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カテプシンK阻害薬とPTH併用による炎症性骨吸収抑制効果の検討

本研究で着目していたカテプシンK阻害薬odanacatibの開発が断念されたことに伴い、新たな薬剤候補を見つけるべく検討を進めてきた。Odanacatibは炎症抑制作用と骨吸収抑制作用を併せ持つ物質であったが、骨形成促進作用も併せ持つとの報告もあり、我々は特に炎症性サイトカインのTNF-αと骨吸収活性を上げるRANKLの双方に結合するペプチドに着目して検討した。また、物質候補の探索と平行して、同様な効果が見込まれる療法の探索も行った。幹細胞活性化効果が報告されている絶食療法に着目し、炎症性骨吸収を伴う病変の病態改善に効果を示すのではないかと仮説をたて、歯周炎モデルマウスに及ぼす効果を検討した。炎症性骨吸収からの回復過程をみたところ、全身の骨代謝マーカーに及ぼす変化は明らかではなかったが、歯周炎誘発群は未処置群と比べてコルチコステロン減少およびオステオカルシン増加傾向が認められた。しかし、間欠的絶食群は他群と比べてオステオカルシンおよびTRACP 5bの減少傾向がみられ、骨代謝よりもエネルギー源確保のための脂質代謝などに重点が置かれている可能性が示唆された。食事のスケジュールが及ぼす影響が大きいことがわかり、それぞれの病態に適した食事療法を見出すことができれば、薬剤と併用することによってより効果的に病態改善に結び付く可能性があると思われる。細胞レベルでの組織学的解析を目指し、インプラント体を含む非脱灰標本の切片作成法の確立に取り組んできた。研磨精度を必要とするが、共焦点レーザー顕微鏡における観察およびオートタイリングに適した切片を得ることができ、骨形態計測法による解析が可能となった。一つの標本から得られる切片数に限りがあるため、より薄く薄切できる手法を見出すことができれば、様々なパラメーターを測定することができ、より詳細な評価を行うことが可能になると思われる。全身の健康維持を考慮する上で口腔機能の維持は重要な役割を担っており、歯や歯槽骨の喪失が及ぼす影響はとても大きい。歯科治療においてインプラント治療が急速に普及し、多くの患者が恩恵を受けている一方、埋入後のメンテナンスによってはインプラント周囲に歯周病と同じような病変が生じる。そこで、炎症抑制作用と骨吸収抑制作用を両方合わせ持つカテプシンK阻害薬に着目し、炎症によって病態が進行するインプラント周囲病変の病態改善に効果を示すのではないかと仮説をたてた。さらに、骨形成促進薬PTH(parathyroid hormone)の併用によってより効果的に病態改善がもたらされると考え、インプラント周囲炎モデルマウスに及ぼす効果の検討を始めた。まず、実験モデルマウスとして用いるインプラント周囲炎発症モデルマウスの立ち上げを目指した。報告されている論文を参考にし、マウス右側上顎第1臼歯を抜歯し、8週間後にインプラント埋入手術を施した。インプラント埋入4週間後にインプラント体の根元をシルク糸で結紮し、インプラント周囲炎の誘発を試みた。結紮から2週間後にin vivo μCTを用いた顎骨のX線学的観察を予定していたが、観察までの過程において20匹のマウスの抜歯はすべてうまくいったが、インプラントを埋入したマウス20匹のうち、インプラント体の脱落などがなく実験に供することができるマウスはわずか3匹しかいなかった。このため、安定した施術成功率を得られるよう手技・手法などを検討し、引き続きインプラント周囲炎発症モデルマウスの確立を行ってきた。また、以前より本研究室で行ってきたインプラント体を含んだ非脱灰切片作成法を今一度確立するために、ビラヌエバ骨染色による前染色した標本をゼーゲミクロトームで切り出す技術を習得している。マウスにインプラント周囲炎を安定して誘発することが難しく、手技手法など検討が必要である。さらに、本研究で着目していたカテプシンK阻害薬odanacatibは、新規骨粗鬆症治療薬として臨床治験が進められていたが、2016年秋に開発中止が発表されていた。このため、骨吸収抑制作用と炎症抑制作用を併せ持つ物質を新たに検討する必要が生じ、研究計画の推進が遅れている。本研究で着目していたカテプシンK阻害薬odanacatibは臨床治験が進められていたが、2016年秋に開発が断念された。そこで、新たな薬剤候補の探索が必要となり、同様の炎症抑制作用と骨吸収抑制作用を併せ持つと見込まれる新たな候補物質の検討を進めてきた。一方、組織学的解析を行うにはインプラント体を含んだ非脱灰標本作成法の確立が必要であり、共焦点レーザー顕微鏡における細胞レベルでの観察を目指して研磨標本の作成に取り組んできた。インプラント体を含んだ標本は凍結薄切法では組織切片を作成することができないため、ビラヌエバ骨染色により前染色したインプラント体を含む標本を樹脂包埋し、ゼーゲミクロトームで切り出した後に研磨を行う手法にて非脱灰研磨標本作成を行った。

共焦点レーザー顕微鏡に適した標本を作成するためには厚さが均一となる研磨精度が必要となり手技手法の検討に時間を要したが、観察だけでなくオートタイリングが可能な標本を得られてきている。本研究で着目していたカテプシンK阻害薬odanacatibの開発中止に伴い、新たな薬剤候補の検討が課題となっている。Odanacatibは炎症抑制作用と骨吸収抑制作用を併せ持つ物質であったが、骨形成促進作用も理由は不明であったが併せ持っている報告がなされていた。そこで、我々は特に炎症性サイトカインのTNF-αと骨吸収活性を上げるRANKLの双方に結合するペプチドのスクリーニングから骨形成促進作用を併せ持つ物質候補の探索を進めてきた。一方、インプラント体を含んだ非脱灰標本の細胞観察を目指して研磨標本の作成を行っているが、共焦点レーザー顕微鏡に適した標本にするためには研磨の精度が必要となり、手技手法の検討に時間を要した。本研究で着目していたカテプシンK阻害薬odanacatibの開発が断念されたことに伴い、新たな薬剤候補を見つけるべく検討を進めてきた。Odanacatibは炎症抑制作用と骨吸収抑制作用を併せ持つ物質であったが、骨形成促進作用も併せ持つとの報告もあり、我々は特に炎症性サイトカインのTNF-αと骨吸収活性を上げるRANKLの双方に結合するペプチドに着目して検討した。また、物質候補の探索と平行して、同様な効果が見込まれる療法の探索も行った。幹細胞活性化効果が報告されている絶食療法に着目し、炎症性骨吸収を伴う病変の病態改善に効果を示すのではないかと仮説をたて、歯周炎モデルマウスに及ぼす効果を検討した。炎症性骨吸収からの回復過程をみたところ、全身の骨代謝マーカーに及ぼす変化は明らかではなかったが、歯周炎誘発群は未処置群と比べてコルチコステロン減少およびオステオカルシン増加傾向が認められた。しかし、間欠的絶食群は他群と比べてオステオカルシンおよびTRACP 5bの減少傾向がみられ、骨代謝よりもエネルギー源確保のための脂質代謝などに重点が置かれている可能性が示唆された。食事のスケジュールが及ぼす影響が大きいことがわかり、それぞれの病態に適した食事療法を見出すことができれば、薬剤と併用することによってより効果的に病態改善に結び付く可能性があると思われる。細胞レベルでの組織学的解析を目指し、インプラント体を含む非脱灰標本の切片作成法の確立に取り組んできた。研磨精度を必要とするが、共焦点レーザー顕微鏡における観察およびオートタイリングに適した切片を得ることができ、骨形態計測法による解析が可能となった。一つの標本から得られる切片数に限りがあるため、より薄く薄切できる手法を見出すことができれば、様々なパラメーターを測定することができ、より詳細な評価を行うことが可能になると思われる。引き続きインプラント周囲炎発症モデルマウスの安定した再現と確立を目指す。そして、着目していたカテプシンK阻害薬と同様の炎症抑制作用と骨吸収抑制作用が見込まれる薬剤候補として、我々が探索してきたペプチド剤を考えている。立ち上げたインプラント周囲
交流電界暴露が寿命を延ばす現象について

申請者は、低周波交流電界での飼育により、ショウジョウバエの寿命が20%延長する事を見出した。この寿命延長は、Cry遺伝子が変異した個体では見られなくなる事から、Cry遺伝子の関与が明らかとなった。本研究では、メタボローム解析で得たデータを足掛かりとし、ウェスタンブロッティングやRT-PCR等の分子生物学的手法を駆使して、Cryを通じた寿命延長効果の分子メカニズムを解明する。Cry遺伝子は昆虫や植物だけでなく、ヒトを含む哺乳動物にも保存され、時計遺伝子の中核を成すばかりか、最近は磁気受容体としての研究が進んでいる。本研究の成果は、老化や寿命と体内時計に関する基本的生命現象の理解に貢献できる。
電場刺激により再生されたインプラント体周囲組織に関する病理組織学的評価-上部構造を介し機能圧を負荷したチタン合金製インプラント体周囲組織の経時的変化-

実験は、雄成熟ビ-グル犬を用い両側下顎第1前臼歯から第4前臼歯を抜歯し2ヵ月経過のち、左右側の下顎骨にチタン合金製POIインプラント(3ピ-スタイプ)を埋入し,右側のみを容量結合型電場法(以下、CCEF)で刺激した.CCEF刺激期間は30日間,刺激条件は正弦波,周波数60kHz,電圧10Vp-pで1日8時間とした.実験の評価は非脱灰研磨標本を1.Contact microradiography(以下,CMR),2.蛍光顕微鏡によるラベリング像の観察,3.塩基製フクシン・メチレンブルー重染色,4.画像解析(骨接触率,骨面積比率)について行なった.結果を以下に記す.(1)CMRの観察で、刺激を与えない群(以下、対照群)は新生骨が粗であったが、刺激を与えた群(以下、実験群)は新生骨が比較的密で、新生骨梁も太く観察された.(2)蛍光ラベリング像では経時的に両群とも既存骨側からインプラント体表面に向かって新生骨が形成されていた.(3)塩基性フクシン・メチレンブルー重染色では,対照群に比較して実験群では,インプラント体と新生骨の接触が多く認められた.(4)画像解析の結果,実験群は対照群に比較して骨接触率および骨面積比率ともに約1.4倍の増加であった.(1)(4)の結果よりCCEF刺激でインプラント体周囲における新生骨促進効果が認められた.現在インプラント埋入術30日後に,上部構造を装着し,インプラント体周囲の新生骨に起こる組織学的頒価を検討している.短期間の評価ではあるが、上部構造装着後の周囲新生骨には炎症を伴う骨吸収像は認められず、予後良好と判定される病理所見であった.実験は、雄成熟ビ-グル犬を用い両側下顎第1前臼歯から第4前臼歯を抜歯し2ヵ月経過のち、左右側の下顎骨にチタン合金製POIインプラント(3ピ-スタイプ)を埋入し,右側のみを容量結合型電場法(以下、CCEF)で刺激した.CCEF刺激期間は30日間,刺激条件は正弦波,周波数60kHz,電圧10Vp-pで1日8時間とした.実験の評価は非脱灰研磨標本を1.Contact microradiography(以下,CMR),2.蛍光顕微鏡によるラベリング像の観察,3.塩基製フクシン・メチレンブルー重染色,4.画像解析(骨接触率,骨面積比率)について行なった.結果を以下に記す.(1)CMRの観察で、刺激を与えない群(以下、対照群)は新生骨が粗であったが、刺激を与えた群(以下、実験群)は新生骨が比較的密で、新生骨梁も太く観察された.(2)蛍光ラベリング像では経時的に両群とも既存骨側からインプラント体表面に向かって新生骨が形成されていた.(3)塩基性フクシン・メチレンブルー重染色では,対照群に比較して実験群では,インプラント体と新生骨の接触が多く認められた.(4)画像解析の結果,実験群は対照群に比較して骨接触率および骨面積比率ともに約1.4倍の増加であった.(1)(4)の結果よりCCEF刺激でインプラント体周囲における新生骨促進効果が認められた.現在インプラント埋入術30日後に,上部構造を装着し,インプラント体周囲の新生骨に起こる組織学的頒価を検討している.短期間の評価ではあるが、上部構造装着後の周囲新生骨には炎症を伴う骨吸収像は認められず、予後良好と判定される病理所見であった.
前頭眼野（FEF）刺激による術中誘発眼球運動モニタリング（PEEM）の開発

下垂体腫瘍に対する経鼻内視鏡手術の発達に伴い、下垂体腫瘍の摘出率は劇的に増大している。しかしその一方で、手術侵襲の増大から海綿静脈洞近傍の眼球運動神経が障害されり可能性が高まっている。全身麻酔下に行われる手術において、眼球運動をモニタリングするためのシステムを開発するために、まずは眼球運動の検出モダリティーの評価を行った。眼球運動検出のためのモダリティーとして、眼電図(electro-oculogram:EOG)、針筋電図、そして圧センサー(piezo-sensor)が候補として採用された。これらのモダリティーを用いて、眼球運動が実際に検出可能か評価を行った。眼球運動の誘発は、術野から直接電気プローべによって海綿状脈洞内の動眼神経を刺激することによって行った。眼球運動の検出は、EOG、針筋電図、piezo-sensorのいずれによっても可能であることが示された。現在は、3つのモダリティーのどれがより鋭敏であるかの比較検討が行われている状況である。経頭蓋刺激による眼球運動は誘発されることが確認されたが、前頭眼野刺激による誘発眼球運動であるか否かの確認はまだ十分に出来ていない。また、この誘発眼球運動を圧センサーや筋電図或いは眼電図で検出するにはまだ至っていない。下垂体腫瘍手術で眼球運動神経が障害されている症例が少なかったため、研究対象症例が十分に蓄積されていない。また、誘発眼球運動に対する検出において、眼電図、筋電図、圧センサーのいずれが有用であるかの予備実験を平行して行っており、まとまった結果を得るのに今少しの時間がかかる見込みである。眼球運動を全身麻酔下での術中モニタリングで正確に捉えることが出来るよう、症例を積み重ねて検出モダリティーの比較を進め、圧センサーの有用性を証明することを当面の目標として定めている。眼球運動測定における、圧センサーの特徴は簡便であり、侵襲が少ない点にあるため、利点を生かしたモニタリングの検出モダリティーとして実用性を示すことを考えている。しかし、検出能に大きな差があった場合などは他の検出モダリティーを採用して研究を遂行することも想定している。一方、経頭蓋刺激による前頭眼野からの眼球運動誘発は、刺激方法や刺激部位の調整を行っているものの、適切な注視を得ることが困難な状況が続いている。前頭眼野の刺激による眼球運動誘発が困難であれば、対象を変更することが考慮される。すなわち、直接脳表刺激が可能な開頭腫瘍摘出術などの症例において、直接脳表刺激を行い眼球運動が誘発されることを圧センサーなどで評価することを考慮している。全身麻酔下に行われる脳外科手術において、脳神経機能を温存するために神経生理学的手法を応用した術中モニタリングが開発され、普及しつつある。錐体路機能のモニタリングとして運動誘発電位(MEP)は術後の麻痺を予防するために有用であり、視機能の評価として視覚誘発電位(VEP)、聴力の評価として聴性脳幹反応(ABR)が術中モニタリングとして広く行われている。眼球運動に係る動眼神経、滑車神経、外転神経に関する術中モニタリングも開発されており、術野の中で神経を直接刺激することによって、眼球運動を誘発する方法が報告されている。しかし、この方法では、手術中に神経を同定することは可能であるが、神経の機能が温存されているかを確認することは出来ない。切断された神経の遠位端を刺激すれば眼球運動は誘発されるからである。その為、我々は神経の機能温存を確認するための方法として、経頭蓋刺激による誘発眼球運動を圧電素子(ピエゾセンサー)によって測定する新たな方法を開発することとした。現在経鼻内視鏡下手術による頭蓋底手術の適応が急速に拡大しており、下垂体近傍の腫瘍病変に対してより積極的な治療が行われるようになっているが、同時に海綿静脈洞部における眼球運動神経の障害の可能性も高くなっている。経鼻内視鏡手術の発展に伴って、術中モニタリングの必要性と重要度は確実に高まることが予想されている。この現状を踏まえて、より信頼性の高いモニタリングを開発実用化することは非常に意義深いと考えている。当施設においては、眼球運動モニタリングの過去の実績を生かして、現在、この手術に対する新たなモニタリングを評価しており、臨床研究を通してデータを蓄積し、学会等でもpreliminaryな発表を行っていく予定である。研究推進に必要な倫理委員会の承認を得ている。必要な機材の購入が完了した。プロトコールに則って臨床実績を蓄積中である。

眼球運動の検出は、EOG、針筋電図、piezo-sensorのいずれによっても可能であることが示された。現在は、3つのモダリティーのどれがより鋭敏であるかの比較検討が行われている状況である。経頭蓋刺激による眼球運動は誘発されることが確認されたが、前頭眼野刺激による誘発眼球運動であるか否かの確認はまだ十分に出来ていない。また、この誘発眼球運動を圧センサーや筋電図或いは眼電図で検出するにはまだ至っていない。下垂体腫瘍手術で眼球運動神経が障害されている症例が少なかったため、研究対象症例が十分に蓄積されていない。また、誘発眼球運動に対する検出において、眼電図、筋電図、圧センサーのいずれが有用であるかの予備実験を平行して行っており、まとまった結果を得るのに今少しの時間がかかる見込みである。現時点で倫理委員会の承認を得て。実臨床でのモニタリング実績を蓄積中である。最初の課題である、眼球運動を記録する方法として、圧電素子による信頼性を調査するために、針筋電図と眼電図との比較を行っている。この解析には、術野からの直接刺激による随意眼球運動誘発を用いている。また、経頭蓋刺激を用いた前頭眼野への刺激による誘発眼球運動については、指摘刺激条件の探索を行っている。眼球運動を全身麻酔下での術中モニタリングで正確に捉えることが出来るよう、症例を積み重ねて検出モダリティーの比較を進め、圧センサーの有用性を証明することを当面の目標として定めている。眼球運動測定における、圧センサーの特徴は簡便であり、侵襲が少ない点にあるため、利点を生かしたモニタリングの検出モダリティーとして実用性を示すことを考えている。しかし、検出能に大きな差があった場合などは他の検出モダリティーを採用して研究を遂行することも想定している。一方、経頭蓋刺激による前頭眼野からの眼球運動誘発は、刺激方法や刺激部位の調整を行っているものの、適切な注視を得ることが困難な状況が続いている。前頭眼野の刺激による眼球運動誘発が困難であれば、対象を変更することが考慮される。すなわち、直接脳表刺激が可能な開頭腫瘍摘出術などの症例において、直接脳表刺激を行い眼球運動が誘発されることを圧センサーなどで評価することを考慮している。予め予想された測定機器の購入にあたって、バージョンアップによりわずかに経費が超過してことが原因と考えられる。来年度以降の出張費等の削除によって経費削減を図る予定である。前年度未使用額が予想より多かったため。次年度は、機器購入等は予定されておらず、症例に伴う消耗品等以外は、解析や学会発表などに関係するソフト面への支出を予定している。
自然免疫によるウイルス感染認識機構

自然免疫系によるウイルス感染初期認識の仕組みを明らかにすることは、生体防御機構を理解する上で重要である。我々は、ウイルス感染認識に関わる自然免疫センサーであるRLRファミリー分子の細胞内アダプター分子IPS-1を発見し、その役割について研究を行った。まず、IPS-1に結合する分子の同定を酵母ツーハイブリッドスクリーニングを用いて試みた。その結果、IPS-1にはリソソーム内に存在する蛋白質分解酵素の一つカテプシンDと結合することが分かった。IPS-1がこの酵素と結合するとIPS-1下流に位置する転写因子NF-κBを有意に活性化することを見出した。NF-κBは炎症性サイトカインの発現誘導に関与することから、本酵素の発見は、ウイルス感染後の炎症の発生メカニズムを明らかするものとして興味深い。また、本酵素のインヒビターは新たな抗炎症剤としての利用に繋がることが期待できる。さらに我々は、二重鎖RNAのアナログであり免疫賦活化作用を持つpoly ICの生体内作用機構を明らかにする過程で、IPS-1を介する経路が主要な役割を果たすことをIPS-1欠損マウスを用いた実験により見出した。このことから、アジュバント開発においてIPS-1を介する経路が良い標的になると考えられる。しかしながら、IPS-1を介する経路に加えTLR3を介する経路も部分的にpoly ICの持つ免疫賦活化作用に必要であることが判明し、この2つの経路がどのような細胞サブセットで生体内において役割を果たしているかを今後明らかにする必要がある。自然免疫システムによるウイルス感染認識メカニズムを理解するため、RNAウイルスの感染を察知する細胞内センサーRIG-I-receptor(RLR)ファミリーを介するシグナル伝達経路を中心に解析を行った。我々が発見したRLRのアダプター分子IPS-1に会合する分子をベイトとして、酵母ツーハイブリッドスクリーニングを行った。その結果、IPS-1結合分子を複数同定することができた。その中の1つであるラインソゾームプロテアーゼに着目し、機能解析を行った。このプロテーゼはIPS-1とヒト細胞株内でも結合していた。また、IPS-1下流分子であるカスパーゼ8、10との関与の検討を行ったところ、このプロテアーゼの過剰発現はカスパーゼ8の活性化を誘導し、その結果転写因子NF-kBの活性化を誘導した。NF-kBは主に炎症性サイトカインの誘導に関わる転写因子であることから、ウイルス感染後の炎症反応誘導にこのプロテアーゼ経路が関わっている可能性が示唆された。さらに、このライソゾームプロテアーゼがカスパーゼ8を切断し活性化型へと変化させる可能性を示唆する知見を得ることができた。本成果は、ウイルス感染により引き起こされる炎症反応誘導メカニズムの基礎的理解を深めると同時に、このライソゾームプロテアーゼのインヒビターはウイルス感染に対する抗炎症剤として利用できる可能性を有しており臨床上きわめて重要な意味を持つ。一方、この経路の活性化は免疫機能を活性化すると考えられることがら、効率的なワクチンアジュバント作製への道を開くものとして期待される。
硬骨魚の寒冷適応と腎機能及びその内分泌制御

冬期と夏期に北海道産のコマイの下垂体を用い、免疫組織化学的手法で成長ホルモンとプロラクチン産生細胞の動態を観察した。成長ホルモン産生細胞は下垂体全葉主部に、プロラクチン産生細胞は前葉端部に局在して見られた。成長ホルモン及びプロラクチンの抗体に対し冬期のものでは陽性反応が弱く、反応を示す細胞は少なかった。夏期では両抗体により多くの細胞で陽性反応が見られ、反応も著しかった。成長ホルモンは肝臓中の不凍糖タンパクのmRNAの転写を阻害し、その合成を停止させることが知られている。以前の研究で冬期のコマイの腎系球体は萎縮し不凍糖タンパクの保持に関与し、夏期には糸球体が拡張してその排出に関与していると推測した。プロラクチンは夏期に糸球体を拡張し、冬期に蓄積した不凍糖タンパクを濾過・排出し、その消失に関与している可能性が残され、今後の検討課題である。同時に、これらのコマイの血液を採取し、その血漿滲透圧と血中ナトリウム濃度を測定した。血漿滲透圧は夏期に比して冬期に有意に高く、これは不凍糖タンパクの存在によるものと考えられる。血中ナトリウム濃度も冬期が有意に高く、夏期に低かった。コマイでは冬期に血中に不凍糖タンパクを増加させるだけでなく、ナトリウム濃度の増加も加味されて、寒冷な環境水温による体液の凍結を防いでいる。しかし,冬期における血中ナトリウム濃度の増加が如何なる機構でその様に増加し、それが如何なるホルモンの制御によるかは今後の課題と思われる。冬期にのみ血中に不凍糖タンパクを保持し、寒冷水域で適応している高緯度の硬骨魚である北海道産のコマイを用い、その腎構造を季節的に比較した結果,冬期には腎糸球体が著しく萎縮し、夏期には拡張していた。從がって、冬期には不凍糖タンパクを腎より濾過・排出することなく、それを血中に保持するのに関与していると考えた(1990)。一方,不凍糖タンパクを持たないキウリウオやチカの腎臓では,コマイの様な季節的変化は見られなかった(1991)。本年度は免疫組織化学的手法を用い、冬期と夏期におけるコマイの下垂体の成長ホルモン(GH)産生細胞とプロラクチン(PRL)産生細胞の比較を行なった。サケ抗GHとサケ抗PRLを用いて、GH産生細胞とPRL産生細胞の活性を観察したところ,いづれの細胞もその免疫反応は、冬期に比べ夏期のもので強く、夏期にGHとPRLの産生能が高いと考えられる。しかし、核の大きさでは両者の細胞ともに季節的な差は見られなかった。また、副腎皮質細胞(間腎細胞)と副腎髄質細胞(クロマフィン細胞)では冬期の核が大きく,寒冷適応に何らかの役割を持っていると思われる(1992,投稿中)。硬骨魚のGHは,カレイの一種(winter floundes)では肝臓での不凍糖タンパクの産生を阻害し,これにPRLは関与していないと報告されている。しかし,PRLは腎糸球体の拡張等をもたらし、腎機能へ関与しているので、夏期にはGHによる不凍糖タンパクの産生停止と同時に,PRLは不凍糖タンパクを腎から濾過・排出することで,この物質が血中から消失するのに関与している可能性は残されている。これらの関係や、他の内分泌腺の役割についても今後検討してゆきたい。成長ホルモン産生細胞は下垂体前葉主部に、プロラクチン産生細胞は前葉端部に局在して見られた。

成長ホルモンは肝臓中の不凍糖タンパクのmRNAの転写を阻害し、その合成を停止させることが知られている。以前の研究で冬期のコマイの腎糸球体は萎縮し不凍糖タンパクの保持に関与し、夏期には糸球体が拡張してその排出に関与していると推測した。プロラクチンは夏期に糸球体を拡張し、冬期に蓄積した不凍糖タンパクを濾過・排出し、その消失に関与している可能性が残され、今後の検討課題である。同時に、これらのコマイの血液を採取し、その血漿滲透圧と血中ナトリウム濃度を測定した。血漿滲透圧は夏期に比して冬期に有意に高く、これは不凍糖タンパクの存在によるものと考えられる。血中ナトリウム濃度も冬期が有意に高く、夏期に低くかった。コマイでは冬期に血中に不凍糖タンパクを増加させるだけでなく、ナトリウム濃度の増加も加味されて、寒冷な環境水温による体液の凍結を防いでいる。しかし、冬期における血中ナトリウム濃度の増加が如何なる機構でその様に増加し、それが如何なるホルモンの制御によるかは今後の課題と思われる。
有袋類ハイイロジネズミオポッサムの未成熟期上皮組織修復能の解析

創傷治癒様式は胎児型から成体型への転換が,ラット等の真獣類では胎仔期に起こることが知られるが,真獣類に比べ未成熟で生まれる有袋類ハイイロジネズミオポッサム(Monodelphis domestica)の新生仔期の皮膚の組織修復能を形態学的に検証したところ,そうした転換はオポッサムでは一律的ではなく,指標とする事象に左右されることが,in vivo,in vitro両面の解析から明らかになった。組織修復能の構築については,生後1日目オポッサム新生仔の表皮では角質層分化が既に見られるというヘテロクロニーとの関連性を含め,有袋類の特殊性の有無の検証が俟たれる。多くの哺乳類の胎児期皮膚の創傷は,迅速に無瘢痕治癒することが知られる。本研究は,有袋類が,他の多くの哺乳類に比し際立って未成熟状態の新生児を産むことの着目し,新生児をいわば「胎児モデル」と見立てて,未だ不明点の多い胎児期創傷治癒の解明の一助となるような,システマティックな知見を得ることを目的として創案された。研究対象の小型有袋類ハイイロジネズミオポッサムの創傷治癒にはFergusonら(1995)の先駆的研究が知られるが,これを含めて先行研究は数少なく,いずれもパイオニアワークの域を出ておらず,研究開始に当たり,胎児型創傷治癒から成体型創傷治癒への移行過程について,信頼度の高い手法による基礎データを集積する必要があるという認識に至った。以上の視点に立ち,本研究課題の初年度計画では,直ち誕生直後の個体の解析を扱う前に,ラット(当研究室の先行研究の主要な研究対象である)齧歯類のラットの誕生直後新生児に相等する時期,即ち生後15日目のオポッサム個体を当初の研究対象として解析を進め,のちに解析する未成熟期のデータの比較対象となる基準データをつくることに主眼を置いた。創傷治癒の典型的事象として表皮の創閉鎖と肉芽形成に注目し,以下の成果を得た。生後15日目個体に全層皮膚欠損創を施した場合,概して言えば,ラット誕生直後新生児の創傷治癒様相に類似した治癒経過をたどることが分かった。特筆すべき点は,表皮による創閉鎖に関して,ラット等の齧歯類に比し,創縁周囲の表皮の肥厚化がやや顕著化のようである。その要因には表皮細胞自体の肥大化と増殖の活発化の両者が関与しているらしい。肉芽形成に関して,α-smooth muscle actin (αSMA)発現は,生後1日目ラットと同様,術後6日をpeakとするが,αSMA陽性細胞(筋繊維芽細胞)の機能である創収縮はラットに比べやや緩やかであった。ハイイロジネズミオポッサム新生児期個体と成体との間で創傷治癒様式の違いの有無を検証した。オポッサム生後3日目,生後15日目個体の皮膚創傷では,いずれも成体期に典型的な癒痕はみられず,膠原繊維およびα-smooth muscle actin発現の2指標でみる限り、オポッサムの異なる発生ステージ間での治癒様式の差異はみられなかった。このうち,肉芽中のα-smooth muscle actin陽性細胞即ち筋繊維芽細胞は,傷つけ4日目以降で確認されるが,まだ未熟であり,6日目をピークに筋繊維芽細胞はその後量的に減少するがアポトーシスによる消失ではないことが明らかとなった。オポッサム皮膚の場合,上述の通り,少なくとも生後3日から15日の間には明確な治癒様式の転換期が示されないという事実は,有袋類には"未熟児"出産に適応ために表皮の角質化が真獣類に比較して早く進行するという形質(ヘテロクロニーと言える)が獲得されていることに関連していることを伺わせ,このことは特筆に値する発見と言える。また,以上のin vivo系での解析に加え,表皮細胞の初代培養系でも,表皮細胞の形質の個体発生的変化の可能性を検証した。その結果,新生児から成体にかけての増殖能に関して表皮細胞自体の性質に一定の変動が見られることと,さらには表皮細胞の初代培養に当たっては,至適培養温度や細胞接着能の違いによりオポッサムとラットとではパラメーターを一致させた比較が難しい点があることを明らかにした。これら成果の一部は日本動物学会で発表した(学会発表欄参照)。ハイイロジネズミオポッサム(以下オポッサムと呼ぶ)生後1日目新生児の背部皮膚に長さ1mmの切創を施し,創傷治癒過程を形態学的に解析した。正中線を挟んで1対の切創を施した個体は,経時的に採皮してパラフィン切片を作製し,マッソン・トリクローム(MT)染色と抗ケラチン14(K 14)抗体染色を行った。本研究で施した切創は,MT染色の結果から,傷つけ後6時間では傷つけ直後よりも創部が拡張したが,傷つけ後12時間では創縁両端の表皮が創部中央へ近づいて創部は縮小し,傷つけ後24時間前後で創閉鎖が完了した。

K 14ケラチンは,正常皮膚では未分化な基底層でのみ発現することが知られている。オポッサム生後1日目新生児皮膚の創閉鎖過程において,正常時や傷つけ後12時間までは表皮の基底層1層でのみ発現したK 14が,傷つけ後24時間の創部と創周囲では表皮全有核層において発現がみられた。K 14の発現領域の拡大は創閉鎖完了後の傷つけ後48時間でも観察され,傷つけ後72時間では正常時の発現パターンへの回復がみられた。オポッサム生後1日目新生児皮膚の創閉鎖過程における,上述の表皮の形態変化およびK 14発現パターンの変化は,生後1日目新生児ラットの創傷治癒過程とよく似た結果となった。すなわち,筆者自身による先行研究により,ラットでは胎生16日から18日の間に創傷治癒様式が胎仔型から成体型に転換することが明らかにされている(S. Ihara et al. 1990, 1992)が,形態変化とK 14発現の様相の時間経過という二つの指標でみる限り,オポッサム生後1日新生児の創閉鎖様式は,成体型の様式に類することが示唆された。1)学科長等の業務により,研究活動に充てる時間が不十分であった;2)ハイイロジネズミオポッサムの自家繁殖の効率が,徐々に向上するものの,未だ確立されたと言えない段階で,材料供給の点で,さらに改善の余地がある。24年度が最終年度であるため、記入しない。課題遂行の最終年度となるが,当初計画としては,遺伝子発現解析にウェイトを置く予定であったが,これまでの研究の進捗状況を総括し,研究の主眼を,1)真獣類と有袋類の間での皮膚創傷治癒様式を形態学的視点で比較して得られる知見を集大成することと,2)第2年度(2011年度)の研究成果の一つとして見出されたオポッサム皮膚のヘテロクロニーと皮膚創傷治癒様式との関連性の追究の2点とする研究を展開してゆきたい。
外リンパ瘻の前庭症状発症機序に関する研究

外リンパ瘻のモデル動物をモルモットを用いて作った。その方法は人工外リンパを髄液腔に注入する方法(注入法)と蝸牛窓膜より外リンパを穿刺吸引する(吸引法)である。注入法では前庭窓あるいは蝸牛窓より、外リンパあるいは髄液が漏れるのを確認し、吸引法では基底回転鼓室階の外リンパを約4μ1吸引した。モデル動物は直後、あるいは3週2カ月後に深麻酔下に側頭骨を摘出、セロイジン連続切片として観察、また脱灰後膜迷路を摘出した実体顕微鏡下に観察した。前庭膜迷路の主病変は、その虚脱である。卵形嚢、三半規管について虚脱の状態を観察すると卵形嚢壁の一部が軽度に陥凹している場合から膨大部稜、耳石膜の上まで、虚脱した膜迷路が垂れてくる場合がある。この原因は注入法、吸引法ともに外リンパにかなり(400mm H_2O)の圧が加わって、前庭窓あるいは蝸牛窓が破綻した場合に生じた変化である。半規管の場合は膨大部の天井が陥凹し、櫛に接触する。この際クプラはそのままで、その上から壁が圧迫している場合と、クプラが消失し櫛が直接圧迫される場合がある。卵形嚢斑では陥凹が著しい時は、虚脱あるいは陥凹した卵形嚢壁が耳石膜に直接接することになる。程度が軽いと耳石膜のごく一部、重いと耳石膜全体が覆われる。この変化は常に卵形嚢斑のpars internaからはじまる。卵形嚢周囲にはtrabecular meshがあるが、これは消失している。虚脱の生ずる機序であるが、蝸牛の前庭膜が一部破綻し、そこから内リンパが流出し、前庭半規管の内リンパも流出、膜迷路は虚脱することが考えられる。この変化の好発部位はpars internaである。長期経過例でも耳石膜、感覚細胞、神経に変性消失はみられない。外リンパが漏出している間は、耳石膜を覆っている卵形嚢壁が動くため、その下の感覚細胞が刺激される。外リンパ瘻患者の長期にわたるめまいの原因はこのような内耳の変化によるものと結論した。1.外リンパ瘻モデル動物における膜迷路の形態に関する研究実験的にモルモットの蝸牛窓より4マイクロリッターの外リンパを吸引すると膜迷路に変化が生ずる。その変化は前庭半規管においては、虚脱、破綻が主であり、水腫はあまりみられない。虚脱についてみると程度、部位は動物により異なるが、これは吸引のやり方によるものと考えられる。卵形嚢についてみると、虚脱の最もおこしやすい部分があり、その全体像を知るためにコンピュータグラフィクスによるセロイジン切片の再構築をおこなった。それによると卵形嚢壁が虚脱により平衡斑の上にたれさがる位置は卵形嚢斑の前外側縁であることが判明した。この部分において卵形嚢壁により耳石が刺激されてめまい、平衡障害をおこすことが推測され、いわゆるfloating labyrinthの責任部位となっているのであろう。

動物モデルによる前庭の虚脱はヒト側頭骨病理標本により報告されている前庭虚脱後の所見と酷似しており、本症のなかにはヒトにおける外リンパ瘻が含まれることが示された。2.卵形瘻斑の形態学的研究モルモットの内耳をズダンブラックBにて染色すると、有髄神経がきれいに染めだされる。これを脱灰し手術用顕微鏡下に膜迷路をとりだすと、耳石器、三半規管の相互関係が明瞭に観察された。同様な方法によりヒト側頭骨より前庭膜迷路の標本を作製することができた。モルモットとの比較を行っており、それが終了した後卵形嚢斑の面積、神経線維の走行などを行うこととなっている。1.コンピュータグラフィクスによる膜迷路病変の観察(動物実験)外リンパ瘻モデル動物のセロイジン切片より正常卵形嚢、半規管の画像をコンピュータに入力し、コスモゾーンを用いてコンピュータグラフィクスによる解析を行った。卵形嚢虚脱を示す標本を入力し、画像として観察すると、卵形嚢壁の一部が卵形嚢の内側より虚脱していることが明らかとなった。半規管膨大部についても虚脱が示された。2.吸引法による膜迷路変化(動物実験)外リンパを蝸牛窓膜経由で鼓室階より4mul吸引して、前庭半規管の変化を実体顕微鏡下に解剖し、観察した。主病変は膨大部の陥凹であった。膨大部を真上から、あるいは向膨大部の力で外側(外リンパ側)より圧迫された形が示された。この変化は前、外側半規管膨大部にみられた。後半規管については標本の作成がうまくいかなかった。卵形嚢については、亀裂が生じ明らかに虚脱と断定することができなかった。3.卵形嚢斑の面積についてヒトとモルモットの卵形嚢斑を採取し、モルモットでは非脱灰標本にて耳石の面積を、ヒトに於ては脱灰標本についてヘマトキシリン、エオシン染色後に平衡斑の面積をコスモゾーンを用いて計測した。その結果、モルモットでは0.43mm^2であった。なおモルモットにおけるpars interna、striola、pars externaの面積を測定するとそれぞれ0.21、0.22であった。4.ヒト前庭膜迷路の解剖学的特性ヒト前庭膜迷路は、迷路のpars superiorに属し、pars inferiorとはmembrana limitansで境界されている。注入法、吸入法いずれの方法においても卵形嚢壁が虚脱する時は、trabecular meshが消失するが、menbrana limitansは正常に保たれること、また骨迷路で卵形嚢の最も径の大きな部分付近に骨迷路、膜迷路を連結する紐状の構造のみられることが判明した。
環境配慮行動に対する動機的アプローチ

申請者の研究の目的は環境配慮行動の普及に向けた取り組みをしていくことだが、とくに置かれた社会環境要因などにより動機が低い人びとに焦点を当てようとする。具体的な行動としては、ごみの適正分別排出やリサイクルなどを取り上げる。前年度には、とくにごみ排出マナーが悪いとされる、若年層が多い単身者向け集合住宅においてアクションリサーチを行った。本年度は、そのデータを詳細に分析し、学会発表及び査読付学術論文として成果を報告した。さらに本年度は、ごみステーションを取り巻く地域環境の特徴を抽出し、社会関係資本の観点から質問紙調査を行った。本研究では、生活実感のあるコミュニティを分析単位とし、意味のある指標を拾い上げ、より現実味のあるデータを収集し、個人と周囲の環境とのマイクロ-マクロの双方から分析を試みた。具体的には、札幌市の約800カ所のごみステーションとその周辺の状況を5週間に渡って観察調査を行った。その際ごみステーションと地域の特徴をできる限り観察者間の相違を排除する基準を設け、特にきれいなごみステーションがまとまっている地域を12箇所、汚いごみステーションがまとまっている地域を11箇所選定した。その上で各地域の居住者を対象に訪問依頼による質問紙調査を実施した。つまり、本研究は無作為抽出による社会調査ではなく、疑似実験的な要因配置によるデザインとなっている。調査の結果から、個人単位の分析ではステーション状況のよさと個人の地域内の人付き合いの多さとの間に関係があるが、地域を単位として個人属性を統制した分析をすると、地縁的な関係よりも人の賑わいや周囲の環境に人の手や目が行き届いていることの方がよりごみステーションのきれいさと関連していることが明らかになった。以上の結果は、町内会依存では限界があると言われる地域コミュニティのあり方を考える上で重要な示唆をもたらす。本研究の目的は、環境問題に対して関心のない人、環境に配慮するための行動が動機付けられていない人に対して、行動を導くための方略を事例調査・フィールドワーク・実験研究によって明らかにすることである。当該年度では、まず、中学校における地域活動が生徒自身に及ぼす効果に関する調査の成果報告を行った。本研究では、地域活動に対して全く動機付けられていない生徒が活動を通して見られる変化を、札幌にある中学校の協力を得て、効果の測定を行うことができた。その結果、はじめから動機づけの高い生徒は自発的な活動により、より行動意図が高まるのに対し、はじめから動機づけの高くない生徒は、授業の一環として行われる活動に参加することで、動機づけを低下させない効果が見られた。以上の研究成果を、27th International Congress of Applied Psychologyと日本社会心理学会第51回大会にて発表を行った。さらに、賃貸共同住宅住人のごみ排出マナー改善に向けたアクションリサーチを行った。本調査では、セルフレポートによるデータの収集ではなく、直接観察可能な外在的な行動指標(排出されたごみそのもの)を用いてデータの収集を行った。このようなデータの収集は廃棄物処理法や個人情報保護の観点から困難であったが、関係機関との連携により、貴重なデータを収集することができた。その結果、清掃事務所職員による見回りと、賃貸業者による情報フィードバックには効果がある可能性が示唆された。ただし、これらの介入がなくなると効果は約1ヶ月しか持続せず、長期的な取り組みに課題が残された。以上の成果を日本環境心理学会第4回大会にて発表を行った。また、2011年9月に開催される日本心理学会第75回大会・日本社会心理学会第52回大会にて発表予定である。
マイクロマス培養の共焦点顕微鏡観察による細胞系譜マーカー分子の免疫組織化学的検討

発生ステージ36の鶏胚後肢芽中軸組織を免疫原とした一連のモノクロ抗体を,凍結切片による予備的な免疫組織化学的スクリーニングの結果に基づき5群に分類した(A,軟骨組織特異的2種;B,神経組織或いは筋組織特異的20種;C,細胞外の線維状および基底膜様構造に特異的9種;D,間充織基質を顆粒状に染め出すもの5種;E,その他12種)。これらは,IgG1 33%, IgG2b 20%, IgG3 3%, IgM 44%であった。conventionalな螢光顕微鏡および共焦点レーザー走査顕微鏡(LSCM)を用いた検討の結果、A,C,D群からそれぞれC5G11抗体(IgG1), G12F3抗体(IgG1), E12B2抗体(IgG1)を選抜した。C5G11陽性反応は,培養下マイクロマスの軟骨形成領域にPNAレクチン陽性反応の出現よりもやや遅れて出現し,軟骨noduleが明らかとなる培養3.55.5日では軟骨基質,特に領域基質に強く認められた。この反応はII型collagenやchondroitin(Ch)硫酸によって吸収されず,ChABCase消化でも消失しなかった。また,Ch-O-,Ch-4-,Ch-6-硫酸特異抗体による染色パターンとも異なっていた。一方,G12F3陽性反応は軟骨基質に存在せず,fibronectin(FN)やcollagensと異なるその染色パターンからHurleら(1988)の報告にあるdorso-ventral(DV)fibrilに選択的に結合する抗体と考えられた。G12F3抗原はSDS-PAGE/Western blot解析の結果,200kD以上の分子ではあるが,DV fibril関連分子と見られるFN或いはtenascinとも異なっていた。E12B2抗体による染色パターンは,ES1抗体(Mjaatvedtら,1991)のパターンと類似し,抗原分子相互の関連性を現在検討中である。なお,B群からは,in vivoおよびマイクロマス培養下で筋細胞を特異的に染色する複数の抗体が得られた。これらの抗原分子のサイズは,互いにそしてまたdesminとも異なっていた。E群の抗体には,LSCMによる観察所見から考えて,内皮細胞,間葉細胞ゴルジ体,帆血球系細胞に特異的なものがあった。
IT活用による科学教育の革新と国際的なネットワーク化

本研究では情報技術(IT)を教育分野で効果的に活用して、これまでわかり易く教える点で困難が多かった「力と運動」などの教育分野を"わかり易い"はもちろん"感動的な"授業とする最先端のIT活用研究を行った。実体験が重視される科学教育分野で、実験をリアルタイム(バーチャルでない)に分析・考察する効果的なIT活用法の研究を特に重点的に行い、次のような特色ある成果を得た。運動分析ソフト「運動体解析ソフトMOA-2D」などの開発:運動現象をデジタルカメラで動画として撮影してパソコンに取り込み、その『位置』『速度』『加速度』などを視覚化して、運動法則を準リアルタイムに分析・解析する運動分析ソフト「運動体解析ソフトMOA-2D」などを開発し、あらゆるタイプの運動の諸要素をリアルタイムにグラフ化して実体験するIT活用学習を実現した。ITセンサーや運動分析ソフトの活用:「力学概念の形成」を効果的に行う「予測・検証する授業・学習法」の研究開発を行った。特に、「超軽量ミニ扇風機台車を作りとその運動法則教材開発」による摩擦の最小限な世界、「軽い『紙やアルミのカップ』による空気抵抗教材開発」による摩擦の支配的な世界、で教育法の開発研究を行った。「IT活用による授業」効果の評価:IT活用の効果をプレ・ポストテストによって調査分析した。その結果、従来型の授業では達成度が低い「力と運動」の分野(作用・反作用、ボールの投げ上げなど)でも高い有効性を持つことを実証した。本研究の普及・発展のため、実験講習会や実習会などを各地で実施し好評を得てきている。また、実験動画DVDの作成を依頼され「リメディアル☆フィジックス・力と運動」として完成し公表した。本研究の成果を国内外のカンファレンス、学会、研究会、ワークショップで広く講演・発表しその発展に貢献した。「物理教育ネットワークNEP(Network for Education of Physics)」グルーブとの連携・協力によって、物理教育のためのコンテンツをWeb上に展開し、教育者や学習者が物理教育に取り組めるような全国的な教育支援体制の確立を進めてきた。特に、面白い実験の動画やJAVAシミュレーションのリソースを開発して、科学教育リソース公開システムを構築して、そこにこれを公開してネットワーク化された科学教育の研究を進めた。そこで、現象を観測する観測者の座標系を次々と思いのままに変化させて表示することや、実際には観測的・体験的な理解が困難な世界(超高速な世界、超低速な世界、時空間的に巨視的な天体のような世界、超微視的な原子・分子の世界、等)を追体験できるような適度なスケールとスビードで視覚化し擬似体験できる教材リソースを公開した。また、運動現象をデジタルカメラで動画としてパソコンに取り込み、それを即座に解析する運動分析ソフトを開発しこれを利用する実験・教授法開発した。これまでは困難であった力学現象を実体験をもとに感動的に学習できる教材モジュール・教授学習システムをいくつか開発した。特に、これまでに距離センサーや力センサーなどのITセンサーを使って各種の物理量を測定し、リアルタイムで力学実験等の詳細を表示・分祈・艀析する全く新しい科学教育の可能性を具体化して、力学分野を感動的に教授する教授学習システムを開発した。運動現象をデジタルカメラで動画として撮影し、パソコンに取り込み、その『位置』『速度』『加速度』などを視覚化して、運動法則を準リアルタイムに分析・解析する、運動分析ソフトを開発した。また、これらを利用活用する実験をして、予測し検証する授業・学習法を研究開発してきた。特に、中学校の運動分野の学習教材としてその有効性が検証できた。高校や大学においも、実験をして予測しVideo Pointという運動分析ソフトで検証して、根強い誤概念を克服する授業法の研究開発を進めてきた。

このようにして、これまでは困難であった力学現象を感動的にかつ効果的に学習できる教材モジュール・学習システムをいくつも開発してきた。さらに、距離センサーや力センサーによって、運動現象においては、どのような力が働き、どのような運動が生ずるのかについて、運動の諸要素(位置、速度、加速度)や力の時間的な変化を予測させ、それをリアルタイムでグラフ化することでこれを感動的に検証することができる授業を実践しその有効性を実証して、「運動の第2法則」を探求的に学習する授業法を研究開発した。衝突などにおいて働き合う力を「予測」させ「検証」する「運動の第三法則」の授業等も研究開発した。これらの成果を、国内では物理教育ネットワークNEP (Network for Education of Physics)グループとの連携・協力のもとで、そこでの研究会において報告し、新潟大学のサーバーと中部大学のそれとをリンクしたウェブ上でのネット化や共有化を進めてきた。国内の物理教育や理科教育関連学会における学会講演で研究成果の報告を何回も行い、確かな影響を及ぼしている。また、国際的には、AsPEN (Asian Physics Education Network)のNPC (National Point of Contact)として、アジアにおける国際会議で講演しその成果を報告して、広くネットワーク上でも共有化できるように連携・協力してきた。例えば、2002年5月27-30日には、マレイシアのクアンタンでの国際ワークショップで、「IT Based Physics Education in Japan」という招待講演を行った。2002年12月には、スリランカの国際ワークショップで、「IT Based Physics Education and Active Learning in Japanese Context」という講演を行った。このように、国内外において研究成果を広く公表し、ウェブ上でも共有化してその普及・改善を行った。最先端の情報技術をリアルタイム(バーチャルでない)に活用して、実体験を重視する科学教育における感動的な運動法則の探求活動を実現するような「力学教育における効果的なIT活用法」を開発し発展させてきた。(1)運動現象をデジタルカメラで動画として撮影し、パソコンに取り込み、その『位置』『速度』『加速度』などを視覚化して、運動法則を準リアルタイムに分析・解析する運動分析ソフト「運動体解析ソフトMOA-20」を開発した。これにより、2次元(平面)のあらゆるタイプの運動の解析が可能となる。特に、エネルギーや運動量・それらの総和等、についての分析結果を即座にグラフ化してその保存則の実体験を生かした学習も可能となる。(2)ITセンサーや運動分析ソフト(VideoPointも含む)を后用して「力学概念の形成」を効果的に行う「予測・検証する授業・学習法」の研究開発を行った。特に、「超軽量ミニ扇風機台車を作りとその運動法則教材開発」による摩擦の最小限な世界や、「軽い『紙やアルミのカップ』による空気抵抗教材開発」による摩擦の支配的な世界、を手軽に実現できる「新しい学習法と教材の開発」などの顕著な成果が得られており世界的な注目を集めつつある。
13族元素混合型水素化物の合成と反応性の開拓

本研究では、新奇な「13族元素混合型水素化物」の合成と反応性の開拓、および、従来にない「13族元素ー14族元素混合型水素化物」の開発から構成される。学術的にも価値の高い「非対称型水素化物」を創り出し、高度に分極した「非対称な三中心二電子結合」に由来する特異な物質変換について調査する。従来の「対称型水素化物」では困難であった小分子の活性化法や、異種元素間結合の構築法を開発して、「配位アシンメトリー」の新しいサイエンスに立脚した分子機能の創出に貢献する。