hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
バウハウスとハプティック・ヴィジュアルな構成学の実践研究

創立100周年を迎えた近代ドイツの芸術学校バウハウスは、当時の造形活動によって近代デザインを築くほどの影響力をもっていたが、状況の異なる現在においてもバウハウスが行っていたことは有効であるかという課題を探る。ここでは当時のバウハウスにおいて行われていた「触覚」に関する訓練に着目して、視覚だけでなく触覚を含んだ表現としての基礎造形をレーザー加工機や3Dプリンターなどのデジタル工作機器によって実験的に実施する。さらに、「サブカルチャー」といわれる視覚文化との連結も試みながら視覚表現の基礎を捉え直すことも試みる。
血管内皮細胞選択的ナノDOS技術を基盤とする革新的治療的血管新生療法の創製

日本は超高齢社会を迎え、重症虚血性疾患が激増している。現行の医療の治療効果は限界がある。本研究の目的は、我々が開発した「血管内皮細胞選択的ナノDDS技術」を活用して、重症虚血性疾患に対する革新的治療的血管新生療法を開発することである。研究成果に示したように、ヒト細胞実験と複数のモデル動物(マウス、ウサギ、サル)において有効性と安全性を明らかにした。今後は、実用化を目指して橋渡し研究を推進する。1.生体吸収性ポリマーPLGAナノ粒子の製造:水中エマルジョン溶媒拡散法を用いて生体吸収性高分子ポリマー(PLGA)製ナノ粒子を作製した。蛍光マーカー(FITC)、あるいは、ピタバスタチンを封入した、平均粒径200nmのPLGAナノ粒子を作製できた。・In vitro試験:ヒト血管内皮細胞(HUVEC)にFITCナノ粒子を添加して1時間後、ナノ粒子が効率的に導入されることを確認した(導入効率=99-100%)。導入細胞を継続して培養した結果、FITC陽性細胞が3日後、7日後にも観察された。このことは、ナノ粒子がヒト血管内皮細胞に取り込まれ安定して長期間停留することを示唆する。・細胞内導入効率を血管内皮細胞と骨格筋筋肉細胞間で比較し、血管内皮細胞選択的導入を明らかにした。即ち、本ナノ粒子の血管内皮細胞選択的DDSの分子細胞機序にエンドサイトーシスが関与することを明らかにした。3.マウスモデル実験マウス片側下肢虚血モデルを作製し、対照(PBS投与)群、FITC封入ナノ粒子投与群(0.18mg/100μLPLGA)、ピタバスタチン単独投与群(0.01mg/100μL, 0.4mg/kg)、ピタバスタチン封入ナノ粒子投与群(0.18mg/100μL, 0.01mgのピタバスタチン含有PLGA)の4群に分け、それぞれの群でマウス下肢虚血モデルを作製時に下肢の4カ所に筋肉内注射を施し、3,7、14日後に組織血流量を測定した。内皮一酸化窒素(NO)合成の関与を明らかにするために、NO合成酵素阻害剤であるL-NAMEの効果やeNOS遺伝子欠損マウスを用いた。その結果、ピタバスタチン封入ナノ粒子治療による治療的血管新生の分子機序にeNOS発現増強、血管増殖因子発現増強、が必須であることが明らかになった。蛍光マーカー(FITC)、あるいは、ピタバスタチンを封入した平均粒径200nmのPLGAナノ粒子を再現性良く作製できた。臨床治験に向けて適正医薬品製造基準(Good Manufacturing Practice)のピタバスタチン封入ナノ粒子製剤を製造した。2.ウサギモデル実験:臨床応用に向けてウサギモデルでの評価を行った。このモデルの利点は、ヒトの閉塞性動脈硬化症患者と同様に、1)慢性虚血モデルであること(マウスモデルは急性虚血である);2)側副血行路の発達を血管造影で検出できること、3)その機能を解析できること、である。日本白色ウサギを用いて慢性下肢虚血モデルを作製した。下肢虚血誘導後7日目に生食、FITC封入ナノ粒子、ピタバスタチン、あるいは、ピタバスタチン(0.5mg/kg)封入ナノ粒子を虚血筋肉に注射した。FITC封入ナノ粒子は4週間に渡り虚血筋肉の内皮細胞内皮細胞で検出されたことから、本ナノ粒子が虚血組織の血管内皮細胞に送達され、長く停留することが明らかになった。ピタバスタチン封入ナノ粒子投与群において血管造影で確認できる側副血行路の誘導が証明された。他の3群では側副血行路の誘導は確認できなかった。さらに、ピタバスタチン封入ナノ粒子投与群においてのみ、電気刺激による筋肉運動によって誘発される虚血が予防された。このことは、ピタバスタチン封入ナノ粒子投与によって機能的な側副血行路が発達したことを示唆する。蛍光マーカー(FITC)、あるいは、ピタバスタチンを封入した平均粒径200 nmのPLGAナノ粒子を再現性良く作製できた。臨床治験にも使用できる適正医薬品製造基準(Good Manufacturing Practice)のピタバスタチン封入ナノ粒子製剤を製造した。2.霊長類(サル)下肢虚血モデル実験:臨床応用に向けてサルモデルでの評価を行った。このモデルの利点は、ヒトの閉塞性動脈硬化症患者と同様に、1)慢性虚血モデルであること(マウスモデルは急性虚血である)、2)側副血行路の発達を血管造影で検出できること、3)その機能を解析できること、である。カニクイザル(3-4歳、体重4kg)を用いて下肢虚血モデルを作製した。

ピタバスタチン封入ナノ粒子の側副血行路の発達に対する効果は血管造影法ならびにアンジオCT(Siemens社製ヘリカルCT、SOMATOM Sensation16)を用いて評価した。下肢虚血誘導後7-10日目に生食、FITC封入ナノ粒子、ピタバスタチン、あるいは、ピタバスタチン(0.5 mg/kg)封入ナノ粒子を虚血筋肉に注射した。ピタバスタチン封入ナノ粒子投与群において血管造影ならびにアンジオCTで確認できる側副血行路の誘導が証明された。他の3群では側副血行路の誘導は確認できなかった。ウサギモデルの研究は完了し、論文として掲載された。霊長類の研究の概ね終了している。心筋虚血に対する予備的効果も確認できた。本研究では、ピタバスタチン封入ナノ粒子製剤開発の薬効薬理試験、製剤開発、等を実施し、重症虚血性疾患に対する探索的臨床試験の基盤とすることを目標としている。概要に記載したように治験薬GMP製造によるナノ粒子製剤が出来たことから、24年度に臨床治験を実施する予定である。24年度が最終年度であるため、記入しない。研究計画・方法に記載した通り、霊長類の下肢虚血モデルの研究を実施し、さらに、心筋虚血モデルにおける研究を完了する。
HMGB1制御を軸とした敗血症時の血管透過性亢進制御機構へのアプローチ

初年度(平成29年度)の研究計画であるマウス敗血症モデル(盲腸結紮穿孔、以下CLPモデル)における、虫垂間膜動静脈の結紮(虚血)の有無による生存率の検討の結果、1820週マウスを用いることで36時間生存率が90%以上の再現性のある安定したCLPモデル作成が可能となった。マウス敗血症モデルの作成精度が安定したことから以下の研究を行った。Sham群(n=10)およびCLPモデル(虫垂間膜動静脈結紮なし;以下虚血なし群(n=10)、虫垂間膜動静脈結紮あり;以下虚血あり群(n=13))に対して、生体バイオインピーダンス法を用いた血管透過性の評価を行った。虫垂間膜動静脈結紮による虚血ありの群では、モデル作成後36時間後の細胞外水分率が前値と比較して10.6%(実測値で前値45.9%、36時間後56.5%)増加し、sham群(7%;前値45.85%、36時間後51.75%)、虚血なし群(5.95%;前値47.05%、36時間後53.25%)と比較して有意差を認めた。さらにマウス敗血症モデル作成後36時間後に後大静脈から採取した血液を用いて、ELISA法によるHMGB-1、VE-Cadherin濃度測定を行った。HMGB-1はSham群(5.52ng/ml)と比較して、虚血あり群で有意に高い結果が得られた(sham群;5.52ng/ml、虚血あり群;10.06ng/ml)。現在、CLPモデル(虚血の有無)における細胞外分泌顆粒の相違と透過性亢進との関連について継続検討中である。初年度(平成29年)の研究計画である、マウス敗血症モデル(盲腸結紮穿孔モデル)の作成および、同モデルにおいて虫垂間膜動静脈の虚血の有無による生存率の検討を行っている。虚血ありの群では、モデル作成手技が一定になり、再現性のある生存率が得られている。一方、虚血なしの群では、手技が一定しておらず生存率にばらつきが見られることから、モデル作成を重ねることで安定したデータ集積が得られるよう努める。さらに生体バイオインピーダンス法を用いた血管透過性亢進の評価においては、現在、虫垂間膜動静脈結紮による虚血ありの群で、モデル作成後2436時間後に細胞外水分量が前値と比較して510%増加(実測値で前値45%、2436時間後で53%前後)することを確認している。現時点では、マウス敗血症モデル(特に虚血なしのモデル)の作成手技およびバイオインピーダンス法による測定精度にばらつきがあり、血中IL-6、HMGB-1、sEV-cadherinの測定までには至っていない。マウス敗血症モデルの作成精度およびバイオインピーダンス法による測定精度にばらつきがあり、初年度(平成29年)の研究計画にある、ELISAを用いた血中IL-6、HMGB-1、sEV-cadherinの測定には至っていないため。1敗血症(盲腸結紮穿孔、以下CLP)モデル虚血(+)群では、経時的なデータの動きが一定になっておらず、今後モデルの安定化を図り、データを集積する。2CLPモデル虚血(-)群では、モデル作成手技が一定しておらず、生存率にばらつきが見られるため、今後もモデル作成を重ねることにより手技を一定化し、安定したデータが得られるよう早期に努める。
走査型近接場光学顕微鏡の金属コーティングプローブの電磁界解析

本研究では、コレクションモードNSOMに用いられるファイバープローブの機能の1つであるプローブ先端での近接場光から伝搬光へのモード変換を電磁波の散乱問題として捉え、コレクションモードNSOMのプローブを表面に凸凹を持つ金属円筒と見なして、不規則表面を持つ完全導体円筒の電磁界散乱問題として解析した。不規則な円筒境界面を解析的に扱うために確率場で表現した。従って、不規則な円筒面により散乱される波動場も必然的に不規則面を表す確率場の汎関数で表現できる。ここで、不規則円筒面をGauss確率場と仮定することにより、Wienerの非線形汎関数解析法、確率場の一様性、群論的対称性を考慮して散乱場を決定することができ、従来から我々はこの手法を確率汎関数法と呼び、不規則平面の散乱、放射、回折や不規則円筒、不規則ランダム球の散乱問題に適応して、各種の散乱特性を明らかにした。本手法では、散乱場の表現は確率論的な無限級数和の形をとるため、高次の項のみならず低次の項に関しても不規則表面でおこる多重散乱の影響が自動的に繰り込まれる特徴がある。従って、高次項を0と仮定して数値計算を行なった場合でも、計算により得られた散乱場には多重散乱の効果が反映されている。本研究では、この確率汎関数法を用いて、水平偏波ならびに垂直偏波平面波が入射した場合に、完全導体の不規則円筒面で散乱される散乱場の解析的表現を示した。さらに、不規則円筒面の半径や凹凸を表すパラメタを幾つか変えて数値計算を行ない、散乱特性を示した。
新規糖鎖切断酵素の気固系流動層型バイオリアクターによる生産とセルラーゼの糖鎖解析

本研究では、1)バイオリアクターを用いたMucorhiemalisの固体培養によって糖鎖切断酵素(Endo-β-GlcNAc-ase)の生産性を高める培養条件について検討した。また、2)生産した本酵素を用いて、セルラーゼ中の糖鎖の役割について検討した。これらの結果は、以下のようにまとめられる。1.既に報告されている培地を用いた液体培養と小麦ふすまを用いた固体静置培養の間で菌体外Endo-β-GlcNAc-ase生産量を比較した結果、固体静置培養において菌体の生育量は多くなり、酵素生産量も著しく多くなった。2.Mucor hiemalisの固体静置培養によるEndo-β-GlcNAc-aseの生産に対する初期水分含量の影響を検討した結果、60%に調節したときに酵素生産量は最大となった。3.横型回転バイオリアクターを用いた固体培養によるEndo-β-GlcNAc-aseの生産について検討した結果、初期水分含量を60%に調節し、1時間ごとに2rpmで3分間間欠的に回転した場合に酵素生産量は最も多くなった。4.陰イオン交換クロマトグラフィーと等電点電気泳動によって単一に精製したカビ起源のセルラーゼ成分に対して、生産したEndo-β-GlcNAc-aseを作用させて脱糖鎖を行った。その結果、セルラーゼ成分はSDS電気泳動によって分子量の低下が観察された。また、脱糖鎖したセルラーゼを用いて諸性質を検討した結果、糖鎖は熱安定性に関与していることが示唆された。
甲状腺の単離濾胞を用いた上皮細胞構築と膜イオン・チャネルの動態解析

(1)ブタ甲状腺の新鮮標品をコラゲナーゼ処理することにより,直径100200μmのほゞ球形の単離濾胞が得られた.(2)位相差あるいは微分干渉光学系により,濾胞上皮細胞の底面像および縦断面像が観察できた.生理的培養液中では,この上皮細胞は正常の形態を比較的長時間にわたり維持することがわかった.(3)フロー・セルを作製し,種々の外液中における濾胞および細胞の形態変化を追跡した.低張液(蒸溜水)で潅流すると,濾胞の外内径ともに,時間とともにほゞ直線的に増大した.潅流開始10分後までは,上皮細胞の膨化を伴なうものゝ,顕著な細胞破裂像は認めなかった.これは,濾胞内腔(コロイド)より供給されるイオンなどOSmolytesの滲透圧的拮抗作用によるものと推定される.15EA04:(4)このような単離濾胞を対象とする非侵襲的誘電泳動測定装置を開発したので,これによる細胞・コロイドの電気的性質および膜チャネルの解析を進めている.(1)ブタ甲状腺の新鮮標品をコラゲナーゼ処理することにより,直径100200μmのほゞ球形の単離濾胞が得られた.(2)位相差あるいは微分干渉光学系により,濾胞上皮細胞の底面像および縦断面像が観察できた.生理的培養液中では,この上皮細胞は正常の形態を比較的長時間にわたり維持することがわかった.(3)フロー・セルを作製し,種々の外液中における濾胞および細胞の形態変化を追跡した.低張液(蒸溜水)で潅流すると,濾胞の外内径ともに,時間とともにほゞ直線的に増大した.潅流開始10分後までは,上皮細胞の膨化を伴なうものゝ,顕著な細胞破裂像は認めなかった.これは,濾胞内腔(コロイド)より供給されるイオンなどOSmolytesの滲透圧的拮抗作用によるものと推定される.15EA04:(4)このような単離濾胞を対象とする非侵襲的誘電泳動測定装置を開発したので,これによる細胞・コロイドの電気的性質および膜チャネルの解析を進めている.
培養細胞系におけるDMP1のリン酸化が石灰化に及ぼす影響

MC3T3-E1(骨芽細胞様細胞)およびMLO-A5(最も分化が進んだ骨芽細胞様細胞)を一定期間培養し、細胞数を調整したのち、石灰化を誘導するため、培地にβ-グリセロリン酸を添加した。添加後、さらに数日間培養し、石灰化組織を特異的に染色することが可能なアリザリンレッド染色を行った。培養用プレートをフラットベッドスキャナに取り込み、画像解析ソフトにて解析を行うことで石灰化度を数値にて評価できるような実験系を構築し、遂行した。その結果、MLO-A5はMC3T3-E1よりβ-グリセロリン酸添加後の各培養期間においてより強い石灰化が生ずることが明らかとなった。このことからin vitroの実験系において、骨芽細胞様細胞の分化度とその石灰化に関係があるものと示唆された。また、石灰化の誘導に用いたβ-グリセロリン酸の添加量を変化させて上記と同様の実験を行ったところ、MC3T3-E1およびMLO-A5ともに一定量までは濃度依存的に石灰化が生ずることが明らかとなった。上記の実験結果から骨芽細胞様細胞はその分化度により、石灰化に影響を及ぼすことから細胞の分化過程に石灰化のトリガーとなりうる分子機構が存在する可能性が示唆された。このことはくる病などにみられる石灰化不全を引き起こす疾患の病因解明に貢献する第一段階であると考えられ、象牙質形成不全やエナメル質形成不全などの小児歯科領域に認められる疾患の治療にも将来的に応用されるものであると推察される。骨や歯の象牙質に含まれる非コラーゲン性ホスホタンパク質であるDentin Marix Protein 1(DMP1)のリン酸化修飾が培養細胞系において石灰化に対しどのような影響を及ぼしているか調べるために以下の実験を行った。ラットの骨組織からRNAを抽出し、逆転写反応によりcDNAを合成した。これをGreen Fluorescent Protein(GFP)による蛍光標識が可能なベクターに組み込んで、野生型DMP1とGFPの組み替え体を得た。現在、この組み替え体をベースとしてDMP1の変異体を作製中である。変異体はアミノ酸シークエンスから予測されるリン酸化を多く受ける部分とそうでない部分の双方を欠失させた2種類を用意し、これらを骨芽細胞様細胞MC3T3-E1、さらに分化が進み骨細胞に相当するMLO-A5、およびマウスの頭蓋冠より採取した初代培養細砲に対して形質導入を行う。GFPによる形質導入の効率と抗ラットDMP1リン酸化抗体を用いたアッセイにより、DMP1が実際にリン酸化修飾を受ける重要なドメインを考察することが可能である。また、MC3T3-E1やMLO-A5アリザリンレッド染色およびアルカリフォスファターゼ活性の測定を行うことで、形質導入した組み替え体がこれらの細胞の石灰化にどのような影響を及ぼすかについて検討を行う。以上の考察を加えたうえで、次年度以降はこれらの機構にカゼインキナーゼがどのように関与しているかの考察を加える予定である。
RNA-guided gene driveによる迅速疾患モデルミニブタの開発

1. Gene drive用DNAカセットの挿入部位は、Msh2遺伝子のExon 1とし、これをPCRで増幅し、DSB-HDRアッセイ(Assayfor DSB mediated HDR by EGFP reconstitution)用レポータープラスミドを構築した。次に、CRISPRdirectにより標的配列を決定し、CRISPR /Cas9ベクターであるpX459に20mer標的配列に基づくオリゴヌクレオチドを挿入し、標的DNA切断プラスミドを構築した。構築した2種類のプラスミドを用いて、DSB-HDRアッセイを実施し、Msh2遺伝子のDNA配列が切断されることを確認した。2. sgRNA発現用DNAと生殖系列特異的にCas9を発現させるVASA-Cas9融合DNAをタンデムに結合させ、Msh2遺伝子の切断部位の5'側および3'側の各々約2KbのDNA断片で挿み、gene drive用プラスミドを構築した。3.構築したgene drive用プラスミドをMMPの胎仔線維芽細胞(PEF)に導入し、3種類のゲノム編集Msh2遺伝子ノックアウトPEFを樹立することに成功した。これらの細胞株を用いて、今後、体細胞クローン胚を作製、移植することでMsh2遺伝子ノックアウトMMPを作出する予定である。4.合成sgRNA、Cas9蛋白質およびgene drive用プラスミドをマイクロインジェクションにより、MMPの受精卵前核に注入後、仮親ブタに移植し、妊娠を確認した。今後、ゲノム編集MMPの誕生が期待される。4. sgRNA発現用U6-sgRNAと生殖系列特異的にCas9を発現させるVASA-Cas9をタンデムに結合させ、Msh2遺伝子の切断部位の5'側および3'側の各々約2KbのDNA断片で挿み、gene drive用DNAカセットを含むプラスミドを構築した。また、Cas9遺伝子をGFP遺伝子に置き換えたプラスミドも構築した。Gene driveに使用するプラスミドを構築する際に、Cas9蛋白を生殖系列のみで発現するためのVASAプロモーター領域をクローニングする必要があったが、報告されていたVASAプロモーター領域に関する論文(Song et al, 2016)に誤りがあり、報告されたプライマーでは、VASAプロモーター領域をPCRで増幅することが出来なかった。このため、再度、ブタの遺伝子データベースからVASAプロモーター領域を選定し、PCRでの当該領域の増幅をプライマーや条件を変えて試みたが、増幅出来なかった。最終的には、VASAプロモーター(約5Kb)の化学合成を依頼し、プラスミドの構築に用いたが、VASAプロモーター領域のクローニングに時間を用したため、予定よりも計画は遅れていると判断した。1. Gene drive用プラスミドおよびこのプラスミドのCas9遺伝子をGFP遺伝子に置き換えたプラスミドを構築したので、先ずは、Cas9遺伝子をGFP遺伝子に置き換えたプラスミドを使用して、これを単為発生卵にTaniharaら(2016)の方法に準じてエレクトロポレーションで導入し、胚盤胞まで培養する。この間、経時的にGFPによる蛍光を観察することで、相同組換えが起こり、VASAプロモーターによりGFP発現することを確認する。2.次に、Gene drive用プラスミドを使用して、これを単為発生卵に同様にエレクトロポレーションで導入、胚盤胞まで培養する。各胚盤胞からDNAを抽出し、導入遺伝子の上流および下流の塩基配列を決定し、相同組換えによるGene drive用DNAカセットのブタゲノムへの導入を確認する。3. MMPの受精卵にGene drive用プラスミドをエレクトロポレーションで導入し、仮親の家畜ブタの卵管に移植する。得られた産仔の耳片からDNAを抽出し、2と同様に相同組換えによるGene drive用DNAカセットのMMPゲノムへの導入を確認する。4. Gene driveMMPと野生型MMPを交配させ、得られた産仔の耳片からDNAを抽出し、2と同様に相同組換えによるGene drive用DNAカセットの導入を確認することで、遺伝子ドライブの効率を検討する。

Gene drive用プラスミドの構築に時間を要したため、ブタ受精卵を使用する実験に未だ至っておらず、次年度使用額が生じた。翌年度分助成金と合わせて、遅れている実験計画に使用する予定である。
SNDMを用いた誘電率ナノイメージング手法の開発と材料・デバイス評価への展開

本研究課題では,∂C/∂z-SNDM法の基礎を構築し,ナノスケール空間分解能で線形誘電率の分布の可視化及び絶対値計測が可能となる技術の確立を行うことを目的として,研究を遂行している.2018年度には,以下に示す成果が得られた.【線形誘電率の定量計測の確立】シミュレーションを用いて誘電率と∂C/∂z-SNDM信号強度の関係を明らかにした.また,シミュレーション結果がテストサンプル(酸化物積層膜)の実験結果と一致することを明らかにした.その結果,シミュレーションで得られる校正曲線ならびに基準試料を用いて,∂C/∂z-SNDM信号強度を誘電率に換算することが可能であることを明らかにした.【表面形状アーティファクトの補正方法の開発】補正方法の開発に先立ち,表面形状と信号強度との関係を,シミュレーション計算を通じて明らかにした.【測定条件の最適化と吸着水の除去,ならびに高調波信号検出法による高分解能化】高調波信号検出法により,測定探針側面からの寄与を低減し,高分解能化が可能であることを,酸化物積層膜テストサンプルを用いた実験結果,および,シミュレーションの双方より明らかにした.【多様な測定対象への展開】本手法を用いて,これまでの研究で多用してきた酸化物積層膜サンプルに加え,チタン酸バリウム系セラミックスなどの誘電率イメージングを実証し,その有用性を明らかにした.誘電率イメージングの範疇を超えて,半導体デバイス中のキャリア分布イメージングにも応用可能であることを明らかにした.本手法によって,従来のキャリア分布イメージング法(∂C/∂V-SNDM)でしばしば問題となっていたコントラストリバーサルを回避することが可能となり,正しいキャリア分布を得ることが可能となった.【線形誘電率の定量計測の確立】シミュレーションで得られる校正曲線ならびに基準試料を用いて,∂C/∂z-SNDM信号強度を誘電率に換算することが可能であることを明らかにしており,当初の目標はおおむね達成したと言える.【表面形状アーティファクトの補正方法の開発】表面に凹凸があるときの信号強度のシミュレーション計算に着手しており,初年度の進捗としては上々と言える.【測定条件の最適化と吸着水の除去,ならびに高調波信号検出法による高分解能化】高調波信号検出法による高分解能化は実証できたので,一定の成果は得られたと言える.一方,吸着水の除去の効果については未実施だったので,今年度以降検証する予定.【多様な測定対象への展開】コンデンサ応用など工学的に重要なチタン酸バリウム系セラミックスへの適用可能性を実証できたことから,本手法の多様な測定対象への展開の可能性の一端を示すことができた.また,誘電体のみならず半導体デバイスへの適用可能であることも実証できた.本研究課題は3年間で実施する計画であったが,初年度を終えた現時点で既に50%以上の成果が得られている.【線形誘電率の定量計測の確立】はおおむね目標を達成しており,次の当面の最重要課題は【表面形状アーティファクトの補正方法の開発】である.この目標に向けて,今後シミュレーション条件と同じ表面形状を有するテストサンプルを作製し,信号強度についてシミュレーション計算と実測結果が一致するかを検証する.また,これを通じて,表面形状アーティファクト由来の信号強度変化と誘電率分布由来の信号強度変化の切り分けの可能性について模索する.もう一つの重要課題は【さらなる高分解能化】である.未検証項目である吸着水除去の効果や極細導電性探針の導入について検討する.【多様な測定対象への展開】についても,引き続き積極的にさらなる適用範囲の拡充を探求してゆきたい.本研究課題では,∂C/∂z-SNDM法の基礎を構築し,ナノスケール空間分解能で線形誘電率の分布の可視化及び絶対値計測が可能となる技術の確立を行うことを目的として,研究を遂行している.2018年度には,以下に示す成果が得られた.【線形誘電率の定量計測の確立】シミュレーションを用いて誘電率と∂C/∂z-SNDM信号強度の関係を明らかにした.また,シミュレーション結果がテストサンプル(酸化物積層膜)の実験結果と一致することを明らかにした.その結果,シミュレーションで得られる校正曲線ならびに基準試料を用いて,∂C/∂z-SNDM信号強度を誘電率に換算することが可能であることを明らかにした.【表面形状アーティファクトの補正方法の開発】補正方法の開発に先立ち,表面形状と信号強度との関係を,シミュレーション計算を通じて明らかにした.【測定条件の最適化と吸着水の除去,ならびに高調波信号検出法による高分解能化】高調波信号検出法により,測定探針側面からの寄与を低減し,高分解能化が可能であることを,酸化物積層膜テストサンプルを用いた実験結果,および,シミュレーションの双方より明らかにした.【多様な測定対象への展開】本手法を用いて,これまでの研究で多用してきた酸化物積層膜サンプルに加え,チタン酸バリウム系セラミックスなどの誘電率イメージングを実証し,その有用性を明らかにした.誘電率イメージングの範疇を超えて,半導体デバイス中のキャリア分布イメージングにも応用可能であることを明らかにした.本手法によって,従来のキャリア分布

イメージング法(∂C/∂V-SNDM)でしばしば問題となっていたコントラストリバーサルを回避することが可能となり,正しいキャリア分布を得ることが可能となった.【線形誘電率の定量計測の確立】シミュレーションで得られる校正曲線ならびに基準試料を用いて,∂C/∂z-SNDM信号強度を誘電率に換算することが可能であることを明らかにしており,当初の目標はおおむね達成したと言える.【表面形状アーティファクトの補正方法の開発】表面に凹凸があるときの信号強度のシミュレーション計算に着手しており,初年度の進捗としては上々と言える.【測定条件の最適化と吸着水の除去,ならびに高調波信号検出法による高分解能化】高調波信号検出法による高分解能化は実証できたので,一定の成果は得られたと言える.一方,吸着水の除去の効果については未実施だったので,今年度以降検証する予定.【多様な測定対象への展開】コンデンサ応用など工学的に重要なチタン酸バリウム系セラミックスへの適用可能性を実証できたことから,本手法の多様な測定対象への展開の可能性の一端を示すことができた.また,誘電体のみならず半導体デバイスへの適用可能であることも実証できた.本研究課題は3年間で実施する計画であったが,初年度を終えた現時点で既に50%以上の成果が得られている.【線形誘電率の定量計測の確立】はおおむね目標を達成しており,次の当面の最重要課題は【表面形状アーティファクトの補正方法の開発】である.この目標に向けて,今後シミュレーション条件と同じ表面形状を有するテストサンプルを作製し,信号強度についてシミュレーション計算と実測結果が一致するかを検証する.また,これを通じて,表面形状アーティファクト由来の信号強度変化と誘電率分布由来の信号強度変化の切り分けの可能性について模索する.もう一つの重要課題は【さらなる高分解能化】である.未検証項目である吸着水除去の効果や極細導電性探針の導入について検討する.【多様な測定対象への展開】についても,引き続き積極的にさらなる適用範囲の拡充を探求してゆきたい.本年度購入予定であった計算サーバーおよび電界研鑽ソフトウェアを保留としたため次年度使用額が生じた.当該製品は次年度に購入を持ち越す予定である.
男性ホルモン及び女性ホルモンの培養脂腺細胞に及ぼす影響についての研究

1.ハムスターの皮脂腺の組織片培養2.培養脂腺細胞の継代培養3.ホルモン投与4)エストロゲン投与これらの脂腺培地に交換し,37°C,5%co^2で6日静置する.4.細胞増殖,脂質定量,蛋白定量を検討結果1)DHEA10,100nM単独投与では,コントロールに比較して細胞数の有意なる上昇を認めた.(p<0.05),一方脂質量の上昇は見られなかった.2)DHEA+DHT10nM投与系では,DHEA10nM+DHT10nMでは,細胞数,脂質量共にコントロールと比べ有意なる高値を認めた(p<0.05).一方DHEA100nM+DHT10nMでは,脂質量は有意なる高値を認めた(p<0.05).細胞増殖に関しては高値は認めたが,有意差はなかった.これは細胞数がコンフルエントになってしまったためと推察する.3)DHEA前処理後DHT投与では,10,100nMにて細胞数,脂質量共にコントロールと比べ有意なる高値を認めた(p<0.05).4)エストロゲン投与では,コントロールと比べ,差異は無かった.以上より,これまで活性が弱いといわれていたDHEAが皮脂腺において強い作用を及ぼしている可能性が示唆された.DHT単独で細胞増殖は促進するが,脂質合成に関しては,DHTのprecurserとして働いている可能性が示唆された.1.ハムスターの皮脂腺の組織片培養5週齢の雄性ゴールデンハムスターの耳介部より採取した皮膚を細切りし,2.4U/mlディスパーゼ(合同酒精,東京)に4°C,14時間静置後,鑷子にて表皮を剥離し,皮脂腺の残った真皮より実体顕微鏡下で皮脂腺を単離する.こうして得られた皮脂腺をマイトマイシンC(Sigma)で処理した3T3細胞による支持細胞を用いて37°C,5%CO_2の条件下で培養する.2.培養脂腺細胞の継代培養3T3細胞を0.02%EDTA溶液を用いて除去した後,ほぼコンフルエントになった培養脂腺細胞を,0.02%トリプシンと0.02%EDTA溶液を用いてシャーレより剥離し,3T3細胞による支持細胞層を用いて,37°C,5%のCO_2の条件下で培養した.3.培養脂腺細胞の増殖に対するT,DHT,DHEA-Sの影響培養脂腺細胞を各35mmシャーレ(Falcon)に4×10^4個ずつ分注し,脂腺細胞培地を用いて37°C,5%CO_2の条件下で2日間静置培養する.その後10^<-12>10^<-5>-M T,DHT,DHEA-Sを含む脂腺細胞培地に交換し,37°C,5%CO_2で6日間静置培養する.現在1,2の皮脂腺の組織片培養及び継代培養までの手技の獲得は一応可能になったが,皮脂腺のみを単離する手技は難しく、更に培養でもコンタミネーションも起こしやすいため、量的に多種類のホルモンの影響を調べるまで確保することは,現時点で出来ていない.現在3のホルモンの影響について検討中であり,今後個々のホルモンを投与後の細胞増殖の測定を行う予定である.1.ハムスターの皮脂腺の組織片培養2.培養脂腺細胞の継代培養3.ホルモン投与4)エストロゲン投与これらの脂腺培地に交換し,37°C,5%co^2で6日静置する.4.細胞増殖,脂質定量,蛋白定量を検討結果1)DHEA10,100nM単独投与では,コントロールに比較して細胞数の有意なる上昇を認めた.(p<0.05),一方脂質量の上昇は見られなかった.2)DHEA+DHT10nM投与系では,DHEA10nM+DHT10nMでは,細胞数,脂質量共にコントロールと比べ有意なる高値を認めた(p<0.05).一方DHEA100nM+DHT10nMでは,脂質量は有意なる高値を認めた(p<0.05).細胞増殖に関しては高値は認めたが,有意差はなかった.これは細胞数がコンフルエントになってしまったためと推察する.3)DHEA前処理後DHT投与では,10,100nMにて細胞数,脂質量共にコントロールと比べ有意なる高値を認めた(p<0.05).4)エストロゲン投与では,コントロールと比べ,差異は無かった.以上より,これまで活性が弱いといわれていたDHEAが皮脂腺において強い作用を及ぼしている可能性が示唆された.DHT単独で細胞増殖は促進するが,脂質合成に関しては,DHTのprecurserとして働いている可能性が示唆された.
ロックオン型レーザ局所加熱法による材料組織情報の書き込み・読み出し技術の開発

本研究では、組織情報の抽出解析を行い、計算機シミュレーションの援用などにより選択成長の対象となる結晶粒を選定し、それら結晶粒にレーザを照射することにより熱エネルギーを集中させて、設計した組織状態を得るためのシステムを構築し、実際に組織プログラムが可能であることを実証することを目的とした。この目的達成のため、直径数μm程度の領域にレーザ光をロックオン集光し、その領域のみを加熱する局所加熱システムを独自に設計・製作した。本システムでは試料を水平に設置した電動ステージ上に固定し、その試料表面に対して鉛直にレーザ光を集光・照射できるようになっており、さらにノマルスキー型プリズムを装備することで、システムが微分干渉顕微鏡として機能する。本機能により強度の腐食処理を行わずに結晶粒組織の確認ができる。また、レーザ照射位置を2次元走査できる機構を取り入れ、コンピュータ制御された電動で開閉する遮光板によってレーザ照射時間を任意に設定できる。冷間圧延した純アルミニウム板にレーザ局所加熱を施したところ、任意の位置に直径50100μm程度の再結晶領域を現出させることに世界で初めて成功した。さらに、再結晶処理を施した純アルミニウム板への照射実験では、照射位置を中心とする限定的な領域において優先的な粒成長現象を発現させることにも成功している。本実験と並行して実施したコンピュータシミュレーション実験では、再結晶状態で周囲の結晶粒よりも2倍程度の大きさに局所成長させた粒はその後の均一温度場での加熱により優先的に成長することが示され、その結果は本システムにより創出される特異な組織状態が多結晶組織の制御に新たな展開をもたらすことを示唆している。なお、純アルミニウム以外に、純チタン板についても実験を行い、プログラム上において実験者が指定した通りにレーザ光をチタン基板表面に集光・照射できることを実証した。ファイバーレーザーを用いて数十ミクロンの局所領域に熱エネルギーを集中させて局所加熱を施すシステムの構築を行った。IPG製の最大出力100Wのファイバーレーザーを導入し、自作の光学系に組み込んで、冷間加工した純アルミニウム板への照射実験を行った。試料表面位置におけるレーザ光は20μm程度まで絞り込むことができることを実験により確認し、実際に照射した試料表面の形状変化からもこの程度の集光範囲であることの傍証も得ている。レーザパワーが30Wの場合、20秒間の照射により表面近傍に溶融部と溶融金属の吹き出しにより形成されたと思われるクレーターが現れた。この試料に機械研磨を施し、クレーター底部がわずかに残る位置で組織観察を行ったところ、照射位置を中心にして同心円状に粗大な結晶粒が存在することをEBSP法で確認した。資料は冷間加工材であるので、周囲の組織状態は加工組織のままであるが、レーザ照射影響領域だけが粗大結晶粒組織となっていた。この実験結果より、本年度構築した局所加熱システムは設計されたとおりの機能を示しており、局所熱処理が従来の均一加熱法とは全く異なる組織を創り出すことに大きく寄与できることを意味する。レーザ加熱実験と並行して特異な組織状態を創り出すことを目的とした摩擦攪拌処理実験を行った。供試材は5083アルミニウム合金板である。摩擦攪拌処理部は10μm以下の微細結晶粒組織で構成されており、その平均結晶粒径は入熱量の増大とともに増加することを実証した。種々の攪拌処理条件にて得た試料の組織を高温安定性という観点から評価したところ、773K以上の温度域では摩擦攪拌部において異常粒成長が発現することを見出した。すなわち、本加工法は結晶粒微細化効果に加えて、高温環境における組織粗大化発現のための組織情報を材料に書き込む効果も持ち合わせていることがわかった。レーザー光の焦点位置での集光径を実測値で約5ミクロンまで小さくするシステム改良を行った。

改良型レーザー照射システムを用いて、工業用純アルミニウム(A1050-H24)、高純度アルミニウム(99.99%)ならびにAl-3mass%Mg合金の3種類の板材に対する局所加熱実験を施した。冷間圧延材についてはいずれの材料においても100ミクロン径以下の領域に再結晶粒組織を作り出せることを確認した。これら再結晶粒は体積的優位性を保ったまま、その後の均一温度場での追加焼鈍においては他の再結晶粒に侵食されることなく成長を続けることを確認した。すなわち、本法は任意の位置に再結晶粒を作り出せて、それら再結晶粒が均一焼鈍処理において優先的に成長し、通常の熱処理法では得られない結晶方位分布を実現できることになる。粒成長は高純度アルミニウムでは制御できないほど短い時間で粗大化が生じたが、Al-3Mg合金になると、単一結晶粒の優先成長は実現できなかったが、100200ミクロン径程度の円形領域内での優先粒成長現象を世界で初めて実現できた。局所組織状態を制御・変化させることを目的として、摩擦攪拌接合実験を実施し、2024-T3アルミニウム合金板の局所領域における組織状態の特徴を調べた。結晶粒径の効果的な減少効果に加えて、析出物の存在状態の変化を反映した硬さ分布の変化を確認することができた。SEM-EBSP解析の結果、攪拌領域の一部に層状に方位分布が変化する領域が存在することを発見した。この領域への局所加熱は摩擦攪拌処理により作り出された特異な組織をさらに助長する効果があると考えられ、本研究で目指している局所状態に組織情報を書き込む技術開拓のための重要な基礎的知見であると考えている。本研究では、組織情報の抽出解析を行い、計算機シミュレーションの援用などにより選択成長の対象となる結晶粒を選定し、それら結晶粒にレーザを照射することにより熱エネルギーを集中させて、設計した組織状態を得るためのシステムを構築し、実際に組織プログラムが可能であることを実証することを目的としている。そのため、本年度は、直径数μm程度の領域にレーザ光をロックオン集光し、その領域のみ加熱する局所加熱システムの設計および製作を中心に行った。試料を水平に設置した電動ステージ上に固定し、その試料表面に対して鉛直にレーザ光を集光・照射できるシステムを構築した。本システムはノマルスキー型プリズムを装備することができ、その結果、システムが微分干渉顕微鏡として機能する。本機能によって、昨年度と比べ、腐食処理を行わずにそれぞれの結晶粒の判別が行いやすくなった。本システムは、その機能以外に、レーザ照射位置を2次元走査できる機構を取り入れた。本機構は、コンピュータ言語を用いて新たに作製したプログラムによって実現した。本プログラムは、GUI(グラフィカルインターフェイス)を取り組むことによって視覚的に操作できるようになっている。さらに、本プログラムを用いて電動で開閉する遮光板を制御することによってレーザ照射時間を制御できるようにした。本システムを用いてチタン基板上へのレーザ照射実験を行った。
大動脈解離の分子病態メカニズム解明：ＩＬ－６によるマクロファージ分化制御

マクロファージ特異的にIL-6系シグナルを亢進したmSOCS3-KOでは、アンジオテンシンIIによる大動脈の中膜損傷が解離に進展した。解離前の大動脈において、mSOCS3-KOでは野生型より細胞増殖・炎症応答関連遺伝子の発現が亢進していた。マクロファージ分化解析から炎症性M1比率の増加がmSOCS3-KOの解離の一因と考えられた。ヒト解離組織では、外膜や外側中膜でマクロファージのIL-6系シグナルと細胞増殖シグナルの亢進が見られた。以上より、マクロファージIL-6系シグナルの過剰活性が解離進展を起こすことが示された。今後は、マクロファージ分化制御に着目して解離病態のメカニズム解明を進める。大動脈解離は大血管が破綻する致死的疾患であるが、病態の分子メカニズムはほとんど不明である。我々はマウス大動脈に負荷をかけて発症する顕微鏡的解離が、マクロファージ特異的にIL-6系シグナルを亢進したマウス(マクロファージ特異的SOCS3ノックアウトマウス: mSOCS3-KO)では肉眼的解離に増悪することを発見した。無処置の大動脈から顕微鏡的解離までの4段階の大動脈で発現している遺伝子を解析したところ、野生型と比較しmSOCS3-KOでは顕微鏡的解離を発症する前から細胞分裂に関わる遺伝子群の発現が亢進し、顕微鏡的解離発症後は炎症応答にかかわる遺伝子群の発現が亢進していた。さらに、遺伝的ヒト解離の原因として血管平滑筋の収縮タンパク異常が知られているが、負荷を与えたmSOCS3-KOで収縮タンパクの発現抑制が見られた。このことより、組織学的に炎症細胞の集積が見られる顕微鏡的解離より以前に、mSOCS3-KOでは大動脈負荷によって解離が増悪する素地が形成されると考えられた。大動脈負荷に反応して細胞増殖を始める細胞種を明らかにするため、免疫蛍光染色による解析を進めている。当該年度は平成25年8月1日から平成26年3月31日まで産前産後休暇を取得したため実質4ヶ月間の研究期間となった。この間に新たなモデルを作成し、細胞周期S期に取り込まれるBrdUを投与した。このモデルから大動脈を摘出してBrdUを染色してコントロールと比較することで、大動脈負荷によりどの細胞種で細胞分裂が亢進したかを明らかにすることができる。我々はマクロファージ特異的にIL-6系シグナルを亢進したマクロファージ特異的SOCS3ノックアウトマウス: mSOCS3-KOにアンジオテンシンIIを投与するとヒト解離をよく再現するモデルができる(Ang IIモデル)ことを発見し、解離発症メカニズムに注目して研究を行ってきた。その中で、野生型でも軽微な解離を発症していることがわかり、mSOCS3-KOで見られる解離は軽微な解離から重症化している状態であることを突きとめた。つまり、マクロファージIL-6系シグナルは解離発症ではなく解離の重症化に関与することを見いだした。・局所マクロファージに対するmSOCS3-KOの影響軽微な解離で組織学的に野生型とmSOCS3-KOを比較するとマクロファージの浸潤、IL-6系シグナル活性化は同程度で、期待したような組織的相違は見られなかった。浸潤したマクロファージの機能分化を調べるため、免疫染色での染め分けを試みたが適切な染色が困難で評価するまでに至らなかった。そこで生体からの摘出大動脈を用いたフローサイトメトリーをプロトコール確立から施行し、mSOCS3-KOでは炎症性マクロファージが、野生型では抗炎症性マクロファージが増加しているという結果を得た。これにより解離増悪の原因にマクロファージの機能分化が関与していることが示唆された。無処置の大動脈から軽微な解離までの4段階の大動脈組織で野生型とmSOCS3-KOの遺伝子発現を比較した。アンジオテンシンII刺激により、mSOCS3-KOでは早期から炎症応答に関わる遺伝子発現が亢進しており、筋収縮・細胞接着に関わる遺伝子発現が抑制されていることがわかった。これらの変化と解離との関連についてはさらなる解析が必要である。大動脈解離は中膜が突然破断し死に至る重篤な疾患で、病態の分子メカニズムはほとんど不明である。マウスにアンジオテンシンIIを投与すると顕微鏡的中膜損傷を生じ、IL-6下流シグナルであるSTAT3の活性化が見られる。

我々は、マクロファージ特異的にIL-6系シグナルを亢進したマクロファージ特異的SOCS3ノックアウトマウス(mSOCS3-KO)ではアンジオテンシンIIによる顕微鏡的中膜損傷が大動脈解離に進展すること、それにはマクロファージの炎症性M1への分化亢進を伴うことを発見した。また、野生型と比較しmSOCS3-KOでは解離発症前から細胞増殖に関わる遺伝子群と炎症応答にかかわる遺伝子群の発現が亢進することを明らかにした。さらに、遺伝的ヒト解離の原因として血管平滑筋の収縮タンパク異常が知られているが、アンジオテンシンII投与後のmSOCS3-KOでは収縮タンパクの発現抑制が見られた。これらのことから、解離の要因としてマクロファージと血管平滑筋の機能分化、それに伴う細胞分裂があると推測された。そこで蛍光染色により増殖期にある細胞種の特定を試みた。BrdUによる評価では血管平滑筋と浸潤細胞でBrdU取り込みが見られ、mSOCS3-KOでより亢進していた。現在、イメージングサイトメトリーによる詳細な比較を行っている。ヒト解離組織を用いた検討にも着手した。免疫蛍光染色での解析によると、解離部位では外膜に多くのマクロファージ浸潤とSTAT3活性化を認め、中膜においてもより外膜に近い部位でSTAT3活性化が亢進していた。すでに多症例のサンプルを採取しており、細胞増殖シグナルの分布なども含めて解析を重ねる方針である。大血管外科本年度は産前産後休暇の取得により研究期間は実質4ヶ月であったが、平成26年度まで研究期間を延長し4月1日より復帰しすでに実験を再開している。延長した期間内には当初の研究計画を実施できる。申請当初はmSOCS3-KOでのみ解離を発症すると考えており、発症メカニズムを解明する目的で本研究を開始した。発症メカニズムがわかれば理論上は解離の予防が可能になるが、患者数が少ないため対象者特定や予防効率の面から臨床応用までのギャップが少なからず存在した。発症メカニズムについて研究を進める中で野生型にもAng IIによる軽症解離が存在することがかわり、mSOCS3-KOで見られる解離は軽症解離から重症化したものであることが判明した。このことから本モデルは解離重症化モデルであると考え、重症化メカニズム解明に重点をおいた研究に方向転換した。ヒト解離でも保存的治療後や術後に解離腔を残した症例で慢性期に重症化し外科的治療を要することがある。これまでは重症化メカニズムが不明のため予後を予測する方法も治療的介入方法もなかった。本研究により重症化のメカニズムが明らかになれば、末梢血単球・マクロファージのIL-6シグナルモニタリングによる病態診断法開発への応用などが期待され、期を失することなく適切なタイミングで適切な治療を提供することが可能となる。また次年度の計画により解離の重症化抑制の可能性が示されれば、すでに他疾患で臨床応用されているIL-6受容体中和抗体を用いた解離安定化療法へと治療の選択肢が広がる。解離は突然死の症例を除けばほぼ確実に医療機関を受診することから対象者の特定も可能である。本研究で予想外にも増悪メカニズム発見の糸口がつかめたことは、臨床応用を目指す立場として当初の計画以上に進展していると言える。大動脈負荷により解離が増悪するmSOCS3-KOでは、肉眼的解離に先立って、大動脈組織で細胞分裂、炎症応答が亢進していることが分かった。また、血管平滑筋の収縮タンパク合成に関わる遺伝子発現が抑制されていた。前年度の研究ではmSOCS3-KOではマクロファージが炎症性マクロファージに機能分化していることを明らかにした。
ロボットと拡張現実手法を融合したテーブルトップ協調学習支援環境の構築と評価

提案システムでは、ロボットプログラミングに不慣れな学習者が、プログラミングの詳細な知識を取得することなく簡単に物理世界でのコンテンツ作成を行える。さらに、物理的なロボットによる3次元的な表現を可能にするため、従来の2次元的な移動が可能なロボットを拡張し、高さ方向の変位が可能なロボットを新たに開発した。評価実験では、交通シミュレータやテーブルトップとロボットを用いたゲームデザインなどのタスクを通して、提案システムの有用性を評価した、さらに、都市計画問題への応用や3次元ユーザインターフェイスへの展開についての検討を行い、今後の研究課題を明らかにした。学習活動そのものに動機づけられ没入できる環境が、学習支援にとって重要であり、学習効果を高めることができるという指摘がなされている。本研究では、学びたい知識、明らかにしたい減少を学習者自身が決め、それらをシミュレーションを通して学習者自身で容易に試すことができる環境の構築を目指している。テーブルトップ上に複数の小型ロボットを導入し、物理世界と仮想世界を融合した新しい協調学習支援環境を提案することを目的として研究を進めてきた。具体的には、環境問題、都市計画等の学習、物理現象を題材とした理科学習、クリエイティブな実世界型コンテンツ制作支援等を他者と協調しながら容易に行える環境を実現することである。今年度は、学習者自身が容易に学習コンテンツを構築できる手法の提案とその評価を行った。指ジェスチャを用いた直感的なロボットプログラミング手法を開発し、プログラミング経験の少ないユーザが参加する実験を通して、容易に学習コンテンツ構築を行えるかどうかを検証した。特に、物理的なロボットと仮想的なアイテムの組み合わせによって生じるユーザインタフェース上の問題を明らかにするとともに、どのようなデザインが望ましいのかについて検討を行った。実験を通して得られたいくつかの課題等を踏まえ、提案システムの機能的な改良を進めた。これらの研究成果は、ヒューマンコンピュータインタラクションや学習支援関係の国内外の学会等で発表された。平成23年度は、システム機能の高度化を目的としたシステム開発を中心に研究を進めた。具体的には、以下の項目の通りである。・コンテンツ構築支援機能の充実:提案システムではロボットプログラミングに不慣れな子どもでも簡単に物理世界でのコンテンツ作成を行えることを目指している。そのため、typingによるプログラミングでなく、タンジブルなロボットや物理的なオブジェクトを用いたプログラミングを行えるにするための機構を組み込んだ。さらに、パイロットスタディを通して、それらの機能についての検証を進めた。具体的は、交通シミュレータやテーブルトップとロボットを用いたゲームデザインなどのタスクを通して、どの程度容易にコンテンツ生成が可能かを評価した。・物理的なロボットの3次元的な機能拡張:物理世界でのロボットを対象とする場合、従来の2次元的な表現を拡張し、3次元的な表現を可能にすることによって、コンテンツ生成の可能性がさらに広がると考えられる。そこで、従来の2次元的な移動が可能なロボットを拡張し、高さ方向の変位が可能なロボットを新たに開発した。そして、そのロボットを用いたコンテンツ表現として、都市計画問題への応用や3次元ユーザインターフェイスへの展開について検討し、プロトタイプシステムを作成した。これらのシステム開発に加え、今年度は実験実施に向けて実験協力校の教員との議論を行った。そして、次年度の実験に向けての準備や手順を確認した。本研究では、直感的な操作が可能なテーブルトッププラットフォームと複数の小型ロボットを用いることにより、物理世界と仮想世界を融合した新しい協調学習支援環境を提案した。環境問題、都市計画等の学習、物理現象を題材とした理科学習、クリエィティブな実世界型コンテンツ制作支援等への適用を試みた。直感的なロボットプログラミング手法を実装し、学習者自身が学習コンテンツや芸術的な作品を制作できるための支援環境を構築した。本研究の成果は、システム開発とその評価から構成される。提案システムでは、ロボットプログラミングに不慣れな学習者が、プログラミングの詳細な知識を取得することなく簡単に物理世界でのコンテンツ作成を行えることを目指している。そのため、キーボードを用いたタイピングによるプログラミングでなく、タンジブルなロボットや物理的なオブジェクトを用いたプログラミングを行えるようにするための機構を組み込んだ。パイロットスタディを通して、それらの機能の効果についての検証を進めた。システムの構築について更なる検討を加え、学術的にも実用的にも有意義な課題を発見、追及できた。また著名な学会等での論文発表を行うことができた。25年度が最終年度であるため、記入しない。これまでに構築したシステムを小学校等で利用、評価するための実践的な計画を立てている。現在、現場の教員との議論を進めているところであり、研究推進に当たっての大きな問題はない。