hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
癌疾患由来異常フィブロネクチンの構造と機能および転移との関連について

生体組織ではFibronectin(FN)を代表とする細胞外マトリックス蛋白質が細胞基底膜や間質に広く存在し、細胞を接着、固定し、たくさんの細胞を秩序正しく配列し組織構造の保持や組織機能の独自性を維持している。FN分子の中で細胞接着作用をもつ分部は、FN分子のほぼ中央にある細胞接着ドメインで、この部分が細胞を接着、固定し、いわば細胞の錨となっているため細胞はほとんどの場合一生同じ場所で決められた役割を担っている。ところが癌細胞は正常組織の細胞保持や統制をくぐり抜け生体のあちこちに移動し転移をきたす。我々はこれまで各種消化器癌尿中FNの測定を行なってきたが、多くの癌において癌の進行とともに増加し、転移をきたすと著増する知見を報告してきた。そしてこれら消化器癌尿中FNを精製し構造および機能について検討した結果、胃癌、結腸癌、直腸癌、肝癌などの多くの消化器癌で良性疾患においては認められない分子量100kDaのFNフラグメントが尿中に排泄されていることが判明した。またこのフラグメントは細胞接着ドメインを中心としたフラグメントであることもつきとめられた。一方免疫組織化学的に癌組織を検討したところ、ポリクロ-ナル抗体による染色像は癌組織の間質および基底膜にFNの分布を認めたが、FNのドメインIVに特異なモノクロ-ナル抗体による染色では間質や基底膜のFN分布は不連続性で不均一性を示した。このことは細胞間質や基底膜に存在しているFNの細胞接着ドメイン部分を癌細胞が切断したものと考えられた。すなわち転移という特徴的な性質を有する癌細胞が自分の周囲にまとわりついて錨として作用しているFNの細胞接着ドメインを破壊、分断することにより転移を起こす可能性が示唆された。転移例で尿中に細胞接着ドメインが著増するという事実はこの錨がはずされた結果と考えられる。今後さらに転移メカニズムの解明に向けて検討を行ないたい。各種消化器癌由来の尿中異常フィブロネクチン(UFN)の精製を行なつた結果、胃癌、結腸・直腸癌では分子量約100kDaのUFNフラグメントが得られた。このUFNフラグメントに対してどのような構造を保っているかについて、FNの各ドメイン構造に対して特異に反応するモノクロナ-ル抗体(MoAb)を用い、Weatern-blottingを行なつた結果、胃癌、結腸・直腸癌にみられたUFNはどちらも同一分子量で細胞接着ドメインを認識するMoAbとのみ反応し、他のドメインに対するMoAbとは反応はみられなかつた。すなわち胃癌、結腸・直腸癌患者尿中にはFNの細胞接着ドメインを中心とした100kDaのフラグメントが排泄されていることが判明した。このことは細胞周囲のFNが分断され尿中に排泄されている可能性が示唆され、現在FNのどこで分断されているかについてさらに検討中である。一方癌組織の組織化学的検討では、FNのポリクロ-ナル抗体を用いた免疫組織染色において癌組織周囲や間質に強い陽性像を認めた、さらに癌細胞基底膜においても陽性所見がみられた、つぎにFNの細胞節着ドメイン(ドメインIV)に特異に反応するMoAbとフィブリン結合ドメイン(ドメインVI)に対するMoAbを用いた免疫組織学的検討では、両者ともポリクロナ-ル抗体と同様に癌組織周囲や間質に強い陽性所見を呈したが癌細胞基底膜においては、細胞接着ドメインを認識するMoAbとフィブリン接着ドメインを認識するMoAbとの間に差異が認められた、すなわち細胞接着ドメインの方が染色性が弱く癌細胞基底膜のFNのうち細胞接着ドメインが消失している可能性が示唆された。

このことは組織構造を保つ蛋白の1つであるFNが癌細胞によつて、破壊され特にFNの細胞接着部位を中心とした部分を切断し癌の転移をきたす可能性が示唆された。消化器癌尿中異常FNフラグメントを精製し構造および機能について検討した。胃癌,結腸癌,直腸癌,肝癌などの消化器癌において、良性疾患には認められない分子量10kDaのFNフラグメントが尿中に排泄されていることが判明した。このフラグメンは細胞接着ドメインを中心としたフラグメントでコラ-ゲンに対する親和性は認められないがヘパリンに対して弱い親和性を示し、細胞接着作用をもつドメインIVとヘパリンと親和性のあるドメインVの一部を含んだフラグメントであることもつきとめられた。つぎにこの細胞接着ドメインに対して特異に反応するモノクロ-ナル抗体(MoAb)を用いて免疫組織学的に癌組織を染色し、ポリクロナ-ル抗体による染色と比較検討した。ポリクロナ-ル抗体による染色像は癌組織の間質および基底膜にFNの分布を認めたが、FNのドメインIVのMoAb染色では間質や基底膜に存在しているFNは不連続で不均一性を示したFNのドメインIVの部分の消失が示唆された。すなわち癌組織においては細胞間質や基底膜に存在しているFNの細胞接着部分が癌細胞により切断されたものと考えられた。このことは転移というきわめて特異な性質を有する癌細胞がその細胞を固定し錨として作用しているFNの細胞接着ドメインを切断することにより錨をはずし体のあちこちに転移をきたすという可能性が考えられた。事実転移をきたした癌では尿中FNフラグメントが著明に増加することが認められており、錨がはずされた結果と思われた。この尿中細胞接着ドメイン・フラグメントがFNのどこの位置で切断されているかつついて、N未端側のペプチド構造の解明を試みたがはっきりした結果が得られなかった。今後さらに検討を行ない転移メカニズムの解明を行ないたいと考えている。
情報公開と個人情報保護

「情報公開と個人情報保護」については、以前から研究を行ってきたが、今回、重点領域研究・情報化社会と人間の一環として総合的に研究を行い、これらの問題の拡がりと奥行の深さを改めて認識した。情報公開(情報へのアクセス権)については、内外ともに多くの議論が展開され、新たに解明すべき様々な問題が出てきている。先進国における情報公開法の制定・運用、日本における情報公開条例の制定・運用について貴重な経験が積み重ねられてきている。これらの情報を収集するとともに、その分析をも行っている。なかでも、情報化社会を支える新たな情報技術(ニュ-テクノロジ-)を情報公開の分野にどのように導入するかが検討されなければならない。例えば、電子デ-タによる公的機関の情報公開、パソコン・ネットワ-クによるもの等がそれである。個人情報保護(自己情報へのアクセス権)についても、情報公開と同様な状況にあり、それらの情報収集と分析を行っている。先進諸国では、1970年代から80年代にかけて個人情報保護法・デ-タ保護法が制定されたが、それらのみでは解決が困難な新しいプライバシ-問題が顕在化してきている。例えば、テクノロジ-の飛躍的発展を利用して電話の受信者のプライバシ-を保護するために案出された発信者番号表示(caller ID)が発信者のプライバシ-を侵害するという議論にまで発展し、アメリカの各州ではその対応に違いが出てきている。本年度においては、内外の研究動向をも把握するために、コンピュ-タを利用し、デ-タベ-ス化を図ってきた。これらをもとにさらに研究を進めていく予定である。
地震国のサイスミック・マイクロゾネーションに関する共同研究

本研究は,これまで各々の地震国で独自に考えられていたサイスミック・マイクロゾネーションとその背景に存在する地震・地盤環境についての国際比較を試みることによって,それぞれの地域にとってより効果的な地震防災計画を共同で立案することを目的としている.以上の目的を達成するため,平成10年度から3年間に亘って実施した主要な研究内容は以下の通りである.(1)それぞれの地域において,地震・地盤環境を確認するために個別のフィールドワークを行い,地震活動度・想定地震の評価,地盤特性の評価,標準的な建物の振動特性評価などの項目について,サイスミック・マイクロゾネーションを実行した.それらの結果に基づく情報交換と議論は主として電子メールによって実施した.この間,エチオピア・スペイン・モロッコ・メキシコ・キューバにわが国から研究者を派遣し,各々の地域のフィールドワークを支援した.(2)毎年1回海外の研究分担者をわが国へ招聘し,研究内容の報告と意見交換のためのワークショップを開催した.招聘者は,F.ヴィダル(スペイン),L.マルチン(アメリカ),M.チャベス(メキシコ),B.ゴンザレス(キューバ),M.ハイレ(エチオピア),T.ムーラビ(モロッコ)等の研究分担者であり,平成12年度にはK.ベヤン(トルコ)も加わった.これらの会合には,同一研究分野の国内の研究者も多数参加して活発な討議を行い,異なる地域の異なる地震・地盤・建物の環境について理解が深められた.(3)研究期間内には各地で地震災害が発生したため,平成11年12月には台湾に,平成12年3月にはトルコに,また平成13年1月にはエルサルバドルに調査団を派遣し,本研究課題であるサイスミック・マイクロゾネーションについて現地調査を実施した.それらの研究成果は,地震被災国のサイスミック・マイクロゾネーション研究の基礎資料として還元された.本研究は,これまで各々の地震国で独自に考えられていたサイスミック・マイクロゾネーションとその背景に存在する地震・地盤環境についての国際比較を試みることによって,それぞれの地域にとってより効果的な地震防災計画を共同で立案することを目的としている.以上の目的を達成するため,平成10年度から3年間に亘って実施した主要な研究内容は以下の通りである.(1)それぞれの地域において,地震・地盤環境を確認するために個別のフィールドワークを行い,地震活動度・想定地震の評価,地盤特性の評価,標準的な建物の振動特性評価などの項目について,サイスミック・マイクロゾネーションを実行した.それらの結果に基づく情報交換と議論は主として電子メールによって実施した.この間,エチオピア・スペイン・モロッコ・メキシコ・キューバにわが国から研究者を派遣し,各々の地域のフィールドワークを支援した.(2)毎年1回海外の研究分担者をわが国へ招聘し,研究内容の報告と意見交換のためのワークショップを開催した.招聘者は,F.ヴィダル(スペイン),L.マルチン(アメリカ),M.チャベス(メキシコ),B.ゴンザレス(キューバ),M.ハイレ(エチオピア),T.ムーラビ(モロッコ)等の研究分担者であり,平成12年度にはK.ベヤン(トルコ)も加わった.これらの会合には,同一研究分野の国内の研究者も多数参加して活発な討議を行い,異なる地域の異なる地震・地盤・建物の環境について理解が深められた.(3)研究期間内には各地で地震災害が発生したため,平成11年12月には台湾に,平成12年3月にはトルコに,また平成13年1月にはエルサルバドルに調査団を派遣し,本研究課題であるサイスミック・マイクロゾネーションについて現地調査を実施した.それらの研究成果は,地震被災国のサイスミック・マイクロゾネーション研究の基礎資料として還元された.本研究は,これまで各々の地震国で独自に考えられていたサイスミック・マイクロゾネーションとその背景に存在する地震・地盤環境についての国際比較を試みることによって,各々の地域にとってより効果的な地震防災計画を共同で立案することを目的としており,各国の自然環境や社会経済環境の相違によって地震防災対策も異なる対応が必要であることを具体的に提示しようと考えている.初年度の研究活動として,本年度においては以下のような研究内容を実施した.1.各地域における地震危険度分析と結果の画像化各地域の研究分担者が中心となり,各々の所属研究機関から経済的補助と研究協力者の参加を得て研究グループを組織し,それぞれの地域の特色を活かした地震危険度分析を開始した.結果は相互比較が可能なように極力画像化することとした.2.エチオピア・モロッコにおける合同調査の実施日本側から研究分担者と研究協力者を派遣し,アディスアババ市(エチオピア)とテトワン市(モロッコ)において,地盤条件と建物の振動特性を評価するための現地調査を実施した.3.わが国での研究打合せとワークショップの開催研究分担者をわが国に招聘し,研究打合せを実施した.併せて関連の研究者を含めたワークショップを開催し,・下記の各々の地域のサイスミック・マイクロゾネーションの現状について情報交換を行った.東京首都圏,神戸地域,福井平野(日本)・グラナダ市とアルメリア市(スペイン)・サンフランシスコ湾岸地域(アメリカ)・メキシコシティ(メキシコ)・ハバナ市(キューバ)・アディスアババ市(エチオピア)・テトワン市(モロッコ)本研究は,これまで各々の地震国で独自に考えられていたサイスミック・マイクロゾネーションとその背景に存在する地震・地盤環境についての国際比較を試みることによって,それぞれの地域にとってより効果的な地震防災計画を共同で立案することを目的としている.以上の目的を達成するため,それぞれの地域において個別のフィールドワークを実行し,それらの結果に基づく議論はメール交換によって実施している。本年度の主要な研究内容は以下の通りである.

1)メキシコ(グアダラハラ市)・キューバ(ハバナ市)に3名の調査団(瀬尾と2名の研究協力者)を派遣し,当地の研究分担者と共に合同微動観測を実施した.観測データは当地の研究分担者が中心となって解析中である.この現地調査の機会に当地の防災行政担当者を交えた情報交流を行い,サイスミック・マイクロゾネーションの重要性について認識を深めてもらった.2)台湾集集地震(1999.9.21)に関する地盤環境調査のために1名(瀬尾)を現地に派遣し,併せて強震記録・出版物等の情報収集を行った.本研究の視点から見ると台北市の危険度が最も高いことから,当地の研究者に対して共同研究の提案を行っているところである.3)エチオピアとモロッコから研究分担者を招聘し,昨年度に実施した現地調査の結果について検討を行うとともに,我国の微動研究者と合同の研究連絡会を持ち研究交流を実施した.4)トルコで発生した2つの被害地震(1999.8.17,11.12)に関する地盤環境調査のために3名(瀬尾と2名の研究協力者)を現地に派遣し,微動測定を中心とする現地調査と併せて強震記録・出版物等の情報収集を行った.今回の現地調査は,本研究と関連の深い当地の大学研究者と共同で実施されたものであり,今後とも共同研究を継続実施するために双方で努力することを確認した.本研究は,これまで各々の地震国で独自に考えられていたサイスミック・マイクロゾネーションとその背景に存在する地震・地盤環境についての国際比較を試みることによって,それぞれの地域にとってより効果的な地震防災計画を共同で立案することを目的としている.以上の目的を達成するため,本年度に実施した主要な研究内容は以下の通りである.(1)それぞれの地域において,地震・地盤環境を確認するために個別のフィールドワークを行い,地震活動度・想定地震の評価,地盤特性の評価,標準的な建物の振動特性評価などの項目について,サイスミック・マイクロゾネーションを実行した.それらの結果に基づく情報交換と議論は電子メールによって実施した.(2)平成12年10月に研究分担者を招聘し,研究内容の報告と意見交換のためのワークショップを開催した.招聘者は,フランシスコ・ヴィダル(スペイン)ラリアナ・マルチン(アメリカ),マリオ・チャベス(メキシコ),ベルタ・ゴンザレス(キューバ),メッセレ・ハイレ(エチオピア),タウィフィク・ムーラビ(モロッコ),ケマル・ベヤン(トルコ)の7名の研究分担者であり,同一研究分野の国内の研究者も多数参加して活発な討議を行い,異なる地域の異なる地震・地盤・建物の環境について理解が深められた(3)平成13年1月13日にエルサルバドルで地震災害が発生し,まさに本研究課題が当地で問題となったので,瀬尾和大(研究代表者)を現地に派遣し,当地のウォルター・サラザール氏(中央アメリカ大学)と共同で被害調査を実施し,その結果をエルサルバドルにも還元した.
コミュニケーション障害の支援に向けた脳オシレーション解析による評価法の提案

コミュニケーションを支える認知発達の定量評価法を探索するため,脳機能解析と検査手法の改良を行うとともに安静時の脳オシレーション局在を検討した.その結果,健常成人・小児で声認知に関連して運動野および体性感覚野,聴覚野,聴覚連合野付近の活動が関与することを確認した.また,会話動画と声の照合課題時と安静時の脳活動について次元削減法を用いて相似性・相違性を検討したところ,視聴覚統合への最大分散を示す主成分からTP領域とOFCやACC,島皮質間の機能的なγ帯域ネットワークを検出した.以上から,社会性認知の発達には,感覚運動野とそれらを支える皮質間ネットワークの成立によって促されることが指摘された.ヒトの脳オシレーションについて機能局在を明らかにするため,平成25年度は,健常成人を対象に安静状態における脳磁図記録の環境整備および計測をおこなった.これをもとに,平成26年度以降に実施を予定している定型発達と想定される子ども(就学以降)や臨床例を対象とした解析法のプロトコルを検討した.さらに,脳オシレーション記録にともなう準備の時短化を目指した環境も整備した.脳磁図や脳波の発生源を推定するためには,対象の頭部MRI画像と脳磁図センサーや脳波電極の空間情報を合せる必要がある.すなわち,計測時の対象の頭部の位置情報登録における誤差を最小にすることが,データ解析の精度を飛躍的に向上させる.しかしながら,これまでは登録作業に5-15分ほど要したため,子どもや臨床例が対象の場合,誤差が大きくなりがちで,しばしばデータ解析が不可能となる事態に陥った.平成25年度は,頭部位置情報の登録に非接触3次元デジタイザを導入することによって,時短化を目指した記録法プロトコルの改良をおこなった.また,子どもや臨床例を対象としたデータ収集に先立ち,コミュニケーションに関わる認知・行動発達の評価項目選定について,標準化された心理検査や行動観察法,脳機能情報解析法から検討をおこない,一部の成果は公表された.ヒトの脳オシレーションについて機能局在を明らかにするため,平成25年度に策定した脳オシレーションの記録・解析プロトコルに基づき,平成26年度はコミュニケーションに関連する視・聴覚認知と運動調整によって健常成人から得られた脳信号(脳磁図・脳波)について,刺激に同期して生じる成分を解析した.脳磁図信号に関しては逆相関で刺激に相関する成分を検出して,単一双極子推定法による発生源推定をおこなった.現在,分布型信号源推定(最小ノルム法;adaptive beamformer)に基づいたオシレーション解析をstatistical parametricmapping (SPM)やMNEなどの解析ツールを用いてコミュニケーション行動にともなう脳の神経基盤を探っており,一部の成果は,学術会議(the International Organization of Psychophysiology, Hiroshima, Japan. Sep 23-27, 2014.09)にて公表され,教員免許更新講習においても子どもの変化についての理解を深めるための最新知見として紹介された.さらに,同プロトコルを用いて定型発達児と臨床群の脳オシレーションデータ収集を開始し,解析とともに解析プロトコルの修正を進めている.コミュニケーションを支える認知の発達にかかる客観的な定量評価法を探索するため,(1)コミュニケーションを支える認知の脳機能解析と検査手法の改良をおこなうとともに,(2)安静状態における脳オシレーション(脳の自発活動を反映する基礎律動)について機能局在を検討した.その結果,(1)健常成人7名中6名と定型発達児3名において,ヒト声認知に関連して脳磁場反応が運動野および体性感覚野,聴覚野,聴覚連合野付近に由来することを確認した.また,(2)課題中と閉眼時の安静時における脳磁場反応について次元削減法を用いてその相似性および相違性を検討したところ,視聴覚統合と自発活動の分散を最大化する主成分を検出し,Temporal Pole領域を中心にOrbitofrontal Cortex (OFC)やAnterior cingulate cortex (ACC),島皮質との間に機能的なγ帯域のネットワークが存在することを指摘した.本研究は,生来の脳の機能不全とある特定の認知や精神活動にみられる脆弱性について識別の可能性を示唆したといえる.今後は,発達や学習がもたらす脳機能を定量評価する指標への応用,ひいては特別なニーズをもつ子どもの個別支援計画作成にかかるアセスメントへの活用の点で発展が見込まれる.なお,上記成果の一部は,学術誌および学術会議にて公表され,教員免許更新講習においても子どもの変化についての理解を深めるための最新知見として紹介された.コミュニケーションを支える認知発達の定量評価法を探索するため,脳機能解析と検査手法の改良を行うとともに安静時の脳オシレーション局在を検討した.その結果,健常成人・小児で声認知に関連して運動野および体性感覚野,聴覚野,聴覚連合野付近の活動が関与することを確認した.また,会話動画と声の照合課題時と安静時の脳活動について次元削減法を用いて相似性・相違性を検討したところ,視聴覚統合への最大分散を示す主成分からTP領域とOFCやACC,島皮質間の機能的なγ帯域ネットワークを検出した.以上から,社会性認知の発達には,感覚運動野とそれらを支える皮質間ネットワークの成立によって促されることが指摘された.

定型発達と想定される子ども(就学以降)や臨床例を被検対象とした,脳オシレーションの計測および解析,コミュニケーションに関わる認知・行動発達の評価を開始し,平成26年度のおもな研究実施計画の目標を達成し,概ね順調に進展しているといえる.並行して,被検者群間で同じ解析プロトコルを適用するため,平成25年度に収集した健常成人の脳オシレーションデータについて解析プロトコルの修正をおこない,平成27年度の研究実施計画へ向け研究作業を追加することによって,適宜,工程も修正された.しかしその結果,当初予定していた被検者数のデータ収集に達しなかったためやや進度は遅れているといえるが,次年度に併せて目標の被検者数のデータ収集をおこなうことで研究目的を達成するよう努める所存である.27年度が最終年度であるため、記入しない。神経科学平成25年度に策定した脳オシレーションの記録プロトコルおよび平成26年度に修正した脳オシレーションの解析プロトコルにしたがい,定型発達児と臨床群の脳オシレーションデータ収集を開始する.併せて,平成25年度に策定したコミュニケーションに関わる認知・行動発達の評価項目を参照し,心理検査や行動観察法,脳機能情報解析法によるデータも蓄積する.対象は,定型発達児および健常成人,コミュニケーションにつまずきのある臨床例とする.脳磁図と脳波の発生源推定に際しては,本研究では脳の全領域が解析対象となるため,従来の単一双極子による推定法が適切とは限らない.そこで本研究では,空間フィルタ法(Minimum Norm Estimation: MNE)も適用して,機能局在毎の脳オシレーションマッピングを作成し,これを基準にコミュニケーションに特異的な脳オシレーション変化を検討する.平成25年度のおもな研究実施計画のうち,健常成人を対象に安静状態における脳磁図記録の環境整備と計測,および,脳オシレーション記録にともなう準備の時短化を目指した環境の整備について,概ね目標を達成したため,概ね順調に進展しているといえる.なお,定型発達と想定される子ども(就学以降)や臨床例を被検対象とした,計測環境やデータ解析,コミュニケーションに関わる認知・行動発達の評価項目の選定についてもほぼ整備したといえるが,実際に子どもや臨床例のデータ収集を通じて改良する必要があるため,平成26年度計画に挙げた「子どもと臨床群の脳磁図と脳波の安静時データ収集」を通じて,目標の達成に努める予定である.27年度が最終年度であるため、記入しない。定型発達児における脳オシレーションデータの収集を開始したものの,予備解析の結果,解析プロトコルの修正が必要となったことからその対応のため本実験の開始が遅れた.したがって,当初予定していた被検者数のデータ収集に満たなかったため,謝金等の支出に余りが生じた.27年度が最終年度であるため、記入しない。平成25年度に策定した脳オシレーションの記録・解析プロトコルにしたがい,子どもと臨床群の脳磁図と脳波の安静時データ収集を開始する.また,平成25年度に策定したコミュニケーションに関わる認知・行動発達の評価項目を参照して心理検査や行動観察法,脳機能情報解析法を用いて,対象のデータ収集を開始する.対象は,定型発達児および健常成人,コミュニケーションにつまずきのある臨床例とする.次年度に併せて目標の被検者数のデータ収集をおこない,謝金等として支出する.27年度が最終年度であるため、記入しない。
日本における展開に向けた宇宙教育の課題と国際動向の研究

日本の中学校・高等学校の教員を対象とした質問紙調査により、宇宙教育の現状と課題について調べた。教師は、宇宙に関する分野について生徒の関心が高いと考えている場合が多いこと、授業を行う上での課題として、観測や実験の難しさのほか、中学校教師は、空間的な思考が苦手な生徒が多いことを課題としてあげるケースが多かった。これを踏まえて、3次元VR技術により仮想宇宙空間を自由に移動するソフトウェアを利用した教育プログラムを設計、試行した。宇宙教育は,将来の宇宙開発・利用を担う人材の養成という観点からの重要性とともに,学校教育等においても科学技術教育への導入の題材という意味で大きな可能性を持つ。本研究では,中・高等学校における宇宙教育の現状と課題を探ることを目的として,日本全国から無作為抽出した学校の理科教員へのアンケート調査を行った。この結果,宇宙に関する分野について生徒の関心が高いと考えている教員が多いこと,中学校教員は,宇宙に関する授業を行う上で「空間的な思考が苦手な生徒が多い」こと,「観測が難しい」こと等を課題と考えていることが明らかになった。さらに,授業のために希望するサービスとして,「画像や動画を集めたもの」への要望が高いが,JAXA,NASA等の宇宙機関の提供資料の利用率は低いこと等がわかった。また、宇宙教育プログラム開発の予備検討を行った。具体的には、現代天文学、宇宙科学等の成果を反映した宇宙像を提示し、仮想宇宙空間での自由な移動の機能をもつ既存ソフトウェアの利用を想定して、(1)宇宙や太陽系探査等に関する知識伝達、(2)仮想空間での探求的能力の開発、(3)宇宙探査計画のデザイン力の開発等を目的とした教育プログラムの予備検討を行った。体験や実験が本質的に困難な、銀河間空間まで含めた宇宙空間の把握・理解において、仮想空間の利用は大きな可能性を持つ一方、学校教員および教育学研究者へのヒアリングを通じて、学校教育の授業に組み込む形で利用する場合には、(1)学校から可視化システムのある施設への移動を含む時間的コスト、(2)学習指導要領の中での位置づけの明確化、(3)教育的目的の明確化等の課題が明らかになった。また、教育学の知見をふまえた教育プログラム評価方法のより具体的な検討が必要であることが明らかになった。今後これらをふまえた上で、教育プログラムの詳細設計、教育的実験としての試行と評価を行う。2015年度に予定していた米国の宇宙機関の宇宙教育関係者へのインタビュー、宇宙教育活動の事例調査などが日程調整の問題で十分には実施できなかった。本研究は、日本における宇宙教育の展開に向けて、国内の宇宙教育の現状と課題の把握、欧米の事例や動向の調査、それらを踏まえた教育プログラムの開発・試行等を行うことを目的として実施した。2015年度には、(1)日本の中・高等学校における宇宙教育の現状と課題の把握を目的とした教員へのアンケート調査、および(2)宇宙教育プログラム開発の予備検討等を行った。成果概要は2015年度実施状況報告書に記載したが、特に(1)から、中学校教員は宇宙に関する授業を行う上で、「空間的な思考が苦手な生徒が多い」こと、「観測が難しい」こと等を課題と考えている場合が多いことが明らかになった。2016年度には、(3)上記の結果とバーチャルリアリティ(VR)技術の普及を踏まえ、国立天文台4D2Uプロジェクトにより開発されたソフトウェアMitakaのVR版を教材として、バーチャルな宇宙を自由に移動・観察できる機能を利用した教育プログラムの具体的検討を行い、同プロジェクトの研究者と神戸大学附属学校教員の協力のもとで試行実験を行った。これを通じて、VRを利用した教育プログラムを学校で実施する場合の技術的課題、教育プログラムの本格的検討・開発に向けた課題等が明らかになった。また、(4) Texasで開催された宇宙教育に関する会議に参加し、米国における宇宙教育の現状について調査を行った。これを通じて、米国の宇宙教育において、有人宇宙探査が大きな役割を果たしていること、宇宙航空産業による教育への支援が充実していることなどの他、人工衛星等を教材とした多様な教育プログラムの可能性などが明らかになった。この他、日・米・欧州の中核宇宙機関等による教育の取組について、概観と比較を試みた。上記(1)、(3)の成果は、米国で開催されたLunar and Planetary Science Conferenceにおいて発表した。2015年度に予定していた米国の宇宙機関の宇宙教育関係者へのインタビュー、宇宙教育活動の事例調査などは2016年度に実施する。2015年度に明らかになった学校における宇宙教育の課題をふまえて、宇宙教育プログラムの開発、評価等を行う。未発表の研究成果については、2017年度以降に学会、論文等での発表を行う。VRを利用した宇宙教育プログラムの開発は、2017年度以降も継続・展開する。宇宙物理学,科学教育米国の宇宙機関の宇宙教育関係者へのインタビュー調査および宇宙教育活動の事例調査について、日程調整がつかず次年度に行うこととした。米国の宇宙機関の宇宙教育関係者へのインタビュー調査および宇宙教育活動の事例調査について、2016年度10月までの期間で訪問先と日程調整の上、実施する。
熱雑音の低減による重力波検出器TAMA300の高感度化

現在、国立天文台三鷹キャンパスで、干渉計型重力波検出器の開発が進められている。TAMA300は重力波に対する感度を着実に向上してきている。この感度は、鏡の熱雑音によって制限される。その低減は、技術的に克服しなければならない重要な課題である。観測帯域における熱雑音の振幅は、鏡の機械損失に比例することが知られている。従って、研究代表者は、いかに機械損失の小さい鏡を実現するかという課題に取り組んでいる。また、鏡の熱雑音は理論的に予言されているだけのものであったため、それを直接検証するという課題にも取り組んできた。干渉計の鏡材料は、溶融石英が有望視されている。研究代表者は、高品位の溶融石英の機械損失を測定する実験を行った。溶融石英の製法によって機械損失の大きさが異なること、溶融石英の機械損失には周波数依存性があることなどを発見した。また、世界で最も機械損失の小さい溶融石英を見出した。これらの結果は論文として発表された。熱雑音自体の直接測定の実験においては、レーザの周波数を固定光共振器にロックし、高い周波数安定度を得た。この光を二つの短基線長Fabry-Perot共振器に入射し、共振器をレーザ光に対してロックした。地面振動、散射雑音、周波数雑音などを抑圧し、感度の向上を行った。ここで測定を試みた熱雑音は、Brownian noiseとthermoelastic noiseという二つの熱雑音である。前者は光学ガラスBK7、後者はフッ化カルシウムを用いることで検証を行った。両者において三桁にわたり、鏡の熱雑音を測定することに世界で初めて成功した。測定された熱雑音は理論的な予言と一致していた。これらは論文として投稿予定である。構築された干渉計ではさらに小さな鏡の熱雑音を直接測定できる。これは、実際の重力波検出器のためのテストベンチとして、重要な役割を果たしていくことになる。
高温プラズマの自己維持乱流の確率的遷移の研究

萌芽的研究の最終年度としてまとめるために、自己維持乱流モデルにおける統計的性質をとり入れる研究を進めた。新たな理論体系への挑戦として、スケール長が大きく異なる乱流が混在している状態を考え、そこでの統計的非線型相互作用をとり入れる理論モデルを定式化し論文として発表した。この多スケールを内在する状態の非線型理論はプラズマ分野のみならず、広い分野でも重要課題である。前年度まで構築して来た理論体系の枠組みが世界的に知られるところとなり、次の2件の国際会議での招待講演を行なった。(伊藤早苗:Transition in multiple-scale-length turbulence,電磁乱流の自己組織化と輸送の国際会議アックス・アン・プロバンス(フランス)2001年7月,伊藤早苗:Transitio in multiple-scale-length turbulence in plasmas,第43回米国物理学会(DPP),ロング・ビーチ(米国)2001年11月)中性乱流の理論研究にも着手し、スワール流における乱流の統計的効果も新たに解析して論文として発表した。さらに確率方程式(ランジュバン方程式)を直接解いて性質を調べる研究も手がけ結果を発表した。また最終年度をしめくくるに当たり、成果報告書をとりまとめて出版した。(2002年3月)本研究は、高温プラズマの自己維持乱流の確率的遷移を研究できる様に、現象の確率的描像を明らかにするとともに、理論体系に乱流の統計性を導入しようとする意欲的なものであったが、今後のこの研究課題に対する確固たる基盤を作ったと言える。高温プラズマに現れる崩壊現象のうち多くのものが「自己維持乱流の別の分岐への遷移現象にである」という描像に基づき、遷移現象に対して確率変数を導入したモデル方程式を定式化し、発生領域や発生頻度などの諸量を評価する方法を研究した。研究目的として1)高温プラズマに現われる崩壊現象のうち多くのもが自己維持乱流の別の分枝への遷移現象であるという描像を提唱する。2)遷移現象に対して確率変数を導入したモデル方式を定式化し、発生領域や発生頻度などの諸量を評価する方法を示す。3)実験結果との比較により、遷移現象の確率的描像を検証する。4)従来の自己維持乱流理論に統計性を取り入れる研究を始める。それによってコンシステントな理論体系の構築を目指す。をかかげて、研究に取り組んでいるが1)及び2)については多くの成果を論文として発表して来ている。今年度は3)について、ヘリカル系プラズマの自励揺動や基礎プラズマの分岐現象についても実験との比較によりこの描像が適用できることを示した。(発表論文は藤澤、Giannone両実験家が第一著者の論文4件があり、また代表者は国際会議(Toki Conference 2000年12月)の招待講演や物理学会シンポジウムを行なう等の成果をあげた。4)については乱流の確率統計理論を更に進め、ランジュバン方程式として定式化したものをフォッカー・プランク方程式に再定式化している。乱流状態について、種々の物理量の統計的評価をすることができ、それによって乱流遷移確率を計算することができる。この遷移確率の理論的な表式を遷移ダイナミックス方程式へ導入することによって遷移現象の確率的発生に対してコンシステントな理論体系を構築した。論文としては、Statistical Theory of Subcritically-Excited Strong Turbulence in Inhomogeneous Plasmas.I,II,III,IVのシリーズに引き続きVを発表した。また乱流の統計力学的なアプローチによる理論について、吉澤らとレヴュー論文をまとめ全144ページの大作をPlasma Physics and Controlled Fusion誌に発表した。(2001年3月)萌芽的研究の最終年度としてまとめるために、自己維持乱流モデルにおける統計的性質をとり入れる研究を進めた。
高齢期の体力保持に推奨される運動量および身体活動量

平成25年度は,生活体力の低下と身体活動量の横断的な関係から,生活体力の低下が懸念される身体活動量の閾値を検討した(課題2).課題2で示された身体活動量の閾値は,横断研究であるため,危険域を抜けだす(閾値を超える)ことで,生活体力が向上するか,縦断的に検証する必要があった.そこで,平成26年度は生活体力の向上に対する閾値の有用性を検討することを目的とした.対象者は,2012-2013年に筑波大学で開催した運動教室に参加した65歳以上の地域在住高齢者58名のうち,閾値を充たしていない25名を分析の対象とした.すべての対象者は,3ヵ月にわたる運動教室に参加した.教室は週1回,1回120分であり,20分の健康講話の後,15分の準備運動,30-50分の主運動,15-20分の整理運動で構成された.主運動はウォーキングを実践した.また,在宅運動として,ウォーキングを週3-5回程度実践するよう求めた.生活体力7項目(等尺性膝伸展筋力,5回椅子立ち上がり,30秒椅子立ち上がり,timed up and go,開眼片足立ち,ステップテスト,6分間歩行)を測定した.生活体力は,開眼片足立ち以外の全ての項目で有意に向上し,身体活動量も有意に増加した.各生活体力と身体活動量(1日あたりの歩数と中高強度身体活動時間)の変化量との相関係数を検討した結果,30秒椅子立ち上がりの変化量と中高強度身体活動時間の変化量,6分間歩行の変化量と歩数の変化量に,有意な相関関係がみられた.課題2で示された閾値を充たすことで,生活体力は有意に向上した.また,介入前後における身体活動量の変化量は,30秒椅子立ち上がりおよび6分間歩行の変化量と有意な相関関係が認められたことから,身体活動量の増加率に応じて下肢筋持久力や歩行持久力が向上す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。26年度が最終年度であるため、記入しない。平成25年度は,「地域住高齢者1000名を対象に体力測定と身体活動量の調査を実施し,生活体力の低下が危惧される身体活動量のカットオフ値を算出すること」を目的に研究を実施した.今年度は,福島県と茨城県内で合わせて300名程度の測定会を実施しデータを収集した.既に収集したデータと合わせて結果をまとめ,海外学術雑誌1編と国内学術雑誌2編を原著論文として投稿し,受理された.具体的な研究内容については,以下のとおりである。【課題1-1】課題1身体活動の強度と生活体力との関係低強度の身体活動や座位行動時間が,高齢者の主観的な健康感と関連することが先行研究から報告されている(Bumaneta1., Am J Epidemiol, 2010 ; Seguin et al., J Aging Res, 2012).課題1では,身体活動指標(カットオフ値)を検討する上で,着目すべき身体活動の強度を明らかにした.地域に在住する高齢者799名を対象に,座位行動,低強度身体活動,中高強度身体活動を加速度計によって評価し,生活体力との関連度をSpearmanの順位相関係数によって検討した.全ての活動時間は,生活体力とそれぞれ有意に関連していたものの,中高強度身体活動時間が最も強く生活体力と関連した.この結果は,多変量解析を用いても同様の結果であった.【課題1-2】生活体力の低下が危惧される身体活動量の閾値課題1の結果から,総活動量だけでなく,身体活動の強度にも着目して身体活動量の閾値(カットオフ値)を検討することで,指標としての有効性が増す可能性が示された.課題2では,地域に在住する高齢女性630名を対象に生活体力の低下が危惧される身体活動量の具体的な閾値を検討した.その結果,生活体力低位を反映する身体活動量の閾値(危険域)は,歩数であれば5,773歩/日以下,中高強度身体活動時間であれば, 107.4分/週以下であった.【意義・重要性等】身体活動量が生活体力に及ぼす効果には,床効果(Huangetal., Prev Cardiol, 2005)および天井効果(Aoyagi et al.,Gerontology, 2009)が確認されているため,体力の低下が危惧される具体的な活動量を検討した本研究の意義は高いと考えられる.平成25年度は,生活体力の低下と身体活動量の横断的な関係から,生活体力の低下が懸念される身体活動量の閾値を検討した(課題2).課題2で示された身体活動量の閾値は,横断研究であるため,危険域を抜けだす(閾値を超える)ことで,生活体力が向上するか,縦断的に検証する必要があった.

そこで,平成26年度は生活体力の向上に対する閾値の有用性を検討することを目的とした.対象者は,2012-2013年に筑波大学で開催した運動教室に参加した65歳以上の地域在住高齢者58名のうち,閾値を充たしていない25名を分析の対象とした.すべての対象者は,3ヵ月にわたる運動教室に参加した.教室は週1回,1回120分であり,20分の健康講話の後,15分の準備運動,30-50分の主運動,15-20分の整理運動で構成された.主運動はウォーキングを実践した.また,在宅運動として,ウォーキングを週3-5回程度実践するよう求めた.生活体力7項目(等尺性膝伸展筋力,5回椅子立ち上がり,30秒椅子立ち上がり,timed up and go,開眼片足立ち,ステップテスト,6分間歩行)を測定した.生活体力は,開眼片足立ち以外の全ての項目で有意に向上し,身体活動量も有意に増加した.各生活体力と身体活動量(1日あたりの歩数と中高強度身体活動時間)の変化量との相関係数を検討した結果,30秒椅子立ち上がりの変化量と中高強度身体活動時間の変化量,6分間歩行の変化量と歩数の変化量に,有意な相関関係がみられた.課題2で示された閾値を充たすことで,生活体力は有意に向上した.また,介入前後における身体活動量の変化量は,30秒椅子立ち上がりおよび6分間歩行の変化量と有意な相関関係が認められたことから,身体活動量の増加率に応じて下肢筋持久力や歩行持久力が向上す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。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題に関するデータの収集を完了し,原著論文として研究成果を発表したため.今後(次年度)の研究課題は,以下の2点である.1.高齢男性の生活体力の低下が危惧される身体活動量の閾値を明らかにする.2.本研究課題で示された閾値を超えることで生活体力は向上するか検討する.
ジーンターゲティング法による中枢シナプス分子機能の個体レベルでの解析

中枢シナプスでの機能が予想されていたチロシンリン酸化酵素のFynを欠損したマウスの解析において、ミエリン形成過程での異常を新たに発見するとともに(Nature367,572-576)、情動行動の異常(Mol.Brain Res.,27,179-182)、聴覚性痙攣発作の異常(Mol.Brain Res.,28,349-352)を明らかにするとともに、脳神経形成過程でのFyn発現様式について解析した(Oncogene,9,2433-2440)。また、Srcファミリー遺伝子の神経発生・機能発現での役割ついて総説をまとめた(Develop.Growth & Differ.,36,543-550)。これらの成果はFynが哺乳動物の脳神経系形成及び機能発現で機能していることを示すとともに、遺伝子ターゲティング法が哺乳動物の行動制御機構を解析して行く上で大きな意義を持つことをあらわす結果として、世界的に評価された。また、新たに記憶・学習で機能が予想されていたNMDAレセプター受容体のサブタイプについても遺伝子ターゲティング法を用いて遺伝子欠損マウスを作製して、成果を報告した(Nature 373,151-155:Cell in press)。これらの成果はNMDAレセプター受容体のサブタイプが学習、シナプス形成に関与することを示唆するとともに、そのサブタイプの違いにより機能が異なる結果を示唆するものとして、世界的な評価を受けた。
圧力勾配を用いた強相関ソフトマテリアルの時空間構造の制御

擬似二次元空間であるヘレ・ショウセルを用いて、強相関ソフトマテリアルである高分子溶液、サスペンション、さらにはエマルションのヴィスコスフィンガリングと、高分子溶液中を浮力で上昇する泡のダイナミクスの実験を検討し、以下のことが明らかになった。1)ヴィスコスフィンガリングで成長するパターンにおいて、最初に分岐が観察される、すなわちSaffman-Taylor不安定性の起こるせん断速度の閾値は、強相関ソフトマテリアルの種類に関係なく、それらのレオロジー挙動が非ニュートン性、例えば高分子溶液ではシア・シニングを、サスペンションではシア・シックニングを、エマルションでは降伏応力をそれぞれ起こし始めるせん断速度とほぼ一致することが分かった。また、フィンガリングパターンの成長速度はダルシー則の粘度を有効粘度に置換えた修正ダルシー則に従うことが分かり、ソフトマテリアルのフィンガリングの基礎方程式が明らかになった。2)泡表面にHPMCが吸着し、形成されるHPMC吸着層の弾性的性質によって、上昇する泡の運動様式は、単調振動、減衰振動、および直進振動へと変化した。また、ストルーハル数が0.2以下の単調振動する泡の後流にはカルマン渦が、ストルーハル数が0.2以上で上昇する泡の後流にはカルマン渦と異なる渦、乱流渦が観察された。さらに、HMPC濃度が薄い場合には、乱流渦流れをする気泡のサイズを越えると、気泡の形状を定義する円形度が単調振動し、その振動数は振動しながら上昇する軌跡の振動数の2倍であることが明らかになった。この結果は、同じ条件下で水中を上昇する気泡の場合とほぼ一致することが分かった。液体の時空間構造(パターン)形成の研究にヴィスコスフィンガリングがある。ヴィコスフィンガリングとは、ヘレ・ショウセルと呼ばれる擬似二次元空間に高粘性流体を入れ、そこに低粘性流体を注入して、圧力勾配によって流体界面が指状になって成長する現象を指す。本研究では、分子量20x10^6のポリスチレン-ジオクチチルフタレート(PS-DOP)溶液(シア・シニングを示す)とポリプロピレンオキシドに親水性フュームドシリカを分散したシリカサスペンション(シア・シックニングを示す)の強相関ソフトマテリアルを高粘性流体に用いた。これらソフトマテリアルに空気を注入して形成されるパターンの形態変化や成長速度、並びに低粘性流体によるソフトマテリアルの置換割合などを、ソフトマテリアルのレオロジー特性や界面物性などに関連付けて検討したところ、以下のことが明らかになった。1 PS-DOP溶液:等方性セルでは先端分岐パターンが観察され、異方性セルではPS濃度の増加と共に先端の尖ったパターンのサイドに振動が現れた。分岐が最初に生ずる圧力勾配は、注入圧に依らずPS溶液の濃度順に減少した。また、パターンが最初に分岐するせん断速度は、PS溶液にシア・シニングが初めて観察されるせん断速度にほぼ等しいことが分った。パターンの成長速度は、セルの種類に依らず修正ダルシー則に従うことが分った。置換割合は修正キャピラリー数1/Bと共に減少し、プラトー値に達した。プラトー値は、異方性セルに比べて等方性セルのほうが小さい。2シリカサスペンション:注入圧の増加に伴い、パターンはSaffman-Taylor型、先端分岐、そしてサイド分岐へと変化した。シリカ濃度が増加すると、パターンの成長速度は修正ダルシー則の予測する値に比べて低下した。置換割合は低い1/Bで最大値をとり、1/Bの値と共に減少し、プラトー値に達した。置換割合が最大値となるせん断速度は、シア・シックニングの始まるせん断速度にほぼ等しいことが分った。ヘレ・ショウセルと呼ばれる擬似二次元空間に高粘性流体を入れ、そこに低粘性流体を注入すると、圧力勾配によって流体間の界面が不安定化し、.指状になって成長する現象は、ヴィスコスフィンガリングと言う。これは、時空間構造(パターン)形成の研究の一つである。

本研究では、強相関ソフトマテリアルの代表的な一つであるエマルション(シリコーンオイルをヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)水溶液に懸濁したもので、降伏応力を有し、固体的粘弾性体である)に、水および希薄なHPMC水溶液を一定流速で注入し、それに伴う注入圧の変化を測定し、観察されるヴィスコスフィンガリングパターンの成長速度やパターンの形態変化をエマルションのレオロジー特性、注入圧などに関連付けて検討したところ、以下のことが明らかになった。エマルションの示す降伏応力のために、有効な注入圧に達して初めてヴィスコスフィンガリングパターンが成長し始めた。この有効な注入圧は流速によって変化するが、水を注入したほうがHPMC水溶液の場合に比べて高くなった。このことは、流体間に働く浸透圧の違いに依ると考えられる。また、パターンの形態が注入する低粘性流体の流速によって変化した。即ち、低流速ではクラック状のパターンが、高流速ではカスプ(とげ)状パターンが、それぞれ観察された。また、パターンの形態変化するせん断速度をパターンの成長速度から求めたところ、エマルションの流動し始めるせん断速度にほぼ一致することが分った。高分子溶液やシリカサスペンションのヴィスコスフィンガリングパターンの成長速度は、修正ダルシー則に従うことは良く知られているが、エマルションの成長速度は修正ダルシー則に従わず、圧力勾配に関係なくほぼ一定であることが分った。また、パターンの形態がエマルションの低粘性流体によって置換される割合に関係付けられることが分った。ヘレ・ショウセルと呼ばれる擬似二次元空間にソフトマテリアルの代表的な物質である高分子溶液、水溶性高分子であるヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)水溶液を満たし、その中を浮力で上昇する一つの泡、すなわち気泡の軌跡、速度、形状変化などのダイナミクスについて、HPMC濃度と気泡のサイズをそれぞれ変化させ、気泡表面へのHPMCの吸着による界面化学的性質の変化に関連付けて検討したところ、以下のことが明らかになった。HPMCが気泡表面に吸着し、形成されるHPMC吸着層の粘弾性的性質はHPMC濃度の増加と共に強くなるので、気泡のサイズに関係なく、気泡の形状は丸みを帯び、円に近いものに近づくことが分かった。また、HPMC濃度の増加(HPMCの吸着)に伴い上昇する気泡の運動様式は、振動しながら上昇する軌跡、振動が減衰しながら上昇する軌跡、振動せずにほぼ直進的に上昇する軌跡へと変化した。特に、振動しながら上昇する場合と振動が減衰しながら上昇する場合について、軌跡を減衰関数でフィティングすることによって振動数、振幅、減衰定数などを求めた。振動数をストルーハル数に、振幅を分岐因子に、それぞれ変換し、気泡のサイズとの関連を調べた。その結果、分岐因子が物理的不安定性を起こす気泡のサイズ(閾値)と、ストルーハル数がカルマン渦流れから乱流渦流れへと変化する気泡のサイズはほぼ一致した。また、閾値の気泡のサイズあたりで気泡の上昇に伴う後流に現れる渦がカルマン渦から乱流渦へと変化することを、渦の可視化によって明らかにすることができた。
失明疾患モデルにおけるグルタミン酸を用いた内在性幹細胞誘導による網膜再生法の確立

成体ラット網膜において、低濃度のグルタミン酸により内在性の網膜幹細胞を誘導し、誘導時の解糖系を含むエネルギー代謝に関与する酵素や因子の動態を解析して、報告を行った。質量分析により、内在性網膜幹細胞誘導に関与するタンパク質群のアミノ酸配列を分析・解析し、末端プロセシングなどについて詳細に検討した。解析により同定された神経幹細胞の効率的誘導と維持にかかわる因子群に関して、その転写調節機構を検討した。内在性網膜幹細胞誘導時には、ストレス応答性タンパク質が関与し、代謝制御のフィードバックや代謝リプログラミング機構が働いていることが示唆された。また、神経幹細胞の分化・増殖に関与する不飽和脂肪酸の細胞内キャリアである脂肪酸結合タンパク質(Fatty Acid Binding Protein: FABP)について、報告を行った。加齢黄斑変性モデル動物での研究遂行に伴い、網膜色素上皮細胞における炎症応答や上皮間葉移行、線維化瘢痕形成の制御の観点から、Myocardin-related transcription factor Aおよびレチノイン酸受容体作動薬の一つであるRAR-γの作用とメカニズムを検討して報告した。網膜組織、Ex vivo網膜や初代網膜培養細胞において、従来の一般固定液では神経前駆/幹細胞の形態学的評価に支障があった。そこで、新規に網膜専用の固定液を調整して、形態学的ならびに免疫組織染色の観点から有用性を評価して、論文報告を行った。グルタミン酸による内在性の網膜幹細胞誘導に着目し、網膜再生法の確立を進めている。平成28年度は、網膜幹細胞誘導時のエネルギー代謝動態の変化を調べるため、成体ラット網膜の内在性網膜幹細胞を低濃度のグルタミン酸で誘導し、主に解糖系について検討を行った。種々の解糖系酵素群の増減を調べたところ、網膜幹細胞誘導時には、解糖系律速酵素の一つであるピルビン酸キナーゼ(PK)を含む複数の酵素が上昇していた。また、PKのアイソフォームの内、特に乳酸を増加させるM2型(PKM2)の発現が上昇し、実際に網膜内の乳酸も増加していた。更に、PKM2の細胞内局在について解析をすすめ、網膜幹細胞誘導時にはPKM2が細胞質内から核内に移行することを明らかにした。これらの結果をまとめ、論文として報告した(Tokuda et al., 2016)。核内に移行したPKM2は細胞増殖に関与する転写因子を促進することが報告されており、申請者らはPKM2が内在性網膜幹細胞誘導における幹細胞の増殖を制御する因子の候補の一つであると考えている。上述のように、内在性網膜幹細胞誘導時は、解糖系が亢進し乳酸が増加するなど、代謝動態としては腫瘍細胞におけるワールブルグ効果様変化を呈した。そこで、腫瘍細胞での増殖シグナルの変化にも注目し、その動態を報告した(Y. Wang, K. Tokuda et al., 2017)。内在性網膜幹細胞誘導による網膜再生をより確実に遂行するため、増殖を制御する因子を見出す必要がある。分化した神経細胞と比較して、神経幹細胞では糖質や核酸などの代謝が亢進することが報告されているため、初年度は幹細胞誘導時における代謝動態のダイナミズムを解析してこれを報告した。代謝動態に関与する酵素群の解析を進めるなかで、PKM2の核内移行を明らかにし、これが幹細胞の増殖をコントロールする因子の一つである可能性を示した(Tokuda et al., 2016)。更に解糖系以外のエネルギー代謝動態の変化に関しても検討し、幹細胞誘導時には、他の経路においても特有の酵素群の発現が上昇することを明らかにした。また、代謝動態を制御する因子群に関しても解析を行い、網膜幹細胞誘導時に特異的に上昇する因子を見出した。この因子は、前述の酵素であるPKM2と相互作用があることが確認出来ている。これらの結果については、現在、論文投稿の準備中である。以上に述べた様に、申請時の研究計画に沿い、網膜幹細胞誘導時の代謝動態を解析して、エネルギー代謝が幹細胞特有の動態を呈していることを示した。また、代謝動態を制御する因子や幹細胞増殖にかかわる因子の解明も出来ていることから、実験計画は概ね順調に進んでいると考えられる。感覚網膜に内在する網膜神経幹細胞をグルタミン酸よって誘導し、網膜を再生する治療法の確立を進めている。成体ラットから分離した感覚網膜の組織培養を行い、培養液中にグルタミン酸を添加して網膜内に神経幹細胞を誘導し、誘導時に特異的に発現が上昇するタンパク質群を報告した(Tokuda et al., 2015)。また、誘導時のエネルギー動態の変化を調べ、解糖系酵素群とピルビン酸キナーゼM2型(PKM2)の発現が上昇し、網膜内の乳酸が増加、そしてPKM2が細胞質内から核内に移行することを明らかにし報告した(Tokuda et al., 2016)。一方、誘導時の解析において炎症に関連する因子にも変化がみられたため、網膜色素上皮細胞などの培養細胞を用い、変化がみられた因子による作用を検討して学会報告を行った。また、神経幹細胞の分化・増殖に関与する不飽和脂肪酸の細胞内キャリアである脂肪酸結合タンパク質に関しても、複数の学会報告を行った。一方、神経幹細胞誘導時の細胞評価において、既存の10%ホルマリンによる網膜固定では、核内微細構造が不明瞭で、神経細胞体や神経突起の腫脹を生じ(Chidlow et al., 2011)、正確な対象評価が困難であった。