、カーバメートを共存させることは困難であり、次年度の課題となった。シクロブタンを含む生理活性物の合成研究シクロブタン環は極めて基本的な構造であるにもかかわらず、その実用的な合成法が限られているためシクロブタンを含む生理活性天然物の合成例は多くない。18年度は標的の天然物として神経作用物質であるpenitrem AおよびE、ならびに抗腫瘍作用をもつpaesslerin Aの全合成を目的に研究を展開した。前者では、市販のアルデヒドより短行程で合成できるテトラロン誘導体に対してシクロブタン形成反応を高立体選択的に行うことに成功した。いくつかの変換反応を施すことでpenitrem Eの左セグメントの合成に成功した。後者では、(4+2)-isomerization-(2+2)反応を触媒的に行うことで、基本骨格の一段階合成に成功した。その後、各種官能基変換をすることで全合成に近づいた。
海溝型巨大地震時の大都市圏における長周期地震動の高精度予測

海溝型巨大地震である南海・東南海地震が発生した場合、震源域から100km以上も離れた大阪平野や濃尾平野などの大規模堆積盆地では、強い長周期地震動に襲われる可能性が大である。本研究では、高精度な長周期地震動予測を行うため、3次元堆積盆地構造や伝播経路特性と長周期地震動との関係を観測記録や3次元有限差分法を用いた理論地震動によって検討し、大阪平野内における長周期地震動予測のための最適な減衰特性の与え方などを提示するとともに、東南海、南海地震時などの海溝型巨大地震の震源のモデル化手法(レシピ)の有効性を実地震によって検証し、最後に大阪平野を対象として想定南海・東南海地震時の長周期地震動予測を行った。具体的にはまず、地震記録のシミュレーションによって3次元差分法を適用した長周期地震動評価に際しての減衰の与え方として、Q値をS波速度(m/s)の1/2程度(リファレンス周期:1秒)とすることが最適であることを示した。次に、2003年十勝沖地震や2005年宮城県沖地震の最適な震源モデルをフォワードモデリングによって評価し、その結果が入倉レシピによって予測可能であることを示した。最後に、想定東南海地震や想定南海地震時における大阪平野内での高精度な長周期地震動予測を行い、いくつかの予測地震動の特徴を示した。特徴をまとめると、東南海地震時には大阪平野の東側端部の東大阪(生駒山の西側)において、南海地震時には大阪平野の南側端部及び神戸において、それぞれ盆地端部の影響で振幅が大きくなること、予測地震動の卓越周期に着目すると、神戸や大阪平野南部など盆地端部地域では周期34秒が、大阪平野の中央部では周期5秒が、東大阪及び大阪湾周辺の海岸部では周期67秒の地震波が卓越する結果となり、大阪平野内における予測地震動の卓越周期は堆積層の厚さとも関係し、場所ごとに異なることを示した。近い将来発生が危惧される海溝型巨大地震から高度化した近代都市を守るためには、高精度な強震動予測が必要不可欠であり、特に大規模堆積盆地上に位置する都市部では長周期地震動に対する対策が重要である。高精度な強震動予測のためには、まず震源のモデル化(不均質震源モデル)が重要であり、その手法については既に過去の地震から得られたスケーリング則に基づき入倉レシピとして提案されている。なお、このスケーリング則の有効性を数多くの地震によって検証することも重要である。平成17年度はまず、兵庫県南部地震以来の甚大な被害を引き起こした2004年新潟県中越地震や2005年福岡県西方沖地震の震源モデルの構築とスケーリング則の検証を行った。また、本研究の対象である海溝型巨大地震に対してはデータの質や量が内陸地殻内地震に比較し十分ではなく、ここでは既に実施した2003年十勝沖地震(M8.0)を対象とした検証に加え、2005年宮城県沖地震(M7.2)による検証を行った。具体的には、経験的グリーン関数法を用いたフォワードモデリングによって、アスペリティの大きさや位置、応力降下量を評価し、レシピの枠組みの中では断層面での平均的な応力降下量の地域的な設定が重要であることを示した。特に、2005年宮城県沖地震と1978年宮城県沖地震(M7.4)とでは規模は異なるものの、高周波地震動の生成に関して共通点があり、地域性を示す結果を得た。

次に、大規模堆積盆地における長周期地震動予測の高精度化に向けた検討として、2004年紀伊半島南東沖の地震(M7.4、M6.9)の観測記録を収集・分析するとともに、堆積盆地構造(深部地盤構造)と揺れやすさ周期との定量的な関係を評価した。また、大阪平野内外での観測記録のシミュレーションから、堆積盆地内での長周期地震動特性は3次元的な盆地構造や減衰特性のみならず、盆地内に入射するまでの伝播経路における地下構造によっても大きく影響されることを示した。海溝型巨大地震である南海・東南海地震が発生した場合、震源域から100km以上も離れた大阪平野や濃尾平野などの大規模堆積盆地では、強い長周期地震動に襲われる可能性が大である。本研究では、海溝型巨大地震時における大都市圏での長周期地震動予測の高精度化を目的としており、今年度は大阪平野内における長周期地震動予測のための最適な減衰特性の与え方を提示するため、3次元有限差分法を用いた実地震の観測記録のシミュレーションを行った。また、得られた成果などを用いて大阪平野を対象として想定南海・東南海地震時の長周期地震動予測を行った。成果としては、3次元有限差分法を適用した長周期地震動評価に際しての減衰の与え方として、Q値をS波速度(m/s)の1/2程度(リファレンス周期:1秒)とすることが後続波の再現などにおいて最適であることを示した。最後に、想定東南海地震や想定南海地震時における大阪平野内での高精度な長周期地震動予測を行い、いくつかの予測地震動の特徴を示した。特徴をまとめると、東南海地震時には大阪平野の東側端部の東大阪(生駒山の西側)において、南海地震時には大阪平野の南側端部及び神戸において、それぞれ盆地端部の影響で振幅が大きくなること、予測地震動の卓越周期に着目すると、神戸や大阪平野南部など盆地端部地域では周期34秒が、大阪平野の中央部では周期5秒が、東大阪及び大阪湾周辺の海岸部では周期67秒の地震波が卓越する結果となり、大阪平野内における予測地震動の卓越周期は堆積層の厚さとも関係し、場所ごとに異なることを示した。
転写のダイナミクス解析と高精度シミュレーションに関する研究

遺伝子のDNA配列を鋳型にRNAポリメレースという酵素によってRNAが作られ、RNAの配列をもとに蛋白質が作られることは、生命の基本原理と考えられている。本研究では転写におけるRNA polymerase II(RNAPII)の運動をエクソン-イントロン間の速度変化を定式化することで、高精度な数値シミュレーションを行った。血管の細胞の主要な遺伝子について、刺激直後からRNAの転写が遺伝子上を波のように遺伝子を伝搬していき、安定的に転写をする状態になってゆく様子を再現することができた。遺伝子のDNA配列を鋳型に、RNAポリメレースという酵素によってRNAが作られ、RNAの配列をもとに蛋白質が作られることは、生命の基本原理と考えられている。しかし、DNAからRNAが作られるところを実際に観察するのはこれまで困難だった。提案者らは、ヒトの染色体にポリメレースの複合体が結合して、RNAが作られてゆく様子をとらえることに成功し、その成果は、米国科学アカデミー紀要に発表され、Science誌のEditors'Choiceに選ばれた。本研究では、これらの実験解析結果からRNAPIIが遺伝子を転写していくダイナミクスをモデル化し、高精度シミュレーションを行うことで転写モデルの実証を行った。具体的には、RNAPIIが生成したRNAの時間・空間上での発現量の高精度シミュレーションを行い、実験結果との比較・検証を行った。ここで、時間・空間の分解能は、1(秒)・1(nt)レベルの高密度な計算とし、パラメータとしては、細胞の確率密度分布Pに加えて、RNAの減衰係数τ、TSS蓄積係数α、などを用いた。その結果、本シミュレーション結果は、実際のタイリングアレイによる実験結果を非常によく再現しており、複数のRNAPIIが協調的に転写運動を行っていることを示した。ここで得られた結果は、国際会議PSB2011において発表を行った。また、転写因子の複合体解析についての論文を、雑誌"The Journal of BiologicalChemistry"に発表した。転写におけるRNAPIIの速度を計算しさらにChIP-chip解析の結果からRNAPIIの運動は一様な流れとしてよりも障害物中の流れにみえることを発見した。これらの新規知見を導入して実体としてのRNAPIIの解析結果を用いて転写におけるRNAPIIのダイナミクスを高精度な数値シミュレーションを行った。本シミュレーションでは、セルオートマトンをベースに複数のRNAPIIが相互作用をしながら移動していく蓄積排他モデルを導入した。パラメータとしては、速度v、CTCF/Cohesinなどの蛋白質との摩擦係数γ、細胞の確率密度分布P、RNAPIIの個数N、RNAPIIの間隔N(t)、などを設定した。この技術を応用して、CTCF/CohesinがRNAPIIの運動の障害物になっていることと特定の蛋白質を阻害した場合のRNAPII運動の高精度シミュレーションを行った。さらに前年度の成果で得られたRNAPIIダイナミクスの座標情報を引数にとり、発現されるエクソン、イントロン領域のRNA量を時間・空間上で高精度にシミュレーションした。ここでパラメータとしては、細胞の確率密度分布Pに加えて、RNAの減衰係数τ、TSS蓄積係数α、などを用いることで、イントロン部分のRNAは時間が経つと消滅し、エクソン部分のRNAは時間とともに蓄積されている様子や、刺激直後からRNAの転写が遺伝子上を波のように遺伝子を伝搬していき安定的に転写をする状態になってゆく様子を再現することができた。
「公設民営」型学校に関する国際比較研究:<公共性>の評価を中心に

本研究で対象となった各々の社会には「豊かさ」への萌芽が見出される。ラディカルな教育改革をひとたび経た国においては、もう一つの「豊かさ」への新たな模索がはじまっている。とくに同一社会内での顕著な格差を生じさせないような質保証(QA)などの工夫は注目に値する。QAについてはスウェーデンやニュージーランドの経験から得られる示唆は少なくない。オーストラリアはオルタナティブ・スクールと行政の間で係争が見られるなど、さまざまな問題を抱えているが、公設シュタイナー学校の運営が複数校で実現されるなど、興味深い「実験」が進行中の社会でもある。アジア諸国に目を向けると、「公設民営」のさまざまなあり方が模索されているものの、課題は少なくない。そこには韓国のガンディー学校や台湾の自主学習実験計画の係争事例に見られるように多様な「豊かさ」に向けた営みが拮抗対立している様相すら見受けられる。日本については、川崎市の子どもの権利条例のように、豊かな教育社会の基盤となり得る条例に拠る実践が見られる一方で、そのような実践も効率重視の改革に絡めとられる陥穽も生まれつつある。以上のような各論とは別に、複数の教育社会を横断するような共通テーマも見出すことができる。大半の論考で問われているのが、「公」と「民」との関係性、とくに「公」は何を保障し、「民」はいかなる公共性を具現化するべきなのかというテーマ、または「公」と「民」の協働のあり方というテーマである。一例であるが、ニューヨーク州では「官民の豊かな連携」が見られるなど、学ぶべき点は少なくない。また、学校評価について、ニュージーランドの教育評価局(ERO)による従来の評価活動のあり方に対する批判から生まれた「後援者」制度などの工夫からも具体的な協働のあり方を学ぶことができる。平成15年度は主に以下の研究・調査を行った。1.文献の収集国内外の先行研究および専門書・一般書等の文献、特に教育の私事化・市場化論、学校選択論、教育の公共性論等に関する文献をリビューした。1980年代後半にフリースクールに公費助成を制度的に導入したニュージーランドや「公設民営」の諸形態の見られるオーストラリア、「公設民営」校システムの長年の実績のあるデンマーク、その他の諸外国の資料等も収集した。さらに教育バウチャー制度に関する論文等の収集にも努めた。2.研究会の開催第1回研究会をメンバー全員の参加を得て開催し、研究課題の意義について現代の社会状況と照らし合わせて再確認し、研究調査手法等について話し合った。また、今後の予定や平成15年度の海外調査、現地調査のインタビュー項目などについて討議し、分析フレームワークについても検討した。3.現地調査の実施交付申請書の提出段階で想定した調査対象先に、各々の学校・施設に調査の受け入れ可能性を打診した上で本年度の最終的な訪問先を決定し、台湾に1度、韓国に2度、オランダに1度、フィールド調査を実施した。現地では、近年、係争問題となったフリースクールや地方自治体を訪れ、インタビューを行い、資料の収集に努めた。帰国後、第一次資料を整理し、調査内容をまとめた。4.分析フレームワーク等の決定国際比較の分析フレームワーク等を作るために、オーストラリア(南オーストラリア州)の独立学校の認定および評価について文献を収集し、2年度目以降の現地調査の指針となるように事例研究としてまとめた。5.研究成果の英文翻訳現地調査の際、これまでの研究成果を示し、さらなる協力を得られるように、「公設民営」校関連の調査に関する論考を英文翻訳し、その普及に努めた。平成16年度は主に以下の研究・調査を行った。

1.前年度収集文献の分析前年度に収集した文献、すなわち「公設民営」の諸形態の見られるニュージーランドやオーストラリア、デンマーク、その他の諸外国の資料を熟読し分析した。また、公設民営に深く係わるアソシエーティブ・デモクラシー論等に関する文献の収集や精読にも努めた。2.分析フレームワークの作成前年度の研究会で検討した分析フレームワークを現地調査でのデータ収集の後、比較分析が可能となるように、再検討した。3.現地調査の実施交付申請書の提出段階で想定した調査対象国で未だ調査が実施されていない国を中心に、フィールド調査を実施した。訪問先は、海外では、アメリカ(ニューヨーク州)、スウェーデン(ストックホルム等)、オーストラリア(アデレイド)、韓国(ソウル等)のほか、国内では沖縄(宜野湾市のアメラジアン・スクール等)である。現地では、公設民営型の学校や関連諸機関を訪れ、インタビューを行い、資料の収集に努め、帰国後、調査内容をまとめた。4.研究成果の英文翻訳現地調査の際、これまでの研究成果を示し、さらなる協力を得られるように、「公設民営」校関連の調査に関する論考を英文翻訳し、その普及に努めた。5.収集資料の邦訳現地調査等で収集した資料(英語および中国語、オランダ語)の重要文献を邦訳し、報告書の資料として、また分析に資するデータとしてまとめた。過去2年間で実現できなかった現地調査(ニュージーランド等)を実施した。また、追加調査という形で台湾やオーストラリアでも公設民営型学校に関する調査を継続した。これらの国々での調査結果を含め、これまでに実施してきた海外調査の対象国別(台湾、韓国、オーストラリア、ニュージーランド、アメリカ合衆国(ニューヨーク州)、スウェーデン、イギリス)に各研究分担者が調査結果をケーススタディとしてまとめた。また、上記の国々との国際比較を通して、日本における「公設民営」型学校の課題を明らかにした。海外の事例と併行して、沖縄県の「アメラジアンスクール・イン・オキナワ」や川崎市等における国内の「公設民営」型フリースペース「えん」での追加調査を進め、さらに、横浜市にて開設したばかりのシュタイナー学校(NPO法人)等でもインタビュー調査を実施した。これらを通して、「公設民営」型の学校や教育施設への支援等を考える際の重要な鍵概念である自由権的なニーズと社会権的なニーズについても考察した。以上をまとめ、最終報告書及び別冊資料を作成した。報告書は、各地域(欧米、オセアニア、アジア)別に各々の公設民営型学校を扱った第1部と各国に共通する課題である監査や財政等について扱った第2部、さらに公設民営と関連する翻訳資料(オランダの監査法など)及び「川崎市子どもの権利に関する条例」等から成る。別冊資料としては、ニュージーランドの研究者による各国の教育バウチャーのレビューについて分析した研究成果を邦訳し、掲載した。
アクトミオシンを駆動力とする組織形態制御

アクチンとII型ミオシンの複合体であるアクトミオシンは、多様な組織形態制御を担う細胞移動の駆動力として広く保存・活用されている。本研究ではアクトミオシンにより駆動される胚表皮の創傷修復過程に着目し、胚組織特有の迅速な細胞動態を可能にするアクトミオシンの制御機序の解明を目指している。アフリカツメガエル胚をモデル動物として使用し、今年度は創傷修復におけるアクトミオシンの役割に加え、微小管及びセプチンの機能を新たに解明し、その成果を論文としてまとめ、受理された(Shindo et al., JCS, 2018)。上述の論文を含めたこれまでの成果から、アクトミオシンの細胞駆動力は、受傷後約3分後から見られる創傷面積の急速縮小期を正常に開始するために重要であることが見出された。その制御機構を解明するため、今年度より化合物ライブラリーを用いた解析を開始した。アクトミオシンの収縮活性を維持する効果を持つCalyculin Aと類似の効果を持つ化合物(類似群)、拮抗する効果を持つ化合物(拮抗群)のスクリーニングを行なった。効率的にスクリーニングを行うため、アフリカツメガエル胚表皮を用いた新たな解析法を確立した。また、創傷修復を開始させるダメージシグナルの候補として細胞内カルシウムの動態解析を引き続き行なった。受傷前と後でアフリカツメガエル胚表皮のカルシウム動態の変化を検証するため、今年度は受傷前の細胞内カルシウム動態の詳細な解析を試みた。迅速な創傷修復を可能にする主たる細胞骨格の動態とそれらの機能を明らかにし、論文として公表することができた。新たに開始した化合物スクリーニングでは、これまでのところ、20種あまりの化合物がアクトミオシンの収縮活性剤の類似群として、2種の化合物が拮抗群として選定されている。現在、検証する化合物を順次増やしている。さらに、アフリカツメガエル胚表皮を用いた解析法をさらに効率化するため、より適した画像解析法を確立中である。並行して受傷前の胚表皮の細胞内カルシウム動態のイメージングを行ったが、画像取得方法、解析方法に改善の余地があることがわかった。このような課題はあるものの、研究成果を発表できたこと、新たな解析を開始して一定の結果が得られ今後の検証事項も得られたことから今年度の進捗状況は順調であると言える。化合物スクリーニングの結果得られた化合物の機能解析を中心に行っていく。初年度に確立した創傷修復の経時的変化の解析を応用し、それぞれの化合物の創傷修復における効果を検証していく。また、これまでの研究で明らかにしたアクトミオシンや微小管の細胞内局在、さらに細胞接着分子の細胞内局在が選定した化合物でどう変化するかを検証する。受傷前の胚表皮の細胞内カルシウム動態の解析法については今後の検討課題であり、課題解決には時間がかかる懸念があるが、今後の化合物スクリーニングでカルシウム動態に関連する化合物が選定される場合はそちらと融合させ、受傷後のカルシウム動態解析に注力する予定である。アクチンとII型ミオシンの複合体であるアクトミオシンは、多様な組織形態制御の共通した細胞移動の駆動力として活用されている。本研究ではアクトミオシンにより駆動される胚表皮の創傷修復過程に着目し、創傷修復過程特有の迅速な細胞動態を可能にするアクトミオシンの制御機序の解明を目指している。初年度は、細胞骨格因子を標的とする阻害剤の創傷修復過程への影響を検証し、創傷修復におけるアクトミオシンの機能をより高い時間分解能で解析した。さらに、迅速な創傷修復を担う細胞運動に対する微小管及びセプチンの役割をin vivo組織における細胞骨格動態のライブイメージングに適しているアフリカツメガエル胚を用いて検証した。阻害剤の投与実験から、アクトミオシンの収縮活性は創傷面積の経時的変化に関与することがわかった。胚組織の創傷は受傷後約2分間で一過性の拡大を示し、その後約10分から15分で急速な縮小を示す。アクトミオシンの収縮活性は急速縮小期の開始時期を制御することがわかり、今後の検証課題となっている。迅速な創傷閉鎖にはアクトミオシンによる創縁の収縮に加え、微小管の再配置による細胞伸長も必須であることを示した。受傷後3分より微小管動態を観察したところ、創傷の中心に向かって伸長する細胞の細胞膜直下に微小管束が形成されることを見出した。また、阻害剤による検証の結果、微小管は創縁に対し垂直方向に配置する細胞膜の伸長に必要であることがわかった。また、細胞骨格因子セプチンが微小管束の形成及び細胞の伸長に必要であることを見出した。興味深いことに、セプチンはアクトミオシンの創縁への蓄積には必要ないものの、アクトミオシンと機能的に相互作用し創縁を収縮させていることがわかった。これらから、胚組織の創傷修復過程において、受傷をきっかけとして複数の細胞骨格因子が機能的に相互作用し、迅速な細胞動態を可能にしていることが示された。本研究の初年度の成果の一部は、現在論文として投稿し、査読中である。これまで、胚組織の創傷はアクトミオシンが主に機能を発揮し修復されると考えられていたが、本研究により、機能未知であった微小管及びセプチンといった他の細胞骨格因子の重要性が示された。特に、受傷をきっかけとして開始する細胞伸長特異的に微小管が必要であることなど、各細胞骨格が制御する細胞動態を同定できたことは大きな成果である。

さらに、複数の細胞骨格が数分の間に機能的な相互作用を開始し、迅速な細胞動態を可能にしている点も興味深い発見である。初年度の目標としていた、迅速な創傷修復を可能にする細胞骨格動態を明らかにしたこと、さらに今後の研究発展に重要な結果も得られたことから、初年度の進捗状況は順調であると言える。アクチンとII型ミオシンの複合体であるアクトミオシンは、多様な組織形態制御を担う細胞移動の駆動力として広く保存・活用されている。本研究ではアクトミオシンにより駆動される胚表皮の創傷修復過程に着目し、胚組織特有の迅速な細胞動態を可能にするアクトミオシンの制御機序の解明を目指している。アフリカツメガエル胚をモデル動物として使用し、今年度は創傷修復におけるアクトミオシンの役割に加え、微小管及びセプチンの機能を新たに解明し、その成果を論文としてまとめ、受理された(Shindo et al., JCS, 2018)。上述の論文を含めたこれまでの成果から、アクトミオシンの細胞駆動力は、受傷後約3分後から見られる創傷面積の急速縮小期を正常に開始するために重要であることが見出された。その制御機構を解明するため、今年度より化合物ライブラリーを用いた解析を開始した。アクトミオシンの収縮活性を維持する効果を持つCalyculin Aと類似の効果を持つ化合物(類似群)、拮抗する効果を持つ化合物(拮抗群)のスクリーニングを行なった。効率的にスクリーニングを行うため、アフリカツメガエル胚表皮を用いた新たな解析法を確立した。また、創傷修復を開始させるダメージシグナルの候補として細胞内カルシウムの動態解析を引き続き行なった。受傷前と後でアフリカツメガエル胚表皮のカルシウム動態の変化を検証するため、今年度は受傷前の細胞内カルシウム動態の詳細な解析を試みた。迅速な創傷修復を可能にする主たる細胞骨格の動態とそれらの機能を明らかにし、論文として公表することができた。新たに開始した化合物スクリーニングでは、これまでのところ、20種あまりの化合物がアクトミオシンの収縮活性剤の類似群として、2種の化合物が拮抗群として選定されている。現在、検証する化合物を順次増やしている。さらに、アフリカツメガエル胚表皮を用いた解析法をさらに効率化するため、より適した画像解析法を確立中である。並行して受傷前の胚表皮の細胞内カルシウム動態のイメージングを行ったが、画像取得方法、解析方法に改善の余地があることがわかった。このような課題はあるものの、研究成果を発表できたこと、新たな解析を開始して一定の結果が得られ今後の検証事項も得られたことから今年度の進捗状況は順調であると言える。今後は当初の予定通り、創傷修復を担う細胞骨格動態を開始させる分子機構の探索を行う。創傷修復過程では、損傷を受けた細胞からのダメージシグナルが細胞動態の変化を引き起こすきっかけと考えられている。今後、ダメージシグナルの候補として、損傷細胞からのATPやイオンに着目する。これまでのところ、培養液のイオン濃度依存的に創傷修復速度が変化することがわかっているが、関与するイオンチャネルは多くが不明である。また、損傷細胞由来のATPが拡散することにより、細胞内カルシウムの一過的上昇が誘引されることが示唆されているが、その制御機序も不明な点が多い。これまでの研究で確立したカルシウムイメージング法を用い、上述のダメージシグナルの細胞骨格
テーラーメードカーボンゲルを用いた高効率エネルギー貯蔵法の開発

カーボンゲルは、レゾルシノールとホルムアルデヒドをゾル-ゲル重合させて得られた湿潤ゲルを乾燥し、炭化することによって製造される。この材料は径が数十nm程度の一次粒子が凝集した特異な構造を有する。材料中のミクロ細孔は一次粒子内に存在し、これらの粒子の間隙がメソ細孔となる。昨年度までにカーボンゲルを合成する際の条件を変えることで一次粒子の形状及び凝集形態をコントロールし、その結果得られる材料のミクロ、メソの両構造をほぼ独立に制御することが可能であることを実証した。また、懸濁重合を応用することによって、微粒子状やフィルム状のゲルを合成するなど、マクロ形状をも同時に制御可能であることを示してきた。本年度はこの構造制御性に優れたカーボンゲルを種々のエネルギー貯蔵システムに適用し、高効率エネルギー貯蔵の可能性について検討した。具体的なシステムとしては、メタン貯蔵、Liイオン電池、電気二重層キャパシターを取り上げた。材料の性質を巧みに利用し、開発した構造制御法を用いて各用途に適合するように材料の構造を精密に制御することで、材料のエネルギー貯蔵密度を大幅に向上させることに成功した。例えばLiイオン電池に関しては、材料にSi微粉末を包含させ、微粒子状に成型することにより従来の負極材の2倍以上の容量を有する材料の開発に成功した。また、構造が精密に制御されたタブレット状の材料を電気二重層キャパシターの電極に利用することにより、従来の2倍以上の容量が容易に実現可能であることを実証した。ゾルーゲル重合反応において、溶液中に形成されるカーボンゲルの前駆体となる一次粒子の成長過程を光散乱法を用いて追跡した。重合条件を変化させて実験を行った結果、一次粒子の成長速度と動的光散乱法の緩和時間が示唆する架橋開始時間は、触媒濃度に強く影響されることが明らかとなった。また、ゲル化した溶液(湿潤ゲル)を超臨界乾燥して作製されるエアロゲルのメソ細孔特性は、架橋開始時間における一次粒子径に依存することが示された。カーボンゲルは上述の一次粒子が凝集して形成される。これら一次粒子の間隙がメソ細孔となる。メソ細孔の大きさ及び容積はカーボンゲル前駆体である湿潤ゲルの乾燥法に大きく依存する。乾燥法及び乾燥条件がカーボンゲルのメソ細孔性に及ぼす影響について検討したところ、まず、乾燥前に溶媒をt-ブタノールに置換することで、乾燥時の収縮が抑制され、メソ細孔が発達しやすいことが明らかとなった。また、マイクロ波乾燥と熱風乾燥を利用して作製したカーボンゲルの細孔特性を凍結乾燥法を利用して作製されたものと比較したところ、熱風乾燥ではメソ細孔を発達させることは困難であるが、マイクロ波乾燥を利用した場合には、乾燥ゲルではメソ細孔を発達させることが可能であり、条件によっては炭化後もメソ細孔性が維持されることが明らかとなった。これら三つの乾燥法を使い分けることで、カーボンゲルの二次構造であるメソ細孔を広い範囲にわたって制御することが可能である。カーボンゲルの用途を考えると、これを微粒子状に成型する技術の確立は不可欠である。そこで、レゾルシノールとホルムアルデヒドをエマルション中で重合させた後、凍結乾燥し不活性雰囲気中で炭化したところ、カーボンゲル微粒子を作製することに成功した。得られたカーボンゲル微粒子は、比較的緻密な表面層と50nm程度の一次粒子が集まった内部から構成されていることがわかった。さらに、合成条件を変えることで、メソ細孔の発達したカーボンゲル微粒子や、エタンや二酸化炭素が侵入できないようなミクロ細孔が表面に存在するカーボンクライオゲル微粒子が作製可能であることがわかった。来年度は、前者のタイプの微粒子をキャパシターの電極材料に、後者のタイプの微粒子をリチウムイオン電池の負極材料へ適用する予定である。