hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
分離径制御流同伴型サイクロンの開発とＰＭーＶＯＣ同時除去とナノ粒子合成への利用

また、このサイクロンとマイクロ波加熱を併用し、PM0.1PM2.5の粒子状物質とVOCを同時に除去する乾式システムを構築すると共に、主流を液体、分離径制御流を気体として、粒子合成と分級・捕集を同時に行う湿式機能性粒子製造プロセスを構築することを第2の研究目的としている。本年度は、コニカル部にポア径2μmの焼結金属を有する分離径制御流同伴型サイクロンを試作し、焼結金属からクリーンエアを供給する効果を検討・評価した。その結果、乾式サイクロンでは、クリーンエアを供給することで粒子付着を低減できることが明らかとなった。また、クリーンエアの供給量により分級径を制御でき、適切な供給量を選択することで従来よりも微細な分級径を得ることが可能であることも明らかとなった。これに加え、液体サイクロンとして使用した場合においては、乾式サイクロンよりも顕著に分級径の可変範囲が拡大することがわかった。また、同様に、適切な供給量を選択することで従来よりも微細な分級径を得ることが可能であり、その適切な供給量は乾式サイクロンよりも大きいことがわかった。平成24年度以降に行う検討項目として、「マイクロ波照射によるVOC等有害成分分解性能の向上・評価」「分離径制御流同伴型サイクロンを用いた気液反応による粒子創製プロセスの開発と評価」「分離径制御流同伴型サイクロンを用いた閉回路粒子創製捕集プロセスの開発と評価」「粒子捕集とマイクロ波によるVOC分解機構の解明と理論構築」の4項目を挙げていた。本年度はこれらのうち、「分離径制御流同伴型サイクロンを用いた気液反応による粒子創製プロセスの開発と評価」「マイクロ波照射によるVOC等有害成分分解性能の向上・評価」「分離径制御流同伴型サイクロンを用いた閉回路粒子創製捕集プロセスの開発と評価」に関する基礎的な検討を行うことができた。すなわち、気液反応を行うための反応装置を作製し、その性能を把握することができた。また、サイクロン反応器全体にマイクロ波照射を行うことができる装置についても作製することができた。さらに、液体サイクロンを組込んだ閉回路型分級プロセス装置の開発にも着手することができた。このように、最終年度である次年度において研究目標を達成するための基礎的検討とその準備が完了したことになる。以上の理由により、上記のように自己点検した。本申請を行った際の研究計画では、平成23年度に「PM0.1PM2.5分離回収可能な分離径制御流同伴型サイクロンの開発と性能評価」「PM0.1PM2.5,VOC同時除去装置の開発と性能評価」に取組む予定としていた。前者の検討項目については、当初予定通りの開発と評価を行うことができた。一方、後者の検討項目については、SPMとVOCの同時除去装置の概略開発までは行うことができたが、その性能評価は十分に行えたとは言い難い。よって、現在までの達成度を(2)と判断した。平成25年度も当初の研究計画に沿って研究を推進する予定としている。「分離径制御流同伴型サイクロンを用いた閉回路粒子創製捕集プロセスの開発と評価」を重点的に検討する予定である。その後、「マイクロ波照射によるVOC等有害成分分解性能の向上・評価」なる検討項目の研究を行う。
衛星観測と計算機実験による地球磁気圏におけるイオン-波動-粒子結合系の物理

本科学研究費補助金は、科学衛星観測および計算機実験による磁気圏プラズマ物理学、宇宙プラズマ物理学研究に対し、更に、高度な研究成果を目指すためのブレイクスルーをもたらす為の基礎研究に取り組んだものである。中でも長年にわたり懸案となっている衛星観測がもつ「一点観測による時間と空間の非分離」という項目を打破するための「より多くの複数衛星による同時観測の実現」が世界的にも潮流になりつつあり、そのために必要となる観測器の軽量化、小型化技術に本研究でも取り組んだ。プラズマ波動観測のアナログ部を、一つのチップ内(アナログASIC)の中に実現する技術に取り組み、設計・試作を行って、チップ化プラズマ波動観測器の実現に向けて大きな基盤を築いた。特に、初段差動アンプ、帯域制限用でインダクタを利用しないgm-Cフィルタ、メインアンプ、それらを安定に動作させるためのCommon mode feedback回路とその組み合わせによる複数チャンネルを同時にチップ内に実現するために、その回路設計、チップ内の配線に至るまでの設計を一通り行い動作確認も行った。計算機実験ではより現実に近いモデルと高速並列計算を用いた大規模計算機実験を行い、高精度のイオンビーム/電子ビーム不安定性の非線形発展とその背景プラズマとの相互作用についての解析を行った。特に電子とプラズマ波動の相互作用がイオンのダイナミクスによって影響を受けるプロセスに注目した。また、一方で現実的なモデルを用いた計算機実験では、計算機実験空間内に電界センサーとしてのアンテナを入れてプラズマ中での特性変化や、プラズマシース、光電子の影響を解析できる大規模3次元計算機実験を完成させた。本年度は、まず、超小型プラズマ波動観測器の基礎研究を進めるために、アナログ部をひとつのチップの中に納めてしまうアナログASIC化技術についての調査を行った。まず、アナログ部をチップ化するにあたって、どの程度のスペックの部品までASIC内に収められるのか、そして、プラズマ波動観測器特有の回路をASIC化するにあたって、どこに困難さがあるのか、を調査した。その結果、現在、想定されているアナログ部をチップ化するにあたって、いくつかの問題点が明らかになった。まず、帯域制限フィルタを実現するにあたって、L-C filterなどでは、低周波であるため、大きなインダクタンスが必要になる。これをチップ内に実現することは不可能である。次に、電界信号などは、信号のダイナミックレンジが広いために、多ビットのA/Dコンバータが必要となるが、これも精度のよいA/Dコンバータを一つのチップ内に納めるのは、難しい。そこでアナログ部のチップ設計をすすめるにあたり、まず、波動観測器としては必須であるフィルタの問題に取り組んだ。メインアンプ前段の帯域制限フィルタは、低ノイズである必要があるので、L-Cフィルタが望まれるが、インダクタンスが必要でチップ内実現は困難である。それで、この帯域制限フィルタとして、FETのコンダクタンスgmとキャパシタンスを利用するgm-cフィルタを利用することにした。このgm-CフィルタをSPICEシミュレーション上で実現し、100kHzという低周波にCutoffをもつ2次のバタワース型のフィルタの設計に成功した。一方、計算機実験では、大規模な計算機実験を行い、地球磁気圏内部の至るところでみられる電子ビーム/イオンビームがどのように波動と相互作用を起こし、その非線形段階へと発展していくかのパラメータ依存関係を明らかにした。平成16年度は、次世代小型衛星用超小型プラズマ波動観測器の基礎研究として、実際のウェハーを提供するメーカーと契約を結び、その提供されるウェハーの中から、0.25umのアナログデジタル用ウェハーを選択した。そして、そのメーカーが提供するプロセスの特性を考慮したライブラリを回路シミュレータに組み込み、初段のゲインつき差動アンプ、および、コイルなどを用いずにLow pass filterを実現する、「gm-C filter」を設計した。各コンポーネントは、全差動型の回路を基本に設計し、さらにこれらを結合させ、システムとしての動作するために、パラメータの調整・設計変更を行った。特に、全差動回路では必須である、Common mode feedback回路の設計を行い、それぞれの回路コンポーネントに装備することにより、安定した動作、よりよいCMRRの実現に配慮した。

次に、実際にチップ内のレイアウトを作成するために、チップ内に製作する回路の組み合わせを検討して、合計8channelを組み込む設計とすることにし、それをチップ内にレイアウトを行った。このレイアウトには、静電気破損保護や、そこに寄生する容量による特性の変化の確認など、かなり設計にノウハウと熟練が必要なため、こちらで設計したレイアウトを専門のメーカーに適正化を図ってもらう作業を行った。また、電磁界シミュレータを購入し、衛星内部に存在する、非平衡電流が衛星の構体を通して流れる際に発生する電磁界ノイズのレベルを定量的に評価する試みを行った。一方、計算機実験では、プラズマが波動-粒子相互作用により非常に高エネルギーにまで加速されるメカニズムに関する計算機実験を行いホイッスラーモードの重要性を示した。平成17年度は、平成16年度に設計を行い、その適正化を行った「次世代小型衛星用超小型プラズマ波動観測器」用アナログチップのチェックおよび、改良を行った。特に、チップ内のレイアウトの調整や、各層にもたせる役割の変更などを行い、エラーチェックも行った上で、VDECを通し、MOSISチップ試作サービスにてチップの製作を行った。内容は、初段の差動アンプを、0および10dBゲインをもたせたもの、それから、帯域を制限するためのgm-Cフィルターであり、これらを単独で組み込んだ部分と、システムとして連結した部分とをチップ内にそれぞれ埋め込んだ。また、Common mode feed backに関してもその役害がわかるような回路構成としておき、チェックピンを多用して、QFPパッケージで80ピンという非常に多くのピン数をもつチップの設計となった。しかし、合計8チャンネルにおよぶアナログコンポーネントを3mm角チップ内に組み込んだにもかかわらず、回路規模としては、チップ内の数%しか占めておらず、この試作設計で得られた知見は、今後の「チップ化プラズマ波動観測器」の実現に向けて、「どの程度までの能力をひとつのチップに集約できるか」を判断する非常に有用なものである。そして出来上がったチップを実際に試験するための治具を作成し、それによって試作からあがってきたチップの電気試験を行った、その結果、ゲインは得られているものの、周波数特性などの劣化があり、調査の結果レイアウトの一部に改良の余地があることがわかり、今後のデザインに反映させていくべき知見が得られた。計算機実験については、引き続き、大規模な三次元モデルによる粒子シミュレーションを続行し、次世代の衛星観測では重要となる衛星と周辺プラズマの相互作用に関する知見も得ることができた。
コホート内患者対照研究における最適な対照選択法の開発

ヒトを対象として疾病の発生の原因を突き止めるためには疫学的な研究が不可欠である。コホート研究は疫学的な研究デザインの中で代表的なものであるが,まれな疾病を対象としたコホート研究では,大規模のコホートと長期間の追跡を必要とするため,コストが膨大になるというデメリットがある。本研究では,そのデメリットを補うために実施されるコホート内症例対照研究デザインの特性について詳しく検討することを目的としている。本研究を進める中で,コントロールを交絡因子で層別した中から無作為に抽出するデザインは,曝露の発生割合が低い揚合には未知母数の推定効率が低くなる傾向があり,その揚合にはカウンターマッチング法が有効にはたらくことを推定量の漸近効率を使って検討してきた。また,カウンターマッチング法の改良として,ペアワイズ法を開発し,その方法の特性を検討した。その結果として,コントロールは複数選ぶ楊合については,ペアワイズ法を用いることでより柔軟なコントロール抽出デザインが可能であり,時にはこれまで提案されているカウンターマッチング法よりも推定効率が高くなることを明らかにした。その結果は,日本数学会の年会の中で報告している。また,これまでカウンターマッチング法を実際に活用した研究があまり行われていない点を考慮して,上のペアワイズ法も含めて,カウンターマッチング法に関するこれまでの研究のサーベイを行い,それを総説として学会誌に投稿中であり,現在査読者のコメントに関して修正を行い,再投稿しているところである。また,この研究を進める中で,実際にカウンターマッチングデザインを利用する際には,未知母数に関する検定の検出力や推定効率を詳しく計算し,対照のサイズを決定する必要がある。その点については,理論的な導出やシミュレーションを利用した方法などを今後の課題として検討していきたい。疾病の発生の原因を疾病発生割合や疾病率によって分析する疫学研究においては,コホート研究は重要な役割を果たしている。しかし,まれな疾病を対称にする場合には,コホート研究においては,多くのコホートメンバーと長期間の追跡を必要とするため,コストが高くなる傾向があり,それがコホート研究の問題点とされている。本研究では,相対リスクなどの疾病リスクの推定効率を出来るだけ下げずに,研究のコストを下げるための方法として,コホート内患者対照研究を用いている。この方法では,各患者に対してコホートメンバーの中から対照を選択して,詳しい曝露や交絡因子の情報を集めるのであるが,どのような対照を選択することがコスト削減に効果をもたらすのかを明らかにすることが本研究の大きな目的である。今年度は1年目でありその準備に多くの研究時間を割いてきた。これまで,コホート研究における対照の役割やコホート内患者対照研究におけるカウンターマッチング法の位置づけやその有効性についてのサーベイを進めており,その結果をサーベイ論文という形で現在執筆中である。また,この議論の中で出てきたペアワイズ法を使ったカウンターマッチングデザインに対する解析方法の開発も進めており,その理論的な性質や具体的なデータを用いたシミュレーションによって推定方法の分析を進めているところである。この解析手法に関する性質についての研究を,今後も進めていき,解析方法とその性質についても学会等で発表していく予定である。疫学研究において,コホート研究は重要な役割を果たしているが,まれな疾病を対象としたコホート研究では,大規模のコホートと長期間の追跡を必要とするため,コストが膨大になる場合が多い点が問題である。本研究では,その欠点を補うために実施されるコホート内症例対照研究デザインにおいて曝露リスクを推定する効率を高める対照の選択方法を決定することを目的としている。1年目の研究においては,曝露因子の割合が少ない場合に,曝露因子によるカウンターマッチング法が有効であることを検証してきた。今年度は,2年目として,その研究のまとめとしてカウンターマッチングの位置づけや有効性について研究を進めてきた。

特に,1年目に開発したペアワイズ法を利用した研究デザインの特性を調べるために,推定量の漸近効率を視点としたシミュレーションを行った。ペアワイズ法の特性に関しては,日本数学会の年会で他の分野の研究手法との関連も含めて報告を行った。カウンターマッチング法に関するこれまでの研究のサーベイヤ本研究で明らかとなった内容についてまとめ,現在投稿し,査読者によるコメントに対する修正を行っているところである。また,この研究を進める中で,実際にカウンターマッチングデザインを利用する際には,未知母数に関する検定の検出力や推定効率を詳しく計算し,対照のサイズを決定する必要がある。その点については,理論的な導出やシミュレーションを利用した方法などを今後の課題として検討していきたい。
分散位置情報サービスと空間コンテンツ融合に関する研究

近年,携帯電話や無線通信などの普及により,屋外におけるインターネット利用が当たり前になって来ている.われわれの行動を支援する際に,「位置情報」は極めて重要な役割を果たす.しかし,位置に関係する情報を誰もが簡単に発信できる機構が,インターネットの主要サービスとしては実現されていない.現在は,地図ベンダーが中心になって,地図データおよびそれに関係付けられたコンテンツとして,閉じた形態での位置情報交換しか実現できていない.モバイルコンピューティング時代においては,インターネットに適合する新しい位置情報サービスの枠組みを早急に確立することが重要である.本研究では,インターネットに適するスケーラビリティのある位置情報流通を実現する基盤となる,(1)「分散位置情報サービス」と(2)「空間コンテンツ融合」の体系化およびシステムの実現を行う.平成13年度は,分散位置情報サービスとして,日本における住所情報と位置情報とを対として,あいまいな住所情報から位置情報を高速に検索する分散システムの開発を行い,運用実験を行い,実運用にも耐えうるシステムであることが実証できた.また,空間コンテンツ融合として,風景写真情報と地図情報とを統合化するための実用的な枠組みを3次元投影変換を基本に確立した.具体的には,実写風景にさまざまなアイコンを配置し,それを地図だけでなく,多くの写真で,位置情報をキーに情報共有する枠組みを体系化し,実際にプロトタイプシステムを開発し,われわれの枠組みの有効性を確かめた.本研究は,来年度以降には,理論面・実用面・機能面から拡張を行い,一般ユーザが位置情報をキーにさまざまなマルチメディアコンテンツを共有できる環境を実現する基盤として普及・発展させる予定である.近年,携帯電話や無線通信などの普及により,屋外におけるインターネット利用が当たり前になって来ている.われわれの行動を支援する際に,「位置情報」は極めて重要な役割を果たす.しかし,位置に関係する情報を誰もが簡単に発信できる機構が,インターネットの主要サービスとしては実現されていない.現在は,地図ベンダーが中心になって,地図データおよびそれに関係付けられたコンテンツとして,閉じた形態での位置情報交換しか実現できていない.モバイルコンピューティング時代においては,インターネットに適合する新しい位置情報サービスの枠組みを早急に確立することが重要である.本研究では,インターネットに適するスケーラビリティのある位置情報流通を実現する基盤となる,(1)「分散位置情報サービス」と(2)「空間コンテンツ融合」の体系化およびシステムの実現を行う.平成13年度は,分散位置情報サービスとして,日本における住所情報と位置情報とを対として,あいまいな住所情報から位置情報を高速に検索する分散システムの開発を行い,運用実験を行い,実運用にも耐えうるシステムであることが実証できた.また,空間コンテンツ融合として,風景写真情報と地図情報とを統合化するための実用的な枠組みを3次元投影変換を基本に確立した.具体的には,実写風景にさまざまなアイコンを配置し,それを地図だけでなく,多くの写真で,位置情報をキーに情報共有する枠組みを体系化し,実際にプロトタイプシステムを開発し,われわれの枠組みの有効性を確かめた.本研究は,来年度以降には,理論面・実用面・機能面から拡張を行い,一般ユーザが位置情報をキーにさまざまなマルチメディアコンテンツを共有できる環境を実現する基盤として普及・発展させる予定である.
かかわりを見いだす活動を重視した数学の授業を創造する

中学校数学の教材の中に潜むかかわりを教材研究で顕在化し,それを授業の中で活動させながら生徒につかませることをねらう授業づくりを研究するものである。研究のねらいは次の2点である。(1)生徒が自らかかわりを見いだすことができるような活動を授業で仕組むために,中学校3年間を見直し,教材研究を行い課題開発をする。(2)かかわりを見いだす活動を重視した授業を行い,生徒の反応,思考の様相をとらえカリキュラム作成に向けて実践を積み重ね,その成果を蓄積していく。平成19年11月10日の山梨大附属中の公開研究会では「一次関数の利用」の単元で「太陽光発電は損か得か」という授業研究を公開した。この授業では,10ケ月までの電気使用量から12ケ月の合計の電気使用量を予想するために,棒グラフを使い,本来直線となっていないグラフを直線と見るということを生徒に作業をさせながら見いださせた。その上で,太陽光の設備を自宅に設置したら,何年後に設備費が償還できるかを考えさせる授業である。また,平成20年2月28日には自主公開研究会を行い,「円周角の定理」の単元で授業を行った。この授業では,グラウンドに出て,40人の生徒みんなでメガホンでサッカーゴールをのぞいてどのような位置にみんなが立つのだろうかという授業を行い,円周角と弧の関係に着目しながら円周角の定理を見いだすという授業を行った。いずれの授業もビデオで授業と研究協議会を録画し,そのプロトコールをおこし分析することで,協議会で指導をしていただいたことと共に授業について検証した。そして授業中の生徒の作業の様子を観察し,授業後の学習感想を書かせ授業評価をおこなった。その結果,生徒たちが教材の中に潜む関係を見いだし,興味深く学んだ様子が,ビデオのプロトコールや学習感想から明らかとなった。
繊毛病に関する繊毛打制御の分子機構の解析

ヒト繊毛病関連遺伝子をゾウリムシでノックダウンし、繊毛の運動や機能における影響を解析した。21種の遺伝子の影響を解析した結果、外腕ダイニンや軸糸中心装置を構成するタンパク質のノックダウンは、構造の欠損を引き起こし、著しい繊毛打頻度の低下や繊毛打波形に異常をまねくことがわかった。一方、シャルコー・マリー・トゥース病やネフロン癆などの原因遺伝子は、繊毛運動に直接影響を与えるのではなく、細胞機能に影響を及ぼすことが分かった。平成21年度は、当初に予定していた8つの遺伝子の繊毛機能の解析を行った。ヒト繊毛病名ゾウリムシに存在するホモログ遺伝子(1) Kartagener syndromeに関連するDNAH5, H11, i1のサイレンシングは、いずれも外腕ダイニンの欠如を引き起こし、繊毛運動能力が著しく低下した。また、膜チャンネルに異常はないが、脱分極刺激に対して、過反応を示すことがわかった。(2) PF16のサイレンシングは、中心装置の形成不良が起こり、繊毛運動の低下だけでなく、カルシウム性結晶の沈着が起こり致死となる事がわかった。(3) Rab7のサイレンシングは、繊毛運動の異常とともに、細胞分裂阻害が起こり、速やかに死滅する事がわかった。(4)しかし、OFD1, Rib72, 14-3-3 proteinに関しては、表現形質に差異は現れなかった。顕著な繊毛機能阻害を引き起こす遺伝子については、ヒト正常遺伝子をもちいたレスキュー実験とGFP融合タンパク質を用いた局在性の確認を平成22年度に行う予定である。平成22年度は、当初計画していた以下の6種のホモログ遺伝子を順番にサイレンシングし、繊毛運動の解析を行った。ヒト繊毛病名ゾウリムシに存在するホモログ遺伝子(1)PF16に関しては平成21年度から継続して解析しているが、中心装置の形成不良による繊毛運動の低下、及び、カルシウム性結晶の沈着による致死が観察される。カルシウム性結晶の沈着は、サイレンシング後48時間で起こり始め、やがて細胞全体に沈着する結果、致死に至ることがわかったが、何故、そのような結晶が沈着するのかは、未だ解明できていない。しかし、このような現象が脳組織で起こっていれば、水頭症の原因になるのではないかと考えられる。(2)OFD1に関して、平成21年度から継続して解析したが、ゾウリムシのOFD1オルソログのノックダウンでは、表現形質に差異が生じるような影響を与えないという結論に達した。(3)PKD1、IFT80のサイレンシングは、繊毛打頻度がわずかに低下し、遊泳速度もわずかに低下するということがわかった。しかし、その他の機能に関しては、顕著な差異を生じず、病態の発症には、他の遺伝子との複合的な作用によるものであることが予測される。(4)ネフロンろう候補遺伝子であるNPHP3及び、NPHP4のサイレンシングを行うと、細胞の機械刺激感受性が高くなり、過分極を起こしやすくなることがわかった。そのため、腎臓では細胞分裂による伸長方向に異常が生じ、嚢胞がすすむものと推測される。現在、これらの遺伝子のサイレンシングによって引き起こされる過分極が、どのようにして起こっているのかを解析している。これまでの研究から、カルタゲナー症候群原因遺伝子(DNAH5,H11)及びネフロンろう候補遺伝子(NPHP4)のサイレンシング細胞では、イオンチャンネルの活性化に異常が起こっていることが示唆される結果が得られているため、電気生理学的研究によって、その原因を調べた。その結果、(1)DNAH5,H11のサイレンシング細胞が持続的な脱分極反応(繊毛打逆転)を起こす現象は、Caチャンネルの活性化の異常によるものではなく、外腕ダイニン軽鎖の欠失による脱分極反応抑制機構の欠損によるものである事がわかった。(2)NPHP4相同遺伝子をサイレンシングした細胞では,機械刺激に対して過分極反応を起こしやすくなる。しかし、その原因は、膜の興奮が起こりやすくなっているのではなく、細胞内cAMP濃度が上昇しやすいのか、分解が起こりやすくなっているということがわかった。一方、リン酸化や脱リン酸化によって繊毛打制御を調節すると考えられている酵素などの遺伝子(以下の一覧)のノックダウン効果を調べたところ、顕著な表現形質の変化を観察することができなかった。これらの遺伝子のRNAiサイレンシングでは、分解されないmRNAがわずかに存在するため機能的な酵素が発現したのではないかと考えられる。繊毛打調節に関与することが知られている酵素の遺伝子酵素
地方創生に資する若手教員支援・育成システムの存立要件に関する米英調査研究

本年度の研究においては、前年度の渡航調査によって得られた情報を基にしながら、米国と英国における現地調査を行った。米国では、学校改革と地域再生を関連づける政策が進む地域を訪問視察した後、ナショナルルイス大学、シカゴ大学、イリノイ州立大学をそれぞれ訪問して、各大学が取り組む教員レジデンシー制度、地域課題解決に向けた「社会的公正」指向型の教員養成プログラム、地域に根ざした教員養成の取り組みについてインタビュー調査と資料収集を行った。また、市内の高等学校1箇所および地域組織2箇所を訪問して、それぞれの見学およびインタビュー調査を実施した。英国では、ケンブリッジ市の小学校2校を訪問し、教員組織および教員の職能成長と地域との関係に関する聴取調査を行うと同時に、校内研修への参与観察を行った。また、リーズ大学に勤務する米国人研究者と面会し、同氏の研究テーマである教員の職能成長と地域との関係に関する英米比較調査について研究協議を行い、貴重な情報提供を受けた。他方、主な検討作業としては、他の共同研究における分析・検討結果からの相乗効果を得て、我が国の教員が有する事故役割認識および「教職の専門性」概念の双方において、日常の授業実践・学校経営と地域との関係がどう把握されているか、また、いかに位置づけることが可能か、という論点について検討・考察を試みた。そのなかで、地域や社会全体との関係性が意識されることによって自らの実践の社会的意義や正統性を確かめながら取り組む教員も現れて教育実践に深みや幅が出る一方、社会的諸課題を目の前にジレンマに陥る様子も見て取れる。やや単純化して述べれば、個人から地域社会的関係性へと視野が広がる米国・英国と、逆に社会的視野から対児童・生徒間関係という個人的側面へとあえて収束・閉塞する我が国という対照的状況が浮かぶ可能性もあり、今後、丁寧に検証作業を行う予定である。今年度においても、研究遂行に不可欠な米国および英国における渡航調査を実施することができた。とりわけ昨年度の理論的側面に続いて、実践的側面として米国における教員養成の取り組みの実情を視察することは、本研究において念願とも言えることであり、対応して下さった先方からの充実した資料提供も相まって、研究を進展させる重要なきっかけになったと考えている。また、教員養成を行う大学教員だけでなく、実際に同プログラムを修了して公立小学校に勤務している教員も紹介してもらい、今後、実際の体験や所感などの情報提供を受けることが可能になった点も大きな進捗であった。他方、英国については、さらなる調査を行いたいが、全般的に年々調査の受け入れが厳しくなっているとも言われており、最終年度の調査に向けて対応策を講じる必要が生じている。これまでのところ、おおむね順調に進展しているため、今後においても当初の研究計画が円滑に進展できるよう努める。また、可能であれば、具体的に国際共著論文の作成・刊行へつながるような取り組みにも努める。本年度の研究においては、第一に、当初の研究計画にそくして米国と英国のそれぞれに渡航調査に赴き、関係各位へのインタビュー調査の実施と現地資料の収集に重点を置いた。第二に、わが国における教員・学校と地域との関係について、教育学・教育行政学・教育制度論・教師教育学の見地から先行研究の精査を行い、原理的な検討を行うことに重点を置いた。第三に、米国と英国の動向について、教員と地域の関係に関する基礎的な理論枠組の把握・整理に努めた。第一の渡航調査については、米国ではコロンビア大学教育学部、ニューヨーク市立大学・クィーンズカレッジ、バージニア大学教育学部のそれぞれにおいて、計5名の研究者(大学教員)に対して、米国の教員養成実践・教員政策の動向についてインタビュー調査を行い、資料提供を受けた。またワシントンDC市立小学校1校にて校長に教員の職能成長・教員研修についてインタビュー調査を行い、授業見学・学校見学を行った後、校内の教員研修にも同席して見学、副校長をはじめ、教科主任や教諭等から、教員の評価および研修についてインタビュー調査を行った。英国では、ケンブリッジ大学教育学部にて同国の教員養成制度の概要と課題、ならびに同大学に設置された新たな博士課程プログラムの運用状況についてインタビュー調査を行い、同大学の教員養成課程を履修する大学院生3名を対象として、教員志望者としての学校ー地域間関係に関する態度・発想についてインタビュー調査を行った。また、ロンドン市内の新設校の見学に赴き、学校の設立理念や保護者との対応について情報収集を行った。第二に、わが国における教員・学校と地域との関係についての原理的検討については、従来の学説をふまえた検討について論考を作成・発表した。第三の課題については次年度以降の成果発表に向けて資料の整理・読解を手がけている。今年度においては、研究計画のうち米国および英国における2件の渡航調査が実施できるかどうかが最大の懸案であったが、無事に敢行することができたため安堵している。とりわけ、英国においては在外研究中であった同僚からの最大限の支援を取りつけることができ、次年度以降に向けて調査研究の受け入れ先を開拓することが可能となった。また、地方教育行政機構の再編・スリム化に伴う自生的な学校間ネットワークの生成における教員の異動・職能成長という次の研究テーマにもつながりうる動向を知ることができたのは、本研究にとって重要である。米国渡航においても、当初の予定通り、同じく在外研究中であった他大学の研究者仲間からの最大限の支援を得て、複数の教員養成研究者と面談調査することができ、本研究の遂行に大いに寄与した。

米国では、学校改革と地域再生を関連づける政策が進む地域を訪問視察した後、ナショナルルイス大学、シカゴ大学、イリノイ州立大学をそれぞれ訪問して、各大学が取り組む教員レジデンシー制度、地域課題解決に向けた「社会的公正」指向型の教員養成プログラム、地域に根ざした教員養成の取り組みについてインタビュー調査と資料収集を行った。また、市内の高等学校1箇所および地域組織2箇所を訪問して、それぞれの見学およびインタビュー調査を実施した。英国では、ケンブリッジ市の小学校2校を訪問し、教員組織および教員の職能成長と地域との関係に関する聴取調査を行うと同時に、校内研修への参与観察を行った。また、リーズ大学に勤務する米国人研究者と面会し、同氏の研究テーマである教員の職能成長と地域との関係に関する英米比較調査について研究協議を行い、貴重な情報提供を受けた。他方、主な検討作業としては、他の共同研究における分析・検討結果からの相乗効果を得て、我が国の教員が有する事故役割認識および「教職の専門性」概念の双方において、日常の授業実践・学校経営と地域との関係がどう把握されているか、また、いかに位置づけることが可能か、という論点について検討・考察を試みた。そのなかで、地域や社会全体との関係性が意識されることによって自らの実践の社会的意義や正統性を確かめながら取り組む教員も現れて教育実践に深みや幅が出る一方、社会的諸課題を目の前にジレンマに陥る様子も見て取れる。やや単純化して述べれば、個人から地域社会的関係性へと視野が広がる米国・英国と、逆に社会的視野から対児童・生徒間関係という個人的側面へとあえて収束・閉塞する我が国という対照的状況が浮かぶ可能性もあり、今後、丁寧に検証作業を行う予定である。今年度においても、研究遂行に不可欠な米国および英国における渡航調査を実施することができた。とりわけ昨年度の理論的側面に続いて、実践的側面として米国における教員養成の取り組みの実情を視察することは、本研究において念願とも言えることであり、対応して下さった先方からの充実した資料提供も相まって、研究を進展させる重要なきっかけになったと考えている。また、教員養成を行う大学教員だけでなく、実際に同プログラムを修了して公立小学校に勤務している教員も紹介してもらい、今後、実際の体験や所感などの情報提供を受けることが可能になった点も大きな進捗であった。他方、英国については、さらなる調査を行いたいが、全般的に年々調査の受け入れが厳しくなっているとも言われており、最終年度の調査に向けて対応策を講じる必要が生じている。これまでのところ、おおむね順調に進展しているため、今後においても当初の研究計画が円滑に進展できるよう努める。なお、今年度の訪問調査で収集した資料のうち、一部、未解析のものがあるため、早急に分析に着手する。また、可能であれば、具体的に国際共著論文の作成・刊行へつながるような取り組みにも努める。書籍等が当初の想定よりも安価に入手できたため若干の額が残った。
天体重力波の光学赤外線対応現象の探索

重力波源の光赤外線対応現象の追跡観測のための観測ネットワークJ-GEMを構築し、人類初の重力波検出GW150914を始めとする5つの重力波アラートに対して、J-GEMによる光赤外線追跡観測を実施した。特に、史上初の中性子星合体からの重力波検出イベントGW170817に対しては、すばる望遠鏡、南アフリカIRSFなどを駆使した追跡観測により、光赤外対応天体を検出する事に成功し、理論計算との比較から、中性子星合体によってrプロセス元素が合成されるという証拠を得た。また、J-GEMのために、超広視野CMOSカメラ、面分光装置、広視野赤外線カメラ、50cmロボット望遠鏡などの装置開発を進めた。以下の装置開発を行った。木曽シュミット超広視野CMOSカメラの基礎開発として、業務用大型CMOSセンサのノイズ及び感度の評価を行った。性能評価から明らかになった問題点を改善した業務用大型CMOSセンサを木曽シュミット望遠鏡に取り付け、試験観測を行い、CCDに劣らない感度・測光精度が得られ、天文観測として十分に使用に耐えうることを実証した。近赤外広視野カメラOAOWFCの光学系の調整を実施し、星像劣化の主要な原因となっていた主鏡光軸の主鏡物理中心からのズレを修正した。観測効率向上のために主鏡面に保護膜付コートを施した。PCとストレージを購入し、OAOWFCのデータ解析パイプライン実行環境と観測データの保存環境を構築した。京大3.8m望遠鏡用面分光ユニットの装置詳細設計を行い、望遠鏡への装着方法および分光器への接続方法を決定した。マイクロレンズアレイの購入、ファイバーバンドルの製作等を行い、試験観測を進める準備を終えた。中国50cm望遠鏡を製作し、広島大学かなた望遠鏡に同架して試験観測を始めた。この望遠鏡に搭載する可視三色同時カメラの設計を行い、検出器として用いる高性能冷却CCDカメラを2台購入した。重力波アラートに対応するため、位置誤差の大きなアラートに対して効率的な探査を行うシステムを、木曾観測所の超新星探査計画KISS近傍超新星サーベイ(KISSプロジェクト)で開発されたデータ解析パイプラインを基に開発した。miniTAO望遠鏡、木曽シュミット望遠鏡で超新星探査を行った。重力波対応天体の候補として期待されるガンマ線バーストの可視即時観測を広島大学1.5mかなた望遠鏡と広視野偏光撮像器HOWPolを用いて、これまでに引き続き行った。これまでに計14個のガンマ線バーストの観測を実施し、うち8個で可視残光を同定し、2個で偏光を測定することができた。木曽シュミット超広視野CMOSカメラの基礎開発として、業務用大型CMOSセンサの性能評価を行い、読み出しシステムを開発した。これを用いて試験用のカメラを製作し、木曽シュミット望遠鏡に装着して試験観測を行った。国立天文台岡山天体物理観測所にて近赤外広視野カメラOAOWFCの定常運用を開始し、自動観測システムの構築を行った。このシステムを用いて銀河面の自動掃天観測を行って変光星を探索した。データ解析パイプラインは平成25年度に開発したものをさらに改良し、変光星の自動検出の機能を組み込んだ。京大3.8m望遠鏡用面分光ユニットを完成させ、岡山天体物理観測所188cm望遠鏡に装着して試験観測を行った。その結果、実際の天体スペクトルを用いてシステムの全体効率が当初設計通りであることを確認した。中国50cm望遠鏡を広島大学かなた望遠鏡に装着して性能試験観測を進め、設計通りの結像性能が達成されていることを確認した。また、小型望遠鏡を用いて望遠鏡架台の天体追尾性能試験を行い、オープンループでの追尾性能が0.1秒角/5分であることを確認した。この可視三色同時カメラを製作して望遠鏡に搭載して試験を行い、望遠鏡と装置を合わせた観測効率が当初設計通りであることを確認した。望遠鏡ドームの製作も行った。その他、miniTAO望遠鏡、木曽シュミット望遠鏡、かなた望遠鏡などで超新星探査とガンマ線バーストの観測研究を行った。平成26年度も、前年度に引き続き重力波天体の光赤外対応現象探索体制を整えるため、さまざまな装置開発に重点をおいて研究を行った。各装置開発は年度当初に設定した開発目標をほぼ達成している。中国50cm望遠鏡についてはシステム全体は完成して性能試験まで終了したが、中国国内の事情により中国への輸出・搬送が遅れている。これは相手国側の都合によるところが大きく、交渉によって解決をはかっているところである。平成26年度は、本計画研究を基盤として、我が国の保有する望遠鏡群を結集して、重力波天体探査のための観測ネットワークJ-GEMを立ち上げることができた。そして、米欧の最新鋭重力波望遠鏡LIGOおよびVirgoの国際共同研究チームとの間に観測協定を交わすことができた。これは平成27年度に予定されているLIGOの定常運転に向けて、LIGOで検出された重力波信号を追跡観測する準備が完了したことを意味しており、本計画研究の目標達成に向けて大変大きな前進であった。同時並行して推進している突発天体観測においても、グループ全体で20本の査読論文を出版しており、十分な科学的成果が上がっていると判断される。以上をもって、計画は「おおむね順調に進展している」と自己評価した。重力波源の光赤外線対応現象の探索のために構築したJ-GEM (Japanese collaboration of Gravitational wave Electro-Magnetic follow-up)を活用して、米国の重力波望遠鏡LIGOによる重力波観測の追跡観測を実施した。

2015年9月14日にLIGOは人類史上初の重力波の直接検出に成功し、30太陽質量を持つ二つのブラックホールの合体現象を捉えた。このイベント、GW150914に対して、J-GEMでは木曽観測所およびニュージーランドのMt.John観測所での追跡観測を行った。さらに、2015年12月26日にLIGOが検出した2番目の重力波放出現象(GW151226)についてもJ-GEMによるフォローアップ観測を実施した。このときは、すばる望遠鏡のHyper Suprime-Camも用いて、およそ1000平方度の広範囲に渡って観測することに成功した。いずれの観測でも重力波に対応する光赤外線現象の発見には至らなかったが、世界の追跡観測網の中で大きな寄与をすることができた。装置開発に関しては、木曽観測所にて超広視野CMOSカメラTomo-eの開発を進め、8個のCMOSチップを搭載した試作機を制作して、木曽シュミット望遠鏡に搭載して試験観測を実施した。京都大学では光ファイバーを用いた面分光ユニットを開発して、岡山天体物理観測所の可視分光器KOOLSに装着して試験観測を行い、性能評価を行った。広視野赤外線カメラOAO-WFCは光学系の調整を終了し、観測ソフトウェアを整備して定常観測に入ることができた。広島大学は50cmロボット望遠鏡HinOTORIを無事にチベット・阿里サイトまで運搬することができた。しかし、チベットへの入境の許可が下りず、望遠鏡・ドームの設置作業を進めることはできなかった。人類史上初の重力波直接検出のアラートを受けて、本研究領域で整備を進めた追跡観測ネットワークJ-GEMによって、実際に追跡観測を実施できた。研究開始当初は、LIGOの感度向上の進捗を考慮して、2016年度に本格的な追跡観測を実施することが想定されていたが、LIGOの観測の初期段階においてブラックホール同士の合体現象が検出されるという予想外の事態により、当初予定よりも1年近く早く追跡観測を行うことができた。これに対応できたのは、早めにJ-GEMの整備を進めていたからであり、これは当初計画よりも大きな進展である。さらに、2回目の重力波イベントに対しては、7台の望遠鏡を駆使して1000平方度におよぶ広範囲観測と、280個の銀河観測を実施することができ、本領域で構築した追跡観測ネットワークが十分に機能することを示すことができた。観測装置開発においても、超広視野CMOSカメラTomo-eの試作機の完成と試験観測の実施、面分光ユニットの完成と試験観測の実施、広視野赤外線カメラOAO-WFCの定常観測開始など、当初予定通り計画が進展した。ロボット望遠鏡HinOTORIについては、中国側の問題で設置にまでは至らなかったが、チベットまでの運搬は終了した。以上のことを総合して、当初の計画以上に進展していると評価した。miniTAO望遠鏡/近赤外線カメラANIRの観測ランを2回行い、近傍スターバースト銀河のダストに埋もれた超新星のサーベイを進めた。
癌細胞のカルモデュリン依存性蛋白リン酸化反応に関する分子薬理学的研究

腫瘍細胞における蛋白質リン酸化反応の制御機構について解析を進めた。鶏胎児線維芽細胞をレトロウイルスでトランスフォームして得られたP130^<fps>とP60^<src>はいづれもチロシンキナーゼ活性を有し、いづれもP36と呼ばれる蛋白質をリン酸化する。カルシウム結合蛋質S-100及びカルモデュリンはこの2つのキナーゼ活性を抑制する事を見い出し、腫瘍細胞におけるチロシンリン酸化活性の制御機構の1つにカルシウム結合蛋白質カルモデュリン依存性蛋白質リン酸化酵素との連関を調べるため2つの新しいタイプの阻害剤を合成、発見した。1つはML-9でありカルモデュリン依存性ミオシン軽鎖キナーゼ(MLCK)のATP結合部位に作用して活性を阻害する薬物であり、一方はサイロキシン(T_4)でこれはMLCKのカルモデュリン結合部位に作用する。2つの阻害剤はいづれもin vivo,in vitroにおいてミオシン軽鎖のリン酸化を選択的に抑制し、サイロキシンアクィニティークロマトグラフィーにより簡便にMLCKが分離・精製される事を見い出した。またML-9はPDGF刺激によるDNA合成を低濃度で抑制し、細胞増殖へのミオシン軽鎖キナーゼの関与を示唆した。しかし今年度の計画にあった細胞周期を同調させた培養細胞におけるカルモデュリン依存性蛋白質リン酸化酵素の各周期における役割等は今後の課題として残されたが、ML-9の培養細胞における有用性が示され、サイロキシンアフィニティクロマトグラフィー法の確立等今後の課題に取り組むための手段・方法の有効性は充分に示された。
神経堤細胞をモデルとした神経－血管ネットワーク形成における相互作用

脊椎動物の体を構成する器官や組織は、規則正しいパターンで生体内に配置されている。なかでも神経と血管のネットワークは相互に連携しており、ホメオスタシスの調節を中心として、さまざまな生理機能の根幹を支えている。個体発生過程において、このような神経と血管の連携されたネットワークはどのように形成されるのだろうか?本研究ではこの形成機構に迫るため、末梢神経系の前駆細胞である神経堤細胞と血管との相互作用に着目した解析を行っている。これまでに、神経堤細胞が背側大動脈血管リモデリングを制御している可能性が高いことを明らかにしてきた。また、yolk sac (YS)血管網における血管リモデリングの新規イメージング・解析系を確立した。これを踏まえ、今年度は血管リモデリングに影響を与える因子の探索・解析(1)、およびリモデリング過程における血管内皮細胞の挙動解析(2)を行った。1:Ys血管網をモデルとして、血管形成に強い関わりがあるシグナル因子群であるVEGF-AやNotch,BMP,S1P,Src kinase,MAPK PI3Kの影響を検証した結果、これらの阻害剤では血管網のリモデリングへの異常は観察されなかった。このことから、YS血管リモデリングは一般的な血管形成とは異なるメカニズムによって制御されている可能性が示唆された。次に、血流がYS血管網のリモデリングに関与しているのかを検証した。血管網に血流が流れなくなる処理を行った所、血管リモデリングがほとんど起こらなくなった。このことから、血流がYS血管網のリモデリングを制御していることが示唆された。2:血管リモデリング過程における血管内皮細胞の挙動を観察した結果、血管内皮細胞はYS血管網において活発に動いていた。興味深いことに、多くの血管内皮細胞が血流に逆らう方向に葉状突起様の構造を伸ばして移動していた。さらに、血流がない条件下では血管内皮細胞は極性を持った形態を持たず、活発な動きも観察されなかった。これらのことから、血流が血管内皮細胞の形態・挙動を制御している可能性が示唆された。個体発生過程において、このような神経と血管の連携されたネットワークはどのように形成されるのだろうか?本研究ではこの形成機構に迫るため、末梢神経系の前駆細胞である神経堤細胞(Neural Crest Cells、以下「NC細胞」)と血管との相互作用に着目した解析を行っている。これまでに、NC細胞が背側大動脈(発生過程で最初に形成される胚性血管;以下「大動脈」)から分岐する血管の形成(血管リモデリング)を制御している可能性が高いことを明らかにしてきた。今年度は神経(NC細胞)→血管(大動脈)への働きかけの分子実態の探索を行った(1)。加えて、これまで血管研究のなかでもあまり理解が進んでいなかった血管リモデリングについて新規イメージング・解析系の立ち上げを試みた(2)。1:大動脈周辺の腹側には血管がないこと、およびエレクトロポレーション法を用いることで大動脈腹側に目的の遺伝子を強制発現できることに注目し、強制発現の実験系で候補因子のスクリーニングを試みた。これまでに、血管形成能を持つことが知られている因子であるPDGFb、Angiopoietin1、VEGF-C、Shh、Apelin、Gremlin、Wnt1、Crossveinless2、BMP4などについて解析を行ったが、大動脈からの異所的な血管形成能は認められなかった。2:これまでにトリ胚で確立してきた血管可視化法や血管遺伝子操作法を駆使して血管リモデリングにアプローチしようと試みた。トリ胚において古くから用いられていたカルチャー法を前述の血管操作法と組み合わせ、低倍率においても高い分解能で画像取得できるマクロ共焦点レーザー顕微鏡を利用することで、トリ胚yolk sacにおけるダイナミックな血管形成について、血管内皮細胞の挙動(1細胞レベル)から血管網リモデリング(組織レベル)までを同一のシステムで解析できる実験系を確立できた。

血管網に血流が流れなくなる処理を行った所、血管リモデリングがほとんど起こらなくなった。このことから、血流がYS血管網のリモデリングを制御していることが示唆された。2:血管リモデリング過程における血管内皮細胞の挙動を観察した結果、血管内皮細胞はYS血管網において活発に動いていた。興味深いことに、多くの血管内皮細胞が血流に逆らう方向に葉状突起様の構造を伸ばして移動していた。さらに、血流がない条件下では血管内皮細胞は極性を持った形態を持たず、活発な動きも観察されなかった。これらのことから、血流が血管内皮細胞の形態・挙動を制御している可能性が示唆された。前述1の項目において、神経→血管への働きかけの分子実態が同定できていないため。しかし、2の項目で確立した手法を用いることで、1に対する新規アプローチを考案できていることを考慮して(3)とした。1の項目において、有力な候補因子が探索できていない結果に関しては、解析系が不適切であったため、正確な検証ができていない可能性が考えられた(強力な血管形成能を持つ因子でないと影響が出てこない)。そこで現在、2の項目で確立した方法論をベースにして、血管リモデリング過程の細胞挙動を解析すると共に、yolk sac上に血管形成因子発現細胞を置いて、血管リモデリングに影響を与える因子を探索する系を立ち上げ中である。
新しい細胞膜透過ペプチド『ポリヒスチジン』の分子機構の解明

本研究では、新しい細胞膜透過ペプチド『ポリヒスチジン(H16)』の分子機構の解明を試みた。その結果、ポリヒスチジン(H16)は血清の影響を受けず、主にマクロピノサイトーシスによって細胞膜を透過することが分かった。細胞内ではポリヒスチジン(H16)の大部分はゴルジ体およびリソソームに局在し、一部は細胞質まで移行することが確認された。ポリヒスチジン(H16)を融合したタンパク質も同様の細胞内局在を示した。さらに、担癌マウス体内において、ポリヒスチジン(H16)は腫瘍組織に集積し、安定した滞留性を示した。本研究成果から、ポリヒスチジン(H16)は有力なDDS素材であることが明らかになった。本研究では、新たな細胞膜透過ペプチド『ポリヒスチジン(H16)』の『細胞選択性メカニズム』ならびに『細胞膜透過メカニズム』の解明を目指している。H25年度においては、主として以下の研究計画を遂行することで、H16の分子機構の解明に挑んだ。【1:H16の細胞膜上の結合因子の特定】表面プラズモン共鳴解析により、H16と13種のリン脂質、または47種の糖鎖の結合を調べたが、顕著な結合を示す因子は見つからなかった。そこで、H16が効率的に細胞膜透過を示す細胞株(ヒト扁平上皮癌:RERF-LC-AI)から、膜タンパク質の粗抽出画分を調製し、H16との結合をDot-Blotting法により調べたところ、明確な結合を示す因子が存在することが示された。【2:H16の細胞内取り込み経路の特定】H16の細胞膜透過に対して、様々な条件(温度条件、pH条件、血清の存在)が及ぼす影響を解析した。その結果、pH条件および血清の有無はH16の細胞膜透過には影響を与えないことが分かった。一方で、低温条件(4°C)において、H16の細胞膜透過は完全に阻害されることが明らかになった。このことから、H16の細胞膜透過はエネルギー依存的な細胞内取り込み経路=エンドサイトーシスに起因している可能性が示唆された。そこで、種々のエンドサイトーシス阻害剤の影響を解析したところ、H16の細胞膜透過は『Amiloride(マクロピノサイトーシス阻害剤)』により顕著に阻害されることが明らかになった。以上のことから、H16の細胞膜透過メカニズムは、マクロピノサイトーシスに起因していることが明らかになった。【3:H16の細胞内挙動の解明】細胞内に取り込まれた後のH16の細胞内局在を解析するために、ミトコンドリア、小胞体、ゴルジ体、リソソームを染色し、H16との共局在を観察した。その結果、H16は細胞内においてゴルジ体およびリソソームに局在することが明らかになった。新たな細胞膜透過ペプチド『ポリヒスチジン(H16)』の分子機構ならびに応用の可能性を明らかにするために、以下の研究計画を遂行した。【H16の細胞膜上の結合因子の特定】これまでに、H16はヒト線維肉腫細胞株(HT1080)に対して高い細胞膜透過(細胞選択性)を示すことが明らかになっている。そこで、H16の細胞膜透過ならびに細胞選択性のメカニズムを解明するために、HT1080細胞株の細胞表面においてH16と結合する分子の特定を試みた。光架橋性分子であるBpa(p-benzoyl-L-phenylalanine)で標識したH16 (Bpa-H16)をHT1080細胞株に添加した後に、UV照射によってBpa-H16と標的分子間で共有結合を形成した。次いで、Bpa-H16標識された標的分子をアフィニティクロマトグラフィーにより精製し、種々の生化学的手法により解析した。その結果、Bpa-H16は細胞膜上の約50kDaの膜タンパク質と結合していることが明らかになった。しかしながら、精製による収量不足のため、同定までには至らなかった。【H16の生体内挙動の解明】ヒト線維肉腫細胞株(HT1080)を移植した担癌マウスを作成し、尾静脈注射により蛍光標識H16を投与することで、H16の生体内挙動を解析した。その結果、H16ペプチドは腫瘍組織(HT1080細胞株)に高い集積を示し、投与後132時間まで腫瘍組織に滞留することが明らかとなった。一方で、対照区として用いた細胞膜透過ペプチド:R8ペプチドは、投与後に速やかに腎臓から排出され、腫瘍組織への集積は見られなかった。

この結果から、H16は腫瘍組織に対する高い集積性と長期間の生体内滞留性を有することが明らかになった。以上のin vitroおよびin vivo解析から、H16の細胞膜透過の分子機構の全容解明には至らなかったが、その一方で、H16は腫瘍を標的としたDDS素材として高い応用性を有していることが明らかになった。ペプチド化学、細胞生物学H25年度遂行予定であった【1:H16の細胞膜上の結合因子の特定】に関しては、50%程度の達成度であった。結合因子が膜タンパク質である結果が得られたことから、今後は膜タンパク質の単離・精製を行うことで、特定まで達成することができると考えている。同様にH25年度遂行予定であった【2:H16の細胞内取り込み経路の特定】に関しては、マクロピノサイトーシスという経路特定まで行うことができたので、100%達成できたものと考えている。また、本来は次年度(H26年度)に遂行予定であった【3:H16の細胞内挙動の解明】に関しても、H16は細胞内においてゴルジ体およびリソソームに局在することを明らかにできたので、100%達成できたものと考えている。以上のことから、研究計画の達成の順番が当初の予定とは若干異なっているが、達成度という観点からは『当初の計画以上に進展している』と判断した。H26年度は以下の研究計画を遂行する。【1:H16の細胞膜上の結合因子の特定】H16と結合する膜タンパク質の精製・単離を行う。具体的には、H16を固定化したマグネットビーズを作製し、膜タンパク質粗抽出画分からの精製を試みる。その後、精製された膜タンパク質をPMF法およびバイオインフォマティクス解析により、特定する予定である。【4:H16の生体内挙動の解明】H16の生体内挙動を明らかにするために、静脈注射により蛍光標識H16をマウスに投与し、各組織への集積性と血中半減期(排除時間)を、in vivoイメージング装置によって測定する。また、H16の細胞選択性が、生体内においても保持されるかを解析する。H16が高い選択性を示す細胞株(ヒト扁平上皮癌:RERF-LC-AI)を移植した担癌マウスに、蛍光標識H16を投与し、腫瘍部位におけるH16の集積性を測定する。以上の解析により、H16を創薬応用へ展開するための基礎的知見を得る。【5:バイオインフォマティクス解析による生命現象の総合的解釈】H16が細胞膜透過を示すことの『生物学的な意義』を総合的に解釈するために、バイオインフォマティクス解析により得られる他のヒスチジンリッチな生体分子に関する知見と、これまでに得られたH16の分子挙動に関する知見を比較する。『他のヒスチジンリッチな生体分子が、H16と同様の挙動を示した場合、どのような生物学的意義が見出せるか?』または『他のヒスチジンリッチな生体分子の挙動(局在)と、H16の挙動(局在)の間に共通点は見出だせるか?』という視点から、H16の『生物学的な意義』を総合的に推測し、解釈する。