hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脳内ニコチン性アセチルコリン受容体結合能の加齢性変化と禁煙の影響

以上のように、5IAを用いて喫煙者・非喫煙者の脳のnAChRイメージングとそのデータ解析により、長期にわたる喫煙経験がある喫煙者においても、禁煙後20日程度で非喫煙者と同程度のニコチン作動性アセチルコリン受容体の発現率に戻っていることが解明された。また剖検脳での検討により指摘されている喫煙者ニコチン作動性アセチルコリン受容体発現率の増加報告と今回の禁煙車10日禁煙後群の結果もお互いに矛盾しないと考えられる。我々が確立した、I-123 5IA-SPECTを用いた脳内ニコチン作動性アセチルコリン受容体(nAChR)定量測定法を用い、健常者のnAChRを測定してきた。この延長として、喫煙者と非喫煙者の脳内nAChRの発現率の違いをin vivoで計測した。1回の撮影では平均167MBqのI-123 5IAを投与し、SPECT撮影を行う。nAChRの脳内密度の定量的指標として5IAの分布容積(DV)を、動脈入力曲線および脳内時間濃度曲線から動態モデル解析を行い算出した。非喫煙者、喫煙者では禁煙4時間後、禁煙10日目、禁煙21日目の4群でnAChRを計測した。禁煙4時間後のDVは非喫煙者より有意に低下していた。死後脳の検討で禁煙車のnAChRが非喫煙者より高いことが知られているが、喫煙後4時間たっていても喫煙による血中ニコチン濃度が高い影響などでフリーの受容体結合能が非喫煙者より低いことを示唆する結果である。また喫煙10日目のDVは非喫煙者より有意に高かった。これは血中ニコチンが完全に消失した時点では、死後脳で報告されたごとくに受容体発現が非喫煙者より高くなっていることと合致する。禁煙21日目の検討では、非喫煙者とほとんど変わらない程度までDVが低下した。喫煙者のnAChR脳内発現は、禁煙後約3週間で非喫煙者レベルになることが示唆された。
子どもの声の受忍限度に対する評価基準の構築に関する調査研究

保育園での子どもの遊び声に関する騒音測定を実施し、これまでデーターが無かった保育園園庭での子どもの遊び声の大きさと周波数特性、塀の効果などの音響データーを明らかにした。また、保育園での子どもの声の遊び声に関する市民意識調査を首都圏で行い、反対運動の本質が騒音問題に関する不安感であり、これを払拭できればこの問題の解決が可能であることを示した。これらの結果を基に協議システムによる解決の可能性を示し、その詳細な内容を、保育園等施設の建設および運営に関する地域共生のための協議システムとして提案した。27年度は、保育園からの子どもの声の受忍限度評価の基準となる、子どもの遊び声の大きさに関する騒音の測定を、東京都世田谷区で5件、青森県八戸市で5件の計10件で実施し、それらの結果を取り纏めた。園庭からの子どもの遊び声の大きさは、園児100名、距離10mで平均74dB、変動の上限では78dBであったが、瞬間的な最大値では9094dBに達し、かなり大きなものであることが分かった。また、その周波数特性は、20004000Hzにピークのある甲高い音であることも多くの実測データの分析により明らかとなった。また、園庭でマイクや音楽を使用した時の測定も実施し、これにより園児の遊び声より大きなレベルの音が発生することも明らかとなった。これらの測定結果を基に、防音塀を設置した時の減音効果を算定したが、子どもの声の周波数が高いため、高さ3m程度で20dB程度の効果があることが分かり、騒音防止の有効な対策手段となることも明らかとなった。また、今後同様な調査研究が行われるときの参考情報とするため、騒音測定条件や各種基準の測定評価時間の影響についても明らかとした。これらの結果を測定報告書にとり纏めるとともに、日本建築学会環境系論文報告集にも投稿しており、現在、査読中である。これらの実績により、これまで明確ではなかった子どもの声の音響学的データーを整備することが出来たため、これを基に、28年度は子どもの声の受忍限度の考え方や解決に向けた話し合いにおける公平さを担保するための基準について、調査、検討を行う予定としている計画通りに進捗しており、順調である。研究実施にあたっての予想される困難も、現在は見当たらない。首都圏などでは保育園等の子どもの声による近隣騒音問題が大きな社会問題となっており、待機児童問題への影響も懸念されている。本研究の当初の研究計画では、子どもの声の大きさやその影響を評価し、それを基に受忍限度の基準値を策定し、広く社会に提示することを目的としていたが、研究を進める過程において、基準値よりも解決のための協議システムを提案することの方がより現実的であるとの考えに集約し、それらの内容を、研究成果報告書「保育園等での子どもの声の騒音問題に関する地域共生のための検討報告」として取りまとめた。研究成果報告書の第1部は「保育園での子どもの遊び声の騒音問題の概要」として、現在のこの問題の位置づけと社会的な対応を整理した。第2部の「保育園での子どもの遊び声に関する騒音測定調査結果」では、これまでデーターが無かった保育園園庭での子どもの遊び声の大きさと周波数特性、塀の効果などの音響データーを明らかとし、技術的な対応を可能とした。また、第3部の「保育園での子どもの声の遊び声に関する市民意識調査結果」では、首都圏でのアンケート調査結果により、反対運動の本質は騒音問題に関する不安感であり、これを払拭できればこの問題の解決が可能であるなど、これまでになかった新たな情報と知見を提示した。これらの結果を基に協議システムによる解決の可能性を示し、その詳細を第4部「保育園等施設の建設および運営に関する地域共生のための協議システムの提案」として示した。この研究成果報告書は、全国の主要自治体に送付されているため、これらの成果に基づいて、当該問題解決のための具体的な機運が高まることを期待している。子どもの声の受忍限度の評価基準を明らかとするため、評価手法の提案を行った後、識者へのヒアリングやアンケート調査による検証を行い、最終評価手法を提案し、出版物やホームページ等により社会に公表してゆく。音環境工学今年度は、10箇所の保育園で園庭で遊ぶ子どもの声の騒音測定を実施したが、測定実施期間に制限が有るため(寒くなると測定不可)、東京都世田谷区と青森県八戸市で平行して実施することとした。東京都世田谷区での測定は当初予定通りであるが、八戸市の分は著者研究室で担当したため、測定依頼費用が少なくなったもの。今年度も、気候がよくなれば追加の測定を実施するため、前年度分の予算を一部使用することになるとともに、研究結果の纏めの報告書の出版や社会広報のための郵送費等が予想より多くなると考えられるため、全体としては計画時の予算通りとなるものと考えられる。
寒冷渦による寒気内低気圧発達の力学に関する、理想化実験・渦位解析を用いた研究

理想化した単純な設定のもとでメソ大気モデルを用いた数値実験を行うことにより、上層の寒冷渦によって寒気内低気圧が励起されて発達するメカニズムを調べた。上空の寒冷渦の存在する高度が低く大気の成層が弱い場合には、上空の渦が直接下層に渦擾乱を起こす力学的励起が支配的になるのに対して、高度が高く成層が弱い時は、寒冷渦によって下層の大気が不安定化することにより対流が起きる熱的励起が顕著になってくる。また、特に力学的励起に関しては、下層の移流が地表面での温位勾配と結びつく効果より、上空の渦位移流に伴って上昇流が生じることにより地表面の渦が引き伸ばされて強化される効果が大きいことがわかった。本年度の研究では、上空の寒冷渦が寒気内低気圧に与える影響を調べるために、メソ気象モデルを用いた理想化実験を行い、寒気内低気圧の発生・発達をシミュレートした。この理想化実験によって具体的に得られた結果は以下のようにまとめられる。1.対流圏内での鉛直シアーや温位勾配を一様にし、上空に与える寒冷渦の形状を解析関数で与えるという非常に単純化した設定でも、寒気内低気圧が発生・発達する様子をシミュレートすることに成功した。これまで南北温度勾配を持つ傾圧場内では、コンマ型の雲域を持つ小低気圧が発達することが示唆されてきたが、このように単純化した基本場と初期擾乱を与えた再現実験が、寒気内低気圧の発達を調べる条件設定として妥当なものであることが示された。2.簡単化したモデルの中で発生した低気圧の鉛直構造を詳細に調べた。その結果、モデルで再現された低気圧は、基本的には下層の擾乱と上層の渦とのカップリングによって傾圧的に発達する低気圧に特徴的な鉛直構造を持っていることがわかった。3.初期擾乱として上空にしか渦を置かない設定でも地表面付近に擾乱が発生し、低気圧が発達することがわかった。これまでの研究では、上空の渦が進行する前方に下層擾乱を置いた時に低気圧が発達するというシミュレーション結果に基づいて、上層の渦と下層擾乱の東西方向の位置関係のずれが、低気圧が発達するための条件であるとされてきたが、初期には上空の渦が存在するだけでも、しかるべき位置に下層の擾乱が発生してそこから低気圧が発達し得ることが示された。本年度の研究では、上空の寒冷渦が寒気内低気圧に与える影響を調べるために、,メソ気象モデルを用いて行った寒気内低気圧発達の理想化実験の結果を解析し、上空の渦が地面付近の擾乱を励起・発達させるメカニズムを明らかにした。この解析によって得られた結果は以下のようにまとめられる。上空の渦が下層の擾乱を励起する仕組みとして、上空の渦による南北流によって、傾圧性を持った地表面付近で温位が移流されてそれに伴う渦位偏差が下層の渦になるというものと、上空で高渦位偏差の移流がある時にはその前方で上昇流が生じてそれに伴う渦のストレッチ効果により下層の低気圧渦ができるというものとの、二つの代表的な説明があるが、まず、下層の傾圧性による影響を調べるため、傾圧性が対流圏の上部のみに存在して地表付近には温位勾配のない設定で実験を行い、この場合でも下層に顕著な渦が発達するという結果が得られた。下層の傾圧性がなくても擾乱が発達したことから、下層の擾乱の励起に地表面付近の温位勾配による効果は重要ではないことが明らかになった。さらに、下層の渦が発達した理想化実験の結果のデータをもとに、渦度方程式の各項を評価したところ、渦の発達においてストレッチ項が重要な役割を果たしていることがわかり、また、オメガ方程式の各項を評価したところ渦のストレッチ効果による説明と整合的な釣り合いが成り立っていることがわかった。これらから上空の渦による下層の擾乱の発達のメカニズムとして、高渦位偏差の移流の前方の上昇流による渦のストレッチによる効果が大きな役割を果たしてことが明らかになった。本年度の研究では、上空の寒冷渦が寒気内低気圧を発生させる二つの要因、渦による力学的な励起と寒気としての熱的な励起との役割を調べた。二つの低気圧励起メカニズムの影響を見るために、メソ気象モデルを用いて寒気内低気圧の理想化実験を行い、圏界面の高さと成層の強さの二つのパラメータを変化させて低気圧の発生をシミュレートし、その実験結果を解析することによってどのような条件下でそれぞれの要因が効率的に働くかを明らかにした。成層の強さと圏界面の高さの二つの条件に従って、力学的な擾乱発達と熱的な発達の両方が起こる場合があった。

成層が弱く圏界面の高さが低い時には渦による力学的励起によって地表面低気圧が発生し、それより成層が強く圏界面の高さが高い時には対流による熱的励起によって低気圧が発達することがわかった。さらに成層が強くしたり圏界面の高さを高くすると顕著な低気圧は発達しなかった。二つの励起メカニズムそれぞれについて、地表擾乱が発達できる条件を理想的な設定で考察した。渦の力学的な励起が起こり得るかどうかについては傾圧不安定の発生条件との対応により、熱的な対流による励起が起こり得るかどうかについては、下層の空気塊に関するパーセル法的取り扱いをすることにより、それぞれのメカニズムが働き得るかどうかの理論的な検討を行うことができ、それぞれシミュレーションによって明らかになった励起きメカニズムが入れ替わるパラメータとの対応もつく。これらの二つの要因はいずれも成層が弱く圏界面が低いほど働きやすくなるが、熱的要因の方がより広いパラメータ範囲で地表面擾乱を発生させ得るのに対して、双方のメカニズムがともに働くパラメータ範囲では渦の力学的な要因の方がより効率的に作用することを示している。昨年度の理想化実験による擾乱発達の再現と、今年度のデータ解析による発達過程の仕組みの解明という主要な部分に関しては予定していた研究をほぼ遂行できた。24年度が最終年度であるため、記入しない。上空の渦の「寒気」としての役割に特に注目した条件設定で理想化実験を行い、その結果の解析を進めていく。最終年度にあたるため、これまでの成果との関連性も意識しながら実験・解析を進める。
多環式構造をモチーフとする有機化合物の合成研究

1.ポリケチド様多環性化合物の合成研究天然由来の多環式化合物には、その生合成経路において多環芳香族骨格の一部が"脱芳香化"されることにより、高度に官能基化された構造を有するものがある。これらの合成におけるポイントは、芳香族と非芳香族とが混在するこの複雑な多環構造を、芳香化を回避しながら構築することである。そこで、部分的に脱芳香化された多環式構造を有する標的化合物を合成する上での新しい方法論の確立が望まれている。本年度の研究においては、こうした化合物の合成を可能とする、1)ベンザインの[2+2]付加環化反応とピナコール生成反応とを基盤とする連続型多環形成法、および2)ニトリルオキシドの縮合環化反応とベンゾイン生成法について集中的に検討し、実際にこれらの方法を駆使し、セラガキノンAの初の全合成を達成した。2.多環系複合糖質の合成研究標記化合物群の一種であるプルラマイシン類は、強い抗腫瘍活性を持つことから、新規抗癌剤の候補として期待されている。しかし、これらの化合物群はビス-C-グリコシド構造の構築という困難な合成化学的問題により、未だその全合成は達成されておらず、その興味深い生理活性にも関わらず、研究の進捗が阻まれている。本年度の研究においては、これらビス-C-グリコシド型天然物の効率的合成に向けた基盤研究を推進した。その結果、合成目標となる天然物の母核部分として利用できる三環式化合物に対する効率的ビス-C-グリコシド化法を見出すことができた。
マイクロRNAによるテロメラーゼ制御機構の解明と子宮頚癌治療への応用

細胞の不死化・癌化に関与するテロメラーゼ発現の決定因子である逆転写酵素hTERTの発現がマイクロRNA miR299-3pによって制御されており,それがhTERTmRNAの特異的な分解促進によるものであることが明らかになった。子宮頚癌では正常子宮頸部と比較してmiR299-3pの発現が減少しており,これがテロメラーゼ活性化を誘導し癌化と関与している可能性が示された。【目的】本研究ではテロメラーゼ発現の決定因子である逆転写酵素hTERT発現調節におけるmiRNAの役割を検討し、さらに子宮頚癌との関係を探った。【結論】miR299-3pはhTERT mRNAの分解促進によってテロメラーゼを抑制している。子宮頚癌ではmiR299-3pの発現が減少しており、これがテロメラーゼ活性化を誘導し癌化と関与している可能性が示された。さらに本研究で明らかになったhTERT制御mRNA miR299-3pに関する検討も行った。またmiR299-3pは細胞老化とも関連している可能性が示された。【目的】本研究ではテロメラーゼ発現の決定因子である逆転写酵素hTERT発現調節におけるマイクロRNAの役割を検討し子宮頚癌との関係を明らかにすることを目標とした。平成22年度は昨年度までの研究で明らかになったhTERTを制御するmRNA miR299-3pに関する詳細な検討を行った。【方法】miR299-3pによるhTERT mRNA分解促進機構の解明のためにDicer1の遺伝子ノックダウンを行い、miR299-3pの発現ならびにテロメラーゼ活性への影響を調べた。またmiR299-3pのアンチセンスオリゴヌクレオチドをトランスフェクションして子宮頚癌細胞株への影響を調べた。【成績】Dicer1のノックダウンにより子宮頚癌細胞株ではmiR299-3pの発現減少とhTERTの発現増加ならびにテロメラーゼ活性の増強が認められた。このことからmiRNA miR-299-3pはDicer1依存的にhTERT発現を抑制しテロメラーゼ活性を制御していることが明らかになった。またアンチセンスオリゴヌクレオチドによるmiR299-3pの抑制でも同様のhTERTとテロメラーゼ活性の変化が認められた。【結論】特定のマイクロRNA(miR299-3p)の発現減少が癌化過程において認められ、これがテロメラーゼ活性化に関与していることが明らかになった。このことは発がんにおけるマイクロRNAの関与を示唆する重要な所見と考えられる。
人工知能のための高次推論原理と知能プログラミング言語に関する総合的研究

この研究プロジェクトは、現在の人工知能における壁をブレークスルーし将来に繋がる理論的かつ先駆的な研究を目的として、平成7年度、平成8年度の2年間にわたって行なわれた。各年度に、研究経過、成果の報告および討論のための研究集会を2回開催した。いずれの研究会も活発な討論と研究交流が行なわれ、概略以下のような研究成果が報告された。(1)高次推論原理と知能言語に関する理論的研究:様相論理、時相論理、線形論理、型理論といった新しい論理的枠組みに基づいた推論原理に関する研究6件、仮説推論、類推、抽象化といった機能を導入した推論原理に関する研究4件、帰納的推論や学習を融合した推論原理に関する研究4件、論理とラムダ計算や推論に関する研究5件、知識表現や言語に関する研究5年、モ-ビルプロセスに関する研究2件、が報告された。(2)定理証明器と推論計算法に関する研究:仮説推論、類推、モデル推論、消去法といった推論処理の定式化とその効率化に関する研究5件、証明文法や帰納的証明論を融合した新しい手法による推論法に関する研究4件、様相論理や型理論に基づく定理証明器の提案2件、が報告された。(3)高次推論システムと応用に関する研究:種々の技法を用いた高性能の一般定理証明器の開発に関する研究4件、類推や非単調推論を用いた証明発見システムや学習に関する研究2件、インターネットを用いた証明システムや思考支援のための計算機環境に関する研究2件、が報告された。発表された内容は、人工知能における理論的な成果のみならず実用的にも有用な成果が含まれている。また、研究集会では試作システムやインターネットを用いたデモンストレーションども行なわれた。これらの成果の一部が報告書としてまとめられている。平成7年度は、研究計画に沿って各分担者の研究を遂行し、研究経過報告、研究成果報告および討論のための研究集会を2回行なった。開催要領は次の通りである。第1回研究集会:山梨大学工学部、9月22日-23日;参加人数15名;発表論文数8件第2回研究集会:九州工業大学情報工学部、3月17日-19日;参加人数17名;発表論文数10件両研究会とも、分担研究者ほぼ全員の参加があり、高次推論原理と計算言語論に関する活発な討論と研究交流が行なわれた。本年度の研究成果の概要は次の通りである。(1)高次推論原理:従来の導出原理に仮説推論、類推、抽象化といった機能を導入した推論原理、不完全な情報から推論するための推論原理、および帰納的推論や学習を融合した推論原理、といった新しい推論原理の定式化を行ない、それを効率的に実現するための研究結果(2)高次定理証明器:高性能の一般定理証明器を開発するための証明過程における解釈順序、関連性試験、学習とい言った手法を用いたいろいろなヒューリスティック考案やそれらを導入した定理証明器の設計、非単調な推論を実現するためのモデル生成法、発見的プログラムの開発、および計算機環境などに関する研究結果(3)新しい計算言語論:簡潔で曖昧さがなく記述が可能な様装論理に基づいたシステム仕様記述言語の設計とその処理系開発のためのタブロ-法に基づく証明法、ラムダ計算と構成的型理論などの手法を用いた証明論や論理型言語の性質、およびラムダ計算を用いた知能処理言語の設計開発および自動証明、などに関する研究結果(4)その他:知識ベースから共通の知識を抽象化して概念を学習する帰納推論や知識ベースから論理的構造を抽出して論理式に変換する数学的知識の獲得、および帰納的プログラミング、形式的数学のための計算機環境といった高次推論を応用した研究結果研究集会では、試作システムのデモンストレーションなども行なわれ、またかなり高性能な一般定理証明器が開発されたと言う報告もなされている。これらの研究成果の一部は学会や研究会において発表されている。

このように、現在の人工知能理論における理論的な成果のみならず実用的にも有用な研究が行なわれている状況であり、現時点では研究計画に沿った研究が遂行中である。研究経過、成果の報告および討論のための研究集会を平成7年度、平成8年度それぞれ2回次の要領で開催した。平成7年度:第1回研究集会(山梨大学工学部)9月22日-23日;参加人数15名;発表論文数8件、第2回研究集会(九州工業大学情報工学部)3月17日-19日;参加人数17名;発表論文数10件平成8年度:第1回研究集会(静岡大学工学部)10月2日-3日;参加人数20名;発表論文数12、第2回研究集会(東北大学情報工学部)3月9日-11日;参加人数12名;発表論文数11件いずれの研究会も活発な討論と研究交流が行なわれ、概略以下のような研究成果が報告された。高次推論原理と知能言語に関する理論的研究:様相論理、時相論理、線形論理、型理論といった新しい論理的枠組みに基づいた推論原理に関する研究6件、仮説推論、類推、抽象化といった機能を導入した推論原理に関する研究4件、帰納的推論や学習を融合した推論原理に関する研究4件、論理とラムダ計算や推論に関する研究5件、知識表現や言語に関する研究5件、モ-ビルプロセスに関する研究2件、が報告された。(2)定理証明器と推論計算法に関する研究:仮説推論、類推、モデル推論、消去法といった推論処理の定式化とその効率化に関する研究5件、証明文法や帰納的証明論を融合した新しい手法による推論法に関する研究4件、様相論理や型理論に基づく定理証明器の提案2件、が報告された。(3)高次推論システムと応用に関する研究:種々の技法を用いた高性能の一般定理証明器の開発に関する研究4件、類推や非単調推論を用いた証明発見システムや学習に関する研究2件、インターネットを用いた証明システムや思考支援のための計算機環境に関する研究2件、が報告された。本研究を通して、人工知能における理論的な成果のみならず実用的にも有用な成果が得られ、研究集会では試作システムのデモンストレーションなども行なわれた。また、研究者間の交流の点からも意義が大きい研究であった。
フラーレン類縁体の特異的熱電効果に関する計算化学的考察

近年精力的に行われている熱電変換材料研究において、実用化を指向した材料開発を行うことが早急に求められている。これまでに行われた物質探索から、球状分子であるフラーレンが特異的な熱電特性を示すことがわかりつつある。本研究では、追実験により熱電特性の温度依存性を明らかにし、温度によって分子構造や熱物性の変化を観察した。また、GPGPUを利用した分子動力学計算により、構造物性相関と特異な熱電効果の発現機構の解明を試みた。その結果、フラーレン集合体の構造や分子運動に起因して熱物性が変化する兆候が得られ、特異的な熱電効果の発現との相関性に関して、その糸口となりうる結果が得られた。近年精力的に行われている熱電変換材料研究において、実用化を指向した材料開発を行うことが早急に求められる。これまでに行われた物質探索から見出された特異的な熱電特性を示すフラーレンについて、計算化学的手法を用いた原因解明と次世代材料設計へのフィードバックが本研究の主目的である。平成25年度は、数百分子以上を包含するバルク構造に対して分子動力学(MD)計算を行うことのできる計算基盤を整えるため、GPGPUを搭載したLinuxマシンを導入し、分子動力学計算パッケージGromacsを導入した。結晶構造を基にフラーレン500分子を包含するバルク構造をモデリングし、得られた安定化構造に対して回転相関関数を概算した。計算時間に対して回転相関関数は高温ほど早く減衰し、またある閾値温度から大きな変化を示す様子が確認できたため、熱エネルギーによって球体分子であるフラーレンの回転運動モードが大きく変調されていることが示唆された。計算と併せて、これまでに得られている実験結果の信頼性を確かめるために、再現実験を複数回行い、フラーレンが突出した熱電効果を示すことが再度確認された。また、ゼーベック効果の温度依存性を評価するため、ベース温度を300K360Kの範囲で変化させ、各温度で温度差を与えて熱電測定を行った。その結果、温度によって異なったゼーベック係数が観測された。実験と計算の両面から、来年度に向けた精度の高い研究を行うための基礎的な知見が得られたと言える。平成26年度は、前年度に実験で得られたゼーベック効果の温度依存性から、構造的な変化が期待されたため、SPring-8でのGIXD測定を行ったが、当該する温度領域において明確な構造変化は観測できなかった。そこで前年度に導入したGPGPU搭載Linuxマシンを用いて分子動力学計算パッケージGromacsによる計算を行い、分子シミュレーションによって分子運動の温度変化を考察した。結晶構造を基に作成した単結晶構造と、分子をランダムに包含した微結晶構造をそれぞれモデリングし、双方の挙動を比較した。得られた安定化構造に対して密度、定圧比熱、運動エネルギー、回転運動の自己相関関数などの物性値を概算した。各種解析により、微結晶構造では多くの空隙が生じていることがわかったが、より高密度の単結晶構造において回転運動の自己相関関数の素早い減衰が観測された。減衰の時定数をフィッティングにより求めたところ、微結晶構造では結晶ドメイン間に起因すると予測される大きな時定数が確認できた。これは空隙に対して分子が頻繁に重心移動していることを示しており、分子同士の衝突によって回転運動が散乱していることが示唆された。さらにグリーン・久保公式を基にした熱伝導率の算出を試み、結晶構造と熱伝導率との関連性を示す傾向が散見された。これにより、当初期待されたフラーレンの回転運動だけでなく、並進運動が熱物性に寄与している可能性が示された。26年度が最終年度であるため、記入しない。化学26年度が最終年度であるため、記入しない。平成25年度に導入したLinuxマシンの選定と納品に時間を要したため、十分な計算量が得られず、理論的考察が若干遅れている。特にGPGPUを駆使した演算を円滑に行えるように環境設定するために時間を要した。しかし現在までに計算環境の整備はおおむね済んでおり、来年度の計画進行には大きく差し支えないと考えている。実験については装置トラブルなどに見舞われ、十分な実験時間が確保できなかった。現在これらはおおむねクリアされ、また装置改良によるオペレーションの改善も済んでいるため、来年度の実験には差し支えないと考えている。これまでに行われた種々の材料に関する研究から,アルキル鎖のようなやわらかい部位を導入することで大きなゼーベック係数が得られる可能性が示唆されている.

そこで,真球であるC60に置換基を導入した[60]PCBMのような化学修飾されたフラーレンについて熱電特性を評価することで,回転運動の制限とゼーベック係数との相関を考察する.無置換フラーレンの結果と比較することで,やわらかい置換基が熱電特性にどの程度の影響を与えるのかを調べる.これらの測定は研究室所属の院生(1名)と分担して行う.また、熱電測定を行ったフラーレン類縁体についての電界効果トランジスタを作製する.観測された電気特性を熱電測定の結果と比較することで,電界によるキャリアドーピングの効果を評価する.また,温度依存性についても検討する.仮に温度変化によって伝導特性に急峻な変調が観測されれば,フラーレン薄膜の状態が相転移したと解釈できる.この場合,薄膜内の分子配向が変化している可能性が高く,フラーレン薄膜についてX線回折や放射光施設を利用した結晶構造評価を行い,本質的性質を明らかにする.実験と併せて、フラーレン類縁体の結晶構造を基にエネルギーバンド計算を行う.薄膜構造に基づく計算結果と比較し,一様な分子配向を仮定した場合の熱電特性を評価する.バンド分散からは荷電粒子の有効質量を求める.また,バンドの縮退から荷電時のフェルミ準位の変化を考察し,バンド端の状態密度の傾斜からゼーベック係数の大きさを見積もる.状態密度は熱電特性と相関があることが知られている(D. Wang et al., J. Chem. Phys. 131, 224704 (2009).).さらに,電子とフォノンの相互作用を加味した変形ポテンシャルを適用し,温度などの条件によるバンド構造や物性値の変化の再現を検討する.
神経線維種症1型遺伝子異常の蛋白発現ベクターを応用した診断法の確立

神経線維種症1型(NF1)が、がん抑制遺伝子であるNF1遺伝子の異常により発生することが知られている。しかし、NF1遺伝子は多くのエクソンからなる大きな遺伝子で、その異常を明らかにすることは極めて困難で、NF1患者の2割未満でしか遺伝子の異常は確定されていない。本研究では、患者NF1メッセンジャーRNAからcDNAを合成し、これを発現ベクターに組み込み、発現させた蛋白での異常をまず同定し、その情報をもとに遺伝子の異常を決定しようとするものである。白血球内に異所性に存在するNF1メッセンジャーRNAを逆転写酵素とランダムプライマーを用いcDNAに合成した。そして、T7プロモーター配列を有したプライマーを用いてPCR増幅した。この増幅産物をテンプレートとしてビオチンで標識したリジンの存在下でNF1遺伝子の断片を発現させ、ビオチンでラベルされたNF1蛋白の断片を合成した。そして、合成した標識蛋白を電気泳動により分離し、蛍光法で蛋白を検出しその泳動度から蛋白レベルでの異常を解析した。その結果、NF1 cDNAからNF1蛋白合成に至る系を確立することが出来た。そして、異常を疑わせる例において現在cDNAの塩基配列の解析を行っている。本研究は遺伝子産物である蛋白質を解析することにより遺伝子の異常を効率よく検出するシステムの確立をはかるものである。NF1 mRNAからNF1蛋白を解析する方法を確立するには、血球中mRNAが極めて微量であること、および非ラジオアイソトープ法で行うことの2点に大きな障壁が立ちはだかった。現在この2点の克服に目途がつき、cDNAの一部ではビオチンラベル蛋白の検出も可能となってきており、次年度にはシステムは完成するものと考えている。その暁にはNF1遺伝子異常の解析が急速に進むものと大きく期待される。
DNAの分子情報で無機ナノシートを操る

ssDNA修飾ナノシートの合成では、末端に蛍光分子をラベリングしたssDNAの修飾を試みた。蛍光顕微鏡観察の結果、修飾処理をした場合のみ蛍光像が観察され、DNAの固定化が確認された。さらに、消光分子を末端に持つ相補的塩基配列のssDNAを加えたところ、添加後15分で完全に消光した。これはナノシート表面という、特異な反応場においても効率よくハイブリダイゼーションが起きた事を意味している。DNA/ナノシート混合コロイドの検討もおこなった。液晶性を示していない粘土鉱物ナノシートコロイドに僅かなDNAを添加すると、強い液晶性が誘起されるという、当初の予想と異なる興味深い結果が得られた。本年度は、層状ニオブ酸塩K4Nb6O17ナノシートの表面に存在するNb-OH基を起点としたssDNAの修飾方法の確立を目指して研究を進めた。まずは、官能基末端ssDNA鎖のナノシート表面へのグラフト反応による修飾を試みた結果、六ニオブ酸ナノシート表面に、蛍光標識付きのssDNAを修飾することに成功した。六ニオブ酸塩ナノシートを凍結乾燥してスポンジ状とし、APTMS(アミノプロピルトリメトキシシラン)、無水コハク、アミノ基末端の蛍光標識(FITC)付きssDNAと、順次、反応を行う事で、試料を得た。得られた試料を共焦点レーザー顕微鏡によって観察すると、10 μm程度の平板状のナノシートが明瞭に観察された。反応前の試料、または単にアミノ基末端の蛍光標識ssDNAとナノシートを混合しただけの試料では、蛍光像は観察されなかった。さらに、赤外吸収スペクトルでも、合成を確認するようなデータが得られている。これらの結果から、蛍光標識付きのssDNAをナノシート表面に修飾できたものと考えられた。当初の予定通り、ssDNA修飾ナノシートが得られたため、H28年度以降では、コロイド系のロジック応答に取りかかることが可能となり、意義のある成果が得られたと言える。一方、ホスファイト法によるナノシート表面でのDNA直接合成に向けた準備も進めた。凍結乾燥したスポンジ状のナノシート試料を用いて直接の反応を試みたが、反応の進行は確認されなかった。ナノシート表面のNb-OH基の反応性が低いためと考えられたので、現在、表面に反応性が比較的高いと思われるアルコール性OHの導入を試みている。官能基末端ssDNAを用いた検討では、当初の計画通り、DNA修飾ナノシートを得ることに成功しており、概ね順調に進展していると考えている。27年度に検討していた、シリル化法による六ニオブ酸ナノシート表面への蛍光分子付ssDNA修飾に関する実験をさらに進めた。再現性の確認、IRスペクトルと蛍光顕微鏡による詳細な合成確認を行った結果、確証するデータを得る事ができた。さらに、ssDNA修飾六ニオブ酸塩ナノシートコロイドに、末端に蛍光消光作用のあるBQH-1を付与した相補塩基配列をもつssDNAを添加する実験を行った。添加前では蛍光を示す物質が点在している像が観察されたが、15分後では、蛍光がほとんど観察されなくなった。このことより、ナノシート上に修飾された蛍光分子付ssDNAと、添加した消光分子付ssDNAがハイブリダイゼーションしたと考えられ、ssDNAが修飾されていることを強く裏付ける結果となった。ナノシート上に修飾されたssDNAの存在状態によっては、溶液中で進行するハイブリダイゼーションが阻害されることも懸念されていたが、問題なく反応が進行することが分かった。さらに、DNA修飾後のナノシートを溶媒に再分散させるための検討も進めており、修飾後に剥離剤を再添加して水に分散するなどの方法で、良好な分散体が得られる事が分かってきている。これらの検討結果より、今後のロジック応答等の実験を行うための前提が整ったと言える。また、新たな修飾方法として、ホスファイト法によるDNA修飾のための予備検討を行った。六ニオブ酸塩、オクトシリケート、フルオロへクトライトなどを用いた実験を行い、現在結果を解析中である。オクトシリケート系では、DNA修飾自体の進行が、蛍光顕微鏡などによる解析で明らかになりつつある。合成手法を確立したssDNA修飾ナノシートを用いて、1コロイド系のロジック応答の検討および、2ヘテロ積層構築の検討をおこなう予定であったが、ssDNA修飾ナノシートの合成確認や、溶媒への分散、ハイブリダイゼーション条件の検討に時間がかかり、一部にしか取りかかれていない。しかし、全体としては概ね順調で、見通しは立っている。これまで六ニオブ酸ナノシートを用いた検討を行ってきたが、OH基の反応性や光活性などが異なるナノシートを用いる事で、さらに幅広い応用展開が期待される。そこで、層状ケイ酸塩の一種であるオクトシリケートをその候補として、剥離によりナノシートを得るための検討を行った。トルエンに、水熱法で合成したオクトシリケート粉末(oct)、ジデシルジメチルアンモニウムブロミド(C10-2)またはジドデシルジメチルアンモニウムブロミド(C12-2)を加え、60°Cで3週間撹拌し、その後超音波照射を5h行った。原子間力顕微鏡(AFM)で観察したところ、(C10-2)-octでは単層剥離した厚さ1 nm程のナノシートが観察された。(C12-2)-octでは厚さ1 nmだけでなく3 nm程度の積層ナノシートも観察された。これらの結果より、オクトシリケートの単層剥離に概ね成功した。

さらにDNAとナノシートの複合系についての基礎的知見を得るため、DNAとナノシートを単純混合した系について、検討した。バイデライト単独のコロイドは11.2 g/L以上の濃度で液晶示したが、DNA単独の溶液は今回の実験で用いた数g/L以下では液晶性を示さなかった。しかし、液晶性を示していないバイデライトコロイド(8 g/L)に僅かなDNA(0.2 g/L)を添加すると、強い液晶性が誘起された。一方、バイデライト単独のコロイドのSAXS測定では、ナノシート間平均距離が160 nmであったが、DNAを添加すると、加えたDNAの量に依らず約40 nmのナノシート間平均距離となった。バイデライトへのDNAの吸着等温線を作成したところ、DNAはバイデライトに強く吸着することが分かった。分子量の異なるDNAを用いた場合や、粘土鉱物モンモリロナイトを用いた場合でも、全般的に、ほぼ同様の傾向が確認された。ssDNA修飾ナノシートの合成では、末端に蛍光分子をラベリングしたssDNAの修飾を試みた。蛍光顕微鏡観察の結果、修飾処理をした場合のみ蛍光像が観察され、DNAの固定化が確認された。さらに、消光分子を末端に持つ相補的塩基配列のssDNAを加えたところ、添加後15分で完全に消光した。これはナノシート表面という、特異な反応場においても効率よくハイブリダイゼーションが起きた事を意味している。DNA/ナノシート混合コロイドの検討もおこなった。液晶性を示していない粘土鉱物ナノシートコロイドに僅かなDNAを添加すると、強い液晶性が誘起されるという、当初の予想と異なる興味深い結果が得られた。前年度の検討で確立した手法を用いて、種々の塩基配列のssDNAを修飾したナノシート試料を合成し、1コロイド系のロジック応答の検討および、2ヘテロ積層構築の検討を進めていく予定である。一方、ホスファイト法によるssDNA修飾ナノシート合成は未だ達成されていないので、引き続き検討を行う。ハイブリダイゼーションさせるssDNAの配列の一部にミスマッチをいれるなどして、塩基配列、依存性を明らかにする。このような実験を足がかりとして、様々な配列のssDNAを修飾した各種ナノシート試料を合成し、コロイド系のロジック応答の検討やヘテロ積層構築の検討をおこなう。また、ホスファイト法によるDNA修飾実験を進め、合成手法の確立をめざす。無機材料化学研究の進展状況を鑑み、次年度以降により多くの予算が必要になることが想定されてきたので、今年度支出を予定していた旅費や消耗品類購の費用の多くを、他の予算から支出した。そのため、次年度使用額が生じた。研究が進展してきたので、合成DNAなどの高価な試薬類や、協力研究者の研究室を訪問し実験するための費用などとして、予算を使用する予定である。
フレキシブル鉄筋コンクリート橋脚の靱性評価に基づく耐震性能照査法

本研究は,橋軸方向にフレキシブルで橋軸直角方向に耐震壁を有するRC橋脚の橋軸直角方向耐震性能照査法を縮尺模型実験および有限要素解析より提案することを目的としており,平成25年度には3体の縮尺模型を用いて加力実験を実施するとともに、有限要素解析を行った.本年度に実施した実験は、(1)軸力を載荷した状態での単調載荷実験1体,(2)軸力を載荷した状態での交番載荷実験2体である。後者は補強実験であり,1体は炭素繊維巻き付け補強,もう一体はX型内部せん断補強筋を配置した供試体である.これまでの実験・解析より得られた知見を以下に記述する.(1)各供試体の破壊性状は,水平曲げひび割れから斜めせん断ひび割れに進展した後に,供試体が破壊しており,単調・交番載荷ともに靱性のある,せん断破壊と曲げ破壊の中間的な破壊性状を呈する.(2)交番載荷時の終局変位は単調載荷時に比べると半分程度に減少しており,交番載荷は靱性に大きな影響を及ぼす.(3)骨格曲線における第1剛性と第2剛性は軸力ありの交番載荷の方が高いが,第3剛性は軸力なしの単調水平載荷の方が高い.(4)炭素繊維巻きつけ工法およびX型内部せん断補強筋配置工法は,ともに曲げ降伏後の変形性能(靱性)の改善に寄与することが確認された.(5)有限要素解析は要素の構成式を的確に選定して計算を行えば,実験結果を精度よく再現することができた.今後パラメータ解析を行えば,本橋脚の骨格曲線の定式化に有用なデータを提供できるものと思われる.25年度が最終年度であるため、記入しない。25年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,橋軸方向にフレキシブルで橋軸直角方向に耐震壁を有するフレキシブルRC橋脚の耐震性能照査法を縮尺模型実験および有限要素解析より提案し,供することを目的としており,平成24年度には5体の縮尺模型を用いて加力実験を実施した.既往の実験では供試体に対して軸力を載荷しない状態で水平方向に単調載荷を行っていたが,今回実施した実験では軸力を載荷した状態で水平方向に交番載荷を行っており,軸力および交番載荷が当該橋脚の水平耐力や終局状態にどのような影響を与えるかについて調査した.実験ケースとしては,軸力を加え水平方向に単調載荷したケース(1体)と軸力を加え水平方向に交番載荷したケース(4体)とし,供試体が終局状態に至るまで載荷を行った.これまでの実験より得られた知見を以下に整理する.(1)各供試体の破壊性状については,水平曲げひび割れから斜めせん断ひび割れに進展しコンクリートが圧壊しており,単調載荷,交番載荷ともに,柱のせん断破壊と曲げ破壊の中間的な破壊性状を呈した.(2)骨格曲線における第1剛性と第2剛性は,軸力ありの交番載荷の方が高い.第3剛性は,軸力なしの単調水平載荷の方が高い.(3)交番載荷時の終局変位は単調載荷時に比べると55%程度に減少しており,靱性に大きな差が生じた.(4)横方向鉄筋量の異なる供試体の破壊性状の比較から,柱帯鉄筋量,壁横方向鉄筋量を増加させることにより,最大耐力の変化は見られなかったが,曲げ降伏後の変形性能(靱性)は改善されることが確認された.本研究は,橋軸方向にフレキシブルで橋軸直角方向に耐震壁を有するRC橋脚の橋軸直角方向耐震性能照査法を縮尺模型実験および有限要素解析より提案することを目的としており,平成25年度には3体の縮尺模型を用いて加力実験を実施するとともに、有限要素解析を行った.本年度に実施した実験は、(1)軸力を載荷した状態での単調載荷実験1体,(2)軸力を載荷した状態での交番載荷実験2体である。後者は補強実験であり,1体は炭素繊維巻き付け補強,もう一体はX型内部せん断補強筋を配置した供試体である.これまでの実験・解析より得られた知見を以下に記述する.(1)各供試体の破壊性状は,水平曲げひび割れから斜めせん断ひび割れに進展した後に,供試体が破壊しており,単調・交番載荷ともに靱性のある,せん断破壊と曲げ破壊の中間的な破壊性状を呈する.(2)交番載荷時の終局変位は単調載荷時に比べると半分程度に減少しており,交番載荷は靱性に大きな影響を及ぼす.(3)骨格曲線における第1剛性と第2剛性は軸力ありの交番載荷の方が高いが,第3剛性は軸力なしの単調水平載荷の方が高い.(4)炭素繊維巻きつけ工法およびX型内部せん断補強筋配置工法は,ともに曲げ降伏後の変形性能(靱性)の改善に寄与することが確認された.(5)有限要素解析は要素の構成式を的確に選定して計算を行えば,実験結果を精度よく再現することができた.今後パラメータ解析を行えば,本橋脚の骨格曲線の定式化に有用なデータを提供できるものと思われる.平成24年度には計画通り供試体5体を用いて実験を実施しており,本研究はおおむね順調に進展していると考えている。

平成25年度には,計画通り炭素繊維シートによる補強供試体3体を対象とし,これまで実施した実験と同じ方法で実験を実施する予定である。25年度が最終年度であるため、記入しない。次年度には,炭素繊維シートによる補強供試体3体に対する実験を行う予定であり,供試体製作および実験実施に使用する予定である。
再生医療移植技術支援のためのマイクロマシン基盤技術の研究開発

本研究では、再生医療移植技術支援のためのマイクロマシン基盤技術の確立を目標に、特に移植支援技術に着目し、その基盤技術となるマイクロバルーンアクチュエータ(S3マイクロマシン)の設計開発技術の確立に取り組んできた。ターゲットとして取り上げている眼球内への細胞シート移植技術自体の工程に関する課題の整理・検証を経て、要求仕様を決め、移植デバイスおよびS3マイクロマシンの設計開発基盤技術研究を進めた。S3マイクロマシンであるPDMS材料製のマイクロバルーンアクチュエータ(PBA)について、固体力学に基づいた数値解析技術に対する検討と実デバイスの試行評価実験を有機的にリンクさせる研究を推進し、知見を拡充した。非線形性の強いPDMS材料の物性値計測システムを用いて、実際の移植デバイスの特性を考慮したアクチュエータ変形動作のFEM解析を行い、知見を得ている。マイクロバルーンアクチュエータ(PBA)について、バルーンの形状パラメータ依存性、複数バルーンの組み合わせ効果等の評価が進んだ。移植デバイス設計の際に重要となる所望機能のための動作実現と小型化等の制約条件への対応において有用な知見となる。評価に関しては、連携研究者の協力を得て実証評価を実施し、実用的な観点からの検証も実施し、応用についても展望した。本研究では、再生医療移植技術支援のためのマイクロマシン基盤技術の確立を目標に、特に移植支援技術として移植デバイスに着目し、その義版技術となるマイクロバルーンアクチュエータを基本とするS3マイクロマシンの設計開発技術の確立に取り組んでいる。まず、再生医療分野で研究活動中の連携研究者との連携により再生医療における移殖技術が抱える課題をマイクロマシン技術によって克服するために重要なターゲットの選定に取り組んだ。この研究課題のターゲット選定に関して、現在我々が再生医療移植技術の中でも最も重視し、有望している眼球内への細胞シート移植技術自体の工程について、医療現場の連携研究者からのヒアリングを重ね、課題の整理・検証を通して要求仕様の作成検討を行った。その上で過年度までに提案していた移植デバイスの課題を抽出し、次の設計開発基盤技術研究に反映させた試作デバイスの成果について国際会議での発表に至っている。さらに、S3マイクロマシンを再生医療分野からの要求仕様に応じて最適化を目指すための設計開発に関する基盤技術の確立研究に取り組んだ。解析や評価に導入機器設備を利用し、研究を推進してきた。この設計開発基盤技術の確立研究については、移植デバイスの基本原理として最有力のPDMS材料製のマイクロバルーンアクチュエータについて、某本構造を取り上げ、固体力学に基づいた数値解析技術に対する検討と実デバイスの試行評価実験を有機的にリンクさせる研究が進んだ。現在までに、PDMS材料の物性値計測システムを構築するとともに、実デバイスの物性を考慮したアクチュエータ変形動作のFEM解析を行い、PBA動作モードの再現性とFEM解析の適用限界を示すことができた。これらの成果について国際会議での論文採択に至っている。本研究では、再生医療移植技術支援のためのマイクロマシン基盤技術の確立を目標に、特に移植支援技術として移植デバイスに着目し、その基盤技術となるマイクロバルーンアクチュエータを基本とするS3マイクロマシンの設計開発技術の確立に取り組んでいる。本年度は全三フェーズのうち、第二フェーズに移行し、FS(試験研究)の結果をもとに眼球内への細胞シート移植技術へ対応すべく、研究中の設計開発手法の適用、の研究内容をリンクさせながら研究を進めた。第二フェーズでは、再生医療分野からの要求仕様の中でも難度が高い眼球内への細胞シート移植技術課題について主たるターゲットとし、体内(眼球内)への挿入時に小さく収納し、内部で形状をもどすことによる低侵襲性の実現に本格的に取り組んだ。ターゲットとする再生医療技術である眼球内への細胞シート移植技術では、移植のためのマイクロマシンツールの収納時サイズのダウンサイジングが強く求められており、PBAの設計支援が不可欠である。特に重点的に進めている設計開発基盤技術の確立研究では、移植デバイスの基本原理として最有力のPDMS材料製のマイクロバルーンアクチュエータ(PBA)について、基本構造を取り上げ、固体力学に基づいた数値解析技術に対する検討と実デバイスの試行評価実験を有機的にリンクさせる研究を推進した。現在までに、PDMS材料の物性値計測システムを構築するとともに、実デバイスの物性を考慮したアクチュエータ変形動作のFEM解析を行っている。

今までのところ、微小変形領域での挙動について解析結果と実験結果の整合がみられており、設計指針の決定材料として活かしたいと考えている。数値解析手法としてメッシュフリー法を採用し、幾何学的非線形を伴う大変形動作にも対応した解析技術の構築の検討を開始しており、さらに展開予定である。これらの成果については、国際会議での論文採択(2件発表済、1件採択済)に至っている。本研究では、再生医療移植技術支援のためのマイクロマシン基盤技術の確立を目標に、特に移植支援技術として移植デバイスに着目し、その基盤技術となるマイクロバルーンアクチュエータ(S^3マイクロマシン)の設計開発技術の確立に取り組んできた。ターゲットとして取り上げている眼球内への細胞シート移植技術自体の工程に関する課題の整理・検証を経て、要求仕様を決め、移植デバイスおよびS^3マイクロマシンの設計開発基盤技術研究を進めてきた。S^3マイクロマシンであるPDMS材料製のマイクロバルーンアクチュエータ(PBA)について、固体力学に基づいた数値解析技術に対する検討と実デバイスの試行評価実験を有機的にリンクさせる研究をさらに推進し、知見を拡充した。非線形性の強いPDMS材料の物性値計測システム(本研究で構築)を用いて、実際の移植デバイスの特性を考慮したアクチュエータ変形動作のFEM解析を行い、知見を得ている。マイクロバルーンアクチュエータ(PBA)について、バルーンの形状パラメータ依存性、複数バルーンの組み合わせ効果等の評価が進んだ。移植デバイス設計の際に重要となる所望機能のための動作実現と小型化等の制約条件への対応において有用な知見となる。これまでにマイクロバルーンアクチュエータ(PBA)の動作モードの再現性や検討中のFEM解析手法の適用範囲を把握することができた。さらに、これらの設計開発基盤技術に関する成果を活用し、S^3マイクロマシンを応用した移植デバイスの設計を進めた。蓄積した実験データを有効活用し、推進中の設計基盤技術を適用し、小型デバイスの設計最適化、試作、評価に取り組んだ。評価においては、連携研究者の協力を得て実証評価を実施し、実用的な観点からの検証も実施し、応用についても展望した。
細胞の“構造と力の記憶”メカニズムを探る

本研究では細胞の構造と力の記憶メカニズムを探るとともに,その生理的意義を明らかにすることを目的とし,特に細胞老化との関わりに着目しながら2年間の研究を進めてきた.血管平滑筋細胞を対象として,低継代数の細胞と,継代を重ねた細胞を準備し,アクチン細胞骨格の分布様態,細胞張力,細胞の運動特性を調査した.継代数が増えると細胞面積が増加するが,細胞張力が減少し,運動能にも低下が見られた.一方,アクチン細胞骨格を脱重合した後,再び最重合させて,細胞張力の再現力を評価したところ,継代数が進むにつれて再現性が高まる傾向が見られた.細胞の張力や構造の記憶能力が細胞老化に深く関わる可能性が示された.血管や骨などの生体組織は力学環境の変化に応じて「リモデリング」する.このリモデリングを支える細胞内要素として,収縮性細胞骨格であるストレスファイバが注目されてきた.我々は,最近,ストレスファイバには,一旦バラバラになっても自己の線維構造や配向,さらに発生する力も効率良く再現させる「構造と力の記憶」が備わる可能性に気付いた.このような個々の細胞骨格分子の記憶特性は,外乱に対する組織全体の恒常性を保つ基盤原理となっている可能性が高い.そこで本研究では,この考えを立証するために,ストレスファイバに生化学的・物理的外乱を加え分解させた後,その分子構造や張力が再現する過程を詳しく調べる.そして,細胞が如何にして自身の構造と張力を再現させるのか考察する.研究初年度は,細胞の張力分布を正確に把握するため,これまでに確立した弾性マイクロピラー基板による張力計測を適用して,細胞形状を制御しながら,その張力分布変化を解析した.細胞のアスペクト比が高くなるにつれて,細胞張力が上昇するとともに,その方向が均一化した.しかし,アスペクト比がある値を越えると逆に張力値が減少傾向を示した.同じ実験系においてアクチンストレスファイバを化学処理で一旦脱重合させたのち復帰させたところ,張力の再現性にも同様の傾向が見られた.また,共焦点顕微鏡観察により,細胞の上面と下面のアクチンストレスファイバの配向と細胞核の配向に着目しながら,細胞のアスペクト比を変化させて培養した.細胞のアスペクト比が上昇するにつれて細胞上面のストレスファイバが発達し,細胞核も細胞の長軸方向に配向する傾向が見られた.細胞上面のストレスファイバが発達した細胞において,特に張力の再現性が高い傾向が見られた.初年度において,弾性マイクロピラー基板上で細胞の形態を調整しながら,その張力分布の変化を顕微鏡下で詳細に観察できる実験系を構築した.これを用いて,細胞のアスペクト比を調整しながら細胞張力の再現性を調べることによって,細胞張力が回復しやすくなる細胞アスペクト比を突きとめることができた.また,細胞張力の再現において,細胞の下面だけでなく上面ストレスファイバも重要な役割を果たすという新たな知見が得られた.血管や骨などの生体組織は力学環境の変化に応じて「リモデリング」する.このリモデリングを支える細胞内要素として,アクチン細胞骨格が注目されてきた.申請者らは,最近,アクチン細胞骨格には,一旦バラバラになっても自己の線維構造や配向,さらに発生する力も効率良く再現させる「構造と力の記憶」が備わる可能性に気付いた.このような個々の細胞骨格分子の記憶特性は,外乱に対する組織全体の恒常性を保つ基盤原理となっている可能性が高い.そこで本研究では,この考えを立証するために,アクチン細胞骨格に生化学的・物理的外乱を加え分解させた後,その分子構造や張力が再現する過程を詳しく調べた.そして,細胞の構造と力の記憶メカニズムを探るとともに,その生理的意義を明らかにすることを目的とした.今年度は,細胞の構造及び張力の記憶力メカニズムについて,特に細胞老化との関わりに着目し研究を展開した.ブタ胸大動脈由来平滑筋細胞を対象として,継代数が比較的少ない細胞と,継代を重ねて老化を進ませた細胞を準備し,その形態やアクチン細胞骨格の分布様態,細胞が発揮する張力ベクトルを解析した.また,顕微鏡下で長時間培養可能な環境を整え,それらの細胞の運動特性にも着目した.継代数が進むことで細胞面積が増加するが,細胞接着部位での張力は減少傾向が見られた.また,継代数が少ない細胞は仮足の形成頻度が高く,移動速度も速いが,老化が進むことで運動能が低下していくような傾向が見られた.一方,アクチン細胞骨格構造を人為的に破壊した後,再び最重合させる実験によって,細胞張力の復元能力を評価したところ,継代数が数が進むにつれて復元能が高くなるような傾向が見られた.本研究によって,細胞の張力や構造の記憶能力が細胞の老化に深く関わる可能性が示された.本研究では細胞の構造と力の記憶メカニズムを探るとともに,その生理的意義を明らかにすることを目的とし,特に細胞老化との関わりに着目しながら2年間の研究を進めてきた.血管平滑筋細胞を対象として,低継代数の細胞と,継代を重ねた細胞を準備し,アクチン細胞骨格の分布様態,細胞張力,細胞の運動特性を調査した.継代数が増えると細胞面積が増加するが,細胞張力が減少し,運動能にも低下が見られた.一方,アクチン細胞骨格を脱重合した後,再び最重合させて,細胞張力の再現力を評価したところ,継代数が進むにつれて再現性が高まる傾向が見られた.細胞の張力や構造の記憶能力が細胞老化に深く関わる可能性が示された.