hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
HTLV-I感染によるM期チェックポイント異常とATL治療への応用

ヒトT細胞白血病ウイルスI型(HTLV-I)感染細胞における細胞分裂期(M期)チェックポイント異常の分子機構を解明し,成人T細胞白血病(ATL)治療の標的となるかを明らかにすることを目的とし本研究を行った.我々は, HTLV-I感染T細胞株やATL細胞において, M期チェックポイント遺伝子の一つであるCHFRの発現が異常メチル化により抑制され,これにより細胞の異常増殖がもたらされることを明らかにした.この分子機構をCHFRのユビキチン化標的蛋白質であるAurora Aに焦点を当てて解析した結果, CHFR発現抑制によりHTLV-I感染T細胞ではAurora Aが高発現していること,さらに, siRNAによるAurora AのノックダウンもしくはAuroraキナーゼ阻害剤処理により, HTLV-I感染T細胞の増殖・生存を阻害した.以上の結果より, CHFRおよびAurora AはATL治療の標的となりうることが明らかとなった.ヒトT細胞白血病ウイルスI型(HTLV-I)感染細胞における細胞分裂期(M期)チェックポイント異常の分子機構を解明し,成人T細胞白血病(ATL)治療の標的となるかを明らかにすることを目的とし本研究を行った.我々は, HTLV-I感染T細胞株やATL細胞において, M期チェックポイント遺伝子の一つであるCHFRの発現が異常メチル化により抑制され,これにより細胞の異常増殖がもたらされることを明らかにした.この分子機構をCHFRのユビキチン化標的蛋白質であるAurora Aに焦点を当てて解析した結果, CHFR発現抑制によりHTLV-I感染T細胞ではAurora Aが高発現していること,さらに, siRNAによるAurora AのノックダウンもしくはAuroraキナーゼ阻害剤処理により, HTLV-I感染T細胞の増殖・生存を阻害した.以上の結果より, CHFRおよびAurora AはATL治療の標的となりうることが明らかとなった.細胞分裂期(M期)チェックポイントは染色体の異数体化を防ぐセンサーの役割を果たしている。M期チェックポイント遺伝子の異常は染色体不安定性もたらすため、細胞の癌化において重要な変化と考えられている。本研究では、ヒトT細胞白血病ウイルスI型(HLTV-I)感染細胞におけるM期チェックポイント異常の分子機構を解明し、成人T細胞白血病(ATL)の治療効果を予測するマーカーとなりうるか明らかにすることを目的とし、本年度は、HTLV-1感染T細胞におけるCHFR発現抑制が細胞増殖に及ぼす影響とその分子機構を解析した。1)HTLV-I感染細胞におけるCHFR発現解析:HTLV-I感染T細胞株では非感染T細胞株に比べCHFR mRNA発現が著明に抑制されていた。ATL細胞でも、健常人末梢血単核球に比べCHFR発現の減弱が認められた。CHFR発現抑制とTax発現との相関は認められなかった。2)CHFR遺伝子プロモーター領域の異常メチル化のCHFR発現抑制への関与:当初の計画と異なりCHFR発現とTax発現との関連が認められなかったため、CHFR遺伝子プロモーター領域の異常メチル化のCHFR発現抑制への関与を検討した。COBRA法およびBisulfite-Sequence法による解析の結果、HTLV-I感染T細胞株およびATL細胞ではCHFR遣伝子プロモーター領域の異常メチル化を認め、これらの細胞でのCHFR発現は脱メチル化剤5-aza-2'-deoxycytidineの添加により回復した。3)CHFR発現抑制がHTLV-I感染細胞の生存・増殖に及ぼす影響とその分子機構の解析:CHFR発現抑制を認めるHTLV-I感染細胞株HUT-102にCHFR発現プラスミドを導入して、CHFR発現を回復させるとNF-kB活性が阻害され細胞増殖の抑制が認められた。以上の結果より、HTLV-I感染T細胞株やATL細胞においてM期チェックポイント遺伝子CHFRの異常メチル化による発現抑制はNF-xBシグナル伝達経路を活性化させ細胞の増殖に関与していることが示唆された。本研究成果をもとに、次年度はCHFR発現抑制による細胞増殖促進の分子機構をCHFRのユビキチン化標的蛋白質であるAurora Aに焦点を当てて解析し、Aurora Aを標的とした新規治療法開発の基礎的検討を行なう。本研究では、ヒトT細胞白血病ウイルス1型(HTLV-I)感染細胞における細胞分裂期(M期)チェックポイント異常の分子機構を解明し、成人T細胞白血病(ATL)治療の標的となりうるかを明らかにすることを目的とする。前年度は、HTLV-I感染T細胞株やATL細胞において、M期チェックポイント遺伝子の一つであるCHFRの発現が異常メチル化により抑制され、これにより細胞の異常増殖がもたらされることを明らかにした。本年度は、この分子機構をCHFRのユビキチン化標的蛋白質であるAurora Aに焦点を当てて解析し、Aurora Aを標的とした新規ATL治療法開発の基礎的検討を行ない、以下の知見を得た。1.CHFR発現抑制によるAurora Aの蓄積と活性化HTLV-I感染T細胞株およびATL細胞においてAurora A蛋白質発現増強が見られ、CHFR発現と逆相関を示した。HTLV-I感染T細胞株にCHFR遺伝子を過剰発現させるとAurora A蛋白質発現が減弱したことから、HTLV-I感染T細胞におけるAurora A過剰発現はCHFR発現抑制によると考えられた。HTLV-I感染T細胞株におけるAurora A発現をsiRNAでノックダウンしたところ、HTLV-I感染T細胞の増殖が抑制された。さらに、Aurora AはHTLV-

1ウイルス蛋白質Tax依存性のIKKβリン酸化を亢進させることでNF-kB活性化を増強することを見出した。3.Auroraキナーゼ阻害剤の効果Auroraキナーゼ阻害剤の抗ATL効果をHTLV-I感染T細胞株およびATL細胞を用いて検討したところ、Auroraキナーゼ阻害剤はHTLV-I感染T細胞株特異的に細胞死を誘導し、ATL細胞の生存率も抑制することを見出した。以上の結果より、CHFRおよびAurora AはATL治療の標的となりうることが明らかとなった。
ヒト唾液中に含まれるサイトカインの正常範囲の決定

本研究では,唾液を試料に用いる新しい健康診断手法の開発のための基盤を確保するために,全身的に健康な者から採取した唾液中に含まれるサイトカインの存在の有無と,その濃度範囲を把握することを目的とする。全身的に健康であるとされる者より採取した唾液中の16種類のサイトカイン濃度をBio-Plex suspension arraysystemにて測定した結果,測定したサイトカインのうち8種は全ての被験者から機器の測定可能範囲の値が計測された。本研究の結果,健常者の唾液中サイトカインの特徴が明らかになり,唾液を試料に用いた新規健康診断手法開発のための基盤となる情報が得られた。平成24年度は、徳島大学で実施した職員定期健康診断にて,血液生化学検査,尿検査,BMIなど,全ての項目について正常範囲にあり,特定の疾患状態にない,全身的に健康であるとされる者を対象に本研究への参加を募り,同意が得られた者18名(男性9名,女性9名,平均年齢33.5歳)を被験者とした。唾液はサリベットコットンを用いて1分間の刺激唾液を採取した。唾液採取後に歯周組織の健康状態を調べた。測定の結果,サイトカイン濃度の測定はBio-Plexサスペンションアレイシステムにて, IL-1α,IL-1β,IL-5,IL-6,IL-8,IL-10,IL-12(p40),IL-12(p70),IL-18,IFN-γ,LIF,M-CSF,MIG,PDGF-bb,TNF-α,VEGFの16種のサイトカインについて行った。測定したサイトカインのうちIL-1α,IL-1β,IL-5,IL-8,IL-18,M-CSF,MIG,VEGFは全ての被験者から機器の測定可能範囲の値が計測された。その他のサイトカインの検出率はそれぞれ67%(TNF-α:12名),50%(IL-10,IL-12(p70):9名),33%(IL-12(p40),LIF:6名),22%(IL-6:4名),11%(IFN-γ:2名),6%(PDGF-bb:1名)だった。平成24年度と25年度に徳島大学で実施した職員定期健康診断にて,全ての検査が正常範囲内にあり,全身的に健康であるとされる者に本研究への参加を募った。なお,検査項目はBMI,肝機能検査,糖尿病検査,脂質検査,貧血検査,血圧,尿検査など31項目である。参加同意が得られた者37名(男性12名,女性25名,平均年齢35.2歳)を対象者とした。唾液はサリベットコットン(Sarstedt社)を用いて採取した。唾液中サイトカイン濃度の測定はBio-PlexTM(Bio-rad社)にて1分間の刺激唾液を採取した。,IL-1α,IL-1β,IL-5,IL-6,IL-8,IL-10,IL-12(p40),IL-12(p70),IL-18,IFN-γ,LIF,M-CSF,MIG,PDGF-bb,TNF-α,VEGFの16種のサイトカインについて行った。なお,これらのサイトカインのうち,IL-5を除く7種のサイトカインは女性よりも男性で有意に高いレベルにあった(p<0.05,Mann-Whitney U検定)。ヒトの唾液中には,消化酵素や分泌型IgA等だけでなく,各種のサイトカイン等,様々な生理活性物質が含まれることが近年明らかにされている。また,唾液は血液に比べて採取に際しての侵襲性がなく容易に得ることができるため,臨床検査の検体としての利用が期待されている。本研究では,全身的に健康な者から採取した唾液中に含まれるサイトカインの存在の有無と濃度範囲を把握し,唾液を試料に用いた健康診断手法の基盤的データとなる,唾液中サイトカイン濃度の正常値の設定することを目的とする。平成23年度の予定では徳島大学の保健管理センターが実施する定期健康診断結果をもとにして血液生化学検査,尿検査,BMIなど,全ての項目について正常範囲にあり,特定の疾患状態にない,全身的に健康であるとされる者を対象に本研究への参加を募り,同意が得られた者を被験者とするもので,対象者に連絡を行ったところ,50名ほどの研究参加希望者を得た。

本研究の研究計画等の文書は平成22年度に徳島大学病院倫理審査委員会による審査を受け,すでに承認を得たものである。ところが,健康診断結果をもととするこの被験者の選別方法が健康診断実施時点での全受診者の同意を得ていないということが問題であるとの徳島大学病院倫理審査委員会の勧告により本年度のヒトを用いた研究は停止し、本来は平成24年度に行う予定であった健康マウスの血清および唾液中のサイトカイン測定を本年度に行うことにした。8週齢のBALB/c、C57/BL6、C3H/HeJの3系統の雄雌各5匹ずつより血液と唾液を採取し,普通食で6週間飼育後(14週齢)に再度血液と唾液を採取した。これらの検体中のヒトと共通のサイトカイン15種を選定し,本年度に購入したBio-plex Pro Wash Stationを含むサスペンションアレイ・マルチプレックスシステムを用いて測定した。平成24年度の計画では,徳島大学職員から全身的に健康である者を対象に本研究の参加者を募り,18名の参加者を得て,サンプル採取を行い,唾液中サイトカイン測定を行うことができた。サンプル数は予定としていた数よりも少なくなってしまったが,対象者の選定,サンプルおよび必要な情報採取の流れは実施できたため,おおむね順調に進展いているとした。平成23年度の予定では徳島大学の保健管理センターが実施する定期健康診断結果をもとにして血液生化学検査,尿検査,BMIなど,全ての項目について正常範囲にあり,特定の疾患状態にない,全身的に健康であるとされる者を対象に本研究への参加を募り,同意が得られた者を被験者とするもので,対象者に連絡を行ったところ,50名ほどの研究参加希望者を得た。ところが,健康診断結果をもととするこの被験者の選別方法が健康診断実施時点での全受診者の同意を得ていないということが問題であるとの徳島大学病院倫理審査委員会の勧告により本年度のヒトを用いた研究は停止することとなった。平成24年度には18名の対象者よりサンプルを得たが,今回の結果をもとに今後はさらに被験者数を増やす予定である。具体的には,平成24年度では全身的に健康な者のみを対象者として参加者の募集を行ったが,平成24年度では対象とならなかった者(職員健康診断結果のどれか一つでも正常値になかった者)も含めて対象者を多く獲得する予定である。また,H24年度の対象者を再度被験者として、H25年度の健康診断結果や口腔内状態の変化と唾液サイトカインとの関連性を検討し,健常者の唾液中サイトカインの特徴を明らかにし、唾液を試料に用いた健康診断手法の開発へとつなげる予定である。徳島大学病院倫理審査委員会の勧告に従い,平成24年度には,健康診断の実施に先立って研究の周知を行い,健康診断受診者自身の応募による研究対象者の募集を行うことに修正し,再度徳島大学病院倫理審査委員会の承認を受けた。血液生化学検査,尿検査,BMIなど,全ての項目について正常範囲にあり,特定の疾患状態にない,全身的に健康であるとされる者を対象に本研究への参加を募り,同意が得られた者を被験者とする。研究の内容について十分に説明を行った上で,唾液の採取および歯周組織検査を行い,歯周疾患の状態を診断する。唾液はサリベットコットンにて採取する。本研究では年齢,性差による影響も調査するため,20,30,40,50歳代の各年齢層から男女ともに10名ずつ,合計80名の全身的にも歯科的にも健常な者の獲得を目指して行う。サスペンションアレイ・マルチプレックスシステムを用いて,唾液中のサイトカインの定量分析を行う。
バクテリアが持つユビキチン修飾システム

赤痢菌のユビキチンリガーゼであるIpaHファミリー蛋白質は、赤痢菌に10種類存在し、赤痢菌感染成立に重要な役割をする病原因子である。IpaHは立体構造解析により、HECT型やRING型といった哺乳類のユビキチンリガーゼとは異なる新しいタイプのユビキチンリガーゼ(Novel E3 Ligase: NEL型)であることが明らかになった。しかしながら、IpaHファミリーの基質認識機構やユビキチンリガーゼの活性制御については不明である。本研究ではNELユビキチンリガーゼの活性化機構を明らかにするために、新しくリアルタイムでユビキチン化反応をモニタリング可能な方法を開発した。詳しくは、蛍光蛋白質であるMidori-ishi CyanまたはKusabira-Orangeをユビキチンに融合した蛍光ユビキチン蛋白質作成した。E1,E2,E3(IpaH4.5)、蛍光ユビキチンを用いて、ユビキチン化反応を行い、この時に発生する蛍光のエネルギー転移を指標にして、ユビキチン化活性を測定した。その結果、IpaH4.5のユビキチン化活性をリアルタイムで測定できた。IpaH4.5が作るポリユビキチン鎖を特定するために、ユビキチンのリジン変異型と蛍光蛋白質を融合した蛍光ユビキチン蛋白質を作成し、FRET assayを行い、IpaH4.5はK6,11,48,63鎖を作ることを見いだした。他のIpaHファミリー蛋白質を用いて、ファミリー間のユビキチン化能に差があることもみいだした。さらに、E1阻害剤(UBE1-41)をこのユビキチン化反応系に添加し、FRETシグナルを測定することでIC50を算出できた。今回、開発したFRET-base ubiquitination assayはユビキチンリガーゼ活性測定、ユビキチン鎖の特定及び低分子阻害剤のスクリーニングに応用できると考えられる。28年度が最終年度であるため、記入しない。病原性大腸菌を含む腸管病原細菌は近年、多剤耐性菌による感染症例が増加し、有効なワクチンも未開発のため、既存の抗生剤とは作用機序が異なる新しいコンセプトの治療薬の開発が望まれている。近年、病原細菌やウイルスによる感染症においても、ユビキチン修飾系が重要な役割を果たすことが明らかになってきた。本研究では、赤痢菌の感染成立に重要な役割を果たす赤痢菌のユビキチンリガーゼ(IpaHファミリー)に注目し、治療薬開発を目的として、IpaHの機能阻害剤の開発を進める。すてに得られているIpaHの活性を阻害する候補化合物の性質調べると共に、IpaHと活性阻害化合物との複合体構造を解くことにより、阻害活性と特異性を高めたIpaH阻害剤の開発を目指す。本年度は、前年度得られたヒット化合物のから、IpaH活性阻害能(IC50)が高く、他のユビキチンリガーゼに対する阻害活性の示さない候補化合物を得た。得られた候補化合物を用いて、IpaHと化合物との相互作用様式をBiacoreシステムや等温滴定熱測定(ITC)を用いて調べた。その結果、今回試した4種類の化合物では、IpaHと直接相互作用をみられなかった。リード化合物の設計のために、IpaHとの化合物との共結晶のX線結晶構造解析を試みたが、共結晶は得られなかった。様々な条件で結晶化を試しているところである。赤痢菌のユビキチンリガーゼであるIpaH4.5が宿主のプロテアソーム構成因子(X)と結合し、分解することにより、赤痢菌感染においてプロテアソームの活性を抑制し、MHC class Iによる抗原提示から逃れることを見いだした。所属機関の移動のため、研究室セットアップに時間がかかってしまった。現在は研究に集中できる環境を整えたので、来年度に期待している。

さらに、E1阻害剤(UBE1-41)をこのユビキチン化反応系に添加し、FRETシグナルを測定することでIC50を算出できた。今回、開発したFRET-base ubiquitination assayはユビキチンリガーゼ活性測定、ユビキチン鎖の特定及び低分子阻害剤のスクリーニングに応用できると考えられる。化合物との直接結合が見られなかったが、今後、得られた化合物をIpaH発現細胞に添加し、IpaHの基質分子の分解抑制能を精査すると共に候補化合物を再検討し、IpaHとの結合能を持つ化合物の同定を行う。さらにIn silicoの手法を用いて候補化合物を検索する。NELドメインはファミリーの間で相同性が高いことが知られている。IpaH阻害剤を起点として、他の病原細菌のNELファミリーに対する阻害剤の設計・開発を展開する。28年度が最終年度であるため、記入しない。
2次元自己回帰モデルを用いた高速逐次最小2乗法の有限精度演算誤差に対する安定化

研究の目的について画像処理の分野では,C.R.Zou等により2次元ARモデルに基づく高速な逐次最小2乗法のアルゴリズムが提案されている.本研究代表者は,時間と空間の2次元信号のパワースペクトルを高精度かつ高速に推定するために,C.R.Zou等のアルゴリズムを改良した手法を提案した.しかしながら,この2次元高速逐次最小2乗法(method of fast recursive least-squares:FRLS法と略す)のアルゴリズムは,計算機の有限精度演算による誤差の影響を受けやすく,数値的に不安定である.本研究では,2次元FRLSアルゴリズムを,計算機の有限精度演算誤差に対して安定にするための検討を行った.研究実施計画について1次元のFRLSアルゴリズムにおいて,その数値演算誤差に対する安定化手法としてよく知られているものに,アルゴリズム中へのリ-ク技術の導入がある.本研究では,最初に,1次元のFRLSアルゴリズムと同様に,2次元FRLSアルゴリズム中へリ-ク技術の導入を試みた.しかしながら,実験の結果,アルゴリズムの十分な安定化を達成することができなかった.従って,2次元RLSアルゴリズムの段階からリ-ク技術の導入を行い,それを高速化することでリ-ク技術が導入された2次元FRLSアルゴリズムを開発した.安定化された2次元FRLSアルゴリズムは,リ-ク技術が導入された2次元RLSアルゴリズムと同様に,数値的に安定となることが理論的に明らかである.また,実験の結果,本手法はリ-ク係数を適切に与えることで,数値的に安定となることが確認された.研究の目的について画像処理の分野では,C.R.Zou等により2次元ARモデルに基づく高速な逐次最小2乗法のアルゴリズムが提案されている.本研究代表者は,時間と空間の2次元信号のパワースペクトルを高精度かつ高速に推定するために,C.R.Zou等のアルゴリズムを改良した手法を提案した.しかしながら,この2次元高速逐次最小2乗法(method of fast recursive least-squares:FRLS法と略す)のアルゴリズムは,計算機の有限精度演算による誤差の影響を受けやすく,数値的に不安定である.本研究では,2次元FRLSアルゴリズムを,計算機の有限精度演算誤差に対して安定にするための検討を行った.研究実施計画について1次元のFRLSアルゴリズムにおいて,その数値演算誤差に対する安定化手法としてよく知られているものに,アルゴリズム中へのリ-ク技術の導入がある.本研究では,最初に,1次元のFRLSアルゴリズムと同様に,2次元FRLSアルゴリズム中へリ-ク技術の導入を試みた.しかしながら,実験の結果,アルゴリズムの十分な安定化を達成することができなかった.従って,2次元RLSアルゴリズムの段階からリ-ク技術の導入を行い,それを高速化することでリ-ク技術が導入された2次元FRLSアルゴリズムを開発した.安定化された2次元FRLSアルゴリズムは,リ-ク技術が導入された2次元RLSアルゴリズムと同様に,数値的に安定となることが理論的に明らかである.また,実験の結果,本手法はリ-ク係数を適切に与えることで,数値的に安定となることが確認された.
臓器間コミュニケーションを介した自己免疫疾患発症機序の解明

我々の身体は、全身の臓器同士がコミュニケーションをとることで恒常性が保たれていることが近年に明らかにされている。自己免疫疾患の病態において、標的臓器と他の全身臓器との間でコミュニケーションの有無は不明な点が多い。本研究では、シェーグレン症候群をはじめとした疾患モデルあるいは患者サンプルを用いて、病態の過程で標的臓器と他臓器とのやりとりの実態を最新のプロテオミクス解析、網羅的遺伝子解析、分子生物学的・免疫学的研究手法により解明することにより、新たな恒常性維持機構あるいは自己免疫疾患の新たな発症機序を明らかにするとともに、自己免疫疾患をはじめする免疫難病への新たな臨床応用研究を目指している。近年、全身の臓器同士がコミュニケーションをとることで恒常性が保たれていることが徐々に明らかにされている。本研究は自己免疫疾患のひとつであるシェーグレン症候群の病態において、標的臓器と他の全身臓器との間でどのようなコミュニケーションが取られているのかを最新の分子生物学的・病理学的・免疫学的研究手法により解析し、その発症メカニズムを解明することを目的している。本研究で対象とするシェーグレン症候群における標的臓器(唾液腺・涙腺)と他臓器とのやりとりの実態が解明されれば、その発症メカニズムが解明され、これまで対処療法が主流であった自己免疫疾患に対して、病因論に基づいた根本的治療法の開発が期待できる。また、臓器間コミュニケーションという新たな概念に基づいて免疫システムの恒常性維持機構を解明しようとする本研究の学術的な意義は大きい。
高齢者、介護スタッフの思いを記録し記憶へと繋ぐシステム

認知症者の残存する記憶を辿り、本人と支える側の現実世界の認識の相違、すなわち互いの「物語」の食い違いを発見し、支える側のその理解、共有を促進する工学的手段を研究した。まずアブダクション等を用いた知的推論の技術で、本人の記憶の欠落など、食い違いの原因を発見する手法を検討した。本人の施設での生活を自動、持続的に「事象」として記録し、本人の「物語」を構成してデータベース化する技術を開発した。コミュニケーション・ロボットが本人の「思い」を代弁する行動を引き出し、移動ロボットがその際の本人の表情などの感情表出を記録する。さらにその記録を本人の幸せにつながる新たな記憶形成に活用する手段を研究開発した。桑原は、認知症者への介入方法として、コミュニケーションロボットを用いた介護レクリエーションの効果を評価した。評価にはDementia Care Mappingを用い、今後の評価の自動化に向けての知見を蓄積した。また安田は、屋内の行動をモニタリングしつつ、適宜、物品管理や心理的な介入がエージェントとの会話を介して可能になることを示した。太田、山下は、環境カメラと移動カメラを併用して人間の顔の追跡を行い、顔画像を撮影するシステムの構築を研究した。クアドロータ自体の位置はKinectセンサの深度画像から、姿勢はクアドロータに実装された慣性計測装置から取得する。これより人の顔を撮影できる目標位置へと、クアドロータを制御する方法を検証した。米澤、山添は、触覚センサを搭載したぬいぐるみロボットを触れることでの新たなインタラクション手法について研究を進めるとともに、ロボットによる情動導出手法に関わる研究を進めた。また触覚を通じた方向提示や情動導出などの新たな触覚提示手法についても提案し、生体信号の取得についても研究を進めている。三輪、渡辺は、介護施設スタッフに対して実施した聞き取り調査によって得られた介護施設における課題、ニーズに基づき、スタッフの「思い」を記録する「コト・データベース」のインターフェースの仕様設計と開発を行った。カメラ情報等を含む複数の外部アプリケーションのデータ入力に対応できるように設計した。杉原は論文、報告書、政府統計をもとに、介護用支援システムの技術動向および社会的要請、近年の社会情勢変化についてまとめるとともに、認知症介護との関係について論じた。また産総研と京都工芸繊維大の各グループで開発しているシステムの実地評価のための調査項目についても検討した。検討した結果をもとに、介護施設の管理者からインフォームドコンセントを得た。実績に概要で記載したと通り、研究代表者、分担者ともに予定した研究成果を上げていることから、おおむね順調に進展していると判断した。グループホーム入居の認知症者に対する介入手法として、認知症ケアとしてのレクリエーションのデザインの方法論を検討し、非日常の演出による情動の記憶への働きかけが極めて有用であることを明らかにした。その中でのICT技術の活用としてロボットやチャットボットの活用において、セラピーにボットを導入する際にどのような性格のボットがいいかを検討した。更に、ユマニユードの可能性も検討した。さらにアウトカム評価としての表情認識技術の有用性を明らかにした。ぬいぐるみロボットとの触覚インタラクションを実現するため、ぬいぐるみロボットによる触覚センシング手法とロボットからの触覚表現の研究を進めた。センシング手法ではぬいぐるみロボットに搭載された触覚センサを用い、ぬいぐるみを触っているユーザの内部状態を推定する手法を提案した。触覚表現については呼吸や汗などの生理的現象を模擬することによるロボットの内部状態表出手法と、牽引やなでるなどの直接的な触覚表現を実現するための機構を提案した。ロボットの生物感提示に関わる研究と、エージェントの存在感を用いたユーザ行動誘発へ向けた試みも展開した。浮揚ガスを充填した小型飛行船を用いることで室内を移動する人間をトラッキングするシステムを提案した。また複数の魚眼カメラを用い、人間と飛行船の位置を測定する。浮揚ガスによりプロペラを動かさずにホバリングができ、電池消費及びプロペラの騒音を減らすことができ、かつ安全な人間トラッキングを実現した。グループホームの入居者に関する職員の気づきを入力するためのシステムDANCEの導入効果を定量化するため、職員の業務のタイムスタディを実施し、システム導入前の業務・情報共有の状況を分析した。また、レクリエーションの効果測定に用いるカメラシステムとコト・データベースの連携部分の開発を行った。グループホームでの認知症者への介入方法を定式化することができた。これにより認知症ケアのPDCAサイクルのP、すなわち計画を介護スタッフの経験のみに頼ることなく、効果をある程度予測して出来るようになった。またそこにICTの活用、すなわちコミュニケーションロボットやチャットボットの活用の有用性も検証した。さらにC、評価において表情検出が有用であることも示した。また記録技術として、ぬいぐるみロボットにより認知症者の無意識の動作からの情動抽出、あるいは生体情報の検出技術を確立した。また認知症者の表情をグループホーム内のオープンスペースのどこでも認識可能にするため、小型飛行船と360度カメラを組み合わせた人物トラッキング技術を確立した。さらに記録技術として、各種ロボットなどから収集される認知症者の映像データや情動データ、そして介護スタッフの記録を統合的にデータベース化するための、コト・データベースのインタフェースを設計・実装した。グループホームへのコト・データベースの導入がやや遅れてはいるが、必要な要素技術はほぼ開発が終了していることから、おおむね順調に進展していると判断した。本研究は、種々の情報技術を介護現場、特に認知症介護施設に導入することで、様々なバーバル、ノンバーバル情報を記録し、それらをエピソード的に統合することで現場内での共通の「記憶」、「物語」として残すことを目的とする。

「物語」を現場で共有することで、認知症者に対する介入の程度とタイミングを適切に見計らうことができるようになり、ケアの質を高めることに繋がると考えるからである。しかし認知症による記憶障害は本人の思い込み、すなわち支える側との現実世界の解釈の違いを生みこれがお互いを苦しめる。そこで本人の残存する記憶を辿り、本人と支える側の現実世界の認識の相違、すなわちお互いの「物語」の食い違いの原因を発見し、支える側のその理解、共有を促進する工学的手段を研究した。まずアブダクション等を用いた知的推論の技術で、本人の記憶の欠落など、食い違いの原因を発見する手法を検討した。このために必要な、本人の施設での生活を自動、持続的に「事象」として記録し、本人の「物語」を構成してデータベース化する技術を開発した。具体的には、「思い」の言語化が困難な本人のために、コミュニケーション・ロボットが本人の「思い」を代弁する無意識のインタラクション、行動を引き出す手段、上記で引き出された無意識のインタラクション、行動や、移動ロボットが記録するその際の本人の表情などの感情表出から、本人の「思い」を客観的な手法により自動的に抽出し「事象」に関連付け記録する手段、その記録に基づき、本人の幸せや支える側の負担軽減につながる新たな記憶形成、すなわち新たな「物語」の構築に活用する手段を研究開発した。最後に、その記録から本人のQOLや支える側の負担軽減を客観的に評価する手法を研究した。認知症者の残存する記憶を辿り、本人と支える側の現実世界の認識の相違、すなわち互いの「物語」の食い違いを発見し、支える側のその理解、共有を促進する工学的手段を研究した。本人の施設での生活を自動、持続的に「事象」として記録し、本人の「物語」を構成してデータベース化する技術を開発した。コミュニケーション・ロボットが本人の「思い」を代弁する行動を引き出し、移動ロボットがその際の本人の表情などの感情表出を記録する。さらにその記録を本人の幸せにつながる新たな記憶形成に活用する手段を研究開発した。桑原は、認知症者本人の施設入居前の生活歴や施設での生活の記録を、オントロジーを用いて記述し「コト・データベース」に投入する。また本人との対話から残存する記憶を繋ぎ合わせ、生活歴などの記録との差異、すなわち周囲と本人の「物語」の重要な食い違いを検出、可視化する手法を阿部と研究する。また安田は、セラピードッグなどをウェアラブルデバイスで情報化し、単なるセラピーでない介入方法を研究する。太田、山下は、クアッドロータの替りにバルーンを用いた移動カメラシステムの制御方法を検討する。
高齢者の筋パワーに及ぼす一側性・両側性筋力トレーニングの効果

本研究は、高齢者の筋パワーに及ぼす一側性及び両側性筋力トレーニングの効果の違いについて検討した。その結果、一側群では一側条件と両側条件いずれの最大筋力も有意に増加した。両側群では両側条件で、最大パワーに有意な増加が認められたが、一側条件では有意な増加は認められなかった。また、一側条件でのトレーニングが筋力及び筋パワーの向上に効果的であった。これらのことから、高齢者にとっては、一側運動による筋力トレーニングがより効果的であることが示唆された。本研究は加齢による両側性機能低下の特徴について、肘関節屈曲時における力-速度-パワー関係から検討しようとした。被験者は男性高齢者9名(69.0±4.0歳:OG)および男性若齢者13名(20.6±1.1歳:YG)であり、Wilkieの改変型腕エルゴメーターを2台用いて、一側性(UL)、両側性運動(BL)による力-速度-パワー関係を求めた。その結果、いずれの負荷条件においても、収縮速度はBLがULに比して低い値を示し、OG・YG共に、最大筋力(Fmax)の0%、10%、20%の速い負荷条件で有意差がみられた。このことは、OGにおいてYGと同様に力-速度関係および力-パワー関係のいずれにおいても両側性機能低下を示すことを示唆するものである。また、Fmax、最大速度(Vmax)および最大パワー(Pmax)いずれにおいても有意な両側性機能低下を示し、OG・YGともにPmaxが最も大きな低下率であった。また、両側性指数(BI)についてYGと比較を行った結果、Fmax、VmaxおよびPmaxのいずれの項目でも有意な差は認められなかったが、PmaxにおいてBIの低下傾向がみられた。また、各速度条件での比較では、すべての速度条件でBIはOGがYGよりも低値であり、とくに30%Fmaxで有意な差が認められた。OGの筋収縮速度がYGに比して明らかに低くなり、こうしたことがfast運動単位動員数の減少によってもたらされることが先行研究で報告されていることから、Pmaxにおける両側性機能低下の要因は、YGは筋力低下による影響が、OGは速度の低下の影響が関与しているのではないかと推察された。本研究は、高齢者における一側性および両側性の筋力トレーニングが力-速度-パワー関係に及ぼす影響について検討したものである。トレーニング習慣のない健常男性高齢者9名(平均年齢69.0±4.0歳)を対象として、ダンベル・カールによる一側条件で行うトレーニング群(U群:n=4)と、ツーハンズ・カールによる両側条件で行うトレーニング群(B群:n=5)に分け、80%1RMの負荷で1日3セット、週3日、8週間のトレーニングを行わせた。その結果、U群では一側条件および両側条件のいずれにおいても力-速度曲線、力-パワー曲線は右上方に移行し、一側条件と両側条件いずれの最大筋力も有意に増加し、一側条件における最大パワーも有意に増加した。一方B群では両側条件で、力-速度曲線、力-パワー曲線は右上方に移行し、最大パワーにおいて有意な増加が認められたものの、一側条件では有意な増加は認められなかった。また、両側性機能低下の指標となるBilateral Index(両側性指数)のトレーニング前後の変化から、力-速度-パワー関係においてlateral specificityの傾向はみられなかった。このことから、高齢者においては顕著なlateral specificityは出現しないが、一側性の運動条件でのトレーニングが、両側性の運動条件によるトレーニングと比べて、筋力および筋パワーの向上に効果的であることが示唆された。このことから、高齢者の場合に歩行運動等の交互動作の日常生活動作を維持、向上させるためには、両肢を使用した両側運動でははなく、一側運動を用いた筋力トレーニングがより効果的であることが明らかとなった。本研究は、高齢者におけるトレーニング条件の違いが肘関節屈曲運動のパワー特性に与える効果について明らかにすることを目的として、ワンハンズ・ダンベル・カールで片側ずつ交互にトレーニングを行う群(U群:n=4)と、ツーハンズ・アーム・カールで両側同時にトレーニングを行う群(B群:n=5)の2群に分け、それぞれの群に80%1RMの負荷で7ー10回の肘関節屈曲運動を1日3セット、週3日の頻度で8週間トレーニングを実施させ、以下の結果を得た。1.最大挙上重量(1RM)の変化は、U群ではワンハンズ・ダンベル・カールおよびツーハンズ・アーム・カール、いずれの条件においても有意な増大(いずれもp<0.05)が認められたが、B群では両条件とも有意な増大が認められなかった。2.力ー速度曲線、力ーパワー曲線では、U群では一側および両側条件のどちらも右上方に移行する傾向を示したが、B群では両側条件でのみ右上方に移行する傾向を示した。

3.最大筋力(Fmax)の増加率は、U群では一側および両側条件のどちらも有意な増加を示し(一側条件:p<0.05、両側条件:p<0.01)、最大パワー(Pmax)では一側条件のみ有意な増加(p<0.05)が認められた。B群では、Pmaxの両側条件のみに有意な増加(p<0.05)が認められ、さらに一側条件と両側条件との条件間に有意な差(p<0.05)が認められた。また、最大速度(Vmax)にはどちらの群、いずれの条件においても有意な増加は認められなかった。これらのことから、高齢者にとって一側条件でトレーニングを行うことが筋力および筋パワーをより効果的に高めることが示唆された。高齢者の両側性機能低下に関する研究およびトレーニング効果についての実験は終了した。実験を受けて、力-速度-パワー関係の分析および筋電図分析も終了している。またこうした結果は、学会でも発表し、さらに高齢者の両側性機能低下につての論文も作成中である。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後の推進方策としては、これまでに得られた若年者のデータと今回得られた高齢者のデータを比較検討することにある。データそのものはすでに分析済みであることから、両群間の力-速度-パワー関係の比較、トレーニング効果の比較および筋電図の比較を行っているところであり、本年度の学会で発表予定である。また、トレーニング効果についての論文の作成にも着手する予定であり、研究計画通り進んでいる。
大量の自家移植用シュワン細胞の獲得を目的とした組織延長法及び培養法に関する研究

シュワン細胞は中枢、抹消を問わず損傷軸索の再生を促すことが知られている。そこで、抹消神経損傷のみならず、現時点では外科的治療が困難とされている中枢神経損傷に対しても使用可能な培養シュワン細胞を用いた人工神経の開発に取り組んできた。平成6から7年度にかけてはシュワン細胞の増殖が正常の15倍以上にも活性化されるシリコンチャンバーモデル及びワーラー変性に陥った神経幹の延長モデルを用いてin vivoでのシュワン細胞の増殖機構に関して研究を行ってきた(一般研究(c)課題番号06807116)。その結果、ポリアミンがシュワン細胞の増殖に重要な役割を担うこと、また神経延長法によりシュワン細胞の増殖を活性化させてもその軸索誘導能には影響しないことを確認し、これを報告している。今回は、これらの研究の結果を踏まえてシュワン細胞の大量培養法を確立し、また、ワーラー変性に伴い見られるシュワン幹形成のメカニズムを研究した。ワーラー変性の発生機序に関しては神経幹圧挫モデルを用いた実験を行い、軸索内輸送系の損傷だけではワーラー変性を生ずることがないことを明らかにした。また、神経幹延長モデルにおいてはワーラー変性に陥った神経幹の延長に伴うシュワン細胞の増殖活性の亢進は一過性であり、シュワン細胞の増殖は経時的に低下してしまう事、この際にはポリアミン合成能の低下を伴うことを確認し、報告した。シリコンチャンバーモデルにおいてはシュワン幹形成を制御する機構を探り、シュワン細胞の遊走にはフィブロネクチン臥、また、シュワン幹の形成にはラミニンが重要な働きをすることを明らかにした。培養系においてはシュワン細胞をワーラー変性に陥った神経から採取し、また、細胞外基質とシュワン細胞の接着に作用するnonintegrin recepterを阻害することで効率よく繊維芽細胞を除去し、大量に高純度のシュワン細胞を成獣の抹消神経より培養する事に成功した。これらの結果は国内外で発表をし、現在国際誌に投稿中である。また、シュワン細胞の脂質代謝及びその細胞死への影響、シュワン細胞による軸索再生誘導機序に関しても多くの知見が得られてきており、国内外の学会において発表を予定している。また、現在培養シュワン細胞をもちいた人工神経を作成し、実用化に向けて取り組んでいる。Schwann細胞は末梢神経系のglia細胞であり、通常は軸索周囲に存在し、有随線維においては随鞘を形成している。Schwann細胞は通常分裂、増殖を行わず、軸索に対し種々の液性因子を介して様々な影響を及ぼしているが、神経損傷に際しては急速に増殖し、軸索再生の誘導、神経細胞の生存維持を担う。このSchwann細胞の特殊な機能により中枢ではほとんど見られない神経再生が末梢神経系では活発に見られる。近年Schwann細胞を移植することにより中枢神経系でも軸索再生が生じうる事が明らかにされた。我々は神経損傷時のSchwann細胞の増殖がシリコンチャンバーモデル、神経延長術により著しく亢進される事を見いだし、その増殖活性の亢進機序を調べ、神経再生により有用なphenotypeのSchwann細胞を短期間に大量に自家組織より得る事を目的に研究を続けてきた。現在までに以下の事が確認された。

1、Waller変性に際し見られるSchwann細胞の増殖にはポリアミンが関与し、シリコンチャンバーの設置、神経延長といった処置によるSchwann細胞増殖亢進は局所でのポリアミンレベルの上昇を介して生じている。2、神経延長によるschwann細胞の増殖亢進は経時的に低下し、約3週間で通常のWaller変性でのレベルに落ちる。シリコンチャンバーモデルではチャンバー両端の神経片内では約3週間に亘り高レベルでのSchwann細胞の増殖が見られ、また術後7日よりチャンバー内に向かってSchwann細胞の遊走が始まり、術後10日でシリコンチャンバー内にSchwann管様構造を構築する。このSchwann管様構造内ではSchwann細胞の増殖は3週間以降も高レベルで持続する。3、シリコンチャンバーモデルで見られたSchwann細胞の増殖、Schwann管様構造の形成にはmatrix metalloproteinase3が関与する。4、神経栄養因子の-つであるBDNFがシリコンチャンバーモデルでのSchwann細胞増殖、Schwann管様構造形成に関与し、またBDNFのレセプターであるTrkBのうち今までglia系細胞では発現しないとされていたgp145がこのモデルではSchwann細胞にも発現することが確認され、BDNFがSchwann細胞の増殖、遊走に直接何らかの作用を及ぼしている可能性が示された。最近成獣ラット坐骨神経よりのSchwann細胞の培養系を確立できたので今後はin vivoで確認きれた諸種現象の詳細をin vitroで検討する予定である。シュワン細胞は中枢、末梢を問わず損傷軸索の再生を促すことが知られている。そこで、末梢神経損傷のみならず、現時点では外科的治療が困難とされている中枢神経損傷に対しても使用可能な培養シュワン細胞を用いた人工神経の開発に取り組んできた。平成6から7年度にかけてはシュワン細胞の増殖が正常の15倍以上にも活性化されるシリコンチャンバーモデル及びワーラー変性に陥った神経幹の延長モデルを用いてin vivoでのシュワン細胞の増殖機構に関して研究を行ってきた(一般研究(c)課題番号06807116)。その結果、ポリアミンがシュワン細胞の増殖に重要な役割を担うこと、また神経延長法によりシュワン細胞の増殖を活性化させてもその軸索誘導能には影響しないことを確認し、これを報告している。今回は、これらの研究の結果を踏まえてシュワン細胞の大量培養法を確立し、また、ワーラー変性に伴い見られるシュワン幹形成のメカニズムを研究した。ワーラー変性の発生機序に関しては神経幹圧挫モデルを用いた実験を行い、軸索内輸送系の損傷だけではワーラー変性を生ずることがないことを明らかにした。また、神経幹延長モデルにおいてはワーラー変性に陥った神経幹の延長に伴うシュワン細胞の増殖活性の亢進は一過性であり、シュワン細胞の増殖は経時的に低下してしまう事、この際にはポリアミン合成能の低下を伴うことを確認し、報告した。シリコンチャンバーモデルにおいてはシュワン幹形成を制御する機構を探り、シュワン細胞の遊走にはフィブロネクチンが、また、シュワン幹の形成にはラミニンが重要な働きをすることを明らかにした。
開放経済における人口動態と産業構造の関係について

本研究では,無限計画期間を持つ代表的個人ではなく,新しい家計が経済に誕生する世代重複モデルにより,動学経済における貿易パターンを分析することであった.前年度の研究では,世代重複モデルでの貿易パターンが,定常均衡の安定条件と各セクターの資本集約度という,静学のヘクシャー・オーリンモデルでの決定要素と動学的な要素が組み合わせって決定されることがわかった.本研究では,無限計画期間を持つ代表的個人ではなく,新しい家計が経済に誕生する世代重複モデルにより,動学経済における貿易パターンを分析することであった.定常状態において異なる世代の個人が同時に存在するため,経済全体の資本蓄積パターンは個人の蓄積パターンとは異なる.このとき新しい世代は労働力だけを持って金融資産は0で現れるため,経済全体の資産蓄積パターンは毎期毎期変更される可能性を持つ.これは,上記に示した代表的個人モデルでの分析とは異なり,交易条件に応じてその国の資本量が変化するということを意味し,完全特化は必要なくなる.つまりヘクシャー・オーリンモデル的な貿易パターンの決定が予想される.平成14年度は解析的な分析を行った.まず,産業が2部門存在する動学的な世代重複モデルを構築した.そのモデルを利用し,開放経済に応用し交易条件や人口の増加が産業構造に与える影響を分析した.その結果以下のようなことがわかった.まず,世代重複モデルにおいては,代表的個人モデルとは異なり,完全特化は必然ではない.これは,いままでの動学的貿易モデルの結論が特殊な結果であったことを示している.また,資本蓄積経路が一意でないという意味で,生産要素が内生化されているため,生産や超過需要が"奇妙な"反応を示す可能性があるということもわかった."奇妙な"というのは,輸入財価格の上昇が輸入を増やしたり,輸入財産業の生産を(その逆も)という結果をもたらすということである.M.C.Kemp and R.W.Jonesが"Variable Labour Supply and theTheory of International Trade", Journal of Political Economy, 70,30-36.で,内生的労働供給下での貿易モデルを考察した際に得られた結論と類似している.本研究では,無限計画期間を持つ代表的個人ではなく,新しい家計が経済に誕生する世代重複モデルにより,動学経済における貿易パターンを分析することであった.前年度の研究では,世代重複モデルでの貿易パターンが,定常均衡の安定条件と各セクターの資本集約度という,静学のヘクシャー・オーリンモデルでの決定要素と動学的な要素が組み合わせって決定されることがわかった.
脊髄神経節における感覚神経細胞の多様化のしくみ

脊椎動物体幹部の感覚を司る脊髄神経節の発生プログラムにおいて、複数の局面でSix遺伝子が重要な役割を担っていることを明らかにした。特に、感覚神経細胞の発生過程において、Six遺伝子を発現できるようになったことが感覚神経の進化・多様化の鍵になっている可能性を示すことが出来た。また、感覚神経細胞の分化機構と脊髄神経節の節という形態の形成・維持機構が互いに密接に関与しあい不可分である可能性も示すことが出来た。Six1/Six4二重欠損マウスにおける脊髄神経節の異常Six1/Six4二重欠損マウス脊髄神経節の組織学的な解析から、以下の様な異常が観察できた。これらの表現型は脊髄神経節の発生プログラムにおいて、複数の局面でSix遺伝子が重要な役割を担っていることを示唆するものである。特に、感覚神経細胞の分化・投射のメカニズムと「神経節構造」を形成・維持するメカニズムが互いに密接に関与しあい、不可分である可能性があることは大変興味深いと考えている。●脊髄神経節を構成する細胞種の異常...発生中の脊髄神経節において神経堤細胞は、神経細胞に分化する前駆細胞ではIsl1/2を発現し、また、グリア細胞に分化する前駆細胞ではSox10を発現しており、通常両陽性の細胞は認められない。しかし本欠損マウスにおいては、本来存在しないIsl1/2、Sox10両陽性の細胞が認められ、それらの分布も正常発生とは異なっている。●投射の異常...本来各脊髄神経節から感覚受領領域への投射は頭尾軸に沿って秩序立てて行われている。腰部脊髄神経節から後肢への投射をDiIを用いて観察したところ、本欠損マウスにおいては複数の感覚受領領域への投射が確認された。●脊髄神経節の形態異常...腰部脊髄神経節において、発生の初期には神経堤細胞の移動経路などに顕著な変化は見られないものの、発生後期では脊髄神経節の癒合が観察された。Six1/Six4二重欠損マウス脊髄神経節における遺伝子発現プロファイルE11.5にて野生型とSix1/Six4二重欠損マウスの脊髄神経節をレーザーマイクロダイセクションにより単離し、マイクロアレイ解析を行った。その結果、有意に発現が異なる複数の遺伝子を捉えることが出来た。現在、in situハイブリダイゼーションや免疫染色でこれら遺伝子の発現の確認を行っている。Six1/Six4二重欠損マウスにおける一次感覚神経の異常Six1/Six4二重欠損マウス体幹部の組織学的な解析から、脊髄神経節を構成する細胞種の異常、投射の異常、「節」としての形態の異常などが観察された(前年度報告)が、これらに加えて、脊髄内に一次感覚神経様の細胞が存在することを見出した。マウスを含む羊膜類の体幹部では、一次感覚神経の細胞体は脊髄神経節に収められており、脊髄内には存在しない。無羊膜類である両生類や魚類の幼生期、円口類のヤツメウナギ、頭索類のナメクジウオなどでは髄内に一次感覚神経細胞が存在しており、これは原始的な体制であると考え照れている。Six1/Six4二重欠損マウスにおける髄内感覚神経細胞の出現は、マウスゲノム中にもその発生プログラムがいまだに存在し、Six遺伝子のはたらきによって抑えられている可能性を示唆するものである。今後は、髄内感覚神経細胞を持つ動物種(アフリカツメガエルなど)を用いてこの仮説を検討し、Six遺伝子の脊索動物体幹部一次感覚神経進化への関与を明らかにしたい。神経堤細胞に発現するSix遺伝子の役割Six遺伝子は脊髄神経節を構成する神経堤細胞のみならず、周囲の間充織や筋肉にも発現が認められる。観察された表現型の原因が、神経堤細胞そのものに発現しているSix遺伝子の欠損によるものなのか否かを明らかにするため、PO-cre ; CAG-Zox-stop-nox-Six1を用いて、Six1/Six4二重欠損マウスにおいて神経堤細胞特異的にSix1を強制発現させて表現型の回復を試みた。その結果、髄内感覚神経様細胞も含め、観察された異常の多くが回復した。このことは、神経堤細胞に発現するSix遺伝子の細胞自律的なはたらきが一次感覚神経の発生プログラムに重要であることを示唆するものである。
ポインター方式による新しい分子模型教材を使った自然科学教育の展開

I.ポインター方式分子模型教材(特許第3757283)の開発と成果1)原子分子物質の理解増進を図るため、新しい分子模型教材の開発を目標とした。(1)入手容易で安価な部材や身の回りにある部材を活用できること。(2)製作した分子模型は解体せず,いつも机上に置き学習できること。(3)教材として充分な精度を有すること。(4)製作原理方法が自明であり,小中高大を問わず学習者が直ちに理解できること。(5)どのような分子・結晶であろうとも製作できること。(6)小中高大を問わず,授業で使える簡便さと実用性があること。2)成果と実践応用(1)医学部教材としてDL-グリセルアルデヒド光学異性体キット及びD-グルコースキットを開発し実践授業に応用し学習効果を上げた。(2)中学生用化学反応学習キット(特願2006-331847)を改良し、地元中学校での実践授業に活用した。担当教諭から高い評価が寄せられた。(3)高校化学金属結晶学習キットを改良し、SSH高と連携し実践応用し、担当教諭の高い評価が得られた。(5)地域貢献として地元教育機関等と連携し、SPP連携講座、SPP教員研修、JST地域科学技術理解増進推進事業、日本学術振興機構・ひらめき☆ときめき等事業に採択され、自然体験学習等環境教育に応用するとともに広く普及啓発活動を実施した。(6)以上の研究成果実績が認められ、平成基礎科学財団第3回小柴昌俊科学教育賞奨励賞(銀メダル)および日本教育公務員弘済会奨励金を受賞した。1.ポインター方式による分子模型教材(特許3757283)を用いた自然科学教育への応用分子模型は,物質分子の立体構造をリアル3Dで体感できる唯一の教材である。しかし,キットが高価なため大学の化学教育ですらその活用は準んでいない。この問題を改善するため,新しく開発したのがポインター方式による分子模型教材(特定領域課題番号17011030参照)である。本教材を活用した新しい自然科学教育の試みを大学医学準備教育で実施し,物質分子の理解増進を図るための研究を以下のとおり実施した。2.医学準備教育課程における物質化学教育の実践研究医学部1年次生医学準備教育における物質の科学および生命現象の科学の授業で,生体物質分子の構造の理解増進のため,大型の分子模型を用いた提示型学習プログラムの実践を行った。また,より理解を深めるため各自分子模型を製作体験できるゼミコースを設けた。これにより,従来より格段の理解増進が図られたものと考えている。医学部として,重要な生体分子であるグルコース,アミノ酸や脂肪などに始まり,遺伝子DNA作製まで相当の内容とした。また,タンパク質の構造理解のため,2次構造モデルであるαヘリックス,平行βシートおよび逆平行βシートも課題として取り入れた。この成果を来年度の取組として,ミオグロビンの2次構造モデルの製作を取り入れた学習プログラムの準備を進めている。3.さらなる物質分子理解増進につながる学習プログラムへの新展開提示並びに製作体験を同時期連動して行う学習プログラムを立案し実施することで,さらなる効果を上げる工夫を計画する。また,可変型分子模型の開発をとおして,より現実の分子特性を表現した教材を活用し,工学系および教育学系の授業に新たに取り組み,広く自然科学教育への実践を展開する。[概要]ポインター方式による分子模型教材(特許3757283)を用いた自然科学教育への応用分子模型は,物質分子の立体構造をリアル3Dで体感できる唯一の教材である。しかし,キットが高価なため大学の化学教育ですらその活用は進んでいない。本教材を活用した新しい自然科学教育の試みを福井大学学部教育で実施し,物質分子の理解増進を図るための研究を以下のとおり実施した。[実践研究]大学学部課程教育における実施