hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ものづくり授業における映像教材とディジタルフォトフレームの活用に関する研究

(3)記録媒体に保存された動画の再生機能に応じた,木材の生産に使用する道具の使用方法や作業手順に関する映像教材を制作し,ディジタルフォトフレームを活用した授業実践を行う。この実践では,充電式のディジタルフォトフレームを活用し,屋外においても映像を活用した授業を行う予定である。本研究で得られた結果を取りまとめ,学会において成果の発表を行う。平成24年度においては,映像教材の制作経費,学会旅費,ならびに研究協力者(本学大学院生)への映像教材の制作補助やアンケート分析に関する謝金を計上し,使用する予定である。
Ni-プロトン導電性酸化物を用いた水素分離型リフォーマーの開発

オンサイトで水素製造のための燃料改質と水素分離を行うための一体型モジュールである水素分離型リフォーマーの開発を行う。水素分離膜はプロトン-電子混合導電体を用いることにより外部電源を使用することなく水素を透過させることができる。本研究では,プロトン-電子混合導電体としてNi-サーメット膜を開発し,高い水素透過能を実現するため,Niを高分散化するための化学組成や構造的な諸要因について明らかにする。さらに,焼結時に水素分離膜の表面に形成される多孔質層を燃料改質のための電極として利用することで,燃料改質触媒と水素分離膜が接合した水素分離型リフォーマーの開発を行う。
水稲各器官の発育・老化過程における暗呼吸の変動要因

1995年度は窒素濃度が暗呼吸速度(Rr)に及ぼす影響を部位やエイジに着目して検討した.培地窒素濃度の上昇に伴い,水稲幼植物の窒素濃度(N%)は各部位ともに高まり,暗呼吸速度(Rr)も高くなった.RrとN%との間には,個体および各部位ともに有意な正の相関が認められた.ポット栽培した水稲個体の生育に伴うRrは,両区ともに移植直後に高く,その後漸次低下し,生殖生長期移行後ほぼ一定で推移した.RrとN%との間には個体,各部位ともに栄養生長期には両区ともそれぞれ有意な正の相関が認められたが,生殖生長期には両区ともにN%が異なってもRrはほぼ一定値をとった.以上の結果,体構成物質の合成が盛んに行われている栄養生長期には,暗呼吸速度は植物体内の窒素濃度に強く影響を受けるものの,生殖生長期移行後老化に伴いその影響は小さくなること,および外見上枯死したとみられる葉身においても吸水処理により構成物質の分解が促進されることが推察された.1996年度は乾物生産・暗呼吸速度・生長効率の品種間差異および窒素施肥量による相違を検討した.GEは両品種ともに出穂前の区間の相違は小さいが,出穂後ではタカナリで標準施肥区45%・多施肥区40%,日本晴では無施肥区52%・標準施肥区49%・多施肥区43%となり施肥量の増加に伴い低下した.GEは高い乾物生産を示したタカナリで低く,施肥量の増加に伴い両品種ともに乾物重が増加し,GEは低下した.また,品種間及び区間の相違ともに出穂後で著しかった.すなわち,水稲は高い乾物生産を行うと,その植物体を維持するために生育後期の呼吸量が増大しGEが低下すると推察された.このことから,暗呼吸の制御による乾物生産増大の可能性は低いことが示唆された.1995年度は窒素濃度が暗呼吸速度(Rr)に及ぼす影響を部位やエイジに着目して検討した.培地窒素濃度の上昇に伴い,水稲幼植物の窒素濃度(N%)は各部位ともに高まり,暗呼吸速度(Rr)も高くなった.RrとN%との間には,個体および各部位ともに有意な正の相関が認められた.ポット栽培した水稲個体の生育に伴うRrは,両区ともに移植直後に高く,その後漸次低下し,生殖生長期移行後ほぼ一定で推移した.RrとN%との間には個体,各部位ともに栄養生長期には両区ともそれぞれ有意な正の相関が認められたが,生殖生長期には両区ともにN%が異なってもRrはほぼ一定値をとった.以上の結果,体構成物質の合成が盛んに行われている栄養生長期には,暗呼吸速度は植物体内の窒素濃度に強く影響を受けるものの,生殖生長期移行後老化に伴いその影響は小さくなること,および外見上枯死したとみられる葉身においても吸水処理により構成物質の分解が促進されることが推察された.1996年度は乾物生産・暗呼吸速度・生長効率の品種間差異および窒素施肥量による相違を検討した.GEは両品種ともに出穂前の区間の相違は小さいが,出穂後ではタカナリで標準施肥区45%・多施肥区40%,日本晴では無施肥区52%・標準施肥区49%・多施肥区43%となり施肥量の増加に伴い低下した.GEは高い乾物生産を示したタカナリで低く,施肥量の増加に伴い両品種ともに乾物重が増加し,GEは低下した.また,品種間及び区間の相違ともに出穂後で著しかった.すなわち,水稲は高い乾物生産を行うと,その植物体を維持するために生育後期の呼吸量が増大しGEが低下すると推察された.このことから,暗呼吸の制御による乾物生産増大の可能性は低いことが示唆された.水稲の暗呼吸速度と体内窒素濃度との間には正の相関関係があることが認められている.しかし,部位別の相違や老化に伴う暗呼吸速度の変動に及ぼす諸要因の影響に関しては不明な点が多い.本報告では窒素濃度が部位別(個体,根,葉身,茎)の暗呼吸速度(Rr)に及ぼす影響を検討するため,水稲品種日本晴を供試して,窒素濃度の異なる培地に生育した水稲のRrを測定した.幼植物を用いた実験では,ポット育苗箱とバットを用いて水耕栽培を行い,木村氏B液の濃度を変更して,対照区(1N区),無窒素区(0N区),アンモニア態窒素濃度3倍区(3N区)の3水準を設定し,処理開始後24日に部位別のRrを測定した.また,1/2000aワグネルポットにポット当たり3株を移植後,収穫期まで木村氏B液で水耕栽培を行った対照区(1N区)とアンモニア態窒素濃度を倍量添加した2N区について,生育に伴う部位別のRrの推移を比較した.水稲幼植物の暗呼吸速度(Rr)は,培地窒素濃度が高いほど高く,単位窒素当たり(R_N)で見ると培地窒素濃度が低いほどR_Nは高い傾向にあった.植物体内の窒素濃度(N%)は,培地窒素濃度が高いほどN%は高く,いずれの区とも葉身のN%が他の部位に比べて高かった.RrとN%との間には,個体および各部位ともに密接な正の相関が認められた.ポット水耕栽培した水稲個体の生育に伴う暗呼吸速度は,両区ともに移植直後に高く,その後漸次低下し,生殖生長期移行後ほぼ一定で推移したが,収穫期には若干高まった.

区間で比較すると移植後20日頃から収穫期まで,1N区に比べ2N区のRrが高く推移したが,単位窒素当たりに換算すると両区の相違は小さくなった.RrとN%との間には個体,各部位ともに栄養生長期には両区ともそれぞれ有意な相関が認められたが,回帰式の傾きは2N区に比べて1N区で大きかった.生殖生長期には両区ともにN%が異なってもRrはほぼ一定値をとった.出穂期以降における葉位別のRrの推移を比較すると,生葉では上位>中位>下位の順にRrは高く,移植後100日目までほぼ一定で推移したが,それ以降若干上昇した.枯葉のRrは乾燥した状態では生葉に比べ著しく低かったが,吸水処理に伴ってすべての測定時期において生葉よりも高くなった.そこで,圃場で慣行栽培を行った水稲を用いて,吸水処理による影響を調べた結果,生葉ではRrの変化がみられないのに対して,枯葉ではRrが著しく上昇した.殺菌・吸水処理を行っても,枯葉のRrは上昇し,また乾熱処理(100°C)をして,吸水後測定するとRrは上昇しなかったことから,吸水処理によって枯葉自体がCO_2を放出していることが確認された.以上の結果,栄養生長期には,暗呼吸速度は植物体内の窒素濃度に強く影響を受けるものの,老化に伴いその影響は小さくなること,および外見上枯死したとみられる葉身においても吸水処理により構成物質の分解が促進されることが推察された.本年度は乾物生産・暗呼吸速度(Rr)・生長効率(GE)の品種間差異および窒素施肥量による相違を検討した.乾物重とLAIは,日本晴に比べタカナリで常に高く推移したが,タカナリのLAIは登熟後期に急激に低下した.CGRは移植後40日から70日頃までタカナリで高く推移した.NARは生育期間を通じて日本晴で高く推移したことから,CGRの相違には主としてLAIが関与すると推察された.暗呼吸速度(Rr)は移植直後に高く出穂期まで急激に低下し,その後はほぼ安定した.タカナリのRrは日本晴に比べ出穂前には若干低く,出穂後は高く推移した.窒素濃度の推移はRrとほぼ同様な推移を示し,出穂前では両者の間に有意な正の相関関係が認められた.GEは両品種ともに出穂前は6070%を維持したが出穂期以降低下し,日本晴では4050%,タカナリでは30%以下とタカナリで低くなった.両品種の乾物重,LAI,CGRは,施肥量が多いほど高く推移したが,逆にNARは低くなったことから,CGRの相違にはLAIが関与すると推察された.Rrは両品種とも出穂前の相違は小さいが,出穂後では施肥量に応じて増加する傾向が認められた.窒素濃度は両品種とも施肥量が多いほど高く推移し,1995年と同様に出穂前ではRrと有意な相関関係が認められた.GEは両品種ともに出穂前の区間の相違は小さいが,出穂後ではタカナリで標準施肥区45%・多施肥区40%,日本晴では無施肥区52%・標準施肥区49%・多施肥区43%となり,施肥量の増加に伴い低下した.GEは高い乾物生産を示したタカナリで低く,施肥量の増加に伴い両品種ともに乾物重が増加し,GEは低下した.また,品種間及び区間の相違ともに出穂後で著しかった.すなわち,水稲は高い乾物生産を行うと,その植物体を維持するために生育後期の呼吸量が増大しGEが低下すると推察された.このことから,暗呼吸の制御による乾物生産増大の可能性は低いことが示唆された.
アンチセンスDNAによる遺伝子イメージング診断法の開発に関する研究

DNAプローブを用いたin situ hybridizationと同様の特異的結合反応をin vivoでも実現すれば,がん細胞の遺伝子レベルでの性状に関する情報を,体外から核医学診断装置で評価する道が開かれる.具体的には,放射性アイソトープ標識アンチセンスオリゴヌクレオチド(DNA)を体内投与し,その放射能局在をγカメラで評価する.そのためには,イメージングに適したアイソトープをオリゴマーと安定に結合させる標識方法が必要である.アンチセンス構造としては,抗がん剤の多剤耐性と関連するP糖タンパクをコードするmdr 1遺伝子をターゲットとした.フォスフォロチオエート結合のアンチセンスDNAの5'末端にチオール基を導入し,マレイミド-ベンジル-EDTAと直接結合させる方法を試みた.しかし,オリゴマーの反応性チオール部分が酸化されていた可能性もあり,目的の生成物を得ることはできなかった.還元剤を併用するなどして,さらに,確実に反応する条件を見い出す必要があると考えられた.一方,オリゴマーのような低分子化合物の標識体は,血中クリアランスが著しく早く,腫瘍への絶対的集積量が制限される.そこで,腫瘍の血行動態を改善し,標識体のデリバリィを向上させる方法を試みた.ヒト大腸癌LS-180移植ヌードマウスにおいて,アンギオテンシン-IIによる昇圧操作に基づく腫瘍血流増加作用およびキニナーゼ阻害剤(エナラプリル)による血管透過性亢進作用を検討した.アンギオテンシン-IIによる昇圧作用は,0.5-2mg/kg/minの範囲において投与量依存性を示し,2mg/kg/minのアンギオテンシン-IIと30mgのエナラプリル投与によって最も良好な腫瘍集積改善効果が得られた.この操作により,アイソトープ標識アンチセンス分子の正常組織分布を変えることなく,高い腫瘍集積を維持しえるものと考えられた.DNAプローブを用いたin situ hybridizationと同様の特異的結合反応をin vivoでも実現すれば,がん細胞の遺伝子レベルでの性状に関する情報を,体外から核医学診断装置で評価する道が開かれる.具体的には,放射性アイソトープ標識アンチセンスオリゴヌクレオチド(DNA)を体内投与し,その放射能局在をγカメラで評価する.そのためには,イメージングに適したアイソトープをオリゴマーと安定に結合させる標識方法が必要である.アンチセンス構造としては,抗がん剤の多剤耐性と関連するP糖タンパクをコードするmdr 1遺伝子をターゲットとした.フォスフォロチオエート結合のアンチセンスDNAの5'末端にチオール基を導入し,マレイミド-ベンジル-EDTAと直接結合させる方法を試みた.しかし,オリゴマーの反応性チオール部分が酸化されていた可能性もあり,目的の生成物を得ることはできなかった.還元剤を併用するなどして,さらに,確実に反応する条件を見い出す必要があると考えられた.一方,オリゴマーのような低分子化合物の標識体は,血中クリアランスが著しく早く,腫瘍への絶対的集積量が制限される.そこで,腫瘍の血行動態を改善し,標識体のデリバリィを向上させる方法を試みた.ヒト大腸癌LS-180移植ヌードマウスにおいて,アンギオテンシン-IIによる昇圧操作に基づく腫瘍血流増加作用およびキニナーゼ阻害剤(エナラプリル)による血管透過性亢進作用を検討した.アンギオテンシン-IIによる昇圧作用は,0.5-2mg/kg/minの範囲において投与量依存性を示し,2mg/kg/minのアンギオテンシン-IIと30mgのエナラプリル投与によって最も良好な腫瘍集積改善効果が得られた.この操作により,アイソトープ標識アンチセンス分子の正常組織分布を変えることなく,高い腫瘍集積を維持しえるものと考えられた.mRNAと相補的なDNAプローブを用いたin situ hybridizationと同様の特異的結合反応をin vivoで実現すれば,がん細胞の遺伝子レベルでの性状診断が非侵襲的に画像で可能となる.具体的には,放射性アイソトープ(RI)標識アンチセンスオリゴヌクレオチド(DNA)を体内投与し,その放射能局在をγカメラで評価する.そのためにイメージングに適したRIをオリゴマーと安定に結合させる標識方法の検討中である.オリゴヌクレオチドのような小分子物質の血中放射能クリアランスは著しく早く,そのため腫瘍への絶対的集積量が制限されることが予測される.初年度は,腫瘍血行動態の改善を計り,デリィバリィを向上させる方法を検討した.すなわち,ヒト大腸癌LS-180移植ヌードマウスにおいて,アンギオテンシン-IIによる昇圧操作に基づく腫瘍血流増加作用およびキニナーゼ阻害剤(エナラプリル)による血管透過性亢進作用を利用し,Tl-201塩化タリウム,Tc-99m標識アルブミンを組織血流量,組織血液量あるいは血管透過性のマーカーとして,アンギオテンシン-II,エナラプリルの至適投与量を検討した.アンギオテンシン-IIによる昇圧作用は,0.5-2μg/kg/minの範囲において投与量依存性を示した.2μg/kg/minの投与量において,両マーカーの至適腫瘍集積改善が得られ,30μgのエナラプリル投与によって最適の腫瘍血行動態改善が得られた.以上の結果から,アンギオテンシン-IIによる短時間の昇圧操作およびキニナーゼ阻害剤投与により,正常組織に影響をおよぼすことなく腫瘍血行動態を改善可能であることが確認された.この操作により,放射能標識アンチセンスの正常組織分布を変えることなく,高い腫瘍集積を維持しえるものと考えられた.

DNAプローブを用いたin situ hybridizationと同様の特異的結合反応をin vivoでも実現すれば,がん細胞の遺伝子レベルでの性状に関する情報を,体外から核医学診断装置で評価する道が開かれる.具体的には,放射性アイソトープ(RI)標識アンチセンスオリゴヌクレオチド(DNA)を体内投与し,その放射能局在をγカメラで評価する.この方法は,アンチセンス薬剤のデリバリィを画像で確認できることにもつながる.そのためには,イメージングに適したRIをオリゴマーと安定に結合させる標識方法が必要である.フォスフォロチオエ-ト結合のアンチセンスDNAを利用する方法を当初予定したが,標識率およびin vivoでの安定性を十分に保つことができないと判明した.この結果,異なるアプローチを余儀なくされたため,アンチセンスDNAをpeptide nucleic acid(PNA)に変更し,ペプチド標識体の検討に着手した.一方,オリゴマーのような低分子化合物の標識体は,血中クリアランスが著しく早く,そのため腫瘍への絶対的集積量が制限されることが明らかとなった.そこで,腫瘍の血行動態の改善を計り,標識体の腫瘍へのデリバリィを向上させる方法を試みた.ヒト大腸癌LS-180移植ヌードマウスにおいて,アンギオテンシン-IIによる昇圧操作に基づく腫瘍血流増加作用およびキニナーゼ阻害剤(エナラプリル)による血管透過性亢進作用を検討した.アンギオテンシン-IIによる昇圧作用は,0.5-2mg/kg/minの範囲において投与量依存性を示し,2mg/kg/minの投与量において,最も良好な腫瘍集積改善効果が得られ、30mgのエナラプリル投与によって最適の腫瘍血行動態改善が得られた.この操作により,RI標識アンチセンス分子の正常組織分布を変えることなく,高い腫瘍集積を維持しえるものと考えられた.
酸素環境変化により周産期肺に発現変動する遺伝子の転写制御と機能に関する研究

本研究では、「周産期に起こる肺の再組織化は、酸素環境変化が引き金になり、ストレス応答シグナル伝達因子群の活性化、アポトーシスによる特定細胞の消失と細胞外基質の再構成という段階を経ておこなわれる。」上記仮説に基づいて、これまで申請者らが同定してきた遺伝子群の機能解明を、転写制御機構の解析、および、タンパク質の機能ドメインの解析という観点から行う。そして、周産期の肺に起こる機能転換と再組織化の分子機構を解明することを研究目的とし、以下の結果を得た。1,我々はBax inhibitor-1(BI-1)を肺の発達過程で発現量が変化する遺伝子として同定した。BI-1の発現は2種類のプロモーターにより転写が制御されていること、そして、肺発達における発現量の変化は、P2プロモータの活性変化により説明できることを明らかにした。また、細胞のアポトーシスを抑制することを示した。2,我々は、ATF5を酸素ストレスに応答する遺伝子として同定した。肺に高濃度酸素ストレスを負荷した後に、負荷1日目から3日目にかけてピークを示すこと、また、暴露負荷除去後に速やかに低下することを明らかにした。さらに、培養細胞を用いた実験系によりATF5が、酸化的ストレス、栄養素欠乏、浸透圧ストレスなど、さまざまなストレスに応答する転写調節因子であることを明らかにした。また、ATF5はアポトーシス抑制活性があることを示した。以上の結果から、出生時期における肺呼吸開始後の肺の再構築に、Bax Inhibitor-1およびATF5が重要な役割を果たしていることが明らかになった。申請者らは、周産期の肺は時間因子と酸素を含めた環境因子による協調的遺伝子発現制御によって正常な発達をとげるという考えに立って、胎生末期および新生仔期のラット肺で発現量が変動する遺伝子、また、胎生末期のラット肺から分離培養した線維芽細胞を用い、酸素濃度の変化により発現量が変動する遺伝子を検索した。その結果、コラーゲン合成に関与するProlyl 4-hydroxylase、アポトーシス誘導因子Baxの阻害因子であるBax Inhibito r-1、ストレス応答型転写調節因子と考えられるATFx等が同定された本研究では、「周産期に起こる肺の再組織化は、酸素環境変化が引き金になり、ストレス応答シグナル伝達因子群の活性化、アポトーシスによる特定細胞の消失と細胞外基質の再構成という段階を経ておこなわれる。」この仮説に基づいて、これまで申請者らが同定してきた遺伝子群の機能解明を、転写制御機構の解析、タンパク質の機能ドメインの解析、および、遺伝子ノックアウト動物の解析という分子および個体レベルから行う。本年度は、マウスとヒトのATFxのcDNAのクローニングを行い発現ベクターを作成した。そして、抗体作成のためのタンパク質を調製した。また、ATFxと相互作用するタンパク質を酵母を用いたTwo-hybrid法を用いて検索し、ストレス応答転写調節因子のNrf-2と結合する可能性を示した。1、マウスATFx遺伝子構造の解析マウスゲノムデータベースからATFx遺伝子解析し、その整合性を検討するとともに、実験的に転写の開始点、Exon、および、Intron構造を決定した。2、ペプチド抗体の作成マウスとラットのcDNAの配列からアミノ酸配列を推定し、マウスとラットに共通でATFxに特異的なアミノ酸配列を選定し、その配列を抗原として抗体を作製した。

抗体の特異性を検討したところ、本抗体は、大腸菌内で発現させたタンパク質には反応するが、哺乳動物細胞内で発現したATFxには反応しないことが明らかとなった。3、細胞内局在の検討ATFxがストレス応答に関与していることを推定し、高酸素ストレス、および、高浸透圧ストレスを負荷し、細胞内局在の変化を検討した。その結果、ATFxは核内に局在し、高浸透圧ストレス負荷により細胞質に移行することが明らかとなった。のリン酸化状態を検討する。本研究では、「周産期に起こる肺の再組織化は、酸素環境変化が引き金になり、ストレス応答シグナル伝達因子群の活性化、アポトーシスによる特定細胞の消失と細胞外基質の再構成という段階を経ておこなわれる。」上記仮説に基づいて、これまで申請者らが同定してきた遺伝子群の機能解明を、転写制御機構の解析、および、タンパク質の機能ドメインの解析という観点から行う。そして、周産期の肺に起こる機能転換と再組織化の分子機構を解明することを研究目的とし、以下の結果を得た。1、マウスATFx遺伝子構造の解析およびノックアウトマウスの作製マウスゲノムデータベースからATFx遺伝子解析し、その整合性を検討するとともに、実験的に転写の開始点、Exon、および、Intron構造を決定した。ゲノム構造を基にターゲッティングベクターを作製し組み替えを行った。2、ペプチド抗体の作成マウスとラットのcDNAの配列からアミノ酸配列を推定し、マウスとラットに共通でATFxに特異的なアミノ酸配列を選定し、その配列を抗原として抗体を作製した。本抗体は、マウスの臓器を試料として検討したところ、分子量25KDa、45KDaおよび65KDaに認められた。3、ストレス応答と細胞内局在の検討ATFxがストレス応答に関与していることを推定し、グルタミン欠乏、高酸素ストレス、および、高浸透圧ストレスを負荷し、細胞内局在の変化を検討した。その結果、ATFxは核内に局在し、グルタミン欠乏により核内に蓄積し、高浸透圧ストレス負荷により細胞質に移行することが明らかとなった。
高専を中学生の理工系離れ解消のための対策センターとする試み

工業高等専門学校は中学生を受け入れ5年間の教育期間を経て専門的技術者を育てるというユニークな教育機関である。本研究は高専がその特殊性を生かし、中学生や小学生に対して自然科学に興味を持たせるような積極的な役割を果たすことが可能であり、恒常的にこのような活動を実現して行くための方法や手段を研究開発することを目的とするものであった。そのため本研究ではどのようにしたら小中学生が理科に興味をもつことになるか、そのための方法、企画等を実際の企画行事に加わる中で研究したことが特色である。具体的には本研究課題の分担者を中心に次のような企画を主催もしくは協力した。1)本校主催で中学生対象の"わくわく実験科学教室"を平成11,12年度の2年連続で開催し、毎回200名近い中学生の参加を得た。2)東北電力主催、山根一眞監修の"サイエンス・テーンズセミナー"に協力し、科学屋台に取り組んだ(平成10年度)。3)花山少年自然の家主催の"親子でサイエンス"を担当し、"光の不思議発見、科学手品で遊ぼう"のテーマを企画、実行した。(平成11年度)これらの活動をとおして以来、われわれが小中学生を対象として実施できた企画の○液体窒素の実験、○強磁性体の実験の他に本研究とおして○ジャイロスコープの実験、○簡易分光器の製作実験、○偏光板実験、○備長炭による乾電池の製作実験、○空中飛行物体の実験等の開発研究を行い、従来の方法に比べより魅力的に楽しめる教材の開発、企画の進め方を研究した。このような活動をとおして、宮城高専が「中学生の理工系離れ解消の対策センター的な役割を果たす」と言う本研究の目的は十分に達成できたものと考えられる。今年度の研究目標は第一に昨年度に引き続き中学生対象のわくわく実験・体験教室を開催し,成功させることであった.第二にわかりやすく学べる物理教材を開発することである.具体的には(1)大型高温超伝導体の開発,(2)力学に関する体験的学習教材の開発である.第1のわくわく実験・体験教室については8月18,19日の二日間にわたり実施され計120名の参加者を得て,成功裏に終了することができた.参加者のアンケートにも表れていたが,一様に強い印象を受けたようであった.またマスコミにも注目され,東北放送のラジオの生中継や,河北新報にも写真入の記事で報道された.第二の教材開発については(1)の大型の高温超伝導体の開発はメカニカルアロイング用のモノミルの装置を購入し,現在装置のテスト運転を進めているところである.(2)については来る3月21日に東北電力主催,サイエンスコメンテイターの山根一真氏が監修する,サイエンス・テーンズセミナーにおいて展示する,ジャイロスコープの原理を学ぶ体験教材の開発・製作を進めている.これはジャイロの原理である,角運動量の概念,才差運動,コリオリの力等を体験的に理解できる道具を製作し,遊びながら,物理を学ぶ教材開発を進めている.工業高等専門学校は中学生を受け入れ5年間の教育機関を経て専門的技術者を育てるというユニークな教育機関である。

1)本校主催で中学生対象の"わくわく実験科学教室"を平成11,12年度の2年連続で開催し、毎回200名近い中学生の参加を得た。2)東北電力主催、山根一眞監修の"サイエンス・テーンズセミナー"に協力し、科学屋台に取り組んだ(平成10年度)。3)花山少年自然の家主催の"親子でサイエンス"を担当し、"光の不思議発見、科学手品で遊ぼう"のテーマを企画、実行した。(平成11年度)これらの活動をとおして従来、われわれが小中学生を対象として実施できた企画の○液体窒素の実験、○強磁性体の実験の他に本研究をとおして○ジャイロスコープの実験、○簡易分光器の製作実験、○偏光板実験、○備長炭による乾電池の製作実験、○空中飛行物体の実験等の開発研究を行い、従来の方法に比べよりより魅力的に楽しめる教材の開発、企画の進め方を研究した。このような活動をとおして、宮城高専が「中学生の理工系離れ解消の対策センター的な役割を果たす」と言う本研究の目的は十分に達成できたものと考えられる。
伸長中の根の細胞動態を経時的にイメージングする技術の開発

伸長途上の根の先端における細胞の振舞いや遺伝子発現をイメージングすることは、根や植物の成長の理解に必須である。しかし伸長中の根の先端を顕微鏡の視野内に維持することが技術的に難しいため、長時間にわたる高倍率のイメージングは困難であった。本研究課題では、垂直に配置した電動ステージを装備した顕微鏡を用い、伸長中の根の先端を数日間にわたって自動的に追尾する観察システムを開発した。このシステムを用いることで、シロイヌナズナの根冠組織から細胞層が剥離する過程を詳細に捉えることに成功した。土壌からの摩擦や障害が、根の遺伝子発現や細胞動態にどのような影響を及ぼし、それが根の成長をどのように制御しているかは不明である。本研究課題では、横倒し顕微鏡と電動ステージによる自動追尾システムを作製し、伸長中の根の先端部における遺伝子発現や細胞動態を、長時間にわたって継続的にイメージングする技術を開発する。1.顕微鏡システムの開発:根は重力方向に従って下方に伸長するため、通常の顕微鏡に付属する水平な観察ステージで伸長させると、根が迷走して追尾できない。この問題を解決するため、市販の倒立顕微鏡を横倒しに固定して観察ステージが垂直に立つようにした。これにより顕微鏡の光軸は水平となる。電動ステージを導入し、制御コンピューターからの信号によりXY軸方向に精密に動作するようにシステムを構築した。根の明視野像を記憶させ、この形状が常に視野の中央に位置するようにステージを動作させるプログラムを設定した。2.観察サンプルの最適化:細胞膜貫通ドメインとtdTomatoの融合タンパク質を、SRR1プロモーターの制御化で発現させることで、根の全細胞層で細胞膜が赤色蛍光を発する形質転換シロイヌナズナ植物を観察に用いた。底部がカバーガラスになったチャンバースライド内に寒天培地を作製し、そこに滅菌した種を播種して発芽させた。チャンバースライドを垂直に保持すると、発芽後の根は期待通り寒天培地とカバーガラスの間を下方向に向かって伸長した。これを上記の横倒し顕微鏡に固定し、4分間隔で明視野像と蛍光像を取得した。根は光軸の深度方向(Z軸方向)にも振動しながら伸長するため、観察回ごとにZスタックを取得し、最も焦点の合った画像をつなげ合わせることで、タイムラプス動画を作製した。このような最適化により4日間の連続観察が可能となり、根冠細胞の剥離や根の細胞伸長を初めて動画として捉えることに成功した。今年度の研究により、伸長中の根端分裂組織における細胞の動態を4日間という長時間に渡って捉え続けることに成功した。この間、根は観察像の中でほとんど静止した状態で撮影されていた。我々の知る限り、このような動画の撮影に成功した例はこれまで存在しておらず、本研究計画の技術的な課題は、ほぼ達成されたと判断される。伸長中の根端における組織パターンや遺伝子発現の動態を経時的に観察することは、技術的に困難であった。これは根の伸長により、根端部が短時間のうちに顕微鏡の視野から外れてしまうためである。本研究課題では根の先端を自動追尾し、高倍率で長時間にわたって継続的にイメージングする技術を開発し、根冠細胞の剥離過程を詳細に観察した。1.顕微鏡システムの開発:前年度までに、電動ステージを装着した倒立顕微鏡を横倒しにし、明視野像をもとに根端部を視野の中央に捉え続ける顕微鏡システムを開発した。蛍光像の取得のために暗所下で観察した場合には、根の成長が途中で停止したため、電動シャッターを用いて、蛍光像の取得時のみ照明をカットする工夫を行った。これにより最長で8日間にわたって根端部を観察し続けることに成功した。2.根冠細胞の剥離過程の観察:細胞膜を蛍光タンパク質で可視化したシロイヌナズナを用いて根冠の剥離過程を観察した。野生型植物においては、まず側部根冠最外層の基部側にある細胞が根から外れ、外側へ大きく湾曲することで剥離が開始された。その後、最外層全体が根から遊離し、層構造を保ったまま根端から脱落した。剥離の開始が発芽誘導後の比較的一定したタイミングで起こるのに対し、剥離開始から脱離までの時間は一定していなかった。さらに1つ内側の根冠層も同様の過程を経て剥離・脱落したが、剥離開始の時間は比較的一定していた。根冠分化の制御因子であるBRN1, BRN2を欠損した変異体でも、野生型と同様に根冠の剥離が開始されたが、根からの脱離は起こらなかった。しかし最外層の脱離がないまま内側の細胞層が剥離を開始し、そのタイミングは野生型と同様であった。以上のことから、根冠の剥離は根の内生リズムに依存して開始されるのに対し、最終的な脱離は偶発的な刺激によることが示唆された。1.根冠分化の変異体やレポーターラインを用いたタイムラプス観察:根冠は数層の細胞からなっており、最外層から順に剥離する。

この過程を制御するSMBやBRN転写因子の変異体では、根冠の細胞剥離に異常がみられる。これらの遺伝子の機能欠損変異体の根端部をタイムラプス観察し、剥離する細胞の動態を野生型植物と比較する。またBRN転写因子は根冠の外側の1-2層で特異的に発現している。これは未知の機構によって根が外界を認識し、その位置情報に応じてBRNの発現領域を制御していることを示唆する。BRNの転写をモニターできるYFPマーカーを利用し、根冠細胞の剥離によってシフトする細胞と外界との関係が、BRNの転写とどのように相関しているかを調べる。2.接触刺激の感受からオーキシン極性輸送の変化に至る過程のイメージング:根の重力屈性にはオーキシン応答の分布が重要な役割を果たしている。根冠で感受された重力方向の変化が細胞膜上のPINタンパク質の配向を変え、結果として生じるオーキシンの不等分布が細胞の偏差伸長を経て根を屈曲させる、というモデルが提唱されている。しかしこのようなメカニズムは、重力の方向を突然90°変えるという自然界ではあり得ない実験によって示されている。一方、自然界で起こる屈性は、障害物に当たった根が側方に伸長する場合や、障害物を避け終えて下向きの伸長を再開する場合などである。このような自然な伸長過程でオーキシンの分布や各細胞の伸長がどのように変化しているのかを、タイムラプスイメージングにより明らかにする。植物発生生物学研究開始当初は、電動ステージの制御用にMetaMorphプログラムを購入することが必要であると考えて、ソフトウェアの購入費を計上していたが、Nikonの顕微鏡に付属する画像解析プログラムをバージョンアップすることで用が足りることが明らかとなった。このため、MetaMorphプログラムの購入経費が不要となった。観察システムが完成に近づいていることから、今後は観察サンプルの作製や実際のタイムラプス観察が中心となる。前者については、遺伝子コンストラクションや形質転換植物を作製するために研究補助員を雇用するので、繰越金はその給与に充てる。そのほかには、成果発表のための旅費や論文投稿に有効利用する予定である。
プロスペクト理論を用いた不確実性下における交通行動の分析

本年度は,所要時間の不確実性を確率分布により表現するという立場から,実所要時間分布から認知所要時間分布を推定する手法を開発した.実所要時間分布と認知所要時間分布との関係性を記述する有効な数理モデルとしてあげられるのが,Kahneman and TverskyやPrelecにより提案されているウエイト関数である.ウエイト関数は,「不確実性下において意思決定者は,実際に生起する確率をそのまま認知している訳ではなく,何らかのバイアスを持って認知している」ことを数理モデルで表現するものである.ウエイト関数を用いることにより,不確実性に対する態度を記述することが可能であり,パラメータ推定値から実所要時間分布がどのようなバイアスを持って認知されているのかを明らかにすることが可能となる.このウエイト関数を用いて,昨年度実施したダイアリーアンケート調査ならびに今年度実施した室内実験のデータにより,実所要時間の平均値・標準偏差と認知所要時間から認知所要時間分布を推定した.Kahneman and Tversky型ウエイト関数・Prelec型ウエイト関数ともに,そのパラメータ推定結果からは次の知見を得た:(1)早い所要時間の生起確率は実際よりも小さく認知する,(2)遅い所要時間の生起確率は実際よりも大きく認知する,(3)平均値付近の生起確率は実際よりも大きめに認知される.「所要時間が大きくなるほどその生起確率を大きく認知する」「実所要時間平均値周辺の生起確率は実際よりも大きく認知する」というように形で通勤者が不確実性を認知しているという結果は,現実問題として制約時刻の存在する通勤行動では妥当な結果であり,意思決定者の認識の歪みを考慮することで,交通行動の解釈の幅を広げると考えられる.本年度は,6週間のダイアリー調査と,普段の通勤行動SP調査に基づき,通勤者が所要時間の不確実性認知を考慮して,出発時刻を決定しているという仮定のもと,その出発時刻選択の重要な要因の一つであるセーフティーマージンの規定要因を明らかにするための分析を行った.分析結果のうち,ダイアリー調査から得られる所要時間の平均値・標準偏差,個人属性に関する変数を説明変数,通勤行動調査により得られる認知最大最小幅を被説明変数とする回帰分析結果では,自動車利用の場合ダイアリー所要時間の標準偏差は認知所要時間の最大最小幅に有意に影響を与えておらず,ダイアリー所要時間の平均値が認知所要時間の最大最小幅に有意な影響を与えていることが明らかとなった.すなわち,自動車通勤者は所要時間のばらつきを正確に評価しているのではなく,所要時間の平均値が増大すると不確実性が増大しているかのように認知していることが明らかになった.不確実性下では,所要時間のばらつきもバイアスを持って認知されているのである.さらに,そのような傾向は,不確実性が大きく比較的良く認知されていると考えられる高速道路利用通勤者において強く見られたことから,不確実性が大きい場合ほど認知のバイアスは大きくなるのではないかと推察される.また,基準化したセーフティーマージンの回帰分析結果では,自動車通勤では基準化した認知所要時間最大最小幅が基準化セーフティーマージンを有意に増大させていた.総じて自動車通勤では,通勤者は所要時間の不確実性をバイアスを持って認知し,その認知にもとづきセーフティーマージンを取る,という意思決定構造が段階的に明らかとなった.この知見は,認知所要時間に基づく通勤者の意思決定行動を観測される実所要時間により記述する分析手法に疑問を投げかけるものである.また,本年度は,次年度実施予定の室内実験のためのシミュレータ開発も行った.本年度は,所要時間の不確実性を確率分布により表現するという立場から,実所要時間分布から認知所要時間分布を推定する手法を開発した.実所要時間分布と認知所要時間分布との関係性を記述する有効な数理モデルとしてあげられるのが,Kahneman and TverskyやPrelecにより提案されているウエイト関数である.ウエイト関数は,「不確実性下において意思決定者は,実際に生起する確率をそのまま認知している訳ではなく,何らかのバイアスを持って認知している」ことを数理モデルで表現するものである.ウエイト関数を用いることにより,不確実性に対する態度を記述することが可能であり,パラメータ推定値から実所要時間分布がどのようなバイアスを持って認知されているのかを明らかにすることが可能となる.このウエイト関数を用いて,昨年度実施したダイアリーアンケート調査ならびに今年度実施した室内実験のデータにより,実所要時間の平均値・標準偏差と認知所要時間から認知所要時間分布を推定した.Kahneman and Tversky型ウエイト関数・Prelec型ウエイト関数ともに,そのパラメータ推定結果からは次の知見を得た:(1)早い所要時間の生起確率は実際よりも小さく認知する,(2)遅い所要時間の生起確率は実際よりも大きく認知する,(3)平均値付近の生起確率は実際よりも大きめに認知される.「所要時間が大きくなるほどその生起確率を大きく認知する」「実所要時間平均値周辺の生起確率は実際よりも大きく認知する」というように形で通勤者が不確実性を認知しているという結果は,現実問題として制約時刻の存在する通勤行動では妥当な結果であり,意思決定者の認識の歪みを考慮することで,交通行動の解釈の幅を広げると考えられる.
ゆらぎと応答の基本限界から探索する生体分子の設計原理

生体分子モーターのin vitroでの1分子計測を契機に、少数分子の非平衡系に対する統計力学・情報熱力学理論が近年大きく発展した。しかし、より生理的な条件あるいは細胞内での生体分子の挙動の理解には至っていない。本研究では、in vitroおよび細胞内での1分子計測と理論研究のフィードバックにより、細胞内のような本質的に非平衡な混雑環境を前提とした統計力学・情報熱力学の理論構築を行い、実際の生体分子機械に対してこれを適用することで、生体分子機械の設計原理の解明を行う。
神経芽腫における腫瘍自然退縮の分子メカニズムの解明

神経芽腫(Neuroblastoma ; NB)の自然退縮に関する詳細な分子機構は不明である。これまで私は、LAPTM5遺伝子産物の蓄積により誘導される細胞死(LAPTM5誘導性細胞死)がNBの自然退縮に関与することを示してきた。そして、本研究課題により、LAPTM5遺伝子の転写およびタンパク質レベルでの量的制御機構の一端が明らかとなり、その脱制御がLAPTM5遺伝子産物の蓄積および細胞死誘導に繋がる可能性を見出した。癌には、無治療でも腫瘍が自然に消退するものがある。この「腫瘍の自然退縮現象」が高頻度に起こる癌として、神経芽腫(Neuroblastoma;NB)が知られているが、その分子メカニズムは全く不明である。これまで、申請者らは、LAPTM5遺伝子産物の蓄積により誘導される細胞死(LAPTM5誘導性細胞死)がNBの自然退縮に深く関与することを示した。本研究では、LAPTM5誘導性細胞死の生理的機序を明らかにし、NBの腫瘍自然退縮の分子メカニズムを解明することを目的として研究を進めている。具体的には、LAPTM5の転写活性化メカニズムおよびその活性化因子の同定、細胞内小胞における機能的役割、LAPTM5陽性小胞の量的制御機構の解明に焦点を絞り、研究を行ってきた。その結果、LAPTM5の転写は、癌抑制遺伝子であるp53により直接的に誘導されること、および癌遺伝子であるMYc(c-MycおよびN-Myc)により抑制されることを同定した。このことは、癌において、LAPTM5発現の制御異常が癌化に関与する可能性を示唆している。現在、p53により誘導されるLAPTM5陽性小胞の機能的役割を明らかにするために、相互作用する分子の網羅的探索を行っている。一方、申請者は、LAPTM5はITCH (E3ユビキチンリガーゼ)との直接的な結合により、ユビキチン化によるタンパク質分解を受けることを明らかにした。ITCHは甲状腺癌をはじめ、いくつかの癌種において、高発現している事が知られている。このことからも、癌において、LAPTM5発現の制御異常が癌化に関与することが推測された。本研究では、LAPTM5誘導性細胞死の生理的機序を明らかにし、NBの腫瘍自然退縮の分子メカニズムを解明することを目的とした。具体的には、LAPTM5の転写活性化メカニズムおよびその活性化因子の同定、LAPTM5陽性小胞の量的制御機構の解明に焦点を絞り、研究を行ってきた。その結果、LAPTM5の転写は、癌抑制遺伝子であるp53により直接的に誘導されること、および癌遺伝子であるMYC(c-MycおよびN-Myc)により抑制されることを示唆する所見を得た。また、申請者は、LAPTM5はITCH(E3ユビキチンリガーゼ)との直接的な結合により、ユビキチン化によるタンパク質分解を受けること、およびITCH発現抑制により、NB細胞におけるLAPTM5誘導性細胞死が促進されることを明らかにした。このことは、ITCHの発現は、LAPTM5誘導性細胞死を抑制することで、NBの自然退縮癌を負に制御している可能性を示唆している。また、細胞内小胞輸送の制御因子およびオートファジー関連遺伝子であるMAP1LC3(LC3)遺伝子には、5つのファミリーが存在し(LC3A variant-1 and -2, LC3B, LC3B2, LC3C)、そのうちLC3A variant-1がNBを含むあらゆる癌種において高頻度に不活性化していることを明らかにした。このように、本研究において、LAPTM5遺伝子の発現制御機構を明らかにすることにより、NBの自然退縮の分子メカニズムの理解を深める事が出来た。
朝鮮半島統一問題と日本の立場-東西ドイツ統一に際するポーランドの政策と比較して-

昨年10月、本研究課題に関する日韓シンポジウムを開催した。日本側からは、ポーランド史研究者の集まりである「ポーランド史研究会」、韓国からは共同研究者の金溶徳氏はじめ韓国外国語大学東欧研究所所長、ポーランド学科長などの代表が参加した。3年前に準備会議を開いてから、今回は本研究課題に沿った本格的な会合になった。ここでは、まずドイツ・ポーランド関係と、日本・韓国関係の類似性と相違性について議論がなされた。独立国をその隣国が占領支配するという点においての基本的な状況の類似性がある一方、ドイツ人には徹底した歴史教育が行われたのに対して、日本のそれは不充分であるという相違性がある。しかし日本には、戦争中ドイツがポーランドにたいして行ってきたような、ポーランドの文化そのものの根絶を目指した、いわゆる「文化闘争」のような概念は存在しなかったといえる。また現在のドイツは、CDUのみならずSPDの一部までも巻き込んだ、旧ドイツ領の回復とその補償をポーランド政府にたいして要求するというような政治・社会運動がひろがっていることを見るならば、ドイツで行われてきたような徹底した歴史教育とは、はたしてポ・独両民族の相互理解にどれほど役立ったのか疑わしいといわざるを得ないとの指摘があった。さらに、日本と韓国はアジアの安定勢力として、相互理解と将来にわたるパートナーシップを確立することが必要であり、そのためには日本側は思い切った一歩をすすめることが必要であろうということが指摘された。日本と韓国のポーランド研究者が、ポーランド語という共通の言葉によって、ドイツとポーランドの関係を前提としつつ、日韓問題について話しあう機会をもてたことは重要であった。さらに意見交換を行うことの重要性が確認された。朝鮮半島を巡る情勢は、急速に変化しつつある。本計画の申請時には予測がつかなかった事態が出現した。今後どのように事態が進むか予測は困難であるが、朝鮮半島の統一が将来成立するであろうという前提のもとに、その際に日本がどのような政策をとって望むべきかとう観点から調査に着手した。本年度は、既に提出した研究計画を一部変更して、最も基本的な問題である日韓両国民の相互に対する感情、評価の変化を辿る作業を開始した。隣国同士である以上、相互に確執は存在してきたであろうが、両国の関係はそれだけではなかったはずである。実際に両国民はどのような感情を持ってきたのかという観点からの見直しの調査を行っている。その中心となるのは、日本の首相の韓国訪問が韓国の世論ではどのように受け取られていたのか、新聞の論調はどうであったのか、ということの調査を始めた。これをポーランドとドイツの関係と比較する。ポーランドへは、1969年に当時の西ドイツの首相が訪問した。この訪問によって両国は国境の確定を行った。両国にとって極めて重要であったこの訪問をポーランドは必ずしも歓迎したとは言えないところがある。その背後には政治的な思惑、ポーランド統一労働者党内部での派閥の対立があるとみられる。この例を日韓関係と比較しながら、さらに詳しく分析を行っている。上記以外に本年度に行ったことは、韓国の共同研究者を中心として、韓国の研究者と日本側のポーランド史研究者が会し、京都において第一回のシンポジウムを開催したことである。来年度は第二回目をソウルにおいて開く予定である。昨年から韓国の共同研究者と会談して確認してきたのは、日本に対する韓国側の認識の根底にある不満及び日本側の対韓国認識の間にあるギャップの明確化である。韓国の、日本にたいする不満の根は深く、例えば日本の首相が一回訪問することによって解決できるような性格のものではない、といわれる。しかし、さらに具体的にそれは何かというならば、実態は漠然としたものになってくる。2003年12月に、本報告者はソウルの韓国外国大学を訪問して、共同研究者金溶徳講師を含む韓国側研究者とのシンポジウムに参加した。そこで報告した内容の概略は、勢力均衡とポーランドの立場に関することであった。歴史的にポーランドは、列強による勢力均衡の犠牲となってきた。勢力均衡を肯定的に捉えるのは、主として強国の立場からのものであり、ポーランドにとってドイツとロシアの勢力均衡がおこなわれると国の分割につながった朝鮮半島の運命も日本、中国あるいはロシアという列強の勢力争いによって決定される傾向があり、これは朝鮮人のナショナリズムに反することとなった、ということであった。サッカーのワールドカップ共同開催以来、日韓両国の交流は民間レベルでも急速に進みつつあるが、しかしそれにしても最も根本的な意識のずれを放置したまま、なし崩しに表面的な友好関係の維持を進めていくならば、将来破綻がおとずれる可能性がある、ということについて話あわれた。1970年には、ドイツ首相ブラントがポーランドを訪問して徹底的に謝罪するという劇的な国交回復がおこなわれ、これによって始まった友好関係は永続するかに思われた。しかし、今日ドイツ側からだされている旧ドイツ領にたいする権利の要求は、このような謝罪によって始まった両国の友好関係ではあるが、その維持がいかに困難であるかということの例として、日韓関係にも参考にされねばならない。あるいは、これは日本と西洋との間の行動様式の差にまでかかわってくるのかもしれない。来年度の計画は、韓国側の不満の実態、さらには意識の差についてさらに掘り下げていく予定である。

3年前に準備会議を開いてから、今回は本研究課題に沿った本格的な会合になった。ここでは、まずドイツ・ポーランド関係と、日本・韓国関係の類似性と相違性について議論がなされた。独立国をその隣国が占領支配するという点においての基本的な状況の類似性がある一方、ドイツ人には徹底した歴史教育が行われたのに対して、日本のそれは不充分であるという相違性がある。しかし日本には、戦争中ドイツがポーランドにたいして行ってきたような、ポーランドの文化そのものの根絶を目指した、いわゆる「文化闘争」のような概念は存在しなかったといえる。また現在のドイツは、CDUのみならずSPDの一部までも巻き込んだ、旧ドイツ領の回復とその補償をポーランド政府にたいして要求するというような政治・社会運動がひろがっていることを見るならば、ドイツで行われてきたような徹底した歴史教育とは、はたしてポ・独両民族の相互理解にどれほど役立ったのか疑わしいといわざるを得ないとの指摘があった。さらに、日本と韓国はアジアの安定勢力として、相互理解と将来にわたるパートナーシップを確立することが必要であり、そのためには日本側は思い切った一歩をすすめることが必要であろうということが指摘された。日本と韓国のポーランド研究者が、ポーランド語という共通の言葉によって、ドイツとポーランドの関係を前提としつつ、日韓問題について話しあう機会をもてたことは重要であった。さらに意見交換を行うことの重要性が確認された。
PEG－ポリアミノ酸ブロック共重合体高次構造を制御した高分子ミセル型DDSの創製

白金錯体制がん剤シスプラチン(CDDP)をポリエチレングリコール-ポリ-L-グルタミン酸ブロック共重合体(PEG-b-P(L-Glu))と反応させることにより、CDDP内包ミセル(CDDP/m)を調製した。CDDP/mを円二色性スペクトル及び小角X線散乱法により分析したところ、ミセルのコアにαヘリックスが整列した高次構造が存在することが確認された。そこで、P(Glu)鎖の高次構造がCDDP/mの薬剤機能に及ぼす影響を調べるために、構成グルタミン酸残基の光学活性が異なるPEG-b-P(D-Glu)と、規則構造を取ることができないPEG-b-P(D,L-Glu)を用いてCDDP/mを調製した。各CDDP/mをヒト膵臓がんを移植したマウスに静脈投与したところ、コアがランダム構造のCDDP/mは、ミセル構造の早期崩壊と共に肝臓と脾臓への集積量が急増し、腫瘍への集積が少なかったのに対し、コアにαヘリックスを有するCDDP/mは、その高い構造安定性により肝臓と脾臓への取り込みが抑制されたことで血中滞留性が向上し、腫瘍に対して効率的に集積することが明らかになった。また、各ミセルの膵臓がん治療効果を比較したところ、コアにαヘリックスを有するCDDP/mを投与した場合に20日間以上腫瘍の成長を抑制することに成功した。すなわち、ミセルのコアにαヘリックス集積構造が存在することによるミセル構造の安定化が、膵臓がんに対するCDDPの選択的かつ効率的なデリバリーを可能にし、高い制がん効果を得たと考えられる。また、白金錯体としてより疎水的なDACHPtを内包した高分子ミセルを調製し、ミセルのコアにおける白金原子の配位構造を最適化することにより、その生理条件下における安定性を向上させることに成功した。血中におけるミセルの構造安定性の向上は、内包薬物の腫瘍に対する選択的デリバリーを可能にし、副作用を大きく抑制すると考えられる。白金制がん剤DACHPtとPEG-ポリグルタミン酸ブロック共重合体の配位子交換反応により形成されるDACHPt内包ミセルは、臨床試験において良好な結果を出している。本研究では、DACHPt内包ミセルのコアを形成するポリグルタミン酸の高次構造を変化させたときに、ミセルの構造や薬剤機能がどのように変化するか検証した。尚、ポリグルタミン酸鎖として、L-グルタミン酸またはD-グルタミン酸を重合したポリマー(PEG-PLG、PEG-PDG;αヘリックスを形成する)とL-グルタミン酸とD-グルタミン酸をランダムに重合したポリマー(PEG-PDLG;αヘリックスを形成しない)を用いて各評価を行った。ミセルの形成に関して、αヘリックスを形成する場合は粒径の小さい単分散性のミセルが高収率で得られたが、αヘリックスを形成しない場合は平均粒径が大きい多分散性のミセルが低収率で得られた。また、αヘリックスを形成に伴いミセル形成が加速された。薬剤機能に関して、ミセルを生理食塩水に晒した場合、αヘリックスを形成するミセルはαヘリックスを形成しないミセルよりDACHPt放出が抑えられ、ミセル構造の崩壊が遅くなった。また、膵臓がんを担持するマウスに各DACHPt内包ミセルを静脈投与した結果、αヘリックスを形成するミセルはαヘリックスを形成しないミセルと比べて、24時間後の血中濃度が6倍、がんへ集積量が1.4倍大きく、より効果的にがんの成長を抑制した。今回、緻密な間質形成のため粒径が大きいミセルを透過しないと考えられる膵臓がんをターゲットとしたため、αヘリックスを形成するミセルは、その高い血中滞留性と小さい粒径により、高い制がん効果を示したと考えられる。コアの二次構造を制御することにより、ミセルの形成過程、形状及び安定性の制御が可能であることが示され、ここで得られた知見は高分子を用いたスマートなDDS製剤を設計する際に、新しい方法論を提供するだろう。

すなわち、ミセルのコアにαヘリックス集積構造が存在することによるミセル構造の安定化が、膵臓がんに対するCDDPの選択的かつ効率的なデリバリーを可能にし、高い制がん効果を得たと考えられる。また、白金錯体としてより疎水的なDACHPtを内包した高分子ミセルを調製し、ミセルのコアにおける白金原子の配位構造を最適化することにより、その生理条件下における安定性を向上させることに成功した。血中におけるミセルの構造安定性の向上は、内包薬物の腫瘍に対する選択的デリバリーを可能にし、副作用を大きく抑制すると考えられる。ミセルの基礎物性の検証が終わり、in vitro細胞毒性試験及び次年度行う予定だったin vivoにおける血中滞留性、がん集積性、制がん効果の確認まで達成できた。また、当初予定していたDACHPt内包ミセルの他にCDDP内包ミセルに関しても基礎物性の評価が進み、次年度早期に研究成果をまとめることができると考えられる。平成23年度の研究により、制がん効果向上の原因としてミセルの血中滞留性向上とその小さい粒径が挙げられた。制がん効果向上がいずれの原因によるか確認するため、ミセルに蛍光標識を施し、in vivoにおけるがん組織透過性を評価する。また、CDDP内包ミセルに関して、in vivoにおける血中滞留性、がん集積性、制がん効果の検証を行い、ミセルコアの二次構造と薬剤機能の因果関係を明確にする。