hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
磁気軸受の振動防止に関する研究

これは度重なる振動抑制実験のために、せん断力が最も大きい箇所が疲労破壊したものとみられる。このため、実際のものと相似ではなく、ただ単に固有振動数を低くするために軸を細くすることには問題があると考えるに至った。昨年度の予備的検討を踏まえて、本年度は新しい実験装置を導入し、回転軸の曲げ振動に起因する共振を抑制して、その危険速度を通過するための本格的な検討を行った。1.本年度用いた実験装置本体および検討した制御系の特徴は次の通りである。(1)磁気軸受実験装置は横形で軸受部・回転軸ともに左右対称形である。(2)軸受部と軸変位検出部とは同位置に置かれている。(3)対称性を利用して、回転軸の曲げ振動特性を一次と二次のモ-ドに分け、それらを、それぞれ、剛体の並進運動と傾斜運動とに加えて、二つに分離した制御系を構成した。(4)制御補償要素として、PID補償と状態観測器を応用したフィ-ドバック補償とを、それぞれ別々に用いた。2.結果は付の通りであった。(1)両補償要素の場合とも、一次の危険速度(約9,000rpm)を片振幅約10μmの振れ回りで、静粛に通過した。(2)二次の危険速度(約47,000rpm)は、本実験装置の軸受部と変位検出部とが振動モ-ドの節に近いところに置かれていると見られることから、成功しなかった。(3)二次の危険速度はジャイロ効果のために約20%高くなった。3.危険速度通過問題を観測器を応用して成功した意義は大きいと考える。それは、アクチュエ-タ・変位検出器の位置関係で決まる振動モ-ドの特性によっては、PID補償などの簡単な直列補償法では減衰を与えて振動を抑制することが困難な場合があるからである。
ビジュアル・ナラティブを用いた同期的対話によるグリーフケアの生成

子どもを亡くした遺族の悲嘆に伴う体験を明らかにするために、今年度はグリーフの会を1回実施した。また、10人の家族(母親または父親)にビジュアル・ナラティブ・インタビューを行った。ビジュアル・ナラティブの手法では、亡くなった子どもと家族との関係(過去、現在、未来)をインタビューし、さらに、その内容についてイメージ画を描いてもらった。10人の家族の年齢は38-57歳、子どもを亡くしてからの経過年数は18年であった。親子の関係は、【過去(生前)】は、親が子どもを<守る(見守る)>、<包む>、<ともにある>、【現在】は、子どもに<見守られる>、<包まれる>、<教えられる>、<癒される>、<距離がある>【未来】は、<ともにある(一緒)>、<導かれる>であった。子どもが亡くなったあとも、親と子の関係はカタチを変えながらも続いていたが、【過去】は、親が能動態で語る、描いていることが多く、【現在(今)】は、受動態で語られている傾向にあった。また、ビジュアル・ナラティブの方法論である、イメージ画については、当初躊躇される参加者もいたが、一旦描きはじめるとインタビュアーに説明をしながら描くものや、その描画を媒介に語りが展開されていくものも多くいた。さらに、未来については、「子どもとの未来など、考えられないと思っていたけど、考えてもいいんだと思えた」や描画を終えたあと、「スッキリした」と、自分自身を振り返ったり、気づきを口にする参加者もいた。すなわち、ビジュアル・ナラティブの特徴である3項関係の語り、参加者の心の中のイメージを媒介に語りを傾聴することによって、参加者の語りが紡がれ、展開していった結果と考えられた。このことは、ビジュアル・ナラティブの手法によって、研究としてだけではなく、グリーフケアにつながる可能性が示唆されたと考える。ビジュアル・ナラティブは、言語によるインタビューとその後の3地点での描画という方法論であるとともに、概要に記述したとおり、この事自体がグリーフケアにつながっているため、1回のインタビューに時間を要するため、データ収集に時間がかかっている。また、業務との関係もあり、グリーフの会の企画や分析に時間を要している。ビジュアルナラティブの研究手法として、描画インタビューを継続して実施する(10人以上)。データについては、やまだようこ教授のアドバイスをもとに、分析を進めていく。並行して、グリーフの会を半年に1度開催して、会の企画、運営を行い、参加者の反応や会自体の分析を行い、会がもたらす意味を質的記述的に分析していく。子どもを亡くした家族(遺族)の悲嘆に伴う体験をビジュアルナラティブの手法を用いて明らかにするとともに、遺族の悲嘆を共有する場を作り、その場のもたらす意味を明らかにすることを目的とし研究に着手した。まず、ビジュアルナラティブのグリーフへの具体的調査方法を検討するために、ビジュアルナラティブの第一任者である、やまだようこ教授にコンサルテーションを行い、研究会を開催した。そこで、遺族には「私と子ども」の過去・現在・未来のイメージを描画によって描いてもらう方法を検討し、研究計画書を作成し、倫理委員会に申請した。予備調査として、子どもを亡くした家族の集い(グリーフの会)を開催し、会の運営や参加観察手法について検討した。グリーフの会には、11家族20人(大人16人、きょうだい等子ども4人)が参加し、参加者の特徴から2グループを作り、それぞれファシリテーターをつけ、自由に語りあう会とした。きょうだい児は別室で遊びのプログラムを実施した。グループの規模として56家族位としたが、それぞれが話すには適当であった。各自が子どもの写真や思い出の物を持参したことで、話のきっかけができ、お互いの共有に有効であった。参加者は亡くしてから数カ月の家族から50年を経た家族までいたが、それぞれの悲嘆は共有され、むしろグループダイナミクスが有効に働いたと考える。各グループでのセッションの後、全体で、それぞれの話題や家族の思いを共有し、ファシリテーターの役割も確認できた。終了後のアンケートでは、亡くなってからの年数に関わらず、子どもの話をすること、感情表出をして共有できたことが良かった、久しぶりに感情を表出しスッキリしたという評価が大半であった。会の運営には、どんな感情も受け入れられるという、安心感や保証が必須であることが確認された。最後に、研究参加者としての登録を依頼し、10組の家族がその意向を記入された。7月の交付決定通知から、公務との兼ね合いのなか、ビジュアルナラティブの調査方法について検討を重ねたこと、倫理委員会では、子どもを亡くした家族のグリーフというテーマへの慎重論もあり、ビジュアルナラティブという手法や研究についての理解が得られるまでに時間を要した。それによって、描画等による個別インタビューは年度内では実施できなかったため。親子の関係は、【過去(生前)】は、親が子どもを<守る(見守る)>、<包む

>、<ともにある>、【現在】は、子どもに<見守られる>、<包まれる>、<教えられる>、<癒される>、<距離がある>【未来】は、<ともにある(一緒)>、<導かれる>であった。子どもが亡くなったあとも、親と子の関係はカタチを変えながらも続いていたが、【過去】は、親が能動態で語る、描いていることが多く、【現在(今)】は、受動態で語られている傾向にあった。また、ビジュアル・ナラティブの方法論である、イメージ画については、当初躊躇される参加者もいたが、一旦描きはじめるとインタビュアーに説明をしながら描くものや、その描画を媒介に語りが展開されていくものも多くいた。さらに、未来については、「子どもとの未来など、考えられないと思っていたけど、考えてもいいんだと思えた」や描画を終えたあと、「スッキリした」と、自分自身を振り返ったり、気づきを口にする参加者もいた。すなわち、ビジュアル・ナラティブの特徴である3項関係の語り、参加者の心の中のイメージを媒介に語りを傾聴することによって、参加者の語りが紡がれ、展開していった結果と考えられた。このことは、ビジュアル・ナラティブの手法によって、研究としてだけではなく、グリーフケアにつながる可能性が示唆されたと考える。ビジュアル・ナラティブは、言語によるインタビューとその後の3地点での描画という方法論であるとともに、概要に記述したとおり、この事自体がグリーフケアにつながっているため、1回のインタビューに時間を要するため、データ収集に時間がかかっている。また、業務との関係もあり、グリーフの会の企画や分析に時間を要している。ビジュアルナラティブの研究手法として、参加登録された、家族を対象に個別の描画インタビューを行っていくとともに、随時研究参加者を追加していく。描画インタビューデータについては、やまだようこ教授のアドバイスをもとに、分析を進めていく。並行して、グリーフの会を半年に1度開催して、会の企画、運営を行い、参加者の反応や会自体の分析を行う、会がもたらす意味を質的記述的に分析していく。ビジュアルナラティブの研究手法として、描画インタビューを継続して実施する(10人以上)。データについては、やまだようこ教授のアドバイスをもとに、分析を進めていく。並行して、グリーフの会を半年に1度開催して、会の企画、運営を行い、参加者の反応や会自体の分析を行い、会がもたらす意味を質的記述的に分析していく。実績概要に示したとおり、倫理委員会の承認が得られるまでに時間がかかり、研究実施が遅れたため。次年度以降に、描画インタビューの実施とその分析にともなう謝金、および国内・国際学会やグリーフワークショップ参加などの交通費、分析用のパソコン等機器の購入、論文の英文校正等に使用する計画である。データ収集が途上にあることや業務の都合により国際学会への参加ができなかったことで、次年度使用額が生じた。翌年度はデータ収集を継続的に行い、国際関連学会へ参加を予定している。
高緯度寒冷地盤の雨慣れ度を考慮した気候変動下の豪雨災害リスク評価法の開発

1.降雨や融雪に伴う表流水や地盤内浸透(鉛直方向・水平方向)が地盤・土要素の水理特性・力学特性に及ぼす影響を定量的に評価するため、加圧給水機能付供試体作製土槽や模型土槽用流水試験装置を新規製作し、当該試験装置の性能確認試験を行い、次年度より実施する室内要素試験・室内模型試験の試験条件について検討した。2.温暖地域と寒冷地域の気象データや原位置試験結果をもとに、気象条件の違いが地盤の材料特性に及ぼす影響を評価するために、本年度は、原位置試験を実施する温暖地域の試験個所として鹿児島市内のシラス斜面を選定し、新たに切土した現地斜面において、試料採取、簡易貫入試験、現場透水試験を11月と3月に実施した。これにより、透水係数などの計測方法の確立と計測精度の向上を図った。また、採取した土について、含水比、土粒子密度、粒度などの土の基本的物理量に関する土質試験を実施し、各種データの収集を開始した。3.降雨量および融雪量の積雪浸透による流出の時間的遅れを考慮した積雪浸透モデルを提案した。また、降雨・融雪時の斜面崩壊現象の支配要因(素因・誘因)の特定及びその依存度を定量化するため、実物大模型斜面における地温・含水比分布等の長期計測結果を、提案する積雪浸透モデルを導入した熱伝導・飽和/不飽和浸透連成解析を用いて解析した。この結果、当該解析手法で、斜面内の地温・土壌水分の経時変化や雨水・融雪水の浸透挙動を再現可能なことを示した。交付申請時に記載した本年度の研究実施計画のすべての項目について検討を実施しており、本実績報告書で記載したように、各項目について、交付申請時に記載した研究目的の達成に結びつくような具体的な研究成果があがっていることから、「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、研究開発の効率性の観点から各研究者が個別に保有する研究開発力を総合して課題解決にあたっているが、研究目標達成には、各研究成果を総合した検討を行う必要がある。このため、研究者間あるいは研究項目間の連携性の向上と研究内容の調整のため、情報交換と研究成果の共有などを目的とした研究の進捗状況報告会を、今年度同様、今後も半期に1回程度開催しながら、本研究を推進する。」と自己評価した。
B細胞分化・成熟分子機構の解明およびその制御

(1)Germinal center(GC)B細胞増殖維持機構の解明に関してIg^+およびIg^-GC B細胞の解析と純化・精製技術を開発し各細胞分画の性状を免疫学的に解析した。この結果、従来の推察と異なり、多くのGC Ig^+B細胞は分裂している可能性が示唆された。PNA強陽性であるGC B細胞はIg陽性・陰性を問わずB220強陽性、弱陽性の集団に分画され、またIg^+GC B細胞の前抗体産生細胞および記憶細胞と推察される集団はCD40,CD43,CD86,CD71陽性,HSA強陽性の表現型を示すことが明らかにされた。一方免疫の過程でB220弱陽性、PNA弱陽性の細胞集団の数が免疫前と比較して約100倍に増強し、殆どが細胞質内λ陽性μ鎖陰性で細胞表面VLA-4,CD43,CD44,CD71,HSA陽性の表現型を示すことが明らかにされた。この細胞集団がB細胞分化のどの位置に属するかに関してM17,Blimp1等の遺伝子発現を指標として解析中である。現在centroblastから前抗体産生細胞と記憶細胞への分化機序、および記憶細胞における1g体細胞点変異の蓄積の機序の解析のための培養系の確立を行っている。(2)CD43機能に関し前年度、CD43は細胞周期のG1からS期への移行に補助的な役割を担う可能性を明らかにしたが、個体レベルでの機能の確認のため本年度CD43を強発現させたトランスジェニックマウスの作製を終了した。(3)代替L鎖に関して、8HS-20遺伝子欠損マウスでは一部のB細胞の表現型の異常(CD5 B細胞頻度の上昇、HSA強発現B細胞の産生)が認められるものの、B細胞産生異常は認められなかった。またT依存性免疫反応において8HS-20遺伝子欠損マウスでIgG2a抗体産生が著明に増強することを明らかにしたが原因は現在不明である。これまでに得られた欠損マウスでの異常の最終的な確認のためネズミ遺伝子背景を統一する目的でC57BL/6への戻し交配を行いF_4マウスの確立を行った。
拡張有限要素法(X-FEM)による疲労き裂進展シミュレーションの実用化

拡張有限要素法(XFEM)の定式化に基づき応力解析プログラムを開発した.開発プログラムは,従来のFEM解析で用いられるソリッド要素やシェル要素にヘビサイド関数や漸近解基底関数を拡充することにより,要素形状と独立にき裂形状を定義できる.さらにXFEM解析プログラムの実行を制御することにより,き裂進展解析が容易に実行可能となった.開発手法を金属材料や複合材料構造のき裂解析,疲労き裂進展解析に適用し妥当な結果を得た.拡張有限要素法(XFEM)の定式化に基づき応力解析プログラムを開発した.開発プログラムは,従来のFEM解析で用いられるソリッド要素やシェル要素にヘビサイド関数や漸近解基底関数を拡充することにより,要素形状と独立にき裂形状を定義できる.さらにXFEM解析プログラムの実行を制御することにより,き裂進展解析が容易に実行可能となった.開発手法を金属材料や複合材料構造のき裂解析,疲労き裂進展解析に適用し妥当な結果を得た.本年度は,拡張有限要素法(X-FEM)によるき裂やはく離のモデル化,疲労き裂進展解析手法についての調査を実施するとともに,三次元X-FEM解析の基本プログラムを整備した.具体的には平面き裂およびその疲労き裂進展解析を実施できるX-FEM解析ソフトウェアを整備し、検証解析を実施した.検証解析においては、半楕円き裂を有する厚肉平板に繰り返し引張りまたは曲げ荷重が負荷される場合の、パリス則に基づく疲労き裂進展挙動を評価し、結果を他の簡易手法による結果と比較した.しかしながら、このような解析手法では、平面状のき裂のモードI荷重下でのき裂進展のみしか扱うことができない.そこで混合モード場における疲労き裂進展問題も扱うことを目的として、四面体要素でモデル化される領域内部の任意形状のき裂進展解析を実施できるような解析ソフトウェアを設計し、そのプロトタイプの開発を行った.開発プログラムを用いて、任意形状を有する三次元構造物内部の任意形状き裂の応力拡大係数の評価を実施し、開発した計算手法の妥当性を評価した.さらに、薄肉積層構造内部のはく離進展解析を実施するために、シェル要素を対象としたX-FEM解析手法の開発を実施した.シェル要素を用いたX-FEM解析を実施するためのソフトウェアの試作し、積層板構造の接着部や、積層板内部のはく離を考慮した応力解析に適用可能であることを実証した.その成果を英文雑誌に投稿し受理された.本研究において実用化を目指す疲労き裂進展解析の基本技術となる、三次元構造物中のき裂、はく離の応力拡大係数評価方法を確立し、ソフトウェアとして整備することができた.本年度は,レベルセット法を用いた拡張有限要素法(レベルセットX-FEM)を実用問題に適用するために,レベルセットX-FEMに基づく応力解析プログラムを整備した.X-FEM解析においては不連続性を有する変位関数が用いられるが,このような場合にも確実に数値積分を実施できるように,要素を積分領域に自動的に分割する技術の開発を行った.また、き裂進展解析に不可欠である拡充節点の自動的設定技術の開発も行った.これらの技術を開発プログラムに実装した,開発プログラムは二次元ソリッド要素X-FEM解析プログラム(XT2D),三次元ソリッド要素X-FEM解析プログラム(XT3D),CFRP積層複合材料構造用三次元ソリッド要素X-FEM解析プログラム(XSOLID),CFRP積層複合材料構造用三次元シェル要素X-FEM解析プログラム(XSHELL)である.これらの開発プログラムの検証解析を実施し,その結果を参照解や従来のFEM解析結果,さらには汎用FEMコードによる結果と比較することによってその妥当性を検証した.とくに接着面にはく離を想定したCFRP製補強材構造の応力解析に,積層ソリッド要素およびシェル要素を用いたX-FEMを適用し,その有効性を確認することができた.また、X-FEM解析結果の可視化処理方法について検討するために,XT2DおよびXT3Dの解析結果を用いた可視化処理の検討も実施した.以上の研究成果の一部は、学会講演会で講演発表を実施した.本年度は,昨年度までに開発したCFRP積層複合材料構造解析用の拡張有限要素法(XFEM)解析プログラム(XSOLID)を用いた実証計算を実施するとともに,これまで開発したX-FEMに基づく応力解析プログラムに,結合力モデル(Cohesive ZoneModel: CZM)を導入する方法についても検討した。CZMは,応力に基づく損傷発生,エネルギーに基づくき裂進展をモデル化できるので,初期き裂やはく離が与えられていない実機構造物の強度評価に有効な方法と考えられる.本研究では,とくに接着構造を有するCFRP複合材料構造への適用することを目的として,CZMを昨年度までに開発した二次元XFEMコードに導入した.これにより開発コードを用いて線形破壊力学(LEFM)に基づく方法だけではなくCZMに基づく方法を用いたき裂進展解析も可能となった.CZMでは,き裂先端において応力特異性が消失するので,本研究の開発コードにおいては,このような特徴を適切にモデル化できるTIP要素を開発し導入した.XFEMは有限要素メッシュと独立にき裂やはく離を定義できるので,XFEMに基づく解析コードの実行を制御することにより,単一の有限要素モデルを準備すれば,要素再分割を行わずに,き裂やはく離の進展解析の実施が可能になることを実証した.このようなXFEMを用いた二次元き裂進展解析システムを開発し,従来の漸近解基底関数を拡充したXFEMとヘビサイド関数だけを拡充したXFEMによるき裂進展経路の差異について検討した.

その結果,比較的細かいメッシュ分割を用いれば,両者の差異は小さく,TIP要素を用いても十分妥当な結果が得られることを確認した.以上の研究成果の一部は,学会講演会で発表を行った.
脳画像技術の海洋調査船における利用に関する調査

乗物酔いの発症やヒューマンエラーの発生のメカニズムを解明するためには、脳神経細胞で生起している種々の現象をリアルタイムで知る必要がある。現状では脳波計測を実施し、種々の刺激、ストレスに対する誘発電位の測定を行って、安静時に比べて変化することは確認できるが、具体的な信号発生部位の特定は困難である。一方、本研究において調査の対象としたMRI(Magnetic Rezonanse Imaging)およびPET(Positron Emission Tomography)はComputing Tomographyと言われる技術であり、信号の処理をコンピュータで行う一種の画像処理技術と言うことができる。本調査では、MRI/PETの機能、性能に関する調査は行わないで、船舶という移動体上での設置、使用条件、船舶に搭載したときの利活用範囲に関する調査を主として行った。このために、陸上における設置条件を製造業者より情報提供を受け、海洋科学技術センター所属の海洋調査船「みらい」を想定して搭載の可能性を調査した。陸上における設置条件に比べると加速度レベルは極めて高いが、磁気遮蔽に関しては陸上よりも完全に行えるとのことであった。一方、船上におけるMRI/PETの利用に関しては医療関係では実施の例はないこと、その必要もないであろうことが米国NIHのFrank博士によって示された。同じく、米国Johns Hopkins大学Applied Physics Labolatoryでは兵士や、宇宙飛行士の適性検査に使える可能性があると述べていた。(Green Ville事件の数ヶ月前であった)乗物酔いの発症やヒューマンエラーの発生のメカニズムを解明するためには、脳神経細胞で生起している種々の現象をリアルタイムで知る必要がある。(Green Ville事件の数ヶ月前であった)
尿中及び血漿メタボロームプロファイリングによる肥満に関連する代謝物マーカーの解明

PLS判別分析を用いて比較した結果、肥満の判別に寄与する物質は、尿では4つのアミノ酸代謝経路(グリシン、セリン、スレオニンの代謝、システインとメチオニンの代謝、フェニルアラニンの代謝、ヒスチジンの代謝)、血漿では2つのアミノ酸代謝経路(フェニルアラニンの代謝、アラニン、アスパラギン酸、グルタミン酸の代謝)に関連する物質であった。フェニルアラニンの代謝に関わる物質が血漿と尿に共通して肥満の判別に寄与していた。血漿脂質では3つの脂質代謝経路(脂肪酸の生合成、リノール酸の代謝、不飽和脂肪酸の生合成)に関連する物質が肥満の判別に寄与していた。今後も、フォローアップ研究を続けながら検討を進める。肥満(症)の発症は世界各地において重要な公衆衛生学的問題となっているが、特に日本人における肥満は生活習慣病発症への影響が大きく、早い段階から肥満を防ぐ必要がある。肥満に関わる代謝において特徴的なものとして、血中インスリンが挙げられるが、そのインスリン抵抗性のために肥満が生じたのか、それとも肥満の結果としてインスリン抵抗性が生じているのか議論が続いている。一方で、メタボローム解析は生体内の低分子化合物や代謝産物を鋭敏に反映させることから、肥満の代謝変化を明らかにし、これらの成果を予防へつなげようとする研究が行われつつある。我々は、地域コホート研究を立ち上げ、従来の疫学研究に加えてメタボローム解析を用いた新しい疫学研究のフィールドを構築している。本研究では、メタボローム解析を用いて尿中と血漿中アミノ酸の2つのメタボロームプロファイルを作成し、インスリン抵抗性や非侵襲的内臓脂肪蓄積度などの肥満関連因子との関連性をそれぞれ検討することにより、肥満に関連する代謝物マーカーを明らかにするとともに、尿中と血漿中のプロファイルによる違いを明らかにすることを目的とする。これらと並行して、食事摂取・栄養摂取と尿中・血漿メタボローム代謝物マーカーとの関連性を分岐鎖アミノ酸(BCAA)代謝を中心に行う。平成28年度は、研究対象集団のメタボローム解析と、肥満関連因子をはじめとする健診結果データや調査票データのデータベース化を中心に研究を実施した。「鶴岡市民を対象とした地域コホート研究」の平成27年度調査(フォローアップ調査)の参加者について、(1)尿中および血漿メタボローム解析の実施、(2)非侵襲的内臓脂肪測定機を用いた内臓脂肪量の測定と一般的なライフスタイル状況のデータ化、(3)空腹時血糖値、血中インスリン濃度(IRI)測定値のデータ化を実施した。(1)については、現在メタボローム解析実施中であり、平成29年度中にはデータセットの整備、解析に着手したい。(2)、(3)については実施済みであり、(1)がそろえばデータ解析をすぐに始められる状態になっている。メタボロームの網羅的測定技術を用い、尿中と血漿アミノ酸の2つのメタボロームプロファイルを作成し、肥満関連因子との関連性をそれぞれ検討することにより、肥満に関連する代謝マーカーを明らかにするとともに、尿中・血漿中のプロファイルによる違いを明らかにすることを目指した。また、新たに血漿中脂質のメタボローム解析も行った。尿メタボロームでは、約4,000名のメタボロームプロファイリングにより、肥満の判別に寄与する物質は4つのアミノ酸代謝経路(グリシン、セリン、スレオニンの代謝、システインとメチオニンの代謝、フェニルアラニンの代謝、ヒスチジンの代謝)に関連する物質であった。血漿メタボロームでは、約3,000名のメタボロームプロファイリングと肥満度に関連する代謝物マーカーの検証を行った。肥満度には、BMI、腹囲周囲径、内臓脂肪蓄積量、インスリン抵抗性(HOMA-R)を用いた。肥満度の指標とした因子間にはそれぞれ正の相関がみられ(r > 0.5)、内臓脂肪蓄積量とインスリン抵抗性(HOMA-R)は正の相関(r = 0.51, P<0.001)がみられた。肥満の判別に寄与するのは、2つのアミノ酸代謝経路(フェニルアラニンの代謝、アラニン、アスパラギン酸、グルタミン酸の代謝)に関連する物質であった。血漿と尿メタボロームを併せて検討すると、フェニルアラニンの代謝に関わる物質が共通して肥満の判別に寄与していた。血漿脂質メタボロームでは、約370名のメタボロームプロファイリングにより、3つの脂質代謝経路(脂肪酸の生合成、リノール酸の代謝、不飽和脂肪酸の生合成)に関連する物質であった。今後も、得られた集団並びにデータセットについて、フォローアップ研究を続けながら、メタボローム解析とメタボロームプロファイリングによる検討を進め、肥満に関連する代謝物マーカー研究の一助になるべく検討を進めたい。研究課題通りである。栄養疫学未使用額の発生は、購入予定であった分析消耗品について、物品調整を行うため、部分的に翌年度にまとめて消耗品購入することにしたためである。購入予定通りに進める。
破骨細胞が制御する骨髄老化機構の解明と造血機能の若返りへの応用

加齢により骨髄の造血能が低下することが報告された。理由として骨髄の脂肪髄化が挙げられるが、メカニズムは不明である。我々は、骨を吸収する破骨細胞が脂肪髄を誘導することを見出した。以上の所見は、破骨細胞が脂肪細胞分化誘導因子を発現することを示唆する。本研究では、脂肪細胞分化誘導因子を同定し、破骨細胞による脂肪髄の形成機構を明らかにする。骨髄老化の分子メカニズムの全容を解明する。
シーボルト標本による自然の体系と江戸の自然環境の検証

植物分野では、タイプやそれに準じる標本を中心に、これまで調査できなかった単子葉植物を中心にライデンとミュンヘンで当該標本を探索し、分類学的検討を行い、写真撮影を行った。イギリスのキュー植物園にもシーボルトの標本があり、その中にはタイプの重複品や論文に引用された標本も含まれていることが判明した。また、ウィーン自然史博物館はシーボルトとの関係が知られていなかった博物館であるが、シーボルト標本が収蔵されていることが分かった。動物分野ではライデンでシーボルト貝類標本の追加調査を行い、標本を撮影した。ベルリン自然史博物館でも少数のシーボルト標本が発見された。文書資料は、ベルリン国立図書館でシーボルト関連の文書調査を行った。2017年の調査で発見されたビュルガーの書いた1826年江戸参府日記を詳細に検討した。ビュルガーはシーボルトの日本における助手であり、江戸参府に同行している。検討の結果、この日記は、旅行中に書かれた記録に長崎に戻った後に書き加えられたコメントからなっており、シーボルト著「日本」に掲載されている江戸参府日記の下書きであることが初めてわかった。シーボルトはビュルガーの日記を基にして、自らの見聞を追加して江戸参府日記を書いたと思われる。ビュルガーの日記には、シーボルト著「日本」の参府日記には書かれていない多くの情報があり、参府旅行の間に収集された自然史標本について、その収集過程が克明に記述されている。同様に、植物、動物、地質、鉱物、地理、気候、測地などについて重要な記述が多く含まれている。現在、全文の解読とシーボルトの日記との対比を行っている。当初の計画通りに海外収蔵標本調査を実施できており、新規のシーボルト標本の発見があった。研究目標の達成に向けて、次年度も標本調査を継続できる見込みである。2019年11月にライデンで開催される予定の第12回国際シーボルト研究会議に参加し、研究発表を行う。また、会議の前後にナチュラリス生物多様性センターに収蔵されているシーボルト標本の再調査を行う。さらに、ナチュラリス生物多様性センターのアーカイブ、ライデン大学図書館に収蔵されている文書資料を調査する。過去の調査結果で未公表のものは本年度に出版する。本年度の調査終了後にはシーボルトコレクションの全貌についてまとめなおし、その成果は、シーボルト来日200周年の2023年に開催される予定のシーボルト自然史特別展示に反映させる。本年度は、本研究グループのメンバーがこれまでに調査し、蓄積してきたシーボルトの自然史コレクションに関する知見を書籍「ナチュラリストシーボルト日本の多様な自然を世界に伝えたパイオニア」としてまとめた。しかし、この書籍には言及されていない資料も多く存在しており、このギャップを埋め、シーボルトが記録しようとした江戸の自然を復元することが本研究の目的である。例えば、シーボルトは生物については動物はFauna Japonica、植物はFlora Japonicaの大著を出版したが、鉱物についての書物は無い。しかし、鉱物については"Mineralogia Japonica"とも言うべき書物を出版する意図を持っており、未公表の鉱物に関する手書き原稿が存在していた。それを英訳してActa Sieboldiana Xとして出版されたのが、Siebold's "De Mineralogia Japonica"である。この出版により、シーボルトが日本の鉱物の産地についての情報と標本を収集し総括しようとしていたことが克明にあきらかになった。生物資料では、ドイツ、トランダ、イギリスにおけるシーボルト植物標本の調査を進め、その成果として、シーボルトとツッカリーニが記載したタイプ標本のステータスの検討シリーズのpart9とpart10が出版された。動物標本は、ライデンのナチュラリス生物多様性センターの標本室の工事が行われることになり閉鎖されたため、多くの分類群では調査計画を変更した。貝類標本はシーボルトコレクションの多くが分離されていたため、調査を継続することができた。また、アムステルダムからライデンに移管されたコレクションからシーボルト標本を抽出する作業はほぼ完了した。一方、これまで調査がほとんど行われていなかったロンドン自然史博物館の標本を調査した。動物標本の調査がライデンのナチュラリス生物多様性センターの収蔵施設の工事のために遅れているが、ライデン以外の研究機関の標本は調査できている。また、植物、鉱物は問題なく調査を進行できている。従って、全体としては概ね順調に進展している。本年度は、主に植物学、鉱物学の分野の研究を優先的に進めた。その理由は、動物学コレクションの中核をなすライデンのナチュラリス生物多様性センターのコレクションが工事により閉鎖され、収蔵庫の利用が月に1日に限定されていることによる。植物標本の調査はミュンヘンとライデンを重点的に行った。前年に引き続きシーボルトとツッカリーニによって記載された日本産植物のタイプ標本のタイプステータスの再検討を行い、報告論文としてpart 11, part 12が出版された。鉱物学については、昨年度出版された「Siebold's "De Mineralogia Japonica"」以外にも未公表資料が存在しており、文書資料の存在確認と翻訳を進めている。鉱物関係の文書資料はドイツ語で専門的な内容で書かれているため過去に研究されておらず、この翻訳作業には時間を要している。動物標本についてはロンドン自然史博物館の標本調査を行った。貝類ではタイプ標本の中にシーボルト標本が確認された。一般標本は量が膨大であり、シーボルト標本を特定する作業には時間を要している。

ナチュラリス生物多様性センターでは、動物標本室の閉鎖中はデジタルデータの作成を進めており、シーボルト標本の写真データが作成されている。2017年10月にはドイツ・ボンでシーボルトコレクション会議が開催され、ドイツ、オランダ、日本からシーボルト研究者が出席し、シーボルト標本の研究について情報を交換した。シーボルトの自然史関係の標本、文書資料、文献データは増え続けており、この情報を3カ国でどのように共有し研究を進めるか意見交換を行った。11月にはナチュラリス生物多様性センターのスタッフが来日し、シーボルト研究の進め方について議論した。動物標本の調査がライデンのナチュラリス生物多様性センターの収蔵施設の工事のために遅れているが、ライデン以外の研究機関の標本は調査できている。また、植物、鉱物は問題なく調査を進行できている。従って、全体としては概ね順調に進展している。植物分野では、タイプやそれに準じる標本を中心に、これまで調査できなかった単子葉植物を中心にライデンとミュンヘンで当該標本を探索し、分類学的検討を行い、写真撮影を行った。イギリスのキュー植物園にもシーボルトの標本があり、その中にはタイプの重複品や論文に引用された標本も含まれていることが判明した。また、ウィーン自然史博物館はシーボルトとの関係が知られていなかった博物館であるが、シーボルト標本が収蔵されていることが分かった。動物分野ではライデンでシーボルト貝類標本の追加調査を行い、標本を撮影した。ベルリン自然史博物館でも少数のシーボルト標本が発見された。文書資料は、ベルリン国立図書館でシーボルト関連の文書調査を行った。2017年の調査で発見されたビュルガーの書いた1826年江戸参府日記を詳細に検討した。ビュルガーはシーボルトの日本における助手であり、江戸参府に同行している。検討の結果、この日記は、旅行中に書かれた記録に長崎に戻った後に書き加えられたコメントからなっており、シーボルト著「日本」に掲載されている江戸参府日記の下書きであることが初めてわかった。シーボルトはビュルガーの日記を基にして、自らの見聞を追加して江戸参府日記を書いたと思われる。ビュルガーの日記には、シーボルト著「日本」の参府日記には書かれていない多くの情報があり、参府旅行の間に収集された自然史標本について、その収集過程が克明に記述されている。同様に、植物、動物、地質、鉱物、地理、気候、測地などについて重要な記述が多く含まれている。現在、全文の解読とシーボルトの日記との対比を行っている。当初の計画通りに海外収蔵標本調査を実施できており、新規のシーボルト標本の発見があった。研究目標の達成に向けて、次年度も標本調査を継続できる見込みである。今後、以下の研究機関、収蔵施設の自然史標本および関連文書資料の調査を進める。オランダ:ナチュラリス生物多様性センター、国立民族学博物館、シーボルトハウス、ドイツ:ミュンヘン州立植物標本館、ボーフム大学、フンボルト博物館、イギリス:ロンドン自然史博物館、キュー植物園。
小胞体ストレスを標的としたγ-トコトリエノールのNAFLD改善効果

近年日本人に急増している非アルコール性脂肪性肝疾患に対するトコトリエノールの予防効果について検討を行うため、初年度はまず小胞体ストレス誘導(Tunicamycin投与)によるNAFLDモデルマウスの作成を行った。4週齢のC57BL/6J雄性マウスを予備飼育後、通常食群(C群)、高ショ糖食群(S群)、高乳脂肪食群(F群)、通常食+Tunicamycin群(CT群)、高ショ糖食+Tunicamycin群(ST群)、高乳脂肪食+Tunicamycin群(FT群)の6群に分けた(n=56)。各群に通常食、高ショ糖食、または高乳脂肪食を与え、8週間の本飼育を行った。解剖24時間前にCT群、ST群、FT群にTunicamycin(2μg/g B.W.)を腹腔投与した。イソフルランによる呼気麻酔下で心臓より採血し、肝臓、腎周囲脂肪及び副睾丸周囲脂肪を摘出し、各種測定に用いた。肝臓ならびに脂肪組織重量は、通常食に比べて高乳脂肪食を摂取することで有意に増加した。肝損傷マーカーであるASTならびにALT活性は、Tunicamysin投与によって有意に増加した。飼料の影響はASTでは見られなかったが、ALTはFT群が他の5群に比べて有意に高かった。肝臓切片のオイルレッドO染色の結果から、乳脂肪食摂取による脂質蓄積が見られ、さらにTunicamycin投与によって(FT群)、大滴性脂肪が確認された。一方、肝臓切片のHE染色の結果から、NASHに特徴的なマロニーデング体や風船様変性は見られなった。肝臓の小胞体ストレスタンパク質(CHOP、XBP1)発現量をウエスタンブロットで測定したところ、CT群やST群と比べてFT群で上昇することを確認した。以上の結果から、Tunicamysin投与による脂肪肝ならびに肝損傷誘導は高乳脂肪食を摂取していると顕著であることが明らかとなった。当初の予定では、肝臓ならびに脂肪組織の炎症性サイトカインとケモカイン遺伝子発現量、脂肪大滴性化に関わる因子の遺伝子発現量を測定する予定であったが、未分析であるため。炎症については、ビタミンE同族体の効果の検討と並行して評価を進める。高乳脂肪食+Tunicamycin投与によるNAFLDモデルに対するビタミンE同族体の効果を検討する。当初の計画ではα-トコフェロール、α-トコトリエノール、γ-トコトリエノールの3種類の同族体で比較する予定であったが、α-ならびにγ-トコトリエノールの入手が困難であるため、まずはトコトリエノール混合物(α-、β-、γ-、δ-トコトリエノールの混合物)を用いて効果を検討する。その結果、トコトリエノール混合物にNAFLD改善効果が認められれば、HPLCを用いてトコトリエノール各同族体の分取を行い、量的に可能であれば動物実験を行う。十分な量のトコトリエノール同族体を得られなければ、細胞実験で効果を精査する予定である。

当初の計画ではα-トコフェロール、α-トコトリエノール、γ-トコトリエノールの3種類の同族体で比較する予定であったが、α-ならびにγ-トコトリエノールの入手が困難であるため、まずはトコトリエノール混合物(α-、β-、γ-、δ-トコトリエノールの混合物)を用いて効果を検討する。その結果、トコトリエノール混合物にNAFLD改善効果が認められれば、HPLCを用いてトコトリエノール各同族体の分取を行い、量的に可能であれば動物実験を行う。十分な量のトコトリエノール同族体を得られなければ、細胞実験で効果を精査する予定である。計画がやや遅れており、未分析の実験があるため。今後、肝臓ならびに脂肪組織の炎症性サイトカイン遺伝子発現量の分析に必要な試薬に使用する予定である。
家族性癲癇における内向き整流性カリウムチャネルの解析

癲癇発症には多様な分子基盤が考えられており、文献上、脳アストロサイトに発現する内向き整流性K+チャネルKir4.1の遺伝子異常が癲癇の原因の一つとなりうることが指摘されている。脳アストロサイトには、Kir4.1とKir5.1から構成されるKir4.1ホモ複合体とKir4.1/5.1ヘテロ複合体が存在するが、我々はKir4.1の癲癇への関与と、それに作用する薬物開発を通して、Kir4.1を標的とした癲癇治療への展開の可能性を計っている。昨年度、我々はこのKir4.1ホモ複合体チャネルが抗不整脈薬キニジンによって抑制されることを見出した。これは、種々の中枢神経症状を呈するキニジンの副作用の原因解明だけでなく、癲癇等に対する新しい薬剤開発のためにも極めて重要な所見であった。そこで、本年度はキニジンによるKir4.1の電流抑制機構の解明を目的とした。キニジンは濃度依存的にKir4.1の電流を抑制し、その作用は電位依存的であった。IC50は過分極側で140μM,脱分極側では30μMであった。脱分極時にIC_50よりも高濃度のキニジンが存在すると、阻害は一次の結合様式でモデル化できた。一方で、低濃度のキニジン存在下では、電流量の増加が観察された。この現象は、inside-outパッチ下では観察されなかったことから、細胞内因子とチャネル及び、キニジンの相互作用に起因すると推定された。分子メカニズムの詳細は不明であるが、電位依存的、非依存的にKir4.1を阻害する抗欝薬ノルトリプチリン、フルオキセチンではこの現象は観察されない。以上のことから、Kir4.1の阻害薬はクラス分けが可能であり、そのクラスは作用機序の違いを反映している可能性が示唆された。我々は、脳アストロサイトに発現するK^+チャネルに焦点を当て、癲癇発症の分子基盤を解明することを目的に研究を行っている。このチャネルは神経活動により上昇した細胞外のK^+を迅速に取り込む役割(K^+-buffering action)を担っており、神経機能維持に重要な役割を果たしている。生体内でこのチャネルは、内向き整流性K^+チャネルのKir4.1とKir5.1から構成されている。他機関の共同研究者が、既に癲癇患者からKir5.1の遺伝子異常を同定している。アストロサイトにおいて、Kir5.1はKir4.1とヘテロ複合体を作り機能しているが、申請者は予備実験において、この変異Kir5.1をKir4.1と共に異所性発現させると、正常なヘテロKir4.1/5.1電流が観察されないことを電気生理的に見出している。しかし、変異Kir5.1が実際に癲癇発症を誘引する直接原因かどうかの実証や、またその場合の発症のメカニズムの解明は、未だなされていない。申請者は、変異Kir5.1がアストロサイトのK^+電流の特性を変化させることにより、神経回路の興奮性亢進が惹起され、癲癇発症の一因となるという仮説を立てている。この仮説を証明し、上記課題を解決するため、我々は(1)癲癇患者で見出された変異Kir5.1による異常Kir4.1/5.1電流の成立の分子基盤、(2)Kir5.1ノックアウト(Kir5.1^<-/->)マウスの解析によるKir5.1の脳機能における生理的役割と癲癇との関係、を明らかにすることを具体的な目的としている。本年度は、特に(1)について研究を進めた。癲癇患者で見出された変異をもつKir5.1とKir4.1を直接つなぐタンデムコンストラクトを作成し、培養細胞における発現を蛋白レベルで確認した。今後、電気生理学的な解析を行い、癲癇の分子基盤の解明に繋げていく予定にしている。我々は、脳アストロサイトに発現するK^+チャネルに焦点を当て、癲癇の病因の分子基盤の解明と、その治療法の開発を目的に研究を行っている。生体内でこのチャネルは、内向き整流性K^+チャネルのKir4,1とKir5.1から構成されている。一般に、チャネルに作用する薬物を探索し、その効果を詳細に解析することは、疾患に対する新しい治療薬を開発するために重要である。本年度は、アストロサイトのK^+チャネルの機能的ユニットであるKir4.1チャネルが、抗不整脈薬であるキニジンにより阻害されることを見出した。HEK293T細胞へ外因性に発現させたKir4.1を用いて、その電流をパッチクランプ法で測定し、キニジンを投与することで、電流に対する効果を観察した。キニジンは、時間・濃度依存性にKir4.1電流を抑制した[IC_<50>(+20mV/[K^+]_0=5.4mM):31μM]。興味深いことに、抑制効果は電位依存性であり、外向き電流がより強く阻害される傾向にあった。今後は、このキニジンの薬理作用を、電気生理学的手法を用いて、更に詳細に解析していく予定にしている。

また、立体構造モデリングの手法を用いて、キニジンの結合部位を予測し、その抑制効果のメカニズムを解明したいと考えている。これらのデータを基盤として、Kir4.1を活性化・阻害する新たな薬剤を見出し、癲癇の病態基盤の解明と治療薬の開発に結びつけたい。癲癇発症には多様な分子基盤が考えられており、文献上、脳アストロサイトに発現する内向き整流性K+チャネルKir4.1の遺伝子異常が癲癇の原因の一つとなりうることが指摘されている。脳アストロサイトには、Kir4.1とKir5.1から構成されるKir4.1ホモ複合体とKir4.1/5.1ヘテロ複合体が存在するが、我々はKir4.1の癲癇への関与と、それに作用する薬物開発を通して、Kir4.1を標的とした癲癇治療への展開の可能性を計っている。昨年度、我々はこのKir4.1ホモ複合体チャネルが抗不整脈薬キニジンによって抑制されることを見出した。これは、種々の中枢神経症状を呈するキニジンの副作用の原因解明だけでなく、癲癇等に対する新しい薬剤開発のためにも極めて重要な所見であった。そこで、本年度はキニジンによるKir4.1の電流抑制機構の解明を目的とした。キニジンは濃度依存的にKir4.1の電流を抑制し、その作用は電位依存的であった。IC50は過分極側で140μM,脱分極側では30μMであった。脱分極時にIC_50よりも高濃度のキニジンが存在すると、阻害は一次の結合様式でモデル化できた。一方で、低濃度のキニジン存在下では、電流量の増加が観察された。この現象は、inside-outパッチ下では観察されなかったことから、細胞内因子とチャネル及び、キニジンの相互作用に起因すると推定された。分子メカニズムの詳細は不明であるが、電位依存的、非依存的にKir4.1を阻害する抗欝薬ノルトリプチリン、フルオキセチンではこの現象は観察されない。以上のことから、Kir4.1の阻害薬はクラス分けが可能であり、そのクラスは作用機序の違いを反映している可能性が示唆された。
生体と融合する神経インタフェースに関する研究

前年度までに製作したマイクロ流体デバイス上に、神経細胞様に分化するPC12細胞(ラット副腎髄質褐色細胞種)を培養した。そして、微小孔より濃度100ng/mlの神経成長因子を放出し、その際の細胞の変形や軸索伸長の様子を観察した。神経成長因子を放出してから2時間後、細胞は球状のまま基板に接着していたが、4時間後には扁平・肥大化を始め突起を形成し始めた。さらに、6時間後には微小孔に向かって軸索を伸長させる様子が確認できた。また、細胞体自体も微小孔の方向にわずかに移動する様子が確認された。これらの結果より、製作したマイクロ流体デバイスにより、神経インタフェースの構築に必要な神経軸索の誘導が可能であることを示すことができた。神経インタフェースを構築するには神経細胞をマイクロ流体デバイスの所望の場所に固定化する技術が必要であるため、細胞と強い接着性を有するコラーゲンをデバイス上にパターニングし、その膜上での細胞接着性を評価した。コラーゲン・パターニングの方法として、シリコン樹脂製スタンプを用いる方法、マイクロ流路中にコラーゲンを流し込む方法、レジスト材料を用いたコラーゲンのリフトオフによる方法の3種類を試し、比較検討した。その結果、リフトオフを用いることにより簡便にコラーゲンをきれいにパターニングすることが可能であり、さらに細胞非接着面として細胞接着性の極めて悪いチオール系の自己組織化単分子膜を用いることにより、よりコントラストの高い細胞のパターニングが可能であることが分かった。マイクロマシン技術を利用して,神経成長因子(Nerve Growth Factor, NGF)を極微量放出することが可能なマイクロバルブを構築した.まず,シリコン基板または石英基板上にNGFを輸送するための幅数10数100μm,深さ約10μmのマイクロチャネルをT字型に構築した.この際,シリコン基板ではTMAH溶液による異方性エッチングで,また石英基板ではバッファード・フッ酸による等方性エッチングで,それぞれのチャネルを形成した.このT字型チャネルのクロス部分だけにアモルファスフッ素樹脂をコーティングすることにより疎水性表面を形成し,その他の面はSiO_2薄膜を形成させて親水性とした.このチャネルにシリコーン樹脂で蓋をし,3個のチューブコネクタ(液体注入口,出口,エアベント用)を接続した.チャネル内に流体を注入すると,疎水部では流体がはじかれ,チャネル中の流体は空気で隔てられた.入口側から圧力を加えると流体が疎水部に浸入し,出口側の流体と接触しバルブが開くことを確認した.このバルブ動作の特性を定量的に評価した.流体として純水を用い,印加圧力とチャネル幅を様々に変更して,バルブが開くのに必要なスイッチング時間を計測した.その結果,印加圧力が大きくチャネル幅が広いほど,スイッチング時間が短くなることがわかった.特に印加圧力の僅かな値の違いがスイッチング時間に大きく影響を及ぼし,60μm幅よりも広いチャネルでは印加圧力7kPaで数秒以内に開閉できることがわかった.また,神経誘導の際に使用する培地を流体として用いて実験を行った結果,純水に比べて粘性が高いため開閉動作が若干遅くなるが,問題なくバルブとして使用できることを確認した.次に,入口側の流体に蛍光色素(ローダミンB)を溶かし,バルブが開いてからの出口側チャネル内の蛍光強度の時間変化を計測することにより,入口側の流体から出口側の流体に物質を拡散移動できることを確認した.幅60μm,高さ30μmのマイクロ流路中で未分化の単一神経細胞を吸引固定し,その細胞に神経成長因子を作用させることにより単一軸索の伸長制御を行うことができるマイクロ流体デバイスを構築した.マイクロ流路の底面の材質はガラスであり,側面及び上面を厚膜レジストSU-8で構成した.粘性の異なる2種類のレジスト材料を利用して,流路中の細胞固定部に吸引用と神経成長因子導入用の高さ3μmの狭窄部を設けた.実際にこのデバイス内で単一のPC12細胞を固定化し軸索の伸長制御を行った.この実験により,固定化に必要な最適な吸引速度や神経成長因子濃度の違いによる軸索伸張速度の違いなどを得た.SOI (Silicon on Insulator)基板を両面から加工することにより,神経成長因子を放出するためのナノホール・アレイとその放出量を制御するマイクロバルブを組み合わせたマイクロ流体デバイスを構築した.SOI基板のシリコン基板層を加工することにより細胞を培養するためのチャンバを製作し,単結晶シリコン薄膜層を加工することによりマイクロ流路を構築した.酸化シリコン薄膜層には集束イオンビームによりナノホールを複数貫通させ,培養チャンバとマイクロ流路がこのナノホール・アレイのみで通じるようにした.マイクロ流路中には表面の親水性・疎水性を利用したマイクロバルブを構成し,外部圧力によるバルブの開閉を実現した.外部より圧力を印加すると,マイクロ流路入口側の流体とナノホール・アレイ直下の流体が結合し,流路入口側からナノホール側へ神経成長因子が拡散し,最終的にナノホールから放出される.よって,マイクロバルブの開閉により,ナノホールからの神経成長因子放出量を制御することが可能である.これを確かめるために蛍光色素を用いた実験を行い,バルブ開閉によりナノホールからの放出制御が可能であることを検証した.前年度までに製作したマイクロ流体デバイス上に、神経細胞様に分化するPC12細胞(ラット副腎髄質褐色細胞種)を培養した。

神経成長因子を放出してから2時間後、細胞は球状のまま基板に接着していたが、4時間後には扁平・肥大化を始め突起を形成し始めた。さらに、6時間後には微小孔に向かって軸索を伸長させる様子が確認できた。また、細胞体自体も微小孔の方向にわずかに移動する様子が確認された。これらの結果より、製作したマイクロ流体デバイスにより、神経インタフェースの構築に必要な神経軸索の誘導が可能であることを示すことができた。神経インタフェースを構築するには神経細胞をマイクロ流体デバイスの所望の場所に固定化する技術が必要であるため、細胞と強い接着性を有するコラーゲンをデバイス上にパターニングし、その膜上での細胞接着性を評価した。コラーゲン・パターニングの方法として、シリコン樹脂製スタンプを用いる方法、マイクロ流路中にコラーゲンを流し込む方法、レジスト材料を用いたコラーゲンのリフトオフによる方法の3種類を試し、比較検討した。その結果、リフトオフを用いることにより簡便にコラーゲンをきれいにパターニングすることが可能であり、さらに細胞非接着面として細胞接着性の極めて悪いチオール系の自己組織化単分子膜を用いることにより、よりコントラストの高い細胞のパターニングが可能であることが分かった。