hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
染色体微小欠失・重複疾患を引き起こす反復ユニット配列の詳細な解析と原因遺伝子追究

4)作成したコンティグは1つのクローンギャップ、6つ以上のシーケンスギャップが当初(2001年9月)存在したが、概要配列から終了配列への進展に伴い、現在(2002年3月)はほぼ完成している。5)続いて整列化した配列に対し再度ドットマトリクス解析を行い、反復ユニットの詳細な解析を行った。6)反復ユニットは大きく5種に分類することができ、その大きさの順にそれぞれユニットA, B, C, D, Eと命名した。7)特にユニットBは複雑な重複を起こしており、4つ以上の断片が見つかっている。現在、この領域に対し我々の研究室で作成したBACライブラリーを用いて候補クローンの抽出を行っている。ウィリアムズ症候群(WS)の患者では7q11.23領域に部分欠失が見られるので、その領域に含まれる遺伝子のうち、一つあるいは複数の遺伝子が1コピーになることが原因と考えられる。典型的な欠失領域(約3Mb)の両端には低頻度重複配列(LCR)が存在する。本研究ではLCRの内部構造を詳細に解析して欠失のメカニズムに迫ることと、我々の作成した日本人由来のKEIO-BACライブラリーを活用して、欠失領域をカバーするBACコンティグを構築し、遺伝子解析、多型解析に利用にすることを目的として以下の成果を得た。1)公開されているデータベースからWSの欠損領域に相当する塩基配列を抽出し、シーケンスコンティグの作成を行なった。特に、LCRの領域に関しては、個々にドットマトリクス解析など詳細な検討を加えて、精度の高いコンティグを得ることができた。2)作成したコンティグに対して、相同性検索、ドットマトリクス解析を行ない、反復ユニットの詳細な解析を行った。その結果、3箇所のLCRが同定され、それは以下のユニット構造を持つことがわかった。(A-Fはユニットを表し、同じ文字の大文字と小文字は向きが逆であることを意味する。)3)欠失領域をカバーするBACクローンをKEIO-BACライブラリーからスクリーニングした。現在までに20クローンを同定し、そのうち8クローンに関しては両末端をシーケンシングし、ゲノム上の位置を特定できた。これらは、欠失領域のうち約700kbをカバーしている。現在、全欠失領域カバーのためにスクリーニングと解析を継続している。
音響を利用したシート材の複数枚誤送検出センサに関する研究

平成8年度は、特定周波数における伝達関数の位相差を利用した検出法を確立することが主な目的であった。以下に今年度の成果を具体的に記す。◎枚数とセンサの伝達関数の位相との関係から求めた最適周波数において実験を行った。◎枚数による、特定周波数のセンサ入出力位相差=時間間隔がより正確に明らかになった。◎シートの移動がセンサ出力の時間波形に及ぼす影響が明らかになった。◎上記から、シート移動時の枚数による時間間隔の変化が明らかになった。◎伝達関数法により布などの種々の材質のシートの特性インピーダンスの実測が可能になった。この成果は非常に応用性があり、種々の材質のシートに対して枚数検出が行える可能性が見い出された。以上から、当該年度の目的は達成され、位相差による測定法を確立することが出来た。論文等の実績に関しては、本研究を行った研究代表者に対して平成8年4月に日本機械学会研究奨励賞が授与された。また、本研究と関連した音響系の伝達関数の位相差を利用した円筒形状の非接触測定法において得られた成果の一部が日本機械学会論文集に1編掲載された。(裏面[雑誌論文]の筆頭)平成8年度は、特定周波数における伝達関数の位相差を利用した検出法を確立することが主な目的であった。(裏面[雑誌論文]の筆頭)
顎不随意運動患者の診断・治療法の検討-双極子追跡法による脳イメージング-

はじめに)口腔ジストニア、口腔ジスキネジアなど顎不随意運動は歯科との関連が深い。安定しない顎位のために歯科治療を困難にさせる。そればかりか著しく咀嚼嚥下機能を損なうほか不随意な運動による二次的な筋痛、精神的なストレスなど患者の受ける苦痛は計り知れない。本研究ではこの口腔ジストニア、口腔ジスキネジア患者の感覚野、運動野の評価を行い、知覚入力-運動出力の脳内ネットワークを解研し、病態評価をはかるのが目的である。(対象と方法)健常成人ボランティア6名と知覚トリック現症の伴う口腔ジストニア患者(opening type dystonia) 3名とが対象。被験者に対して以下のタスクを用いてf-MRIにて脳活動を評価した。(タスク内容)1.通常の下顎閉開口運動(1回/秒)。2.おとがい部を軽く押さえての下顎閉開口運動(1回/秒)これらの顎運動を30秒間行い、3セット交互に繰り返した。この間f-MRIにて脳活動を評価した。また口腔ジストニア患者に対しては、薬物療法とMuscle Afferent Block療法(MAB療法)を行い、治療前後でも評価した。(結果)健常成人と患者とではF-MRIにおいて脳活性部位、特に運動野に相違が認められた。(考察)口腔、ジストニアの病態解析にf-MRIによる脳マッピングは有用な手段であると考えられる。更なる詳細な結果については現在解析中である。またより精度の高い評価を行うために、タスク内容や撮像条件の検討も必要と思われる。(はじめに)口腔ジストニア、口腔ジスキネジアなど顎不随意運動は歯科との関連が深い。本研究ではこの口腔ジストニア、口腔ジスキネジア患者の感覚野、運動野の評価を行い、知覚入力-運動出力の脳内ネットワークを解析し、病態評価をはかるのが目的である。(対象と方法)健常成人ボランティア6名と知覚トリック現症の伴う口腔ジストニア患者(opening type dystonia)3名とが対象。2.おとがい部を軽く押さえての下顎閉開口運動(1回/秒)。これらの顎運動を30秒間行い、3セット交互に繰り返した。(結果)健常成人と患者とではf-MRIにおいて脳活性部位、特に運動野に相違が認められた。(考察)口腔ジストニアの病態解析にf-MRIによる脳マッピングは有用な手段であると考えられる。また、より精度の高い評価を行うために、タスク内容や撮像条件の検討も必要と思われる。
ホルモン応答性長鎖非コードＲＮＡ複合体によるがん増殖メカニズムの解明とその応用

乳がんは女性において最も罹患数の多いがんであり、ホルモン受容体を発現するホルモン依存性乳がんと、発現しないホルモン非依存性乳がんに大別される。乳がんのうちホルモン依存性乳がんは7割程度を占め、特に女性ホルモンであるエストロゲンの脱制御がホルモン依存性がんの発症、進展に重要であるとされている。長鎖非コードRNAは200塩基以上の長さを有し、またタンパク質をコードしないRNAである。長鎖非コードRNAは、近年の研究によってがんを含む様々な生命現象に重要な役割を担っていることが明らかになってきている一方で、詳細な作用メカニズムに関して不明な点が多い。BClnc-Yは、エストロゲンによって誘導される長鎖非コードRNAとして同定した。乳がん細胞株においてsiRNAを用いて発現抑制(ノックダウン)すると細胞増殖が抑制され、細胞死が誘導されることを明らかにしている。さらにマウス腫瘍モデルにBClnc-Yに対するsiRNAを導入すると、乳がん腫瘍の増大も抑制することを明らかにしており、BClnc-Yが乳がんの進展に非常に重要な役割を担っており、また治療のターゲットになりうることが示唆される。しかしながらBClnc-Yがどのようにして細胞増殖、生存性に関わるかその作用メカニズムは明らかにはなっていない。またBClnc-Yのノックダウンは、乳がん細胞以外の卵巣がん細胞株の増殖も抑制することを明らかにしており、乳がんにおける作用メカニズムの解明とともに、BClnc-Yのがん普遍的な機能を明らかにすることを目的とする。BClnc-Yのノックダウン下における遺伝子発現の変動を網羅的に調べる目的でマイクロアレイ解析を行なった。マイクロアレイに基づくパスウェイ解析を行ったところ、BClnc-Yのノックダウンは、細胞増殖関連経路、またエストロゲンシグナル経路に関わる遺伝子群の発現を優位に制御していることが示唆された。詳細な発現解析を行ったところ、BClnc-Yはエストロゲン受容体の発現そのものを制御していることが明らかとなった。BClnc-Yのノックダウンは、乳がん以外にも卵巣がん細胞株の細胞増殖を抑制することを明らかにしているが、マウス腫瘍モデルにおける卵巣がん腫瘍の増大に影響を与えるかは明らかでない。卵巣がん細胞株を免疫不全マウスに移植するマウス腫瘍モデルを樹立した。RNA pull down法により、BClnc-Yが結合するタンパク質群を多数同定しているが、一方でこれらのタンパク質群のうち、どのタンパク質が、BClnc-Yの機能に実際に関わっているかは未だ不明である。RNAアンチセンス精製法は、ビオチン付加した当該RNAのアンチセンスDNAプローブを用いて、生細胞内の当該RNA複合体を精製できる方法である。RNAアンチセンス精製法は、試験管内で合成当該RNAと細胞溶解液を混合し、RNA複合体を再構成させるRNA pull down法に比べ、より正確に生細胞内のRNA結合因子を同定することができるが、プローブの選定など条件検討が難しい。現在プローブの選定や反応温度、時間等の条件検討を行っている最中である。RNAアンチセンス法とRNA pull down法の量実験のデータを組み合わせ、より確実にBClnc-Yに結合する因子群を同定する。乳がん細胞にて、BClnc-Yが細胞増殖関連遺伝子群の発現に影響を与えることを明らかにしたが、これら遺伝子群が卵巣がん細胞株にてもBClnc-Yによって同様に制御されるか測定する。また卵巣がん細胞株を用いたマウス腫瘍モデルを構築したので、siRNAを用いて、乳がんと同様にBClnc-Yノックダウンが卵巣がん腫瘍の増大を抑制するか測定する。以上の実験を通じて、BClnc-Yの乳がんにおける作用メカニズムを解明するとともに、BClnc-Yのがんにおける普遍的な重要性を明らかにすることを目指す。

BClnc-Yのノックダウンは、乳がん以外にも卵巣がん細胞株の細胞増殖を抑制することを明らかにしているが、マウス腫瘍モデルにおける卵巣がん腫瘍の増大に影響を与えるかは明らかでない。卵巣がん細胞株を免疫不全マウスに移植するマウス腫瘍モデルを樹立した。RNA pull down法により、BClnc-Yが結合するタンパク質群を多数同定しているが、一方でこれらのタンパク質群のうち、どのタンパク質が、BClnc-Yの機能に実際に関わっているかは未だ不明である。RNAアンチセンス精製法は、ビオチン付加した当該RNAのアンチセンスDNAプローブを用いて、生細胞内の当該RNA複合体を精製できる方法である。RNAアンチセンス精製法は、試験管内で合成当該RNAと細胞溶解液を混合し、RNA複合体を再構成させるRNA pull down法に比べ、より正確に生細胞内のRNA結合因子を同定することができるが、プローブの選定など条件検討が難しい。現在プローブの選定や反応温度、時間等の条件検討を行っている最中である。RNAアンチセンス法とRNA pull down法の量実験のデータを組み合わせ、より確実にBClnc-Yに結合する因子群を同定する。乳がん細胞にて、BClnc-Yが細胞増殖関連遺伝子群の発現に影響を与えることを明らかにしたが、これら遺伝子群が卵巣がん細胞株にてもBClnc-Yによって同様に制御されるか測定する。また卵巣がん細胞株を用いたマウス腫瘍モデルを構築したので、siRNAを用いて、乳がんと同様にBClnc-Yノックダウンが卵巣がん腫瘍の増大を抑制するか測定する。以上の実験を通じて、BClnc-Yの乳がんにおける作用メカニズムを解明するとともに、BClnc-Yのがんにおける普遍的な重要性を明らかにすることを目指す。
風化環境での微生物によるイオン濃集及び鉱物生成

地球物質圏の形成と進化、さらに地球環境の変遷、変動メカニズム、維持機構を地球システムの様々な因子の相互作用として総合的に理解するには、地球物質圏に対する生命圏の影響を正確に評価する必要がある。生命圏を構成する生物のうち、微生物は約38億年前に誕生して以来、大気中から深海底、地表から地下数千mの地殻深部、氷点下の極地から100°C以上の熱水環境など、地球内部を除く地球物質圏のほぼ全域に生息しているため、時間軸・空間軸の上で地球物質圏との関わりがきわめて大きいと考えられる。そこで、本研究では地球物質圏に対する微生物の影響を明らかにすることを目的として、風化堆積物中(入戸火砕流堆績物、アカホヤ火山灰、開聞岳火山灰、桜島火山灰)での微生物のイオン濃集と鉱物生成について検討した。その結果、これらの風化堆績物中には膨大な量(10^710^8cells/g)の1.02.0μmサイズの球菌及び桿菌が生息し、その大部分は菌体表面に厚さ<2μmのAl、Si、Feを主体とする非晶質繊維状珪酸塩鉱物を生成していることが明らかとなった。EDX分析の結果、これらバクテリア表面の珪酸塩鉱物は共存する非生物起源二次鉱物(アロフェン叉はハロイサイト)とは明らかに異る化学組成を示し、アロフェン-ノントロナイト-シャモサイト領域の幅広い化学組成を特徴とする。一方、間隙水の飽和度は、非晶質SiO_2、非晶質Al(OH)_3、バイデライトに不飽和、フェリハイドライト、アロフェン、ハロイサイト、ノントロナイトに過飽和であることから、ハクテリア細胞の表面が間隙水中のAl、Si、Feイオンの結合サイトとして機能し、これらを核としてAl-Si-Fe非晶質固相の生成が進行していることを示唆した。さらに、これらのバクテリアは間隙水中に種々の有機酸(乳酸、酢酸、酒石酸、クエン酸、マレイン酸)を放出していることが確認され、有機酸生成による鉱物の溶解促進作用をもつことも明らかとなった。南九州に分布する火砕流堆績物および火山灰中での微生物によるイオン濃集と鉱物生成について検討した。その結果、これらの堆績物中には球状からロット状の膨大な量(10^710^8cell/g)のバクテリアが生息し、それらの大部分は菌体表面に厚さ<2μmのAl、Si、Feを主体とする非晶質繊維状珪酸塩鉱物を生成していることが明らかとなった。このようなバクテリア起源鉱物の化学組成は、Al/Si=0.61.5、Fe/Si=0.041.4の範囲で変動し、プロトハロイサイトアロフェンからシャモサイトまでの広い分布領域をもつ。バクテリア表面での生成過程による変化は、初期段階でFe含有量が著しく低く、鉱物生成の進行に伴いFe含有量が急激に増加する。これらの結果は、ハクテリア細胞の表面がAl-Si非晶質固相の沈着場(テンプレート)として機能し、鉱物成長の過程でFeの取り込み叉は表面吸着が進行していることを示唆する。Geochemical codeによる間隙水の飽和状態計算では、アモルファスシリカに不飽和、アモルファスAl(OH)_3およびフェリハイドライトに過飽和であることから、Alイオンとバクテリア細胞表面との有機・無機反応がこれらのバクテリア起源鉱物の生成を促進しているものと思われる。

地球物質圏の形成と進化、さらに地球環境の変遷、変動メカニズム、維持機構を地球システムの様々な因子の相互作用として総合的に理解するには、地球物質圏に対する生命圏の影響を正確に評価する必要がある。生命圏を構成する生物のうち、微生物は約38億年前に誕生して以来、大気中から深海底、地表から地下数千mの地殻深部、氷点下の極地から100°C以上の熱水環境など、地球内部を除く地球物質圏のほぼ全域に生息しているため、時間軸・空間軸の上で地球物質圏との関わりがきわめて大きいと考えられる。そこで、本研究では地球物質圏に対する微生物の影響を明らかにすることを目的として、風化堆積物中(入戸火砕流堆績物、アカホヤ火山灰、開聞岳火山灰、桜島火山灰)での微生物のイオン濃集と鉱物生成について検討した。その結果、これらの風化堆績物中には膨大な量(10^710^8cells/g)の1.02.0μmサイズの球菌及び桿菌が生息し、その大部分は菌体表面に厚さ<2μmのAl、Si、Feを主体とする非晶質繊維状珪酸塩鉱物を生成していることが明らかとなった。EDX分析の結果、これらバクテリア表面の珪酸塩鉱物は共存する非生物起源二次鉱物(アロフェン叉はハロイサイト)とは明らかに異る化学組成を示し、アロフェン-ノントロナイトーシャモサイト領域の幅広い化学組成を特徴とする。一方、間隙水の飽和度は、非晶質SiO_2、非晶質Al(OH)_3、バイデライトに不飽和、フェリハイドライト、アロフェン、ハロイサイト、ノントロナイトに過飽和であることから、ハクテリア細胞の表面が間隙水中のAl、Si、Feイオンの結合サイトとして機能し、これらを核としてAl-si-Fe非晶質固相の生成が進行していることを示唆した。さらに、これらのバクテリアは.間隙水中に種々の有機酸(乳酸、酢酸、酒石酸、クエン酸、マレイン酸)を放出していることが確認され、有機酸生成による鉱物の溶解促進作用をもつことも明らかとなった。
液体，固体及び地形表面形状の動的計測法法開発への挑戦

既に開発済みであるプロジェクタとデジタルカメラを使った3次元表面形状計測法を実践的な実験波浪や流れへの適用に向けて不可欠な機能を導入し,新たな計測システムへと発展させた.プロジェクタの投影周波数とカメラ撮影との同期,動的表面上の投影カラーパターンの追跡アルゴリズムを開発した.自由水面を計測する場合,水中のランベルト多重散乱系がつくる光が水面特定の精度を著しく低下させる問題が判明し,この問題を解消するためのアルゴリズムを開発した.開発したシステムは自由水面流れ計測に応用し,計測結果を使った新たな表面形状解析ツールを開発すると同時に,砕波水面形遷移に関わる新たな知見を取得した.計測タイミング制御アルゴリズム開発本計測システムで使用する市販のPCプロジェクタを使ってプロジェクタ投影固有周期以上で高速撮影を行う場合には,対象物上に単色のみ投影された画像となるためカラー抽出処理が不能となる.昨年までに開発したプログラマブル・プロジェクタに対する投影時間間隔,強度,パターンの最適化アルゴリズムを高速画像計測へ適用し,その精度,信頼性を検証した.マルチレベル空間最適化法によるカラーパターン追跡アルゴリズムの開発昨年までに開発した画像上の対応カラーブロックの自動追跡法をクアドツリーグリッドを用いた多重解析法を導入することによりさらに高速,高効率化を進めた.これは,オプティカルフローの解析法の一つである空間最適化法を適用し,連続した画像上において対象表面に投影された同一カラーブロックを追跡し,動的なブロック位置の特定を行うことにより対応ブロック検出の自動化を図るものであり,多重解像度をもつ画像上のカラーブロックの色をRGB分解したうえで,連続する画像上のそれぞれの色要素の輝度が保存されるよう移動速度の最適解を変分原理を基に決定するものである.水中からの散乱光補正昨年までに新たに発見された問題について検討を行い,水面計測において一定の精度を保証するためのモデルを開発した.これは,自由水面にプロジェクタ光を照射する際に発生する水中のランベルト多重散乱系がつくる光分布が水面特定の精度を著しく低下させる現象を数値的に再現し,照射角度と水中に混入した染料濃度の2つのパラメータから誤差を最小化するようにパラメータ化するものである.なお,これらの検証は,購入したダムブレーク水槽において,ゲート開放に伴う水柱崩壊から段波の進行へと典型的な非定常水面形が発達する流れに対して行われたものである.既に開発済みであるプロジェクタとデジタルカメラを使った3次元表面形状計測法を実践的な実験波浪や流れへの適用に向けて不可欠な機能を導入し,新たな計測システムへと発展させた.プロジェクタの投影周波数とカメラ撮影との同期,動的表面上の投影カラーパターンの追跡アルゴリズムを開発した.自由水面を計測する場合,水中のランベルト多重散乱系がつくる光が水面特定の精度を著しく低下させる問題が判明し,この問題を解消するためのアルゴリズムを開発した.開発したシステムは自由水面流れ計測に応用し,計測結果を使った新たな表面形状解析ツールを開発すると同時に,砕波水面形遷移に関わる新たな知見を取得した.計測タイミング制御アルゴリズム開発本計測システムで使用する市販のPCプロジェクタを使ってプロジェクタ投影固有周期以上で高速撮影を行う場合には,対象物上に単色のみ投影された画像となるためカラー抽出処理が不能となる.この投影照明に起因する障害を解決するため,昨年度購入した各色の投影時間間隔,強度,パターンを制御可能なプログラマブル・プロジェクタを導入し,タイミングコントローラを介して高速カメラと完全に同期する本形状計測に特化したシステムを構成した.マルチレベル空間最適化法によるカラーパターン追跡アルゴリズムの開発オプティカルフローの解析法の一つである空間最適化法を適用し,連続した画像上において対象表面に投影された同一カラーブロックを追跡し,動的なブロック位置の特定を行うことにより対応ブロック検出の自動化を行った.これは,画像上のカラーブロックの色をRGB分解したうえで,連続する画像上のそれぞれの色要素の輝度が保存されるよう移動速度の最適解を変分原理を基に決定するものである.さらに,高解像計測画像において高速でカラーブロック追跡処理を行うため,画像を複数の解像度レベルに分解し,低レベルの最適解から効率的に高レベル解を連動して求めるマルチレベル法を適用するための基本アルゴリズムを開発した.水中からの散乱光補正自由水面を計測する場合,水中のランベルト多重散乱系がつくる光が水面特定の精度を著しく低下させることが新たに判明した.この散乱光による誤差を補正するための基礎アルゴリズムを考案し,システムへの導入を進めた.今年度行う精度検証において,この計測誤差の特徴を明らかにする予定である.前年までに開発した計測タイミング制御アルゴリズム,マルチレベル空間最適化法によるカラーブロックの自動追跡アルゴリズム,そして液体自由水面座標に生じるエラーを修正するアルゴリズムをシステムに導入した.ここで水中からの散乱光補正は,水中に混入する微粒子間のランベルト多重散乱による影響を多段階の逐次計算により数値的見積もるものであり有意なコストが必要となることが判明している.この問題を解消するため,光学的多重反射系の近似的解を陽的に見積もる最適化法を開発した.この成果は国際専門雑誌への投稿を準備中である.砕波水面及びダムブレーク遡上波水面の動的形状計測に対する2種類の応用実験を行い新たな知見を取得した.巻き波砕波後の水面は着水後にフィンガージェットの形成,そして飛沫への分裂と動的に変動する.一方,任意の勾配を遡上するダムブレーク

遡上波は,勾配の急峻化に伴い先端の形状blob状に変形し,その背後の水層部の厚さが薄くなり波状の水面形が形成される.新たなアルゴリズムを導入した本画像計測法は,連続的な大変形を伴う表面形状の追跡を可能とするものであるが,水面の分裂等表面においてプロジェクターの反射光が消失する様な複雑な形状遷移に対する計測においては大きな誤認識が生じることが判明した.このエラーを回避するため2眼視計測により2つの視軸上のカラーブロックを抽出する新たなアルゴリズムを開発した.これは2つのカメラとプロジェクターに対応する3つのピンホールモデル系において位置誤差が最小となるように較正されるのであり,両カメラの視軸上で探索されるカラーブロックのみ真値として取得可能であり,原理的にカラーブロック自体の追跡が不要となり,信頼性が向上する.海岸工学本年度実施予定であった計測タイミング制御アルゴリズム及マルチレベル空間最適化法によるカラーパターン追跡アルゴリズムの検証,そして水中からの散乱光補正モデル開発を全て行い,システムの実用化へ向けた十分な研究成果を得ている.本年度実施予定であった,計測タイミング制御アルゴリズム開発,およびマルチレベル空間最適化法によるカラーパターン追跡アルゴリズムの開発は,計画通り進行し,当初の予定通り本年度に開発が完了する予定である.オリジナルの計測アルゴリズムに加え水中からの散乱光補正を行うことで自由水面の形状計測精度を大幅に精度を可能なことが明らかになり,その補正アルゴリズムを開発した.これにより本年度は当初の研究計画以上の成果を取得することができた.昨年度まで別個に作成したアルゴリズムを統合し,総合的な計測精度検証を行うと同時に,気体液体を同時に含む流れ場の動的表面計測へ応用し,実践的問題点の修正とその能力の検証をを行う.昨年度から進めている計測タイミング制御アルゴリズム開発,およびマルチレベル空間最適化法によるカラーパターン追跡アルゴリズムの開発を継続して行い.本年度中での完成を目指す.加えて,昨年度判明した水中からの散乱光補正を行うことで自由水面の形状計測精度を大幅に精度向上を実現できることが判明しており,新たに考案した補正をシステムに導入し精度検証を進める.予定していたタスクが予定より早く完了し,当初計上していた予算より低額で抑えることができた.本年度の実験において,新たに判明した実験水槽のゲートの改良のための材料費として未使用予算を使用する予定である.
競技者のコンディショニング評価のための実践的低侵襲性評価方法の開発

本研究では、スキンブロッティング(SB)法による局所筋の炎症マーカーの測定および総ヘモグロビン量(Hbmass)の測定により、競技者の全身性および局所性のコンディション評価を一体的に実施できる方法を確立することを目的とする。研究は、1SB技術の測定精度向上の研究2競技者のトレーニング期間ごとのSB法による筋炎症マーカーとHbmassの変動を検討すること3外傷受傷による不活動およびトレーニング量減少時のコンディションをSB法による筋炎症マーカーとHbmassで評価すること、を通じて、これらの指標を用いたスポーツ競技者の長期的コンディショニング評価法の確立する。
金管楽器奏者の表情筋活動と口腔内圧力とマウスピースフォースの協調制御について

本研究では,金管楽器演奏時の表情筋の活動,マウスピースを唇に押し付ける力,口腔内圧力を同時計測することで,これらの経時変化ならびに協調関係を検討した.その結果,表情筋の活動とマウスピースを唇に押し付ける力,口腔内圧力とマウスピースを唇に押し付ける力の間に相関関係があることが示された.これら一連の成果について,国内・国際学会で公表するとともに,一般向け講演などのアウトリーチ活動を行った.初年度である本年度は、まず表面筋電図計測に必要な機材ならびにデータの取り組みと解析に必要な機材の購入、そして「楽器と唇の接触部にかかる力(マウスピース力)」計測装置の開発を行った。次にこれらの機材を用いて実験環境を組み立て、数名の被験者を用いて「表情筋の活動」と「マウスピース力」と「口腔内の圧力」のそれぞれに対して予備実験を行った。そこで計測環境に不備がないこと、実験が適切に行えること、そして作成したデータ解析プログラムに誤りがないことを確認した。マウスピースフォースに関しては、開発した計測機を用いて熟達奏者10名に対して本実験を行った。その結果、熟達奏者は演奏する音の高さに対してマウスピース力を強く発揮していること、高い音ほどマウスピース力の個人間のばらつきは大きいこと、大きな音量ほどマウスピース力は強く発揮されることを明らかにした。また、音出し瞬間のマウスピース力と音が安定して鳴っているときのマウスピース力は、大きな音量を演奏したときのみ異なることを明らかにした。以上の結果から、マウスピース力は振動する唇の張力を変化させる役割、ならびに息圧の変化による唇からの息漏れを防ぐ役割を担っていることが示唆された。これらの研究成果はさまざまな学会やシンポジウムなどで発表を行い、特に日本音響学会からは奨励賞を受賞した。現在は、未熟達奏者のマウスピース力も計測しており、熟達度によるマウスピース力の制御の違いを明らかにしつつある。平成27年度は、主に未熟達奏者の「楽器と唇の接触部にかかる力」を計測し、前年度計測した熟達奏者の結果と比較することで金管楽器演奏における力制御の考察を深めた。具体的には、演奏時に発揮された力の最大値を比較、また音開始時刻に発揮された力を比較することで熟達度における力制御の違いを明らかにした。本研究の成果は、演奏指導現場で伝えられている力制御方法とは明らかに異なっていたことから、指導者そして指導を受ける演奏者にとって重要な知見になった。また本研究の成果は、今後行う研究の基礎データになることから、金管楽器演奏の研究を発展させるうえで意義深い。これらの成果は、国際学会1件、国内学会2件、招待公演2件で公表した。現在は、原著論文として運動制御関連の国際誌に投稿する準備を進めている。また27年度は、「表情筋の活動」と「口腔内の圧力」を同時計測し、協調制御に関する実験を行った。上記2つの指標を同時計測する実験環境を整えデータ収集を行い、解析プログラムを作成して特徴量の算出を行った。その結果、上記2つの指標の間には関係性があること、演奏課題が変わるとその関係性は変化すること、熟達度によってその関係性は変化することなどが示唆された。今後は、これらの結果をもとに今後の実験内容を精査して「表情筋の活動」と「口腔内の圧力」の協調制御に関する考察を深める。また得られた知見は、学会発表や原著論文により公表を行う。平成27年度は、計画通り実験を行い新しい知見を見出すことができた。このことから、研究はおおむね順調に進展していると考えられる。平成28年度は、当初の計画通りに「表情筋の活動」と「口腔内の圧力」と「楽器と唇の接触部にかかる力」を同時計測する実験を実施し、熟達者と未熟達者の制御様式の違いを考察した。具体的には、両群が演奏できる課題を用いて楽器演奏時の「表情筋の活動」と「口腔内の圧力」と「楽器と唇の接触部にかかる力」の各代表値を算出し、それらの相関関係を求めることで両群に差がみられるか検討を行った。その結果、単純な演奏課題では熟達者と未熟達者の間に差は認められないことが明らかになった。また世界的に有名な奏者のデータを取得しその解析も行った。その結果、熟達者と未熟達者と世界的に有名な奏者の間に差は認められないことが明らかになった。さらに「楽器と唇の接触部にかかる力」の追加実験を実施することで金管楽器演奏における「楽器と唇の接触部にかかる力」の役割を詳細に検討することができた。具体的には、「楽器と唇の接触部にかかる力」は音高調節においてフィードフォワード制御様式であるのに対して、音圧調節においてはフィードバック制御様式であることが示唆された。本研究の成果は演奏指導現場で伝えられている制御方法とは明らかに異なることから、金管楽器演奏の研究を発展させるうえで意義深い。これらの研究成果は、国内学会3件、国際学会1件で公表するとともに、一般市民の方を対象にしたセミナーを開催することで一般の方にも広く研究成果を伝えた。現在は、原著論文として運動制御関連の国際誌に投稿する準備を行っている。本研究では,金管楽器演奏時の表情筋の活動,マウスピースを唇に押し付ける力,口腔内圧力を同時計測することで,これらの経時変化ならびに協調関係を検討した.その結果,表情筋の活動とマウスピースを唇に押し付ける力,口腔内圧力とマウスピースを唇に押し付ける力の間に相関関係があることが示された.

これら一連の成果について,国内・国際学会で公表するとともに,一般向け講演などのアウトリーチ活動を行った.初年度は、当初の実施計画通り表面筋電図計測に必要な機材の購入、データの取り組みと解析に必要な関連機材の購入、そしてマウスピースフォース計測装置の開発を行った。また実験環境を組み立て、数名の被験者を用いて予備実験を行い、計測環境に不備がないこと、実験が適切に行えること、また作成したデータ解析プログラムに誤りがないことを確認した。さらに、マウスピースフォースに関して実験を行い、成果をまとめて国内の学会で発表を行った。以上のことから、本件の研究はおおむね順調に進展していると考えられる。平成28年度は、当初の計画通り「表情筋の活動」と「口腔内の圧力」、「楽器と唇の接触部にかかる力」を同時計測し、熟達奏者と未熟達奏者の制御様式の違いを考察する。得られた研究成果は英文化し原著論文として運動制御関連の国際氏に投稿する。また国内学会および国際学会で研究成果を公表するとともに、自身主催の講演会などで一般市民を対象に研究成果を広く公表する。複合領域初年度は当初の実施計画通りに研究がおおむね進展したことから、2年目にあたる本年度も実施計画通りに研究を進めていこうと考えている。まず、「表情筋の活動」と「マウスピース力」を同時計測できる実験環境を準備し、数名の被験者に対して予備実験を行う。不備なく実験が行えることを確認ができたら、熟達奏者を対象に実験を行い「表情筋の活動」と「マウスピース力」の協調制御に関する考察を行う。得られた成果は、国内および国際学会で研究成果を公表する。続いて、この2つの指標の同時計測に加えて「口腔内の圧力」も計測できる実験環境を準備し、熟達奏者を対象に同様の手続きで実験を行う。さらに、初年度に実験を行った「マウスピース力」に関する研究成果は、英文化し原著論文として運動制御学関連の国際誌に投稿するため、執筆を行う。平成26年度科学研究費補助金の内、2014年11月8日(土)9日(日)岡山大学で開催されたバイオメカニズム学会に参加す際、旅費に1000円の差額が発生したため平成28年度の旅費として使用を計画している
人工子宮の開発

早産未熟児、特に妊娠24週未満で流産または早産した新生時は、皮膚が弱く肺も未熟なため、従来から使われている保育器と人工呼吸器を用いた方法では、必ずしもインタクト・サバイバルが望めない。そこで、子宮内のような生理的状況下で保育可能な人工子宮の開発を行なっている。本研究では、人工子宮の体外循環回路の改良と以下に述べるような一連の関連実験を行ない、それぞれ示すような成果が得られた。帝王切開により取り出したヤギ胎仔を、人工羊水で満たした水槽内に移し、臍帯動脈から脱血して模型人工肺を用いた装置で酸素化して臍帯静脈に還流するシステムの改良を行ない、良好な結果が得られた。模擬実験にて還流システムの特性試験を行ない、体外循環血流量の変化に対し、回路内の血液量が胎仔循環血液量の1020%に相当する量ほど変化することが分かった。しかし、実際の保育実験の結果から判断して、この程度の変動に対しては胎仔は順応可能であることが示唆された。人工子宮の体外循環に相当する胎盤循環の障害が胎仔の脳に与える影響を調べるため、マイクロスフェアを用いた胎仔各部の血流計測および過酸化脂質の測定を行なった。その結果、臍帯の間欠的圧迫により、脳血流が一時的に増加し、その後減少に転じること、およびフリーラジカルによる障害を意味する過酸化脂質の増加が特に脳に顕著であることが確認され、今後の人工子宮開発に役立つ重要な所見が得られた。さらに、人工子宮の適応の対象となりうる横隔膜ヘルニアの動物実験モデルを作成することを目的に、ヤギ胎仔の胎児手術を行なった。横隔膜に切開を加えた胎仔を再び子宮内で育てることで、実際の横隔膜ヘルニア症例と同じように、腸の胸腔内脱出と肺の低形成を作ることに成功した。将来、この実験モデルを用いることにより、横隔膜ヘルニアの外科的修復と人工子宮での保育を組合せた新しい治療法の開発が期待できる。母体および胎盤から独立した個体としての胎児固有の生理を研究する実験モデル作成を当面の目標に、超未熟ヒト新生児救命を将来の目的に、水槽と膜型人工肺を用いた装置で、帝王切開により取り出した未熟ヤギ胎仔を水中で肺呼吸させずに保育する人工子宮の開発を行なっている。脱血は臍帯動脈から、送血は臍帯静脈から行なった。脱血側の回路圧を一定とし、臍帯動脈から胎児の心臓によって押し出される血液量に応じて人工肺の流量を調整することでは、概ね1週間程度の保育が可能であった。しかし、胎動などの因子により、急激な動脈圧上昇がみられた場合、脱血量が急激に上昇して胎児の体内循環血液量が減少して、循環動態を悪化させてしまう。そこで、脱血の血液量をほぼ一定にするように、脱血側回路圧を電気的に高速に調整する加圧装置を試作した。加圧には圧縮空気を用い、調圧弁を高速にコントロールすることで、胎児の急激な血圧変動にも追従できる。脱血側回路の圧を一定にするように脱血量を調節するほうがよいのか、脱血量を一定にするように脱血側回路の圧を調整したほうがよいのかの結論は、次年度以降の検討課題となったが、この際、胎動などの因子により、急激な動脈圧上昇がみられた場合、生理的には胎盤をかなり大きな容量性のバッファとみなすか否かという問題が重要になった。

そのため、ヤギ胎仔における体内と体外(胎盤)との血液量の分配比の生理的変動を知る必要がでてきた。このため、今後の研究計画の中に、カテーテルを子宮内胎仔に挿入した慢性実験の項目を追加することとした。母体および胎盤から独立した個体としての胎児固有の生理を研究する実験モデル作成を当面の目標に、超未熟ヒト新生児救命を将来の目的に、水槽と模型人工肺を用いた装置で、帝王切開により取り出した未熟ヤギ胎仔を水中で肺呼吸をさせずに保育する人工子宮の開発を行なっている。臍帯動脈から脱血を行ない、臍帯静脈に送血する回路を用い、脱血側の回路圧を一定として、臍帯動脈から胎児の心臓によって押し出される血液量に応じて人工肺の流量を調整することでは、概ね1週間程度の安定した保育が可能であった。循環系のコントロールのための装置およびプログラムを、動物実験を行いながら改良を加えた。ヤギ胎仔における体内と体外(胎盤)との血液量の分配比の生理的変動を、カテーテルを子宮内胎仔に挿入した慢性実験にて調べることを試みたが、胎仔の子宮内死亡例が多く十分なデータが得られなかった。水、電解質バランスをコントロールできるように透析装置を回路に組み込んだが、全身浮腫発生という点において期待したほどの効果が認めらず、水、電解質バランスに関しては、単純に外部からのコントロールのみでは解決されない問題があることが示唆された。長期間保育に備え、水槽の汚染、保温に関する調査も行なった。胎動などの因子により急激な動脈圧上昇がみられた場合の体外回路のコントロールに対する不安定性は、かなりの改善が認められたが、より一層の改良が必要と考えられる。カテーテルを子宮内胎仔に挿入した慢性実験においては、臍帯にカテーテルを挿入して固定する手技の改良が必要とされる。水、電解質バランスについては、ホルモン投与などの、透析手段以外の方法も考慮する必要が示され、今後の課題となった。妊娠24週未満で流産または早産した新生児は、皮膚が弱く肺も未熟なため、従来から使われている保育器と人工呼吸器を用いた方法では、必ずしもインタクト・サバイバルが望めない。そこで、子宮内のような生理的状況下で保育可能な人工子宮の開発を行なっている。今年度は、人工子宮の体外循環回路の改良と以下に述べるような一連の関連実験を行ない、それぞれ示すような成果が得られた。帝王切開により取り出したヤギ胎仔を、人工羊水で満たした水槽内に移し、臍帯動脈から脱血して模型人工肺を用いた装置で酸素化して臍帯動脈に還流するシステムの改良を行ない、良好な結果が得られた。模擬実験にて還流システムの特性試験を行ない、体外循環血流量の変化に対し、回路内の血液量が胎仔循環血液量の1020%に相当する量ほど変化することが分かった。しかし、実験の保育実験の結果から判断して、この程度の変動に対しては胎仔は順応可能であることが示唆された。人工子宮の体外循環の障害が胎仔の脳に与える影響を調べるため、マイクロスフェアを用いた胎仔各部の血流計測および過酸化脂質の測定を行なった。その結果、臍帯の間欠的圧迫により、脳血流が一時的に増加し、その後減少に転じること、およびフリーラジカルによる障害を意味する過酸化脂質の増加が特に脳に顕著であることが確認され、今後の人工子宮開発に役立つ重要な所見が得られた。さらに、人工子宮の適応の対象となりうる横隔膜ヘルニアの動物実験モデルを作成することを目的に、ヤギ胎仔の胎児手術を行なった。横隔膜に切開を加えた胎仔を再び子宮内で育てることで、実際の横隔膜ヘルニア症例と同じように、腸の胸腔内脱出と肺の低形成を作ることに成功した。将来、この実験モデルを用いることにより、横隔膜ヘルニアの外科的修復と人工子宮での保育を組合せた新しい治療法の開発が期待できる。
FGF23/klothoによるミネラル代謝と寿命制御

本研究の全体構想は、腎臓脳を結ぶリン代謝調節機構を中核として、Kloth-FGF23の結合による分泌される抗老化因子の同定と、Sirt1活性化機構について検討する。つまり、klotho/FGF23/Sirt1経路による寿命制御を連結する新しい概念「腎ミネラル老化学」分野の分子基盤の確立を目指すものである。本研究の結果、以下の成果を得た。マウス脳脈絡層からシグナルシークエンストラップ法を用いて、リンに応答する分泌蛋白の同定を試みた。その結果、分泌型klothoなどの数個の候補クローンが得られた。次に、FGF23/klotho経路が脳脈絡層に存在することを明らかにした。この経路で活性化される、抗老化因子の精製は成功しなかった。さらに、FGF23の脳内注入により活性化される分子の同定を試みたが、ERKなどの蛋白の活性化とNa/K-ATPase蛋白の低下が確認された。さらに、寿命遺伝子であるSirt1の活性化が確認された。次に、Kl/klマウスの高リン血症を是正すると、表現型の回復と、寿命の延長が観察された。一方、FGF23-KOマウスでは寿命短縮、高リン血症、高ビタミンD血症が見られるが、リン制限での表現型の回復が観察できなかった。以上より、脳室脈絡層に発現するklothoはFGF23の受容体として機能できること。また、klotho/FGF23のシグナルは、ERKのリン酸化を介してSirt1の活性化を促進すること。さらに、リン代謝の改善はklotho変異マウスの表現型を回復させ、これらにはSirt1の活性化が関与していることを明らかにした。つまり、klotho/FGF23/Sirt1経路は脳内と腎臓におけるミネラル代謝を調節し、さらに老化制御に関与する可能性が示唆された。
トリプルターゲティングによるがん細胞に特異的な核内転写抑制システムの構築

平成11年度は,標的化リポソームに関する検討,核内の特異的転写阻害に関する検討,核内送達量の定量化に関する検討を行った.(1)トランスフェリン(Tf)をリガンドとした癌細胞標的化リポソームによる抗腫瘍効果:血中滞留性リポソームのPEGの先端にTfを結合させて,がん細胞を選択的に認識する標的化リポソームを調製した.このリポソームにドキソルビシンを封入し,Tf-receptorを介して細胞内へ抗癌剤の導入させた.その結果,ドキソルビシンに耐性である癌細胞に対しても有効となり,Tf-receptorを標的とした細胞内送達の有用性を示すことができた.(2)転写阻害リガンドの合成とin vitro系におけるTFIIHの転写因子阻害実験:RNAポリメラーゼIIの最大サブユニットRPB1(分子量約200kDa)のC末端にあるCTD(C-Terminal Domain)とよばれる繰り返し配列に対するペプチドを合成した.精製した五つの基本転写因子とRNAポリメラーゼIIからなる再構築系にて転写阻害活性について検討したところ,IC50は約1mMであり,さらに特異性の高いリガンドについて現在検討中である.(3)核内送達遺伝子の定量法の確立:本年度はサザンブロッティング法に基づいた核内プラスミドの定量法を新たに確立した.その結果,PCR法よりも正確に核内プラスミド量の定量が可能となった.平成11年度は,標的化リポソームに関する検討,核内の特異的転写阻害に関する検討,核内送達量の定量化に関する検討を行った.(1)トランスフェリン(Tf)をリガンドとした癌細胞標的化リポソームによる抗腫瘍効果:血中滞留性リポソームのPEGの先端にTfを結合させて,がん細胞を選択的に認識する標的化リポソームを調製した.このリポソームにドキソルビシンを封入し,Tf-receptorを介して細胞内へ抗癌剤の導入させた.その結果,ドキソルビシンに耐性である癌細胞に対しても有効となり,Tf-receptorを標的とした細胞内送達の有用性を示すことができた.(2)転写阻害リガンドの合成とin vitro系におけるTFIIHの転写因子阻害実験:RNAポリメラーゼIIの最大サブユニットRPB1(分子量約200kDa)のC末端にあるCTD(C-Terminal Domain)とよばれる繰り返し配列に対するペプチドを合成した.精製した五つの基本転写因子とRNAポリメラーゼIIからなる再構築系にて転写阻害活性について検討したところ,IC50は約1mMであり,さらに特異性の高いリガンドについて現在検討中である.(3)核内送達遺伝子の定量法の確立:本年度はサザンブロッティング法に基づいた核内プラスミドの定量法を新たに確立した.その結果,PCR法よりも正確に核内プラスミド量の定量が可能となった.
エアリフト型動物細胞培養槽のミリ・マイクロ・ナノ・フルイディクス

気泡流動を用いたエアリフト型動物培養細胞槽の生産性向上のために,(1)「上昇気泡挙動」と(2)「細胞の輸送現象」の見地から研究を行った.均一気泡流動を実現するためには,最適な気泡数密度すなわち,気泡径および気泡間隔を決定する必要がある.界面活性剤の影響が気泡挙動には非常に重要となってくるために,超純水中における気泡挙動を観察した.自由界面と上昇気泡の反発においては接触時間は突入速度によらず一定であり,反発過程におけるエネルギー散逸は非常に小さいことがわかった.超純水中における並行して上昇する2気泡問に働く相互作用に関しては,2気泡が合体する場合には気泡形状変化を伴って速度低下が見られた.反発する場合にも大きな速度低下が観察された.また,シリコンオイル中に紫外線誘起フォトクロミック染料を溶解し,気泡の後流の可視化観察を行った.並行して上昇する2気泡が衝突後に反発する場合には,気泡後部に発達した後流が衝突と同時に剥離し,2気泡問に入り込み衝突後の気泡挙動に大きな影響を与えることがわかった.また,繰り返し反発する場合には,気泡後部に発達するdouble thread型およびhorse-shoe型後流が観察され,単一上昇気泡の挙動との類似を観察した.さらに,細胞活動と細胞外マトリックスにおける輸送現象に着目し,細胞周囲における物質輸送現象を解明するために,ジェル内に懸架された動物細胞(牛由来軟骨細胞)と細胞代謝によって細胞周囲に構築される細胞外マトリックスにおける糖の拡散現象を可視化した.細胞活動により細胞周囲には細胞外マトリックスの形成が観察され,特に拡散種の電荷の影響が大きいことを観察した.気泡流動を用いたエアリフト型動物培養細胞槽の生産性向上のために,(1)「上昇気泡挙動」と(2)「細胞の輸送現象」の見地から研究を行った.均一気泡流動を実現するためには,最適な気泡数密度すなわち,気泡径および気泡間隔を決定する必要がある.界面活性剤の影響が気泡挙動には非常に重要となってくるために,超純水中における気泡挙動を観察した.自由界面と上昇気泡の反発においては接触時間は突入速度によらず一定であり,反発過程におけるエネルギー散逸は非常に小さいことがわかった.超純水中における並行して上昇する2気泡問に働く相互作用に関しては,2気泡が合体する場合には気泡形状変化を伴って速度低下が見られた.反発する場合にも大きな速度低下が観察された.また,シリコンオイル中に紫外線誘起フォトクロミック染料を溶解し,気泡の後流の可視化観察を行った.並行して上昇する2気泡が衝突後に反発する場合には,気泡後部に発達した後流が衝突と同時に剥離し,2気泡問に入り込み衝突後の気泡挙動に大きな影響を与えることがわかった.また,繰り返し反発する場合には,気泡後部に発達するdouble thread型およびhorse-shoe型後流が観察され,単一上昇気泡の挙動との類似を観察した.さらに,細胞活動と細胞外マトリックスにおける輸送現象に着目し,細胞周囲における物質輸送現象を解明するために,ジェル内に懸架された動物細胞(牛由来軟骨細胞)と細胞代謝によって細胞周囲に構築される細胞外マトリックスにおける糖の拡散現象を可視化した.細胞活動により細胞周囲には細胞外マトリックスの形成が観察され,特に拡散種の電荷の影響が大きいことを観察した.気泡流動を用いたエアリフト型動物培養細胞槽の生産性向上のために,(1)「上昇気泡挙動」と(2)「細胞の輸送現象」の見地から研究を行った.均一気泡流動を実現するためには,最適な気泡数密度すなわち,気泡径および気泡間隔を決定する必要があり,その基本要素である単一で上昇する気泡と相互作用を及ぼす複数気泡の挙動に着目した.界面活性剤の影響が気泡挙動には非常に重要となってくるために,まず超純水を用いた実験装置を構築し超純水中における気泡挙動を観察した.次に界面活性剤の影響が無視し得るシリコンオイル中に紫外線誘起フォトクロミック染料を溶解し,紫外線シート光により誘起された着色面内を通過した気泡の後流の観察に成功した.特にsingle threadおよびdouble threadの形状を観察し,気泡がジグザグ運動と螺旋運動を行う場合には,double thread型後流の変動の様子が異なることを確認した.さらに,double thread型後流の初生形成過程の観察に成功した.気泡が反発・合体する際にも気泡後流が重要な役割を果たしていることを観察した.気泡下部に成長する渦輪同士の干渉およびdouble thread型の後流の干渉により,衝突後の気泡挙動は大きく影響を受けることを確認した.また,細胞の輸送現象を評価するために牛関節軟骨由来細胞を単離し,細胞周囲における輸送現象を観察するために高分子ゲル中で3次元培養を行った.細胞活動により細胞周囲には細胞外マトリックスの形成が観察され,細胞代謝による輸送現象をモデル化するために,媒質の分子量および電荷が細胞周囲の輸送現象には大きな影響を及ぼすことを観察した.昨年度より引き続いて気泡流動を用いたエアリフト型動物培養細胞槽の生産性向上のために、(1)「上昇気泡挙動」と(2)「細胞の輸送現象」の見地から研究を行った。均一気泡流動を実現するためには、最適な気泡数密度すなわち、気泡径および気泡間隔を決定する必要がある。界面活性剤の影響が気泡挙動には非常に重要となってくるために、昨年度に引き続き超純水中における気泡挙動を観察した。単一直線上昇気泡の場合には、気泡径が小さい場合にはMoore解に一致するが、大きくなると最大8%の誤が差生じることがわかった。

自由界面と上昇気泡の反発においては接触時間は突入速度によらず一定であり、反発過程におけるエネルギー散逸は非常に小さいことがわかった。超純水中における並行して上昇する2気泡間に働く相互作用に関しては、2気泡が合体する場合には気泡形状変化を伴って速度低下が見られた。反発する場合にも大きな速度低下が観察された。また、シリコンオイル中に紫外線誘起フォトクロミック染料を溶解し、気泡の後流の可視化観察を昨年度に引き続き行った。並行して上昇する2気泡が衝突後に反発する場合には、気泡後部に発達した後流が衝突と同時に剥離し、2気泡間に入り込み衝突後の気泡挙動に大きな影響を与えることがわかった。また、繰り返し反発する場合には、気泡後部に発達するdouble thread型およびhorse-shoe型後流が観察され、単一上昇気泡の挙動との類似を観察した。さらに、昨年度に引き続き、細胞活動と細胞外マトリックスにおける輸送現象に着目し、細胞周囲における物質輸送現象を解明するために、ジェル内に懸架された動物細胞(牛由来軟骨細胞)と細胞代謝によって細胞周囲に構築される細胞外マトリックスにおける糖の拡散現象を可視化した。細胞活動により細胞周囲には細胞外マトリックスの形成が観察され、特に拡散種の電荷の影響が大きいことを観察した。
DNAナノ組織体の設計・構築と機能発現

本研究では、遺伝子DNAをベースにした「ナノ組織」構築のために、複合化のインターフェイスとなる様々な科学的ツールを開発することを目的としている。本年度は配列明確な一本鎖DNAをベースに、ビニル(主鎖)・DNA(側鎖)グラフト体を開発することに成功し、その機能が新しい応用可能性を拓くことを明らかにした。末端にビニル基を導入した(dT)8量体とN-イソプロピルアクリルアミドモノマー(NIPAAM)を共重合させ、グラフト型複合体を得た。この複合体は、ポリNIPAAMのLCST(31°C)以上で沈殿・分離するが、その際に(dA)8量体を系中に共存させると、これが完全に沈殿相に移動するのに対し、(dT)8量体はほぼ8割が上清に残ることが明らかとなった。DNAの相補的二重らせん形成に基づくと考えられる。また、(dA)8量体の一箇所をTで置き換えたミスマッチ配列は上清に残ることから、その分子識別能は極めて高い。DNA相補鎖分離は既にアフィニティーカラム法やDNA固定化ラテックス法で報告されているが、本複合体は相補鎖(二重らせん)形成を均一系で行うため、より精密な分離が期待できること、そして操作容量(サンプルの体積)が極く僅かで済むことが特長であり、生化学分野での応用展開が極めて有望であると考えている。なおこの際、複合体が相補鎖を形成する過程において、これを安定化する効果があることが見出された。すなわち複合体を含む2重鎖の融解温度は通常の2重鎖に比べ5ないし8°C高いことが確かめられた。ポリNIPAAM鎖の水素結合性もしくは疎水性が二重らせんや三重らせん構造を安定化する可能性は、本研究の申請の段階で指摘していたが、これが明らかになったことで今後更に詳細に研究する必要がある。