hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ニホンウナギ血漿中に存在する生体内酸化抑制機能を有する新規タンパク質の検索

魚類は他の脊椎動物とは異なり,体内の脂質レベルが高く,脂質運搬体である血漿リポタンパク質濃度もきわめて高いという特徴をもつ.本研究は,魚類の中でも血漿リポタンパク質レベルの著しく高いニホンウナギに着目し,リポタンパク質の酸化抑制機能をもつ新たなタンパク質をその血漿中に見い出すことを目的に計画され,以下のような成果を得た.1.Cu(II)によるリポタンパク質の酸化誘導条件の確立ニホンウナギ血漿から単離した脂質含量の高い超低密度リポタンパク質(VLDL)を,1μMのCu(II)存在下で,37°C,3時間反応させることにより,VLDL中の脂質が酸化され,マロンジアルデヒド量が有意に増加することが明らかとなった.2.VLDLの酸化を抑制する卵黄タンパク質前駆体ビテロゲニンの存在卵黄タンパク質前駆体であるビテロゲニンをVLDLに添加することにより,Cu(II)によるVLDLの酸化が顕著に抑制された.この酸化抑制効果は,ビテロゲニン中のアポタンパク質によるCu(II)のキレート作用によると思われた.これまで,卵巣への栄養素の運搬体と考えられていたビテロゲニンに,リポタンパク質の酸化を抑制する新たな機能の存在が明らかとなった.3.ヘム色素結合タンパク質によるVLDLの酸化抑制410nm付近に吸収をもつ新規なヘム色素結合タンパク質が,ニホンウナギ血漿中に存在した.このヘム色素結合タンパク質は,Cu(II)によるVLDLの酸化を顕著に抑制することが,マロンジアルデヒド量および共役ジエン含量の測定結果から明らかとなった.本研究の結果は,体内の脂質レベルが著しく高い魚類が生体内脂質酸化の危険な環境から自己を防御する機構の一端を明らかにするものである.魚類は他の脊椎動物とは異なり,体内の脂質レベルが高く,脂質運搬体である血漿リポタンパク質濃度もきわめて高いという特徴をもつ.本研究は,魚類の中でも血漿リポタンパク質レベルの著しく高いニホンウナギに着目し,リポタンパク質の酸化抑制機能をもつ新たなタンパク質をその血漿中に見い出すことを目的に計画され,以下のような成果を得た.1.Cu(II)によるリポタンパク質の酸化誘導条件の確立ニホンウナギ血漿から単離した脂質含量の高い超低密度リポタンパク質(VLDL)を,1μMのCu(II)存在下で,37°C,3時間反応させることにより,VLDL中の脂質が酸化され,マロンジアルデヒド量が有意に増加することが明らかとなった.2.VLDLの酸化を抑制する卵黄タンパク質前駆体ビテロゲニンの存在卵黄タンパク質前駆体であるビテロゲニンをVLDLに添加することにより,Cu(II)によるVLDLの酸化が顕著に抑制された.この酸化抑制効果は,ビテロゲニン中のアポタンパク質によるCu(II)のキレート作用によると思われた.これまで,卵巣への栄養素の運搬体と考えられていたビテロゲニンに,リポタンパク質の酸化を抑制する新たな機能の存在が明らかとなった.3.ヘム色素結合タンパク質によるVLDLの酸化抑制410nm付近に吸収をもつ新規なヘム色素結合タンパク質が,ニホンウナギ血漿中に存在した.このヘム色素結合タンパク質は,Cu(II)によるVLDLの酸化を顕著に抑制することが,マロンジアルデヒド量および共役ジエン含量の測定結果から明らかとなった.本研究の結果は,体内の脂質レベルが著しく高い魚類が生体内脂質酸化の危険な環境から自己を防御する機構の一端を明らかにするものである.
中国南部における上咽頭癌の早期診断法の開発とスクリーニングシステムの構築

中国南部では上咽頭癌発生率が非常に高く重大な健康問題となっている。本研究ではDNAメチル化およびmicroRNAに注目して早期診断に資するバイオマーカーを探索した。上咽頭癌患者および非癌患者の生検組織・血漿よりDNAおよびRNAを抽出し、遺伝子メチル化とmicroRNA発現を測定した。その結果、UBE2L6やFSTL1等のプロモーター領域のメチル化やmicroRNA(miR-497等の低下、ebv-miR-BART22等の増加)が見いだされた。患者血漿中でmiR-497の低下が認められ、バイオマーカー候補と考えられた。脱メチル化剤の処理やmiR-497mimicの導入により癌特性が軽減した。中国南部ではEpstein-Barrウィルス(EBV)感染が関与する上咽頭癌の発生率が世界で最も高く、重大な健康問題となっている。近年、香港では死亡率の減少がみられる一方、広東省や広西省の地域では依然高い死亡率が続いている。我々はこれまでの研究により、いくつかの遺伝子のメチル化が上咽頭癌の発生・進展に関与することが明らかとしてきた。しかし、いずれの遺伝子(群)が重要であるのかは包括的なメチル化異常の検出をする必要がある。インフォームド・コンセントの得られた上咽頭癌患者および非癌患者の生検組織よりDNAを抽出し、メチル化DNAを濃縮し、次世代シークエンサーを用いてゲノムワイド解析を行い上咽頭癌検出に有用な遺伝子を探索している(第84回日本衛生学会学術総会にて発表予定、岡山、2014年5月)。また、microRNAの上咽頭癌発症への関与とその標的となる遺伝子について検討している(第72回日本癌学会総会にて発表、横浜、2013年10月)。発現変動のみられたmicroRNAのinhibitorあるいはmimicをヒト上咽頭癌培養細胞にトランスフェクションし、標的遺伝子への効果を解析している。血液試料を用いバイオマーカー候補を現在探索中である。また、上咽頭癌間質におけるalpha-smooth muscle actin陽性細胞・血管内皮前駆細胞とサイトカインの関連性を検討し、血管新生機構について明らかにした(BioMed Res. Int. 2014 (in press)、第84回日本衛生学会学術総会にて発表予定、岡山、2014年5月)。我々はこれまでの研究により、いくつかの遺伝子のメチル化が上咽頭癌の発生・進展に関与することを明らかとしてきたが、いずれの遺伝子(群)が重要であるのかはゲノムワイドメチル解析が必須である。インフォームド・コンセントの得られた上咽頭癌患者および非癌患者の生検組織よりDNAを抽出し、メチル化DNAを濃縮し、次世代シークエンサーを用いてゲノムワイド解析を行い、プロモーター領域の過剰メチル化遺伝子を見いだしている(第85回日本衛生学会学術総会にて発表、和歌山、2015年3月)。また、microRNAの上咽頭癌発症への関与とその標的となる遺伝子に関し、発現変動のみられたmicroRNAのinhibitorあるいはmimicをヒト上咽頭癌培養細胞にトランスフェクションし、標的遺伝子への効果を解析した。上咽頭癌培養細胞にmimicをトランスフェクションすることにより、細胞増殖・遊走の抑制およびアポトーシスの誘導が得られた。さらにmicroRNAmimicのトランスフェクションにより、標的遺伝子が抑制されることをmRNAおよびタンパクの両者で確認している。現在、トランスフェクション細胞をヌードマウス皮下に移植し、腫瘍形成能への影響を検討中であり、論文作成中である。上咽頭癌組織で有意な低下がみられたmicroRNAは血液中でも低下しており、バイオマーカー候補となる可能性が示唆された。また、上咽頭癌患者とハイリスクおよび健常者の血清中のEBV DNA量を測定し、上記のバイオマーカー候補と組み合わせたスクリーニング法を検討している。中国南部では上咽頭癌の発生率が非常に高く、重大な健康問題となっている。我々はこれまでの研究により、プロモーター領域のDNAメチル化が上咽頭癌の発生・進展に関与することを明らかとしてきた。すなわち、次世代シークエンサーを用いたゲノムワイドメチル解析による候補遺伝子の絞り込みを行った。インフォームド・コンセントの得られた上咽頭癌患者および非癌患者の生検組織よりDNAを抽出し、メチル化DNAを濃縮し、次世代シークエンサーを用いてゲノムワイド解析を行い、プロモーター領域のCpG islandにおける過剰メチルを見いだした。さらにバイサルファイト処理したDNAを用いた当該領域のPCR増幅産物を次世代シークエンサーによりメチル化率を定量することで、血中メチル化DNAによるスクリーニング法の開発の基盤を得た(論文準備中)。一方、microRNAの上咽頭癌発症への関与とその標的となる遺伝子に関し、発現変動のみられたmicroRNAのmimicをヒト上咽頭癌培養細胞にトランスフェクションし、細胞増殖・遊走の抑制およびアポトーシスの誘導が得られた。トランスフェクション細胞をヌードマウス皮下に移植し、腫瘍形成能低下を確認した(Oncotarget 2015)。上咽頭癌組織で有意な低下がみられたmicroRNA (miR-497)は血液中でも低下しており、バイオマーカー候補となり得る。また、上咽頭癌患者とハイリスクおよび健常者の血清中のEBV DNA量は採血条件に影響されにくいことを確認した。

上咽頭癌患者および非癌患者の生検組織・血漿よりDNAおよびRNAを抽出し、遺伝子メチル化とmicroRNA発現を測定した。その結果、UBE2L6やFSTL1等のプロモーター領域のメチル化やmicroRNA(miR-497等の低下、ebv-miR-BART22等の増加)が見いだされた。患者血漿中でmiR-497の低下が認められ、バイオマーカー候補と考えられた。脱メチル化剤の処理やmiR-497mimicの導入により癌特性が軽減した。上咽頭癌の発症・進展を早期に検出できるバイオマーカーを探索するために、ゲノム・エピゲノムの変化を解析し、発がん機構に基づくスクリーニング方法を検討中である。現在、microRNAに関する論文を作成中である。また、上咽頭癌発症における幹細胞の関与について検討し、がん幹細胞マーカーとなる分子を見いだしている(第85回日本衛生学会学術総会にて発表、和歌山、2015年3月)。したがって、おおむね順調に研究計画は進展していると考える。27年度が最終年度であるため、記入しない。環境衛生学当初の計画に従い、研究を推進する予定である。血管新生はがんの増殖や転移に重要な役割を果たし、その機構の解明はがん進展を予知できるバイオマーカー探索の基礎となる知見であり、原著論文として国際学術雑誌に発表した。さらに現在、microRNAに関する論文を作成中である。当初の計画に従い、研究を推進する予定である。
土壌版レッドデータブックと土壌モノリスのデータベース化に関する基礎研究

消滅を危惧される土壌や学術的に貴重な土壌に関して全国からアンケートを取り、実態の把握をした。危機的や貴重な土壌型が多数あることが明らかになった。それらは、体系的ではなく様々な段階や状態であった。広がりの基準、消滅度それに学術度の基準などもうけて整理し、土壌版レッドデータブックを作り、それらをインターネット等で一般に公開する。合わせて、種々の危機的にある土壌型を始め多くの土壌モノリスを収集することを目的とする。データ不足または緊急性の度合いなどを解析抽出して現地調査と土壌モノリスを採取した。土壌版レッドデータブックで、"非常に緊急に対処しなければ消滅する土壌"にランクされている土壌を調査した。沖縄県石垣島の乾性黒色土、鹿児島県黒ボク土のボラ、コラで、現地調査と土壌モノリスを採取。また、赤色土は、古赤色土が日本各地に丘陵地帯に分布している。これらはあまり、報告が来ていない、岩手県、三重県、鹿児島県喜界島、合わせて沖縄県の赤色土それに石灰岩起源の土壌を山口県秋吉台で調査と土壌モノリスを採取した。また、黄褐色森林土の指標断面、さらに非火山性黒ボク土の森林タイプと耕地の土壌を三重県で調査および土壌モノリス採取。消失していく土壌を標本の形で消極的に残すのは不可欠の条件である。作成にはいくつかの方法があるが、著者が採用した剥離法は、非常によい方法であるが、多湿かつ粘質の条件下では作成が困難である。そこで、作成を検討した。しかしながら、多湿および粘土質条件下で満足できる結果は得られなかった。さらに検討する必要がある。土壌版レッドデータブックのインターネット上での公開は、取りまとめた土壌に関するデータベースから編集して、国立科学博物館筑波実験植物園のホームページ上で公開した。広がりの基準、消滅度それに学術度の基準などをもうけて整理し、土壌版レッドデータブックを作り、それをインターネット等で一般に公開する。・データベース化したいわゆる土壌版レッドデータベースの公開準備のためにデータの解析と整理を行った。・データ不足や緊急性の度合いなどを解析抽出した。・データ解析から、山口県秋吉台の赤黄色土の情報力坏足しているために調査を行った。また、鹿児島県喜界島の開発が進んでいる初生レンジナ様、褐色レンジナ様土壌、テラロッサ様土の調査とモノリスの収集を行った。・林野土壌に対して、再度レッドデータに関する調査を実施した。・モノリスの作成法で、樹脂の設定特に塗れ面を出す樹脂の検討を行った。消滅を危惧される土壌や学術的に貴重な土壌に関して全国からアンケートを取り,実態の把握をした。それらは,体系的ではなくさまざまな段階や状態であった。広がりの基準,消滅度それに学術度の基準などを設けて整理し,土壌版レッドデータブックを作り,それをインターネット等で一般に公開する。あわせて,危機的にある土壌型をはじめ多くの土壌モノリスを収集することを目的にする。・今年度も昨年に引き続きデータベース化したいわゆる土壌版レッドデータベースの公開準備(インターネットなど)のためのデータ解析と整理を行った。・データ不足や緊急度の度合いなどを解析抽出した。・データ解析から,三重県のデータが皆無であったので,今年度は三重県に分布する火山性黒ボク土,非火山性黒ボク土,黄褐色森林土,赤黄色土の分布調査とモノリス採取を行った。

それから,農業構造改善事業などに伴う低地土の変遷と分布状態の解析と灰色水田土,灰色化低地土の実態調査とモノリス採取を行った。・灰色化低地土などの水分状態が過湿の状態でのモノリス作成に問題が生じた。過湿なために,固化樹脂が,土壌層に浸透せず表面で固化してしまい,土壌モノリスが作成できなかった。また,青灰色のグライの再現が非常に困難であった。来年度の課題として,水分過多状態での作成法の検討が必要になった。・林野土壌に関しては,今年度も再度レッドデータに関する調査を昨年同様に実施した。・今年度は,H11年度文部省科学研究費補助金研究成果公開促進費「研究成果公開発表(B)」「わが国の失われつつある土壌の保全を目指して-レッド・データ土壌の保全-」(日本ペドロジー学会代表菊地晃二帯畜大)に,この研究の成果の一部を出した。消滅を危惧される土壌や学術的に貴重な土壌に関して全国からアンケートを取り、実態の把握をした。危機的や貴重な土壌型が多数あることが明らかになった。それらは、体系的ではなく様々な段階や状態であった。広がりの基準、消滅度それに学術度の基準などをもうけて整理し、土壌版レッドデータブックを作り、それをインターネット等で一般に公開する。合わせて、種々の危機的にある土壌型を始め多くの土壌モノリスを収集することを目的とする。・データベース化したいわゆる土壌版レッドデータベースの公開を行った。基盤は科学博物館筑波実験植物園のホームページの下に置いた。・データ不足や緊急性の度合いなどを解析抽出した。・データ解析から、沖縄県石垣島のカラ岳に分布する乾性黒色土、鹿児島県薩摩半島の分布するコラを頴娃町で、大隅半島に分布するボラを宮崎県都城で採取した。これらの土壌はレッドデータブックでは「非常に緊急に対処しなければ消滅する土壌」にランク付されている。また、宮城県に分布する、厚層非アロフェン質黒ボク土、この土壌はレッドデータブックでは「準滅する可能性がある土壌」にランク付されている。これらの土壌調査とモノリスの収集を行った。・モノリスの作成法で、樹脂の設定特に塗れ面を出す樹脂の検討を行った。・総合的にとりまとめを行った。
活発化した日本海帯状雲がもたらす豪雪の雲微物理過程の解明

冬季寒気吹き出し時には、広範囲で生じる筋状の降雪雲とは異なり一際太い雲バンドである帯状雲が形成される。帯状雲は外力によって大きく変動し、特に活発化した時間帯・場所においてしばしば大雪がもたらされる。本研究では2009年1月25日から27日にかけて形成された帯状雲が特に活発化した上陸部周辺における降雪粒子の形成過程(雲微物理過程)を、主に偏波レーダーの観測データによって調べた。その結果、山岳における気流のブロックによって山岳の側方に定常的な収束域が生じ、この領域における霰降水の増加によって、多量の降雪がもたらされていたことがわかった。偏波レーダーを用いた粒子判別結果を各種事例に適用し、その他のパラメータとの総合的な判断、またこれまでの既成概念との比較から、粒子判別が妥当な結果を得られていることを確認してきた。また、レーダーや、雲粒子ゾンデという特殊ゾンデから得た雲微物理量を、数値シミュレーション結果と比較してきている。少なくとも対象とした事例については数値シミュレーション結果の雲微物理量は観測と合わない部分が存在する。これは数値モデルの雲微物理過程が問題点を含んでいることを示している。本研究の目的の解決に影響が大きい部分として、使用する数値モデルでは霰が過剰に生成されるという特性がある。数値シミュレーションの雲微物理過程は、世界的にみてもまだまだ不十分と言わざる部分が多くあるため、この研究の中での完全な解決は難しい。使用する数値シミュレーションの特性を十分に把握しながら、シミュレーション結果を解釈する必要がある。降雪バンドの雲微物理過程については、2009年1月25日から27日に日本海上で形成された太い雲バンドによる降雪が強化される過程について偏波レーダーを用いて調べた。降雪が強化された領域において最も卓越する粒子は雪片であるが、降雪の強化がみられない部分と比較して霰が卓越する降水時間帯が多いことがわかった。山間部における豪雪はほとんどが雪片であると言われているが、海岸部に豪雪がもたらされるような場合については、霰による降雪量が相当量含まれることを示唆するものである。本研究では、冬季寒気吹き出し時に日本海上で形成される帯状雲について、その特に発達した際の降雪粒子の形成過程を明らかにすることを目的としている。本年度は2009年1月に形成された帯状雲の特に発達した部分について偏波レーダによって解析した。その部分における卓越粒子の観測頻度が、その他のあまり発達していない部分と比べて有意に変化することを明らかにし、この結果について学術雑誌に投稿した。これらの結果は、定性的な結果であるため、偏波レーダーの粒子判別法を適用した結果によって、卓越粒子がどの程度変化するかについて量的に明らかにする必要がある。粒子判別法は過去の研究の蓄積の上に構築されているが、霰が地上で頻繁に観測できる地域は世界でも多くなく、検証が不十分である。このため、地上降雪粒子観測を実施し、このデータを国土交通省のレーダーと比較することによって特に霰の判別の精度向上を図ることにした。地上における降雪粒子の観測は、2次元ビデオディスドロメータという測器を、2012年12月から2013年3月まで石川県白山市に設置して実施し、粒子画像データを取得した。観測期間中には複数の寒気吹き出し事例が起こり、激しい霰が降る事例も現地作業時に直接確認できている。冬季日本海に形成される帯上雲は、寒気吹き出し時において最も活発な降雪をもたらす雲システムの1つである。前年度までの研究によって、海岸部で特に発達した帯上雲が形成される事例について解析し、偏波レーダーを用いた観測的研究から帯上雲の強化時には、霰降水の頻度が大きくなることを示してきた。本年度は霰のもととなる氷晶に着目して研究を実施した。エアロゾル粒子が核となり昇華、もしくは液体の雲粒が凍結することによって形成される微細な固体粒子である氷晶は、雲・降水粒子の形成過程において最もよくわかっていない素過程の一つである。このため、数値シミュレーションでの表現が不十分であることが予想される。氷晶の表現が不十分であるとすれば、その後粒子が成長して生じる雪片や霰の比率や分布に影響を与えるため、帯上雲の降雪機構に大きく影響する。上空に存在する氷晶の観測データは日本では非常に少ないため、今回の目的においては梅雨期に雲粒子ゾンデによって氷晶の雲微物理量を観測した事例を利用することにした。数値モデルは名古屋大学で開発されている雲解像モデルCReSSを使用した。数値シミュレーションの結果、上空の氷晶の数と質量は過剰であるが、その下方の雪は少なかった。また、対流域が過剰に発達した結果となった。

これらから言えることは、上空で形成される氷晶が降水に変換される過程が過小であることと、一方で対流域の中層では氷晶はあまり生成されずに上昇流中で凝結した水は霰の成長にほとんど使われ、降水が局所化していることがわかった。事例が少なく追加の比較も必要であるが、帯上雲が発達した場合とそうではない時の降雪機構のシミュレーションによる表現には改良の余地が十分あることが示唆される。一方、シミュレーションと比較する雲微物理量の観測データが少なく、霰のもととして重要な過冷却水滴などの量的観測についても今後必要である。気象学降雪帯の雲微物理過程を調べるために、2009年1月25日から27日に日本海上で形成された太い雲バンドが強化される過程について偏波レーダーを用いて調べた結果について論文としてまとめ平成24年度に査読付き雑誌に投稿していたが、当該年度(平成25年度)に受理、掲載された。この点については、想定外に研究が進んでいる。一方で、数値シミュレーションと観測における雲物理量の比較から、雪片と霰の比率において霰の量が過剰に生成されることがわかってきている。帯状雲によってもたらされる降雪の雲微物理過程を解釈する際に、数値モデルの特性は非常に重要であるが、数値モデルにおける雲微物理過程の不十分さは現在も世界的な問題であり、問題を完全に解決することは難しい。現状としては、霰が雪片に対して多いという数値モデルの特性を理解した上で、シミュレーション結果を解釈する必要がある。当該目的のために、レーダーというリモートセンシングによる卓越粒子タイプを判別するにあたり、特に重要な霰と雪片の識別についてさらなる精度向上が必要と考えた。このため、地上における降雪粒子の直接観測を実施することとなり、観測データによる帯状雲の特徴の導出、観測データをもとにした数値シミュレーションデータの検証については、計画がやや遅れ気味である。一方、過去の偏波レーダー観測による帯状雲の強化部の定性的研究の解析結果については予定していたよりも早く学術雑誌に投稿することができた。本年度は最終年度として、高解像度による数値シミュレーションを実施し、帯状雲の活発化に伴う雲微物理過程・雲域の広がりの変動と、上昇流・鉛直シアなどの力学的要因の関係を明らかにする。また、帯状雲の活発化に伴って、水蒸気が凝結・凝固した量のうち地上に降雪としてもたらされる量がどのように変動していくのかを調べる。このことは、すなわち豪雪時に降雪の形成効率がどのように変わっていくかを調べるということである。これらの結果を解釈し、帯状雲が活発化した際の降雪形成の概念モデルを構築する。平成24年度の観測によって降雪粒子の直接観測データを取得することができた。このデータを国土交通省の偏波レーダーデータと比較することによって、偏波レーダーによる粒子判別の精度をさらに向上させる。その上で、通常時と活発化時の帯状雲の卓越降水粒子タイプの違いを偏波レーダーによって調べる。さらに、数値シミュレーションについてはとりかかれていないので、早急にとりかかる。その上で、まずは数値シミュレーションを実施し、観測データによる比較検証を実施する。大容量ディスクアレイを購入予定であったが、既存のディスクに現状余裕があり購入を控えたため。10月に福岡で開催予定の気象学会への参加旅費、研究打ち合わせ旅費、データバックアップ用のハードディスクドライブの購入に使用する予定である。
アクティブラーニング型授業における学習者の雰囲気可視化システムの開発と評価

これまで,(1)脈拍を計測できるスマートバンド,(2)眼球運動を計測できるスマートアイウェア,(3)脳波を計測できるヘッドバンド,などのウェアラブルデバイスを用いて,アクティブラーニング型授業を想定して,行動・状況認識を進めてきた.本年度は,実際のアクティブラーニング型授業において,(1)腕時計型脈拍センサPULSENSEと,(2)メガネ型ウェアラブルデバイスJINS-MEMEとを用いて,学習データの収集と行動推定を行った.瞬きの回数,瞬きの速さの平均・標準偏差,瞬きの強さの平均・標準偏差,3軸それぞれの加速度の平均・標準偏差,脈拍数の平均などの特徴量に対し,代表的な機械学習手法である,決定木,多層パーセプトロン(MLP),SVM(サポートベクターマシン),ランダムフォレスト(RF)の4種類をファインチューニングして認識精度を検証したところ,RFとSVMでの正解率が特に高かった.特徴量の重要度を調べたところ3軸の加速度が最も高く,脈拍数や瞬きについては個人差があることが推測された.さらに,(3)簡易脳波計MUSEを用いて,授業中や動画視聴時,レポート課題中などの脳波を計測・分析し,各脳波と瞬きの回数の相関を求めた.心身状態と脳波には関係性があることが予想され,特に瞬きの回数とβ波には強い負の相関があらわれた.β波の値が大きくなるほど瞬きの回数が減少しており,集中しているかどうかの判断材料としてβ波の値はある程度有効であることが示された.また,脳波についても個人差が出ることが推測された.予定していた性能評価実験をすべて終了することができたため.これまでの研究成果を論文にまとめて学会発表することを考えている.アクティブラーニング(AL)は,学生の能動的な学修への参加を取り入れた教授・学習法の総称である.このALが含まれている授業形式をAL型授業と呼ばれる.AL型授業において学生に様々なウェアラブルデバイスを身に付けてもらい,リアルタイムに学生の眠気・集中度・やる気・疲労度,心拍数などを可視化し,教員が把握できるようにすることを目的としている.初年度の平成28年度は,ウェアラブルデバイスとして,(1)心拍数を計測できるスマートバンドfitbt HR,(2)眼球運動を計測できるスマートアイウェアJINS-MEME,(3)脳波を計測できるヘッドバンドNeuroSky Mindwave,(4)呼吸を計測できるSpire,の4つを使って,どのくらい生体情報から様々な感情が推定できるかを試した.(1)心拍計測においては,決定木を用いて覚醒-眠気の1軸で感情認識を行った.心拍数に行動も含めて分析を行い,ある程度の有効性を確認した.(2)スマートアイウェア(JINS-MEME)については,英語学習に絞って眼球運動の分析を行い,取得できるすべての特徴量を使って,様々な調査とデータ解析手法を用いたが,最終的には,まばたきの強さの分散値が英語のTOEICスコアと高い相関が見られた.(3)簡易型脳波計(NeuroSky MindWave)による感情認識については,α波とβ波,それらを組み合わせた値を使って,様々な学習時の状態に対して,決定木を用いて快・不快の1軸で分類を試みて,ある程度の有効性を確認した.(4)呼吸については,1分間あたりの呼吸数に応じて,どのような感情だったかを記録するSpireのアプリを用いてみたが,現段階ではまだ呼吸数だけでは感情を認識することは難しいと感じた.今後の研究の基礎となる生体情報を取得できる様々なウェアラブルデバイス(心拍計測,眼球運動計測,脳波計測,呼吸計測)を用いた技術については調査が順調に進んでいる.メガネ型のウェアラブルデバイスであるスマートアイウェアJINS-MEMEを用いて興味が分かれる動画を視聴してもらい,そのときの瞬きや頭の傾きを計測した.計測データから特徴量抽出を行い,得られた特徴量ベクトルに対して機械学習を行った.機械学習には決定木,Random Forest (RF),k-NN法,多層ニューラルネットワーク(Multi-Layer Perceptron:MLP)の4つを用いた.1分間ごとの瞬きの回数,瞬きの速さの平均・分散,瞬きの強さの平均・分散,x,y,z軸それぞれの加速度の平均・分散の11項目を特徴量として用いて興味があるかないかをleave-one-out cross validation (LOOCV)で評価した.いずれの手法も高い精度で分類することができたが,決定木から興味があるかどうかは,瞬きの回数が重要であることがわかった.次に,動画視聴時の興味・集中推定のために,瞬きと興味・集中との相関性を調べたところ,瞬きの回数が最も相関が大きく,他には,速さ・強さと興味・集中にはある程度相関があるが,個人差が大きいことがわかった.また,興味の度合いはアンケートで回答しやすい項目であったが,集中の度合いに関してはほとんどの被験者がどの動画に対しても集中できたため,差が出にくかったことが問題として残った.また,小型軽量ヘッドバンドである簡易脳波計MUSEを用いて,動画視聴時のδ,θ,α,β,γの5つの離散FFTの値を計測することで分析も行なった.なお,瞬きなどによるアーチファクトを検出して,除去する処理が行われているため,瞬きの回数も加えて分析した.

実際にアクティブラーニングを想定して瞬きの分析まで行うことができたためこれまで,(1)脈拍を計測できるスマートバンド, (2)眼球運動を計測できるスマートアイウェア,(3)脳波を計測できるヘッドバンド,などのウェアラブルデバイスを用いて,アクティブラーニング型授業を想定して,行動・状況認識を進めてきた.本年度は,実際のアクティブラーニング型授業において,(1)腕時計型脈拍センサPULSENSEと,(2)メガネ型ウェアラブルデバイスJINS-MEMEとを用いて,学習データの収集と行動推定を行った.瞬きの回数,瞬きの速さの平均・標準偏差,瞬きの強さの平均・標準偏差,3軸それぞれの加速度の平均・標準偏差,脈拍数の平均などの特徴量に対し,代表的な機械学習手法である,決定木,多層パーセプトロン(MLP),SVM(サポートベクターマシン),ランダムフォレスト(RF)の4種類をファインチューニングして認識精度を検証したところ,RFとSVMでの正解率が特に高かった.特徴量の重要度を調べたところ3軸の加速度が最も高く,脈拍数や瞬きについては個人差があることが推測された.さらに,(3)簡易脳波計MUSEを用いて,授業中や動画視聴時,レポート課題中などの脳波を計測・分析し,各脳波と瞬きの回数の相関を求めた.心身状態と脳波には関係性があることが予想され,特に瞬きの回数とβ波には強い負の相関があらわれた.β波の値が大きくなるほど瞬きの回数が減少しており,集中しているかどうかの判断材料としてβ波の値はある程度有効であることが示された.また,脳波についても個人差が出ることが推測された.予定していた性能評価実験をすべて終了することができたため.今後は実際のアクティブラーニング型授業などで利用していくことが必要である.より多くの評価実験を行うことや,ウェアラブルデバイスを組み合わせて,より実用的なシステムを開発する予定である.これまでの研究成果を論文にまとめて学会発表することを考えている.システム開発や実験における人経費・謝金が発生せず,国内発表のための旅費も必要にならなかったため(理由)システム開発や実験における謝金が発生せず,国際会議発表のための旅費も必要にならなかったため.(使用計画)来年度以降はそのぶんのシステム開発や実験における謝金や,学会発表のための旅費が必要になる予定である.(理由)システム開発や実験補助の謝金が発生しなかったため.また,国内外での学会発表の旅費も必要にならなかったため,(使用計画)来年度にその分の謝金や学会発表等の旅費を使用する予定である.来年度以降はそのぶんのシステム開発や実験における人経費・謝金や,国内発表のための旅費が必要になる予定である.
生活保護受給世帯における子どもの進路選択に関する研究―フォローアップ調査を通じて

本研究の研究成果は、以下2とおりである。第1に、当事者調査の実施・分析である。本研究事業では、首都圏都市部・郡部で生活保護制度を利用する有子世帯の養育者、子どもへのインタビュー調査(2014年度、2015年度のフォローアップ調査)を実施している。この調査をつうじて、(1)養育者の直面する課題(経済的困難、心身の疾病等)、及び(2)子どもが直面する課題(学力面での課題、進路選択の制約等)を明らかにしている。第2に、政策動向を検討している。例えば、生活保護法の改正、生活困窮者自立支援法のレビューや、子どもの貧困対策の批判的検討を行っている。本研究の目的は以下2点を明らかにすることである。第1に、生活保護受給世帯において、子どもが「なぜ」、「どのようにして」特定の進路選択(安定した/不安定な、就学/就労/生活)に至ったのかを明らかにすることである【目的1】。具体的には、生活保護受給世帯の養育者・子どもへのインタビュー調査を実施することを通して、生活保護受給世帯の養育者・子どもの生活実態と意識、直面する課題、子どもの進路選択の過程・結果等を明らかにする。また、これら実証研究と併せて、関連する先行研究等の検討を行い、本研究に反映させるとともに本調査の独自性・有効性を問うていく。第2に、以上の研究を行うための補助線として、国内外の政策・研究動向の把握を行うことである(【目的2】)。【目的1】に関して、研究初年度(2014年度)は、以下2通りの調査を実施した。第1に、A県の生活保護受給世帯の8世帯(養育者)に対するインタビュー調査を実施した。第2に、B県C市の生活保護受給世帯の11世帯(養育者)に対するインタビュー調査を実施した。上記2調査からは、2014年度時点での養育者・子どもの健康状態、進路希望、学力、養育者とソーシャルワーカーとの関係性、養育者・子どもの成育歴等に関する一次資料を得ることができた。これらの資料を2015年度以降の調査結果と比較することで、生活保護受給世帯における進路選択のプロセスを明らかにできると考えられる。なお、初年度調査の参加者からは、2015年度以降の調査への口頭での参加同意を得ている。【目的2】に関しては、貧困・低所得世帯(有子世帯)に対する対策(生活困窮者自立支援法、子どもの貧困対策の推進に関する法律)に関する研究を行った。本研究の目的は以下の2点を明らかにすることである。第1に、生活保護受給世帯において、子どもが「なぜ」、「どのようにして」特定の進路選択に至ったのかを明らかにすることである【目的1】。2015年度は、次の2通りの研究を実施した。第1に、生活保護を利用する有子世帯の養育者に対してインタビュー調査を実施した。具体的には、2014年度調査の協力者であるZ県(町村部)8世帯のうち、辞退者1世帯を除く、7世帯7名の養育者に調査を実施している。また、X県Y市(都市部)に関しては、2014年度調査の協力者11世帯のうち、辞退者4世帯を除く、7世帯7名の養育者に対して調査を実施した。加えて、新規の協力者3世帯5名)に対しても調査を実施している。第2に、上記の協力者世帯の子どもに対するインタビュー調査を実施した。具体的には、Z県(町村部)において、中学生2名、高校生2名の計4名に対して調査を実施している。また、例外的に、養育者の調査に20代の若者が同席、回答している。他方で、X県Y市(都市部)では、中学生1名、高校生1名の計2名に対して調査を実施している。上記17世帯19名の養育者、7名の子どもに対するインタビュー調査から、2015年度時点での、世帯構成員の就労状況、福祉事務所との関係、子どもの学校生活、進路希望に関する一次資料を得ることができた。また、初年度調査からの変化(進路希望、学校卒業後の移行など)に関する情報も得ることができた。なお、2015年度の調査結果は、逐語的に書き起こして、匿名化の処理を施したうえで報告書にまとめている。「おおむね順調に進展している」とした理由は以下のとおりである。当初の予定どおり、生活保護を利用する有子世帯の当事者(養育者・子ども)に対してインタビュー調査を実施できたことである。辞退者も一部出たが、(1)Z県(町村部)7世帯7名の養育者、5名の子ども、(2)X県Y市(都市部)10世帯12名の養育者、2名の子どもに対して調査を実施でき、調査研究事業が遂行されている。なお、上記の調査結果は、逐語的に書き起こししたうえで、匿名化を行い報告書にまとめた。本研究事業の目的は、以下の通りである。第1に、生活保護を利用する有子世帯において、子どもが「なぜ」、「どのようにして」、特定の進路選択に至るのかを明らかにすることである【目的1】。第2に、上記の補助線として、国内外の政策動向を検討することである【目的2】。2016年度は、当初の計画を変更して、当事者(養育者、子ども)に対するインタビュー調査は中止(延期)とした。

理由としては、過去2年度に豊富(長時間で多様)な語りを得られたこと(具体的には、過去の調査を通じて総計22世帯・養育者24名・子ども7名へのインタビュー調査を実施)、ならびに、それらのデータの整理・分析に時間を要すると考えられたことが挙げられる。なお、今後の継続的な調査を可能にするため、前年度の調査協力者に対して調査中止のお詫び、及び、今後の調査協力の依頼を行った。再調査協力の依頼をした19世帯のうち、2世帯を除く17世帯の調査協力者から今後の調査協力(2023年3月末日まで)への同意を得られた。以上の経緯を背景に、本年度は、過去の調査結果の分析結果などを報告、議論することを目的とした研究会(代表研究者;分担研究者;研究協力者が参加)を実施した。具体的には:1過去の調査結果の分析結果;2地方公共団体での「子どもの貧困対策」の取り組み状況;3「子どもの貧困」に関する理論的検討について報告、議論した。なお、この研究会の内容は、報告書として冊子にまとめた。上記の通り、本年度は、当初の予定を変更して、3年度目の当事者調査(フォローアップ調査)を実施しなかった。ただし、今後も継続的な調査を行えるように、前年度の調査協力者に対しては再調査協力(2017年度以降)の依頼をしている。他方で、本年度は、研究会を実施した。研究会では、過去の調査の分析結果、地方公共団体での取り組み事例などについて報告、議論した。以上のように、当初の研究計画を変更した一方で、調査結果の分析や政策動向の把握といった進展があったため「おおむね順調に進展している」とした。本研究事業の目的は、以下2つである。第1に、生活保護制度を利用する有子世帯において、子どもがどのような理由で、どのような過程を経て、特定の進路選択に至るのかを明らかにすることである【目的1】。第2に、進路選択の推進や制約を規定する国内外の政策動向を検討することである【目的2】。【目的1】に関して、都市部自治体と郡部(町村部)で生活保護制度を利用する当事者(有子世帯の養育者・子ども)へのインタビュー調査を実施し、その結果を分析した。調査は、2014年度、2015年度、2016年度の連続実施を予定していたが、2016年度調査はデータの整理に時間を充てるため延期(中止)とした。各年度の調査結果は、「逐語」で「書き起こし文」にして報告書にまとめている。なお、報告書にまとめる際には、調査協力者の個人情報に配慮して、内容の整合性に問題がない範囲で匿名化・修正をほどこしている。次いで、【目的2】に関しては、日本における「子どもの貧困対策」、生活保護制度・生活困窮者自立支援制度について検討した。具体的には、日本政府の「子どもの貧困対策」の批判的検討、地方自治体(神奈川県、長野県)での政策動向を先行研究、行政資料等の分析を通じて検討した。以上の調査結果、制度・政策に関する分析結果は、2016年度同様に、2017年度に実施した研究会(いずれも、研究代表者・分担研究者・研究協力者が参加)にて報告、意見交換をしている。そのうえで、2017年度末には、本研究事業の成果を報告書としてまとめている。本研究の研究成果は、以下2とおりである。第1に、当事者調査の実施・分析である。本研究事業では、首都圏都市部・郡部で生活保護制度を利用する有子世帯の養育者、子どもへのインタビュー調査(2014年度、2015年度のフォローアップ調査)を実施している。この調査をつうじて、(1)養育者の直面する課題(経済的困難、心身の疾病等)、及び(2)子どもが直面する課題(学力面での課題、進路選択の制約等)を明らかにしている。
国語科教員に必要な「古典力」育成のための教育開発研究

1、「古典教材・国語教科書・指導書・AV資料などの収集」高等学校教科書が改訂になったので、古典関連の教科書を購入した。小中高の全ての現行教科書が研究室に整った。2、「古典力アンケートの実施と分析」平成30年度入学の横浜国立大学教育学部生全員(230名)を対象に、アンケート調査を実施した。研究協力者の研究生を指導し、謝金によって29年度分の集計と分析を行い、傾向を明らかにした。分析結果を研究協力者が『横浜国立大学国語教育研究』に発表した。3、「古典教育デザイン研究」「はじめての古典文学」という講演会を2019年2月23日に開催し、申請者自身が講演を行うと同時に、シンポジウム「古典教育を考える」を行って、会場との意見交換による様々な角度からのディスカッションを行った。また申請者が主宰する古典教育デザイン研究会夏季・春季大会を開催。学生・卒業生・修了生・同僚が参加し、研究発表を行った。現在会誌『古典教育デザイン』4号を編集中で、講演会・研究会の成果を公開する。大学図書館のリポジトリ登録をする。『横浜国大国語研究』において古典特集を行い、申請者自身の論文の他に、ゼミの卒業生・修了生数人に依頼して、古典文学・古典教育に関する論文を掲載した。4、「3面マルチ画像で観る能のテキスト作成」横浜能楽堂の協力により、これまで10年に亘り撮影を行ってきた能・狂言について、その都度安田信一氏へ依頼してデータ処理を行い、一画面に合成して詞章を付け、DVD形式のビデオを作成してきたが、本年度は画面構成の問題点を整理して、より見やすい構成に修正、字幕の入れ方にも工夫を施して、新しい画面構成でのDVDを作成した。今後も修正作業を行って、完成させた新しい能・狂言紹介テキストの作成を目指していきたい。1、「古典教材・国語教科書・指導書・AV資料などの収集」後援会費、他教員の協力などで、27・28年度に新しくなった小学校・中学校国語教科書・指導書の体系的収集が完成した。その他の資料収集も積極的に行った。2、「古典力アンケートの実施と分析」1アンケートの方法、質問内容などを改良した2平成28年度入学の横浜国立大学教育人間科学部学校教育課程の全学生(230名)対象のアンケートを実施した3研究協力者の大学院生を指導し、謝金によって27年度分の特色を分析し、傾向を明らかにし、それについて考察した。4分析結果を研究協力者が『横浜国立大学国語教育研究』に発表した。3「古典教育デザイン研究」(古典教育デザイン研究会の活動)学生・卒業生・修了生たちの取り組みへの指導・助言・助力の二本立てで、4種類のテーマに関する研究を行った。1平成27年度改訂版小学校教科書と指導書の内容に関する調査2小中高一貫教育を前提として体系化する古典教育デザイン3楽しく身につく文法教育の提案4古典芸能を利用した古典の授業デザイン*学生・修了生・教員・申請者による、研究成果発表を秋・春二回の古典教育デザイン研究会において行った。教育学研究科大学院生の教育インターンを利用して、二名の学生の取り組みを小学校と高校において実験授業で行い、現場の教員も交え検証した。この取り組みに関して、一つは本年度学会発表を行い、来年度論文化する。もう一つは来年度学会発表と論文化を行う予定である。その他の物は『古典教育デザイン研究』第3号にまとめる予定である。4,「「3面マルチ画像で観る能」の撮影とテキスト作成」能2曲・狂言1曲について行った。横浜能楽堂の協力の元に、正面席2カ所と脇正面席の3方向から能を撮影し、それを同一画面に合成して詞章を付けたDVD形式のビデオを作成した。、研究実績の概要に示した1ー4について、それぞれまとめる。1計画に従って、順調に収集が進んでいる。2実施方法は確立しているので、それに従いつつ、アンケート内容の微調整を行って、より現代に即したアンケートの実施と分析が可能となり、充実した報告も出来た。3学生の取り組みへの支援のみならず、修了生の発表の場として古典教育デザイン研究会が役だったことは、評価に値する。研究会での発表と質疑は盛んで充実しているが、会誌への投稿数をもっと多くしていく必要がある。また、紙媒体での作成には費用がかかりすぎるので、デジタル媒体のみの作成になったのは、少し残念なことである。4当初の予定では、学生を動員して正面席と脇正面席からのみの撮影の予定であったが、撮影・編集の専門家の協力を得ることが出来て、3方向からの撮影が可能となったことは、大変望ましいことであった。画面合成と字幕入力について、申請者本人か、学生で行うつもりだったが、あまりに膨大で高度な作業のため、断念、専門家に外注したので、大変良い画像データを得ることができた。これを利用して静止画像を利用した紙媒体の小冊子型のテキストを作成する予定であったが、画像合成に時間がかかり、それができなかったので、進捗状況を(2)の評価とした。2、「古典力アンケートの実施と分析」平成29年度入学の横浜国立大学教育学部生全員(230名)を対象に、アンケート調査を実施した。研究協力者の大学院生を指導し、謝金によって28年度分の集計と分析を行い、傾向を明らかにした。

分析結果を研究協力者が『横浜国立大学国語教育研究』に発表した。3、「古典教育デザイン研究」申請者自身の研究発表と、学生他への指導・助言を行った。主宰する古典教育デザイン研究会夏季・春季大会を開催。学生・卒業生・修了生・同僚が参加し、研究発表を行った。会誌『古典教育デザイン』3号を刊行、大学図書館のリポジトリ登録をして、広く公開が可能となった。2017年8月31日EAJS(ヨーロッパ日本研究協会)において「現代社会と能ー視覚的情報を活用したテクストの有効性ー」について研究発表し、参加者達の賛同を得た。2017年11月4日全国大学国語教育学会第133回福山大会においおて「暗記する『百人一首』から感じる歌へー教員養成の立場から見た、古典教育に今必要な『教師力』ー」について研究発表した。古典教育への関心の薄さに衝撃を受けた。指導する大学院生2名が、合計3本の論文を成果発表した。高等学校における『源氏物語』の本文比較による教材化の提案、小学校における狂言〈柿山伏〉の授業実践の提案、小学校における『百人一首』を聞くことによってどれだけ理解できるかについての提案である(掲載雑誌は『古典教育デザイン』『教育デザイン研究』『横浜国立大学国語研究』)。4、「「3面マルチ画像で観る能」の撮影とテキスト作成」横浜能楽堂の協力により、能一番・狂言一番の撮影を行い、同一画面に合成して詞章を付け、DVD形式のビデオを作成した。研究実績の概要に示した14について、それぞれまとめる。1、計画に従って、収集が進んだ。現時点での古典関連教科書すべてが収集出来たことは、大きな成果である。2、実施方法は確立しているので、それに従いつつ、順調にアンケート調査を行った。集計・分析を担当してくれる研究協力者の学生は優秀で、傾向と特色が適格に指摘できた。3、古典教育デザイン研究会の活動がさらに発展し、会誌『古典教育デザイン』は3号を刊行、創刊号からすべてをリポジトリとして公開出来たことは、予想以上の成果であった。申請者自ら学会発表を二種類行えたこと、学生二人が関連テーマにおいて学会発表し、論文化できたことは予想以上の大きな成果であった。4、昨年度確立させた撮影・編集方法で能一番・狂言一番をDVD化できた。1、「古典教材・国語教科書・指導書・AV資料などの収集」高等学校教科書が改訂になったので、古典関連の教科書を購入した。小中高の全ての現行教科書が研究室に整った。2、「古典力アンケートの実施と分析」平成30年度入学の横浜国立大学教育学部生全員(230名)を対象に、アンケート調査を実施した。研究協力者の研究生を指導し、謝金によって29年度分の集計と分析を行い、傾向を明らかにした。3、「古典教育デザイン研究」「はじめての古典文学」という講演会を2019年2月23日に開催し、申請者自身が講演を行うと同時に、シンポジウム「古典教育を考える」を行って、会場との意見交換による様々な角度からのディスカッションを行った。また申請者が主宰する古典教育デザイン研究会夏季・春季大会を開催。
インジェクタブル薬物送達システムのための新規プラットフォームの開発

研究代表者が目指す最終目標は、1世界各国において国家レベルで精力的に進められているバイオ医薬品開発における新たな創薬手法の開拓、2外科的手術をサポートできる生体適合性材料の開発、の2点である。本研究課題では、動物の弾性繊維の普遍的成分であるエラスチンに着目し、これをポリペプチドとして遺伝子レベルで合理的に分子設計し、生体に注射投与可能なゲル剤として仕立て上げた。その機能を解析したところ、注射前に薬物を混ぜて投与すると投与部位に薬物を留置でき、長期に渡り徐々に放出させることができ、その後は速やかに生分解される材料であった。今後、各種薬物の送達に最適化した生体適合材料としての展開が期待される。本研究課題の最大の目標は、遺伝子レベルでの合理的な分子設計により、1ゲルの架橋点数;2ゲスト残基の疎水性度;3ポリペプチド鎖長の3つのパラメータを厳密に規定して得られる人工エラスチンポリペプチドを、注射投与可能なインジェクタブル薬物送達を実現する生体吸収性ハイドロゲルとしてプラットフォーム化できるかを実験科学的に論証することにあった。もしこれが可能であれば、現在、全世界各国において国家レベルで精力的に進められているペプチド・タンパク質・細胞性医薬であるバイオ医薬品開発における新たな創薬/薬物送達手法の基礎の提案に繋げることができる。総じて、研究期間内にプラットフォーム創製の足掛かりを得ることに成就した。2年間の研究期間を含め、これまでに上述の3つのパラメータの異なる計30種の人工エラスチンポリペプチドを設計・調製して、大まかな系統的解析を実施することができた。薬物候補として抗HIVペプチドEnfuvirtideおよび破傷風トキソイドの2つに焦点を当て、調製した人工エラスチンポリペプチドをデポ型薬物として、薬物との相性、すなわち薬物貯留能・保護能・徐放能、そして薬効をin vitroおよびin vivoの両側面から検証した。その結果、最適な種類の人工エラスチンポリペプチドと組み合わせて注射投与により薬物を生体内に留置すると、薬物単独を投与した場合と比較して明らかに優れた生体応答・薬効が認められた。今後、本研究で見出した人工エラスチンに改良を施し、これら2種の薬物に加えてさらに多種のバイオ医薬との組み合わせに関して幅広く解析を進めていきたい。また一方で本研究期間内に、肝細胞ターゲティングおよび循環器疾患細胞マーカーペプチドの開発にも成功した。新たなペプチド医薬モジュールとして人工エラスチンに融合したキメラ型ポリペプチドの分子設計へと繋げていく予定である。1、ハイドロゲルバリアントの分子設計・調製:種々の相転移温度をもつ分子量60kDaの人工エラスチンポリペプチド(ELP)を人工遺伝子として分子設計し、計8種の発現プラスミドを構築した。大腸菌によりポリペプチドを発現させ、定法により発現産物を精製した。2、温度応答性の解析・ゲル化能および力学強度の評価:ポリペプチドの相転移温度を算出したところ、狙いどおりに体温以下・体温付近・体温以上の相転移温度を示した。ポリペプチド溶液を塩基性および酸化条件下にするとすみやかにゲル化することを発見した。その最小ゲル化濃度は2.2wt%ときわめて低いものであり、極細針によるマウスへの容易な注射投与を可能とした。ハイドロゲルの貯蔵弾性率は周波数に依存せず常に損失弾性率よりも大きく、ポリペプチドのネットワーク構造形成を明らかとした。3、試験管内における薬物徐放解析:Cys含有ポリペプチドとアルブミン溶液とを酸化条件下で混ぜてゲル化させると、ゲル内に効率よくアルブミンを貯留できることを見出した。リン酸緩衝液中へのアルブミンの漏出を解析したところ、親水性ゲルでは初期バーストの後、4日1週間かけて1次放出するプロファイルが得られた。トキソイド抗原タンパク質(120250 kDa)ではこのような1次放出は認められなかった。一方、体温以下の低い相転移温度をもつ疎水性ハイドロゲルでは、初期バースト後半月以上にわたり高濃度のアルブミン貯留を持続できるというきわめて興味深い現象を発見した。この現象は小分子である5 kDaの抗HIVペプチドでも認められた。4、注射投与型デポ剤を目指した機能解析:125-Iおよび近赤外蛍光プローブで標識したポリペプチドを担癌マウスに投与してハイドロゲルの生体内挙動を解析した結果、患部全体を覆うハイドロゲルを注射により留置でき、投与後2週間で完全に生分解されることを明らかとした。本研究課題の最終的な目標は、1ゲルの架橋点の数、2ゲスト残基の疎水性度、3ポリペプチド鎖長のそれぞれを遺伝子レベルで系統的に変化させた分子設計により、人工エラスチンポリペプチドのゲル形成能および薬物貯留・放出能について系統的な機能解析を展開し、インジェクタブル薬物送達を実現するプラットフォーム創製の足掛かりを得ることにある。

1を規定しているのはCys残基数であるが、1分子あたりのCysの数を0、10、16、28と変化させても収量・純度に影響はなく、架橋点の数および配置を任意に設定したポリペプチドを自在に調製できる見通しがついた。23については、親水性で短鎖のポリペプチドほど収率が低下する傾向にあったが、実験室レベルでの解析に必要な量を調製するには十分であった。また、注射投与により生体内の投与部位にデポを留置できたこと、および2.2wt%というきわめて低い当該ポリペプチドの最小ゲル化濃度は、ゲル内に高濃度で薬物を包埋した注射型デポ剤への展開を強く期待させ、次年度への研究展開の強いモチベーションとなっている。さらには親水性ゲルとトキソイド抗原、疎水性ゲルとトキソイド抗原、同じく疎水性ゲルと抗HIVペプチドというゲル内貯留に優れた組合わせの発見は、研究申請時には予期していなかったきわめて興味深いものである。これはin vivo送達を明確に視野に入れたタンパク質・ペプチドの薬物デポの分子設計に向けた機能解析へのアプローチを具体化した。デポに内包した薬物漏出試験により人工エラスチンポリペプチド-薬物の優れた組合わせとして発見した親水・疎水性の両ゲルとトキソイド抗原、疎水性ゲルと抗HIVペプチドについて、実験動物レベルでの薬物送達の検証に焦点を当て、得られた情報をより有効な人工エラスチン遺伝子設計のためにフィードバックする。アルブミンを親水性ゲルに内包した場合に認められた自発的な徐放が、より分子量が大きいトキソイド抗原タンパク質ではゲルを破壊しない限り認められなかったことから、当該ポリペプチドを用いるとトキソイド抗原タンパク質デポの生体内留置が可能であると考えられる。試験管内での薬物徐放現象が抗体産生にどのように影響するかに注目し、抗原の徐放が免疫応答に与える影響について解析する。タンパク質・ペプチド製剤はその生体内での半減期が短いために薬物送達技術が強く求められている。当該人工エラスチンポリペプチドデポはこれら薬剤を内包できることが判明し、したがって単独の場合と比較して生体内でのプロテアーゼ消化や血球細胞による貪食からの保護効果が見込まれる。また、当該人工エラスチンポリペプチドデポは生体内で白血球などが産生するエラスターゼにより生分解されるものと推定され、デポの生分解による薬物放出という理想的な薬物送達が期待できる。そこで実際に前年度に調製した各種ポリペプチドゲル内に薬物を内包させ、内包薬物のトリプシン消化耐性を評価することにより薬物デポによる保護効果について検証する。また、エラスターゼを各種デポに作用させ、その分解速度についてもデポの分子組成に注目して解析する。平行して、抗HIVペプチドについては人工エラスチンポリペプチドとの混合液を皮下投与して生体内にデポを留置し、その血中半減期に有意な延長が認められるかを精査する。試験管内での機能解析により見出した特性について実験動物を用いて検証を行う。研究を実施するのに必要な設備・備品は全て研究申請者および研究協力者が現有しており、新たな設備・備品の購入予定はない。動物実験レベルでの解析は試験管内と比較して実験スケールが大きくなるため、大部分を消耗品に充てる。