hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高エネルギー重荷電粒子に対する W 値の系統的研究

W値は、放射線による生成電荷量とエネルギーを直接結びつける基礎量であり、粒子線医学や放射線計測の分野では重要な実用量でもあるが、重荷電粒子に対する実験値は極めて少ない。本研究では、高エネルギー重荷電粒子(He2+からFe26+)に対するW値を気体中で測定し、エネルギーや気体圧力への依存性を調べた。エネルギーが3MeV/n以下ではW値は増加し、高くなると一定値に漸近し、電子のW値に近い値となること等が観測された。圧力依存性は0.050.5MPaの範囲では有意に観測されなかった。放射線に対する物質の電離効率を表すW値は、放射線によって発生した電荷量と物質に吸収されたエネルギーとを直接結びつける放射線物理学や放射線計測における基礎物理量である。特に、重荷電粒子に対するW値は、粒子線医学、放射線生物学、宇宙放射線計測・宇宙放射線防護等の新たな分野で吸収エネルギーを求めるための極めて重要な実用量でもある。しかしながら、その重荷電粒子に対する実験データは極めて少ない現状にあり、粒子線治療や宇宙線量測定における曖昧さの主要な要素の一つになっている。本研究は、これらの分野でよく参照される10200MeV/nの高エネルギー重荷電粒子に対するW値を基本的放射線検出媒体である希ガス、空気、組織等価ガスにおいて測定、並びにデータの蓄積・提供を行い、これらから、そのエネルギー依存性、粒子依存性並びに圧力依存性を調べ、それが発生する場合の機構解明にむけて詳細な検討を行う事を目的としている。100MeV/n以上の高エネルギー粒子に対する測定を可能とするために、装置の大型化、高圧試料気体の導入を可能とするよう実験装置の大幅改良を実施した。粒子エネルギー決定精度の向上のため、飛行時間測定によるエネルギー分析手法の改良を行った。年度の後半には、HIMACからの重イオンビームを用いて、これらの改良の成果を確認すると共に、C^<6+>(100MeV/n及び180MeV/n)やAr^<20+>(290MeV/n)に対する純アルゴン、空気、及び生体組織等価ガスを試料気体としてそのw(微分W値)を測定し、これまでの結果と矛盾無いことを確認した。また試料気体の圧力を15気圧の範囲で変化させ、w値の圧力依存性の有無を観測した。これらの状況をいくつかの報告としてまとめた。特に、重荷電粒子に対するW値は、粒子線医学、放射線生物学、宇宙放射線計測、宇宙放射線防護等の新たな分野で吸収エネルギーを求めるための重要な実用量でもある。しかしながら、その重荷電粒子に対する実験データは極めて少ない現状にあり、粒子線治療や宇宙線量測定における曖昧さの要素の一つになっている。本研究では、これらの分野でよく参照される10200MeV/nの高エネルギー重荷電粒子に対するW値を基本的放射線検出媒体である希ガス、空気、組織等価ガスにおいて測定し、そのデータの蓄積・提供を行い、エネルギーや粒子種並びに試料気体圧力への依存性についての検討を行っている。昨年度後半から今年度にかけて、100MeV/n以上の高エネルギー粒子、並びに高圧試料気体に対する測定を可能とするように実験装置の大型化と改良を実施した。これと同時に粒子エネルギー決定精度の向上に取り組み、50μm厚入射窓の導入や飛行時間分析型(TOF)エネルギー測定装置の大幅改良を行い、時間分解能22ピコ秒を達成しうる手法を確立した。これらの結果は、SRIM並びにPHITS等の計算コードによる結果に、飛行時間で01.5%、エネルギーで0.33.3%の差違で一致することを確認した。今年度はHe^<2+>からFe^<26+>(100MeV/n)、Ar^<20+>(290MeV/n)に至る幾つかの重イオンに対してアルゴン、空気及び生体組織等価ガスにおける電離効率の測定を行った。試料気体の圧力は、2次電子の飛程を考え、0.20.5MPaの範囲に設定し圧力に関するW値の変化も調べた。これらの結果は、一部いくつかの報告としてまとめられ、国際会議(IEEE2011)において総合的報告がなされた。.放射線に対する物質の電離効率を表すW値は、放射線によって発生した電荷量と物質に吸収されたエネルギーとを直接結びつける放射線物理学や放射線計測における基礎物理量である。

本研究では、これらの分野でよく参照される10200MeV/nの高エネルギー重荷電粒子に対するW値を希ガス、空気、組織等価ガスにおいて測定し、そのデータの蓄積・提供を行い、エネルギーや粒子種並びに試料気体圧力への依存性についての検討を行っている。広いエネルギー範囲(1100MeV/n)の粒子並びに高圧試料気体に対する測定を可能とするように実験装置の大型化と改良を実施し、これと同時に粒子エネルギー決定精度の向上に取り組み、50&#61549;m厚入射窓の導入や飛行時間分析型(TOF)エネルギー測定装置の大幅改良を行った。これらのエネルギー測定の結果は、SRIM並びにPHITS等の計算コードによる結果に、飛行時間で01.5%、エネルギーで0.33.3%の差違で一致することを確認した。今年度はCFeに至る幾つかの重イオンに対してアルゴン、空気及び生体組織等価ガスにおける電離効率の測定を行ない、W値を決定した。試料気体の圧力は、2次電子の飛程を考え、0.20.5MPaの範囲に設定し、圧力に関するW値の変化も調べた。これらの結果は、一部いくつかの報告としてまとめられ、国際会議(IEEE2012)等において一部報告がなされた。またW値測定の現状について総括し公表する機会があり、本研究で得られた結果も示した。アルゴン、空気、組織等価ガスの3つの基本的な試料気体に対してW値測定の基本となる生成電荷量並びに粒子エネルギー測定を、HeからArに至る多種かつ広範なエネルギー範囲の重荷電粒子に対して行った。特に、今年度において粒子エネルギーの決定のための飛行時間測定法に改良を重ね、手法の確立が図られた。目的としているW値のエネルギー依存性の有無や特性について、基本的特質を掌握できつつある。24年度が最終年度であるため、記入しない。これまでの研究によって、本研究に必要な装置並びに実験手法については確立されたと言ってよい。現在は100MeV/n以上の粒子に対する測定を中心に行っているが、もう一度16MeV/nのエネルギーの粒子に対してこの手法を用いた再測定が必要と考えている。
肥満による左室拡張能と血管内皮機能への影響、およびその運動療法の効果に関する検討

器質的心疾患のない成人洞調律患者692人(平均年齢59±15歳、女性50%)を対象とし、肥満(BMI値30以上)が左室拡張能に独立して関与するか否か検討した。対象患者のうち538人(78%)に左室拡張能障害を認めた。多変量解析を用いて危険因子の関与を除外すると、肥満は独立して左室拡張能障害と有意な関与が認められた(オッズ比; 2.98、95%信頼区間; 1.12-7.88)。一方過体重(BMI値25から30未満)は、左室拡張能障害と有意な関係は認められなかった。肥満の改善が、左室拡張能障害の改善や将来の心血管イベントの発症を抑制するか否かのさらなる検討が望まれる。【研究目的】肥満と左室拡張能障害は共に将来の心血管系イベントの危険因子になると報告されている。しかし、肥満は高血圧、糖尿病、脂質代謝異常症などを伴うことが多く、肥満が独立して左室拡張能障害の危険因子になりうるか否かは明らかにされていなかった。我々は近年、高血圧や糖尿病などない健康な者でも、肥満の存在だけで左室拡張能が有意に障害されていることを報告した。しかし、肥満患者が左室拡張能障害をおこす原因としての、脂肪細胞由来因子や血管内皮機能の関与、運動療法による肥満の是正により左室拡張能が改善するか否かは明らかにされていない。本研究は、肥満が独立して左室拡張能障害や血管内皮機能障害に関与するのか否かと、運動療法が及ぼす効果、それにかかわる因子を明らかにすることを目的とする。【研究計画・方法】関西医科大学枚方病院・健康科学センターの肥満外来で、6ヶ月間の運動療法を予定された肥満患者(BMI 25以上) 200症例を対象とする。研究の同意を得られた対象患者を前向きに登録し、6ヶ月間の積極的介入は運動療法士、栄養士、臨床心理士のチームにより行う。本院の肥満外来は毎月約20例の新規肥満患者に、運動療法が開始されている。ゆえに、200例の患者のリクルートは1年以内(約10ヶ月)で可能と考える。積極的介入前後に、1)臨床的基礎データ2)左室拡張能評価3)血管内皮機能評価4)脂肪細胞由来因子など血液・尿検査データの項目を収集する。6ヶ月間の積極的介入前後での血液生化学的データ、血管内皮機能検査、左室拡張能などの臨床基礎データを比較検討、肥満と左室拡張障害の関係、運動療法により得られる効果、それにかかわる因子との関連を検討する。肥満と左室拡張能障害は共に心血管イベントの危険因子である。しかし、肥満が左室拡張能障害に独立して関与するか否かは十分に検討されていない。さらに運動療法による肥満の是正の影響は現在まで明らかにされていない。今回我々は、肥満が独立して左室拡張能障害に関与するのか否か、さらに運動療法の及ぼす効果に関し、肥満外来で6ヶ月間の運動療法を予定された患者を対象として調査した。基準を満たす692人(平均年齢59±15歳、女性50%、高血圧症48%、糖尿病16%)を対象とし、うち538人(78%)に左室拡張能障害を認めた。肥満患者は正常体重患者に比し、有意に若年で、左室心筋重量が重く、高血圧症、左室拡張能障害の割合(正常体重77% vs.肥満91%、P<0.05)が有意に高かった。多変量解析を用いて年齢、性別、危険因子の関与を除外すると、肥満は独立して左室拡張能障害と有意な関与が認められた(オッズ比; 2.98、95%信頼区間; 1.12-7.88、P= 0.03)。その独立した関係は、多変量解析に左室心筋重量係数を加えても変化しなかった(オッズ比; 2.88、95%信頼区間; 1.08-7.68、P= 0.04)。一方過体重は、左室拡張能障害と有意な関係は認められなかった。また、肥満外来で6ヶ月間の運動療法を予定された患者39例(平均年齢61 ±7歳;男性21%)を対象とし、組織ドプラ法による壁運動伸展性の指標であるStrain rate (SR)を、6ヶ月間の運動療法前後に測定した。運動療法前後で体重は有意に減少し(運動療法前55.3 ±8.8 kg;運動療法後54.5±8.6 kg, P<0.05)、SRは運動療法前後で有意に増加した(運動療法前1.97 ±0.90;運動療法後2.44 ±1.02, P<0.05)。

一方過体重(BMI値25から30未満)は、左室拡張能障害と有意な関係は認められなかった。肥満の改善が、左室拡張能障害の改善や将来の心血管イベントの発症を抑制するか否かのさらなる検討が望まれる。【研究目的】肥満と左室拡張能障害は共に将来の心血管系イベントの危険因子になると報告されている。しかし、肥満は高血圧、糖尿病、脂質代謝異常症などを伴うことが多く、肥満が独立して左室拡張能障害の危険因子になりうるか否かは明らかにされていなかった。我々は近年、高血圧や糖尿病などない健康な者でも、肥満の存在だけで左室拡張能が有意に障害されていることを報告した。しかし、肥満患者が左室拡張能障害をおこす原因としての、脂肪細胞由来因子や血管内皮機能の関与、運動療法による肥満の是正により左室拡張能が改善するか否かは明らかにされていない。本研究は、肥満が独立して左室拡張能障害や血管内皮機能障害に関与するのか否かと、運動療法が及ぼす効果、それにかかわる因子を明らかにすることを目的とする。【研究計画・方法】関西医科大学枚方病院・健康科学センターの肥満外来で、6ヶ月間の運動療法を予定された肥満患者(BMI 25以上) 200症例を対象とする。研究の同意を得られた対象患者を前向きに登録し、6ヶ月間の積極的介入は運動療法士、栄養士、臨床心理士のチームにより行う。本院の肥満外来は毎月約20例の新規肥満患者に、運動療法が開始されている。ゆえに、200例の患者のリクルートは1年以内(約10ヶ月)で可能と考える。積極的介入前後に、1)臨床的基礎データ2)左室拡張能評価3)血管内皮機能評価4)脂肪細胞由来因子など血液・尿検査データの項目を収集する。6ヶ月間の積極的介入前後での血液生化学的データ、血管内皮機能検査、左室拡張能などの臨床基礎データを比較検討、肥満と左室拡張障害の関係、運動療法により得られる効果、それにかかわる因子との関連を検討する。現在までに、関西医科大学枚方病院・健康科学センターの肥満外来で、6ヶ月間の運動療法を予定された肥満患者のうち、研究の同意を得られた対象患者を前向きに約150人登録し、6ヶ月間の積極的介入前の基礎的データを収集している。現在までに、関西医科大学枚方病院・健康科学センターの肥満外来で、6ヶ月間の運動療法を予定された肥満患者のうち、研究の同意を得られた対象患者を前向きに約100人登録し、6ヶ月間の積極的介入前の基礎的データを収集している。研究対象患者は介入後前向きに6ヶ月間フォローし、6ヶ月目に介入後の評価を行う。【介入後データ収集】6ヶ月間の積極的介入後に、1)臨床的基礎データ2)左室拡張能評価3)血管内皮機能評価4)脂肪細胞由来因子など血液・尿検査データの項目を収集する。【統計解析】6ヶ月間の積極的介入前・後での血液生化学的データ、血管内皮機能検査、左室拡張能などの臨床基礎データを比較検討をする。得られた研究成果は、研究会、学会、論文執筆を通して社会・国民に発信する予定である。6ヶ月間の積極的介入後のデータ収集、統計解析、研究成果発表、論文投稿に使用する予定である。6ヶ月間の積極的介入後のデータ収集、統計解析、研究成果発表に使用する予定である。
ＢＴ殺虫性タンパク質のエッセンスでタンパク質殺虫剤を創る

環境に優しい「タンパク質殺虫剤」の創生を目指して「BT菌が作り出す殺虫性タンパク質を人類が自在に改善し,使い勝手を格段に上げる方法」の構築を目指した.殺虫性タンパク質の一部はABCトランスポーターC2(ABCC2)を受容体として利用し宿主昆虫を殺すことが,しかもCry1A型殺虫性タンパク質に限れば,それがチョウ目昆虫に有効な理由はその細胞がCry1A型毒素が利用できるABCC2を持つからであることを明らかにした.これらの知見を基盤にして殺虫性タンパク質を各種昆虫のABCC2に適応進化させる方法を作るために,ABCC2大量生産・精製法を確立し,スクリーニング系の基盤を構築した.環境に優しい「タンパク質殺虫剤」の創生を目指して「BT菌が作り出す殺虫性タンパク質を人類が自在に改善し,使い勝手を格段に上げる方法」の構築を目指した.殺虫性タンパク質の一部はABCトランスポーターC2(ABCC2)を受容体として利用し宿主昆虫を殺すことが,しかもCry1A型殺虫性タンパク質に限れば,それがチョウ目昆虫に有効な理由はその細胞がCry1A型毒素が利用できるABCC2を持つからであることを明らかにした.これらの知見を基盤にして殺虫性タンパク質を各種昆虫のABCC2に適応進化させる方法を作るために,ABCC2大量生産・精製法を確立し,スクリーニング系の基盤を構築した.1)殺虫性タンパク質に対するABCC2の受容体としての役割の普遍性についてBT菌の殺虫性タンパク質はサブクラスが60種類程もある多様性にとんだタンパク質であり、それらは相互に30%程度しか相同性がない。そこでどの範囲のサブクラスの殺虫性タンパク質にとってABCC2が受容体として機能するのかを検討した。その結果Cry1とCry8に属する殺虫性タンパク質の中にABCC2を受容体としているものが見つかったが、Cry1の中にはABCC2を受容体としていないものも見つかった。一方、Cry3、Cry9にはABCC2を受容体として利用できるものはまだ見つかっていない。よって、ABCC2はBT菌殺虫性タンパク質サブクラスの一部に対してのみ受容体として機能するものと思われ、今後は更にCry3、Cry9などの受容体の解析が必要であることが明らかになった。2)鱗翅目昆虫のCry1A殺虫性タンパク質に対する受容体は必ずABCC2かについてCry1Aa殺虫性タンパク質のカイコにおける最も重要な受容体はABCC2であると思われるが、他の害虫においてもCry1Aaの場合はABCC2を受容体としているかを解析した。その結果、コナガとアズキノメイガにおいてもCry1AaはABCC2を受容体として利用していることが明らかになった。このことから、Cry1Aaの鱗翅目昆虫への作用においてはABCC2が受容体の役割を果たしているものと考えられた。3)Cry1A殺虫性タンパク質はABCC2分子上の何処と相互作用するかに関してCry1AがABCC2とどのように相互作用して膜に侵入し細胞を殺すかを解析する目的で、まずは多数の変異体を作製してSf9細胞に発現させ、ABCC2上のCry1A相互作用領域の解析を行った。目下、細胞外ループ2,3,5,6の解析を終了し、これらが相互作用部位ではないことが明らかになってきた。受容体に対して結合性を高める進化分子工学を実施して殺虫性タンパク質の殺虫活性を高める方法、あるいは活性の範囲を広げる方法の確立が本研究の目的である。そのためにはまず、5種類もある受容体のうちのどれが真の受容体であるかを明らかにして、その受容体を利用した活性発現の在り方を明らかにする必要がる。また、殺虫性タンパク質上の受容体結合部位を明らかにする必要がある。今季は以下のような成果を得た。1)Bt殺虫性タンパク質のABCトランスポーターC2を介した作用機構の解析:1カイコガ由来のABCC2(BmABCC2)をBaculovirusシステムで大量に発現させて精製し、バイオセンサーBiacoreを用いてBt殺虫性タンパク質Cry1Aa型毒素のBmABCC2との結合特性の解析を行った。その結果、BmABCC2分子にCry1Aaは高い親和性で結合し、解離はきわめてゆっくりであることが明かになった。2BmABCC2が持つATPのエネルギーを利用した構造変換能力や物質排出能が受容体機能に必須であるかに関して検討したところ、ATPase機能を破壊したと思われるどの変異もBmABCC2発現細胞の感受性を低めなかった。3アフリカツメガエル卵母細胞にBmABCC2を発現させ、Cry1Aaを作用させると電流が流れるチャネルが継続的に増加することが明らかになった。また、このCry1Aaにチャネルを作らせる機能は第2の受容体候補分子カドヘンリン様タンパク質よりも数百倍高く、BmABCC2が最も重要な受容体であることが示唆された。2)殺虫性タンパク質分子上のABCC2結合領域の解析:1ループ2,3部位に連続4アミノ酸変異体をもつCry1Aaの多くはABCC2発現細胞に対する活性を失っているものが多く、この領域がBmABCC2との相互作用に重要であることが示唆された。1)今期はまず,進化分子工学を実施する対象ABCC2分子をどの昆虫由来のものにして,どのCry殺虫タンパク質を進化させることにするかを決めるべく検討した.まず,カイコ幼虫のABCC2,すなわちBmABCC2をバキュロウイルス発現系を使って昆虫培養細胞Sf9に発現させ,タグ精製法を用いて粗精製する方法を確立した.

粗精製BmABCC2標品はBiacoreセンサーチップに固定化し,カイコ幼虫に効かないことが知られているCry3Aa型, Cry9Aa型と,微弱な殺虫活性を持つことが知られているCry8Ca型の各殺虫タンパク質がBmABCC2に対してどのような結合解離動態を示すかを計測した.結果,カイコ幼虫に全く効かない殺虫タンパク質はBmABCC2にまったく結合しなかったが,微弱な活性持つCry8Ca型殺虫タンパク質はわずかながら結合した.Cry殺虫タンパク質の進化分子工学は少しは結合する関係から出発する方が成功を導くことが容易であろうと考え,進化させる殺虫タンパク質はCry8Ca型殺虫タンパク質とし,その対象分子はカイコのBmABCC2と設定することとした.2)次に,Cry8Ca型殺虫タンパク質のDNAに変異を入れてT7ファージに発現させて,選抜の対象とするCry8Ca型殺虫タンパク質変異体ライブラリーを作製した.ループ3部位に4アミノ酸連続でランダム変異を導入してT7ファージに発現させ,1.0e6個の変異体を含むライブラリーを調製した.3)更に,「進化したCry8Caを選抜する方法」である「受容体に対するパニング選抜系」の構築に取り掛かった. BmABCC2を発現Sf9細胞から調製した膜画分を界面活性剤n-dodecyl-β-D-maltosideで可溶化してBmABCC2を粗精製した.粗精製BmABCC2をスチレンプレートにコーティングし,それをパニング用のプレートとし,このプレートがCry1Aa提示T7ファージを選択的に濃縮することができるかを検討した.結果,一回のパニングあたり5倍程Cry1Aa提示T7ファージの濃縮が確認された.26年度が最終年度であるため、記入しない。昆虫病理学,昆虫生理学26年度が最終年度であるため、記入しない。当初の目標のうち2点に関してはほぼ達成したが、「ABCC2分子上のどこに結合し、殺虫性タンパク質がどのような仕組みで膜に侵入するか」に関しては、予想に反して結論(機構)が複雑であり、数十と言う変異体ABCC2を異所発現系(Sf9細胞におけるバキュロウイルス発現系)で発現させることとなり、まだ解析を続行中である。殺虫性タンパク質の進化分子工学による活性改善系を確立するために必要な基盤知識の獲得は予想以上に順調に進行している。一方、具体的に進化分子工学の手法を確立するためには、「進化が成立したことが容易に評価できるモデル系」が必要であり、そのの確立のためには、まず様々な殺虫性タンパク質と昆虫のABCC2を組み合わせた多数の系を試す必要がある。しかし、真の受容体分子の決定とその分子ABCC2の精製法の確立が遅れたのでその部分が多少遅れ気味である。とは言え、当初の企画以上に真の受容体分子に関する深い知識が得られたので、「進化が成立したことが容易に評価できるモデル系」に関して豊かなアイデアが得られた。よって結果的にはむしろ当初よりも大きな成果が上がっているともいえなくはない。26年度が最終年度であるため、記入しない。当初の目標通りに進行する。すなわち、Bt殺虫性タンパク質のABCC2を介した作用の機構と殺虫性タンパク質上のABCC2相互作用領域をたうえで、それらを応用した「進化分子工学によるより効く殺虫性タンパク質の分子育種法の構築」へと進みたい。
新規シリル置換π電子系有機ケイ素化合物の合成とジアニオン化

新規シリル置換π電子系有機ケイ素化合物の合成とジアニオン化として以下の研究成果を得た。1.テトラキス(トリメチルシリル)エチレンと金属リチウムとの反応により、ジアニオンジリチウム体1を合成した。1の結晶構造は、前駆体のテトラキス(トリメチルシリル)エチレンと同様にトリメチルシリル基の立体反発により二重結合部分が33.6°捻れた二重架橋構造をとっていることを明らかにした。しかし、溶液中の構造は、二重結合部分の捻れた構造に起因して、THF等の配位性溶媒中において一方のリチウムカチオンが解離した溶媒和分離イオン対を与えることがわかった。このような構造の変化により1はTHF中では比較的不安定であり、異性化を起こして加水分解後に種々の生成物を与えた。2.中間的な嵩高さを持つビス(トリメチルシリル)ジシラシクロペンテンジアニオンジリチウム体2を新規に合成した。2は、1とは対照的にTHF中で二重架橋構造と溶媒和分離イオン対の平衡混合物を与えることがわかった。その温度変化の解析から二重架橋構造は分子数増大によるエントロピー支配の化学種であり、溶媒和分離イオン対は解離したリチウムカチオンの溶媒和によるエンタルピー支配の化学種であることを明らかにした。フェニル基を導入したシリル置換エチレンジアニオンジリチウム体も同様に合成した。また、X線結晶構造解析によってその分子構造を確定した。一方のリチウムはエチレン上に配位し、もう一方のリチウムは陰電荷が非局在化しているフェニル基上へ配位したほぼ直交した構造をとることを明らかにした。
カルシウムイオンにより開始される新規プロテインスプライシング系の開発とその応用

カルモジュリン中のC端カルシウム結合領域由来ペプチドがカルシウムイオン存在下にヘテロダイマーを形成することを確認した。プロテインスプライシングへの応用の前段階として融合タンパク質間での蛍光エネルギー移動が観察されるかを調べたが明確な結果は得られず、その相互作用様式に関しての検討を継続中である。一方、この領域を膜外配列とする人工イオンチャネルの合成により、カルシウムの存在下にチャネルが開口する人工カルシウム感受性チャネルを得た。本研究では,カルシウムイオンのアクセプターとして,カルモジュリン由来のカルシウムイオン依存性ヘテロダイマー形成モチーフであるHLH-IIIおよびHLH-IVを用い,プロテインスプライシング反応をカルシウムイオン刺激によって制御する方法の開発を目指した。まず、この部分に対応するペプチドの合成を行い、HLH-IIIならびにHLH-IVのヘテロダイマー形成を確認した。カルシウムイオン存在下ではHLH-IIIはHLH-IVヘテロダイマーを形成することを、ゲルろ過、8-anilinonaphthalene-1-sulfonic acid (ANS)などの蛍光変化などを指標に確認した。ついで、HLH-IIIとEGFP、ならびにDsRedとHLH-IVの融合タンパク質を調製し、カルシウム存在下で、EGFPとDsRedの間でFRETが観察されるかを検討したが、明確なFRETは観察されず、これらの融合タンパク質がカルシウム存在下に会合しているのかどうかに疑問が残った。カルモジュリン中のHLH-IIIとHLH-IVとの立体配置から、これらが逆平行型のヘテロダイマーを形成すると予想し、上記の融合タンパク質を調製したが、ペプチド自体の認識に問題があるのか、融合タンパク質の設計に問題があるのかに関して今後詳細に検討する必要があると考えられる。一方、カルシウムイオンを用いてタンパク質機能をスイッチする例として、カルモジュリンC端ペプチドを膜外配列とする人工イオンチャネル(カルモジュリンC端ペプチドとチャネル形成ペプチド、アラメチシンのハイブリッド体)を合成したところ、カルシウムの存在下、カルモジュリンC端ペプチドの構造変化に呼応して、チャネルが開口する人工カルシウム感受性チャネルの調製に成功した。プロテインスプライシングは、近年、タンパク質工学の分野で注目されている反応機構であり、スプライシング反応を特定の方法を用いて制御することにより、目的のタンパク質の生成を制御することが可能である。本研究では、カルシウムイオンのアクセプターとして、カルモジュリン由来のカルシウムイオン依存性ヘテロダイマー形成モチーフであるHLH-IIIおよびHLH-IVを用い、スプライシング反応をカルシウムイオン刺激によって制御する新しい方法の開発を目指す。この方法ではHLH-IIIおよびHLH-IVの配列のタンデム化、あるいはアミノ酸変異により、カルシウムイオンの結合親和性やタンパク質の生成効率を変化させ、様々なカルシウムイオン濃度に呼応し、目的のタンパク質を細胞内に生成させることが期待できる。HLH-IIIおよびHLH-IVのヘテロダイマー形成能を確認するため、これらに対応するペプチドをFmoc固相合成法により化学合成し、高速液体クロマトグラフィーで精製後、高純度の目的ペプチドを得た。双方のペプチド共存下では、カルシウム添加により8-anilinonaphthalene-1-sulfonic acid(ANS)の蛍光強度の増強と蛍光波長の青色シフトが認められたが、片方のペプチドのみではこれが認められず、HLH-IIIおよびHLH-IVがカルシウム存在下にヘテロダイマーを形成することが確認できた。これらのペプチドとインテイン、EGFPとの融合タンパク質のプラスミドの調製と融合タンパク質の細胞内発現に先立ち、これらの2つのペプチドを含むカルモジュリンのC端側ペプチド(77-148位)を遺伝子工学的に調製した。カルシウムイオン存在下では、同様の挙動が認められたが、マグネシウム存在下ではこのような挙動は見られず、カルシウム特異的なライゲーションの可能性が示唆された。HLH-IIIおよびHLH-IVのヘテロダイマー形成条件の確認等に時間を費やしたため、予定よりやや遅れた進行度合いとなっているが、この結果を基に研究を加速させ、24年度中に目的の達成を目指したい。CaM HLH-III、HLH-IVと緑色蛍光タンパク質(EGFP)、インテインのN末端側、ならびにC末端側に対応する融合タンパク質を調製する。カルシウムイオン存在下に、これらの二量体の形成とスプライシングの結果、EGFPが生成することを確認するとともに、カルシウムイオン濃度に応じたEGFP生成のキネティクスなどに関しての情報を得る。これらのタンパク質を発現させた培養細胞に、電気刺激等によりカルシウムイオンを流入させ、EGFPの生成を指標に本アプローチの有用性を立証する。主として、消耗品(試薬類、プラスチック器具)、ならびに旅費(成果発表、情報収集)に使用予定。
新しい強磁性強誘電体合成法の確立と電気・磁気特性最適因子の解明

これまで多くの物質においてマルチフェロイック現象が報告されているが、室温において強磁性体であり、強誘電体でもあるものは限られる。中でもBiFeO3は代表的なマルチフェロイック材料で、多くの研究成果が報告されているが、磁気的には反強磁性体であることと、電気的にはリーク電流が大きいため、研究のブレークスルーは中々実現しなかった。これまで我々も、元素置換により材料中の欠陥起因のリーク電流を軽減させることや、適当な基板結晶を用いて薄膜を成膜して基板結晶との電子移動を制御するなどのBiFeO3の改良研究は実施してきた。昨年度までは、BiFeO3単独では改良に限界があるため、類似物質であるBiMnO3とのダブルペロブスカイト構造に着目し、主としてBi2FeMnO6薄膜結晶を成膜して、その磁気特性、強誘電特性を評価した。その結果、リーク電流による強誘電特性の詳細な評価は困難であることがわかった。そこで今年度は、強誘電特性の評価に圧電応答顕微鏡を用いた。これを用いることで、ナノレベルオーダーでの電気特性の評価が可能となり、どこにリーク電流の原因があるのかを追求することが可能となった。さらに、SnTiO3+xに注目し、単独では非平衡状態でしか存在にも係わらず、YMnO3とSnTiO3+xとの多層膜とすることで安定に存在させることに成功した。多層膜の積層構造を、2、4、8層と変化させた場合の電気特性について評価しζ層数を多くすることで電気特性が改善されることを見出した。NIMSポスドク研究員として実施してきた強磁性強誘電体薄膜の研究に引き続き、以下の事項を実施した。a)BiFeO_3におけるPb、Mn置換膜を、既存の装置を用いてPLD(パルスレーザー堆積)法により成膜した。b)BiFeO_3におけるPb、Mn置換膜を、既存の強誘電体テスターを用いて強誘電特性評価を評価し、既存のVSM、SQUIDを用いて強誘電特性(ヒステレシスループ、疲労特性、リーク電流等)、磁気特性(ヒステレシスループ、ネール温度等)を評価した。通常の方法ではリーク電流が大きくて強誘電特性の測定が困難なため、PUND(positive, up, negative and down)法により印加電界を変化させて測定した。強誘電特性評価の際の周波数も1kHzまで変化させ、その時の変化について調べた。c)BiFeO_3におけるPb、Mn置換PLD用バルクターゲットについて、既存の強誘電体テスターにより薄膜の場合より印加電界を増加させて強誘電特性を評価した。さらに既存のVSM、SQUIDを用いて強(反)磁性特性、ネール温度を評価した。BiFeO_3の系は磁気モーメントが小さいため、薄膜の磁気特性評価は困難であった。昨年度の成果を踏まえて、強磁性強誘電体薄膜の研究について以下の事項を実施した。a)LuFe_2O_4、BiCrO_3における希土類等での置換膜を、既存の装置を用いてPLD(パルスレーザー堆積)法により成膜する。BiFeO_3系置換膜とは成膜条件が異なるため、成膜条件の相違について、原因を含めて検討した。b)LuFe_2O_4、BiCrO_3における希土類等での置換膜を、既存の強誘電体テスターを用いて強誘電特性評価を評価する。昨年度までは低温での測定ができなかったが、本年度は別予算で温度制御装置と低温用プローバーシステムを購入して、液体窒素温度から500Kまでの温度範囲で特性評価を実施し、特性の温度依存性について評価する。さらに、既存のVSM、SQUIDを用いて磁気特性(ヒステレシスループ、ネール温度等)を評価した。これらの置換膜においても通常の方法ではリーク電流が大きくて強誘電特性の測定が困難と予想されるため、PUND(positive, up, negative and down)法により印加電界を変化させての測定を試みる。c)LuFe_2O_4、BiCrO_3における希土類等での置換膜PLD用バルクターゲットについて、昨年度別予算で整備した高電圧電源と既存の強誘電体テスターを組み合わせ、薄膜の場合より印加電界を増加させて強誘電特性を評価する。周期構造の影響で、バルクターゲットの場合は磁気特性がキャンセルされるため、薄膜の場合とは異なる磁気特性が得られた。

その結果、リーク電流による強誘電特性の詳細な評価は困難であることがわかった。そこで今年度は、強誘電特性の評価に圧電応答顕微鏡を用いた。これを用いることで、ナノレベルオーダーでの電気特性の評価が可能となり、どこにリーク電流の原因があるのかを追求することが可能となった。さらに、SnTiO3+xに注目し、単独では非平衡状態でしか存在にも係わらず、YMnO3とSnTiO3+xとの多層膜とすることで安定に存在させることに成功した。多層膜の積層構造を、2、4、8層と変化させた場合の電気特性について評価しζ層数を多くすることで電気特性が改善されることを見出した。
腫瘍血管内皮細胞におけるがん転移制御メカニズムの解明

TGF-βは、正常細胞において増殖を抑制する。しかし、がん形成後期ではがん細胞自身がTGF-βを産生して増殖・転移を促進してがんを悪性化させている。本研究はがん血管・リンパ管内皮細胞におけるTGF-βシグナルが腫瘍形成・転移にどのような影響を与えるのかを検証した。その結果、腫瘍原発巣の血管内皮細胞におけるTGF-βシグナルは、腫瘍血管新生を抑制し、血管の成熟を促し、腫瘍転移を抑制する役割があることが明らかとなった。また、リンパ管内皮細胞におけるTGF-βシグナルは腫瘍リンパ行性転移を促進することを見出した。TGF-&#61538;は様々な作用を有するサイトカインであり、がんの悪性化との関連が注目されている。特にがん形成後期においては、がん細胞自身がTGF-&#61538;を産生して細胞の増殖を促進させるだけでなく、上皮間葉転換を促進してがん細胞の転移を促進させている。しかしながら、大量に産生されたTGF-βにより、がん細胞の転移経路となる血管やリンパ管の形成にどのような影響を与えるのかは未解明であった。そこで本研究では、血管内皮細胞特異的にTGF-βII型受容体を欠損させたマウスを作成し、腫瘍進展への影響について解析を進めた。1腫瘍血管内皮細胞の分取:VEGFRIIプロモーター制御によりGFPを発現するトランスジェニックマウスを用いて、腫瘍血管内皮細胞をFACSにより分取する予定であったが、成獣マウスにおけるGFPの発現量がかなり低下しており、GFPにより分取することは難しかった。そのため、抗体を用いた方法により腫瘍血管内皮細胞の分取を行った。2TGF-βシグナル欠損による血管構造への影響:新生仔網膜を用いて、血管新生におけるTGF-βシグナルの影響を検討した。TGF-βシグナルを欠損させた新生仔網膜では、血管構造に異常が見られるだけでなく、末端の血管より出欠が確認でき、新生児網膜の血管形成においてTGF-βシグナルが重要な役割を担っていることが示唆された。3がん微小環境におけるTGF-βシグナルの役割:がん微小環境の特徴である低酸素により、TGF-βの産生が変化するのか否かについて検討を行った。TGF-βは、正常細胞の増殖を抑制するサイトカインであり、細胞のがん化に伴いがんの悪性化因子として機能することが知られている。特にがんの後期では、がん細胞自身がTGF-βを産生し、細胞の増殖・転移の促進、免疫細胞の抑制、および血管新生を誘導することが知られている。本研究ではTGF-βシグナル系分子の遺伝子改変マウスを利用して、腫瘍血管・リンパ管新生におけるTGF-βシグナルの役割を解明し、がん転移抑制をめざした治療戦略としてのTGF-βシグナルの有用性について検討した。1遺伝子改変マウスの胎仔より血管内皮細胞を樹立し、アレイ解析を行った。これまでに明らかとなった血管内皮細胞またはリンパ管内皮細胞に特徴的な遺伝子群との比較を行ったところ、内皮細胞の機能維持におけるTGF-βシグナルの重要性が示唆されている。2TGF-βシグナル系分子の遺伝子改変マウスの血管構造について、様々な臓器にTGF-βシグナル欠損の影響について検討したところ、特に脾臓において異常が顕著であることを見出した。そのほか、肺の血管構造に異常が見られ、長期的な検討において肺胞構造に異常をきたすことを見出している。3がん微小環境におけるTGF-βシグナルの役割解析において、がん細胞が低酸素に陥るとTGF-βシグナルが亢進することを見出した。短期間の低酸素曝露ではTGF-βシグナルが抑制されるのに対し、長期の低酸素曝露では逆にTGF-βシグナルが亢進しており、がん細胞における悪性化において低酸素環境がもたらす環境変化について報告した。1腫瘍血管内皮細胞の分取にこだわらず柔軟に対応した結果、TGF-βシグナル欠損による血管内皮細胞への影響について明らかにすることができた。2Pdgfb-icerERマウスを用いて、TGF-βシグナルの欠損について解析を行っているが、TGF-βファミリーシグナルすべてを遮断するSmad4のコンディショナルノックアウトマウスにより遺伝子欠損による異常を迅速に検出することが可能となった。3長期間低酸素曝露によりTGF-βシグナルが亢進することを論文報告した。TGF-βは細胞増殖やアポトーシスの制御等、様々な作用を有するサイトカインであり、正常細胞では細胞増殖を抑制する。細胞のがん化に伴い、がん細胞自身がTGF-βを産生して、細胞増殖を促進するだけなく浸潤・転移を促進させるため、TGF-βはがんの悪性化因子としても機能している。本研究ではTGF-βシグナル系分子の遺伝子改変マウスを利用して、腫瘍血管・リンパ管新生におけるTGF-βシグナルの役割を解明し、がん転移抑制を目指した治療戦略としてのTGF-βシグナルの有用性について検討した、1遺伝子改変マウスの胎仔より血管内皮細胞を樹立し、発現が変動している分子群をゲノムワイドに解析をした。その結果、TGF-βシグナルを欠損させると発現が低下する分子を複数同定したが、これらの分子は腫瘍転移に関与する接着因子が含まれていた。2腫瘍の進展と転移におけるTGF-βシグナルの役割を血管内皮細胞に注目して解析するために、血管内皮細胞特異的かつタモキシフェン誘導的に遺伝子を欠損できるマウス(Pdgfb-icreER)マウスとTGF-βII型受容体のコンディショナルノックアウトマウスを交配させ、TβRII:BEC-iCKOマウスを作成した。

このマウスにルイス肺腺がん細胞を背部皮下へ移植したところ、腫瘍組織では腫瘍血管新生が亢進していたが、肺転移を抑制する結果を得た。さらにB16F10メラノーマ細胞を移植した際も同様の結果を得た。肺転移が減少する原因として、転移先の肺血管のがん細胞受容能が低下していることを見出し、その原因分子を明らかにすることができた。TGF-βは、正常細胞において増殖を抑制する。しかし、がん形成後期ではがん細胞自身がTGF-βを産生して増殖・転移を促進してがんを悪性化させている。本研究はがん血管・リンパ管内皮細胞におけるTGF-βシグナルが腫瘍形成・転移にどのような影響を与えるのかを検証した。その結果、腫瘍原発巣の血管内皮細胞におけるTGF-βシグナルは、腫瘍血管新生を抑制し、血管の成熟を促し、腫瘍転移を抑制する役割があることが明らかとなった。また、リンパ管内皮細胞におけるTGF-βシグナルは腫瘍リンパ行性転移を促進することを見出した。当初の予定では、VEGFR2プロモーターに制御されてGFPを発現できるトランスジェニックマウスを利用して、腫瘍血管内皮細胞を分取する予定であった。しかしながら、VEGFR2のプロモーター強度は、成獣は胎仔よりも弱く、FACSソートできるだけの発現を確認することができなかった。マウスの作成に時間がかかったこと、抗体による分取方法の条件設定に時間がかかったため、当初の予定よりも若干の遅れを生じているが、挽回可能である。1血管内皮細胞TGF-βシグナルが欠損した血管内皮細胞を用いたマイクロアレイの結果から、興味のある分子群について検証を進めていく。実際に、血管内皮細胞(HUVEC)やリンパ管内皮細胞(HDLEC)を用いて、TGF-βシグナルによって発現がどのように影響を受けるのかについて精査するとともに、その意義について詳細に解明する。特に発現が変動している分子については、腫瘍組織の血管においてその発現を免疫染色法を用いて明らかにするとともに、その分子を標的とした治療法開発の可能性について模索する。2TGF-βシグナル欠損による血管・リンパ管構造への影響GFPを恒常的に発現する細胞を用いて、腫瘍リンパ行性転移、血行性転移について検討する。リンパ行性転移:マウス足底部にGFP-LLCを移植するとともにタモキシフェンを投与して目的の遺伝子を欠損させ、移植後1週間においてがん細胞のリンパ行性転移について検討を行う。蛍光を指標にして、膝窩リンパ節、鼠径リンパ節への転移について検討する。TGF-βシグナルが欠損した血管では腫瘍転移がどのように変化するのかを明らかにするとともに原因となる分子機構を検証する。腫瘍血行性転移:マウスの背部皮下にGFP-LLCを移植するとともにするとともにタモキシフェンを投与して目的の遺伝子を欠損させる。移植3週間後に血液を採取して、全身循環血液中に存在するがん細胞をGFPを指標に検出する。野生型のマウスと比較して、TGF-βシグナルが欠損した血管では腫瘍転移がどのように変化するのかを明らかにするとともに原因となる分子機構を検証する。
リアルタイム観察とDPD法による，凍結を伴うマイクロ流路内水流動メカニズムの解明

マイクロ流路内凍結現象の解明にあたり,当該年度は1実験については,昨年度導入した近赤外(NIR)カメラによる可視化実験装置を用いて,マイクロ流路内における水の過冷却解除から凍結完了に至る過程を撮影し,2DPD法の数値計算については,昨年度開発した改良型時間進行法の物理特性に対する影響の調査,ならびに同時間進行法の信頼性をさらに上回る計算手法の検討を行い.以下の成果を得た.1実験について:過冷却水のNIR吸光度相状態依存性について調査した.構築した実験装置により過冷却状態(液相),過冷却解除直後,および凍結完了後を撮影した結果,まずNIRカメラを用いるとそれぞれの状態で異なる映像が得られることがわかった.特に過冷却解除直後では,通称Slushと呼ばれる微小氷粒子が水中に懸濁している懸濁液を映し出した画像が撮影でき,先行研究でほとんど確認されていない,微小氷粒子の揺動が観察できた.2DPD法の数値計算について:【改良型時間進行法の物理特性】改良型時間進行法を用いたDPD計算における諸量(動径分布関数および速度自己相関関数)を求めた結果,系の温度をもとにした計算誤差の信頼性の向上とともに,これらの量の誤差も大幅に改善されることがわかった.【分離型ルンゲ・クッタ法によるDPD時間進行の検討】DPD法による計算の信頼性向上のため,シンプレクティック性を満足したルンゲ・クッタ(RK)型時間進行法である分離型RK(PRK)法の導入を試みた.結果として,従来手法に比べ計算誤差の大幅な低減,および計算効率の向上を達成した.マイクロ流路内凍結現象の解明にあたり,当該年度は実験装置の製作および予備実験,およびDPD法による数値計算を行い,以下の成果を得た.1実験装置の製作および予備実験:ペルチェ素子を用いたマイクロ流路冷却システム,およびズームレンズによる観察機構を構築し,マイクロ流路内の凍結現象が観察できる実験装置を組み立てた.また,結露防止のためのアクリルケースの作製を行い,低湿度環境を実現した.さらに予備実験を行い,マイクロ流路出口における流動の有無を観察することにより,凍結を確認することができた.2DPD法による数値計算:マイクロ流路の表面形状およびぬれ性のモデル化を行った.表面形状に関しては,モデル化する上で重要なマイクロ正方キャビティ流れにおける凍結現象に着目し,DPD法による数値計算を行った.レイノルズ数Re = 10に固定し,上下壁の温度差,および側壁の温度境界条件の影響について調べた.この結果,上下壁の温度差により氷層の厚さが変化すること,側壁の温度境界条件により形成される氷層の形状が異なること,さらに氷層が指数関数的に成長することを確認した.ぬれ性のモデル化に関しては,水粒子と固体壁粒子の間の保存力に差異を与えることで,壁面ぬれ性を幅広い範囲でコントロールできることを確認した.さらに同モデルを用い,異なるぬれ性を有する壁面上を流れる水滴の凍結挙動について調べた結果,親水性の壁面において,広範囲に薄い氷層が形成されることを確認した.3DPD法の計算精度の考察:上述のモデリングの他,DPD法の計算精度についての調査が必要であることがわかり,このための予備計算を行った.本計算では時間進行法の精度について着目し,常微分型ルンゲクッタ法の導入による高精度確保の可能性を調査した.この結果,高精度確保には確率微分方程式型の手法を導入する必要があるという結論に至った.当初の予定通り,マイクロ流路観察実験装置を製作することができた.また,DPD法を用いた表面形状およびぬれ性のモデル化についても,必要な数値モデルの作成を行うことができた.さらに,計算精度の確保という新たな要調査課題を見出し,これについても一定の成果を得た.数値計算については,Numerical Heat Transfer, Part A,第53回伝熱シンポジウム,5th Micro Nano FLows Conference,ならびにInternational Symposium on Micro-Nano Science and Technology2016にて成果発表をした.マイクロ流路内凍結現象の解明にあたり,当該年度は1実験については,近赤外(NIR)カメラを実験装置に導入し,マイクロ流路内における水の凍結現象の可視化実験を行い,2DPD法の数値計算については,計算精度の調査を行い,以下の成果を得た.1実験装置の改良,ならびに凍結の可視化実験の実施:昨年度作製した実験装置では,マイクロ流路出口における流動の有無を観察することにより凍結を確認したが,より詳細な凍結現象を観察するため,NIRカメラを用いたマイクロ流路内の凍結現象の可視化を行った.その結果,液相(水)においては,先行研究にみられるような,水の近赤外吸光度が温度依存性が確認できた.また固相(氷)においては,液相における吸光度の温度依存性とは異なった挙動を示した.よって,今年度の成果より,NIRカメラを使用した測定法により撮影範囲における温度場と相転移判別の同時測定が可能であることを示した.2DPD法における計算精度の評価,ならびにその向上:昨年度の調査により,DPD法による計算結果の信頼性確保のため,その計算精度の評価を行った.その結果,DPD粒子に作用する3種類の力の,計算精度に及ぼす影響が,時間刻み幅の大きさにより変化することがわかった.また,DPD法でよく用いられている時間刻み幅の範囲では,保存力の影響が卓越することがわかった.この結果を基に従来の時間進行法の改良を行い,計算精度を10%以上改善することができた.

実験に関しては,当初の予定通り,NIRカメラを導入し,マイクロ流路内の水が凍結できるかどうか判別することが出来た.また,温度と相転移の同時測定についてもできることを確認した.さらにこれらの成果を,第55回伝熱シンポジウムで発表した.数値計算については,昨年度新たに調査したDPD法の計算精度について,さらなる精度向上を実現でき,数値計算の信頼性確保に貢献した.また本研究成果を,26th International Conference on Discrete Simulation of Fluid Dynamicsにて発表した.マイクロ流路内凍結現象の解明にあたり,当該年度は1実験については,昨年度導入した近赤外(NIR)カメラによる可視化実験装置を用いて,マイクロ流路内における水の過冷却解除から凍結完了に至る過程を撮影し,2DPD法の数値計算については,昨年度開発した改良型時間進行法の物理特性に対する影響の調査,ならびに同時間進行法の信頼性をさらに上回る計算手法の検討を行い.以下の成果を得た.1実験について:過冷却水のNIR吸光度相状態依存性について調査した.構築した実験装置により過冷却状態(液相),過冷却解除直後,および凍結完了後を撮影した結果,まずNIRカメラを用いるとそれぞれの状態で異なる映像が得られることがわかった.特に過冷却解除直後では,通称Slushと呼ばれる微小氷粒子が水中に懸濁している懸濁液を映し出した画像が撮影でき,先行研究でほとんど確認されていない,微小氷粒子の揺動が観察できた.2DPD法の数値計算について:【改良型時間進行法の物理特性】改良型時間進行法を用いたDPD計算における諸量(動径分布関数および速度自己相関関数)を求めた結果,系の温度をもとにした計算誤差の信頼性の向上とともに,これらの量の誤差も大幅に改善されることがわかった.【分離型ルンゲ・クッタ法によるDPD時間進行の検討】DPD法による計算の信頼性向上のため,シンプレクティック性を満足したルンゲ・クッタ(RK)型時間進行法である分離型RK(PRK)法の導入を試みた.結果として,従来手法に比べ計算誤差の大幅な低減,および計算効率の向上を達成した.凍結を伴う水流動実験に関しては,さらに詳細な凍結現象の観察を行うため,近赤外分光(NIR)カメラの導入による2次元温度場計測を行う.本手法導入により,凍結前後のリアルタイム温度計測を実現し,流量や冷却温度の凍結におよぼす影響をより詳細に解明する.さらに表面ぬれ性,表面形状の異なるマイクロ流路の製作し,これらを用いた実験の実施,およびぬれ性,表面形状の凍結現象におよぼす影響を調査する.DPD法を用いた数値計算に関しては,森西教授と協議し調査を開始した時間進行法の精度についてさらに調査を行い,詳細な精度の確認,および計算結果の信頼性確保に注力する.その後,昨年度作成した表面形状モデルおよび表面ぬれ性モデルを用い,実験と同条件での計算を実施し,計算結果と実験データとの比較を行い,モデルの妥当性の検証,および凍結現象の定量的な考察を行う.実験に関しては,本年度改良した実験装置を用いて,詳細なマイクロ流路内凍結現象の観察を実施する.温度場・相転移同時測定により,まず流動がない状態について,冷却速度および表面ぬれ性の影響を評価する.
炭素-水素結合活性化の新展開

以前報告者はパラジウム触媒存在下、メチレンシクロプロパンとフラン化合物を反応させると、メチレンシクロプロパンのdistal位の炭素-炭素結合と、フランの2位の炭素-水素結合とがそれぞれ選択的に解裂し、それらがカップリングすることを見出している。この反応は中性条件下における、フラン化合物の炭素-水素結合活性化によるアリル化反応である。今回報告者は、フラン化合物の代わりに種々の複素環化合物を用いて同様に反応を行った。その結果、チオフェン化合物やチアゾール化合物、ピロール化合物がフラン化合物と同様にメチレンシクロプロパンと反応し、それぞれアリル化された化合物が収率よく得られてくることがわかった。また、これらの複素環化合物の反応性はフラン化合物が最も高く、続いてチオフェン化合物、チアゾール化合物、ピロール化合物の順であった。これら反応はいずれも、メチレンシクロプロパンのdistal位の炭素-炭素結合が解裂して反応していることから、パラジウム触媒がまずこのdistal位を攻撃しパラダシクロブタン中間体を生成し、続いてこれがパラダエン型の反応を起こすことにより複素環の炭素-水素結合が活性化されると考えられる。
FUS変異を持つ筋萎縮性側索硬化症の大家系における剖検病理を基盤とした病態解析

筋萎縮性側索硬化症(ALS)は原因不明で治療法が無い難病である。近年Fused in Sarcoma(FUS)遺伝子異常を持つ家族性ALSが報告され、当科の家族性ALS症例でもFUS異常を3家系で見出した。自験例の大家系は5剖検例を含み、それら剖検例における細胞内封入体を含めた詳細な臨床病理学的解析は運動ニューロン病全体の病態解明に重要な意義を持つ。FUS変異が運動ニューロン死を引き起こすメカニズムは明らかになっていない。本研究では、自験の大家系について各症例の臨床像を検査・画像所見を含めてより詳細に明らかにし、臨床経過を完全に把握する。剖検病理標本を詳細に検討することで好塩基性封入体の分布や頻度、病期との相関について検討する。さらに凍結保存された脳・脊髄を用いての解析も可能である。具体的にはFUSのRNA代謝という機能面に注目してFUS異常ALS患者のR521C異常を持つ大家系を含めた発症者全員に関する臨床情報を解析し遺伝子異常を持つ患者の特徴をより一層明らかにする。平成22年度はFUS異常ALS患者の脳・脊髄病理標本を対象とし、特に好塩基性封入体の病態・病期との関わりに注目し封入体の分布や頻度を解析し病態における意義を明らかにした。形態学的解析に加えてTDP-43やFUSを用いた免疫組織化学的検討も行った。発症後1,3,9年目の剖検例では病初期には脊髄に加え黒質の変性が強く、病期を追うごとに変性・封入体の存在領域の拡大を認めた。平成23年度は免疫染色での検討も加え、同一家系における病態の進行について論文にまとめ、投稿した。近年Fused in Sarcoma (FUS)遺伝子異常を持つ家族性ALSが報告され、当科の家族性ALS症例でもFUS異常を3家系で見出した。平成23年度は免疫染色での検討も加え、同一家系における病態の進行について報告したい。
類推と定性的推論に基づく知的CAIの指導方略に関する研究

学習者の理論的思考、推論能力をはぐくむ教育を支援するCAIシステムを設計する場合に重要な点は、問題を正しく早く解かせれば良いのではなく、問題を解くのに必要な考え方のスキ-マを定着させることである。すなわち、解法の手順を教えるシステムではなく、学習者の思考実験を支援し、行き詰まった場合に考え方の手助けをできる開放型システムでなければならない。本研究では、高校数学の中でも多くの生徒がつまづき苦手としている集合や理論の中から、背理法と帰納法をテ-マにして、生徒の認知過程のモデルに基づいて、問題解決の試行錯誤を行なわせ、経験を通して一般法則を帰納的に発見させるCAI教材を設計し実現した。実現した教材の一つは童話「赤い帽子」を題材にしており、背理法の理解を支援する。レッスンは問題認識過程、問題解決過程、一般化過程から構成されており、生徒自身が一般規法則を発見できるようなスキ-マを与える。問題認識過程では学生の興味を引くようにスト-リ-性をもたせて、簡単な例題で問題の形式を理解させる。問題解決過程では仮設演繹法による解法、背理法による解法を理解させる。このときに学習者の思考実験を助けるために、具体的なオブジェクトを操作することによって問題解決過程をイメ-ジ化して提示し、組合せ型の思考、視点を移動した思考を支援する。一般化過程ではより複雑な問題を与えて、仮設演繹法および背理法による推論の有効性、正当性を納得させる。