hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
植物細胞を利用した微細加工技術の確立と応用に関する研究

本研究課題では、生物学の知見、特に植物の持つ生殖メカニズムに着目し、生体由来の植物細胞を材料の一種として利用する微細加工技術の確立を目指していく。花粉管のような微小でシステム化された組織を材料として利用するボトムアップの手法を確立することにより、低コストでナノスケール精度を実現するマイクロ・ナノデバイスの開発技術に繋げることが目的です。花粉管は直径数μm、長さ数mmにも及ぶ、特殊な材料とみなせます。特に、容易なスケールダウン化、高アスペクト比・三次元・任意形状の製作技術は、微細加工学において非常に重要性の高い技術であるため、これらの技術へ直結可能な技術確立を目指した。本研究課題では生物学の知見、特に植物の持つ生殖メカニズムに着目し、生体由来の植物細胞を材料の一種として利用する微細加工技術の確立を目指していく。花粉管・胚珠といった微小でシステム化された組織を利用するボトムアップの手法を確立することにより、低コストでナノスケール精度を実現するマイクロ・ナノデバイスの開発技術に繋げることが目的である。特に、容易なスケールダウン化、高アスペクト比・三次元・任意形状の製作技術は微細加工学において非常に重要性の高い技術であるため、これらの技術へ直結可能な成果を出したい。具体的な研究計画・方法として、1花粉管を利用した金属材料のパターニング方法についての検討2高アスペクト比・三次元微細構造体等のマイクロ・ナノデバイス構成部品に要求される微細パーツ製作に必要な知見の所得3ナノスケールオーダーの加工をめざし、パターニングのスケールダウン化についての検討4花粉管誘引物質を利用した任意形状のパターニング方法について検討、これら4項目を進めていくこととした。当該年度においては、3ナノスケールオーダーの加工をめざし、パターニングのスケールダウン化についての検討4花粉管誘引物質を利用した任意形状のパターニング方法について検討、この2つの項目について主に調査・研究を進めた。まずパターニングのスケールダウン化に関しては、マイクロ流路を用いた細胞単離方法について調査し、細胞径よりも小さい流路でもパターニングが可能であることを確認した。最適な流路径と花粉管挙動の関係性については、Microelectronic Engineeringにて報告を行った。また、花粉管誘引物質を利用した任意形状のパターニング方法として、胚珠等の花粉管誘引物質となるものを用いて任意方向へ進路変更させた状態で花粉管をパターニングすることに成功した。これはRSC Asvancesにて報告を行った。当該年度においては、植物細胞を用いた微細パターニングを行う上で、最も重要な項目の1つである、花粉管細胞の単離、挙動確認、アッセイデバイスの最適化を重点的に行った。花粉管細胞の直径サイズよりも狭いスリット内で伸長させたところ、細胞が壊死することなく変形しながら伸長していく様子が確認できた。これは、通常の半導体プロセス等で行う、スピンコートによる膜厚を均一にさせ、その後リソグラフィ技術によってレジストをパターニングする工程と同じことが可能になったといえる。スリットや狭所流路内で伸長させたところ、壁面との接触により伸長速度が抑制されたが、伸長速度の測定や挙動を合わせて計測したことにより、最適パターニング条件の提示が行えた。また、上下方向への蛇行を抑制しつつ、細胞同士が交差する最適スリットサイズの提示を行った。このことにより、1次元方向のみのパターニングだけでなく、2次元方向へのパターニングを可能にした。植物細胞を使って、数ミクロンスケールでかつ高さ10μm程度を有する、厚膜レジストパターニングと同等の技術確立を達成することができた。本研究成果で得られた実績の一部は国際学会μ-TAS2012において報告した。本研究課題で生物学の知見、特に植物の持つ生殖メカニズムに着目し、生体由来の植物細胞を材料の一種として利用する微細加工技術の確立を目指していく。花粉管・胚珠といった微小でシステム化された組織を利用するボトムアップの手法を確立することにより、低コストでナノスケール精度を実現するマイクロ・ナノデバイ図の開発技術に繋げることが目的である。

具体的な研究計画・方法として、1花粉管を利用した金属材料のパターニング方法についての検討2高アスペクト比・三次元微細構造体等のマイクロ・ナノデバイス構成部品に要求される微細パーツ製作に必要な知見の所得3ナノスケールオーダーの加工をめざし、パターニングのスケールダウン化についての検討4花粉管誘引物質を利用した任意形状のパターニング方法について検討、これら4項目を進めていくことにした。当該年度においては、本研究課題のなかでも特に重要度の高い、4花粉管誘引物質を利用した任意形状のパターニング方法について検討、について主に取り組んだ。具体的には、細胞の操作・伸長経路の制御手法について検討した。これまでの研究成果では流路内でのみ操作可能であったため、流路を用いずに自由に制御・操作する手法を考案した。本研究課題による成果は、国際学会で1件、国内学会で5件の報告を行った。マイクロ・ナノデバイス当該年度においては、先に述べた研究計画項目の“ナノスケールオーダーの加工をめざし、パターニングのスケールダウン化についての検討"、および“花粉管誘引物質を利用した任意形状のパターニング方法について検討"この2つについて主に調査・研究を行った。これら2項目については、本研究課題における一番重要な研究項目であり、必要な知見を得るためには先行研究がないなかでの非常にチャレンジングな研究項目であったが、予想以上に興味深い結果を得ることができた。また、両研究項目において、それぞれ国際論文誌、Microelectronic EngineeringとRSC Asvancesにおいて研究成果をまとめ、発表することができたため、当初の計画以上に進展したと考えられる。本研究の具体的な目的として、花粉管・胚珠といった微小でシステム化された組織を利用するボトムアップの手法を確立することにより、低コストでナノスケールを実現するマイクロ・ナノデバイスの開発技術に繋げることを挙げている。そこで、本研究目的を達成させるために計画した具体的な研究項目として、1)植物細胞を利用した金属パターニング・表面凹凸形状を有する微細構造体等の製作、2)花粉管誘引物質を利用した任意形状のパターニング、この2項目を掲げた。まず、表面凹凸形状を有する微細構造体等の製作を行うために、花粉管細胞を用いて平面パターニングが可能かどうか、細胞の伸長方向の制御方法、挙動といった、必要不可欠な情報取得に取り組んだ。その結果、通常の半導体プロセス等で行う、スピンコートによる膜厚を均一にさせ、その後リソグラフィ技術によってレジストをパターニングする工程と同じ技術確立に成功した。特に、花粉管細胞の直径サイズよりも狭いスリット内で伸長させたところ、細胞が壊死することなく変形しながら伸長していくという情報は、表面凹凸形状を製作する上での、構造体高さ制御に直結する知見である。アッセイデバイスの最適条件の提示により、伸長方向を制御することに成功した。さらに、微小スリットや微小流路内での花粉管伸長の挙動や知見を多く取得することに成功した。この知見により、花粉管細胞を2次元的にある程度伸長方向や伸長速度を制御に期待が持てる。
緑膿菌の薬剤自然耐性と外膜透過孔の関係

緑膿菌(Pseudomonas aeruginosa)は免疫力の低下した患者に感染を起こす。この菌は高度に薬剤耐性であるため問題である。この菌の薬剤耐性の原因の一つは外膜における抗生物質透過の低さである。そこで本研究では緑膿菌外膜の透過孔の性質と抗生物質透過性の研究を行った。その結果次のような事が明かとなった。緑膿菌外膜に存在する三種類のポリ-ンを精製し、これを介してのイオンの透過性を電気伝導度として測定した。その結果protein Cは1M NaC1中で約120pSの伝導度を示すような孔を形成した。同様にprotein D2は10ー30pSと約300ー500pSの2種類の伝導度を示し、またprotein E1は約240pSの伝導度を示した。これらの孔はいずれも大腸菌のOmpFが作る孔に比べはるかに小さい事がわかった。protein C、D2、及びE1をリポゾ-ムに組み込みこれらを介しての抗生物質の透過性を測定した。その結果protein D2を介してイミペネム及びメロペネム等のカルバペネムが効率よく透過する事が明かとなったが、他のβーラクタム剤の多くはprotein C、D2及びE1を介してほとんど透過出来ない事が明かとなり、カルバペネムの透過にprotein D2が重要な役割を果たしている事が明かとなった。そこでイミペネム透過性に果たすprotein D2の役割をin vitroで確認するためprotein D2の遺伝子をクロ-ン化しこれをprotein D2欠損株で発現した。その結果protein D2が欠損した事によってイミペネム耐性となっていた変異菌はprotein D2の発現によって野性株と同様にイミペネム感受性となった。これらの結果から緑膿菌における薬剤透過性の低さには透過孔が小さい事が原因である事及び分子量の小さなイミペネムはprotein D2を介して効率よく透過する事が明かとなった。緑膿菌は免疫力の低下した患者に感染を起こし、高度薬剤自然耐性を示すことから難治性疾患の一つである。この薬剤耐性の原因の一つはこの菌の外膜における透過性の悪さに原因していると考えられてきた。そこで我々は外膜に存在する透過孔形成タンパク質、ポ-リンを介しての抗生物質の透過性を測定した。リン脂質と緑膿菌外膜ポ-リンC、DもしくはEから人工膜小胞を形成し、この膜を介しての各種βーラクタム剤の透過性を測定し、その透過速度を同じリポソ-ムを介してのブドウ糖の透過速度として測定した。その結果つぎのような事が明かとなった。1.最近開発された抗緑膿菌生活性の強いイミペネムやメロペネムはprotein Dを介して効率よく透過する。その透過活性はブドウ糖の透過速度の32ー56%程度であった。イミペネムはprotein C、及びEを介してもブドウ糖の約10%前後の速度で透過した。2.セファレキシン、セファクロ-ル、セファロリジンなどのセファロスポリンはprotein C、D、Eのいずれの孔を介してもその透過効率は低くprotein Dを介してのブドウ糖の透過の4%以下であり、おおよそ測定の限界に近かった。

3.抗緑膿菌活性を有する他のβーラクタム剤の代表としてセフォペラゾン、ピペラシリン、セフタジダイム及びセフスロジン等の透過性を測定したが、これらの荷電を有する薬剤は測定が困難であったがprotrein C、D、Eのうちprotein Cを介してわずかに透過する事が明かとなった。上に述べたように緑膿菌のポ-リンを介して効率よく透率するのはイミペネム等の低分子カルバペルムであった。それでなぜイミペネムの透過は効率が良いかを調べるためにprotein Dを介してのブドウ糖、グルコサミン(正に荷電)及びグルコン酸(負に荷電)の透過を測定したところグルコサミンの透過性がより高かった。従ってprotein Dを介して効率よく透過するには正の荷電を有している事が大事かも知れない。緑膿菌(Pseudomonas aeruginosa)は免疫力の低下した患者に感染を起こす。この菌は高度に薬剤耐性であるため問題である。この菌の薬剤耐性の原因の一つは外膜における抗生物質透過の低さである。そこで本研究では緑膿菌外膜の透過孔の性質と抗生物質透過性の研究を行った。その結果次のような事が明かとなった。緑膿菌外膜に存在する三種類のポ-リンを精製し、これを介してのイオンの透過性を電気伝導度として測定した。その結果protein Cは1MNaCl中で約120pSの伝導度を示すような孔を形成した。同様にprotein D2は10ー30pSと約300ー500pSの2種類の伝導度を示し、またprotein E1は約240psの伝導度を示した。これらの孔はいずれも大腸菌のOmpFが作る孔に比べはるかに小さい事がわかった。protein C、D2、及びE1をリポソ-ムに組み込みこれらを介しての抗生物質の透過性を測定した。その結果protein D2を介してイミペネム及びメロペネム等のカルバペネムが効率よく透過する事が明かとなったが、他のβーラクタム剤の多くはprotein C、D2及びE1を介してほとんど透過出来ない事が明かとなり、カルバペネムの透過にprotein D2が重要な役割を果たしている事が明かとなった。そこでイミペネム透過性に果たすprotein D2の役割をin vitroで確認するためprotein D2の遺伝子をクロ-ン化しこれをprotein D2欠損株で発現した。その結果protein D2が欠損した事によってイミペネム耐性となっていた変異菌はprotein D2の発現によって野性株と同様にイミペネム感受性となった。これらの結果から緑膿菌における薬剤過透過性の低さには透過孔が小さい事が原因である事及び分子量の小さなイミペネムはprotein D2を介して効率よく透過する事が明かとなった。
骨格筋由来の細胞外小胞を介した新しい代謝促進メカニズムの解明

日常的に運動トレーニングを行なっている大学生17名を対象に、心拍数をモニター管理しながらエルゴメーターによるHIIT(高強度インターバルトレーニング)運動負荷を実施した。HIIT運動負荷前、負荷直後、30分後、120分後で採血し、肝機能・腎機能および糖代謝各種血液マーカー、クレアチニンキナーゼ、及びEVを測定した。全体解析では、運動負荷直後に細胞外小胞(EV)数の有意な増加は認められなかったが、負荷前のEV数が少ない(<2000 particle/μL of plasma)の学生では、運動直後に有意なEV数の増加が認められた(p=0.005)。また全体解析において、負荷30分および120分後のEV数は、負荷前に比較して有意な減少を認めた(負荷前vs. 30分後, p= 0.006;負荷前vs. 120分後, p=0.002)。運動直後にEV数が増加した群では、増加しなかった群に比べ、(1)負荷前のEV数が少ない、(2)負荷直後の血圧の上昇が実測値、負荷前値に対する変化率とも有意に高い、(3)負荷120分後のクレアチニンの変化率が有意に高い、という特徴が認められた。このことより、元々のメタボリックストレスの多寡やHIITによる心肺機能や骨格筋への負荷の多寡が運動によるEV数の変動に影響を及ぼしている可能性が示唆された。現在、運動直後にEV数が上昇した数名について、EVに含まれるタンパクのショットガン解析を行なっている。ショットガン解析では、運動負荷前後において多くのタンパク質が同定されており、それぞれのタンパク質について、現在詳しい解析を行なっているところである。前年度は、住民健診受診者を中心とする対象者において、運動調査、身体測定、血液サンプルの採取を行い、血中EV数と各種メタボリック関連因子データとの関連を統計学的に明らかにすることができた。健常者において骨格筋量とEV数が相関したことより、骨格筋由来のEVの存在が示唆された。今年度は日常的に運動トレーニングを行なっている大学生17名を対象にHIIT運動負荷を実施し、血液サンプルを採取することができた。得られたサンプルからEV数およびタンパク成分の解析を行なっているところであり、運動により増加するEV成分タンパク質を同定中である。現在行なっているEVの成分解析において、臓器特異タンパクに加え、マイクロRNAの解析も加える。また、特定されたEV成分(タンパク質やマイクロRNA)を培養細胞に添加し、標的細胞の代謝に及ぼす影響についても検討したい。さらに、得られた骨格筋由来のEVを培養細胞に添加し、標的細胞の代謝の活性化を明らかにしたい。75gの経口糖負荷試験を行った203人(男性76人、女性127人、平均年齢54歳)を対象に、多機能インピーダンス法を用いた身体測定データや血液データ測定を行い、併せてライフコーダを用いて1週間の運動解析を行った。血中細胞外小胞(EV)数は、フローサイトメトリーにて測定した。運動量の解析において、低強度運動量(<4 METS)は、BMI,体脂肪率、収縮期及び拡張期血圧、中性脂肪と有意な負の相関を示し、HDL-コレステロール(HDL-C)とは有意な正の相関を示したことより、強度の低い運動であっても肥満や脂質代謝の改善に寄与していることが示唆された。また中強強度運動量(49 METS)はHOMA-Rと有意な負の相関を認め、比較的強い運動がインスリン抵抗性の改善改善に寄与していることが示唆された。血中EV数は女性と比較して男性の方が有意に高く(p<0.001)、TGが上昇した人で有意に高い(p<0.001)ことが明らかとなった。スペアマン解析により、血中EV数は骨格筋量を含む様々なメタボリック因子と相関することが明らかになり、BMI,骨格筋量,ウエストヒップ比,収縮期及び拡張期血圧、ALT, γ-GTP,総コレステロール,中性脂肪,空腹時血糖,及びHOMA-Rとは正相関し、HDL-Cとは逆相関が認められた。これらの中で最も強い相関を示したのは中性脂肪(ρ=0.597, p<0.001)であり、HOMA-RとHDL-Cとも強い相関を示した。重回帰分析により血中EV数と有意に相関する因子を解析したところ、全体では中性脂肪とHOMA-β、男性では中性脂肪のみ、女性では中性脂肪とHOMA-βであった。また、健常者では中性脂肪と骨格筋量であり、健常者においてのみ血中EV数と骨格筋量との相関が認められた。住民健診受診者を中心とする対象者において、運動調査、身体測定、血液サンプルの採取を行い、血中EV数と各種メタボリック関連因子データとの関連を統計学的に明らかにすることができた。健常者において骨格筋量とEV数が相関したことより、骨格筋由来のEVの存在が示唆されたが、この相関は他の多くのメタボリック因子の異常によりマスクされている可能性が示唆された。現在はEVの成分解析を行っており、脂肪細胞や肝細胞などに由来する臓器特異タンパク質の定量的検出を行なっている。

全体解析では、運動負荷直後に細胞外小胞(EV)数の有意な増加は認められなかったが、負荷前のEV数が少ない(<2000 particle/μL of plasma)の学生では、運動直後に有意なEV数の増加が認められた(p=0.005)。また全体解析において、負荷30分および120分後のEV数は、負荷前に比較して有意な減少を認めた(負荷前vs. 30分後, p= 0.006;負荷前vs. 120分後, p=0.002)。運動直後にEV数が増加した群では、増加しなかった群に比べ、(1)負荷前のEV数が少ない、(2)負荷直後の血圧の上昇が実測値、負荷前値に対する変化率とも有意に高い、(3)負荷120分後のクレアチニンの変化率が有意に高い、という特徴が認められた。このことより、元々のメタボリックストレスの多寡やHIITによる心肺機能や骨格筋への負荷の多寡が運動によるEV数の変動に影響を及ぼしている可能性が示唆された。現在、運動直後にEV数が上昇した数名について、EVに含まれるタンパクのショットガン解析を行なっている。ショットガン解析では、運動負荷前後において多くのタンパク質が同定されており、それぞれのタンパク質について、現在詳しい解析を行なっているところである。前年度は、住民健診受診者を中心とする対象者において、運動調査、身体測定、血液サンプルの採取を行い、血中EV数と各種メタボリック関連因子データとの関連を統計学的に明らかにすることができた。健常者において骨格筋量とEV数が相関したことより、骨格筋由来のEVの存在が示唆された。今年度は日常的に運動トレーニングを行なっている大学生17名を対象にHIIT運動負荷を実施し、血液サンプルを採取することができた。得られたサンプルからEV数およびタンパク成分の解析を行なっているところであり、運動により増加するEV成分タンパク質を同定中である。現在行なっているEVの成分解析において、臓器特異タンパクに加え、マイクロRNAの解析も加える。骨格筋由来のEVを得るために、運動量の異なる患者血清、あるいはエルゴメーター負荷後の血清から骨格筋由来のEVを分離し、運動により変動するEV成分をプロテオミクス解析やmicroRNAの定量的解析により特定する。さらに、得られた骨格筋由来のEVを培養細胞に添加し、標的細胞の代謝の活性化を明らかにしたい。また、特定されたEV成分(タンパク質やマイクロRNA)を培養細胞に添加し、標的細胞の代謝に及ぼす影響についても検討したい。投稿した論文の査読に時間がかかり(Scientific Reports)、2回の査読で約6カ月を要した(現在も査読中)。そのため追加実験の方向性を決定するのが遅れた。今年度は、プロテオミクス解析やマイクロRNA解析などによるEV成分の解析や、培養細胞実験におけるEV効果の確認(mRNAやタンパク解析)を行い、適切に予算を執行する予定である。
クエット型乱流における履歴現象と局所非平衡乱流の解明

1.第1段階の研究として,平行平板間クエット流の乱れ構造を解明し,次の結論を得た.(1).壁領域における乱れ構造は2次元チャンネル流に近い構造であるが,乱流コア部ではチャンネル流とは著しい相違があり,乱れ構造に次のような特色がある.(2).平均速度Uの勾配が乱流コア部に存在するため乱流エネルギの生成がuに対してのみ生じる.そのためチャンネル流よりも非等方性が強く,実効値比u':v':w'=1.56:1:1.19となる.(3).変動がガウス分布に近く,速度3重相関がほぼ0で,粘性拡散,乱流拡散などの拡散効果が無視できる.したがって乱流エネルギと散逸が平衡を保っている.(4).スパン方向には周期性を持った平均速度の変化がみられ,大規模な渦状の流れ構造が生じている.2.波状壁を持ったクエット型乱流において乱流コア部に見られる履歴現象と壁領域の局所非平衡のメカニズムを解明するためには,クエット・ポアズイユ型の乱流を研究し,波状壁の場合の結果と比較検討する必要がある.そこでクエット・ポアズイユ型乱流について,レイノルズ数R_e^*=hu_*/ν,せん断応力勾配dτ/dyを独立のパラメータに選び,速度分布に及ぼすこれらの効果を考察し,次の結論を得た.(1).壁法則はU^+=f(y^+,μ^<-1>)で与えられる.ここでμ^<-1>=(νdτ/dy)/(ρu_*^3)である.Van Driest係数A^+及び対数則の付加定数Bについて,順圧(μ^<-1><0)又は逆圧(μ^<-1>>0)に対応したレイノルズ数の効果を明らかにした.(2).dτ/dy>0の場合の1/2乗則分布について,β〓ρu_*^2h/(dτ/dy)とR_e^*の影響を明らかにした.(3).乱流コア部における速度欠損則の分布は,流れがポアズイユ型であるか,クエット型であるかによってのみ決まることを明らかにした.ここでクエット型とはβ>-0.5,ポアズイユ型とはβ<-0.5である.1.第1段階の研究として,平行平板間クエット流の乱れ構造を解明し,次の結論を得た.(1).壁領域における乱れ構造は2次元チャンネル流に近い構造であるが,乱流コア部ではチャンネル流とは著しい相違があり,乱れ構造に次のような特色がある.(2).平均速度Uの勾配が乱流コア部に存在するため乱流エネルギの生成がuに対してのみ生じる.そのためチャンネル流よりも非等方性が強く,実効値比u':v':w'=1.56:1:1.19となる.(3).変動がガウス分布に近く,速度3重相関がほぼ0で,粘性拡散,乱流拡散などの拡散効果が無視できる.したがって乱流エネルギと散逸が平衡を保っている.(4).スパン方向には周期性を持った平均速度の変化がみられ,大規模な渦状の流れ構造が生じている.2.波状壁を持ったクエット型乱流において乱流コア部に見られる履歴現象と壁領域の局所非平衡のメカニズムを解明するためには,クエット・ポアズイユ型の乱流を研究し,波状壁の場合の結果と比較検討する必要がある.そこでクエット・ポアズイユ型乱流について,レイノルズ数R_e^*=hu_*/ν,せん断応力勾配dτ/dyを独立のパラメータに選び,速度分布に及ぼすこれらの効果を考察し,次の結論を得た.(1).壁法則はU^+=f(y^+,μ^<-1>)で与えられる.ここでμ^<-1>=(νdτ/dy)/(ρu_*^3)である.Van Driest係数A^+及び対数則の付加定数Bについて,順圧(μ^<-1><0)又は逆圧(μ^<-1>>0)に対応したレイノルズ数の効果を明らかにした.(2).dτ/dy>0の場合の1/2乗則分布について,β〓ρu_*^2h/(dτ/dy)とR_e^*の影響を明らかにした.(3).乱流コア部における速度欠損則の分布は,流れがポアズイユ型であるか,クエット型であるかによってのみ決まることを明らかにした.ここでクエット型とはβ>-0.5,ポアズイユ型とはβ<-0.5である.所要の二次元平行平板間乱流クエット流を高精度に実現することができる,信頼性の高い実験装置を完成することが本研究においては最も大切である。本年度は計画の初年度であるから,特にこの点を重視し,装置に種々の工夫を行い,予備実験および改善を重ねた。そして,従来のデ-タには十分な精度のチェックがなされていなかった乱流統計量に対しても高精度の結果が期待できるところまで達することができた。平均速度分布の法則については,従来の結果との一致を確認した。また,乱流統計量については,次のような新たな知見が得られた。乱れの実効値は,壁近傍を除く流路幅にわたり一定値をとるが,各成分間には非等方性が顕著に見られ,特に√<u^2>の値が他の2成分,√<v^2>,√<w^2>の約2倍となっている。

ただし,uはx(主流)方向,vは壁に垂直y方向,wはスパン方向の変動速度である。また,これらの値はいずれもEl Telbany et al.(1982),Robertson et al.(1970)よりも大きな値である。Sーkewness factorおよびFlatness factorは,u,v,wに対するものすべてが,壁近傍を除き,流路幅にわたってほぼ一定となる。ポアズイユ型乱流のvのSkewnessfactorが流路中央に対し反対称分布を示すことと対比し明らかな相違が見られる。u,v,wの自己相関係数は,vとwについては遅れ時間に対し急激な減少を示すが,uについては減少傾向がゆるやかである。散逸スケ-ルλ_v /2h≒λ_w /2h(2hは流路幅)および積分スケ-ルΛ_v /2h≒Λ_w /2hはそれぞれ流路幅にわたってほぼ一定値を持つ。λ_u /2hはλ_v/2hの約2倍の大きさである。Λ_u /2hが壁近くではΛ_v /2hの約2倍の値であるが,流路中央部では約7倍の値にまで急増する。これらの傾向は,Leeの数値計算結果に見られる縦渦構造と関係するのではないかと考えられるが,今後,詳細な検討が必要である。前年度に引き続き平行平板間クエット乱流,特にコア部の構造について調べた.クエット流は通常2次元流と考えられており,スパン方向への平均速度,乱れ統計量の変化は無いとされていた.この点を確認するため平均速度のスパン方向分布を調べたところ,周期が2h(h;流路高さ)で振幅が移動壁速度の約3%の周期的な変化が見られた.この様なスパン方向への速度の変化は,Leeが予測した流れ方向に軸をもつ大規模な渦構造の存在によるものと推測される.このスパン方向への変化は乱れ高次統計量についても明瞭に観測された.次に変動速度のスペクトル解析の結果,クエット流では通常のチャネル乱流には見られない低波数の乱れエネルギのピークが現れた.以上のようにクエット乱流のコア部は,チャネル流とは異なる特異な構造がある.クエット乱流のコア部における乱れエネルギの収支を調べた.乱れエネルギ生成と散逸がほぼ釣り合っており,一部の研究者により提案されていた乱れエネルギの逆勾配拡散は無いと考えられる.表記課題の非平衡乱流は,繰り返し圧力勾配の結果現れる流れである.この研究を効果的に進めるには,まず一定圧力勾配の流れの様子を理解しておくことが重要である.そこで,クエット型乱流に圧力勾配が加わった流れを調べた.我々の対象としている流れは比較的低レイノルズ数の流れであるので,圧力勾配とレイノルズ数の効果が複合的に入ってくる.過去にEl Telbanyらがこの種の流れの研究を行ったが,この二つの効果を明確に分離しなかった.そこで我々はまず圧力勾配の効果について平均速度分布の変化を調べた.その結果は定性的にEl Telbanyらの結果を一致した.レイノルズ数と圧力勾配の影響の現れ方については現在調査中である.前年度に行った研究の結果より波状壁を持ったクエット型乱流における非平衡乱流のメカニズムを解明するためには,まずクエット・ポアズイユ型の乱流を解明する必要があるという結論を得た.そこで本年度はこの問題の解明を行った.この流れでは局所平衡が成立している.そこでレイノルズ数R_e^*=hu_*/ν,せん断応力勾配dτ/dyを独立のパラメータに選び,速度分布に及ぼすこれらの効果を考察し,以下の結論を得た.(1)壁近傍においては,よく周知されているように壁法則U^+=f(y^+)が成立する.しかし,せん断応力勾配が強く,μ^<-1>=(ν・dτ/dy)/(ρu_*^3)が大きくなると,U^+=f(y^+)の関数形は,U^+=f(y^+,μ^<-1>)のように修正されなければならない.
ヒト・マウス培養細胞及びマウス個体におけるRNAi関連遺伝子の機能解析

平成16年度は、ヒトのDicer(hDcr)及びeIF2C1(h2C1)の分子解析を行った。先ず大腸菌での発現系を検討したところ、完全長蛋白質の大量発現は困難であったが、部分断片蛋白質は可能であった。h2C1のRNAiに特徴的なドメインとして同定されている機能不明なPAZドメインについて、RNAとDNAに対する結合活性をゲルシフト分析で試験したところ、その活性はRNAに特徴的で、一本鎖RNAに対して弱く結合し、二本鎖RNAの3'末端2塩基以上の突出構造を認識し、強く結合することが見い出された。このことから、PAZドメインは二本鎖siRNAのみならず、ターゲットmRNAとsiRNAアンチセンス鎖のハイブリッド中間体をも、限定的に認識するであろうと推察された。また、hDcr全長について、バキュロウイルスによる発現を検討したところ、可溶性で発現可能であった。精製して得られたhDcrは二量体で、長い二本鎖RNAからsiRNAを生成する活性を有していた。この切断活性は明らかに、1つのRNaseIIIドメインだけからなるC末部分断片hDcrの活性と異なっていた。欠失体解析の結果、hDcrのsiRNA生成活性の発現にはN末のヘリカーゼドメインは必要でないが、PAZドメインと2つのRNaseIIIドメインを含むC末側が必要であることが見い出された。これらの結果から、siRNAサイズ21塩基の分子物差し様式は、PAZドメインが二本鎖RNAの3'末端2塩基突出構造を認識して、そこから21塩基離れた部位を2つのRNaseIIIドメインから成る分子内ヘテロ二量体活性中心が切断することに生じると推察された。eIF2C1及びDicerに対する特異的抗体を用いてヒト、マウスの培養細胞の免疫染色を行ったところ、両者共に細胞質、特に核の周辺部において強いシグナルが確認され、また、シグナルが重なっているように見えた。この結果はeIF2C1及びDicerが相互作用しているという試験管内での結果を支持していると考えられる。タンパク質レベルでのeIF2C1及びDicerの機能解析を進めるため、これらのタンパク質の発現系を構築し、発現、精製を試みた。まず初めに大腸菌を用いた発現系を検証したところ、eIF2C1及びDicer共に完全長のタンパク質が発現したものの不溶化して封入体となってしまった。融合させるタグや発現条件をいろいろと検討しても改善が見られなかった。次に、小麦胚芽抽出液を用いた発現系を検討したが、大腸菌発現系と比較して大きな改善はみられず、不溶化して沈殿してしまった。さらに、大腸菌や小麦と比べてより哺乳類に近い昆虫細胞を用いた発現系を立ち上げ、同様の検証を行ったところ、Dicerの完全長のタンパク質が可溶化した状態で発現した。これを精製して機能を解析した結果、二本鎖のRNAを切断する活性が確認でき、さらに、基質の切断活性及び切断産物の長さのpH依存性に関してこれまでに知られていなかった事実を確認できた。eIF2C1の完全長に関しては昆虫細胞発現系を用いても可溶化した状態で発現せず、また、同じfamilyの他のタンパク質(eIF2C2-4及びmiwi, mili)を検証しても同様に不溶化して発現したため、部分断片の発現、精製に切り替えた。その結果、C末端側を含まないタンパク質ならば可溶性で発現することが分かり、これを用いて機能解析を行ったところ、eIF2C1の中央部分に位置するPAZドメインに、RNAiのガイドの役割を担うsiRNAと結合する強い活性があることが明らかになった。
没入型遠隔操縦システムによって抽出された人間の協調行動規範のロボットへの移植

本研究の目的は,複数の人間あるいはロボットが協同で作業をする中で,人間の振舞いを記録し,その記録から人間の行動規範を入出力構造として分析し,さらにそれを自律ロボットシステムの行動プログラムとして移植する手法を確立することである,対象とするロボットシステムと人間では,身体,センサ,アクチュエータ等が異なっているので,高い臨場感が得られる没入型の遠隔操縦システムを構築し,それを介して人間を実環境で行動させる.没入型の遠隔操縦システムを実現するために,ロボットに搭載されたカメラの全方位映像をパーソナルコンピュータに取り込み,画像の幾何学的な変換を行い,3枚のスクリーンに投影すべき画像を表示する.その画像の一部を切り出して3台の液晶プロジェクタに入力しスクリーンへ投影する.これによって,安価に臨場感・没入感の高い提示システムを実現できた.当初の計画では,ロボットサッカー競技を題材としたタスクを設定する予定であったが,行動規範のモデル化が困難なことがわかった.そこで,まずは行動規範の抽出とロボットへの移植の方法を確立することを優先して,壁に囲まれた通路を移動するタスクを設定した,このタスクに対する人間の行動規範を,視覚情報を入力,操縦コマンドを出力として考える,人間がロボットを遠隔操縦する際の入出力データに対して,クラスタリングを行い,クラスタの分離面とクラスタごとのアフィンモデルを同定する.得られた結果をロボットの制御則として移植し,移動ロボットが自律走行できることを確認した。また,操縦者の違いやクラスタリングの条件の違いによる結果の差異について検討した.本研究の目的は,複数の人間あるいはロボットが協同で作業をする中で,人間の振舞いを記録し,その記録から人間の行動規範を入出力構造として分析し,さらにそれを自律ロボットシステムの行動プログラムとして移植する手法を確立することである,対象とするロボットシステムと人間では,身体,センサ,アクチュエータ等が異なっているので,高い臨場感が得られる没入型の遠隔操縦システムを構築し,それを介して人間を実環境で行動させる.没入型の遠隔操縦システムを実現するために,ロボットに搭載されたカメラの全方位映像をパーソナルコンピュータに取り込み,画像の幾何学的な変換を行い,3枚のスクリーンに投影すべき画像を表示する.その画像の一部を切り出して3台の液晶プロジェクタに入力しスクリーンへ投影する.これによって,安価に臨場感・没入感の高い提示システムを実現できた.当初の計画では,ロボットサッカー競技を題材としたタスクを設定する予定であったが,行動規範のモデル化が困難なことがわかった.そこで,まずは行動規範の抽出とロボットへの移植の方法を確立することを優先して,壁に囲まれた通路を移動するタスクを設定した,このタスクに対する人間の行動規範を,視覚情報を入力,操縦コマンドを出力として考える,人間がロボットを遠隔操縦する際の入出力データに対して,クラスタリングを行い,クラスタの分離面とクラスタごとのアフィンモデルを同定する.得られた結果をロボットの制御則として移植し,移動ロボットが自律走行できることを確認した。また,操縦者の違いやクラスタリングの条件の違いによる結果の差異について検討した.本研究の目的は,複数の人間あるいはロボットが協同で作業をする中で,人間の振舞いを記録し,その記録から人間の行動規範を入出力構造として分析し,さらにそれを自律ロボットシステムの行動プログラムとして移植する手法を確立することである.対象とするロボットシステムと人間では,身体,センサ,アクチュエータ等が異なっているので,簡易な方法で高い臨場感が得られる没入型の遠隔操縦システムを構築し,それを介して人間を実環境で行動させる.本年度は,本研究の目的に合う短焦点型のプロジェクタと双曲面ミラーを用いた全方位カメラを選定し,それらの仕様と現有の小型移動ロボットの幾何学的な拘束関係から,プロジェクタと投影スクリーンの適切な配置を検討し,その結果に基づいて,3台のプロジェクタを用いた臨場感・没入感の高い提示システムを設計・製作した.なお,プロジェクタの配置は3次元的であり,スクリーンは特殊な形状であるため,プロジェクタの設置台やスクリーン自身は,材料を購入して自作した.ロボットに搭載されたカメラの全方位映像は,パーソナルコンピュータに取り込み,画像の幾何学的な変換を行い,3枚のスクリーンに投影すべき画像を表示する.その画像を3台のダウンスキャンコンバータで部分的に切り出して,各プロジェクタに入力してスクリーンに投影する.以上の処理の変換パラメータの較正を効率よく行う方法の検討を進めている,一方,2台のCCDカメラを天井に設置し,その映像をパーソナルコンピュータに取り込んで画像処理を行い,ロボットの位置・姿勢を実時間で計測できる環境を整えた.残念ながら,遠隔操縦システムの性能の評価や被験者を使った行動規範の抽出実験にまでは至らなかった.本研究の目的は,複数の人間あるいはロボットが協同で作業をする中で,人間の振舞いを記録し,その記録から人間の行動規範を入出力構造として分析し,さらにそれを自律ロボットシステムの行動プログラムとして移植する手法を確立することである.対象とするロボットシステムと人間では,身体,センサ,アクチュエータ等が異なっているので,簡易な方法で高い臨場感が得られる没入型の遠隔操縦システムを構築し,それを介して人間を実環境で行動させる.本年度は,昨年度に開発した小型移動ロボットの没入型遠隔操縦インタフェースを用いて,操縦者の行動規範のロボットへの移植の方法について研究した.行動規範の抽出に用いるタスクとして,壁に囲まれた通路の周回走行を設定した.

このタスクに対して操縦者の入出力構造をモデル化した.入力として3面のスクリーンそれぞれに映る床領域の比率(入力数3),出力としてジョイスティックの前後方向,左右方向,ひねり方向の倒し量の比率(出力数3)を取った.被験者の一連の行動を記録したデータセットをK-means法を用いてn個にクラスタリングする.各クラスタに属するデータセットに対して回帰分析を行い,アフィン写像の係数を求める.そして,SVM(Support Vector Machine)の手法を用いて,各クラスタの汎化能力が最大になるように領域を分離する平面を求めた.こうして得られた解析結果を用いて,複数の被験者のデータに対して,移動ロボットを自律走行させることに成功した.今後の課題は,被験者による規範の差異の分析や,抽出されたパラメータの解釈などである.協調行動の規範について検討するためには,遠隔操縦システムがもう1組必要となる.プロジェクタとスクリーンを用いた提示装置は大掛かりになるので,計画を変更し,近年急激に価格の下った大型液晶ディスプレイを3台使ったシステムを構築中である.
数と形状を制御した量子渦輪によるボース凝縮体ダイナミクス研究への新たなアプローチ

量子渦は超流動ヘリウムをはじめとするボース凝縮体に特有な巨視的量子状態の1つであり,その生成消滅,再結合過程はボース凝縮体のダイナミクスに深く関わる.この量子渦の生成消滅,再結合過程の解明には,数,形状,運動方向の全てが良く制御された量子渦発生法の実現が重要となる.渦がドーナツ状に閉じた形状を持つ渦輪は,自身の径のみで決まる自己誘導速度で等速直線運動を行うという特徴を持つ.本研究では超流動ヘリウム4中に『良く制御された量子渦輪』を発生できる量子渦輪発生器を開発し,ボース凝縮体のダイナミクス解明のために新たな実験手段の実現に取り組む.量子渦は超流動ヘリウムをはじめとするボース凝縮体に特有な巨視的量子状態の1つであり,その生成消滅,再結合過程はボース凝縮体のダイナミクスに深く関わる.この量子渦の生成消滅,再結合過程の解明には,数,形状,運動方向の全てが良く制御された量子渦発生法の実現が重要となる.渦がドーナツ状に閉じた形状を持つ渦輪は,自身の径のみで決まる自己誘導速度で等速直線運動を行うという特徴を持つ.本研究では超流動ヘリウム4中に『良く制御された量子渦輪』を発生できる量子渦輪発生器を開発し,ボース凝縮体のダイナミクス解明のために新たな実験手段の実現に取り組む.
硫酸ラジカルを利用した選択性を持つ水処理技術の開発

オゾンや紫外線過酸化水素(UV/H2O2)処理で生成するOHラジカルは、高い酸化力で難分解性の有機物を酸化分解する処理であり、高度水処理手法として、用排水システムにおける健康リスクの低減に効果を上げてきた。だが、無差別/非選択的な反応に起因する、新たな課題が散見されている。そこで本研究では、OHラジカルと比較して反応に選択性がある硫酸ラジカルを利用し、水処理に用いた際の反応の選択性を明らかにし、新たな水質管理手法を構築することを目的とする。
殺菌作用の増強と毒素産生の抑制を目的とした抗菌薬併用のメカニズム

侵襲性感染症由来の肺炎球菌とβ溶血性レンサ球菌に対し,作用標的が異なるβ-ラクタム系薬とアミノ配糖体薬であるゲンタマイシン(GM)とを同時に作用させると,明らかな殺菌効果の増強が認められた。薬剤単独作用時と併用時の菌体内部構造の変化を透過型電子顕微鏡を用いて観察・比較したところ,併用時には明らかな異常像が観察された。また,LC/MS/MSを用いて細胞内のGM濃度を測定したところ,単独時にはGMはほとんど菌体内へ取り込まれなかったが,β-ラクタム系薬との併用時には細胞内GMの濃度は明らかに高まっていた。以上の成績から,薬剤の併用によって殺菌性の増強が生じると結論された。併用による殺菌効果増強の解析:侵襲性感染症由来の肺炎球菌とβ溶血性レンサ球菌(GAS,GBS, SDSE)に対し,β-ラクタム系薬(ABPC, CTX)の最小発育阻止濃度(MIC)の2-4倍濃度と,微量濃度(1-2 μg/ml)のアミノ配糖体薬(GM, ABK)とを作用させ,2,4,6時間後の継時的生菌数の変化を測定した。β-ラクタム系薬を単独で作用させた場合と,アミノ配糖体薬を併用した場合,併用時には単独作用時に較べ101-103の明らかな殺菌効果の増強が認められた。臨床的に問題となっている耐性肺炎球菌(PRSP)と耐性GBS(PRGBS)においても明らかな併用効果が認められた。β-ラクタム系薬とアミノ配糖体薬のいずれかを先に作用させ,2時間後にもう一方の薬剤を作用させた場合,あるいは両薬剤を同時に作用させた場合の殺菌作用を比較すると,β-ラクタム系薬を先行作用させた方が強い殺菌性が認められた。アミノ配糖体薬を先行作用させた場合には殺菌効果の増強は認められなかった。透過型電子顕微鏡による形態観察:薬剤単独作用時と併用時の菌体内部構造の変化を透過型電子顕微鏡によって比較した。併用時の形態変化の観察では,β-ラクタム系薬による菌の伸長化と細胞壁の肥厚とともに,タンパク合成阻害によると考えられる菌体内低密度変化とそれに伴うDNA合成の明らかな異常と思われる変化が認められた。これらの形態変化は,先ずβ-ラクタム系薬の作用によりその作用標的である細胞壁が脆弱化し,膜に無数の間隙ができるため,その間隙を通してアミノ配糖体薬が菌体内へ取り込まれ,その標的であるリボソームへ結合してタンパク合成が阻害されると推定された。この仮説を立証するために,アミノ配糖体薬が確かに菌体内に取り込まれていることを証明する必要があり,2年目の研究課題として予定している。肺炎球菌とβ溶血性レンサ球菌(GAS, GBS, SDSE)に対してβ-ラクタム系薬と微量濃度(2 μg/ml)のアミノ配糖体薬を併用すると,殺菌効果が増強されることを確認した。さらに併用効果を透過型電子顕微鏡による形態観察で確認した。単独時と併用時には殺菌性と形態変化の上で明らかな違いがみられたことが証明された。本研究はおおむね順調に進展している。今後は併用効果の得られるメカニズムを菌体内に取り込まれるアミノ配糖体薬の濃度を測定することによって証明する必要がある。併用による殺菌効果増強の解析:侵襲性感染症由来の肺炎球菌とβ溶血性レンサ球菌(GAS, GBS, SDSE)に対し,β-ラクタム系薬(ABPC, CTX)の最小発育阻止濃度(MIC)の2-4倍濃度と,アミノ配糖体薬(GM, ABK)の微量濃度(2 μg/ml)とを同時に作用させ,継時的生菌数の変化を測定した。β-ラクタム系薬の併用時には単独作用時に較べ,101-103の明らかな殺菌効果の増強が認められた。透過型電子顕微鏡による形態観察:薬剤単独作用時と併用時の菌体内部構造の変化を透過型電子顕微鏡を用いて観察・比較した。併用時には,β-ラクタム系薬による菌の伸長化と細胞壁の肥厚とともに,タンパク合成阻害によると推定される菌体内の低密度変化と,それに伴うDNA合成の明らかな異常像が観察された。液体クロマトグラフ-タンデム型質量分析計(LC/MS/MS)による菌体内GM濃度の測定:β-ラクタム系薬とアミノ配糖体薬を併用した時に,アミノ配糖体薬が菌体内に取り込まれていることをLC/MS/MSを用いてその濃度を測定した。薬剤を作用させて培養した菌を集菌し,菌体を超音波処理した後、超遠心によって細胞壁成分等を除去した後、菌体内に取り込まれたGMの濃度を測定した。単独投与時および併用時の両者を比較したが、GM単独時には薬剤がほとんど菌体内へ取り込まれていなかったが,β-ラクタム系薬との併用時には細胞内のGM濃度は明らかに高まっていた。以上の成績は,β-ラクタム系薬の作用により作用標的である細胞壁が脆弱化し,膜に無数の間隙ができると,その間隙を通してアミノ配糖体薬が菌体内へ取り込まれ,その標的であるリボソームへ結合してタンパク合成が阻害されると推定された。つまり,異なる作用標的を同時に阻害するため,その併用効果によって殺菌性の増強が生じると結論される。

薬剤単独作用時と併用時の菌体内部構造の変化を透過型電子顕微鏡を用いて観察・比較したところ,併用時には明らかな異常像が観察された。また,LC/MS/MSを用いて細胞内のGM濃度を測定したところ,単独時にはGMはほとんど菌体内へ取り込まれなかったが,β-ラクタム系薬との併用時には細胞内GMの濃度は明らかに高まっていた。以上の成績から,薬剤の併用によって殺菌性の増強が生じると結論された。本来,アミノ配糖体薬はグラム陰性桿菌に対する殺菌性は極めて優れているが,グラム陽性菌である肺炎球菌やβ溶血性レンサ球菌には無効とされてきた。それらの菌種では無効菌種ではアミノ配糖体薬を菌体内へ取り込む系,すなわちエネルギー依存系タンパクII(EDP-II)を保持していないことが理由と推定されている。今後の研究の進め方としては,アミノ配糖体薬が菌体内に取り込まれていることを液体クロマトグラフ-タンデム型質量分析計(LC/MS/MS)用いて証明する予定である。薬剤を作用させて培養した菌を集菌し,菌体を超音波処理した後、超遠心によって細胞壁成分等を除去した後、菌体内に取り込まれたアミノ配糖体薬の濃度を測定する。また,肺炎球菌やβ溶血性レンサ球菌は多くの毒素を産生し,炎症反応が増強されるが,アミノ配糖体薬の併用によってタンパク合成が阻害されることによりその産生が低下することをマイクロアレイ等を用いて検討する。細菌学実験はおおむね順調に進んでおり、物品費が予定した額よりかからなかったため、使用額に差が生じた。次年度の実験用の物品費に使用する計画である。
天空輝度測定センサを用いた最適方位追尾型太陽光発電システムの開発

本研究は太陽追尾制御をベースにした高効率太陽光発電システムを目指すものである。天空輝度測定機能をもつ光センサ(5PD光センサ)を用いて最適発電方位を自動追尾させるため以下の基礎実験及び装置試作を行った。1.太陽からの直接光が多い晴れの日と間接光(散乱光)が多い曇りの日に軌道計算による太陽方位を追尾した場合と5PD光センサを使った追尾での比較実験を屋外で行った。晴れの日では二つの追尾方式に大きな差は無かった事から5PD光センサによる自動追尾が正常に機能している事が確認できた。曇りの日では太陽軌道追尾より5PD光センサによる自動追尾が発電量の多い事が確認された。このことから5PD光センサによる自動追尾が日照条や天候の変化に影響されず最大発電方位を追尾できる事が確認された。2.遠隔操作可能な観測システムの開発を目指して以下の装置を製作した。方位角(θ)、仰角(φ)駆動できるステージに5PD光センサを取り付けた可動型5PD光センサユニットを試作した。この可動型5PD光センサユニットに制御用パソコンを接続し、Microsoft Windowsのリモートデスクトップ機能を利用してネットワーク上のパソコンから遠隔操作を実現するものである。本研究で製作した可動型5PD光センサユニットの動作試験を行い、正常に動作することを確認した。今後、ネットワーク上から遠隔操作するためのプログラム開発及び実際のネットワーク環境での動作試験が必要である。
外国人日本語学習者のための音声学習支援システムの研究

本研究は,外国人日本語学習者のための音声学習支援システムの作成と,より効果的な音声教育の方法を探ることをその目的としている。平成3年度は,モデル音声と学習者音声を比較し評価する部分を学習者自身に行わせる形で具体的なコ-スウエアデザインを行い,以下の点について成果を得た。1コ-スウエア開発(1)モデル音声の取りこみと編集を行うコ-ス編集プログラムを作成した。あらかじめ,音声取りこみの条件設定にしたがって自動的に音列の前後の無音部分がカットされるなど,ユ-ザ-インタ-フェ-スに特に工夫した。(2)促音訓練コ-スウエアを作成・試用し,長音訓練コ-スウエアを作成した。2学習者による自己評価の利用について聴いただけではモデルと自分の音声との違いがよく把握できない学習者でも,音声波形の観察とマウス操作による細部の聴き比べにより,問題点を捉えられることがわかった。これは,特に,時間的な要素に左右される特殊拍の発音訓練に有効である。3コ-スウエアへの学習者音声の取り込みかたについて学習者が,文字から発音練習のタ-ゲットをつかんでしまうと,練習時にかぎって欠点が見られない場合がある。そこで,自然な発話と同じような学習者発音を得る方法をいくつか試みた。中でも,絵を利用して発話を採取する方法は,生成される語彙の予測が可能な上,訓練効果の確認においても有効で,同一コ-スウエアの反復練習で進歩が自己評価できる形になった。
シルクセリシンによるスーパーハイブリッド徐放薬物伝達システム開発の基盤研究

新しい医療材料の研究は、21世紀における医学研究の大きな課題である。本研究は、自然界に存在する昆虫のペプチドを材料とすることによって、従来の化学合成物質による医用材料の問題点を解決することにある。特に、絹セリシンが本来持つ抗血栓性、抗酸化作用および抗腫瘍効果(平成14年度、15年度科学研究費による成果)を活用し、医用材料への応用展開を進めるための基盤研究である。また、シルクを低分子量化することによって、いわゆる蛋白結合によるアナフイラキシー反応を抑制し、安全性を図ることを目的とした。これらの製作工程は、従来のハイブリッド化をさらに進めたものである。われわれは、本研究とは別個に行ってきた研究によって、シルクを低分子量化した試料を得るにとに成功した。この低分子量化シルクが、それ自体、アナフィラキシー反応がなく、また、優れた薬理効果を有することが明らかになったので、この生体活性物質である低分子量化シルクの徐放化の研究を最終目標とすることに変わりはないが、本研究の目的を達成する前に、まず、低分子量化シルクの構造と生理活性に関する研究を行うこととし、若干の研究方針の変更を行った。研究の結果、低分子量化シルクは、極めて特異な構造と機能を有することが明らかになった。しかも、抗炎症性、治癒作用問うを有するものであることから、この低分子量化シルクを生理活性物質として用いれば、スーパーハイブリッド徐放薬物伝達システムが可能となる見通しができ、本研究が目的とするシステム開発のための基盤となる重要な成果が得られたと結論される。従来、絹は主に衣料用として用いられてきたが、最近、絹タンパク質に種々の薬理作用があることが見出され、食品、化粧品等への応用展開が図られている。例えば、繭から抽出されるセリシンに抗酸化作用、皮膚癌抑制作用などがあることが報告されている。われわれは、本研究を開始する前に、絹タンパクを特殊処理し、新しい変性絹抽出水溶液の作製に成功し、この抽出液が肌荒れ等に悩む人々の皮膚の改善に有効であることを見出し、ある程度の成分分析にも成功した。すなわち、本液を凍結乾燥させ、不揮発成分を詳細に分析した結果、アミノ酸組成は従来知られていなかった特異なアミノ酸を含んでいること、分子量は822DL付近でピークを示したことにより、5-12量体のオリゴペプチドと推測された。このような特異なアミノ酸組成を有する抽出液成分が、新規なDDS開発素材として有望と考え、本研究においては、そのための基盤的研究を行うことを目的とした。まず、これまでの分析結果を確かめるために、質量分析、赤外線吸収、C-13固体高分解能NMRスペクトル等による分析を行い本物質の物理化学的特徴を明らかにした。さらに紫外線吸収スペクトルも上記の結果と一致するものであった。ついで、本物質の生物学的特性を解明すべく実験を行い、現在に至っている。マウスの実験では、アスコルビン酸と同程度の抗酸化作用を有し、実験腫瘍の発生を抑制することが分かり、現在そのメカニズムの解明を急いでいる。本物質は低分子量のペプチドであることから、皮膚や粘膜より吸収されやすく、その生物学的効果は従来の絹タンパクより顕著であると考えられる。すでに安全性についての試験も終わり、本物質の特性を活用して、次年度の前臨床試験を進め、新しいDDSの開発に結び付けたい。また、シルクを低分子量化することによって、いわゆる蛋白結合によるアナフィラキシー反応を抑制し、安全性を図ることを目的とした。

これらの製作工程は、従来のハイブリッド化をさらに進めたものである。われわれは、本研究とは別個に行ってきた研究によって、シルクを低分子量化した試料を得ることに成功した。この低分子量化シルクが、それ自体、アナフィラキシー反応がなく、また、優れた薬理効果を有することが明らかになったので、この生体活性物質である低分子量化シルクの徐放化の研究を最終目標とすることに変わりはないが、本研究の目的を達成する前に、まず、低分子量化シルクの構造と生理活性に関する研究を行うこととし、若干の研究方針の変更を行った。研究の結果、低分子量化シルクは、極めて特異な構造と機能を有することが明らかになった。しかも、抗炎症性、治癒作用問うを有するものであることから、この低分子量化シルクを生理活性物質として用いれば、スーパーハイブリッド徐放薬物伝達システムが可能となる見通しができ、本研究が目的とするシステム開発のための基盤となる重要な成果が得られたと結論される。