hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
面性不斉エノラートを経由した不斉合成を基盤とする生理活性天然物の全合成研究

有用な生理活性天然物合成で鍵となる面性不斉エノラートを経由する分子内不斉共役付加反応及び分子内不斉アルキル化反応を詳細に検討した。その結果、分子内不斉共役付加反応ではマイケルアクセプターが、分子内不斉アルキル化では、エノラート及び求電子側鎖の隣接位にある芳香環上の置換基がそれぞれ生成物の収率及び光学純度に重要な役割を果たすことが分かった。面性不斉エノラートを経由する不斉反応を鍵段階に用いるsilvestrolの全合成を目的に研究を展開した。現在までに申請者は面性不斉エノラートを経由する不斉分子内アルキル化反応が高収率、高立体選択的に進行することを見いだしている。しかし、silvestrolはベンゾフラン環に五員環が縮合したタイトな構造を有していることから、分子内環化反応による合成ルートでは工程数が多く効率的な合成は困難であると考えられた。そこで、分子内共役付加反応を用いるルートを考案した。本ルートではベンゾフランのC(2)位に側鎖を導入可能であることから、それを足掛かりとして五員環部の構築が可能である。そこのため、分子内アルキル化反応による合成ルートより効率的である。しかし、面性不斉エノラートを経る共役付加反応に関する知見は研究当初皆無であったことから、本反応における反応条件の最適化を行うこととした。分子内アルキル化反応で最良の結果を与えた条件(塩基にナトリウムヘキサメチルジシラジドを用いテトラヒドロフラン中、-78°C)で反応を行ったところ環化体は得られるものの収率及びジアステレオ選択性は中程度であった。そこで、種々条件検討を行ったところ、塩基にリチウムヘキサメチルジシラジドを用いることで収率及びジアステレオ選択性が向上することを見いだした。さらなる収率、ジアステレオ選択性の向上を目指し、マイケルアクセプター部をジエステルとした基質で反応を行った。その結果、所望の環化体が収率60%、ジアステレオマー比16:1で得られた。このとき、主生成物の光学純度は78%eeであった。分子内アルキル化反応では、芳香環上の置換基が光学純度に多大なる影響を与えることが判明している。共役付加反応に用いた基質は芳香環上に反応点以外の置換基が無いにもかかわらず不斉誘導が起こった。これは、分子内環化反応に比べ分子内共役付加が速いためであると考えられる。面性不斉エノラートを経由するsilvestrolの全合成を目的に研究を行った。鍵反応として、分子内Dieckmann反応と分子内共役付加反応を用いる2つの合成ルートを考案した。C-O軸性不斉エノラートを経由する不斉反応では、芳香環上の置換基が光学純度に多大な影響を与えることが判明している。特に、分子内アルキル化ではフェノール性水酸基の隣接位に置換基が必要である。しかし、分子内共役付加反応では、無置換の場合でも不斉誘導が可能である。そこで、初めに、silvestrol合成に必要な官能基を有する基質を用いて分子内共役付加反応を行った。基質は、2,4,6-トリヒドロキシ安息香酸(1)から6行程で合成したクマリン誘導体と、アニソールから5行程で合成したキラルα-ヒドロキシエステル2との光延反応により合成した。この基質に対し、塩基にナトリウムヘキサメチルジシラジドを用いTHF中、-78°Cで1時間反応を行った。しかし、所望の環化体は全く得られず、原料の分解物及び原料が回収されるのみであった。これは環化反応によって形成される6,6,5員環からなる三環性化合物のエノラートが環歪みのため不安定なためであると考えられる。そこで、現在他の塩基及び溶媒の効果について検討中である。一方、1から4行程で合成した基質3を用いてDieckmann反応についても条件検討を行った。即ちLDAを用いTHF,-78°Cにて2時間反応を行ったところ、所望の環化体が39%で得られた。尚、Dieckmann反応における隣接位置換基効果については十分な検討が為されていない。そこで、置換基効果の一般性に関しても同時に検討中である。また、不斉誘導が十分でない場合を考慮し、隣接位にトリメチルシリル基を有する基質合成のルート開発も同時に行っている。
緊急時のリスクコミュニケーションを効率化するための安全教育方法の開発

110番通報の正確性と迅速性を高くするために、警察官と市民に共通基盤を形成することの効果を検討した。(1)通報要領の事前学習、(2)通報経験で共通基盤の有無を操作し、通報の成否に差があるかを検討した。その結果、通報要領の事前学習だけでなく、通報経験を行うことが有効であることが示唆された。実験状況を現実場面に更に近づけるため、事件発生状況に関する4つの動画(3D-CG)を作成するとともに、現役の通信司令官にインタビュー調査を行い、手続きの改良を重ねた。また、通報経験を安全教育として実施する方法も検討した。最後に、市民を対象としたWeb調査も行い、本研究の知見の一般化可能性を検討した。平成27年度は,当初予定通り,通報手順の共通基盤を形成することの効果について検討を行った。具体的には3大学の学生を対象に,90分間の授業において,警察官および通報者の各役割を体験してもらい,両者に通報手順を与える共通基盤あり群と,警察官や国のみ通報手順を与える共通基盤なし群のパフォーマンス(通報の正確さ,迅速さ)を比較した。また通報体験をすることによっても共通基盤を形成することができるため,初回通報時と2回目の通報時のパフォーマンスも比較した。分析の結果,聴取手順を与えることだけでは効果を抽出することはできず,通報体験が効果を生じさせることが明らかになった。この結果は,警察官役が使用する聞き取りシートを変更した際,刺激の提示順序を変更した際,地理情報を変更した際にも安定して確認された。以上の結果は,全国のいくつかの都道府県警察のホームページ等に見受けられる「110番通報の手順」の提示による啓発だけでは十分ではない可能性を示唆し,通報体験による学習の有効性を示すものであると考えられる。以上の成果をまとめ,論文投稿を行い,現在審査中である。また,本研究にかかわる過去の研究成果についても,論文投稿と査読対応を行った。その作業に多くの時間を要したが,本年度中にジャーナルに掲載された。平成27年度は,上記のとおり,当初予定通りに通報手順の共通基盤を形成することの効果について検討を行い,研究成果を論文にまとめて投稿することができた。当初予定では,実験刺激についてもイラストから動画へと変更を行うことを計画していたが,システム開発会社の担当者と打ち合わせたところ,申請時には考えていなかった問題が生じた。具体的には,道路上で撮影をするには警察の許可が必要であり,申請に時間を要すること,撮影に際して役者の怪我や心的負担に配慮することなどの問題が考えられた。一方,全国の都道府県警察の広報資料として,ひったくりの予防啓発に関する動画が多く存在することも明らかとなった。よって,これらの動画をうまく活用する方法がないか,現在確認中である。平成28年度は、計画通りに、これまでの研究成果をふまえて大学生向けの教材開発を行い、学習効果の検討を行った。教材開発にあたっては、2つの点に留意した。第一に、これまでの研究では事件発生状況をイラストで表示していたが、動画(3DーCG)を製作することによって、現実場面との乖離を少なくすることを試みた。第二に、警察本部の通信指令室の110番通報の受信方法が、時代の変化とともに変化している可能性があると考え、5年ぶりにインタビュー調査を行い、現状の確認とこれまでの研究成果に基づく情報交換を行った。調査の結果、聴取する情報に優先度(絶対3要素など)があること、発生場所の確認に特に時間を要していること、現在地認知システムを用いて場所の特定が可能なことなどが明らかとなった。この結果をふまえ、聴取方法や聴取結果の採点方法を変更した。新たに作成した教材を2つの大学で使用し、教育効果の検討を行った結果、イラストと比較して、動画を使用した通報訓練は、大学生にとって非常に難しい課題であると認識されやすく、エラーも多く生じることが確認された。動画は2種類製作したが、1つは単独犯、もう1つは複数犯であり、周辺状況を含め、情報の複雑さに差があったため、純粋な訓練効果を抽出することは困難であった。来年度、情報の複雑さをそろえた動画を新たに作成し、そのうえで改めて学習効果の検討を行うことが必要である。このような事情から、来年度は他校種での教育効果を検討する予定であったが、引き続き大学において丁寧な検証を重ねることにしたい。昨年度の研究成果については、応用心理学研究に投稿し、査読の過程を経て採択された。研究成果を学会や査読付き論文で発表すること、研究成果を用いて警察本部の通信指令室の警察官と情報交流を行い、その内容を実験に反映させること、新たに教材を作成すること、作成した教材を用いて学習効果を検証することは、いずれも予定通りに順調に進展している。最終年度は,前年度までに作成した動画素材を用いた教育実践を繰り返し行った。また,これまでの成果をまとめた論文が,査読過程を経て受理された(応用心理学研究,43巻)。学会の年次大会においても,本研究から得た知見を積極的に公表し,関連領域の研究者と意見交換を行い,更なる研究のヒントを得た(日本心理学会第81回大会)。併せて,2つの新しい研究を行った。第一に,昨年度までの動画素材では,ひったくり犯罪のみを扱ってきたが,知見の一般化可能性を検討するためには,他の場面についても検討を行うことが必要であった。

そこで,研究協力者の心理的負荷に配慮しつつ,日常的に発生しうる状況として,当て逃げ(物損事故)とひき逃げ(人身事故)の動画を新たに作成した。また,この新動画を用いた研究実践を行い,問題点をまとめて動画を修正し,再度,別の協力者に対して研究実践を行った。第二に,これまでの研究は主に大学生を対象としており,実社会の中で実際にどのような問題が生じているのか,これまでに得た知見が実社会においてもあてはまるのか等を確認することができていなかったため,一般成人(500名)を対象としたインターネット調査を行った。この調査では,通報経験(回数,内容),通報結果の成否(例:うまく通報できたと思うか),通報に関する知識(例:通報要領,現在地認知システム),うまく通用できなかった場合の理由,今後の通報意図等を測定した。この結果については,研究開発期間終了後も引き続き分析を行い,学会等で発表する予定である。研究期間全体の中で作成した動画素材は,今後も申請者の勤務する大学等において,教育実践に活用する予定である。また,研究成果は研究期間終了後も引き続き,学会や雑誌を通じて世の中に発信していく予定である。110番通報の正確性と迅速性を高くするために、警察官と市民に共通基盤を形成することの効果を検討した。(1)通報要領の事前学習、(2)通報経験で共通基盤の有無を操作し、通報の成否に差があるかを検討した。その結果、通報要領の事前学習だけでなく、通報経験を行うことが有効であることが示唆された。実験状況を現実場面に更に近づけるため、事件発生状況に関する4つの動画(3D-CG)を作成するとともに、現役の通信司令官にインタビュー調査を行い、手続きの改良を重ねた。また、通報経験を安全教育として実施する方法も検討した。最後に、市民を対象としたWeb調査も行い、本研究の知見の一般化可能性を検討した。投稿中の論文については,23か月のうちに査読結果が返ってくる予定であるため,結果を踏まえて対応を行う。実験刺激の変更については,いくらか時間を要するため,作業を継続することと並行して,従来のイラストを用いた方法についても研究を継続し,知見の一般化可能性について検討を行う。研究実績の概要欄にも記載したが、動画を使用した実験は想像以上に難しく感じられるようであった。授業の中で110番通報の難しさを体感してもらうことは良いことであると考えるが、必要以上に難しさを感じさせてしまうことは、実際の場面での通報意図を低くする可能性があり、望ましくない。そのため、イラストを使用した実験でこれまで行ってきたような、90分の授業で完結する内容ではなく、複数回に分けて、効力感が高まるような働きかけをすることが必要なのではないかと考えている。例えば、1回目の実験では、目撃情報の偽記憶に関する学習を行い、その内容を踏まえて2回目の実験で会話に関する学習を行う方法が考えられる。または、練習課題を行った後、本課題を行う方法も可能であろう。いずれにしても、実験手続きの見直しを行ったうえで改めて学習成果の検討を行う予定である。安全教育動画教材を作成するための費用を計上していたが,上記のとおり,システム開発会社の担当者と打ち合わせをする中でいくつかの問題が確認された。従って,今年度中に計上することができなかった。今年度は3D-CGの動画作成と実験の実施に多くの時間を費やした。
3Dプリンタによる腹部内臓動脈瘤の血管モデル開発～最適な塞栓術を目指して～

本研究は、カテーテル治療のための内臓動脈瘤の血管モデルを3Dプリンタで作成し、手術前のシミュレーションや学生や若手医師への教育、患者さんへの説明への利用を目的としている。前年度では、臨床画像のDICOMデータから血管データだけを抽出し、STLデータに変換し、ブロック内に血管データを差し引くことで、細く蛇行した中空構造を再現した血管モデルが作成できることを確認した。ただし、ブロック内の中空構造に実際にカテーテルやワイヤーを挿入した際に、外部からの視認性が悪く、シミュレーターとして使用するには、不十分と思われた。作成した血管モデルで使用している素材が着色してるために、内部が透見しにくいことが原因であった。それを改善させるために、ブロック内に血管構造を再現するのではなく、可能な限りブロックを削り、できるだけ中空の血管構造の壁を薄くすることで、透見できるようにデータの改良を行った。また単に壁を薄くするとモデルの安定性が悪くなってしまうために、土台部分は残すようなデータの加工ができ、この点は3Dプリンタで作成するメリットと思われた。また、より大きなモデルを作成できるように、研究共同者の株式会社リコーが自社製の3Dプリンタの改良を行った。この改良が成功すると肝臓サイズの造形も可能になる見込みである。第104回北米放射線学会に参加して、3Dプリンタの研究発表を公聴するとともに、3Dプリンタメーカーのブースで最新の情報を得ることができた。研究共同者の株式会社リコーの3Dプリンタの改良時に様々な問題が見つかり、根本的な改良が必要となった。自社製のオリジナルの3Dプリンタであったため、改良が終わるまで、モデルの作製ができなくなってしまったため。平成31年度は、長期間にわたった株式会社リコーの3Dプリンタの改良が終わり、再度血管モデルを作成できる状態となっている。ブロックより壁を薄くした血管モデルのデータで実際にモデルを作成し、内部の透視性などの検証をおこなう予定である。今度の方向性として、一つ目は、血管モデルの精度を高めて、実際の治療に近いシミュレーターとすることである。そのためには、透視性以外に、カテーテルを挿入した抵抗なども改善する必要がある。もう一つとしては、どのような症例に対して、血管モデルが有効かを検討していることである。例えば、小児の症例では、血管モデルでシミュレーションすることで、手技時間を短くすることが可能であり、被ばくの軽減ができるなど、メリットがあるのではないかと考えている。内臓動脈瘤のカテーテル治療のシミュレーターとして利用できるような血管モデルを3Dプリンタで作成するために、平成29年度は細く蛇行した血管形状を再現できる血管モデルの開発を行った。自施設の倫理委員会での承認を受けたのちに、臨床目的で撮影された画像のDICOMデータより、ワークステーションで血管の情報だけを抽出を行った。抽出された血管データ(DICOMデータ)を、3Dプリンタに対応したデータフォーマット(SLT形式)への変換を行った。さらに、CADソフトで、ブロック内に血管形状の空洞を再現したデータを作成した。そのデータを元に、共同研究をおこなっているRICHO株式会社の3Dプリンタで、ハイドロゲルを素材とした血管モデルの作成をした。作成できた血管モデルを、どの程度の末梢血管まで再現できているのか、柔軟性は適当かといった点を、視覚や触覚で確認し、その完成度を評価した。ハイドロゲルで作成することで、径1mm以下の蛇行した血管の形状を中空構造として再現できることを確認した。さらにカテーテルが挿入可能か、カテーテルを挿入した感触、カテーテルを動かすための潤滑油の種類、目視でのカテーテルの視認性、X線透視装置での視認性などの検討を行った。潤滑油にはサラダ油を用いることで、2.3Fマイクロカテーテルが深部まで挿入できることができ、モデル内に作成した動脈瘤の内部に金属コイルを留置することができることを確認した。脳動脈瘤や内腸骨動静脈奇形の血管モデルの作製を行い、その成果を第46回日本IVR学会総会で発表した。自施設の生命倫理委員会で承認を受けることで、臨床目的で撮影された画像データや設備が利用できるようになった。それにより高精細なデータと医療用ワークステーションを用いることで、血管モデル用のより精度の高いSTLデータを得られるようになっている。RICHO株式会社のハイドロゲルを用いた3Dプリンタを用いて、ブロック内に血管の形状を再現した中空構造を作成することが可能となっている。その精度は径1mm以下の蛇行した中空構造も再現でき、血管モデルの作製に適していることが確認できた。ただし、モデルに色素が沈着しているために、モデル内にカテーテルを挿入した際に、カテーテルがやや見にくいといった課題も認められた。これに関しては、素材の透明度を上げることである程度改善することができたが、血管モデルの構造を工夫することでさらなる改善を行う予定である。カテーテルを挿入した際にモデルとの摩擦により、深部に送りにくいといった問題も生じたが、サラダ油を潤滑油としてモデルの表面に塗布することである程度改善された。それでも実際のカテーテル操作の感覚とはずれを生じており、潤滑油の開発や素材の改良なども見直す必要がある。

ただし、ブロック内の中空構造に実際にカテーテルやワイヤーを挿入した際に、外部からの視認性が悪く、シミュレーターとして使用するには、不十分と思われた。作成した血管モデルで使用している素材が着色してるために、内部が透見しにくいことが原因であった。それを改善させるために、ブロック内に血管構造を再現するのではなく、可能な限りブロックを削り、できるだけ中空の血管構造の壁を薄くすることで、透見できるようにデータの改良を行った。また単に壁を薄くするとモデルの安定性が悪くなってしまうために、土台部分は残すようなデータの加工ができ、この点は3Dプリンタで作成するメリットと思われた。また、より大きなモデルを作成できるように、研究共同者の株式会社リコーが自社製の3Dプリンタの改良を行った。この改良が成功すると肝臓サイズの造形も可能になる見込みである。第104回北米放射線学会に参加して、3Dプリンタの研究発表を公聴するとともに、3Dプリンタメーカーのブースで最新の情報を得ることができた。研究共同者の株式会社リコーの3Dプリンタの改良時に様々な問題が見つかり、根本的な改良が必要となった。自社製のオリジナルの3Dプリンタであったため、改良が終わるまで、モデルの作製ができなくなってしまったため。平成30年度は内臓動脈瘤の塞栓術への臨床応用として、3Dプリンタで作成した動脈瘤の血管モデルを用いて、立体的な血管解剖、カテーテルの実際の動きを検討し、内臓動脈瘤のカテーテルによる塞栓術のシミュレーションを行う。そして、金属コイルなどの塞栓物質の費用の軽減や手技時間の短縮、患者さんの被ばくの軽減に有用かを検証する。結果をフィードバックし、血管モデルの完成度をさらに向上させる予定である。平成31年度は、長期間にわたった株式会社リコーの3Dプリンタの改良が終わり、再度血管モデルを作成できる状態となっている。ブロックより壁を薄くした血管モデルのデータで実際にモデルを作成し、内部の透視性などの検証をおこなう予定である。今度の方向性として、一つ目は、血管モデルの精度を高めて、実際の治療に近いシミュレーターとすることである。そのためには、透視性以外に、カテーテルを挿入した抵抗なども改善する必要がある。もう一つとしては、どのような症例に対して、血管モデルが有効かを検討していることである。例えば、小児の症例では、血管モデルでシミュレーションすることで、手技時間を短くすることが可能であり、被ばくの軽減ができるなど、メリットがあるのではないかと考えている。データを処理するパソコンとしては、国産メーカーのより安く高性能のパソコンを購入したために、価格を抑制できた。血管モデルの作製費用の予算計上を行ったが、本件度は共同研究のリコー株式会社のみで作成を行ったために、費用が発生しなかった。この予算については次年度において他の企業で血管モデルを作成するための費用とする。模型の作製については、共同研究者の株式会社リコーと一緒に行っているため、作製費用は生じていない。
メタボリックシンドローム病態における脂肪細胞-脳シグナル伝達破綻の分子メカニズム

レプチンのインスリン感受性亢進作用の一部が、骨格AMPキナーゼ(AMPK)活性化による脂肪酸酸化の促進を介する可能性が示唆される。しかし高脂肪食(HF)による肥満病態では、レプチンの骨格筋AMPK活性化能は消失し、糖代謝改善作用も認められない(Tanaka, et. al., Diabetes, 2005)。本研究では、中枢においてレプチンの下流に位置するメラノコルチン系に着目し、HF下で生じるAMPK活性化減弱のメカニズムの解明と薬物によるレプチン抵抗性克服法の探索を試みた。無麻酔下無拘束のマウス脳室内にレプチン、メラノコルチン受容体(MC3R/4R)作働薬MT-II、拮抗薬SHU9119を投与(ICV)し、骨格筋AMPK活性をリン酸化抗体によるWestern法により解析した。平成18年度の研究により、MT-IIICVがAMPKをレプチンと同程度に活性化すること、レプチンICVによるAMPK活性化はMC3R/4Rの阻害により顕著に減弱することが明らかとなり、レプチンの骨格筋AMPK活性化作用における中枢メラノコルチン系の重要性が示された。本年度(平成19年度)は、HF下飼育マウスに対するレプチンICVが骨格筋AMPK活性を変化させないのとは対照的に、MT-II ICVはHF下においても骨格筋AMPK活性を増加させることを明らかにした(Tanaka, et. al., Cell Metab, 2007)。本研究により、高脂肪食下で生じるレプチンの骨格筋AMPK活性化能の減弱は、MC3R/4Rより上流のシグナル伝達障害による可能性が強く示唆され、肥満に伴う糖脂質代謝異常の治療標的としての中枢メラノコルチン系の重要性が示された。脂肪細胞由来ホルモン、レプチンは摂食抑制作用とは独立した骨格均等脂質代謝亢進作用を有するが、レプチンの骨格筋代謝調節作用を担う中枢メカニズムの詳細は未解明である。一方AMPキナーゼ(AMPK)は細胞内エネルギー枯渇により活性化され、エネルギー消費系を抑制、脂肪燃焼等エネルギー産生系経路を亢進させる。近年、レプチンが交感神経系を介して骨格筋AMPKを活性化し、脂肪酸酸化を促進することが示された(Minokoshi et al. Nature 2002)。本研究では、骨格筋AMPK活性を生化学的指標として、レプチンの骨格筋代謝調節作用における中枢メラノコルチン系の意義を解析した。筋収縮によるAMPKの非特異的リン酸化防止のため予めマウス脳室内、背部皮下にカニュラを留置しこれらを通して薬剤や麻酔薬の投与を行った。無麻酔非拘束下のC57BL/6マウスへの3型/4型メラノコルチン受容体(MC3/4R)作働薬MT-IIの脳室内投与(ICV)は、骨格筋におけるAMPKおよびその標的、アセチルCoAカルボキシラーゼ(ACC)のリン酸化を有意に増加させた(リン酸化AMPKα/AMPKα比:69±19%増加P<0.05,リン酸化ACC:90±28%増加P<0.05,n=7)。一方、レプチンICVによるAMPK、ACCのリン酸化の亢進はMC3/4R拮抗薬SHU9119のICV共投与や、内因性MC3/4R拮抗物質Agouti蛋白を中枢神経系に異所性に発現するAyマウスにおいて減弱が認められた。以上より、レプチン-骨格筋AMPKシステムの少なくとも一部が中枢メラノコルチン系を介することが示された。次年度には、レプチンの骨格筋AMPK活性化作用が減弱したレプチン抵抗性モデルマウス(Tanaka et al. Diabetes 2005)を用いて、中枢メラノコルチン系の治療的意義を明らかにする。本研究により、高脂肪食下で生じるレプチンの骨格筋AMPK活性化

能の減弱は、MC3R/4Rより上流のシグナル伝達障害による可能性が強く示唆され、肥満に伴う糖脂質代謝異常の治療標的としての中枢メラノコルチン系の重要性が示された。
学校教育と学校外知識が科学リテラシーの形成に及ぼす影響についての日独比較研究

本研究の目的は、小・中・高校生において獲得されている科学リテラシーが、学校教育で得た知識と日常生活経験の中で得た知識とがどのような割合でどのような形で構成されているかを明らかにすることをである。そのためにはわが国だけの調査と分析では特徴が見出しにくいため、ドイツとの比較研究の形をとり、両国のデータを相対的に比較することにより鮮明な結果を導き出したいと考えた。その結果、問題はわが国に独自な問題であるのか、この時代に世界的に共通の問題であるのかについての認識が可能になると考える。本研究の具体的な研究内容は次の通りである。1.第1段階調査の設計と施行平成12年10月に全員による会議を開き第1段階調査の設計と今後のスケジュールについて検討した。調査は「栄養」「気圧」「金属」の3つの概念について、連想テスト、定義テスト、多肢選択テストの3種のテストからなる調査用紙を用いて行うこととした。調査問題はドイツ側で作成したものを日本語訳して同じテストを両国で行った。対象とする学年は小学校4/5学年、中学校2/3学年、高校2/3学年とし、各学年段階で各概念に対して100名程度に対して調査を行うこととし、調査校は地域が偏らないようにした。平成13年14月に調査を行った。2.第1段階調査のまとめと中間報告第1段階調査の結果をまとめ、平成13年7月に日本科学教育学会年会にて中間報告を行った。3.第2段階調査の設計と施行平成13年11月に全体会議を行い、第2段階調査として面接調査を行うことを決め、方法について検討した。調査は5、8、11学年相当の年齢の生徒に対して行い、人数は各学年段階各概念3名ずつ行うこととし、それぞれの国で少なくとも27名ずつ調査を行った。4.第2段階調査結果の分析と最終報告及び報告書の作成平成14年10月に第2段階調査のデータの分析方法について検討し、その後分析を行った結果を基に平成15年2月11日に最終報告会を開催した。また最終報告会での発表を基に報告書を取りまとめた。本研究の目的は、高校生及び大学生において獲得されている科学リテラシーが、学校教育で得た知識と日常生活経験の中で得た知識とがどのような割合でどのような形で構成されているかを明らかにすることをである。そのためにはわが国だけの調査と分析では特徴が見出しにくいため、ドイツとの比較研究の形をとり、両国の相対的な比較によってより鮮明な結果を導き出したいと考えている。本年度の具体的な研究内容は次の通りである。1.第1回全体会議3年間の研究スケジュールの確認と本年度の研究計画の策定、調査概念の決定、及び役割分担と年間スケジュールの確定。2.調査問題の作成ドイツ側研究分担者のG.Schaeferが中心となって問題を作成し、日本側ではシュテファン・カイザーが日本語訳の調整を行って問題用紙を作成する。3.調査の実施本年度調査する3概念「栄養」「気圧」「金属」について、小学校45年生、中学2年生、高校2年生の学年段階の生徒それぞれ100人程度、延べ900人を対象に日独でそれぞれ調査を実施した。

ドイツ側で問題の妥当性を検証するために、生徒を対象とした面接調査を行い検討を加えた。また、成人に対する調査の可能性を探るため、成人に対して対面で調査を行った。4.第2回全体会議本年度の調査データを持ち寄り、結果の報告と今後のとりまとめの方針を決定した。さらにこの調査結果をまとめて平成13年夏に中間報告することとし、そのための分担を決めた。また、データ分析をコンピュータ化するためにデータの入力形式を定め、平成13年4月中にデータを磁気ベースで共有できるようにすることにした。本研究の目的は、高校生及び大学生において獲得されている科学リテラシーが、学校教育で得た知識と日常生活経験の中で得た知識とがどのような割合でどのような形で構成されているかを明らかにすることである。そのためにはわが国だけの調査と分析では特徴が見出しにくいため、ドイツとの比較研究の形をとり、両国の相対的な比較によってより鮮明な結果を導き出したいと考えている。その結果、問題はわが国に独自な問題であるのか、この時代に世界的に共通の問題であるのかについての認識が可能になると考える。本年度の具体的な研究内容は次の通りである。1.中間成果報告7月の日本科学教育学会第25回年会で課題研究枠を得て、2日間にわたり前年度に行った調査結果の報告と討論を行った。2.第3回全体会議報告会の後でメンバーの全体会議を行い、今後の研究計画について打ち合わせを行った。それにより前年度の調査結果の裏付けと検証を、面接調査によって行うことに決めた。そのための調査問題の作成をG. Schaeferが行い、11月上旬にドイツにおいて次の全体会議を開いて、調査問題と方法を討議し、試験的に面接調査も行って方法を確定することに決定した。3.第4回全体会議ハンブルク郊外で、メンバーの全体会議を行った。面接調査の流れと調査事項を検討し、実際に学生を1名招いて試験的な面接調査を行い、方法上の問題点を確認し、修正行った。また、今後のスケジュールを検討し、調査問題の完成を12月までに行い、その後の面接調査は4月までを目途に実施する。実施人数は「栄養」「気圧」「金属」の各概念について、小学5年生2名、中学2年生3名、高校2年生3名をそれぞれの国において調査することとした。その後は、データの分析を行い10月に再度全体会で結果を考察すること、平成15年2月に日本で最終報告会を開催することを決定した。4.面接調査の実施ドイツ側はほぼ、全て日本側は全体の3分の1程度完了した。本研究の目的は、小・中・高校生において獲得されている科学リテラシーが、学校教育で得た知識と日常生活経験の中で得た知識とがどのような割合でどのような形で構成されているかを明らかにすることをである。そのためにはわが国だけの調査と分析では特徴が見出しにくいため、ドイツとの比較研究の形をとり、両国の相対的な比較によってより鮮明な結果を導き缶したいと考えている。その結果、間題はわが国に独自な問題であるのか、この時代に世界的に共通の問題であるのかについての認識が可能になると考える。1.面接調査の実施平成14年2月6月に日独両国で、第5学年、第8学年、第11学年の3学年で「栄養」「気圧」「金属」の3つの概念それぞれについて3人ずつ、合計27名の被験者に面接調査を行った。2.第5回全体会議
複数情報源からの異種データに対する統合的解析法

実環境で計測される異種情報源データから心身の健康に役立つ個性・心理指標を連続的に推測するための機械学習法の研究開発と実データによる評価を行った。まず、心身の健康に影響を与える因子として個々人の注意レベルと行動パターンに着目し、前者については聴覚SART実験時の脳波と生体信号の同時計測データから心電パルス間隔などの注意レベルに関連する特徴量を抽出し、後者については移動履歴データから行動パターンを効率的に推測するためのテンソル分解法を開発した。また、複雑な欠測パターンを持つ異種情報源データを最大限活用するため、行列分解やARモデルを用いた欠測補完法や傾向スコア法の改良を提案し、その有用性を示した。本研究は、異種情報源からなるデータを統合的に解析するため、高コスト・ノイズなどのため間欠的になっているデータから、隙間を補完した連続的なデータを推定する方法論を開発することである。本年度は、以下5点に取り組んだ。第1に、実環境データを離散化して解析する場合には複数のデータセットに対して比較可能なカットオフ点を推定することが重要であるため、ベイズ情報量規準を用いた方法論を応用した(Kanemura et al., 2015)。第2に、日常空間における人の位置情報系列からの個々人の行動パターン抽出は重要なテーマであり、移動履歴データの要約のため、テンソル分解法を用いた(Murakami et al., 2015)。第3に、複雑な欠測が生じ得る質問応答データの欠測推定を行う方法論を行列分解法に基づき開発した(兼村ら2015, 2016)。日常生活中にモバイル端末で利用者に質問する経験サンプリングの手法がライフログ研究でも活用されており、本手法を適用することでその煩雑さ軽減が期待される。第4に、実環境で生体信号を継続的にモニタリングする場合、計測エラーや予期せぬノイズの混入が起こりうるため、時系列データの欠測補完を行った(金子ら2015)。第5に、実環境において脳波と生体信号(心電、皮膚反応、SpO2、眼電)の同時計測を行い、データを取得した。日常生活中の注意レベルやMind Wanderingが幸福度に関連するという英国の大規模調査にもとづき、安静時および持続的注意レベルを調べるための聴覚SART(Sustained Attention Response Task)を行っているときのデータを12名の被験者に対して計測した。様々なデータの統合解析のための特徴量構築や欠測値推定のための方法論開発、および生体情報データや行動履歴データへの応用を順調に進めている。また、幸福感や心的健康への関連が指摘されている持続的注意レベルについてパイロットデータの取得を行うことができ、次年度のさらなる研究展開に向けて順調に進んでいる。本研究は、異種情報源からなるデータを統合的に解析するため、複雑なパターンの欠測データを補完できる統計手法や、多人数データを有効活用できる共通特徴量の構築法を開発する。本年度は、以下の4点に取り組んだ。第1に、欠測データを無視した推論で生じるバイアスの問題に対処するため、propensity scoreを用いたマッチング法の改良法を提案した(Uchihashi et al., 2016)。具体的は、propensity score推定において線形モデルのlogistic regressionの代わりに、非線形モデルのCNNを用いることで、欠測バイアスを軽減できることを示した。第2に、GPSなどの移動軌跡のデータベースではプライバシー保護の理由から一部の移動履歴を削除することがあるが、このような欠測データを処理するための群疎性正則化付テンソル分解を提案した(Murakami et al., 2017)。この手法は少数訓練サンプルにおいても移動パターンの個人特性を捉えることができる特徴量表現を与える。一方で、公開データ内の匿名化された移動履歴のユーザ同定性能が従来法より高まるため、プライバシー攻撃への対応策の必要度も増すことがわかった。第3に、異種情報源からなるライフログの長時間記録の中から、有用な情報を持つ時区間(key frame)を抽出するための機械学習法を開発した(Li et al., 2017)。一人称映像に加えて加速度データを活用することにより、日常行動に無関係なアーチファクト区間(frame)を除去することが可能となった。第4に、アイトラッカー、深度カメラ、加速度計、心電計測用ウェア、スマートフォン、位置推定用ビーコンからなるライフログシステムを構築し、延べ5名の被験者が日常行動を行った際の信号を記録し、予備的解析を行った。継続して方法論開発および応用を推進すると同時に、本年度あらたに計測したデータの解析を行う。ATRでは異種の脳イメージングデータと行動指標から構成される多人数データを構築・公開予定であり、計画1「ライフログと個性の関連を最大化する特徴空間の同定」では利用可能な外部データを使った研究の効率化も検討する。
マイクロマシーニング技術を応用したX線・赤外線検出器の開発

本研究では、マイクロカロリメータの撮像化のためのいくつかの新しい方式を考案し、試作品を製作しそれらを実験的に検証した。以下、主な項目について述べる。(1)マイクロマシーン技術によるカロリメータ画素構造の製作撮像化のためには、歩留まりの高い製作プロセス、多数の画素をならべやすい形状の画素が必要である。内部応力の解析、製作プロセスの検討を行い画素構造とプロセスの改良を行った。(2)マイクロマシーン技術によるX線吸収体の製作撮像型のX線カロリメータではX線吸収体をマイクロマシーン技術によりカロリメータと一体で製作する必要がある。本研究では電気メッキという新しい方式を用いて高い開口効率を持つマッシュルーム構造のX線吸収体アレイを製作することに成功した。(3)TES温度計の開発当初、シリコン中に不純物をドープした半導体温度計と、超伝導金属の超伝導遷移端を用いたTES(Transition Edge Sensor)温度計の2種類の温度計の開発を平行して行った。しかし、将来性を考え、途中からTES温度計に開発を絞った。チタンと金のbilayerを用いたTESを開発し、400mK程度と200mK程度の2種類の転移温度のTESを製作した。極低温で複数画素からの信号を多重化する新しい方法として、交流駆動カロリメータブリッジを用いる方式を考案した。これを実現するための新しいSQUID素子も開発し、この方式の有効性を実験的に実証した。(5)X線検出としての性能評価200mKの素子では半値幅99eVのエネルギー分解能が得られた。これはX線カロリメータの分解能としては不十分であるが、様々な実験の結果から、X線エネルギー分解能を制限する要因を明らかにした。これは今後の研究開発に貴重な結果である。本年度は、より低ノイズ、高感度なX線・赤外線マイクロカロリメータ(ボロメータ)の開発のため、カロリメータに用い温度センサーの改良と、マイクロマシ-ニング技術を用いた検出器構造体の開発を行った。温度センサーの改良としては、シリコン基板上にイオン打ち込みにより作成する半導体温度計と、超伝導薄膜を用いた温度計の2種類の温度計の開発を平行してすすめている。半導体温度計については、イオン打ち込みおよびアニーリングの条件を調整することにより、0.1Kから1Kの範囲で抵抗の温度係数の高い、したがって感度の高い温度計を製作することに成功した。最適な製作条件を得ることができたので、安定に製作することができる。超伝導薄膜を用いた温度計に関しては、アルミ薄膜を用いた温度計を持つ簡単なカロリメータ構造と、SQUIDを電流計として用いてカロリメータに流れる電流を読み出す装置を製作した。アルミの臨海温度附近で、このカロリメータの動作試験を行い、基本的な動作を確認することができた。しかし、SQUIDの読み出しノイズが予想よりも大きく、測定系の電磁シールド対策などの課題であることがわかった。検出器構造の研究として、はしご構造を持つカロリメータアレイを試作し、さらにこれに半導体温度計を組み込むところまで成功した。しかし、最初に製作した素子構造では政策の歩留まりを高くできないことがわかった。このため、素子の構造と製造プロセスの再検討を行った。その結果にもとづいた新しいデザインの素子の製作が現在進んでいる。1.半導体微細加工技術カロリメータの熱機械的構造として、昨年度ははしご構造のものを試作したが、内部応力に対する機械的な強度を確保するために、厚さが約20ミクロン大きさが約1mm平方のシリコンダイアフラムを太さ約50ミクロンの腕2本で支える方式に変更した。この方式の採用によりカロリメータ構造をこれまでにくらべて安定に製作可能になった。

この技術を使って以下で述べるように半導体温度計カロリメータ、超伝導薄膜カロリメータを製作した。2.半導体温度計カロリメータ昨年度の実験で得られた温度計製作パラメータを用いてカロリメータを製作した。0.3K冷凍機を用いてこの温度範囲での素子のパラメータ(熱伝導度、熱容量)を測定した。今後0.1K冷凍機で動作させることにより、X線検出器としての特性の測定を行う予定である。3.超伝導薄膜温度計(TES)カロリメータ0.3K冷凍機で動作させることのできる超伝導薄膜温度計としてシリコン基盤上にチタン薄膜と金薄膜を順にマスク蒸着した温度計を製作し、製作パラメータと超伝導遷移の性質の間の関係を調べた。この結果、カロリメータの性能に重要な超伝導遷移における抵抗の温度係数がチタンの純度と関係していることなどがわかった。この結果得られたパラメータを用いてカロリメータの製作を行った。一方、昨年度よりすすめてきたSQUIDを用いたTESカロリメータの信号読み出しシステムについても、SQUIDの磁気シールドを強化する等の改良を加えた。これによりノイズレベルを必要なレベル以下に押さえることに成功した。以上の結果を踏まえて、TESカロリメータを製作し、その特性を測定するとともに、22keVのX線のphoton検出に成功した。エネルギー分解能は最終目標にくらべてまだ2桁近く悪いが、TESの抵抗値、抵抗温度係数、SQUID読み出し系の時定数などを改善することにより、来年度以降改良を加える予定である。1.半導体微細加工技術昨年と同じ形状、すなわち厚さ約20ミクロン、大きさ約1mm平方のシリコンダイアフラムを太さ約50ミクロンの腕2本で支える構造のカロリメータを引き続き製作した。ただし、温度計の大きさや、温度計への電極の製作方式に改良を加えた。また、最大の改良として、2本の腕構造を掘り出すマイクロマシーンプロセスをWet方式から、Dry方式に変更した。これによって、エッチングプロセスによる温度計の劣化を小さくすることが可能になった。2.超伝導薄膜温度計(TES)カロリメータ昨年度より行っていた信号読み出しシステムの改良を行った。その結果読み出し系のノイズレベルとしては、十分小さい値が得られた。この読み出し系を用いて昨年度製作したカロリメータの動作実験を行った。この結果、3keVから22keVまでのX線光子を検出できることがわかった。エネルギー分解能は、残念ながら6keVのX線に対し600eVであり、目標値にくらべて20倍程度悪い。しかし、データを詳細に検討した結果、分解能が悪化の主要な3つの原因が明かとなった。すなわち、(1)動作点でのTESの抵抗値が大きすぎるために読み出し系のノイズが寄与している、(2)熱浴の温度変化がある、(3)X線吸収体となっているシリコンダイアフラムからTESへの熱伝達が遅いために、信号の立ち上がり速度に無視できないばらつきがある、の3点が原因である。以上の問題点に改良を加えるため、カロリメータ温度計の設計を見直し、それに基づいて新しいTESの試作を行った。
発生期マウス網膜において領域特異的な発現を示す新規免疫グロブリン様分子の機能解析

発生期マウス網膜において背側特異的に発現する新規免疫グロブリン様分子であるmBsp1のターゲティングマウスの解析を行うことにより、mBsp1の生理機能を明らかにする研究を行った。本研究においてはまず、マウスの発生を追って脳の各部位におけるmBsp1のmRNAの発現パターンを詳細に解析した。mBsp1の網膜における発現は視神経軸索が伸長を開始する時期から観察され、その領域特異的な発現は生後半年でも維持されていた。また、mBsp1の発現は嗅球、大脳皮質、大脳辺縁系、小脳、脊髄などの広い領域で観察された。その後、当研究室においてmBsp1ターゲティングマウスの作出に成功した。このマウスの網膜から上丘への領域特異的投射の解析を蛍光性トレーサー色素であるDiIを用いて行ったところ、背側網膜由来の神経節細胞軸索の一部が上丘内において本来の投射先とは異なる位置に神経終末を形成していることが明らかとなった。また、蛍光ラベルされたコレラトキシンを用いて両眼から外側膝状体への投射を解析したところ、対側及び同側の眼球からの投射の分離は正常に起きていたが、同側の眼球から投射を受ける層が野生型マウスと比較して拡大していることが明らかになった。また、mBsp1の遺伝子座にノックインされたGFPが効率よく視神経軸索末端まで運ばれるとが明らかになったので、GFPを指標としてmBsp1を発現する網膜神経節細胞の中枢への投射先を明らかにする解析を行った。その結果、GFP陽性の軸索の投射は上丘及び外側膝状体背側核の一部、視蓋前域の一部、及び副視覚系に観察されたが、外側膝状体腹側核や視床下部の視交差上核などには観察されなかった。これらの結果から、mBsp1は視神経の視中枢への精緻な神経結合の形成に関与していること、またその発現は網膜神経節細胞の一部のサブタイプのみに観察されることが明らかになった。免疫グロブリンドメインを2個有する新規分子であるmBsp1のターゲティングマウスの解析を行うことにより、mBsp1の生理機能を明らかにする研究を行った。本研究においてはまず、マウスの発生を追って脳の各部位や脳以外の組織におけるmBsp1のmRNAの発現パターンを詳細に解析した。脳以外の多くの臓器でもその発現が観察された。またmBsp1に対する抗血清を作成し、mBsp1を培養細胞に発現させた場合細胞外に分泌されることを明らかにした。その後、当研究室においてmBsp1ターゲティングマウスの作出が成功した。マウスなどの哺乳類では、視神経の投射はニワトリ視蓋の相同器官である中脳の上丘及び、視床に存在する神経核である外側膝状体などに見られることが知られている。そこでmBsp1ターゲティングマウスの網膜から上丘への領域特異的投射の解析を蛍光性トレーサー色素であるD_iIを用いて行ったが、野生型マウスと比較して投射の異常は観察されなかった。また、蛍光ラベルしたコレラトキシンを用いた解析を行ったが視神経の外側膝状体への投射にも大きな異常は観察されなかった。これらの結果から、mBsp1は視神経の視中枢への領域特異的な神経結合の形成に関与していないことが示唆された。

その結果、GFP陽性の軸索の投射は上丘及び外側膝状体背側核の一部、視蓋前域の一部、及び副視覚系に観察されたが、外側膝状体腹側核や視床下部の視交差上核などには観察されなかった。これらの結果から、mBsp1は視神経の視中枢への精緻な神経結合の形成に関与していること、またその発現は網膜神経節細胞の一部のサブタイプのみに観察されることが明らかになった。
鉄基形状記憶合金の構成式評価に関するマイクロメカニックス

鉄基形状記憶合金(Fe-Cr-Ni-Mn-Si)のくり返し熱・力学的負荷のもとでの挙動を記述することを試み、実験によってその妥当性を確認した。くり返し負荷のもとでの応力-ひずみ、ひずみ-温度ヒステリシス挙動は、くり返し正逆変態過程中に発生する微視的物理量に密接に関連している。この状況を連続体力学的に考慮するために、合金内に発生する微視的応力と微視的ひずみ、およびそれらに起因して非可逆的に発生・累積するマルテンサイト相分率を内部変数として導入した。合金の熱・力学的挙動を記述する構成関係として、マルテンサイト相分率を内部変数として含む速度型熱・力学的構成式、変態カイネティックス、応力とひずみに関する巨視-微視適合式、内部変数に関する発展式を定式化した。等温度下での力学的くり返し負荷による応力-ひずみヒステリシス、等応力下でのくり返し温度負荷によるひずみ-温度ヒステリシスおよび熱・力学的くり返し負荷の下での応力-ひずみ-温度ヒステリシスに関する解析を行い、ヒステリシスループの移動、収束などについて、後述する実験結果を定性的によく説明する結果を得た。引張荷重と温度負荷を任意の波形でくり返し負荷することができる実験装置を開発し、当該合金の熱・力学的挙動に関する実験を行った。まず、応力-温度面における正逆変態線を決定し、さらにそのくり返し負荷依存性と予負荷の影響を明らかにした。定式化された理論の妥当性を確認するために、等温力学的くりかえし負荷、定応力温度くり返し負荷および熱・力学的くり返し負荷の実験を行った。またTiNi合金、銅基合金の挙動との差異をマイクロメカニックスの観点から考察した。さらに正逆変態の途中で負荷方向が変化する時に生じる、いわゆるサブループに関する実験も行い、当該合金の挙動は従来の連続体熱・力学理論では記述できないことも明らかにした。
糖鎖プローブによる卵子評価の開発と生殖医療への応用

糖鎖プローブを用いた細胞表面構造の解析から、卵子の受精能・発生能力の推定方法の開発を試みた。卵子の質は加齢によって低下すると考えられているため、糖鎖プローブを用いた卵子評価方法が確立されれば、生殖医療に大いに貢献できると考えられる。具体的にはマウス卵子を用いた、受精能が消失または低下した卵子を用いて、糖鎖の有無について検討を行い、卵子が糖脂質GM3を含む融合促進構造体(エキソソーム)を放出し、精子の膜融合能を制御していることを発見した。エキソソームを放出できないCD9欠損卵子は精子との融合能力が消失することも明らかになった。本研究での発見は生殖医療の領域に大いに貢献できると考えている。生殖細胞の発生過程および受精能に対して特異的に発現する細胞表面糖鎖マーカーを同定するために,生体内および生体外で成熟させたマウス生殖細胞に対し,レクチンおよび抗糖鎖抗体によるプロファイリングを行った.レクチンの認識性の違いにより選別された生殖細胞に対して,体外受精により受精能を検討する.また,フローサイトメトリーによる精子選別方法についても検討を行った.今までのCD9についての研究から,マウス卵子ではCD9が微絨毛を形成する領域と形成できない領域がある.精子が融合できる領域はCD9が微絨毛を形成する領域である.このことは,卵子細胞膜はタンパク質の局在が均一ではなく,複数のサブドメインが存在する可能性があり,レクチンによりより詳細な地図が描けると考えている.そこで,電子顕微鏡などを用いて生殖細胞でのレクチン結合領域を調べた.CD9は糖脂質であるGM3と親和性があることが知られていることから,卵子でのGM3の発現パターンとCD9との関係について解析を行った.その結果,CD9と共局在することがCD9欠損卵子での解析から明らかとなった.今後は,GM3はレクチンの一種であるGalectin8と特異的に結合することが報告されていることから,Galectin8を用いてGM3の卵子での発現を調べるとともに,抗GM3抗体での検討も行う予定である.前年度の研究項目1, 2, 3、4を更に継続して行った。1.レクチンによるプロファイル2.レクチン認識の違いによる受精能の検討3.レクチン認識部位の組織学的解析4.受精の膜融合機構に関する検討本年度は新たに、下記5の項目についての検討を開始した。5.糖鎖インフォマティックス当研究部では、すでにヒト幹細胞に対して行ったレクチン・抗糖鎖抗体による網羅的解析と、これらマ一カーを用いて分画した細胞集団の細胞生物学的解析の結果から、各細胞種・分化度別の細胞表面糖鐸プロファイルを作成した経験がある。単独で配偶子に特異的に結合するレクチンを特定することが望ましいが、ヒト幹細胞を用いた経験から、複数のレクチンを用いた場合の方がより正確に細胞の分化能を特定することが可能である。そこで、複数のレクチンのマッピング情報による標準化を行う。レクチン認識による細胞糖鎖に関する定量データを主成分解析およびクラスター解析を行うことにより、受精能との相関関係を推定する。現在までに得られているヒト幹細胞のデータを基にして行った解析では、医生物学的特性と糖鎖との連関が明確になっている。得られた情報はマッピング情報としてデータベース化する。プロファイルのデータを階層的クラスタリングやk-meansクラスタリング、主成分分析などを用いてクラスタリングを行うことで、細胞の糖鎖プロファイリングに基づいた分類を行う。サンプルとデータベース内のプロファイルの類似度をユークリッド距離や相関係数等で計算することにより、サンプルがどの細胞種に属するかを判定することが可能となった。加齢による卵巣機能の低下は、生理的な環境変化によって卵子の有する受精能力が障害を受けた結果として生じる可能性がある。そこで、損傷を受けた卵子の機能を回復させるための培養法の開発が必要である。しかし、卵子の受精能力に関する科学的な知見が不足しているため、培養方法や培養液の組成が十分に検証できないのが現状である。そこで、本研究では、卵子のもつ受精能力に関する基礎的研究を合わせて研究開発を行った。当研究部では、すでにヒト幹細胞に対して行ったレクチン・抗糖鎖抗体による網羅的解析と、これらマーカーを用いて分画した細胞集団の細胞生物学的解析の結果から、各細胞種・分化度別の細胞表面糖鎖プロファイルを作成した経験がある。

本研究では、糖鎖プローブによる卵子評価の開発と生殖医療への応用を目指した研究を行い、マウス精子と卵子の膜融合に必須な膜構造体としてエキソソームを見出し、エキソソームの主要な構成成分として糖脂質GM3が含まれていることを明らかにした(PNAS, 105 : 12921-6, 2008)。また、単独で配偶子に特異的に結合するレクチンを特定することが目指した研究を行った。ヒト幹細胞を用いた経験から、複数のレクチンを用いた場合の方がより正確に細胞の分化能を特定することが可能である。そこで、複数のレクチンのマッピング情報による標準化を行った。現在までに得られているヒト幹細胞のデータを基にして行った解析では、医生物学的特性と糖鎖との連関が明確になっているため、レクチン認識による細胞糖鎖に関する定量データを主成分解析およびクラスター解析を行うことにより、受精能との相関関係を推定することを試みた。結果して、受精能との有意な関連を示すようなレクチンを見いだすことはできなかったものの、卵子では特定の糖鎖の局在が体細胞と全くことなることを明らかにした。