hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
安価な高感度・大フォーマット近赤外線検出器の基礎開発

また、比較実験のために、同じ素子(InGaAs)を用いた市販の近赤外カメラを購入し、その性能評価を開始した。上記の実験と並行して、検出器内部の読み出しエレクトロニクス部を独自の半導体プロセスで開発することを試行した。この試作品を検出素子部に張り合わせることで、目的に応じた性能を持つハイブリッド検出器を製作することができる。そのような検出器製作の可能性についてメーカーと検討を開始した。当初予定していた64×64画素InGaAs赤外線検出器の冷却性能評価は、読み出しシステムの製作から基礎的実験まで終了することができた。これにより、検出器の冷却下での性能が、常温時よりも向上することを確認することができた。これらの成果により、当初予定の研究目的は7割程度達成された。ただし、当初予定では、平成23年度中に64×64画素検出器の冷却性能評価を完了させ、独自仕様の赤外線実験デュワーの製作まで進むことを想定していたが、検出器を提供してもらっている浜松ホトニクス社内の検出器開発の遅れから、新しい検出器を提供してもらうには至らなかった。また、独自仕様の赤外線実験デュワーの製作が若干遅れ、年度をまたぐことになってしまった。これらのことから、全体としては研究計画は「やや遅れている」と自己評価する。25年度が最終年度であるため、記入しない。当初計画では、平成24年度は128×128画素のInGaAs近赤外検出器の冷却性能評価に移行する予定であったが、読み出し回路の不具合により64×64画素検出器の性能評価が遅れた。また、メーカー側の開発の遅れもあり、平成24年度には128×128画素検出器の提供がなされなかった。実験デュワーは安定に動作し、その整備は予定通りに行われた。望遠鏡装着への準備も行うことができた。したがって、全体としてはやや遅れていると評価できる。ただし、当初計画にはなかった、検出器内部の読み出しエレクトロニクスの独自開発を試みるなど、新たな展開を行うことができた。平成23年度の予算で購入した実験用の真空・冷却デュワーを用いて、センサの冷却性能実験環境を構築する。全体システムを組み上げて、デュワーの単体性能(真空保持能力、冷却能力、温度調整能力等)試験を行う。浜松ホトニクス社から画素サイズ40μmの128×128画素のInGaAsセンサを複数購入し、上記の実験システムに組み込んで冷却性能評価を行う。センサの読み出しのためには、国立天文台で開発され、利用実績のある検出器コントローラMessiaVを組み込んだ読み出しシステムを用いる。このシステムは昨年度の実験で64×64画素のセンサの性能評価に用いたものであるが、新しいセンサは読み出しに関わるアナログ回路部分を新規製作する必要がある。平成24年度前半には、64×64画素センサの冷却試験を進め、読み出し回路の改修などを行って、冷却時の検出器性能データを取得し、適宜メーカーに結果をフィードバックする。さらに、より大フォーマットの素子開発に向けてメーカーと協議する。平成24年度後半には128×128画素のセンサを導入して試験を開始することを目指す。これらと並行して、波長感度特性を詳しく調べるためのバンドパスフィルター類の購入、比較実験のための赤外線カメラの購入を進める。実験用の真空・冷却デュワーを改造し、天体望遠鏡に装着する可視ー赤外線カメラを製作する。
タンパク質の拡散運動が細胞内構造体により抑制されることで創生する機能に関する研究

本研究では、生体内と同様にタンパク質分子の拡散運動が空間的に制限される条件下でお互いにどのように相互作用し、機能発現するのか解析した。F-アクチンに対して高い親和性を持つMAP2やMAP4はF-アクチン共存下で微小管重合促進活性が亢進されたが、F-アクチンに対する親和性が低いtauの微小管重合促進活性は亢進されなかった。また、アミロイドβの凝集を量子ドットを用いてリアルタイムイメージングした結果、培養細胞共存下で凝集が促進される様子が観察された。以上の結果は、F-アクチンや細胞膜との相互作用によるタンパク質分子の拡散運動の抑制がタンパク質の機能発現に大きく影響することを示唆した。細胞内には細胞骨格の繊維構造や細胞小器官の膜構造が網の目のように張り巡らされている。多くのタンパク質はこれら細胞内構造体と相互作用することで、その拡散が空間的に抑制されている。従来、タンパク質の機能解析は精製したタンパク質を用い、このような細胞内構造体の影響を考慮しない中で実施されてきた。本研究では、細胞内と同様に拡散運動が空間的に制限される条件下でタンパク質の振る舞いを解析し、細胞内構造体が共存するからこそ発現されるタンパク質機能について解明した。具体的には、細胞骨格タンパク質が協働することで機能する神経細胞突起形成の分子機構を「微小管結合タンパク質(MAPs)の拡散運動」を手がかりに解析した。細胞骨格結合タンパク質として、MAP2、MAP4、Tau、PTL-1、およびミオシンを用いた。これらの結合タンパク質を蛍光ビーズや蛍光タンパク質により蛍光標識し、ガラス基板上に固定化した微小管およびF-アクチンに対する相互作用を蛍光顕微鏡によりリアルタイムイメージングした。その結果、これたの細胞骨格結合タンパク質が微小管やF-アクチンに対して結合する様子をリアルタイムイメージングすることに成功した。また、生体内と同様に、微小管およびF-アクチンの両方が共存する際に、MAPsがどのように作用するのか蛍光顕微鏡を用いて観察した。その結果、微小管と相互作用した全てのMAPsはF-アクチンと結合できないことが明らかになった。一方で、F-アクチンと結合したMAP2とMAP4の一部のアイソフォームは微小管と結合できることが明らかになった。また、培養細胞にMAP4を発現させると突起が形成されること、また、その際MAP4は突起内のアクチンと微小管の両方と共存している様子が観察され、MAP4によるアクチンと微小管の相互作用が細胞突起形成に関与している可能性が示唆された。MAPsの微小管およびF-アクチン上での一次元拡散運動の解析については、計画より若干遅れているが、新たに追加したF-アクチン上でのミオシンの経時的相互作用の解析には成功した。その成果については、現在論文を国際専門誌に投稿中である。MAPsを介したF-アクチンと微小管の相互作用のin vitro解析については、既に終え、微小管と相互作用した全てのMAPsはF-アクチンと相互作用出来ないことが明らかになった。これは、微小管によりMAPs内のF-アクチン結合部位が塞がれるためだと考えられた。一方で、MAP2と一部のMAP4については、先にF-アクチンと結合した場合にのみ微小管と相互作用でき、F-アクチンと微小管のハイブリッド束を形成することが明らかになった。さらにそのハイブリット束化活性と細胞突起誘導活性に相関があることが明らかになり、MAPsによるF-アクチンと微小管の束化が細胞突起形成に関与していることが示唆された。以上のように、計画より遅れている部分がある一方で、新たに開始した内容および計画より速く進んでいる内容があるため(2)おおむね順調に進展していると自己評価した。本研究では、細胞内と同様に拡散運動が空間的に制限される条件下でタンパク質の振る舞いを解析し、細胞内構造体が共存するからこそ発現されるタンパク質機能の解明を目指した。ガラス基板に固定したF-アクチンにMAP2、Tau、およびMAP4の各種アイソフォームを添加し、その後加えたチューブリンの重合促進活性を蛍光顕微鏡を用いて観察した。その結果、MAP2とMAP4を添加した場合、F-アクチンに沿った微小管の形成が経時的に観察された。一方で、同じ条件でTauを添加した場合は、微小管の形成が見られなかった。この結果は、F-アクチンの共存がMAP2やMAP4の微小管重合促進活性を亢進したことを意味している。我々は、MAP2やMAP4がF-アクチンと相互作用することで3次元拡散運動が1次元拡散運動に抑制された結果、そのMAPsと相互作用したチューブリン同士が相互作用しやすくなり、重合が促進されたと考えた。さらに、細胞培養中に量子ドットで蛍光標識したアミロイドβを添加したところ、細胞運動が活発な細胞辺縁部でアミロイドβの凝集が促進されることも明らかにした。この結果は、アミロイドβのが細胞膜と相互作用することでその3次元拡散運動が2次元拡散運動に抑制され、アミロイドβ同士が衝突しやすくなること、これに加えて細胞運動がさらなる凝集を促進する可能性を示唆した。

以上の結果は、細胞の線維構造や膜構造がタンパク質の拡散運動を制御し、それによってタンパク質の自己集合が関与する機能が創生される可能性を示した。本研究では、生体内と同様にタンパク質分子の拡散運動が空間的に制限される条件下でお互いにどのように相互作用し、機能発現するのか解析した。F-アクチンに対して高い親和性を持つMAP2やMAP4はF-アクチン共存下で微小管重合促進活性が亢進されたが、F-アクチンに対する親和性が低いtauの微小管重合促進活性は亢進されなかった。また、アミロイドβの凝集を量子ドットを用いてリアルタイムイメージングした結果、培養細胞共存下で凝集が促進される様子が観察された。以上の結果は、F-アクチンや細胞膜との相互作用によるタンパク質分子の拡散運動の抑制がタンパク質の機能発現に大きく影響することを示唆した。ガラス基板上に固定化したF-アクチンや微小管に対する細胞骨格結合タンパク質の相互作用をリアルタイムイメージングする手法については初年度に確立できたため、今後はこれを用いて詳細な解析を進めていく。また、細胞突起形成時における微小管、F-アクチン、およびMAPsの挙動のリアルタイムイメージングについても挑戦する。生物物理学消耗品および旅費が計画と若干異なったため、端数が生じた。消耗品および旅費として使用する予定である。
広帯域マルチキャリア伝送におけるシンボル同期および周波数同期に関する研究

平成15年度はOFDMシステムにおける周波数同期システムに関する検討を行った.昨年度は,信号の振幅差を利用するシンボル同期システムの検討を行ったが,同システムは,シンボルタイミングの検出だけでなく,その原理からシンボル中で遅延波の影響を受けていない範囲を検出できることを明らかにした.一般に,OFDMシステムでは,時間領域で相関操作を行うことで比較的高精度な周波数同期が得られる.しかし,遅延波の影響を受けているシンボル長全体に渡って相関操作を行うと,相関範囲に含まれる遅延波成分の影響で誤差を生じることが問題となる.そこで,本研究ではまず相関範囲をシンボル長全体に渡らずにすむように一シンボルの中で同一の波形が繰り返し現れる繰り返し波形を持つシンボルに対して同期を行うことを考える.このようなシンボルは無線LANシステムなどで実際に利用されるものである.繰り返し波形を持つシンボルを用いることで,相関操作の範囲を繰り返し単位で任意に設定できるようになる.そこで,その相関範囲を決定するために,昨年度検討したシンボル同期システムを若干変更し,周波数同期に最適な相関範囲を決定するシステムとしても用いる.遅延波の影響を受けない範囲で相関操作が行えるようになることにより,従来より高い精度で周波数精度が確立できる.以上の方式の有効性を理論解析および計算機シミュレーションを用いて検証し,周波数誤差を精度よく検出できることを確認した.ところで,このような高精度な同期システムを用いても,雑音等の影響により誤差を0にすることは不可能である.そこで無線LANシステムなどでは,同期システム後に残留する周波数誤差成分をさらに補正するために,位相追跡システムが用いられるのが普通である.ところが,この位相追跡は残留する誤差成分とそれにより生じるキャリア間干渉の成分を分離して扱うことができない.さらに,発信器の位相雑音の影響も加わり,追跡性能には限界がある.そこで本研究では最後に,OFDMシステムにおける位相追跡システムに関する検討も行った.本システムでは,周波数領域で推定した残留誤差を時間領域で補正するシステム構造をとるため,残留成分とキャリア間干渉を分離して補正することが可能になる.シミュレーションより非常に高精度な位相追跡が行えることを確認した.平成14年度は,OFDMシステムにおけるガードインターバル期間の振幅差を用いたシンボルタイミング同期に関する検討を行った.一般に無線通信環境では,電波が複数の経路を経て受信されるマルチパスが問題となる.マルチパス通信路では,直接到来する電波の他に障害物などによって反射された複数の遅延波が同時に受信される.そこで,OFDMではガードインターバルと呼ばれる期間をOFDMシンボルの先頭に付加することによって遅延波対策を行うのが一般的である.ガードインターバル内では,OFDMシンボルの後半部分の複製信号を送信する.ガードインターバル期間の信号は,OFDMシンボルの後半部分と同じ信号成分を持つため,高い相関を持つ.従来,ガードインターバルを用いたシンボルタイミング同期方法はこの相関値によって同期を取っていた.しかし,遅延波によって歪んでしまったガードインターバル信号との相関は一般に誤差が多く,正確な同期のためには,複数のシンボルで平均化を行う必要があった.ところが,本研究で検討した同期アルゴリズムは,信号の振幅差を用いる.通信路に対するガードインターバルの設計が適切であり,遅延波がガードインターバル内で十分に減衰しているならば,ガードインターバル終端部分の差分は,ランダム雑音の差分成分のみとなる.雑音の差分成分は信号対雑音比(SNR)が十分に高い状況では0に近似することができ,シンボル開始部分では再び大きな値をとる.したがって,この立ち上がりのエッジを検出することで,シンボル開始位置近傍において同期点を獲得可能である.SNRが低い環境では,雑音の差分は0に近似できないが,信号の差分成分全体に渡って移動平均をとることでこの影響が軽減できる.さらに,本アルゴリズムは差分を用いて検出を行うため,相関操作に比べて簡易に実現できるという利点もある.以上の方式の有効性を理論解析およびシミュレーションを用いて検証を行った.その結果,振幅差の利用という非常に簡易な構成にも関わらず,シンボルタイミングを精度よく検出できることを確認した.平成15年度はOFDMシステムにおける周波数同期システムに関する検討を行った.昨年度は,信号の振幅差を利用するシンボル同期システムの検討を行ったが,同システムは,シンボルタイミングの検出だけでなく,その原理からシンボル中で遅延波の影響を受けていない範囲を検出できることを明らかにした.一般に,OFDMシステムでは,時間領域で相関操作を行うことで比較的高精度な周波数同期が得られる.しかし,遅延波の影響を受けているシンボル長全体に渡って相関操作を行うと,相関範囲に含まれる遅延波成分の影響で誤差を生じることが問題となる.そこで,本研究ではまず相関範囲をシンボル長全体に渡らずにすむように一シンボルの中で同一の波形が繰り返し現れる繰り返し波形を持つシンボルに対して同期を行うことを考える.このようなシンボルは無線LANシステムなどで実際に利用されるものである.繰り返し波形を持つシンボルを用いることで,相関操作の範囲を繰り返し単位で任意に設定できるようになる.

そこで,その相関範囲を決定するために,昨年度検討したシンボル同期システムを若干変更し,周波数同期に最適な相関範囲を決定するシステムとしても用いる.遅延波の影響を受けない範囲で相関操作が行えるようになることにより,従来より高い精度で周波数精度が確立できる.以上の方式の有効性を理論解析および計算機シミュレーションを用いて検証し,周波数誤差を精度よく検出できることを確認した.ところで,このような高精度な同期システムを用いても,雑音等の影響により誤差を0にすることは不可能である.そこで無線LANシステムなどでは,同期システム後に残留する周波数誤差成分をさらに補正するために,位相追跡システムが用いられるのが普通である.ところが,この位相追跡は残留する誤差成分とそれにより生じるキャリア間干渉の成分を分離して扱うことができない.さらに,発信器の位相雑音の影響も加わり,追跡性能には限界がある.そこで本研究では最後に,OFDMシステムにおける位相追跡システムに関する検討も行った.本システムでは,周波数領域で推定した残留誤差を時間領域で補正するシステム構造をとるため,残留成分とキャリア間干渉を分離して補正することが可能になる.シミュレーションより非常に高精度な位相追跡が行えることを確認した.
メニエール病発作発現時と治療時における前庭機能に関する研究

メニエール病のめまい発作を誘発するモデル動物の作成に成功した。このモデルは、内リンパ嚢の機能障害を起こさせたモルモットに抗利尿ホルモンを投与するものである。組織学的には内リンパ水腫が形成されているが、内リンパ嚢機能障害もしくは抗利尿ホルモン投与単独と比べ、内リンパ水腫の程度が高度であった。さらに、内リンパ嚢機能障害もしくは抗利尿ホルモン投与単独では僅かに自発眼振を認める動物がいたが体平衡異常は認めなかった。新しいモデル動物では全例に自発眼振を認めるとともに体平衡異常も認めた。これらの結果からメニエール病の発作は、内リンパ嚢の機能障害に抗利尿ホルモンの異常高値が加わり引き起こされると考えられる。この新しいメニエール病モデル動物に抗利尿ホルモンV2R拮抗薬を投与することにより内リンパ水腫の軽減と自発眼振・体平衡異常の消失を認めた。このことは、抗利尿ホルモンV2R拮抗薬がメニエール病の新しい治療薬となる可能性を示唆する結果といえる。臨床において、メニエール病のめまい発作発症にはストレスが大きく関与していることが知られている。このストレスを反映して、メニエール病患者では抗利尿ホルモンが異常高値を示すことを報告してきた。さらに、人側頭骨病理およびCTによる研究においてメニエール病の内リンパ嚢が発育不全や線維化といった所見を示し、内リンパ嚢の機能不全が存在することが推定されている。これらの臨床的特徴をもとに、メニエール病のモデル動物を作成した。具体的には、モルモットの内リンパ管および嚢を手術的に閉塞し14週間飼育の後、抗利尿ホルモン2型受容体作動薬であるデスモプレッシンを皮下注する。このモデル動物では、高率に自発眼振および体平衡異常をきたすことが判明した。さらに、組織学的には、内リンパ管および嚢を手術的に閉塞しただけのものやデスモプレッシンを皮下注しただけの動物よりも大きな内リンパ水腫が形成されることが判明した。これらの結果から、メニエール病のめまい発作の発生機序としては、内リンパ嚢の機能不全がベースに存在し、その上に何らかのストレスが加わることで抗利尿ホルモンが異常分泌されたためにめまい発作が起きると考えられる。今回作成したメニエール病の新しいモデル動物は、これまでのモデル動物よりも臨床像に近いものと考えられる。さらに、このモデル動物を用いて前庭機能異常を解析することによりめまい発作の発生機序を明らかにすることができると考える。最終的には、このモデルを用いて治療薬の効果判定等にも応用できるものと考える。これらの臨床的特徴をもとに、メニエール病のモデル動物を作成し、前庭機能を観察した。具体的には、モルモットの内リンパ管および嚢を手術的に閉塞し1もしくは4週間飼育の後、抗利尿ホルモン2型受容体作動薬であるデスモプレッシンを皮下注する。さらに、組織学的には、内リンパ管および嚢を手術的に閉塞後、長期経過した動物にデスモプレッシンを投与した動物が有意に大きな内リンパ水腫を形成した。しかし、前庭機能障害と、内リンパ水腫の大きさには関連を認めないことが判明した。これらの結果から、メニエール病のめまい発作の発生機序としては、内リンパ嚢の機能不全がベースに存在し、その上に何らかのストレスが加わることで抗利尿ホルモンが異常分泌されたためにめまい発作が起きると考えられ、内リンパ水腫の大きさとの関連はないと考えられる。

具体的には、モルモットの内リンパ管および嚢を手術的に閉塞し1もしくは4週間飼育の後、抗利尿ホルモン2型受容体作動薬であるデスモプレッシンを皮下注する。このモデル動物では、高率に自発眼振および体平衡異常をきたすことが判明した。さらに、組織学的には、内リンパ管および嚢を手術的に閉塞後、長期経過した動物にデスモプレッシンを投与した動物が有意に大きな内リンパ水腫を形成した。この内リンパ水腫動物に抗利尿ホルモン2型受容体拮抗薬を投与すると、内リンパ水腫の軽減効果が認められた。この結果から、メニエール病の治療薬として抗利尿ホルモン2型受容体拮抗薬が有効である可能性が示唆された。今後さらに研究を進め、抗利尿ホルモン2型受容体拮抗薬の有効性を検証する必要がある。これまでに我々は、メニエール病の病因に抗利尿ホルモンとアクアポリン2が深く関与することを臨床および基礎研究で明らかにしてきた。本年度は、抗利尿ホルモン2型受容体(V2R)拮抗薬がメニエール病モデル動物におよぼす影響について検討した。使用したメニエール病モデル動物は内リンパ管・嚢閉塞動物にデスモプレッシン100μg/kgを皮下注射して作成するもので、特徴は内リンパ水腫を有し自発眼振と体平衡異常が誘発される極めてメニエール病の病態に近いモデルである。このモデル動物にV2R拮抗薬を経口投与し、組織学的変化と前庭機能障害の有無について検討した。結果は、組織学的には明らかな内リンパ水腫軽減効果を認め、前庭機能は自発眼振を認めず体平衡異常もきたさなかった。今回の結果はV2R拮抗薬投与により内リンパ水腫の軽減と前庭機能障害の抑制が認められたことから、V2R拮抗薬がメニエール病の新しい治療薬となりうることを示唆するものと考える。また、これまで行われているメニエール病に対する論理的な治療は、浸透圧利尿薬による内リンパ水腫の軽減であったが、メニエール病の病因に対するものではなかった。しかし、V2R拮抗薬はメニエール病の病因に対する治療と位置づけられ、より根本的な治療となることが期待される。研究計画では抗利尿ホルモン2型受容体拮抗薬の内リンパ水腫軽減効果について検証することを目的としていた。この目的をほぼ達成できる結果が得られている。24年度が最終年度であるため、記入しない。メニエール病のモデル動物ではめまい発作を誘発することが解明されたが、その病態である内リンパ水腫の程度については蝸牛に関するデータのみであったので、蝸牛、前庭、半規管について詳細に検討しメニエール病の発作発症機序を検討する。
静物鉛筆デッサンの自動評価モデルの定義と学習支援・管理システムの構築

一般的にデッサン画の評価においては評価語を用いた主観評価が用いられる。これは美術教育者が鉛筆生物デッサン画を評価する際の視点である。一方デッサン画には、形状やバランス、明暗といった特徴が含まれている。客観的評価モデルは、評価要因Fiから構成され、このFiは、バランスや明暗、モチーフの形状の大きさといった主観評価に含まれる項目を考慮して定義した基本的な鉛筆生物デッサンの特徴量を含む。本研究において、鉛筆静物デッサン画に含まれる特徴量を定義し、主観評価値を近似できる線形回帰分析を利用した評価モデルを構築した。この結果、構築した評価モデルが主観評価結果を近似していることを確認できた。研究計画にある通り、デッサン画を100枚デジタル化し、研究のためのデータベースと研究環境の整備を行った。個々のデッサン画に対して主観評価項目を定義し5段階で点数化を行っている。評価モデルを作成するにあたり、通常行われているデッサンの主観評価と専門書による評価語の抽出を行い重視すべき項目を明らかにした。得られた項目に対し、得点をつける方式を用いて人による作品評価を実施し、評価の際に使用されている用語や作品の特徴点などの情報を収集分析している最中である。鉛筆静物デッサンを評価する際、主観評価においてどのような項目について着眼しているのかを明らかにし、大学紀要に研究報告を提出した。主観評価に置いてどのような項目に着眼しているのかを調査した結果、人間がデッサン画像を評価する主観評価は、評価者個々が別々の評価軸を持っているのではなく、同じような技術に裏付けられた評価軸を持っている事が分かった。本研究においての評価軸は、技術的側面のみならず印象的側面も取り入れて行く予定であるが、印象的側面の中には技術的な側面から影響をうけていると予測できる項目も多く、技術的側面/印象的側面といった区別をおこなわない評価軸を設定することが望ましい。結局のところデッサンの主観的印象のうち多くの物が描画技術によって表されていると考えることができる。本研究における評価軸を5項目定義したことによって、今後はデッサン画から抽出する特徴量を個別に定義して行く予定である。評価用データとして予定していた学内に保存されているデッサンを研究用に利用することを想定し、関係部署に事前相談していたが、学内のコンセンサスを得るために長い時間を費やしてしまい、データベースの作成に時間がかかってしまった。また、当初想定していたデッサン画の特徴量の抽出と項目の定義が想定より難しく、当初計画よりやや進捗が遅れている状態であるが、繰り返し分析を行っている最中であるため、来年度には遅れが取り戻せると考えている。鉛筆静物デッサンの客観評価を行うために、デッサン関連書籍からデッサンの評価に関する用語を抽出し、KJ法を用いて分析を行った。ここで分析された評価語を近似するような数式をモデル化し、鉛筆静物デッサン画より算出した。算出した評価値を重回帰分析し、客観的評価値とした。この客観的評価値と主観評価を行った結果の相関を求め、評価モデルの妥当性を検討した。特徴量として、構図、オブジェクトの形状、明暗を取り上げている。構図としては全体のバランス、オブジェクトの形状としては、内接四角形の面積、明暗は輝度値の相関を評価の要因として取り上げている。第1次の評価モデルとして、デッサン教育を行っている教員や学習者からデッサンの提供を受けて評価尺度を検討し、評価時における主観的な要因の抽出を行う。その後抽出された要因を特徴づける物理的な特徴をデッサン画像から探り、統計的分析手法を用いて主観的な要因との対応づけを行う。最後に総合的な評価モデルを含めた学習支援・管理システムを構築し、美術教育者およびデザイン関係者、学習者の多方面からシステム自身の評価を繰り返している。評価モデルの構築は順調に行えているが、特徴量を算出する評価式の定義の問題か、評価制度が70%程度と高い相関を示しているとは言えない。その為、現在評価式や評価語の見直しと再定義を行っている最中である。評価精度が高くない状態で評価モデルを用いた鉛筆静物デッサンのアプリケーションを作成しても、使用に耐えられるものではない為、評価精度を上げる為に各種項目の見直しに重点を置いている。そのため当初計画よりやや研究は遅れているが手法の実用に耐える評価モデルを構築するためには、この部分の検討に時間をかけることの方が将来的に社会に役立つ当初の目的を達成できると考えており、重要であると認識している。鉛筆静物デッサン画の評価にあたっては、モチーフとの単なる形状の比較ではなく、モチーフから得られる空気感や質感といった表現が求められる。本研究においては、線形評価モデルを構築し、形状や濃淡といった特徴量を定義し、人間が実際に評価を行うための評価語を参考に、主観評価実験結果と近似するモデルを構築した。本評価モデルにおいて重相関係数0.7程度、主観評価結果と評価モデルによる評価値の相関を得ることができた。これは、主観的な印象をデッサン画の中から画像特徴量として取り出すことか可能であることを示している。美術教育におけるデッサンは避けて通ることができないが、必ずしも近くに評価者がいるとは限らない。本研究成果は、形状・濃淡に着目した鉛筆静物デッサン画像を評価することで学習者の学習機会のサポートが可能になった。また視察を行い、過去の著名な作品でも構図の重要さを確認することができ、評価モデルにおいて総合評価を出す場合は単純な線形処理ではなく重み付けの必要性を認識した。

引き続き、評価モデルの評価精度を上げる為に、デッサン画からの特徴量を近似できる数式モデルを構築したが、評価精度が上がらない理由として、評価者の評価感覚が一言で美術と言っても、絵画やデザイン・プロダクトなどの詳細な分野によって着眼点の違いが見られることがあきらかになった。全体的な評価尺度を検討し、評価時における主観的な要因の抽出を行い、その後抽出された要因を特徴づける物理的な特徴をデッサン画像から探り、統計的分析手法を用いて主観的な要因との対応づけを行なった。単純に主観評価値を近似するモデルを求めるだけでなく、DCT係数といった画像処理の際に用いられている特徴量なども検討に加え、評価精度の向上を目指している。一般的にデッサン画の評価においては評価語を用いた主観評価が用いられる。これは美術教育者が鉛筆生物デッサン画を評価する際の視点である。一方デッサン画には、形状やバランス、明暗といった特徴が含まれている。客観的評価モデルは、評価要因Fiから構成され、このFiは、バランスや明暗、モチーフの形状の大きさといった主観評価に含まれる項目を考慮して定義した基本的な鉛筆生物デッサンの特徴量を含む。本研究において、鉛筆静物デッサン画に含まれる特徴量を定義し、主観評価値を近似できる線形回帰分析を利用した評価モデルを構築した。この結果、構築した評価モデルが主観評価結果を近似していることを確認できた。デッサンを行うモチーフは3次元情報である。デッサンに落とし込むにあたって、どのような過程を経て2次元情報に落としこんで描画をしているのか、その過程を調査する。この過程を経ることによって、作品の評価がどのように変化して行くのかを評価実験から明らかにする。また、一言に鉛筆デッサンといっても、描画を行う際にはさまざま種類の鉛筆を使用している。作品の表現を行う際に使用する筆記具と、作品の評価の関係性を明らかにする事で、評価語との関係性や、評価への影響、作品の仕上がりへの講評をシステムに盛り込む可能を探る。最後に定義した感性情報をデッサン画から抽出する事を計画している。引き続き、評価モデルの評価精度を上げる為に、デッサン画からの特徴量を近似できる数式モデルを構築する。評価精度が上がらない理由を分析したのちデッサン教育を行っている教員や学習者からデッサンの提供を受けて評価尺度を検討し、評価時における主観的な要因の抽出を行う。その後抽出された要因を特徴づける物理的な特徴をデッサン画像から探り、統計的分析手法を用いて主観的な要因との対応づけを行う。最後に総合的な評価モデルを含めた学習支援・管理システムを構築し、美術教育者およびデザイン関係者、学習者の多方面からシステム自身の評価を行う。教育工学研究用データ使用に関する内部コンセンサスがとれるまでに時間がかかり、新規機材を選定するまでにいかず、所有している旧式のシステムを再稼働させ最低限の環境で一時的にデータベースを作成した。同様の理由により学外の有識者に知見を得るところまで辿り着かなかったため、交通費と謝金が手つかずになっている。研究計画からの遅れが次年度使用額が生じたおもな理由であるが、これらの部分については来年度適切に使用して行き遅れを取り返したいと考えている。
高速・高効率洋上ウィンドファームの設計に関する研究

研究は名古屋大学班,東京大学班,三重大学班に別れて実施した.名古屋大学班は設置サイトとして将来有望な我が国の沿岸領域での風況を正確に予測するため,洋上ウィンドファーム内の風車に及ぼす海岸の地形,島の存在の影響について調べた.本研究では丘陵での傾斜と風速の乱れとの関係を明らかにし,さらに丘陵上における多点同時風況観測結果により求めた変動風のスペクトル,コヒーレンスを現在用いられているモデルと比較した,その結果,(1)傾斜が流れ場へ与える影響は大きく,最大傾斜S_<max>=0.64の場合,下流に大きな剥離領域が生じる.(2)丘陵頂上において,丘陵の影響により増加するエネルギー賦存量の増加率は,傾斜の増加に伴い大きくなり,最大で2.5倍程度となる.最大傾斜S_<max>=0.64の場合,数値解析の予測誤差は大きくなる.(3)風の乱流特性の相関解析を行い、平坦地形に対して提案されているスペクトル,コヒーレンスモデルとの比較を行った結果,各モデルで与えられているモデル実数では複雑地形上の流れの特性を表せないことを確認した.東京大学班はLES大規模計算によって風車翼の流れと騒音予測について研究を行なった。その結果,(1)翼端渦によって発生する音場における音源の大きさが高周波数成分で実験と定量的に一致した.(2)翼端渦とかかわる複雑な渦構造を明らかにし,翼端渦による騒音の発生プロセスを計算可能にした.三重大学班は風車専用翼型に関する計算と実験を行なった。その結果、(1)回転翼面上の圧力分布について,静止時の分布との比較により,両者は必ずしも一致しない.(2)風車翼の仰角を時間的に変化させると,静的な場合の圧力分布とは異なり,失速角が大きくなり最大揚力係数が増大する傾向にあることを明らかにした.研究は名古屋大学班,東京大学班,三重大学班に別れて実施した.名古屋大学班は設置サイトとして将来有望な我が国の沿岸領域での風況を正確に予測するため,洋上ウィンドファーム内の風車に及ぼす海岸の地形,島の存在の影響について調べた.本研究では丘陵での傾斜と風速の乱れとの関係を明らかにし,さらに丘陵上における多点同時風況観測結果により求めた変動風のスペクトル,コヒーレンスを現在用いられているモデルと比較した,その結果,(1)傾斜が流れ場へ与える影響は大きく,最大傾斜S_<max>=0.64の場合,下流に大きな剥離領域が生じる.(2)丘陵頂上において,丘陵の影響により増加するエネルギー賦存量の増加率は,傾斜の増加に伴い大きくなり,最大で2.5倍程度となる.最大傾斜S_<max>=0.64の場合,数値解析の予測誤差は大きくなる.(3)風の乱流特性の相関解析を行い、平坦地形に対して提案されているスペクトル,コヒーレンスモデルとの比較を行った結果,各モデルで与えられているモデル実数では複雑地形上の流れの特性を表せないことを確認した.東京大学班はLES大規模計算によって風車翼の流れと騒音予測について研究を行なった。その結果、(1)回転翼面上の圧力分布について,静止時の分布との比較により,両者は必ずしも一致しない.(2)風車翼の仰角を時間的に変化させると,静的な場合の圧力分布とは異なり,失速角が大きくなり最大揚力係数が増大する傾向にあることを明らかにした.本研究は,洋上を利用する風力発電技術に関するデータを得るため,異なる機関の研究者がそれぞれの分担課題を追求している.本年度は以下の研究と研究準備がなされた.(1)名古屋大学・韓国海洋大学班は海岸での風況計測実施のため,超音波風速計とカップ式風速計からなる計測システムを構築し,その検証実験として青森県竜飛岬および愛知県設楽町でのフィールドにおいて2つの測定点での風速の相関関係を調べ,地形の影響を明らかにした.上流側斜面の影響は風速の高さ方向分布,特に風速の鉛直成分の分布に影響を与えることを示した.また釜山市の韓国海洋大学の敷地内に20mのポールを建設し海岸での風速の垂直分布,乱れ強度に関する研究を開始した.(2)三重大学班は直径110mの屋外風車の翼面上に圧力センサーを取り付け,翼面上の圧力分布,低速時の流れの剥離現象に関する研究を実施した.また模型風車による風洞実験との比較も行い,両者の一致を明らかにしている.しかし実機では剪断流中で羽根が回転するため,圧力分布が周期変化をすることを実測した.(3)東京大学班は,洋上にマッチした風車のコンセプトを作り,新しくデザインされた風車周りの流れ解析を実施した.以上の3つの研究班での成果は,本年5月に韓国釜山市で開催されるシンポジウムにて,報告される予定である.

本研究は,高速・高効率の洋上風力タービン,ならびにそれらの集合体としての高効率ウィンドファームの設計に必要な要素技術を確立するとともに,ウィンドファーム設置に伴う環境負荷の解析を行うことを目的としている.本年度の研究実績の概要を以下にまとめる.洋上における大気境界層の乱流特性を明らかにするために,韓国海洋大学(釜山)キャンパス内の海岸線に高さ20mの風況観測マストならびに超音波風速計を含む観測システムを設置し,風況精査を開始した.これと平行して,風力タービンに流入する大気乱流の特性が,風力タービン翼およびロータ全体に及ぼす空力的変動荷重への影響を推定するために,大気乱流のシミュレーション,タービンロータ翼の空力特性解析について数値モデルを名古屋大学にて構築し,数値解析を実施した.その結果,ウィンドシアと乱れ強さ,乱れスケールが空力変動荷重に及ぼす定量的な影響を明らかにすることができた.一方,高速型の風力タービンに使用する最適翼型形状を確立するために,三重大学にて新たな翼型設計手法を確立した.この設計手法に基づき開発した翼型・ロータ翼の風洞実験を三重大学で実施中であり,東京大学では,翼周りのLES解析を進め,騒音解析などへの応用も試みている.以上の他に,三重大学では複数風車の相互干渉に関する研究を実施中であり,名古屋大学では,風況精査により風力タービン後流の乱流特性を調べている.また,ウィンドファーム設置に伴う環境負荷(視覚的刺激)を低減するための,風力タービン形状の検討も東京大学にて実施中である.研究は名古屋大学班,東大班,三重大学班に別れて実施した.名古屋大学班は,設置サイトとして将来有望な我が国の沿岸領域での風況を正確に予測することため,洋上ウィンドファーム内の風車にに及ぼす海岸の地形,島の存在の影響について調べた.本研究では丘陵での傾斜と風速の乱れの関係を明らかにし,さらに丘陵上における多点同時風況観測結果により求めた変動風のスペクトル,コヒーレンスを,現在用いられているモデルと比較した.1.傾斜が流れ場へ与える影響は大きく,最大傾斜S_<max>=0.64の場合,下流に大きな剥離領域が生じる.2.丘陵頂上において,丘陵の影響により増加するエネルギー賦存量は,傾斜の増加に伴い大きくなり,最大で2.5程度となる.最大傾斜S_<max>=0.64の場合,数値解析の予測誤差は大きくなる.3.風の乱流特性の相関解析を行い,平坦地形に対して提案されているスペクトル,コヒーレンスモデルとの比較を行った結果,各モデルで与えられているモデル実数では複雑地形上の流れの特性を表せないことを確認した.東大班はLES大規模計算によって風車翼.その結果,※翼端渦によって発生する音場における音源の大きさが講習は数成分で実験と定量的に一致した.との流れと騒音予測を行なった.※翼端渦とかかわる複雑な渦構造を明らかにし,翼端渦による騒音の発生プロセスを計算可能にした.三重大学班は風車専用翼型に関する計算と実験を行ない,1.回転翼面上の圧力分布について,静止時の分布との比較により,両者は必ずしも一致しないことを明らかにした.
日本のシュタイナー学校における公共的総合的な教育課程と自己評価法の開発と検証

(1)日本各地のシュタイナー学校へのフィールド調査によるその実態と課題の概観。(2)自助的認証機関である日本シュタイナー学校協会の設立および機能化のプロセスに参画し、その歴史的意義を考察。(3)公教育学校教員が参加する「シュタイナー教育ゼミナール」を4年間で48回開催し、その公共的・総合的なカリキュラムを開発。(4)欧州で公開されたシュタイナー学校の評価基準を収集し解読。(5)卒業生への追跡調査を行う前段階としてグループインタヴューなど予備的調査を実施。(6)シュタイナー学校を含む多様なオルタナティブスクールの全国調査、および多様な学び保障法案の実現に向けたアクションリサーチ。研究計画に示した四つの研究の柱ー[A]自己評価法を組み込んだカリキュラム開発、[B]総合的ESDカリキュラムの公共化、[C]卒業生への追跡調査、[D]オルタナティブ教育機関の公共性研究について、以下の通り研究を進めた。[A]昨年度に引き続き、シュタイナー教員養成課程をもつニュージーランド(NZ)・オークランド工科大学にて、ニイル・ボーランド教授の協力をえて、NZシュタイナー学校連盟が独自に開発した認証評価システムの現状と課題に関する調査を行った(2013年8月)。また学校法人化して2年目にあたる藤野のシュタイナー学園高等部において、学習の評価方法をめぐる課題等について情報収集を行った。[B]シュタイナー学校の総合的なESDカリキュラムを、ホリスティック教育の観点から位置づける研究を継続した。「教師のためのシュタイナー教育ゼミナール」を開催して公教育関係者と共有し(2013年4月2014年3月)、カリキュラムの公共化へ向けた課題をリサーチした。シュタイナー学校のカリキュラム開発や教員養成を含めた連携を組織・制度的に支えるために、質保障の自助組織:「日本シュタイナー学校協会」の創設(2013年8月、正会員7校)に関わるアクションリサーチを行った。[C]昨年度行った卒業生への予備調査(2012年8月)の結果を再考し、調査を実施する際の問題点について、質的研究の諸理論に関する資料を収集・分析しながら検討した。引き続き、予備的な面談調査(数名の卒業生とのグループ面談を含む)を重ねた。[D]オルタナティブ教育を含む「子どもの多様な学びの機会を保障する法律」の法案作成に専門的立場から参画したほか、法案制定後の「学習支援機構」(仮称)の自助機能を構築するための足場作りとして、「第1回オルタナティブな学び実践交流研究集会」(2014年2月)の開催を主導して研究体制を強化した。研究計画に示した、日本のシュタイナー学校における、[A]自己評価法を組み込んだカリキュラム開発、[B]総合的ESDカリキュラムの公共化、[C]卒業生への追跡調査、[D]オルタナティブ教育機関の公共性研究について、次のような状況に至った。[A]ニュージーランド(オークランド工科大学、ニイル・ボーランド教授)に加え、スウェーデン(カールシュタッド大学、ボー・ダーリン教授)で既に実施されている学校認証評価に関する資料を収集し、検討する機会を得た(2012年11月)。[B]ユネスコスクール支援大学を中核に、ユネスコスクール加盟の公教育学校教員ならびに在学生を対象とした研究会を実施した(2012年8月・11月、2013年1月)。また、シュタイナー学校で開発した総合的ESDカリキュラムを公教育関係者と共有し学び合う講座を運営し、共同研究の基盤づくりを行った(2012年4月2013年2月)。[C]卒業生調査に関する倫理審査の承認を受け(代表者所属大学院人間社会学研究科・倫理審査委員会)、卒業生を輩出したシュタイナー学校数校との協力体制を構築した。また、初年次より協働関係が確保できている1校の卒業生10名に対し、予備調査を行った(2012年8月)。[D]全国のシュタイナー学校の連携を組織化し、今後NPO法人立のシュタイナー学校が公的認証を受けていくステップを追跡する足場を固めた(2013年3月)。また、オルタナティブ教育を含む「子どもの多様な学びの機会を保障する法案」制定に関する動向について、運営連絡会に参画したほか、学習会の開催(2012年12月)やシンポジストの登壇(2013年2月)の機会を通して新法制定について検討した。[A]昨年度に引き続き、学校法人シュタイナー学園高等部および京田辺シュタイナー学校において、学習の評価方法をめぐる課題等について情報収集を行った。また、シュタイナー学校の教育現実に対して、ブーバー対話論の観点を手がかりにした解釈学的考察を行った。2014年10月に開催されたESD世界大会等での情報収集のほか、「教師のためのシュタイナー教育ゼミナール」(2014年4月2015年3月)を開催して公教育関係者と共有し、カリキュラムの公共化へ向けた課題をリサーチした。[C]

京田辺シュタイナー学校の卒業生・保護者を囲んだ座談会に参画し、学習内容や教育環境に関する卒業生の意見だけでなく、保護者の意見についても併せて収集し、『親と先生でつくる学校』(せせらぎ出版、2015年)を通じて公表した。[D]オルタナティブ教育を含む「子どもの多様な学びの機会を保障する法律」の法案作成をめぐって、現行の教育法との二本立て制度の可能性を含む意義と課題について考察した。また、「第2回オルタナティブな学び実践交流研究集会」(2015年2月)の開催を主導して、オルタナティブ教育の実践者との協力体制を強化した。研究計画に示した四つの研究の柱ー[A]自己評価法を組み込んだカリキュラム開発、[B]総合的ESDカリキュラムの公共化、[C]卒業生への追跡調査、[D]オルタナティブ教育機関の公共性研究について、以下の通り研究を進め、その成果の一部を『日本のシュタイナー学校II<架橋のこころみ>資料編(20122016)』(総152頁)としてまとめた。[A]国際ヴァルドルフ教育運動会が2015年に発表した「ヴァルドルフ教育の基本的指標」について、その訳出原稿を検討する研究会を開催し、その意義と日本のシュタイナー学校への適用可能性を考察した。[B]公立学校教員の参加する「教師のためのシュタイナー教育ゼミナール」(全12回)を、本年度は特に「日本の風土・文化・社会に根ざすシュタイナー教育」というテーマで開催し、日本のシュタイナー学校カリキュラムの検証を行った。また、ESD最終年度に開催されたユネスコESD世界大会に向けて、優良事例に選出された横浜シュタイナー学園のESD実践などを共有した。[C]高等部の授業でアクションリサーチを続けている京田辺シュタイナー学校の卒業生の動向について、グループインタヴューなどを通した事例収集を継続した。[D]本年度は、文部科学省の「フリースクール等検討会議」や超党派議員連盟による「多様な教育機会を確保する法案」の動きが急であったため、この課題を重点的に調査した。同法案をめぐる賛否両論の議論動向を逐次追跡調査するとともに、「全国オルタナティブ学校実態調査」を実施し、第3回多様な学び実践研究フォーラム(早稲田大学、2016年2月)において調査結果を発表した。(1)日本各地のシュタイナー学校へのフィールド調査によるその実態と課題の概観。(2)自助的認証機関である日本シュタイナー学校協会の設立および機能化のプロセスに参画し、その歴史的意義を考察。(3)公教育学校教員が参加する「シュタイナー教育ゼミナール」を4年間で48回開催し、その公共的・総合的なカリキュラムを開発。(4)欧州で公開されたシュタイナー学校の評価基準を収集し解読。(5)卒業生への追跡調査を行う前段階としてグループインタヴューなど予備的調査を実施。(6)シュタイナー学校を含む多様なオルタナティブスクールの全国調査、および多様な学び保障法案の実現に向けたアクションリサーチ。[A]日本のシュタイナー学校が連携・協力しながら相互認証機関を創設していくプロセスについてのアクションリサーチに進展があった。現在、国内の3つの学校で教員養成コースをスタートさせる準備過程において、シュタイナー学校の標準的な教育指針の開発が共通する課題となり、それに向けての検討が進んでいる。
ツォンカパのルーイーパーダ流解釈と実践に関する包括的研究

本研究は,チベット仏教世界を代表する宗派「ゲルック派」の始祖であるツォンカパが著した「ルーイーパーダ流」に関連する数書の文献学的解析を行い,彼に先行した様々な学僧達の所説との異同をも明らかにすることを通じて,「チベット密教世界のメインストリーム」とも言うべき伝承形態の具体像を解明し,それがゲルック派の教学全体において如何なる位置を占めるのかを考察すると共に,もってチベット密教史全体の理解に資することを目的とするものである。
生体センサー腸上皮によるバイオスクリーニング法の開発

研究代表者らが独自に有する正常腸管上皮培養法を展開することにより、腸上皮幹細胞やその娘細胞を可視化する技術としてレンチウィルスを用いた幹細胞標識法や遺伝子改変マウスを利用した特定の娘細胞系譜の可視化に関する技術を確立した。また、腸管特異的機能に関する生物学的活性を簡便かつ定量的に測定可能な評価系としてP-glycoproteinの基質輸送を可視化・定量する系に加え、体液調節機能(水・電解質調節機能)についても定量的な測定系を確立した。腸管上皮幹細胞の増殖・分化を制御する天然物リガンドのスクリーニング系としてA02班の石橋教授との共同研究を通じ、Notch受容体経路の活性測定系を確立した。本年度は研究計画に基づき、以下の解析を行った。(1)培養正常腸管上皮オルガノイドのイメージング技術の確立マウス小腸の初代培養細胞で構成されるオルガノイドにつき解析を行い、以下を明らかとした。1)腸管上皮に発現する排泄型トランスポーターであるP-Glycoproteinが個体内の生理的発現と同様に小腸初代培養オルガノイドの内面(管腔側)に発現が維持されていた。2)小腸初代培養オルガノイドの外面(基底膜側)にP-Glycoproteinの基質であるRhodamine123を添加することにより、オルガノイド内面(管腔側)へのRhodamine123の集積をライブイメージングにより経時的に観察することが可能であった。3)上記のP-Glycoproteinを介したRhodamine123の能動輸送は特異的阻害薬であるVerapami1の添加により、濃度依存的に遮断され、この動態をライブイメージングにより観察・解析することにより、P-Glycoproteinを介した能動輸送を予測する数理モデルを確立することが可能であった。(2)培養正常腸管上皮オルガノイドの組織再生機能の解析マウス大腸の初代培養細胞で構成されるオルガノイドにつき解析を行い、以下を明らかとした。1)培地に添加する増殖因子により、Lgr5陽性の幹細胞分画を豊富に含むオルガイドとして長期培養が可能であった。2)上記にて培養したオルガノイドを大腸炎モデルマウスの腸管内に移入することにより、損傷した潰瘍面を被覆する上皮として生着し、修復に貢献し得ることが明らかとなった。上記成果は、腸管上皮初代培養オルガノイドが腸管を介した薬物動態解析のみならず、上皮再生治療へも応用可能なツールへと発展可能であることを示した画期的成果であると考えている。本年研究を推進した結果、以下の成果を得た。新規オルガノイド構築過程の可視化モデルの構築:1)腸管幹細胞特異的遺伝子LGR5の発現制御下にEGFP-CreERT2を発現するマウス(LGR-EGFP-CreERT2マウス)とCre活性依存的にTdTomatoを発現するレポーターマウス(R26R-TdTomato)を交配することにより、Tamoxifen曝露による誘導下で幹細胞をEGFP,その娘細胞をTdTomatoで標識できるマウスを樹立した。同マウスより腸上皮オルガノイドを樹立することにより、オルガノイド構築過程における幹細胞及びその娘細胞を異なる蛍光蛋白を指標に経時的に追跡可能であった。これにより単一の幹細胞が娘細胞を供給しオルガノイドを構築していく過程の可視化モデルを確立した。リガンド分子によるオルガノイド構築過程制御モデルの確立:腸管上皮初代培養系を用い、異なる複数の培養条件下で腸管上皮オルガノイドの構築過程並びにその構成細胞が如何なる制御を受けているか、検討を行った。その際、腸上皮を構成する幹細胞及び分化細胞マーカーであるMUC2(杯細胞),CgA(内分泌細胞),CD10(吸収上皮細胞), OLFM4(幹細胞), Ki67(増殖細胞)について、発現解析を行う系を確立した。同系を用いた解析の結果、複数の増殖因子を欠失しかつガンマセクレターゼ阻害活性を有するリガンド分子と共培養することにより、杯細胞の著しい増加が誘導可能であることを確認した。本年度の研究を推進した結果、以下の成果を得た。1.ヒト消化管生検組織より培養腸上皮オルガノイドを樹立し、継続的に培養するのみならず、凍結保存し、任意のタイミングで培養を再開することも可能であることを確認した。また、本培養法が消化管全域(空腸・回腸・結腸・直腸)のいずれの部位から採取した検体からも同様に実施可能であることを確認した。2.上記培養系を用い、複数の生理活性物質を添加した際、オルガノイドの急速な腔外液の流入に伴う膨張現象(swelling)が誘導されることを確認した。本現象は生体内に内在する複数の生理活性物質、及び天然物リガンドであるForskolinによって誘導可能であることが明らかとなった。誘導可能な活性物質の特性から、コレラ感染症の際に生体内で惹起される上皮細胞内cAMPの上昇とCFTRを介したClイオンの急速な分泌をin vitroで再現したものと考えている。3.上記にて確認したswelling現象を定量的に評価するスクリーニング系を構築するため、3Dスキャナーを用いたオルガノイドの形態評価法の開発を進めた。その結果、96ウェルプレートを用いた培養系と新規開発された高速3Dスキャナーによる多重撮影スキャン・定量的画像解析を最適化することにより、swelling現象を定量的かつ多検体同時に評価可能な手法を確立し、これにより候補化合物のEC50等の算出が容易に可能となった。

これらの結果から、本計画が目指していた培養腸上皮オルガノイド構築を制御する天然物リガンドのスクリーニング系として、培養腸上皮オルガノイドのswellingを指標とした活性評価系の構築に成功した。本スクリーニング系の活用により、ヒト腸管上皮を介した体液制御を調節し得る天然物リガンドの大規模探索・評価が可能となることが期待できる。本計画研究では研究代表者らが独自に有する正常腸管上皮培養法を生物学的活性評価系へと展開し、これを通じて正常腸管上皮の分化・増殖・特異的機能について制御活性を有する新規天然物リガンドを探索する系の構築を目指した。本研究により、以下の成果を得た。1)腸上皮幹細胞やその娘細胞を可視化する技術:レンチウィルスを用いた幹細胞標識法や遺伝子改変マウスを利用した特定の娘細胞系譜の可視化に関する技術を確立した。2)腸管特異的機能に関する生物学的活性を簡便かつ定量的に測定可能な評価系の構築:P-glycoproteinの基質輸送を可視化・定量する系の構築のみならず、ヒト腸上皮オルガノイドにおける「Swelling (膨張)」現象を利用し、腸上皮が有するもう一つの機能である体液調節機能(水・電解質調節機能)についても定量的な測定系を確立した。同測定系を用いることにより、複数の候補リガンドから強力な水・Cl排泄促進活性を有するリガンドを同定することにも成功している。3)腸管上皮幹細胞の増殖・分化を制御する天然物リガンドのスクリーニング系の確立:腸管上皮幹細胞の分化・増殖を制御する主要な分子シグナル系であるNotch受容体経路に着目し、同経路の活性測定系を構築するため、A02班の石橋教授との共同研究を実施した。同研究において、テトラサイクリン依存的に活性型Notch受容体を強制発現するヒト大腸上皮由来培養細胞に、RBP-Jk依存的転写活性を高感度に検出可能なレポーターコンストラクトを恒常的に導入した細胞系の構築に成功した。また、本研究期間中に23症例(累計36系統)のヒト腸上皮由来オルガノイド株の樹立・保存に成功していおり、これら保存細胞株は既に樹立済みの評価系に容易に用いる事ができることから、個体間の特性を考慮した探索を可能とする活性評価プラットフォームを構築できたものと考えている。研究代表者らが独自に有する正常腸管上皮培養法を展開することにより、腸上皮幹細胞やその娘細胞を可視化する技術としてレンチウィルスを用いた幹細胞標識法や遺伝子改変マウスを利用した特定の娘細胞系譜の可視化に関する技術を確立した。また、腸管特異的機能に関する生物学的活性を簡便かつ定量的に測定可能な評価系としてP-glycoproteinの基質輸送を可視化・定量する系に加え、体液調節機能(水・電解質調節機能)についても定量的な測定系を確立した。腸管上皮幹細胞の増殖・分化を制御する天然物リガンドのスクリーニング系としてA02班の石橋教授との共同研究を通じ、Notch受容体経路の活性測定系を確立した。1高効率・選択的な腸管上皮培養法とイメージング技術の確立:腸管上皮幹細胞マーカーLGR5のコード領域をEGFP-CreERTで置換したマウスより大腸上皮オルガノイドを作成し解析した結果、以下を明らかとした。1)Wnt3a,BSA,EGF,HGF,Nogginを含む独自の培地により、EGFP陽性幹細胞を高頻度に含むオルガノイドとして培養・維持可能で有る事をリアルタイムイメージングにより明らかとした。