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本態性高血圧症の成因に関する内分泌学的、分子生物学的研究-ANP,BNP,endothelinを中心にして-

本態性高血圧の成因に関して分子生物学的手法を用いてその解明を試み、その機序に関して若干の知見を得た。今研究は心房ナトリウム利尿ホルモン(ANP)、脳ナトリウム利尿ホルモン(BNP)、endothelinを中心に培養副腎皮質細胞を用いて行った。ANP、BNPは血管拡張作用、利尿作用のみでなく、アルドステロン分泌調節を介しても血圧調節に関与していることが推測され、その細胞内伝達機構の解明が高血圧の成因解明の一助になると考えられる。今回我々の行った研究の結果から、ANP、BNPは副腎皮質細胞からのアルドステロン分泌を直接抑制し、アンギオテツシンIIのアルドステロン分泌促進作用をも抑制することが明らかとなった。その機序には従来から言われているcGMPの増加とは異なった未知の細胞内伝達機構が働くことが示唆され、そこにはprotein Kinase C活性抑制が深く関連していることが明らかとなった。また、本研究のために我々が確立したHowcytometvy法を用いてprotein Kinasc C活性を数量化する方法は、比較的簡便で客観性の高い方法であると思われる。細胞増殖因子であるc-myc遺伝子発現に関してもANP、BNPの影響について検討を行ったが、これに関しては、ANP、BNPがc-myc遺伝子発現を抑制し、その抑制機序にもprotein kinaseCの関与が示唆された。副腎皮質細胞の増殖はホルモン分泌にも密接に関与していると推測されるが、現在検討中の段階であり近日中に結果報告を作成する予定である。今後さらにc-fos遺伝子等に関しても同様の検討を試み、ホルモン分泌促進・抑制と腫瘍遺伝子との関連におけるANP・BNP、endothelinの機序について追求し、本態性高血圧との成因の解明を継続する予定である。なお、ANP、BNP endothelinのgPNAクローニング、化学発光法によるそれらホルモンの測定法の確立は現在も続行中である。平成2年度は化学発光法によるANP、endothelin測定法を確立して細胞培養液中の濃度測定は可能となったが、RIA法と比較すると測定感度が低く、未だ改良の余地が残されており、ヒト血中のANP、endothelin濃度測定には問題が残った。またウシ副腎皮質細胞、及びウシ血管平滑筋細胞の初代培養系を確立して、現在インタ-ロイキン1B、インタ-ロイキン2、インタ-ロイキン6、tumor necrosis factorなどを負荷してANP、endothelin、コルチゾ-ルなどの変動を観察中である。特にインタ-ロイキン2を役与した場合に、培養液中のANP分泌抑制が認められ、高血圧症における副腎皮質の局所的循環調節における役割が示唆された。さらにこれらの物質を役与した場合の、副腎皮質細胞における腫瘍遺伝子発現の可能性についても現在検索中である。また血管平滑筋細胞ではangiotensinII投与で、腫瘍遺伝子cーfos、cーmycなどの発現が認められ、高血圧症における腫瘍遺伝子の役割について、現在種々の刺激因子を投与して検討中である。さらに平成2年度予算で購入したN_2ーO_2ーCO_2インキュベ-タ-を使用して血管内皮細胞培養系もほぼ確立しつつある。また、ANP及びBNPreceptorのcDNAから作製したprobeにP^<32>標識を行い、plaque hybridーization法にてラットの全DNAからANP、BNPreceptorのgenomic DNAのスクリ-ニングを現在も継続して行っている。検出感度に関題があり、現存化学発光法による検出方法を検討中である。平成3年度は、平成2年度から引続き各種疾患患者血漿を用いて化学発光測定法によるendothelin濃度の測定を行っている。

また、ウシ副腎皮質細胞の培養系を確立し、ヒト心房ナトリウム利尿ホルモン(ANP)、脳ナトリウム利尿ホルモン(BNP)の局所循環におけるその作用機序を解明するために、angiotensin II、ANP、BNP、protein Kinase C阻害剤などで培養細胞を処理して、アルドステロン分泌濃度、DNA合成量、RNA合成量などを測定した結果、protein kinase Cがウシ副腎皮質培養細胞において、ANP、BNPの作用調節に関与することが示唆された。なおこの結果は、第38回日本臨床病理学会総会(補冊Vol.39,P45)にて報告した。また、ウシ副腎皮質組織を用いてprotein kinase Cの染色を行ったが、ANP、BNPで処理した組織においては明らかに染色性が低下しており、ANP、BNPがprotein kinase Cの活性を低下されることが示唆された。現在は、その結果をさらに確実にするために、flow cytometry法を用いて副腎皮質細胞中のprotein kinase C活性を蛍光強度から数量化する方法を検討中である。平成4年度は平成2年度から引き続き行っているANP、BNP、endothelinの化学発光測定系の確立を継続して行っているが、未だ感度的に不安定な問題が残されている。培養液中の濃度を測定するには足りるに至ったが、未だヒト血中の濃度測定に供するには低感度であり、現在もその問題解決を検討中である。またさらにANP、BNPレセプターのgDNAのクローニングも継続して行っているが、現在もまだ技術的に問題が残されており、改良を考慮中である。また、培養副腎皮質細胞を用いて細胞増殖因子であるc-myc遺伝子発現におけるANP、BNPの役割を昨年度から継続して行っているが、flowcytometry法を応用して検討した結果、c-myc遺伝子発現はANP、BNPによって抑制され、アンギオテンシンIIにより促進されることが明らかとなった。現在までの我々の検討では、これらのホルモンの促進及び抑制機序はprotein kinase C活性と密接な関連が示唆されており、この遺伝子発現に関する生理的意義を検討中である。またc-fos遺伝子に関しても同様な意義を確認しており、c-myc遺伝子との関係も含めてさらに検討を要する。
前立腺細胞増殖に関与する内分泌関連タンパクの解析

成果(1)エストロゲン受容体関連タンパクが前立腺癌進行に与える影響を解析し、その他の臓器癌に応用した。(2)アンドロゲンの前立腺組織内代謝と前立腺癌進行、予後リスクとの関連を解析した。(3)アンドロゲン受容体の応答機構について網羅的に検討を行った。その中で新規アンドロゲン応答遺伝子であるAmyloid Precursor ProteinとARFGAP3がそれぞれ前立腺癌の増殖を促進していることが示された。(4)核内受容体協調因子であるOct-1がアンドロゲン受容体の転写活性化に重要であることを示し、前立腺癌の悪性度に影響を与えていることが示された。成果(2):estrogen responsive geneであるEBAG9はこれまでの我々の研究で、前立腺癌、腎癌、乳癌などで増殖促進的に作用することが明らかにされてきた。今回膀胱癌におけるEBAG9の意義を検討した。ヒト膀胱癌細胞株EJ cellを使用したin vitro実験ではEBAG9は膀胱癌細胞の増殖を促進し、siRNAにてその作用は消失した。臨床検体を使用した免疫組織学的検討ではEBAG9を発現する症例は有意に予後が不良であった。(雑誌論文2参照)成果(3):P450であるCYP3A4は前立腺上皮細胞におけるandrogenの代謝に重要な役割を果たしている。我々は臨床前立腺癌と良性肥大症の検体を使用して、CYP3A4の発現を免疫組織学的に検討した。その結果、CYP3Aの発現が低下した前立腺癌症例は有意に予後が不良であった。(雑誌論文3参照)研究発表の項に示すように、平成21年度は、(1)アンドロゲンの前立腺組織内代謝と前立腺癌進行・予後リスクとの関連を解析した。P450 3A4の発現と遺伝子多型がアンドロゲン代謝の相関し、前立腺癌の独立予後決定因子であることが明らかにされた(論文1)。(2)エストロゲン受容体ERα,βと前立腺癌との関連について、これまで我々は報告を重ねてきた。今回はestrogen-related receptors βand γ発現と前立腺癌進行。予後との関連を解析し、これらの結果と既報告のestrogen-related receptor αのデータを集積し、組み合わせることで、前立腺癌の独立予後決定因子を同定した(論文2)。これらにより、前立腺癌におけるホルモン受容体発現パターンに基づいた新しい内分泌療法選択の確立に向けた重要なデータを得た。また、これまでの研究成果を前立腺癌以外のホルモン応答性臓器癌に応用した。(3)Estrogen receptor-bindingfragment-associated gene 9は、これまで前立腺癌、乳癌、腎癌な膀胱癌どで進行、転移に関与する蛋白であることが、我々や他施設の報告で明らかになっている。今回精巣腫瘍で解析したところ、同様な予後関連因子であることが明らかにされた(論文3)。最後に前立腺癌での、アンドロゲン受容体癒合遺伝子ETS familyとOct-1転写因子の関連を解析し、アンドロゲン受容体の転写亢進のメカニズムを明らかにした(学会発表1)。研究発表の項に示すように、平成22年度はホルモン応答性前立腺がん細胞であるLNCaP細胞におけるアンドロゲンシグナル応答に関する遺伝子の発現変化を検討した。1.アンドロゲン受容体が、結合する際の様式、ピストン修飾等のエピゲノム解析について、検討を行った(雑誌論文1参照)。この中で、新規アンドロゲン応答遺伝子であるAmyloid Precursor Proteinが前立腺癌細胞の増殖を亢進させることが明らかにされた(雑誌論文2参照)。2.また、雑誌論文2で得られたデータをもとに、融合遺伝子を形成するACSL3遺伝子の転写開始点上流にアンドロゲン応答領域が認められることを見いだし、そのアンドロゲン機構を検討した。ヒト前立腺癌細胞株LNCaPを用いたin vitro実験で、上記アンドロゲン応答領域内にAndrogen responsive elements(ARE)の近傍に、Oct1応答配列が認められた。ルシフェラーゼアッセイをもちいた検討で、Oct1がアンドロゲン応答性に協調していることを明らかにした(学会発表1)。また、Oct1の発現を特異的に抑制するsiRNAを用いると、LNCaPの細胞増殖は有意に抑制された。このことからOct1は前立腺癌において、ARの活性を促進し、細胞増殖に影響する転写協調因子であることが示唆された。3.最後にOct1の発現と、前立腺癌の進行度、悪性度との相関について臨床検体を用いて解析した。Oct1が前立腺癌の悪性度と、臨床病期に相関し、独立予後決定因子であることが明らかにされた(雑誌論文3参照)。今後、さらなるアンドロゲン応答機構を解明することで新たなる前立腺癌治療への応用が期待される。
宮座における歩射儀礼の歴史民俗学的比較研究

2013年度には対馬百矢・結鎮座・馬場家文書を調査した。2014年度には甑島諏訪神社・奈古神社を調査した。2015年度には松原八幡神社・護国寺文書・総持寺文書・伊和神社文書などを調査した。2016年度には久代村古記録・船越八幡神社百手を調査した。以上の調査により4本の研究論文を発表した(うち1本は予定)。1「肥後国海東郷における名主座(ジンガ)について」。2「比田勝廣義家文書・康次材木注文について」(吉田歓と共著)。3「中世村落史研究と信仰・儀礼」。4「宮座における歩射儀礼」(予定)。本年度は、1対馬の百矢調査、2奈良の結鎮座調査、3熊本の名主座調査を行った。1では、長崎県対馬の比田勝廣義家文書を調査した。比田勝家文書には一四六八(応仁二)年の百矢の信仰を示す古文書がある。百矢とは百本または多数の矢を奉納する神事である。これは西日本の歩射である百手と関連するものと思われる。2では、奈良の下田鹿島神社の結鎮座祭祀を見学した。結鎮とは歩射儀礼を表すもっとも古い語彙のひとつである。それを宮座の名称に用いていることは非常に興味深い。現在は、歩射儀礼そのものは廃れて行われていないが、結鎮座は結鎮の意味を考えるうえで重要な宮座である。3では、熊本県宇城市小川町海東の馬場家文書を調査した。馬場家文書には、一五八三(天正一一)年の肥後国海東村地見日記写がある。これは、従来、断片的に史料紹介されていたが、翻刻が不正確であり、文書そのものの理解も不十分であった。今回の調査で、これが肥後国八代郡海東郷にある海東阿蘇神社の名主座の存在を示す史料であることが明らかになった。またこの史料から名主座がジンガと呼ばれていたことも判明した。以上の調査研究の結果について、3に関しては、すでに薗部寿樹「肥後国海東郷における名主座(ジンガ)について」(『米沢史学』29号、2013年10月)に発表済みである。また1の調査の際にみつけた別史料について吉田歓・薗部寿樹「比田勝廣義家文書「天文二一年材木注文」について」として『米沢史学』30号(2014年10月刊行予定)で史料紹介をする予定である。1甑島諏訪神社(鹿児島県)の調査5月16日18日。鹿児島大学附属図書館で「甑島諏訪神社御神事由緒」(木脇家文書目録no.1)を撮影した。その後、甑島へ移動し、下甑手打の甑島諏訪神社などを実見した。2奈古神社(宮崎県)の調査6月5日7日。宮崎県文書センターで奈古神社関係の古文書を撮影し、奈古神社を実見した。1では個別宮座の歩射儀礼にありかたを実地に調査することができた。2では拠点神社から周辺の神社への歩射儀礼の電波のあり方を実地調査することができた。今後も歩射儀礼の電波のあり方や個別神社の歩射儀礼の状況を調査していく。1松原八幡神社(兵庫県姫路市)の古文書ならびに祭礼の調査...松原八幡神社の歩射儀礼関係の古文書を実見して撮影した。松原八幡神社の祭礼を見学した。2護国寺(兵庫県南あわじ市)の古文書調査...護国寺に残る淡路賀集寺の歩射儀礼に関する古文書を実見して撮影した。3伊和神社(兵庫県宍粟市)の古文書調査...伊和神社に残る播磨国一宮伊和神社の歩射儀礼に関する古文書の写真版を宍粟市教育委員会の仲介により入手した。4総持寺(兵庫県豊岡市)の古文書調査...総持寺に残る但馬国一宮出石大社の武射温泡・武射仁王講会に関する古文書の写真版を豊岡市教育委員会の仲介により入手した。5研究論文の執筆・発表...論文「中世村落史研究と信仰・儀礼ー歴史学と民俗学のはざまからー」を執筆した。同論文は、『山形県立米沢女子短期大学紀要』48号(2016年12月刊行予定)に発表する予定である。いくつか予定していた調査ができなかった事例があるものの、予定していたほとんどの調査をおこなうことができている。さらには、研究開始当初には予期していなかった事例を発掘することができて、予想外の進展も見えてきた。1久代村古記録の写真撮影...川西市文化財資料館(兵庫県)に所蔵されている久代村古記録を写真撮影した。2船越八幡神社・大浜地区の百手儀礼の見学...香川県三豊市詫間町船越八幡神社の氏子である大浜地区で行われる百手の儀礼を見学した。3研究論文の発表...以下の論文を発表した。薗部寿樹「中世村落史研究と信仰・儀礼ー歴史学と民俗学のはざまからー」(『山形県立米沢女子短期大学生活文化研究所報告』44号、2017年3月、P25P38)を発表した。当初は、『山形県立米沢女子短期大学紀要』に発表する予定であったが、諸般の事情により『山形県立米沢女子短期大学生活文化研究所報告』に発表することとなった。

4研究論文の発表...以下の論文を発表する予定である。薗部寿樹「宮座における歩射儀礼ー結鎮・百手・オビシャー」(『米沢史学』33号、2017年10月刊行予定)。2013年度には対馬百矢・結鎮座・馬場家文書を調査した。2014年度には甑島諏訪神社・奈古神社を調査した。2015年度には松原八幡神社・護国寺文書・総持寺文書・伊和神社文書などを調査した。2016年度には久代村古記録・船越八幡神社百手を調査した。以上の調査により4本の研究論文を発表した(うち1本は予定)。1「肥後国海東郷における名主座(ジンガ)について」。2「比田勝廣義家文書・康次材木注文について」(吉田歓と共著)。3「中世村落史研究と信仰・儀礼」。4「宮座における歩射儀礼」(予定)。当初から希望していた辺境地域での調査を実施することができた。来年度は当研究の最終年度である。古文書調査1件と儀礼見学1件を予定している。それに並行して、本研究の成果を総括する論文の執筆を開始している。2017年度中にはこの総括論文を発表する予定である。日本中世史今後は中間地点に重点をあて、歩射儀礼とその伝播のあり方を検証していきたい。調査の緊急性・必要性に鑑み、当初予定していた調査地と若干異なる地域を優先して調査研究をおこなった。しかし、4年間の初年度としては、順調に調査研究をすすめられたものと考えている。今後も歩射儀礼と宮座・名主座関連の古文書調査と現地調査を進めていく所存である。次年度の研究予定は、以下の通りである。1鹿児島県の甑島諏訪神社の古文書を撮影し、現地を調査する。2宮崎県の奈古八幡神社の古文書を撮影し、現地を調査する。
暗黒物質探索実験のためのMPGC-TPCの開発

10cm角MPGCを製作、性能評価を行なった。ポリイミドを基板としたMPGCを製作したため、以前と比べて安定度の高い検出器となり、ガス利得が10000を越えた。又、暗黒物質探索実験には欠かすことのできない長期安定試験を行い、ガス利得5000以上で一ヶ月以上の安定動作を確認した。次に、MPGCを読み出しとして用いたTPCを製作、その性能評価を行なった。放射線源からの電子の飛跡を荒い密度で捉えることができた。更に、加速器を用いた実験で単位長さ当たりのエネルギー損失の大きい陽子を数ミリの細かい密度で飛跡を捉えることができた。暗黒物質探索実験では、原子核の飛跡を捉えるが、これは陽子と同程度、もしくはそれ以上のエネルギー損失をもつため、陽子の飛跡を捉えられたことはMPGC-TPCを暗黒物質探索実験に用いるために、非常に大きな成果である。今後、MPGCの性能を向上させることで低エネルギーの原子核の飛跡を捉えられるように改良する。また、中性子源を用いた実験を行ない、エネルギーの高い(500keV程度)原子核反跳(中性子、暗黒物質のイベント)と電子反跳(ガンマ線、電子のイベント=バックグラウンド)を高い精度(90%以上)で識別できることを確認した。今後MPGCの改良を行ない、低エネルギーの原子核の飛跡についても飛跡の識別を可能とする。電子飛跡取得までの研究成果を2002年11月のIEEE国際学会(米国、ノーフォーク)で発表、それ以降の成果に関しては現在論文を作製中である。
ＩＩＩ－Ｖ　ＣＭＯＳフォトニクスを用いた光電子集積回路に関する研究

28年度が最終年度であるため、記入しない。
抗血栓性を有する中空糸タイプのハイブリッド型人工膵臓に関する研究

中空糸タイプのハイブリッド型人工膵臓に用いる高分子膜に要求される性質は、1.抗血栓性がよいこと、2.大きな物質拡散定数を有すること、3.壁厚ができるかぎり薄いこと、4.分子量分画が5万程度であることである。当初これらの性質を総て満足する中空糸の開発研究を開始したものの、中空糸壁を通じての物質透過性が悪く、中空糸内のランゲルハンス島(ラ島)へ酸素や栄養の補給が十分されず、ラ島は中空糸に封入後約80日でインスリン分泌能を失った。そこで抗血栓性のよい中空糸と、上記2,3,4の性質を有する膜でマイクロカプセル化したラ島を複合化するシステムの開発に着手した。マイクロカプセル化素材として、低温ゲル化アガロースと各種ポリイオンコンプレックス(PIC)を検討した。各種マイクロカプセルに封入されたラ島の長期培養を行なったところ、いずれも100日以上にわたってほぼ一定のインスリン(40-60V/islet/day)を分泌し続けた。またマイクロカプセル化ラ島はグルコース濃度変化に応答してインスリン分泌量を増減させ得た。さらに高濃度のアガロースにマイクロカプセル化されたハムスターのラ島を、糖尿病マウスに異種間移植したところ、最長53日にわたって血糖値を正常化した。PICマイクロカプセル化ラ島に関しては、いまだ動物実験は行なっていない。しかしマイクロカプセル化の再現性がいい、またマイクロカプセルの性状をポリアニオンを選ぶことでかえられる等、多くの利点を有している。いまだ本システムの開発は完了していないものの、ポリビニルアルコールが極めて良好に抗血栓性を有していることを明らかにし、さらに上記2,3,4の性質をほぼ満足する膜でラ島をマイクロカプセル化する技術も開発した。今後有孔率の大きなポリビニルアルコール中空糸を作るとともに、この中空糸とマイクロカプセル化ラ島を複合化することで早晩本システムを開発できるであろう。
東南アジア型農産物バリューチェーン解明に向けたゲーム論ベースの研究体系構築の試み

東南アジア諸国は、近年、契約農業の推進と高付加価値農産物・食品のバリューチェーン構築を国家プロジェクトとして位置づけている。ただし、伝統的市場と近代的市場とが二極化して併存する独自の市場構造が成立していること、また農家の零細性と組織化の遅れといった背景からバリューチェーン構築の課題も多い。本研究は、東南アジア型の契約農業及び農産物バリューチェーンの推進方法の解明を長期的目標とする。その第一段階として、地域・品目間の事例調査をメタ分析可能とする、実態調査から数量分析までの一貫した調査・研究体系の構築と適用を試みる。
森林の気候緩和効果に関する研究

森林の気候緩和効果に関して、観測とその結果に基づくシミュレーションモデルの構築という2本の柱を中心に研究を進めた。観測は大学から北約1. 5kmの山林のふもとにおける気温と湿度、大学構内に設置した簡易型総合気象観測装置による気温、日射、風速、風向、雨量について行い、この他に桐生市のアメダスの記録も収集した。さらに、異なった地被のもとでの夏期における気温、放射収支の計測も行った。得られた結果を要約すると以下のようである。1.地被の異なる場での気温、放射収支の観測から、夏期にはアスファルトと土の面上の気温差は2°C程度となり、アスファルトでは夜9時を過ぎても地面からの放射が50W/m^2程度残っている。2.夏期の日中の表面温度を熱収支式から検討したところ、アスファルトでは約60°C程度になることがわかった。これは浅枝等によって得られている値と同じである。3.森林の近傍にある孤立樹木の木陰で観測した気温と、大学に設置している簡易型総合気象観測装置による気温、および桐生市アメダスの観測結果を比較したところ、夏期には約2°C3°C程度森林の方が気温が低いことがわかった。また、日射の強かった日の夕方の数時間は、アスファルト等で舗装された地被の場合と比較すると5°C程度森林の気温が低くなる。これらが夏期の気候緩和の効果である。4.また、冬期には風が強い日の日中に森林の方が気温が高くなる場合がある。これは森林以外の観測地が風の通り易い場合であることと、それらが川沿いであることに一因がある。5.森林と大学の観測塔の気温差あるいは森林とアメダスの気温差の変化の様子は季節によって異なり、日射の効き方も季節によって異なる。正確な再現には厳密なシミュレーションモデルが必要である。6. LESモデルを用いた3次元モデルの構築を目指したが、熱収支式を取り込むところまで進めなかった。今年度は観測を中心としたデータ収集に力点をおいた。定点観測では、大学から西北約1.5kmの山麓と平坦地の境界線上で気温、湿度の自記記録を行った。一方、比較のために設置している大学構内の総合気象観測装置では、10分間隔で日射、気温、風向、風速、雨量を間欠測定した。総合気象観測装置を設置している場所が桐生川の近くの建物屋上であるために、いわゆる市街地気温よりは低い気温となる。森林境界部での気温は夏期日中ではこれよりもさらに低温となり、気温低減効果が認められる場合が多い。ただし、これは常に認められる現象ではなく、場合によっては両者に差がないこともある。定点観測点も桐生川から500m程度の位置であり、両者の気温形成には、桐生川の地形的影響(とくに風向、風速)や水面の存在の影響が考えられる。この点についてはさらに検討を加えていく必要がある。こうした観点から桐生川の河川水温についても観測研究を行った。とくに桐生川上流部の森林地域を流下する期間の熱収支から、森林による日射の遮蔽効果が水温形成に大きく関与していることがわかった。遮蔽がなくなり、支流の合流もない下流では水温上昇は0.9°C/km程度の大きな値となる。また、ランドサットの熱バンドによる気温分布の把握に関しても解析を進め、Windows上で動く汎用性の高い解析プログラムを作成し、過去2年分のデータによる解析結果の検証を行った。平成6年夏期のデータはまだ収集できていないので、収集できしだい地上観測の結果と比較しながら、解析を開始する予定である。

さらに、以上のようなデータに基づいて、LESによる数値シミュレーションを行うための準備を進めており、現在のところ風の構造の部分についてのみ計算が行える段階になった。森林の気候緩和効果に関して、観測とその結果に基づくシミュレーションモデルの構築という2本の柱を中心に研究を進めた。観測は大学から北約1.5kmの山林のふもとにおける気温と湿度、大学構内に設置した簡易型総合気象観測装置による気温、日射、風速、雨量について行い、この他に桐生市のアメダスの記録も収集した。さにら、異なった地被のもとでの夏期における気温、放射収支の計測も行った。得られた結果を要約すると以下のようである。1.地被の異なる場での気温、放射収支の観測から、夏期にはアスファルトと土の面上の気温差は2°C程度となり、アスファルトでは夜9時を過ぎても地面からの放射が50W/m^2程度残っている。2.夏期の日中の表面温度を熱収支式から検討したところ、アスファルトでは約60°C程度になることがわかった。これは浅枝等によって得られている値と同じである。3.森林の近傍にある独立樹木の木陰で観測した気温と、大学に配置している簡易型総合気象観測装置による気温、および桐生市アメダスの観測結果を比較したところ、夏期には約2°C3°C程度森林の方が気温が低いことがわかった。また、日射の強かった日の夕方の数時間は、アスファルト等で舗装された地被の場合と比較すると5°C程度森林の方が気温が低くなる。これらが夏期の気候緩和の効果である。4.また、冬期には風が強い日の日中に森林の方が気温が高くなる場合がある。これは森林以外の観測地が風の通り易い場所であることと、それらが川沿いであることに一因がある。5.森林と大学の観測塔の気温差あるいは森林とアメダスの気温差の変化の様子は季節によって異なり、日射の効き方も季節によって異なる。正確な再現には厳密なシミュレーションモデルが必要である。6.LESモデルを用いた3次元モデルの構築を目指したが、熱収支式を取り込むところまで進めなかった。
卵丘細胞の機能制御による家畜卵母細胞体外発育培養系の構築

ウシおよびブタの初期胞状卵胞から発育段階の異なる卵母細胞を含む卵母細胞-卵丘複合体(OCC)を採取して発育培養し,以下の結果を得た。1)ウシの初期胞状卵胞(直径約1.5 mm)から採取した直径約110μmの卵母細胞を含むOCCを4% PVP,エストラジオール17βおよびアンドロステンジオンを含む培養液中で5日間培養した。卵母細胞のホスホジエステラーゼ3(PDE3)を阻害すると,卵母細胞は減数分裂を再開することなく,卵丘細胞との結合を維持した状態で最終の大きさへと発育し,高率に成熟能力を獲得した。また,PDE3阻害によって,卵母細胞特有の成長因子GDF9とBMP15のmRNAレベルが上昇した。2)ウシの初期胞状卵胞(直径約1.5 mm)から採取したOCCは,5日間の培養中に卵胞腔様の構造を形成したが,GDF9とBMP15は卵胞腔様構造の形成を促進した。OCCから卵母細胞を除去した複合体では卵胞腔様の構造は形成されなかったが,この複合体をGDF9とBMP15で刺激すると,卵胞腔様の構造が形成された。また,GDF9とBMP15添加によって,卵丘細胞(顆粒膜細胞)の形態が変化した。3)ブタの初期胞状卵胞(直径1.21.5 mm)から採取したOCC(卵母細胞の直径約100μm)を2% PVPとFSHを含む培養液に,さらに種々の濃度のGDF9あるいはBMP15を添加した培養液中で5日間培養した。いずれの培養液でも,卵母細胞は最終の大きさへと発育したが,GDF9はOCCの直径を増加させ,一方,BMP15は卵母細胞の成熟能力の獲得を促進した。ウシの発育途上の卵母細胞を含むOCCを,卵母細胞の自発的な減数分裂の再開を抑制する目的でPDE3を阻害した条件で培養すると,卵母細胞は発育し,成熟する能力を獲得したが,この間,OCCは卵胞腔様の構造を形成した。卵母細胞が,卵丘細胞に対して何らかの作用を及ぼす可能性が考えられたこととから,卵母細胞に特異的な成長因子であるGDF9およびBMP15の作用について検討を進めた。その結果,GDF9とBMP15はウシOCCによる卵胞腔様構造の形成率を高め,さらに卵母細胞を除去した複合体においても卵胞腔様構造を形成させることが明らかとなった。この結果は,卵母細胞が自ら分泌する成長因子を介して周囲の卵丘細胞(顆粒膜細胞)に働きかけ,卵胞腔を形成させるとの新たな発見となった。また,ブタのOCCでは,GDF9は卵丘細胞の増殖を,BMP15は卵母細胞の成熟能力の獲得を促進することも示唆された。ブタの初期胞状卵胞(直径0.50.7 mm)から採取したOCCでは,2週間の培養期間中に生存率が低下することから,培養方法,ホルモン,成長因子の影響についてさらに検討を進める。ウシの初期胞状卵胞(直径0.50.7 mm)から採取した卵母細胞から,周囲の卵丘細胞を除去した卵母細胞を顆粒膜細胞と共培養すると,顆粒膜細胞との間にtrans-zonal projectionを介した再結合が起こる。この再結合を誘導あるいは促進する方法について検討を進める。卵母細胞がGDF9とBMP15を介して周囲の卵丘細胞を変化させる可能性が示唆されたことから,これらの成長因子の作用についても検討する。

ウシの発育途上の卵母細胞を含むOCCを,卵母細胞の自発的な減数分裂の再開を抑制する目的でPDE3を阻害した条件で培養すると,卵母細胞は発育し,成熟する能力を獲得したが,この間,OCCは卵胞腔様の構造を形成した。卵母細胞が,卵丘細胞に対して何らかの作用を及ぼす可能性が考えられたこととから,卵母細胞に特異的な成長因子であるGDF9およびBMP15の作用について検討を進めた。その結果,GDF9とBMP15はウシOCCによる卵胞腔様構造の形成率を高め,さらに卵母細胞を除去した複合体においても卵胞腔様構造を形成させることが明らかとなった。この結果は,卵母細胞が自ら分泌する成長因子を介して周囲の卵丘細胞(顆粒膜細胞)に働きかけ,卵胞腔を形成させるとの新たな発見となった。また,ブタのOCCでは,GDF9は卵丘細胞の増殖を,BMP15は卵母細胞の成熟能力の獲得を促進することも示唆された。ブタの初期胞状卵胞(直径0.50.7 mm)から採取したOCCでは,2週間の培養期間中に生存率が低下することから,培養方法,ホルモン,成長因子の影響についてさらに検討を進める。ウシの初期胞状卵胞(直径0.50.7 mm)から採取した卵母細胞から,周囲の卵丘細胞を除去した卵母細胞を顆粒膜細胞と共培養すると,顆粒膜細胞との間にtrans-zonal projectionを介した再結合が起こる。この再結合を誘導あるいは促進する方法について検討を進める。卵母細胞がGDF9とBMP15を介して周囲の卵丘細胞を変化させる可能性が示唆されたことから,これらの成長因子の作用についても検討する。
うつ状態に伴う構造可塑的変化とその病態における意義の解明

本研究では、反復性うつ病様エピソードを呈する気分障害モデルマウス(変異Polg神経特異的トランスジェニックマウス)において、神経細胞の形態学的変化をGolgi染色により検討した。その結果、トランスジェニックマウスの内側前頭葉錐体細胞の尖端樹状突起で、マッシュルーム型スパインが少なく、フィロポディアが多いという変化を見出した。うつ状態に伴う動的な神経細胞の形態変化を検討するため、頭蓋窓を通して長期的に輪回し行動測定を行いながら、2光子励起顕微鏡によりin vivoで形態観察を継時的に行う測定系を確立した。これまでに、多くの研究により、ストレスに伴って神経細胞では構造可塑的な変化が生じることが報告されている。本研究の目的は、我々の作成した、周期的なうつ病様エピソードを呈する気分障害モデルマウスを用いて、輪回し行動量を継時的に観察し、うつ病様エピソードの基準を満たした後に脳を摘出し、ゴルジ法等の染色を行い、気分障害との関連が疑われる脳部位の形態学的検討を行うことによって、うつ状態に伴う神経細胞の形態学的変化を探索することである。神経細胞の形態解析に際しては、樹状突起の長さ、数、分岐、スパインの形態と数などを計測し、うつ病様エピソード中にこれらのパラメーターが変化するかどうかを明らかにする。更に、気分障害モデルマウスにおいてストレス負荷を行い、ストレスによりうつ病様エピソードが誘発されるメカニズムについて、神経可塑性仮説の観点から、検討を行う。これらの目的のため、モデルマウスのうつ状態、寛解期を、輪回し行動量の測定を元に判定し、各々の状態にあるマウスにおいて、脳のサンプリングを行った。得られた切片を用いて、定量的な形態解析を行うため、必要なソフトウェアをセットアップすると共に、条件検討を行った。更に、気分障害モデルマウスにおいて、ストレス負荷がうつ病様エピソードの誘発におよぼす影響を検証するため、ストレスの程度を反映するコルチコステロン濃度をエンザイムイムノアッセイ法を用いて測定し、ストレス負荷実験における条件検討を進めた。我々が作成した、気分障害モデルマウス(カルモデュリンキナーゼプロモーターを用いて、神経細胞特異的に変異型ポリメラーゼγを発現させたトランスジェニックマウス)を用いて、25週齢時に輪回し装置に導入し、1週間後より輪回し行動量測定を開始し、輪回し量の変動から、うつ状態の基準を満たした後、速やかにマウスより脳を摘出し、神経細胞の形態学的解析に用いた。ゴルジ染色等の染色法を用いて、気分障害モデルマウスにおけるうつ病様エピソード中の神経細胞の形態学的変化(樹状突起萎縮、樹状突起スパインの減少など)が見られるかどうかを明らかにするため、浜松ホトニクス社製デジタルナノズーマーを用いて画像の取り込みを行った。更に、形態学的変化を自動的に判定するための画像解析用のソフトウェアを導入し、条件検討を進めた。さらに、気分障害モデルマウスと同様の所見が気分障害を持つ患者においても見られるかどうかを検討するため、ヒト死後脳を用いた染色法の検討を進めた。ヒト死後脳切片では、マウスと異なり、リポフスチンによる自家蛍光によるアーチファクトが見られ、評価が困難であったため、自家蛍光を最小限に抑制するための染色プロトコールの検討を進めた。また、マウスで見いだされた新規の気分障害候補脳部位に相当するヒトの脳部位を同定するため、マウスの脳部位同定に用いるマーカー蛋白の抗体を用いて、ヒト脳における免疫組織化学的検討を進め、マウスの脳部位との比較を進めた。我々が作成した、気分障害モデルマウス(カルモデュリンキナーゼプロモーターを用いて、神経細胞特異的に変異型ポリメラーゼγを発現させたトランスジェニックマウス)を用いて、輪回し行動量測定を開始し、輪回し量の変動から、うつ状態の基準を満たすかどうかを判定した。うつ状態の基準を満たした場合は、対照群として寛解状態にあるトランスジェニックマウスおよび野生型マウスからも同時に脳を摘出し、神経細胞の形態学的解析用の切片を作成した。うつ病様エピソードに伴う神経細胞の形態学的変化(樹状突起萎縮、樹状突起スパインの減少など)が見られるかどうかを明らかにするため、ゴルジ染色等の染色法を用いて染色を行った。形態学的変化を自動的に判定するため、画像解析用のソフトウェアを用いて、条件検討を行い、測定を開始した。こうした伝統的な方法と並行して、近年開発された、マウスの脳を透明化し、脳全体で神経細胞の投射領域を可視化する方法についても、検討を開始した。気分障害モデルマウスの標的神経系にhrGFPを発現させた後、脳を摘出し、Scale等の透明化試薬を用いて透明化を行った。得られた透明化脳試料を用いて、実体顕微鏡、ライトシート顕微鏡等を用いて、標的神経系の広がりを可視化し、3D解析する方法を検討した。この方法により、標的神経系の形態全体を観察することが可能であることを確認した。今後、この方法を併用し、気分障害モデルマウスにおける状態依存性の神経細胞形態変化について、検討を進めていく予定である。変異Polgトランスジェニックマウスは、周期的に自発的なうつ状態を示す。ストレスによるうつ様状態では、内側前頭葉において、神経細胞の樹状突起に萎縮、スパインの減少などが生じていることが報告されているが、このトランスジェニックマウスが、同様の神経細胞の形態学的変化を示すかどうかは明らかではない。

そのため、ゴルジ染色切片を用いて、神経細胞の樹状突起および樹状突起スパインの形態学的な定量的解析を行い、このトランスジェニックマウスのうつ状態に伴う神経細胞の形態変化を調べた。変異Polgマウスのうつ状態、寛解期および野生型マウス、各群5匹(5465週齢)を用いた。ゴルジ染色キットにより染色し、200μm厚の冠状断切片を作成し、下辺縁皮質(Infralimbic Cortex)のlayer II/IIIから錐体神経細胞を1匹につき5個ランダムに選択して解析した。細胞体のサイズ、樹状突起の長さ、樹状突起の分岐の解析では、3群で有意差は見られなかった。総スパイン数についても、基底樹状突起、尖端樹状突起のいずれにおいても明らかな差は見られなかった。さらに、スパインを形態により、Thin型、Mushroom型、Stubby型に分けた解析を行ったところ、尖端樹状突起のスパインの種類に差が見られた。変異Polgマウスでは、Thin型が増加し、Mushroom型、Stabby型が減少していた。この所見は、変異Polgマウスではスパインが未成熟であるということを示唆していると考えられた。当初、スタッフの退職等で遅れたことがあったが、その後は順調に進展している。本研究では、我々が作成した、反復性うつ病様エピソード気分障害モデルマウス(カルモディリンキナーゼαプロモーター下に変異型ポリメラーゼγ(Polg)を発現させた神経特異的トランスジェニックマウス)を用いて、うつ病様エピソードに伴う神経細胞の形態学的変化を明らかにすることである。これまでに得られたGolgi染色標本のデータ解析を進めた結果、内側前頭葉錐体細胞の尖端樹状突起において、マッシュルーム型スパインが少なく、フィロポディアが増大していることがわかった。このモデルマウスでは、視床室傍核にチトクロムcオキシダーゼ陰性細胞(Cox陰性細胞)が集積していることが見いだされているが、視床室傍核から内側前頭葉に線維連絡があることがわかっていることから、この所見は、視床室傍核から内側前頭葉に至る軸索が減少している可能性を疑わせた。今回の所見では、うつ状態と寛解期の間に明確な差は見られなかったが、うつ状態を経験すると、その後樹状突起スパインが回復しない可能性も考えられるため、経過に伴う変動について、更に検討を進める必要がある。うつ状態に伴う動的な神経細胞の形態変化を明らかにするためには、マウスに頭蓋窓を設置し、長期的に輪回し行動測定を行いながら、2光子励起顕微鏡によりin vivoで形態学的観察を継時的に行う必要があるため、輪回し測定の可能な動物実験施設内に2光子顕微鏡を設置し、繰り返しin vivo観察が可能な環境を整え、測定系を確立した。本研究では、反復性うつ病様エピソードを呈する気分障害モデルマウス(変異Polg神経特異的トランスジェニックマウス)において、神経細胞の形態学的変化をGolgi染色により検討した。その結果、トランスジェニックマウスの内側前頭葉錐体細胞の尖端樹状突起で、マッシュルーム型スパインが少なく、フィロポディアが多いという変化を見出した。うつ状態に伴う動的な神経細胞の形態変化を検討するため、頭蓋窓を通して長期的に輪回し行動測定を行いながら、2光子励起顕微鏡によりin vivoで形態観察を継時的に行う測定系を確立した。
3次元応力下の粘土の弾・粘塑性構成モデルとその応用に関する研究

盛土荷重等が載荷される粘土地盤の応力変形解析を行う場合,粘土の基本的性質(変形・強度特性におよぼす中間主応力の影響,変形特性におよぼす応力経路や応力履歴の影響,時間効果特性等)を妥当に説明できる構成モデルを用いる必要がある.本研究では,すでに提案している力学量trj.を用いた弾塑性モデルと粘塑性理論を融合することにより,粘土の基本的な力学的性質を統一的に表現できる3主応力下の粘土の弾・粘塑性構成モデルを開発した.開発したモデルでは,拡張された空間滑動面の概念(SMP^+)を一般化させた力学量trj.を用いることにより中間主応力の影響を,塑性ひずみ増分を等方的な圧縮成分と関連流動則成分に分離することにより応力経路の影響を,関口による非定常流動曲面型の粘塑性理論を使うことにより時間効果特性を考慮しているが,その土質パラメーターはできるだけ簡便に決められるように留意している.そして,モデルの妥当性を飽和粘土の三軸圧縮・伸張条件下の非排水定ひずみ速度試験,非排水クリープ試験,非排水応力緩和試験,部分排水せん断試験ならびに標準圧密試験結果を用いて検討した.さらに,提案構成モデルを用いた実際の盛土基礎地盤の有限要素解析も行い,現場実測値と比較・検討した.盛土荷重等が載荷される粘土地盤の応力変形解析を行う場合,粘土の基本的性質(変形・強度特性におよぼす中間主応力の影響,変形特性におよぼす応力経路や応力履歴の影響,時間効果特性等)を妥当に説明できる構成モデルを用いる必要がある.本研究では,すでに提案している力学量trj.を用いた弾塑性モデルと粘塑性理論を融合することにより,粘土の基本的な力学的性質を統一的に表現できる3主応力下の粘土の弾・粘塑性構成モデルを開発した.開発したモデルでは,拡張された空間滑動面の概念(SMP^+)を一般化させた力学量trj.を用いることにより中間主応力の影響を,塑性ひずみ増分を等方的な圧縮成分と関連流動則成分に分離することにより応力経路の影響を,関口による非定常流動曲面型の粘塑性理論を使うことにより時間効果特性を考慮しているが,その土質パラメーターはできるだけ簡便に決められるように留意している.そして,モデルの妥当性を飽和粘土の三軸圧縮・伸張条件下の非排水定ひずみ速度試験,非排水クリープ試験,非排水応力緩和試験,部分排水せん断試験ならびに標準圧密試験結果を用いて検討した.さらに,提案構成モデルを用いた実際の盛土基礎地盤の有限要素解析も行い,現場実測値と比較・検討した.本年度の研究実績は以下の様に要約される。1.すでに提案している力学量tijを用いた粘土の弾塑性モデル(tij-clay model)に関口による非定常流動曲面型の粘塑性理論を組合せることにより、時間効果特性を含めた一般的な3次元応力下の粘土の構成モデルを開発した。このモデルでは一般性を大切にしているだけでなく、その土質パラメーターが容易に決められるように留意し実際問題へ適用しやすくしている。2.三軸圧縮・伸張試験機および平面ひずみ試験機を用いて粘土の定ひずみ速度せん断試験や応力緩和試験を非排水および排水条件下で行い3主応力下の粘土の応力ひずみ時間関係を実験的に調べるとともに、提案モデルの妥当性を検証した。なお、これらの要素試験を精度よく行うため三軸・平面ひずみ自動制御・計測システムを試作した。3.提案モデルを有限要素法解析プログラムに組込み、時間効果特性だけでなく間隙水圧の消散の遅れによる地盤の変形の時間依存性を考慮した応力・変形解析プログラムを作成した。4.実際の盛土基礎地盤等が部分排水条件にある場合が多いことを考え、応力の載荷速度を変化させた(盛土の載荷過程を近似的にシミュレーションするため)部分排水試験とそのの有限要素解析を行い、実験室レベルでモデルと解析法の適用性をチェックした。
不完全雇用社会におけるワーク・ライフ・バランス概念の位置づけ

本研究の目的は,日本人の賃金労働,家事労働,地域・市民活動,その他の活動とのバランスの実態を検討し,多様なリスクやライフコースに対応したワーク・ライフ・バランス(以下, WLBという)論のフレームワークを構築していくことにあった。研究枠組みは,(1) WLBに関する政策の整理,(2) WLBに関する先行研究の分析,(3)公共性概念をふまえたWLB論が求められる社会的背景の分析,(4)公共性概念をふまえたWLB論を構成する下位概念の分析,(5)時間配分にみる地域・市民活動者のWLBの分析によって構成されている。結果,今後のWLB論では,公共性概念を明確にするため,ディセント・ワーク,エンパワーメント,共助といった概念を含んだ理論を構築していく必要があると共に,さらなる実証分析が不可欠であることが示唆された。第一に,ワーク・ライフ・バランス(以下,WLBという)に関する政策や先行研究の動向を整理した。2010年に改訂された仕事と生活の調和(ワーク・ライフ・バランス)憲章では,ディーセント・ワークや新しい公共といった理念が盛り込まれ,以前のものよりも多様な人びとの生活を考慮する包括的な内容となった。しかし,これまでの実証研究は子育て中の有業者世帯を対象とした研究が中心で,いわゆるワーク・ファミリー・バランス(WFB)に矮小化されており,憲章にある社会像との乖離がみられる。本研究では,市民・地域活動者のWLB研究を通して,多様な人びとの生活をふまえたWLBの理論的枠組みの検討を目的としているが,実証研究でこのような視点のものはほとんどなかった。第二に,「生活の社会化」や「福祉国家の危機」がもたらした生活の変容から,WLBが論じられるようになった社会的背景をまとめた。そこから,市場を超えた領域の再評価,そこで活動が有する「公共性」の意味合い,社会的排除の予防などといった社会全体のありようについて注目することが,多様な人びとのWLBの理論的枠組みの構築には重要であることがわかった。第三に,「エンパワーメント」概念の整理をおこなった。社会的弱者を対象とした社会運動のなかで論じられた概念だが,第四回世界女性会議以降,すべての人を対象とするエンパワーメントが求められた。結果.個人的・心理的なエンパワーメント論が台頭し,エンパワーメントの非政治化やエンパワーメント格差の問題が指摘されるようになった。この中でWLB論が展開されていくと,一部の者しか対象者とならず,社会的排除の拡大などの社会問題との接点が薄れてしまう懸念がある。エンパワーメントをしていく人間像とは,個人同士,あるいは社会に対して働きかけることのできる価値を有する者であり,個人のWLBとそれが実現できる社会像とをつなぐ概念と考える。平成23年度は、以下3つの柱に基づき研究を進めた。第1に、1990年代以降のワーク・ライフ・バランス(以下、WLBという)に関する政策と、2000年代半ば以降のWLBに関する先行研究の動向を整理した。結果、IT化やグローバル化の中で労働の在り方が変化し、仕事と生活の間に深い亀裂が生じるようになった点、「生活の豊かさ」が一様でないという認識が拡大し、多様な働き方に即した多様な生活の在り方が議論されるようになった点などが、WLBの議論の背景にあることがわかった。WLBが多様性をふまえた概念であるということは、WLBが実現した社会とは、自由な選択を尊重する社会ともいえる。しかし実際の社会では、仕事や生活などで不自由さを抱えており、これがWLBの実現を妨げているところがある。一方で、日本では2000年以降、格差が拡大し、多くの人びとが格差・貧困問題を認識するようになった。格差・貧困問題は、所得など富の配分の問題だけでなく、教育や就労へのアクセス、人間関係などの保有している資源の不平等な配分に起因するものでもある。このような不自由や不平等がWLBの実現を妨げているところがある。そこで、第2に、直接的なWLB研究ではないが、WLBの実現を妨げる一因である格差・貧困問題に関する研究動向(社会的排除/包摂論を含む)、また、これらの問題を引き起こす背景の1つである「生活の個人化」について分析した。第3に、これまで十分に蓄積されていない広義のWLBについて把握するため、ボランティア活動者のWLBの実態を分析した。使用したデータは、総務省統計局『社会生活基本調査』のミクロデータである。結果、性別・ボランティア活動の有無別で1日の時間配分の特徴をみると、男女とも、ボランティア活動者は非ボランティア活動者と比べ、睡眠時間や消極的余暇時間が短く、積極的余暇時間が長いという傾向があった。
プレーナー型イオンチャネルバイオセンサーの開発と神経細胞ネットワーク解析への応用

細胞は外界より与えられた様々な情報に対して、シグナル伝達機構を用いてその情報処理を行い、細胞の増殖や分化、神経細胞のシナプス可塑性などの様々な生命現象を展開しているが、神経ネットワークにおける情報処理機構については未解明な点が多い。昨年度までに細胞から細胞への化学的、電気的な信号伝達を担うシナプスの機能を明らかにし、神経細胞が構成するネットワークにおけるシグナル伝達の計測を可能にするプレーナー型のパッチクランプ素子の開発を行った。当該年度ではソフトリングラフィを用いたMicrocontact printing(μCP)法を応用して、細胞接着因子である細胞外基質(ECM)分子を基板上にパターン配列し、素子内の測定基板上に神経ネットワークを形成させる手法を確立した。さらに、細胞間のシグナル伝達を精密に解析するために、細胞に活動電位を発生させる細胞刺激法として高解像度の光を用いた光局所刺激法を構築した。生物由来の光感受性タンパク質channelrhodopsin-2(ChR2)を遺伝子工学手法を用いてPC12に発現させ、光感受性を付加させた。μCP法により測定基板上にChR2-PC12細胞のネットワークを形成させた後、ホールセル電位固定記録を行った。光照射に同期した光電流の発生を確認することができ、また、その光電流の活性化と脱活性化はともにミリセカンドオーダーの時定数を示した。これは興奮性シナプス後膜電流の立ち上がりの早さに匹敵することから、刺激と反応の同期性という点で、ChR2による光刺激によって細胞から細胞への信号の送受信制御が可能であることを示した。以上より本研究開発のバイオセンサーは単一細胞間あるいは細胞集合体間の神経ネットワークにおけるシグナル伝達の動的特性を詳細に解析できる素子及び手法であることを示した。生体機能維持にかかすことのできない最重要分子である膜タンパク質(イオンチャネルやGPCR(Gタンパク質共役型受容体))を網羅的に解明するため、小型化・ハイスループット化を可能とするプレ-ナー型イオンチャネルバイオセンサー素子の開発を行った。本素子は既存のピペットパッチクランプ法では困難な装置サイズの微小化や高スループット化、長時間測定を実現することができる。ヒト胎児腎由来HEK293細胞を用いて本素子がセンサー素子として機能することを確認した。また、センサー基板上での細胞培養、イオンチャネル計測といった一連の操作を素子内で実現することに成功し、従来法では困難な細胞シグナルの長時間測定やタイムラプス計測実現の可能性を実証した。これらの研究成果を得て、神経変性疾患の発症機構解明や治療法開発を目指した神経細胞ネットワーク機能解析への応用を進めている。細胞間の情報伝達を担っている神経細胞末端のシナプス部での神経伝達物質を介した相互作用、伝達機構を本素子のIn vitroの系で解明する。最近、上記の目的を達成するために必須のタンパク質パターニング技術の開発に成功した。これはマイクロコンタクトプリンティングやソフトリソグラフィーと呼ばれるシリコンエラストマーを用いたマイクロ・ナノ構造構築技術を利用して、細胞外マトリックスであるタンパク質を特定の微細パターンに印刷する技術である。タンパク質のパターン化印刷により人為的に細胞の成長領域や軸索伸長方向を制御することができ、測定基板上に神経細胞ネットワークの形成が可能となる。このように開発したセンサー素子を応用して、単純化されたコンパートメントな系で細胞間の情報伝達を担うシナプス機能を解明することを目指している。
非接触原子間力顕微鏡を用いた絶縁体/半導体界面電荷捕獲現象の原子レベル観察

微視的デバイス特性の原子スケール評価法の一つとして、非接触原子間力顕微鏡(NC-AFM)を用いた測定手法の確立を目指すことが本研究の目的である。NC-AFMは絶縁体表面においても真の原子分解能観察が達成されており、さらに半導体表面において多原子種の識別・操作に成功しており、原子スケールにおける構造評価、操作組立ツールとして有用な顕微鏡であるといえる。本研究では特に絶縁体/半導体界面特有な電荷捕獲現象をNC-AFMを用いた原子スケール静電気力観察を行うことにより、原子レベルでの電荷マッピングについて調べることを主眼に置いている。本研究を遂行する上で、現有のNC-AFM測定装置に静電気力測定回路系を付加する形で、現有の測定回路系の最適化を行った。また、絶縁体/半導体界面特有な電荷捕獲現象に関する標準試料としてCaF_2/Si(111)、SrF_2/Si(111)、並びに(Ca,Sr)F_2/Si(111)混晶系を選び、その試料作成条件の確立を図り、原子レベル電荷マッピングの基礎実験を行った。1原子層以下のSi(111)上CaF_2及びSrF_2薄膜表面では、特にSrF_2表面において界面の格子不整に伴う、バルクとは異なる表面構造をNC-AFM凹凸像で初めて確認した。2原子層以上のCaF_2及びSrF_2薄膜表面では、ともにバルク表面と同様な(1x1)構造が観察されたが、界面電荷の影響と推測される長周期的な電荷揺らぎの影響がNC-AFM凹凸像で確認された。一方、(Ca,Sr)F_2混晶薄膜表面では、CaイオンとSrイオンのイオン種の違いをNC-AFM凹凸像のコントラストの差として原子分解能識別に成功した。そのコントラストの差は、界面電荷による長周期的な電荷揺らぎの影響以上の相互作用力と見積もられ、近距離的静電気力相互作用の差が、絶縁体混在表面における原子種識別に利用できることを実験的に示したものと推測できる。本研究を遂行する上で、現有のNC-AFM測定装置に付加する形で多重帰還制御系に対応可能な高速制御システムを取り入れた複合測定システムの構築または現有の測定回路系の最適化、さらに絶縁体/半導体界面特有な電荷捕獲現象に関する標準試料としてCaF_2/Si(111),SrF_2/Si(111)界面、さらに(Ca,Sr)F_2/Si(111)混晶系界面を選び、その試料作成条件の確立を図ることとした。本年度の研究では、現有の測定回路の見直し及びCaF_2/Si(111),SrF_2/Si(111)、さらに(Ca,Sr)F_2Si(111)混晶薄膜の試料作成条件の確立を行った。1原子層以下のSi(111)上CaF_2及びSrF_2薄膜表面では、格子不整に伴う表面構造の変化がNC-AFM像で確認された。また2原子層以上のCaF_2及び(Ca,Sf)F_2薄膜表面では両方ともその表面は(1x1)構造であるが、後者ではCa原子とSr原子が高さのコントラストの違いとして画像化されることを見出した。これらは格子不整に伴う界面状態の変化を静電気力観察で電荷捕獲現象という形で観察できる可能性を示しただけでなく、本質的にNC-AFMでは初めて絶縁体表面において2種原子相対識別の可能性を示唆した結果である。

2原子層以上のCaF_2及びSrF_2薄膜表面では、ともにバルク表面と同様な(1x1)構造が観察されたが、界面電荷の影響と推測される長周期的な電荷揺らぎの影響がNC-AFM凹凸像で確認された。一方、(Ca,Sr)F_2混晶薄膜表面では、CaイオンとSrイオンのイオン種の違いをNC-AFM凹凸像のコントラストの差として原子分解能識別に成功した。そのコントラストの差は、界面電荷による長周期的な電荷揺らぎの影響以上の相互作用力と見積もられ、近距離的静電気力相互作用の差が、絶縁体混在表面における原子種識別に利用できることを実験的に示したものと推測できる。