hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
スポットスキャニング法を使用した陽子線治療の生物学的基礎研究

複数培養細胞にて、Passive法とSpotscanning法の陽子線治療のSOBP中心の生物学的効果比を測定した。Passive法とSpot scanning法の生物学的効果比は細胞の種類によりばらつきがあったが、諸家の報告の範囲内であった。Spot scanning照射法の生物学的効果比は、Passive法とほぼ同等であった。Spot scanning法の生物学的効果比は特にDistal endのようにSOBPの部位によって異なる可能性があるため、更なる放射線生物学的な解明が必要と考えられる。陽子線治療の酸素効果比はX線より低く、X線治療に抵抗性のある腫瘍に効果がある可能性が示唆された。陽子線治療はX線治療の線量分布を凌駕し、またその生物効果も異なることがわかっており、将来的にはX線治療におきかわり、標準治療になりうる最先端の治療である。本研究にて、特に最先端の照射法であるSpot scanning法の基礎的研究を行った。まずRange-modulation wheelを使用した陽子線Passive照射法のSOBP中心とX線治療との生物効果比をin vitroにて複数培養細胞を使用して測定した。測定法としては、まず実験系の確立を施行するため、専用の固定具などを受注・作成した。複数回の照射実験を施行し、測定結果は細胞種類によって異なるが、おおむね、従来の報告と同様に約1.1であった。次に、Spotscanning法を使用したSOBP中心の陽子線治療と従来のPassive法、そしてX線治療とのそれぞれの生物効果比を測定した。同様に複数の培養細胞を使用して、照射実験を施行した。結果は同様に約1.1程度あった。このことから、Spot scanning法での陽子線治療が、従来のPassive法での治療と同様な使用方法で臨床照射が可能であることが初めてわかった。この結果がわかったことにより、より複雑な形状への治療や小児への治療、また治療抵抗性の腫瘍(難治性)に対する新たな治療法の一つとなりうることがわかった。現在本研究での結果を論文作成中である。ただし今回の研究の結果からは、SOBP中心での結果であるため、さらにSpot scanning法の発展的な検討として、Distal offの治療効果や酸素効果比などを検討することで、最適な治療法や分割回数などを推定することができうると思われる。これを推定することで難治性癌への新たな治療戦略の一歩となりうる。ワブラー法と2重散乱体法で、リッジフィルターを使用したSOBPの生物学的効果比の報告はあるが、2重散乱体法で、RMWによる陽子線SOBPのRBEの報告はないため、まずこれを測定した。まず、HSG、EMT6、SCCII、V79細胞に対して、同様の生物条件下にて、陽子線とX線をそれぞれ0-10Gyを単回照射し、コロニー法によって生存率を算出した。陽子線治療では細胞面がSOBP中心になるように調整した。調整位置は、ファーマーチェンバーを用いて絶対線量を測定して、細胞面を絶対線量測定をした位置と同じ深さに固定した。それぞれの細胞に対して照射実験を各3回ずつ施行し、単回照射の生存曲線からD10の生存率をそれぞれ算出・比較し、生物学的効果比を算出した。HSG、EMT6、SCCII、V79細胞の生物学的効果比はそれぞれ、1.01 (95% CI: 1.00-1.03)、1.15 (1.11-1.27)、1.20 (1.18-1.23)、1.22 (1.06-1.29)であった。RMWを使用した陽子線の、SOBP中心の生物学的効果比は諸家の報告と同程度であったが、細胞の種類によってコロニー試験でのRBEはばらついた結果であることがわかった。本研究にて、特に最先端の照射法である、Spot scanning照射法の基礎的生物研究を行った。測定法としては、まずは実験系の確立が重要であり、このために、専用の固定具などを受注・作成した。複数回の照射実験を施行し、測定結果は細胞種類によって異なるが、おおむね、従来の報告と同様に約1.1程度であった。次にSpot scanning法を使用したSOBP中心の陽子線治療と従来のPassive法、そしてX線治療とのそれぞれの生物効果比を測定した。同様に複数の培養細胞を使用して、照射実験を施行し、結果は同様に約1.1程度あることが分かった。このことから、Spot scanning法での陽子線治療が、従来のPassive法での治療と同様な使用方法で臨床照射が可能であることが初めて分かった。

この結果より、複雑な形状への治療や小児への治療、また治療抵抗性の腫瘍(難治性)に対する新たな治療法の一つになりうることがわかった。現在本研究での結果の論文が完成し、海外誌に投稿中である。また酸素効果比が陽子線はX線と異なることが追加実験で示唆された。しかしこれらの今回の研究では、SOBP中心の実験であるという制限もあり、より発展的な検討として、Distal offの治療効果や細胞レベルでの事象などを検討することで、より最適な治療法や分割回数などを推定でき、難治性癌への新たな治療戦略の一歩となることが予想される。放射線治療、粒子線治療In vitroの複数培養細胞での陽子線治療のPassive法、Spot scanning法でのSOBP中心のX線治療との生物効果比は測定することができた。特に後者に関しては世界的にもまだ報告が少なく、これらに関して現在論文執筆中である。(すでに国内外学会での発表済み)まず、レンジモジュレーションホイールを使用した2重散乱体法でSOBPを形成し、その中心の生物効果比を測定し、この結果が諸家の報告と同程度であり、臨床使用可能と考えられた。この結果をもとに、今後の追加実験を行う際の、基礎的検討ができた。おおむね順調に進展している。本研究に関して論文執筆中である。今回の検討結果から、さらにSpot scanning法の発展的な検討として、Distal offの治療効果や酸素効果比などを検討することで、最適な治療法や分割回数などを推定することができうると思われる。これを推定することで難治性癌への新たな治療戦略の一歩となりうる。可能であればさらに科研費を獲得し、世界で2施設目のSpot scanning法ができる名古屋の治療機を使用して、多くの新たな研究を施行し、世界に発信していきたい細胞の種類によって、生物学的効果比はばらつきがあり、またSOBPの場所による影響などについても今後の検討が必要であることがわかった。また、スキャニング法による同様の検討が今年度中から、行える予定であり、その間にまずはその基礎的検討となる、陽子線の酸素効果比の検討を行う予定である。予定した海外発表などの旅費の経費より、実費として実験使用の物品代が重なった。まとまった旅費使用ではなく、こまごまとした物品購入により、予定した所用額がわずかに残った。次年度には論文作成などを多く予定しており、統計解析ソフトなどの物品を購入する予定である。追加実験のための、物品費、上記研究結果の成果発表、また追加実験の方法を検討するために、他研究所への旅費、研究発表の論文掲載などを行うための文書費、物品費等を予定している。
植物二次代謝能活性化スイッチとしてのRac型GTPaseの有用物質生産への応用

ジンコウの基原植物の一つであるAquilaria microcarpaは二環性セスキテルペンであるdelta-guaieneを主な芳香成分として産生することが示されているが、最近我々はA. microcarpaの培養細胞をジャスモン酸で処理することによって生合成酵素を誘導し、delta-guaiene synthase遺伝子(GS-1)の全長を単離した。27年度の実験では、まず、GS-1以外のdelta-guaiene synthase遺伝子ホモログの単離を試み、GS-2、GS-3、GS-4と名付けた3種類の遺伝子断片を新たに単離した。遺伝子マイニングによってN末端の10アミノ酸、C末端の9アミノ酸相当の配列をそれぞれ補ったものを大腸菌で過剰発現させ、翻訳産物をglutathione-S-transferaseとの融合タンパクとして得た後にアフィニティカラムクロマトグラフィーによって精製した。組み換えタンパクを用いた酵素反応の生成物をGC-MSによって解析した結果、ここで得られた3種類の遺伝子がいずれもdelta-guaiene synthaseをコードしていることが明らかになった。続いて、ジャスモン酸刺激によって誘導されたdelta-guaiene synthase遺伝子の転写活性が、calmodulin阻害剤のW-7、並びにユビキチン・プロテオソーム系阻害剤のNSC23766によって用量依存的に抑制されることをRT-PCRによって確認した。更に、calmodulin遺伝子であるcam1、rac型GTPase遺伝子であるrac2、rac2翻訳タンパクにGTPが結合したままの状態で保持されるよう変異を入れたCArac2、GTPが結合しないよう変異を入れたDNrac2をそれぞれA. microcarpa培養細胞に導入したところ、cam1、rac2、CArac2を過剰発現した組み換え体においてはジャスモン酸非存在下であっても顕著なdelta-guaiene synthase遺伝子転写活性の誘導が見られることを明らかにした。cam1、rac2、CArac2、DNrac2を導入したA. microcarpa培養細胞の作成を完了し、情報伝達機構を改編した組み換え体について、外部刺激としての植物ホルモン非存在下であってもdelta-guaiene synthase遺伝子転写活性が誘導されることを27年度内に確認することができた。これらの実験の一部は28年度以降に予定していたものであることから、現在の研究状況は、当初予定していた計画よりも進んだ段階にあると判断している。Aquilaria microcarpaは様々な外部刺激を受けた際、その心材が比重の重い組織(沈香)へと変化し、同時にδ-guaieneをはじめとする芳香性セスキテルペン化合物の生合成能力を発現することが知られている。28年度の実験では、生合成マシナリーの構築を意識して大腸菌を用いたδ-guaiene生産系の構築を試みた。すなわちδ-guaiene synthaseをコードした遺伝子(GS)と、基質供給酵素であるfarnesyl diphosphate synthase遺伝子(FPS)を共発現するベクターを構築し、大腸菌BL21株の形質転換を行った。その結果、FPSのみの発現ではセスキテルペン生成は検出できず、またGSのみでは0.004 μg/mlと、極めて微量の産生能しか見られなかった。これに対して、FPSとGSを共発現させた大腸菌ではδ-guaiene生成量の増加がみられ、富栄養培地としてTerrific brothを使用した場合には0.6μg/mlとなった。テルペン化合物の生合成前駆体の供給系として大腸菌に6種類のメバロン酸経路関連遺伝子を導入・過剰発現し、更に前駆体としてメバロノラクトンを添加したところ、δ-guaiene生成量が31 μg/mlとなり顕著な活性化が認められた。また、大腸菌に導入するメバロン酸経路関連遺伝子を7種類あるいは8種類とし、前駆体であるメバロノラクトンあるいはリチウムアセテートを培養に添加したところ、δ-guaiene量が35-42 μg/mlにまで上昇した。このように、大腸菌へのメバロン酸経路関連遺伝子群の導入と前駆体の供給によって、効率良くδ-guaieneを生産するシステムが構築された。28年度に予定していた情報伝達機構を改編した組み換え体によるGS遺伝子転写活性誘導の実験が27年度内にほぼ完了したため、計画を前倒しして大腸菌によるδ-guaiene生成系の実験に取り掛かり一定の成果を挙げることができた。大腸菌による生成系構築の実験は最終年度である29年度に予定していたものであることから、現在の研究状況は、当初予の計画よりも進んだ段階にあると言える。Aquilaria microcarpaは微生物の感染や機械的傷害などの外部刺激を受けた際、心材が「沈香」と呼ばれる比重の重い樹脂状組織へと変化し、同時にδ-guaieneをはじめとする様々な芳香性セスキテルペンの生合成活性を発現することが知られている。これまでの一連の研究によってA. microcarpa培養細胞での改変Rac-GTPaseの過剰発現によって潜在的な二次代謝能であるδ-guaiene生成を確認し、また、大腸菌内での生合成系再構築による物質生産系の確立にも取り組んできた。これらの知見を基に、29年度の実験ではより高効率な生物合成系の構築を目指してタバコ培養細胞BY2株を宿主とするδ-guaiene生産系の構築を試みた。発現ベクターとしてpRI201-ONを用い、その二つのクローニングサイトにδ-guaiene synthase遺伝子(GS)とfarnesyl diphosphate synthase遺伝子(FPS)をそれぞれ組み込みBY2の形質転換を行った。

その結果、GSのみの発現では0.2 mg δ-guaiene/L cultureの低い産生能しか見られなかったのに対して、FPSとGSを共発現させた組み換え体では4.5-11.8倍程度のδ-guaiene生成量の増加がみられた。FPS/GS共発現体の中で最も生産性が高かった株についてエアリングの上昇を施したところ、δ-guaiene量は5.9 mgから102 mg/L cultureへと飛躍的に上昇した。更に、前駆体としてメバロノラクトンを添加したところ428 mg/L cultureという高生産性を示した。このように、テルペンサイクラーゼとFPS遺伝子をタバコBY2細胞で共発現させることによって高効率なδ-guaiene生産プラットフォームを構築することができた。特殊な条件下でのみAquilaria microcarpaに発現する芳香性セスキテルペン生合成酵素δ-guaiene synthase遺伝子(GS)の転写活性の誘導にRac型GTPaseが関わることを示し、更に、このGTPaseにGTPが結合したままの状態で保持されるよう変異を入れたCArac2をA. microcarpa培養細胞に導入したところ顕著なGS発現が観察されることを明らかにした。また、大腸菌及びタバコBY2細胞を宿主として、GSとその基質供給酵素であるFPSとを共発現させることで、高いδ-guaiene生産性を有するプラットフォームを構築した。Aquilaria以外の高等植物について、細胞内情報伝達系をcam1、rac2、CArac2、DNrac2等の導入により改変した植物の作成を試みる予定である。具体的には外来遺伝子の導入が比較的容易なナス科植物であるタバコBY2株を材料とし、常時活性型Rac-GTPase等の遺伝子組み換え体における既知代謝物の生成活性の変化あるいは未知代謝物の生成の可能性を検討することを計画している。更に、生合成マシナリーの構築を意識して、delta-guaiene synthaseと、その基質を提供するfarnesyldiphosphate synthaseの二つの遺伝子をDuet vectorに組み込み共発現させ、植物細胞ではなく、大腸菌によってdelta-guaieneを生産するシステムの作成を試みる。高い効率を有する生合成マシナリーの作製を目指して、大腸菌よりも高生産性が期待される植物細胞を宿主とするδ-guaiene生成系の構築を試みる予定である。具体的にはGSとFPS二つの遺伝子を共発現させるためにpRI201系ベクターに組み込み、タバコBY-2株を宿主植物細胞としてこれを導入・過剰発現させる。得られた組み換え体を様々な条件下で培養しδ-guaiene生成活性を比較・検討して、芳香性セスキテルペン高生産システムの作成を試みることを計画している。植物分子生物学遺伝子組み換え植物細胞培養のためのインキュベーターを購入予定であったが、既存の設備で充分に実験が可能であることが明らかとなったため導入を見送った。
慢性関節リウマチの病態における免疫担当細胞表面分子の発現と機能異常に関する研究

慢性関節リウマチの病態形成に関与しうる接着因子としてLFA-1,ICAM-1およびCD44に注目し,慢性関節リウマチ患者と健常人の末梢血リンパ球上の発現量を比較するとともに,in vitroの系で各種薬剤(非ステロイド性抗炎症剤,ステロイド剤,抗リウマチ薬を含む)の接着因子発現量への影響をみることにより,当該接着因子の病態形成への関与を探りながら各種薬剤の作用機序を接着因子の側面から解析した。また,IL-10がIL-2の存在下で活性化B細胞の増殖とIg産生細胞への分化に対し相乗的に作用する際のIL-2レセプター発現への影響を検討した。末梢血T細胞上のLFA-1,ICAM-1,CD44の発現量には,慢性関節リウマチと健常者の間に差は見られなかった。これらに対する各種薬剤の作用に関しては,dexamethasoneによるICAM-1発現抑制作用が明らかであった。接着因子を介した薬剤の作用機序についてさらなる検討が必要と考えられた。抗CD44抗体は活性化T細胞によるIL-2,IL-6産生を増強させた。これはCD44分子に補助シグナル伝達機能が存在することを示すものであるが,ナチュラルリガンドであるヒアルロン酸にも抗体同様の作用が認められたことは意義深い。また,抗CD44抗体による細胞凝集作用に関し,その機序の一部はICAM-1分子の発現増強によるものと考えられた。CD44による補助シグナルはICAM-1の発現増強を介してT-T細胞間相互作用をより強固なものにすることでサイトカイン産生を増強させていることが示唆された。CD44と細胞外基質(ヒアルロン酸など)との相互作用がリンパ球活性化制御機構の一部を担っている可能性は今後の課題として残された。活性化B細胞の増殖と分化に対し,IL-10とIL-2は相乗的に作用した。その機序として,IL-2レセプターの発現増強が明らかになった。1.CD44は種々の細胞表面に発見されている膜蛋白であり、ヒアルロン酸など細胞外基質のリセプターとして、あるいは単球系、T細胞における補助シグナル伝達分子として知られている。そこで、抗CD44抗体、あるいはナチュラルリガンドのひとつであるヒアルロン酸を用い、ヒト末梢血T細胞におけるCD44表面抗原の機能的役割を検討した。3.抗CD44抗体添加により(1)IL-2産生増強(2)IL-6産生増強(3)同種細胞間接着増強(4)ICAM-1発現増強をみた。またヒアルロン酸の添加により(5)IL-2産生増強をみた。4.CD44表面抗原は細胞外基質をリガンドとする接着因子としての役割のみならず、補助シグナル伝達能をも有することが、この実験モデルでも確認された。抗CD44抗体によりICAM-1発現増強がみられたことは、活性化亢進の機序としてICAM-1発現増強による同種細胞間相互作用強化も考えられる。さらにナチュラルリガンドのひとつであるヒアルロン酸によりIL-2産生増強がみられたことは、慢性関節リウマチの関節炎局所の病態におけるCD44抗原、ヒアルロン酸の関与を示唆するものかも知れない。1.末梢血T細胞上のICAM-1の発現は、健常人においては極めて弱いのとは対照的に慢性関節リウマチ患者においては高度であった。またLFA-1の発現は両者において同程度と考えられた。B細胞上のICAM-

1およびLFA-1の発現の程度は、健常人においても患者においてもほぼ同程度と考えられた。2.健常人末梢血リンパ球を培養系において活性化すると、T細胞上のICAM-1の発現は経時的に増強されたがLFA-1の発現量には大きな変化を認めなかった。一方、B細胞に関しては、ICAM-1およびLFA-1のいずれにも経時的な発現増強傾向が認められた。3.健常人のT細胞への抗CD44抗体添加により(1)IL-2産生増強(2)IL-6産生増強(3)同種細胞間接着増強(4)ICAM-1発現増強をみた。またヒアルロン酸の添加により(5)IL-2産生増強をみた。4.慢性関節リウマチ末梢血のT細胞は活性化状態にあると考えられるが、この活性化機序に関しCD44表面抗原の関与が推定される。CD44を介する刺激はIL-2およびIL-6の産生増強をもたらすだけでなく、ICAM-1の発現を増強させる結果として同種細胞間相互作用強化をもたらす。そして、これらが免疫担当細胞相互作用における異常につながっていくと考えられる。さらにナチュラルリガンドのひとつであるヒアルロン酸によりIL-2産生増強がみられたことから、慢性関節リウマチの関節炎局所の病態におけるCD44抗原、ヒアルロン酸の関与が示唆される。正常人末梢血よりFicoll法によって単核球を得,L-leucine methyl ester処理により単球,NK細胞を除去し,ヒツジ赤血球ロゼット法にてT細胞とB細胞を分離精製した。B細胞の増殖に関し,IL-10は単独ではSA刺激B細胞の増殖に対し影響を与えなかったが,IL-2の存在下では増強効果を示した。一方,B細胞の分化に関し,IL-10単独ではIL-2単独とほぼ同等にSA刺激B細胞よりIg産生を誘導したが,IL-10とIL-2を同時に加えると約10倍に及ぶIg産生の相乗的増強効果を認めた。IL-2とIL-10によるIg産生増強の相乗効果は培養の開始時よりSAとIL-2を加え,72時間後にIL-10を加えたときに最も強く認められた。B細胞の表面分子に関し,IL-10はSA+IL-2で刺激されたB細胞表面のIL-2 receptor(CD25)の発現を増強した。以上よりIL-10はEL-2の存在下で活性化B細胞のIL-2 receptor発現を増加させ,EL-2の作用を増強することにより,Ig産生細胞への分化を強力に促進することが示唆された。
ダイズシスト線虫孵化促進物質グリシノエクレピンAの不斉全合成研究

前年度までに、グリシノエクレピンAの不斉全合成を達成していたが、最終工程でのカルボン酸への変換が低収率であるという問題が残されていた。そこでまず、エステルの塩基性条件下での加水分解を見直し、ヨウ化リチウムによる求核的脱保護法を適用した結果、分解反応が抑制されて収率が2倍以上に向上することを見出した。また、グリシノエクレピンBに関しても、鍵反応である不斉NHK反応を再検討し、岸-難波らにより開発された新規不斉配位子を用いることで、ジアステレオ選択性を改善することができた。以上で全ての問題点を解決し、グリシノエクレピンAについては文献既知物質から24工程11%(収量33mg)、グリシノエクレピンBビスp-ブロモフェナシルエステルについては25工程9%(収量23mg)と、極めて効率的な不斉全合成を完成することができた。次に、グリシノエクレピンの全合成研究を通して開発した反応を、ジャガイモシスト線虫孵化促進物質であるソラノエクレピンAの全合成に応用することとした。すなわち、オキサビシクロ[2.2.1]ヘキサン誘導体の"橋頭位アニオン"を用いて、ソラノエクレピンの左側部分を構成する6-7-6縮環系を構築する計画である。ソラノエクレピンはグリシノエクレピンと異なり、オキサビシクロ[2.2.1]ヘキサン骨格上に酸素官能基を有するため、新たにその不斉合成法を開発する必要がある。酵素によるラセミ体の光学分割を含めた詳細な検討の結果、山本尚らにより報告された不斉ニトロソアルドール反応を採用することで、光学的にほぼ純粋な目的物を得ることができた。さらに、このものから調製した橋頭位アニオンをシクロヘキサンカルバルデヒド誘導体に付加させた後、数工程の変換反応を経て6-7-6縮環系の構築に成功した。効率的で直接的なグリシノエクレピンAの不斉全合成を達成するために、新たにエーテル架橋構造を有するA環部の連結法を開発することとした。具体的には、橋頭位にアニオン種を発生させてCD環部とカップリングすることとした。しかし、A環ケトンは架橋構造を有しており、通常のエノラートを発生させることは不可能である。実際A環ケトンにLDAを作用させると主に二量化が進行し、橋頭位アニオンを安定に発生させることは困難であった。そこで、対応するジメチルヒドラゾンへ導いた後に、BuLiを作用させてリチオ化したところ、二量化は起こらないことを見出した。このものをアリルブロミドと反応させたところ、目的のアリル化体は得られたものの、その収率は極めて低いものであった。一方、リチウム塩をクプラートへ交換した後にアリルブロミドと反応させたところ、定量的にアリル化体を与えることがわかった。次に、実際の基質であるCD環セグメントのアリルトシラートにA環クプラートを作用させたところ、収率良くカップリング体が得られた。このように、グリシノエクレピンAの不斉全合成における最重要課題であるA環連結は、橋頭位アニオンを利用する新たな方法により解決した。さらに、得られた付加体から数工程を経てグリシノエクレピンAの不斉全合成を達成した。現在、合成スキームの改良を検討中であり、より効率的な全合成を完成させる予定である。さらに、新たに開発した橋頭位アニオンを鍵として、ソラノエクレピンAの不斉全合成研究を開始する予定である。ダイズシスト線虫孵化促進物質グリシノエクレピンAの全合成における重要課題は、隣接する四級不斉炭素を含むCD環部の立体選択的構築とA環セグメントの効率的な連結です。私は平成18年度にこれらの問題を解決し、グリシノエクレピンAを全合成することができました。しかし、合成スキームに改良の余地が残されていたため、19年度はその最適化を行いました。それと平行して、グリシノエクレピンBの初の不斉全合成を達成することもできました。合成スキーム改良については、CD環部の構築について検討を行いました。具体的には、これまでヒドロホウ素化、酸化、Wittig反応、酸性加水分解、保護と多工程を要していた箇所を、ヒドロホウ素化後、1potで臭化ビニルと鈴木カップリングさせる手法を見出し、大幅な収率向上と工程数の短縮ができました。さらに、再現性に乏しかったC12位水酸基の立体反転に関しては、リチウムトリエチルボロヒドリドをトルエン溶媒に交換する方法を確立し、再現性良く高立体選択的にケトンをアキシアルアルコールへ還元できるようになりました。通常、かさ高い還元剤であるセレクトライドを用いれば立体選択的にアキシアルアルコールへ還元することが可能ですが、今回は立体的に込み合ったケトンであったため反応は進行しませんでした。このように、セレクトライドが通用しないケトンをアキシアルアルコールに変換する場合、今回開発した手法は有用であると考えています。その他にも、各段階で問題が残る箇所の検討を行い、収率を向上させることに成功しました。グリシノエクレピンBに関しては、Aの合成中間体を利用して短工程で全合成を達成することができました。具体的には、岸先生らにより報告された不斉NHK反応を利用して、γ-ヒドロキシ-α、β-不飽和カルボン酸部を4:1の選択性で導入しました。現在、立体選択性の改善を検討しているところです。

前年度までに、グリシノエクレピンAの不斉全合成を達成していたが、最終工程でのカルボン酸への変換が低収率であるという問題が残されていた。そこでまず、エステルの塩基性条件下での加水分解を見直し、ヨウ化リチウムによる求核的脱保護法を適用した結果、分解反応が抑制されて収率が2倍以上に向上することを見出した。また、グリシノエクレピンBに関しても、鍵反応である不斉NHK反応を再検討し、岸-難波らにより開発された新規不斉配位子を用いることで、ジアステレオ選択性を改善することができた。以上で全ての問題点を解決し、グリシノエクレピンAについては文献既知物質から24工程11%(収量33mg)、グリシノエクレピンBビスp-ブロモフェナシルエステルについては25工程9%(収量23mg)と、極めて効率的な不斉全合成を完成することができた。次に、グリシノエクレピンの全合成研究を通して開発した反応を、ジャガイモシスト線虫孵化促進物質であるソラノエクレピンAの全合成に応用することとした。すなわち、オキサビシクロ[2.2.1]ヘキサン誘導体の"橋頭位アニオン"を用いて、ソラノエクレピンの左側部分を構成する6-7-6縮環系を構築する計画である。ソラノエクレピンはグリシノエクレピンと異なり、オキサビシクロ[2.2.1]ヘキサン骨格上に酸素官能基を有するため、新たにその不斉合成法を開発する必要がある。酵素によるラセミ体の光学分割を含めた詳細な検討の結果、山本尚らにより報告された不斉ニトロソアルドール反応を採用することで、光学的にほぼ純粋な目的物を得ることができた。さらに、このものから調製した橋頭位アニオンをシクロヘキサンカルバルデヒド誘導体に付加させた後、数工程の変換反応を経て6-7-6縮環系の構築に成功した。
過渡的ラジカルイオン対における交換相互作用と高速時間分解ESR

時間分解ESR法を、過渡的ラジカルイオン対を生成すると期待されるいくとかの系に応用し、当初の予想どおりに交換相互作用の存在を示すことに成功した。まずTMPD(N,N,N',N'テトラメチルパラフェニレンジアミン)をユ-プロパノ-ル中で窒素ガスレ-ザ-(波長337nm)あるいはエキシマ-レ-ザ-(351nm)を用い、光励起することによりTMPDのカチオンラジカルと溶媒和電子との交換相互作用により分裂したCIDEPスペクトルの観測に成功した。この新しい現象の発見から、この系における交換相互作用の符号は通常のラジカル対とは異なり正であることが明らかとなった。次にTMPDと無水マレイン酸を混合した系を用いて同様の測定を行なった。その結果、無水マレイン酸の低濃度領域において、やはり交換相互作用によるスペクトル上の分裂が確認できた。このことから。TMPDカチオンラジカルと無水マレイン酸アニオンラジカルガラジカルイオン対を形成していることが明らかとなった。さらに無水マレイン酸アニオンラジカルのスピン分極から、通常は高粘土あるいは人為的にラジカル間の相互作用を強めた系のみに見られるSーTマイナス混合がこの系で起こっていることが確認できた。以上から過渡的ラジカルイオン対の相互作用がク-ロンカにより非常に強くなっているためと結論づけられる。以上のように、ラジカルイオン対に関して時間分解ESR法を応用することは非常に有用であり、強い交換相互作用やSーTマイナス混合がラジカルイオン対一般にあてはまるものと考えられる。現在はキサントンを含む光還元反応の系において塩酸添加が異常なスピン分極を現わす現象の研究を始めているが、この系においてもラジカルイオン対の生成といった初期過程が重要な役割を演じていると考えるに至った。このことから。
漁業者主導による森林コモンズの可能性：漁民の森づくりの活動実態に関する比較研究

本研究は、「漁民の森づくり」に着目し、同活動の実態を全国規模で解明するとともに、漁業者主導による森林コモンズの可能性を探ることを目的とする。漁民の森づくりは、森・川・海をひとつながりの生態系として捉え、漁業を営む沿岸海域に流れ込む河川の流域において、荒廃した土地を再生するために漁業者が植林・育林を行う環境創造的な取組である。本研究では、1漁民の森づくりの史的展開の整理、2日本全国の活動実態の定量的評価、3漁民の森づくりの継続性を支える要因に関する事例研究、4漁業者が森づくりに関わる海外事例の収集を行うことによって、漁業者主導による頑健な森林コモンズ構築のための要件を探究する。本年度の研究では、漁民の森づくりの活動変遷を明らかにするために、既往文献や各種統計情報の収集・整理を行うとともに、東日本大震災の影響で2011年度以降の活動実態に関する統計情報が集められていない東北3県の漁協および関係機関を対象にヒアリング追跡調査を行った。また、2000年度以前から漁民の森づくり活動に長く関わっている(きた)実施機関を対象とし、漁業者主導の頑健な組織マネジメントに求められる有形資源・人的(無形)資源・仕組み等を明らかにするためのケーススタディを行った。海外事例については、タイ沿岸域のマングローブ植林に精通する研究者やインドネシア・アチェ州の伝統漁業管理組織PanglimaLaotによる森林管理に精通する研究者にヒアリングを行い、国外の漁民の森づくりに関する情報を収集した。その内、タイの事例調査で得た研究成果の一部を英文図書として分担執筆した。これらの活動でまとめた結果・知見を基に2019年度に開かれる国際コモンズ学会で報告を行うとともに、日本における漁民の森づくり活動に関する定量的評価、および漁民の森づくりの継続性を支える要因に関するケーススタディに着目して、それぞれ論文を投稿する予定である。2019年度に開かれる国際コモンズ学会に研究成果を発信することを目標として、漁民の森づくり活動に関する情報収集およびヒアリング調査を行った。目標はおおむね達成できたといえる。四半世紀を超える漁民の森づくり活動の史的展開をレビューするとともに、同活動の実績を時空間上で定量的に評価する。そのうえで、漁民の森づくり活動の頑健な組織マネジメントに求められる有形資源・人的(無形)資源・仕組み等を特定事例に基づき検証を行う。さらに、文献およびフィールド調査を通じて、海外で漁業者が森づくりに関わる事例や森・川・海のつながりと漁業との関係を評価し、漁民の森づくり活動の継続性を支える要件や流域環境ガバナンスに向けた漁業者の役割・課題を分析する。本年度の研究では、上記1・2・4に関する情報収集および整理を実施した。具体的には、1について漁民の森づくり関連の書籍・資料収集や講演会に参加し、同活動に先駆的に取り組んだ北海道・宮城・熊本の活動展開を整理した。2では、2001年度から2012年度までに実施された漁民の森づくり活動の実績およびその特徴を整理するとともに、2000年度以前および2016年度までの活動実績について情報収集を実施した。そして1と2でそれぞれまとめた結果・知見を基に国際シンポジウムで1件口頭発表を実施した。4では、文献収集および国際学会に参加して情報収集を行うとともに、タイ南部ソンクラ湖を事例に漁業関係者を含むコミュニティ主導の流域管理の実態を調査し、その成果を英文図書として執筆中である。漁民の森づくり活動に関する情報収集を行うとともに、中間成果として国際シンポジウムで発表するなど計画通り遂行した点において、目標はおおむね達成できたといえる。

海外事例については、タイ沿岸域のマングローブ植林に精通する研究者やインドネシア・アチェ州の伝統漁業管理組織PanglimaLaotによる森林管理に精通する研究者にヒアリングを行い、国外の漁民の森づくりに関する情報を収集した。その内、タイの事例調査で得た研究成果の一部を英文図書として分担執筆した。これらの活動でまとめた結果・知見を基に2019年度に開かれる国際コモンズ学会で報告を行うとともに、日本における漁民の森づくり活動に関する定量的評価、および漁民の森づくりの継続性を支える要因に関するケーススタディに着目して、それぞれ論文を投稿する予定である。2019年度に開かれる国際コモンズ学会に研究成果を発信することを目標として、漁民の森づくり活動に関する情報収集およびヒアリング調査を行った。目標はおおむね達成できたといえる。四半世紀を超える漁民の森づくり活動の史的展開をレビューするとともに、同活動の実績を時空間上で定量的に評価する。そのうえで、漁民の森づくり活動の頑健な組織マネジメントに求められる有形資源・人的(無形)資源・仕組み等を特定事例に基づき検証を行う。さらに、文献およびタイや北欧などでのフィールド調査を通じて、海外で漁業者が森づくりに関わる事例や森・川・海のつながりと漁業との関係を評価し、漁民の森づくり活動の継続性を支える要件や流域環境ガバナンスに向けた漁業者の役割・課題を分析する。さらに、文献およびフィールド調査を通じて、海外で漁業者が森づくりに関わる事例や森・川・海のつながりと漁業との関係を評価し、漁民の森づくり活動の継続性を支える要件や流域環境ガバナンスに向けた漁業者の役割・課題を分析する。当初計画では、漁民の森づくり活動の史的展開および同活動の実績を整理するとともに、ヒアリング調査を実施する予定であったが、データ収集・整理に多大な時間を要したことから先送りすることにした。また、次年度に予定する日本国内のヒアリング調査や海外事例調査を実施するためには相当額の旅費がかかるため、本年度予算の一部を次年度に繰り越すことにした。また、次年度に予定する国際学会の発表、日本国内のヒアリング調査や海外事例調査を実施するためには相当額の旅費がかかるため、本年度予算の一部を次年度に繰り越すことにした。
光励起および伝導電子との連動特性を示す単一次元鎖磁石の設計

本研究は、強一軸異方性を有するMn^<III>ポルフィリン系錯体を配位受容性素子とし、配位供与性素子にアニオン性有機ラジカル(主にテトラシアノエチレンやクロラニル)を磁気的媒介素子とし電荷移動による集積化を基盤とした一次元鎖状化合物の構築をした。この合成における最も重要なストラテジーは、配位受容性素子であるMn^<III>ポルフィリン系錯体の置換基の拡張化である。これまで、数多くのMn^<III>ポルフィリン-有機ラジカルアニオン一次元鎖状化合物が報告されているが、そのいずれも三次元バルク磁石である。本研究は、鎖間拡張を行い明確な一次元由来の磁化緩和現象の解明を目指した。Mn^<III>ポルフィリン系錯体とアニオン性有機ラジカルとのself-assemblyにより、一次元鎖状錯体を得た。テトラシアノエチレンを用いた場合とクロラニルを用いた場合で、一次元鎖内の磁気的相互作用が制御できることを見出した。Mn^<III>ポルフィリン-有機ラジカルアニオン一次元鎖状化合物が理想的な単一次元鎖磁石挙動を示す初の例であり、本研究は、論文としてまとめている。本研究者は、他にも数多くの幅広いタイプのユニットの構築に成功しており、そのうちのいくつかは、期待通りの結果を得ることに成功している。今後、本研究の最大の目的である「光励起および伝導電子との連動特性を有する単一次元鎖磁石の構築」を実現し得る化合物の構築も本年度中に可能であろうと考えられる。本研究は、強一軸異方性を有するMn^<III>系錯体を配位受容性素子とし、配位供与性素子(また、磁気的媒介素子)とのビルディングブロック法による集積化を基盤とした一次元鎖状化合物の構築を減税遂行している。この合成における最も重要なストラテジーは、各々のビルディングユニットの新規開発である。今年度は、様々なタイプのMn^<III>配位受容素子と磁気的媒介素子の合成を行った。これまで、数多くの単一次元鎖磁石が報告されているが、imidazolate架橋型の報告例は皆無である。本研究は、磁気的媒介素子(配位供与性素子)とそれに伴う磁気的相互作用の拡張を目指した。Mn^<III>-salen系錯体とimidazolate系錯体とのself-assemblyにより、一次元鎖状錯体を得た。また、用いるMn^<III>-salen系錯体の置換基と対イオンの組み合わせにより、一次元鎖状錯体と孤立系の二核錯体を選択的に得た。Fe^<III>錯体のスピン状態は低スピンであり、両錯体共にMn^<III>-Fe^<III>_<LS>間は強磁性的相互作用が働く事が示された(J_<Mn-Fe>/K_B=+1-3K)。imidazolate架橋したMn^<III>と低スピンFe^<III>イオン間で強磁性相互作用の働く初の例であり、本研究は、論文としてまとめた。
アモルファス薄膜の精密構造解析と生成と結晶化過程の動的シミュレーション

電子線回折像を、イメージングプレートおよびスロースキャンCCDカメラを利用して計測した結果について検討した。イメージングプレートは、ダイナミックレンジの広さから、従来の写真乾板法に比べ、遙かに少ない撮影枚数で目的とする計測データを得ることができた。また、測定値から電子線強度の関係が単純な換算式で求められる点も従来方式に比して大きなメリットである。得られた電子線回折強度に対して理論的な原子散乱項および非弾性散乱項を高散乱角側までよく適合させることが可能で、精度の高い結果が得られた。Sb薄膜に対する計測では少量の混在物の存在が確認できている。スロースキャンCCDカメラも同様な特徴を持つが、高強度の電子線露光後CCD上に残光現象が起こり、連続計測には不利な点が得られた。非晶質膜形成過程のシュミレートは、従来の静的モデリング手法に対して3次元の広がりを持つ空間内に不規則に飛来した原子が堆積してゆく動的モデルを検討した。新規に飛来した原子はすでに堆積している原子との間の適当な相互作用により定着し、成膜が進行してゆく。原子近接距離、結合角度を与え、その値に適当な揺らぎを加味して既存原子と飛来原子の位置関係を求める手法のプログラミングを行った。この方法で得られたSe非晶質モデル内には3原子分子が多く形成され、4原子以上の分子は少なかった。実際のSe薄膜の動径分布関数の解析では3原子分子が多数存在することが示され、モデリング手法が良好であることが示された。この手法は原子間の相互作用を簡略化したものであり、成膜開始から終了までを比較的短時間で行うことができるが、結果の精密さでは不十分な点も多い。一方、分子動力学法では精密なモデリングが可能であるが、演算時間は膨大なものとなる。原子間相互作用の適切な近似により精度向上と演算時間短縮の両立が課題である。
大腸菌膜タンパク質の機能発現と秩序維持機能

大腸菌膜タンパク質品質管理機構に関わる因子の作用メカニズムと相互作用、並びに生理的役割の全体像を解明することを目的として研究を行い、膜内タンパク質切断に関わる膜プロテアーゼ(RseP, GlpG)の細胞機能及び基質認識機構等について明らかにし、また、分泌タンパク質の膜透過に関わる膜複合体、SecYE(トランスロコン)及びSecDFの構造を解明して、その作用機構を提唱した。さらに新たな膜ストレス応答関連因子を同定した。本研究では、大腸菌における膜タンパク質の生合成、機能維持と制御、分解等の諸過程をグローバルな「品質管理機構」としてとらえ、これに関わる因子の作用メカニズムと相互作用、並びに生理的役割の全体像を解明することを目的とする。膜タンパク質が正しく機能を発現するための「品質管理」は、膜機能、ひいては細胞機能の維持に欠くことが出来ない。本研究は生物種を越えた「膜タンパク質品質管理ネットワーク機構」を理解することに寄与する。本研究はこれまでの申請者らの研究を総合・発展させ、ネットワークとして膜タンパク質の品質管理をとらえて研究するものである。膜タンパク質は、膜構造を構築する基本的構成因子であるとともに、機能分子として膜を越えた情報や物質の移行を媒介し、膜機能に必須の役割を果たしている。従って、膜タンパク質が正しく機能を発現するための「品質管理」は、膜機能、ひいては細胞機能の維持に欠くことが出来ない。しかしながら、大腸菌のみならず細菌一般において膜におけるタンパク質の品質管理や動態についての知見は極めて限られている。本研究では、膜タンパク質の生合成、機能維持と制御、分解等の諸過程をグローバルな「品質管理機構」としてとらえ、これに関わる因子の作用メカニズムと相互作用、並びに生理的役割の全体像を解明することを目指している。当該年度はシグマE経路表層ストレス応答において膜を越えたストレスシグナルの伝達に必須の役割を果たす膜内切断プロテアーゼS2PファミリープロテアーゼRseP、並びに、膜を基盤とした様々な生体機能に関わる膜内切断プロテアーゼRhomboidファミリーのホモログGlpGの基質認識機構について、基質との相互作用や活性部位の環境などについて詳細な生化学的解析を行い、作用機構のモデルを提唱した。これらの研究は、知見の乏しい大腸菌膜タンパク質の動態や品質管理機構を理解するための重要な基礎となるものである。また、これまで未解明の細菌型タンパク質膜透過チャネルの構造解析を完成しつつあり、タンパク質膜透過の分子機構解明に大きく貢献しうるものと考える。本年度は、高度好熱菌タンパク質透過チャネル(トランスロコン)SecYEの立体構造を、SecYに対するモノクローナル抗体断片との複合体としてX線結晶構造解析によって決定した。解かれたSecYEの構造には、静止型構造にはない凹みが細胞質領域に観察され、この構造をプレオープン構造と命名し、タンパク質膜透過におけるトランスロコンの構造変化を伴う機能モデルを提唱した。また、RIP protase RsePがcircular permutateした一時配列の二つのPDZドメインをもつことを示し、そこへのリガンド結合がRsePの機能制御に関わることを示唆した。さらに、RsePの基質結合に重要な領域として、3番目の膜貫通領域(TM3)を同定し、TM3が直接基質結合に関わる可能性を示した。また、RseP基質切断に重要な、基質膜貫通部位中のHelix-dstablizing残基が、RsePの基質との相互作用を促進することを明らかにした。本研究は、大腸菌における膜タンパク質の生合成、機能維持と制御、分解等の諸過程をグローバルな「品質管理機構」としてとらえ、これに関わる因子の作用メカニズムと相互作用、並びに生理的役割の全体像を解明することを目的とする。本年度は、高度好熱菌タンパク質透過チャネル(トランスロコン)と相互作用し、タンパク質膜透過の後期課程に働くと考えられている膜タンパク質SecD/SecF複合体の立体構造をX線結晶構造解析にまって.3.5Aの分解能で決定した。SecDFはpsudo-synmetoricalな膜領域と二つのペリプラズム側に大きく露出した二つの領域を持つこと、N末端側のペリプラズム領域のhead subdomainは、少なくとも2種類の構造を取り得ることを明らかにした。生化学実験、電子顕微鏡観察、コンピュータシミュレーション等の結果に基づき、このペリプラズムドメインが構造変化を起こしつつ基質と直接相互作用し、プロトン駆動力に依存して分泌タンパク質の膜透過を駆動するとのモデルを提唱した。

一方、膜タンパク質の膜組み込みや構造形成、品質管理に関わる細胞因子を同定するために、secY351変異に対するマルチコピーサプレッサーの分離を試みた。secY351変異に起因する表層ストレス応答の抑制と、高温感受性生育の回復を指標として、大腸菌遺伝子ライブラリー(ASKA library)をスクリーニングして、その様な表現型を示す候補を得た。それのマルチコピーサプレッサーにより実際にsecY351変異株中での表層ストレス応答レポーターの発現が低下し、モデル膜タンパク質の幕見込みが回復していた。これらのマルチコピーサプレッサーの解析をさらに進める予定である。本研究は、大腸菌における膜タンパク質の生合成、機能維持と制御、分解等の諸過程をグローバルな「品質管理機構」としてとらえ、これに関わる因子の作用メカニズムと相互作用、並びに生理的役割の全体像を解明することを目的とする。本研究はこれまでの申請者らの研究を総合・発展させ、ネットワークとして膜タンパク質の品質管理をとらえて研究するものである。我々は、東大理学研究科・塚崎智也博士、濡木理教授、京都産業大学総合生命科学部・伊藤維昭教授との共同研究として、高度好熱菌Thermus thermophilus HB8由来のSecD/Fの立体構造を3.3Å分解能で解明した。更に構造情報に基づいた生化学的解析を進め、種々の実験結果から、「SecDFは、細胞質膜を挟んで形成されるプロトン濃度勾配エネルギーを利用し、プロトンを細胞質に取り込む際に生じる膜貫通領域内の構造変化を引き金に、非細胞質ドメインP1領域の構造変化を誘起し基質タンパク質の膜透過を促進する、イオン駆動型の膜透過促進因子と考えられる。」との新たな作業仮説を提唱した。また、σ^E経路の表層ストレス応答に重要な役割を果たす膜プロテアーゼRsePの機能解析を行った。これまでに、RsePがin vivoで様々な分泌タンパク質のシグナルペプチドを含むモデル基質を切断しうることを見出していた。本年度は、in vitroで膜透過に伴って生じるシグナルペプチドを検出する系を構築し、RsePが、真性のシグナルペプチドの分解を行いうることを示した。このことは、RsePが膜タンパク質品質管理に関わる新たな役割を持つことを強く示唆している。本年度は、特に膜内切断プロテアーゼGlpGについての解析を進めた。大腸菌のRhomboidホモログGlpGは、モデル酵素として最も研究が進んでいるRhomboidプロテアーゼの1つである。GlpGの結晶構造は既に明らかにされており、多くの生化学的な解析も行われてきているが、その生理的基質は分かっていない。
イネ初期胚発生および種子成熟過程における亜鉛の機能と制御機構の解明

受精前後のイネ卵細胞のマイクロアレイ解析により受精後に遺伝子発現が13倍増加するトランスポーターが見いだされた。そのトランスポーターのTos変異体は単為結果の表現型を示した。子房のIAA濃度を測定したところTos変異体では野生型のイネよりもIAA濃度が低いことがわかった。また植物体の金属濃度を測定したところTos変異体の子房の亜鉛濃度が野生型イネより有意に高いことが明らかになった。亜鉛は生物にとって必須元素であり、亜鉛の欠乏により花粉形成の異常、不稔、収量低下が起こる。また、亜鉛が過剰に存在しても生育阻害が起き、不稔、収量低下が起こる。亜鉛元素の重要性にも関わらず、高等植物の胚発生過程における亜鉛元素の機能および制御機構の詳細の多くは未だ解明されていない。本研究ではイネの初期胚発生における亜鉛元素の機能とその制御機構を明らかにすることを目的とする。イネin vitro胚発生系を用いて、亜鉛欠乏の初期胚発生への影響、初期胚への亜鉛元素の供給形態とその元素動態、亜鉛関連遺伝子が初期胚発生および種子成熟過程にどのように関連するか明らかにする。25年度はイネ未受精卵への亜鉛欠乏の影響やAtbZIPイネの未受精卵における亜鉛の局在の解析を中心に研究を行った。イネ卵細胞を材料に亜鉛欠乏処理条件下および亜鉛十分条件下でマイクロアレイ解析により遺伝子発現の変化を調査した。亜鉛欠乏で処理したイネ卵細胞では複数の金属結合タンパクの遺伝子の発現が上昇した。また、金属元素を輸送するトランスポーター遺伝子の発現も上昇した。一方で、PDRトランスポーターやMFSトランスポーターの遺伝子発現が減少した。イネの成長およびサンプル収集技術の習得に時間を要するため、当初の予定よりやや進行が遅い。研究代表者の体調不良により、研究に十分な時間がかけられなかった。植物栄養学消耗品に適用する予定の研究費を26年度に繰り越した。当初の予定より、26年度にかかる消耗品の予算が多いことが予想されたため、25年度の繰り越し額を26年度に加えるイネの成長およびサンプル収集技術の習得に時間を要するため、当初の予定よりやや進行が遅い。当初の予定より、27年度にかかる消耗品の予算が多いことが予想されたため、26年度の繰り越し額を27年度に加える。消耗品に適用する予定の研究費を26年度に繰り越した。当初の予定より、26年度にかかる消耗品の予算が多いことが予想されたため、25年度の繰り越し額を26年度に加える。研究を加速させるため、キットの多用や実験補助に研究費を用いる。また成果発表にも研究費を用いる。研究者の体調不良により、使用予定額の研究費が使用できなかった。また、当初の予定より、26年度にかかる消耗品の予算が多いことが予想されたため、25年度の繰り越し額を26年度に加える。
高難度外科手術における術者間のメンタルモデルシェアリングに関する研究

物体の形状や構造の推測,または物体間の位置関係の推測は空間的推論とよばれる,昨年までに,一般大学生を対象に実験を行い,外的資源としての3Dイメージと3D印刷されたオブジェクトの利用が,人体臓器構造の空間的推論に与える影響について検討した.その結果,3Dイメージよりもオブジェクトが利用されたとき,構造を学習する時間は速く,構造の推測は正確であることが明らかとなった.本研究では,さらに,現役外科医を対象に先行研究と同一の実験を行った。その結果,大学生は,オブジェクト利用により外科医と同等のパフォーマンスを示した.実環境よりもヴァーチャル環境では奥行情報が不足しているため,3Dイメージを利用した場合,内的に奥行情報を補足して,空間的な推論を行う必要があったと考えられる.しかし,豊富な奥行情報を示すオブジェクトを利用した場合,そのような内的操作は削減され,パフォーマンスが向上した可能性が考えられる.一方,3Dイメージとオブジェクト利用時の外科医のパフォーマンスに違いはみられなかった.熟達者は,経験から形成した空間情報に関するメンタルモデルを保持していると言われているが,本実験の外科医も,既に形成された肝構造のメンタルモデルを保持しており,3Dイメージ利用時にそのメンタルモデルを駆使して,オブジェクト利用時と同等のパフォーマンスを示すことが可能であったと考えられる.以上により,3Dイメージと3D印刷されたオブジェクトの利用が,外科医と一般大学生による人体臓器構造の空間的推論に与える影響について検討を行い,両者の差異を明らかにした。28年度が最終年度であるため、記入しない。名古屋大学情報連携統括本部(大学院情報科学研究科併任)の森健策教授(連携研究者)により,医用画像処理と3Dプリンタに基づき3D臓器オブジェクトが作成された。加えて,3D臓器オブジェクトを用いた手術に実績を持つ名古屋大学大学院医学研究科の伊神剛講師が,連携研究者として,本プロジェクトに参加し,同講師が自ら手術を執刀すると同時に,同講師が中心となって,手術を行う病院,術者,患者との調整を行った。参与観察では,3D臓器オブジェクトが手術に持ち込まれることにより,メンタルモデルシェアリングのためのインタラクションパターンがどのように変化するのかを検討した。6例の手術事例を記録した。術中の行動,および発話の記録は,2台のカメラで行われた。手術台上方から患部を狙うカメラ,および側方から術者全員の動きを記録するカメラにより映像データを記録し,前者のカメラに設置された集音マイクにより,術中の発話データを記録した。さらに,1名の記録員が手術室に入り,ハンドカメラ,および音声レコーダを携帯することで,補助的データを収集した。これらのデータに基づき,エスノブラフィカルな分析を行った。それぞれの参加者が持っているメンタルモデルを同定し,3Dオブジェクトの機能を明らかにした。実験研究では,参与観察で観察された3Dオブジェクトの機能が,要因を統制する実験においても同様に発現されるのかを確認するために,一般大学生を実験参加者とする実験を行った。手続き実験材料として,実際の肝臓の構造を簡略化した上で,血管,腫瘍等を内蔵する仮想肝臓を設定した。実験では,仮想肝臓の血管や腫瘍の位置を推定させた。具体的には,複数の特定の断面における血管や腫瘍の位置,それらの相対的位置などを測定した。分析の結果,2Dのバーチャルイメージに対して,3Dオブジェクトが,参加者の空間的推論を促進することが確認された。当初予定していた参与観察,および統制実験を終了し,分析の結果,良好な結果を得ている。また,いくつかの会議で,成果を発表している。当初の予定通り,医師を実験参加者とする実験を実施する。実験を通して,専門的知識が,3Dオブジェクトの機能の発現にどう関与するかを議論し,3Dオブジェクトの機能と熟達の関係を検討する。