hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
空気改質処理を組み込んだバイオマスの新パイロリティックガス化法

バイオマスを340°Cまでの低温域で熱分解し、その揮発生成物を600°C以上の高温に保持した二段目の反応器に供給し改質を行い、その効果を検討した。二段目に予め900°Cで熱分解したチャーを充填し、600°Cにおいてタールの二次的分解の様子を検討したところ、COやCO_2のガス収率が増加し、タール収率が減少した。以上の結果から、空気処理と選択的なタール改質方法を組み合わせたプロセスを開発した。本研究では、市町村単位でバイオマス資源活用を普及するための簡便かつトラブルフリーの転換法として、空気処理を基本とする前処理と熱分解を組み合わせた新パイロリティックガス化法を提案し、その有効性をバイオマス構造に立脚した反応工学的観点から明確にするとともに小型バイオマスガス化炉の開発を行うことを目的とした。本年度は、初年度にあたり、(1)タール発生量抑制のための空気前処理法の開発と(2)改質バイオマスの熱分解挙動の解明に主眼をおいて研究を推進した。その結果、(1)新前処理法の開発に関する研究では、バイオマスを100350°Cで空気によって前処理を行った。FTIRによる構造解析等も含めて種々検討した結果、300°C程度で空気酸化することで、タールの全く出ないバイオマスに改質する方法を見出した。一方、(2)改質バイオマスの熱分解挙動解明に関する研究では、(1)で製造した各種改質バイオマスを種々の昇温速度、温度で熱分解し、生成物分布および固体チャーの性状を詳細に分析した。これらのデータをもとに、タール抑制量とバイオマス架橋の程度を定量的に関係づける指標を新たに提案し、空気酸化処理によるバイオマス構造変化とそれが熱分解に及ぼす影響を明らかにした。以上の結果から、バイオマスを集積した各地域で、窒素ガスなどの特別なユーティリティーを整備することもなく、単純に空気で低温酸化することで、高品位はバイオマスに変換できることが明らかになった。次年度以降は、本年度の結果を踏まえて前処理/熱分解一貫プロセス確立のための基本的な検討を実施していく予定である。本研究では、市町村単位でバイオマス資源活用を普及するための簡便かつトラブルフリーの転換法として、空気処理を基本とする前処理と熱分解を組み合わせた新パイロリティックガス化法を提案し、その有効性をバイオマス構造に立脚した反応工学的観点から明確にするとともに小型バイオマスガス化炉の開発を行うことを目的としている。本年度は、昨年度に引き続き、(1)タール発生量抑制のための空気前処理法の開発と(3)前処理/熱分解/ガス改質一体型小型ガス化炉のプロセススキームの開発に主眼をおいて研究を推進した。その結果、(1)新前処理法の開発に関する研究では、バイオマスにNaOHを添加して空気中で600°Cにて熱分解する方法を検討し、このNaOH添加という簡単な前処理で熱分解によるタール発生をゼロにまで抑制することに成功した。このとき、空気中であっても、NaOHの添加効果で固体は酸化燃焼することはなく、固体収率を1.8倍にまで増えることを見出した。一方、(3)前処理/熱分解/ガス改質一体型小型ガス化炉のプロセススキームの開発に関する基礎研究では、前年度提案した低温空気前処理法で発生する低温(340°C)タール蒸気を、温度を維持した状態で、熱分解チャーを充填した600°Cの反応器に送り、チャー上で接触分解処理するプロセスを提案した。熱分解炉とタール接触分解炉からなる二段反応器を製作して上記スキームに従って実験を実施した結果、タールの接触分解が促進し大幅にタールが低減すること、大量のカロリーガスを回収できることを示した。次年度は最終年度にあたり、2年間で得られた成果をもとに、前処理/熱分解一貫プロセススキームを確立していく予定である。本年度は最終年度にあたり、前処理/熱分解/ガス改質一体型小型ガス化炉のプロセススキームの開発に主眼をおいて研究を推進した。その結果、300°C空気処理したタールをバイオマスに混合し、TGAを用いて異なった混合割合の試料の熱分解挙動を検討し、熱分解重量変化曲線の結果より、低温タールは低温域で蒸発したため、後段のプロセスで容易に処理できると考えられた。また、ガス化炉の低温域で起こる空気雰囲気での熱履歴を想定して、空気処理したチャーを熱分解した際、タールがほとんど生成しないことを見出した。次に、二段階のタール分解を検討し、空気の影響で部分酸化反応が起こったため、二段目の温度が高くなるほど(600°Cから900°Cまで)ガス収率、特にCO2が増加した。

これをさらに発展させて、ガス化炉下部の高温域での炭化物のチャーによる揮発分の二次的分解への影響を調べるため、バイオマスを340°Cまでの低温域で熱分解し、その揮発生成物を600°C以上の高温に保持した二段目の反応器に供給し改質を行い、その効果を検討した。二段目に予め900°Cで熱分解したチャーを約600mg充填し、600°Cにおいてタールの二次的分解の様子を検討したところ、COやCO2のガス収率が増加し、タール収率が減少した。以上をまとめ、空気処理と選択的なタール改質方法を組み合わせたプロセスを開発した。
膜結合型細胞増殖因子と細胞外マトリックスの相互作用によるシグナルの伝達

形態形成や組織化における膜結合型細胞増殖因子HB-EGFの作用機構と生理的役割の解明を目的とする。これまでの研究は、HB-EGFがインテグリンやヘパラン硫酸プロテオグリカン、膜4回貫通型蛋白質CD9等と複合体を形成し、細胞間相互作用に働いていることを示唆している。本年度は、細胞接着や細胞増殖におけるこのコンプレックスの役割を明らかにするためにさらに解析を行ない以下の成果を得た。(1)HB-EGF-DRAP27/CD9-インテグリン複合体にアソシエ-トする田の分子の同定細胞の可溶化膜分画を抗インテグリンα3抗体や抗HB-EGFで免疫沈降して、共沈してくるタンパク質の同定を行なった。その結果、CD9と同じTM4ファミリーに属するCD63とCD81もこの複合体に含まれていることが明らかとなった。これらの分子がCD9同様にHB-EGFのジャクスタクライン活性を上昇させるかどうかを調べるたところ、CD81はCD9と同程度の上昇活性を示したが、CD63はCD9ほどHB-EGFのジャクスタクライン活性を上昇させず、TM4ファミリーの間で機能分担があることが示唆された。生体におけるHB-EGF-DRAP27/CD9-インテグリン複合体の役割を知るために各種組織でのCD9の発現を調べた。いくつかの組織でCD9の興味深い発現が観察されたが、特に中枢および末梢神経の髄鞘においてCD9の顕著な発現が認められた。これまで髄鞘において、TM4ファミリーの存在は全く知られておらず、髄鞘の形成と機能維持にこの蛋白が関わっているかどうかが今後の問題として提起された。また、これまでの実験では、髄鞘のCD9にはβ1インテグリンがアソシエ-トしていることが示されている。HB-EGFについても免疫組織化学的手法で調べたが、その存在は認められなかった。(2)髄鞘での-DRAP27/CD9の発現解析生体におけるHB-EGF-DRAP27/CD9-インテグリン複合体の役割を知るために各種組織でのCD9の発現を調べた。
リフレクションを基盤とした看護技術学習における「教え‐学ぶ」の深化の様相

本研究の目的は、看護技術教育における教員と学生の「教え-学ぶ」の様相を省察をとおして明らかにすることである。研究方法は、リフレクションに基づく質的記述的分析を用いた。看護技術の演習場面において、教員は、<学生の上手くいかない経験に分け入る>、<個別の問題状況を探りながら、上手くいくように手立てを試す>という関わりをしていた。その中で<新たなポイントを発見し、意味づける>ことがなされるという、「教え-学ぶ」の様相が明らかになった。本研究の目的は、看護技術の授業を中核とした学生と教員のリフレクティブな実践の中で、状況や対象者とのやりとりをとおして生起する、「教え-学ぶ」の深化の様相を明らかにすることである。H23年度の実績をもとに研究方法を検討した結果、授業の実践に該当する【第1段階】【第2段階】のリフレクションの内容を【第3段階】の「リフレクション学習」にタイムリーに生かすとともに、「リフレクション学習」の中で得られた気付きを授業実践にフィードバックしていくことができるようにする必要があるということが見えてきた。そこで、H24年度は、授業の実践に該当する【第1段階】【第2段階】と並行しながら、【第3段階】の「リフレクション学習」を実施するとう形に方法を修正してデータ収集を行った。【第3段階】の「リフレクション学習」は、6月12月までの間に計10回実施した。参加者は、昨年と同様に毎回10名程度であった。また、【第4段階】の先輩教員とのリフレクションを随時実施した。本研究では、看護技術の授業において、教授・学習を二項として切り離して捉える構図を超える、新たな捉え方を見出すことを目指している。このような立場で、看護技術学習における「教え-学ぶ」の様相を明らかにしていく際に、ドナルドA.ショーンの主張する「リフレクション」の概念が参考になると考えている。そこで今年度は、基本文献となる「省察的実践とは何かプロフェッショナルの行為と思考」(ドナルドA.ショーン,2007)を採りあげ、抄読会を週1回のペースで実施しながら、研究方法、特に分析方法を中心に検討を行った。研究の進捗状況としては、データの整理、テープ起こしと並行して、修正した方法に沿ってデータ分析を実施し、分析内容の検討を行っているところである。平成25年4月1日から平成26年3月31日産前産後の休暇及び育児休業取得により、一時的に研究を中断したため、平成24年度までの研究実績の概要を記す。このような立場で、看護技術学習における「教え-学ぶ」の様相を明らかにしていく際に、ドナルドA.ショーンの主張する「リフレクション」の概念が参考になると考えており、それを基に研究方法、特に分析方法を中心に検討を行った。H23年度は、計画に沿って【第1段階】【第4段階】のリフレクションを実施した。中でも、授業後に行うリフレクション学習を素材とする【第3段階】のリフレクションの方法の検討が必要であることが明らかになったため、以下のように方法を検討し、進めていった。【第3段階】のリフレクションの素材となる「リフレクション学習」では、看護技術の演習の進行に合わせて、2週間に1回のペースで8回実施した。取り上げる技術項目は、第2段階(授業中)で「教員が気になった場面」、「学生が上手くいかなかったと感じた場面」から抽出した。45人で1つのグループを編成し技術の練習を行った。

当初は、計画の段階で考案したとおりに、毎回の練習場面をVTRに撮影し、次の回の冒頭でVTRを見て、気づきを共有していくという方法をとった。しかし、2週間前に実施した技術のVTRを見て、リフレクションを行うという方法では、時間の経過とともに印象が薄れてくるため、活発な意見交換ができず、教員主導でディスカッションを進めていく形になった。そこで、効果的に気づきを促すための方法の検討が必要であると考えた。検討の結果、タブレットPCを用いて、技術の練習場面を撮影し、その場で動画をチェックするという方法に変更した。リアルタイムで、自分(グループメンバー)の援助場面の動画を見られることによって、何が上手くいかないのか、なぜ上手くいかないのか、上手くいった場合は、何が変わったのか、という意見交換が学生主導でなされるようになったという変化が見られた。研究の進捗状況としては、データの整理、テープ起こしと並行して、分析を行っているところである。本研究の目的は、看護技術の授業を中核とした学生と教員のリフレクティブな実践の中で、状況や対象者とのやりとりをとおして生起する、「教え-学ぶ」の深化の様相を明らかにすることである。研究者自身が担当する授業の準備、授業の実施、授業後に学生の希望者と実施するリフレクション学習の場面、その間に随時実施した先輩教員とのリフレクションの場面を【第1段階】【第4段階】のリフレクションとした。それらを、VTR、ICレコーダーに記録し、作成した逐語録を質的記述的に分析した。看護技術の演習の場面において教員は、<学生の上手くいかない経験に分け入る>、<個別の問題状況を探りながら、上手くいくように手立てを試す>こと、その中で<新たなポイントを発見し、意味づける>ことがなされるという学生と教員の「教え-学ぶ」の様相が見られた。ショーン(1983/2007,p159)は、行為の中の省察での新たな経験が実践者のレパートリーを豊かにすると述べている。今回明らかになった、看護技術の演習の場面における学生と教員の「教え-学ぶ」の様相においても、教員は、学生との関わりの中で行為の中の省察を行うことにより、これまで意識していなかった自分の身体の使い方を自覚することになり、それが、新たな援助のポイントであるということが見出された。それを可能にしたのは学生の存在であり、教員は、「教え-学ぶ」の状況の中で、学生の存在により、自分自身の枠組みを超えることができ、指導の幅を広げることができるのだと言える。また、学生にとっては、今回の演習場面における「教え-学ぶ」の状況は、看護技術の有効性に対する発見と驚きという経験であり、その実感は、これからその看護技術を身につけられるように練習したいという、看護技術の学習への扉を開いていく可能性を持っていると考える。看護学平成23年度平成24年度にかけて、【第1段階】【第4段階】までのリフレクションを計画どおり実施できた。本研究の特徴である1授業準備授業終了後までの看護技術の授業の過程全体を明らかにすることを試みる。2授業実践者である研究者が、自らの教育実践の経験をもとに研究に取り組んでいく。3リフレクションを基盤とした看護技術学習の中で、「学生がどのように看護技術の学習を深めていくのか」
抗腫瘍薬による自然免疫能の変動と栄養輸送担体との発現調節の関連性

Humanα-defensin(HD)5は、異物からの粘膜防御など先天性の免疫防御システムとして分泌される抗菌ペプチドである。このペプチドは、腸管上皮バリア機能の維持において重要と考えられているが、HD5と腸管トランスポータの関連については研究されていない。本研究では、腸管に発現するトランスポータに及ぼすHD5の影響を明らかにすることを目的とした。HD5処理により、MRP2およびMDR1 mRNAの発現は減少した。さらに、HD5ノックダウンにより、MRP2およびMDR1 mRNAの発現は増加した。これらの結果から、HD5はMRP2およびMDR1の発現を制御する可能性が示唆された。がん患者におけるサプリメントと経口抗がん剤によるリスク回避を目的とし、ヒト小腸株化細胞を用いて、経口抗がん剤処理後の免疫ペプチドの発現変動と栄養輸送トランスポーターとの関連について評価を行った。これまでの研究により、一部の経口抗がん剤を曝露することによって、腸管免疫の低下が引き起こされることを明らかにしている。平成26年度の研究においては、経口抗がん剤曝露が栄養輸送トランスポーターの発現に与える影響について評価を行った。栄養素および薬物双方の吸収に関与する有機アニオン(OATP)およびモノカルボン酸トランスポーター(MCT)に着目し、経口抗がん剤曝露によりOATPおよびMCTのmRNA発現が変動することを見出した。さらに、免疫ペプチドとトランスポーターの関連を確認するため、ヒト小腸株化細胞の免疫ペプチドをsiRNAによりノックダウンし、トランスポーター発現への影響を評価した。腸管免疫物質をノックダウンすることにより、OATPおよびMCTのmRNA発現に影響を及ぼすことが明らかにした。このことから、免疫ペプチドが腸管トランスポーターを制御する可能性が示唆された。平成27年度の研究においては、平成26年度に確立した評価系を用い、経口抗がん剤曝露がα-defensinおよび栄養輸送トランスポーターのm RNAおよび蛋白質発現に与える影響について評価を行った。前年度に検討を行った有機アニオン(OATP)およびモノカルボン酸トランスポーター(MCT)に加え、ペプチドトランスポーター(PEPT)についても経口抗がん剤曝露による影響を確認し、PEPT mRNA発現量にはほとんど影響を及ぼさないことが明らかとなった。また、α-defensin mRNA発現量においては、HD5/6ともに抗がん剤曝露によって減少傾向を示した。平成27年度については、計画書に記載の通り、順調に計画は進行している。抗がん剤がもたらす生体へのダメージは多大であり、免疫機能の維持・向上が治療の効果を高めるには不可欠である。しかしながら、がん治療と免疫低下に関する研究では、獲得免疫に関する研究が多くを占め、最も重要と考えられる患者自身に本来備わる自然免疫(=腸管免疫)の影響については検討されていない。また、免疫賦活を期待し治療と併用してサプリメントを使用するケースが増えているが、輸送担体を含めたリスク評価に関しては生体機能への影響を考慮して評価している報告は少ない。本研究では、抗がん剤によって誘導される腸管免疫低下と栄養輸送トランスポーターの関連について基礎的検討を行い、腸管機能を総合的に評価するシステムを構築することを目的とした。当該年度においては、抗がん剤投与後24時間の小腸を取り出し、α-defensin発現への影響を確認した。その結果、腸管免疫の指標であるα-defensinの発現は減少傾向を示すことが明らかとなった。また、前年度までの検討で明らかとなったin vitroにおける抗がん剤曝露がα-defensinの発現に及ぼす影響と相関する結果となった。Human α-defensin(HD)5は、異物からの粘膜防御など先天性の免疫防御システムとして分泌される抗菌ペプチドである。平成26年度については、使用する抗がん剤の種類を一部変更したが、計画書に記載の通り、順調に計画は進行している。平成28年度は、抗がん剤曝露によるα-defensin mRNAおよび蛋白質発現量の検討をin vivoで行い、in vitroの結果との相同性を評価し、臨床応用に結び付けるための基礎的知見を得る。栄養薬理平成27年度は、がん患者が使用するサプリメントおよび抗がん剤併用時の腸管免疫への影響について、平成26年度に行った測定方法を用いて評価する。免疫ペプチドおよび各輸送担体のmRNA量および蛋白質発現量を測定することで、腸管免疫に与える影響を総合的に評価し、科学的根拠の蓄積を目指す。mRNAの測定に使用する試薬を変更し、予定していた試薬の金額が変更となったため、次年度使用額が生じた。次年度使用額は、追加実験を必要とした際の経費として使用する。
電磁的横波を用いたV_p×B電子線形加速器の開発

本研究の目的は線形電子加速器のさらなる小型化を目指し、従来使用されていなかったが、最近使用されるようになってきたXバンド帯(9GHz)のマイクロ波を用いたV_p×B方式による電子線形加速器の開発である。今回の研究目標は数100keV以上のエネルギーを持つ電子を得ることである。Xバンド帯加速器用特殊遅波回路の設計製作が必要であるが、このような回路の設計指針がないためその試作器を製作した。しかし、加速管の周波数特性や減衰特性に種々の問題があり、さらに平成12年度当初に加速器用高出力マイクロ波源が故障し加速実験が遂行できなくなった。このため当初目標とした成果を達成することはできなかったが、V_p×B加速法の優位性はXバンド帯でも実験的に不十分であるが確認でき、Xバンドマイクロ波を使用することで電子線形加速器を小型化でき、V_p×B加速機構を利用することで加速効率が増加し、さらに小型化できる可能性の見通しが立ち、Xバンドマイクロ波を用いる実用機に向けた加速器への知見が得られた。加速量が小さい原因は、マイクロ波をTEモードからTMモードへ変換するモード変換器と加速管自体の透過率が最大になる周波数にずれがあるため加速器全体の透過率が悪い(約3%)ためである。現在、モード変換器と一体化した加速管を設計している。一方、小型陽子加速器の開発実験用の入射器用陽子源を開発しているが、エネルギー30keVの陽子源の開発はほぼ終了した。ついで、陽子源から射出された30keVの陽子を1MeVまで加速させる前段加速器として、IH(Interdigital H-mode)型加速器を採用することにした。これは電力効率が優れているため小型化が可能である。IH用電極の設計は終了したが、加速空胴の設計は現在行っており設計が終りしだい製作を行う予定である。この研究の第一の目標はVp×B方式による電子線形加速器の開発である。この目標を達成するためには、従来使用されていなかったが最近使用されるようになってきXバンド帯(9GHz)のマイロ波を使用する。Vp×B加速法では従来の遅波回路は使用できないので、加速器用特殊遅波回路の設計製作が必要であり、今年度はその試作器をつくった。しかし、周波数特性や減衰特性に種々問題があり、現在、問題点の解明に努めている。この遅波回路はTMモードを使用するものの、隣接するキャビティの軸をずらすことによりVp×B効果を高めるように設計している。しかし、このような回路の設計指針が無いため、基礎的な電磁場解析から行う必要があり苦労している。同時に、横波(超短パルス高出力レーザー)を用いたイオン加速器の可能性を検討している。今年度は、高エネルギー領域における加速方式の模索と陽子源の開発を始めた。その加速方式としては、陽子ビーム(初期エネルギー:10MeV)に電磁波を斜め入射するとともに定常磁場を印加するVp×B方式をとる。シミュレーション結果から約100keV/段のエネルギー増があることがわかった。しかし、これでは不十分であるので、現在、さらなる検討を行っている。一方、入射器用陽子源を開発しているが、陽子源としての完成はほぼ予定通りである。この出射ビームをさらに加速するために、前段加速用のRFQの加速器を開発している。このため高周波電源の購入を行なった。現在、RFQ電極を設計中であるが、ほぼ予定通りに進行している。

本来の目的である、電磁的横波を用いたV_p×B電子線形加速器は被加速電子ビームの不安定性に長いこと悩まされてきたが、今年度やっとその不安定性の原因が解明され、安定化に成功した。すなわち、加速器内に使用している誘電体装架遅波回路の誘電体表面にビーム内電子の一部が内散乱され蓄積する結果、誘電体は強い負電圧に帯電する。発生した電界により、誘電体表面から反れるように電子ビームが屈折することが判明した。その結果をモデルに基づいた計算結果と比較することにより、不安定性の機構が解明された。この不安定性を制御するために、薄いプラズマを導入して帯電した負の電荷を消滅させることを試み、結果として安定な電子ビームが得られた。この安定化されたビームを用いて加速実験を行い良好な結果が得られた。このことはV_p×B加速法の実証実験のみならず、マイクロ波電力の増大により、実用に耐えうる可能性の高い横波を基礎とした線形加速器が得られることを示した。一方、イオン加速の重要性を認識していたので、今年度よりイオン加速の実験準備を行っている。当面プロトン源として、PIG型のプロトン源を開発した。未だビーム電流が初期の予定より約一桁小さいので完全ではないためその改良を行っている。これは来年度の課題である。本研究の目的は線形電子のさらなる小型化を目指し、最近使用されるようになってきたXバンド帯(9GHz)のマイクロ間波を用いたV_P×B方式による電子線形加速器の開発である。今回の研究目標は数100keV以上のエネルギーを持つ電子を得ることである。Xバンド帯加速器用特殊遅波回路の設計製作が必要であるが、このような回路の設計指針がないためその試作器を製作した。しかし、加速管の周波数特性や減衰特性に種々の門題があり、さらに平成12年度当初に加速器用高出力マイクロ波源が故障し、加速実験が遂行できなくなった。このため当初目標とした成果を達成することはできなかったが、V_P×B加速法の優位性はXバンド帯でも実験的に不十分であるが確認でき、Xバンドマイクロ波を使用することで電子線形加速器を小型化でき、V_P×B加速器溝を利用することで加速効率が増加し、さらに小型化できる可能性の見直しが立ち、Xバンドマイクロ波を用いる実用機に向けた加速器への知見が得られた。大きな問題点は、自作したマイクロ波をTEモードからTMモードへ変換するモード変換器と加速管自体の透過率が最大になる周波数にずれがあることが明らかとなり、加速器全体の透過率が悪い(約3%の透過率)ためである。現在、モード変換器と一体化した加速管を設計している。一方、本来の目的から発展して、小型陽子加速器の開発実験用の入射器用陽子源も開発しているが、エネルギー30keVの陽子源の開発はほぼ終了した。ついで、陽子源から射出された30keVの陽子を1MeVまで加速させる前段加速器として、IH(Interdigital H-mode)型加速器を採用することにした。これは電力効率が優れているため小型化が可能である。IH用電極の設計は終了したが、加速空胴の設計は現在行っており設計が終わりしだい製作を行う予定である。
動体追尾照射の予測制御性能向上に向けたパーソナライズド呼吸誘導システムの開発

本研究は,肺がんをはじめとする体内臓器移動を伴う動体腫瘍に対する効果的な放射線照射方式である動体追尾照射の予測制御の正確性向上のため,視聴覚的なバイオフィードバックを活用し,個別化された新しい呼吸誘導システムの開発を目的としている.本年度は,体表面より呼吸動態のリアルタイムな計測を行うサブシステム,被験者個人の呼吸動態に基づく誘導波形(目標呼吸状態)の生成,ならびに生成した誘導波形の視覚的フィードバックによる提示サブシステムの構築をそれぞれ行い,さらにこれらを組み合わせた誘導システムのプロトタイプを開発した.呼吸誘導は,被験者が随意制御によって自らの呼吸を,ある目標状態(すなわち誘導波形)へと連続的に追従することで実現される.たとえば,従来の呼吸誘導システムでは,被験者は誘導波形である目標値へ自らの呼吸動態を一致させることがタスクとして求められる.このとき,誘導波形からのずれにセンシティブな追従傾向をもつ被験者では,目標値からの過剰なオーバーシュート(行き過ぎ量)が頻発し,結果として高周波状の変動を含む不安定な呼吸動態が生じる場合があった.これを抑制する目的で,本プロトタイプシステムの情報提示においては,誘導波形の上下にマージンを加えることで,目標値に代えて目標範囲を提示する方式を導入した.本プロトタイプシステムを用いた予備実験の結果からは,視覚提示される追従目標の範囲化によって,行き過ぎ量が抑制され,呼吸動態に含まれる不自然な高周波状変動を低減可能なことが示唆された.このほか,線形状態空間モデルを用いた呼吸ダイナミクスの予測法の実装・性能検証を通じて,システム制御工学の観点から呼吸動態の解析を進めた.また,呼吸誘導下の体内腫瘍の動態計測に利用可能なX線透視を用いたマーカレス腫瘍追跡のための画像処理手法の開発にも進展が見られた.プロトタイプとなる呼吸誘導システムの構築が済むなど,システム開発の面からは,おおむね当初計画の通りの進捗が得られている.また,新たに導入した目標範囲型の情報提示方式には,不規則性の高い高周波状変動の抑制に効果があるとの予備的な結果が得られた.これは,提示情報の工夫によって高周波状の不規則成分に起因する予測誤差を低減可能なことを示唆する結果である.また,フィードバック系のオーバーシュートの抑制という観点からは,提示情報を通じてフィードバックゲインを調節することで安定化を図る方策の有効性も示唆される.一方,現在のプロトタイプシステムでは,体表面全面の変動を呼吸動態として計測しており,呼吸の随意制御が反映されやすい,あるいは逆に随意制御が反映されにくい点や部位の特定に至っていない状況である.これについては,取得済みの呼吸誘導下における体表面変動データの再解析等を通じた更なる進展が求められる.また,現時点では被験者が少なく,情報提示方式を含め,導入した機能の有効性の検証に十分な体制が整っているとはいいがたい.今後,システム開発の促進にあたっては,被験者数を増加しての検証が課題である.他方,病院施設との共同研究について体制構築が進みつつあり,今後,臨床に近い環境でのデータ取得可能性が期待される.このほか,線形状態空間モデルを用いた予測法の進展は,呼吸誘導システムの提示情報に用いることができるだけでなく,被験者と呼吸誘導システムを人間-機械間のフィードバック系として解析する際に応用可能なことが期待される.以上を総合すると,現在までの達成度はおおむね順調に進展しているといえる.本年度開発したプロトタイプシステムの目標範囲提示型視覚フィードバックによりどの程度の予測誤差を削減可能であるのか,またマージンの大小による影響がどの程度あるのか予測性能評価を実施し,具体的な検証を進める.また,被験者・呼吸誘導システム全体を人間-機械系として解釈した場合のフィードバックゲイン調整による安定化については,呼吸動態の視覚提示上の変動量を調整する方式での実装をすすめ,その有効性を検討する.体表面変動のうち,呼吸誘導に有効な部位・点の探索については,体表面変動データを多変量時系列とみなし,次元縮約法の適用により主要な変動部位群を求める.ついで,それら主要な変動部位群の時空間的な関係を解析するとともに,各部位より求まった変動量時系列の予測実験を通じて,呼吸誘導による予測可能性向上の効果がみられる部位の特定を試みる.また,呼吸誘導の実験データ取得数増加に向けては,病院施設との共同研究体制を促進するとともに,現環境での実験設備の整備をすすめる.本研究は,肺がんをはじめとする体内臓器移動を伴う動体腫瘍に対する効果的な放射線照射方式である動体追尾照射の予測制御の正確性向上のため,視聴覚的なバイオフィードバックを活用し,個別化された新しい呼吸誘導システムの開発を目的としている.本年度は,体表面より呼吸動態のリアルタイムな計測を行うサブシステム,被験者個人の呼吸動態に基づく誘導波形(目標呼吸状態)の生成,ならびに生成した誘導波形の視覚的フィードバックによる提示サブシステムの構築をそれぞれ行い,さらにこれらを組み合わせた誘導システムのプロトタイプを開発した.呼吸誘導は,被験者が随意制御によって自らの呼吸を,ある目標状態(すなわち誘導波形)へと連続的に追従することで実現される.たとえば,従来の呼吸誘導システムでは,被験者は誘導波形である目標値へ自らの呼吸動態を一致させることがタスクとして求められる.このとき,誘導波形からのずれにセンシティブな追従傾向をもつ被験者では,目標値からの過剰なオーバーシュート(行き過ぎ量)が頻発し,結果として高周波状の変動を含む不安定な呼吸動態が生じる場合があった.

これを抑制する目的で,本プロトタイプシステムの情報提示においては,誘導波形の上下にマージンを加えることで,目標値に代えて目標範囲を提示する方式を導入した.本プロトタイプシステムを用いた予備実験の結果からは,視覚提示される追従目標の範囲化によって,行き過ぎ量が抑制され,呼吸動態に含まれる不自然な高周波状変動を低減可能なことが示唆された.このほか,線形状態空間モデルを用いた呼吸ダイナミクスの予測法の実装・性能検証を通じて,システム制御工学の観点から呼吸動態の解析を進めた.また,呼吸誘導下の体内腫瘍の動態計測に利用可能なX線透視を用いたマーカレス腫瘍追跡のための画像処理手法の開発にも進展が見られた.プロトタイプとなる呼吸誘導システムの構築が済むなど,システム開発の面からは,おおむね当初計画の通りの進捗が得られている.また,新たに導入した目標範囲型の情報提示方式には,不規則性の高い高周波状変動の抑制に効果があるとの予備的な結果が得られた.これは,提示情報の工夫によって高周波状の不規則成分に起因する予測誤差を低減可能なことを示唆する結果である.また,フィードバック系のオーバーシュートの抑制という観点からは,提示情報を通じてフィードバックゲインを調節することで安定化を図る方策の有効性も示唆される.一方,現在のプロトタイプシステムでは,体表面全面の変動を呼吸動態として計測しており,呼吸の随意制御が反映されやすい,あるいは逆に随意制御が反映されにくい点や部位の特定に至っていない状況である.これについては,取得済みの呼吸誘導下における体表面変動データの再解析等を通じた更なる進展が求められる.また,現時点では被験者が少なく,情報提示方式を含め,導入した機能の有効性の検証に十分な体制が整っているとはいいがたい.今後,システム開発の促進にあたっては,被験者数を増加しての検証が課題である.他方,病院施設との共同研究について体制構築が進みつつあり,今後,臨床に近い環境でのデータ取得可能性が期待される.このほか,線形状態空間モデルを用いた予測法の進展は,呼吸誘導システムの提示情報に用いることができるだけでなく,被験者と呼吸誘導システムを人間-機械間のフィードバック系として解析する際に応用可能なことが期待される.以上を総合すると,現在までの達成度はおおむね順調に進展しているといえる.本年度開発したプロトタイプシステムの目標範囲提示型視覚フィードバックによりどの程度の予測誤差を削減可能であるのか,またマージンの大小による影響がどの程度あるのか予測性能評価を実施し,具体的な検証を進める.また,被験者・呼吸誘導システム全体を人間-機械系として解釈した場合のフィードバックゲイン調整による安定化については,呼吸動態の視覚提示上の変動量を調整する方式での実装をすすめ,その有効性を検討する.体表面変動のうち,呼吸誘導に有効な部位・点の探索については,体表面変動データを多変量時系列とみなし,次元縮約法の適用により主要な変動部位群を求める.ついで,それら主要な変動部位群の時空間的な関係を解析するとともに,各部位より求まった変動量時系列の予測実験を通じて,呼吸誘導による予測可能性向上の効果がみられる部位の特定を試みる.また,呼吸誘導の実験データ取得数増加に向けては,病院施設との共同研究体制を促進するとともに,現環境での実験設備の整備をすすめる.
大脳皮質第一次視覚野のシナプス可塑性におけるセリンプロテアーゼの役割について

本研究の目的は、組織型プラスミノーゲンアクチベーター(tPA)の大脳皮質第一次視覚野(VC)における発達可塑性への関与について検討することにあり、主に下記の成果を得ることができた.1.tPAの機能欠失変異マウス(tPA KO)の眼優位性可塑性レベルについて単眼遮蔽(MD)後のVC両眼性領域(BZ)における眼優位性変化をもとに、tPA KOマウスの可塑性レベルを調べた.はじめに、tPA KOマウスの可塑性は、野生型(WT)に比べ有意に低下しており、生後初期のWTに認められる感受性期は生涯現れないことが明らかとなった.また、tPAヘテロ接合体(Het)においては、単眼遮蔽の効果が現れるのにWTよりも時間を要すること、さらに、外来性のtPA(E6010)を第三脳質より反復投与することで、tPA KOマウスの可塑性レベルを年齢問わず回復できるという興味深い所見を得た.2.BZにおけるtPA活性の変化についてシナプスの可塑的形態変化に伴うtPA動態を検討するために、BZにおけるtPA活性の解析を行った.まず、WTのBZにおけるtPA活性の生後発達における動態を調べると、生後直後に最も高く成熟まで減少傾向を示すtPA mRNAおよび蛋白の変化とは異なり、tPA活性は感受性期の直前にピークを迎えることがわかった.次に、MDにおけるtPA活性の変化を調べると、遮蔽24日後に両側のBZにおいてtPA活性が有意に上昇するのは感受性期内のWTのみであり、可塑性レベルが低下したtPA Hetおよび成熟WTにおいてはこの変化が認められないことがわかった.以上の結果から、適量のtPAが正常な可塑性を誘導するのに必要であることが明らかとなった.また、tPAはこの可塑性に伴う経験に依存した形態的変化を引き起こすのに欠かせない因子である可能性が示唆された.本研究の目的は、組織型プラスミノーゲンアクチベーター(tPA)の大脳皮質第一次視覚野(VC)における発達可塑性への関与について検討することにあり、主に下記の成果を得ることができた.1.tPAの機能欠失変異マウス(tPA KO)の眼優位性可塑性レベルについて単眼遮蔽(MD)後のVC両眼性領域(BZ)における眼優位性変化をもとに、tPA KOマウスの可塑性レベルを調べた.はじめに、tPA KOマウスの可塑性は、野生型(WT)に比べ有意に低下しており、生後初期のWTに認められる感受性期は生涯現れないことが明らかとなった.また、tPAヘテロ接合体(Het)においては、単眼遮蔽の効果が現れるのにWTよりも時間を要すること、さらに、外来性のtPA(E6010)を第三脳質より反復投与することで、tPA KOマウスの可塑性レベルを年齢問わず回復できるという興味深い所見を得た.2.BZにおけるtPA活性の変化についてシナプスの可塑的形態変化に伴うtPA動態を検討するために、BZにおけるtPA活性の解析を行った.まず、WTのBZにおけるtPA活性の生後発達における動態を調べると、生後直後に最も高く成熟まで減少傾向を示すtPA mRNAおよび蛋白の変化とは異なり、tPA活性は感受性期の直前にピークを迎えることがわかった.次に、MDにおけるtPA活性の変化を調べると、遮蔽24日後に両側のBZにおいてtPA活性が有意に上昇するのは感受性期内のWTのみであり、可塑性レベルが低下したtPA Hetおよび成熟WTにおいてはこの変化が認められないことがわかった.以上の結果から、適量のtPAが正常な可塑性を誘導するのに必要であることが明らかとなった.また、tPAはこの可塑性に伴う経験に依存した形態的変化を引き起こすのに欠かせない因子である可能性が示唆された.経験に依存する生後発達可塑性に組織型プラスミノーゲンアクチベーター(tPA)が関与するかどうかを明らかにする目的で、tPA遺伝子欠損(KO)マウスを用い第一次視覚野における眼優位可塑性について研究を行った.初めに、野生型(WT)マウスの発達に伴うtPA mRNA発現量の変化を調べた.tPA mRNAのレベルは生後初期に非常に高く成熟するに従い減少した.神経活動に依存してその発現が変化する前初期遺伝子egr-1の発現量は開眼後あるいはカイニン酸投与後に著しく増加したが、tPAの発現はこれらの条件で殆ど変化しなかった.次に、in vivoにおける視覚野可塑性レベルを調べるために、両眼性細胞領域より単一細胞記録を行った.動物は予め感受性期の4日間(短期遮蔽)あるいは開眼後より感受性期を渡る2週間(長期遮蔽)単眼を遮蔽し、それぞれの可塑性レベルを眼優位ヒストグラムを作成することにより比較検討した.その結果、無処置のt PAKOマウスの眼優位ヒストグラムは正常(contralateral b ias index,CBI=0.76±0.04,n=7)であったにも関わらず、短期(CBI=0.66±0.06,n=ll)あるいは長期遮蔽後(CBI=0.70±0.06,n=8)のヒストグラムは野生型のもの(短期,CBI=0.49±0.06,n=10;長期,CBI=0.44±0.04,n=10)と有意に異なり、可塑性レベルの調節・制御にはtPAが必須であることがわかった.また、tPA KOマウスではフラッシュ刺激に対し長期に応答する細胞がWTマウスに比べて7倍も多かった.しかし、egr-

1発現量の暗闇飼育や視覚刺激後の変化は、tPAWTとKOマウス間で有意な差が認められなかった.現在、tPAはプロテアーゼとしてシナプス再編成を伴う経験依存的可塑性に寄与しているかどうかを検討中である.本研究の目的は、組織型プラスミノーゲンアクチベーター(tPA)の大脳皮質視覚野可塑性への関与について検討することにある.昨年度は、tPAの機能欠失型変異体マウス(tPA KO)の眼優位可塑性レベルが野生型(WT)に比べ有意に減少していることを明らかにした.本年度は、初めに同じく可塑性レベルが低下したグルタミン酸脱炭酸酵素の機能欠失型変異体(GAD65 KO,Science,282,1504,1998)とtPA KOの相違を検討した.その結果、1)GAD65 KOの可塑性を正常に戻すジアゼパム脳室内投与は、低下したtPA KOの可塑性レベルを高めることはなかった、2)単一神経細胞外記録から、tPA KOではGAD65 KO(70%の細胞にprolonged discharge)とは異なる細胞特性の異常(30%の細胞にsusutained responce)が認められた、3)tPA KOでは、グルタミン酸およびGABA含量は正常であったことが明らかとなった.昨年の神経活動マーカー(egr-1)の結果(GAD 65 KOではup-regulation,tPA KOでは正常)とあわせ、tPA KOはGAD65 KOと異なり興奮-抑制入力のバランスは正常であると考えられた.次に、tPA量の低下が欠損と同じく可塑性に影饗を及ぼすかを明らかにする目的で、tPAヘテロ接合体マウス(tPA Het)の眼優位性変化を調べた.その結果、感受性期内のtPA Hetの4日間単眼遮蔽の効果はtPA KO同様、WTに比べ有意に低下していた.一方、2週間遮蔽の効果は短期遮蔽のWTに匹敵した.また、テトロドトキシンを単眼に注入し4日間視覚入力を完全に抑えたところ、tPA Hetの眼優位性の変化はやはりWTに達しなかった.これら結果は、可塑性を惹起するには充分量のtPAが必要であることを示唆している.本研究の目的は、組織型プラスミノーゲンアクチベーター(tPA)の大脳皮質第一次視覚野(VC)におけるシナプス可塑性への関与について検討することにある.本年度は、初めにシナプスの可塑的形態変化に伴うtPA動脈を詳細に検討する目的でVCにおけるtPA活性の解析を続行した.まず、野生型マウス(WT)のVC両眼性領域(BZ)におけるtPA活性の生後発達における動態を調べると、生後直後に最も高く成熟まで減少傾向を示すtPA mRNAおよび蛋白の変化とは異なり、tPA活性は感受性期の直前にピークを迎えることがわかった.次に、単眼遮蔽におけるtPA活性の変化を調べると、遮蔽24日後に両側のBZにおいてtPA活性が有意に上昇するのは感受性期内のWTのみであり、可塑性レベルが低下したtPAヘテロ接合体(Het)、グルタミン酸脱炭酸酵素遺伝子欠失変異マウス(GAD65 KO)および成熟WTにおいてはこの変化が認められないことがわかった.さらに、この可塑性にtPA自身が関与していることの確認と、可塑性を制御している興奮・抑制入力のバランスの下流にtPAが位置するかどうかを明らかにするために、tPA KOおよびGAD65 KOマウスにtPAを投与することでVCの眼優位可塑性をWTレベルまで回復できるかどうかを調べた.1週間のリコンビナントtPA(E6010,90IU/1.5μl)の脳室内投与はいづれのKOマウスにおいても単眼遮蔽の効果を高めた.
子どもの行動特性を考慮した通学路歩行空間環境整備の計画手法とその応用に関する研究

本研究は子どもの行動心理や生理・身体的な特性などから視点を置き、小学生の登下校歩行行動を中心に通学路環境に対する認知特性や安全行動の特性などさまざまな環境-行動観察を用いて、子どもたちの成長に伴う環境認知の発達過程および地域特性との関連について調査分析を試み、自立通学を前提とする安全で健康な歩行環境の整備への助言を取りまとめると共に子どもにおける通学路空間認知把握の過程や歩行行動の特性について明らにした。本年度の研究内容としては主要大都市(東京、大阪、京都),地方都市(広島、福岡)における既成市街地に立地する小学校を中心に校区街路空間関係資料の収集,事件事故などデータの収集分析並びに関係文献の収集、事例調査などの研究データの集計や整理を行った。そして,学際における環境行動学や子どもの環境認知,都市空間における歩行行動などの学術論文の検索とデータベースの作成を行った。また関係機関に対する現状と対策などの調査も企画し,現在遂行しているところである。○本年度中に行った主な研究調査内容・子どもにおける環境認知、歩行行動、通学安全対策などに関連する文献、資料の収集のため,WebサイトCiNiiによる検索や国立国会図書館や対象都市の公立図書館,市町村教育委員会,学校関係機関に出向い研究依頼や研究に協力できる学校の選定及び調査スケジュールの調整や予備調査の作業が行っている。・広島市をはじめ東京都,大阪市,京都市などの市中心部の小学校通学区周辺及び市内主要公共施設(鉄道駅、商業施設、大型ショッピングモール、遊戯施設),住宅地周辺,都市公園などにおける子どもの歩行行動の観察と記録の実行と継続を行った。・従来調査に用いた方法と内容の再検討と改定に着手し,特に通学路行動アンケートや視環境調査,環境評価調査の項目や内容及び実行手法などより効果的な新しい案の計画と作成を行った。・呉市立N小学校における通学路環境評価ヒアリングや広島市立F小学校における下校行動の追跡調査を行った。そしてそれらの調査対象の拡大と調査項目や内容の充実などについて現在は検討している。本年度は子どもに対する(1)通学区内の特定通学路を対象に環境空間に対する注視ポイントの調査(通学路上特徴のある地点を選んで子供の目線高さ(3学年生を基準)で撮影しスライドを作成し、回答用紙にマークしてその理由や関係質問全8項目で子ども目線での注視ポイントの抽出することにした)や(2)所在地街路空間のさまざまな場面における環境空間認知テスト(所在地市内にある街景観、施設周辺、さまざまな道路・公園などのスナップ写真で提示し13項目5段階評価とした)と(3)通学路利用や登下校時の状況における行動アンケート調査(道路標識、車・自転車の往来、普段の登下校の様子などや学年別、男女別の行動特性の共通性と特異性を検討するために21項目で行った)、さらに(4)対象となった学年の生徒の一部に下校歩行行動追跡調査を行った(各学年男女23名ずつ選び、特定の生徒数人を対象に学校から自宅までの行動を追跡・記録する)。研究は調査対象となる小学校において、子どもの成長時期に応じた3年生(中学年)と5年生(高学年)を中心に出張講義(学校スケジュールに合わせて1クラス45分の授業でパワーポイントを使った調査用教材と回答用紙を用いた)と下校追跡(GPSレシーバと小型カメラをつけた帽子等を対象者に装着し、学校から自宅までの全過程を録画する)を行い、そのうえ、こどもたちによる環境空間の認知過程や行動パターンを考察・分析すし、認知心理学や都市・建築計画理論(SD法、多変量解析法など)を用いた対象事例への定性分析と行動パターンのモデリング化などを行っているところである。調査は2008年8月から2009年2月の間、広島市立F小学校(3・5学年:77名)、呉市立Y小学校(3・5年:254名)、呉市立H小学校(3・5年:197名)の3つの小学校を対象に行われ、現在京都府W小学校と大阪府S小学校など来年度へ向けての打ち合わせと実地調査など行っているところである。また、今年度の調査で得たデータの集計や解析も行っているので、今年中に学会への投稿の準備もしているところである。本年度は最終年度として昨年に引き続き京都府W小学校生徒に対する(1)通学区内の特定通学路を対象に環境空間に対する注視ポイントの調査(通学路上特徴のある地点を選んで子供の目線高さ(3学年生を基準)で撮影しスライドを作成し、回答用紙にマークしてその理由や関係質問全8項目で子ども目線での注視ポイントの抽出することにした)や(2)所在地街路空間のさまざまな場面における環境空間認知テスト(所在地市内にある街景観、施設周辺、さまざまな道路・公園などのスナップ写真で提示し13項目5段階評価とした)と(3)通学路利用や登下校時の状況における行動アンケート調査(道路標識、車・自転車の往来、普段の登下校の様子などや学年別、男女別の行動特性の共通性と特異性を検討するために21項目で行った)、そして(4)呉市立Y・H2小学校校区主要通学路区間における生徒下校行動の追跡・記録を行った。研究項目(1)、(2)、

(3)においては調査対象小学校にて3年生(中学年)と5年生(高学年)各学級・クラスを中心に出張講義(学校スケジュールに合わせて1クラス45分の授業でパワーポイントを使った調査用教材と回答用紙を用いた)とし、(4)ではと特定通学路において放課後の時間帯に合わせて定点観測と追跡を行い録画撮影と写真撮影で記録を行った。調査は2008年8月から2009年2月の間、広島市立F小学校(3・5学年:77名)、呉市立Y小学校(3・5年:254名)、呉市立H小学校(3・5年:197名)、2009年5月27、29日京都府W小学校(3,4,5,6年:131名)の4つの小学校を対象に行われ、呉市立Y・H小学校における追跡調査は2009年10月下旬から12月上旬にかけて65件の延べ100人を対象とした。現在これまで調査によるデータの集計や解析を行い、環境空間の認知過程や行動パターンを考察・分析すし、認知心理学や都市・建築計画理論を用いた対象事例への定性分析と行動パターンのモデリング化などを行っているところである、そして本年中に日本建築学会への投稿・発表の準備作業を行い、さらに通学路みち空間における映像認知の追加調査内容の実施に向けての準備と実施を計画しているところである。
βＧＲＰとカードランによる簡便で低コストな組換えタンパク質固定化法の研究

カイコβGRPのN末端に存在する構造ドメイン領域(以下GRP-tag)は、水に不溶なβ-1,3-glucanであるカードランと強固かつ特異的に結合する性質を有する。我々は、この性質を利用した新規の組換えタンパク質固定化法について研究を行った。さまざまな宿主で発現させたGRP-tag融合組換えタンパク質は、細胞抽出液または培地からカードランビーズ上にワンステップで固定化された。また、ディスク型やシート状などのさまざまな形状のカードラン担体の作製にも成功した。平成25年度は,昆虫細胞,カイコ虫体,および動物細胞において,GRP-tag融合タンパク質の発現実験を行った.まず,細胞内貯留型タンパク質であるPCPE1やEYFPなどをGRP-tagと融合したコンストラクトをバキュロウイルス-昆虫細胞発現系により発現させた.これら発現細胞から抽出したGRP-tag融合タンパク質は,カードランビーズにより純度良く精製することができた.またGRP-tagのアミノ末端側にカイコβGRPに由来する分泌シグナルを付加した分泌用GRP-tag (secGRP-tag)を開発し,分泌型タンパク質であるNELL2などと融合し,昆虫細胞における分泌生産を試みた.その結果,培地中にはsecGRP-tag融合タンパク質が分泌され,カードランビーズにより培地中から直接精製することができた.本来細胞内貯留型タンパク質であるEYFPについてもsecGRP-tagをつけて発現させたところ,細胞内の小球への蓄積が観察され,その一部は細胞外へ分泌されることが確認された.さらにGRP-tagおよびsecGRP-tagと融合したEYFPをカイコ虫体で発現させることにも成功した.動物細胞においては,エピゾーマルベクターを利用することで,GRP-tagおよびsecGRP-tag融合タンパク質の恒常発現系を容易に構築することができた.動物細胞発現系の場合,培地には10%という高濃度の血清が含まれているにも関わらず,secGRP-tag融合タンパク質はカードランビーズを用いて培地から1ステップで直接精製することができた.カイコβGRPのN末端に存在する構造ドメイン領域(以下GRP-tag)は、水に不溶なβ-1,3-glucanであるカードランと強固かつ特異的に結合する性質を有する。カイコβGRPは真菌等の病原体の表層に存在するβ-1,3-glucanを認識し、カイコの自然免疫系を活性化するセンサータンパク質である。本研究ではカイコβGRPのN末端ドメイン(GRP-tag)と直鎖β-1,3-glucanであるカードランによるアフィニティーシステムの特性を明らかにし、これを応用したアプリケーションを開発することを目的としている。平成24年度は、大腸菌におけるGRP-tag融合タンパク質の発現系を構築した(担当:堀内)。GRP-tagに融合する標的として、(i)細胞内タンパク質:細胞増殖抑制因子、RNA分解酵素及びインターフェロン遺伝子転写因子、(ii)分泌タンパク質:成長因子様タンパク質、緑内障関連タンパク質、(iii)膜タンパク質細胞外領域:糖転移酵素、糖脂質合成酵素及びホルモン受容体を用いた。その結果、細胞内タンパク質については大腸菌で可溶性画分として得ることができたが、分泌タンパク質や膜タンパク質細胞外領域については、ほとんどが不溶化した。次にGRP-tagによる発現効率や可溶性への影響を調べるため、同じ細胞内タンパク質をグルタチオン-S-トランスフェラーゼ(GST)と融合したものを大腸菌で生産し、GRP-tagの優位性について比較したところ、GRP-tagを融合した場合の方がGST-tagよりも可溶性タンパク質の収量が増大することが明らかとなった。またカードランビーズの大量調製法の開発も進めた(担当:落合)。今年度はカードランの初期濃度や、ホモジナイザーによる撹拌速度を調節することで、カラムのエンドフィッティングを通り抜けない均質なビーズを生産することに成功した。以上のとおり、平成24年度は、GRPシステムを用いた低コストな組換えタンパク質アフィニティー精製システムの基盤技術を確立することができた。平成26年度は,GRP-tag融合タンパク質を結合させる新たな形状のカードラン担体の作製を試みた.まずはじめに,マイクロタイタープレートなどの多穴プレートのウェル底部に,厚さ15 mmまでのカードランディスクを形成させた.プレート底部に付着したカードランディスクの表面に,GRP-tag融合タンパク質を特異的に固定化することができた.カードランディスクは,アルブミンをはじめとする動物性タンパク質の非特異的吸着が非常に少ないことも明らかとなった.そのため,この形状のカードラン担体は,アルブミンなどを含む溶液中での薬剤探索用プロテインチップとしての使用できる可能性が示唆された.またカードランディスクを破壊することなくウェルから取り出すことにも成功した.取り出したカードランディスクに,GRP-tagとともに発現させた抗原タンパク質をカードランディスクに固定することで,安価な経口ワクチンとしての応用が期待される.次にカードランをろ紙あるいは不織布に吸収させた膜型カードラン担体の作製を試みた.