hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
低濃度フッ化物の腎機能への影響に関する研究(加齢に伴う腎機能低下との相互影響)

尿中クレアチニンは投与後1日目に低下したものの、2日目以降実験期間を通して正常範囲内であった。尿中GSTは投与後第1日目に急激な上昇を来し、以後7日間にわたって増加が認められ、10日目に前値にまで回復した。以上の結果はフッ化物の過剰暴露により糸球体からHenle系蹄に至る広範囲の腎機能障害を来すことを示唆するが、特にNAGの変化に比しGSTの変動が長く維持されることは、近位尿細管でも曲部より直部のS3と呼ばれる部位を中心とした障害がより長期に認められることを示すものである。フッ化物取扱い作業者では、生体に対して様々な影響が報告されている。体内に取り込まれたフッ素(F)は、ほとんどが腎臓から排泄されるため、腎毒性に関する報告も多い。本研究では、フッ化物暴露の腎への影響について、近年、近位尿細管障害の指標として注目されているα-glutathion-S-transferase(GST)を中心に、creatinine(Cr)やN-acetyl-β-D-glucosaminidase(NAG)などの腎機能障害指標や、尿中フッ素排泄との関係を検索した。本研究では一定濃度のフッ素の長時間暴露による腎への影響を把握するため、持続的に静脈内投与を行った。11週齢Wister系SPF雄性ラット(計19匹)を麻酔下、まず初期利尿を促進するため頸静脈よりシリンジポンプを用いて5mlの生理食塩水(生食)を注入した。これらを3群に分け、コントロール群(6匹)には引き続き生食のみ、F投与群(13匹)には弗化ナトリウム(NaF)を溶解させた生食(F濃度350μg/ml:7匹、700μg/ml:6匹)をそれぞれ3ml/hで6時間持続的に投与した(F投与群の総F投与量は6.3mg、12.6mg)。膀胱内留置チューブによる採尿は2時間間隔で計3回(採尿開始から2時間後(0-2h)、2時間後から4時間後(2-4h)、4時間後から6時間後(4-6h))施行した。測定項目は、尿量、尿中F(イオン電極法)、Cr(Jaffe法)、NAG(MCP-NAG法)の4つとした。尿量は全群とも経時的に増加したがF12.6mg投与群は2時間以降、他群に比し減少傾向を認めた。尿中排泄F量は、F没与群で0-4hまでは経時的な増加を認めたがF12.6mg投与群では4-6hでやや低下していた。尿中排泄Cr量はF6.3mg投与群はコントロール群に比し明らかな低下を示さなかった。尿中排泄NAG量はF12.6mg投与群において4時間以降急激な増加を示した。以上より、高濃度の暴露であっても持続微量投与では緩やかなFの蓄積により、暴露初期においては腎への急性影響は認めにくいが、暴露過程で尿細管障害を含む急激な腎障害を発症することが認められた。フッ化物暴露により体内に取り込まれたフッ素(F)はそのほとんどが腎臓から排泄されるため、単回暴露による腎毒性に関する実験的報告は多い。本研究では作業現場などでの持続的暴露による影響を把握するため、F溶液の静脈内持続投与による腎への影響を動物を用いて検索した。11週齢のWistar系雄性ラット(計20匹)を麻酔下、頚静脈よりシリンジポンプを用いて生理的食塩水を注入する。
超伝導微細孔列における渦系多重度の測定と情報制御

超伝導微細孔格子とは、超伝導薄膜に規則正しくマイクロ孔を格子状に開けた規則正しい多重連結系である。我々は、磁束量子系の受け皿として、超伝導微細孔格子をを考えた。ボルテックス挙動の理解と配置パターン制御ができれば記憶素子として可能性も拓けてくるであろう。本年度は従来型超伝導体Pbを用いたサンプル開発に努力した。超伝導微細孔格子に対する巨視的ボルテックス応答はSQUID磁化で調べた。幾何学構造を微細加工ではなく微細構造を有する基盤に超伝導物質を蒸着する方法で実現した。(1)メタルメッシュマイクロシーブ、(2)キャピラリープレートを入手し比較検討した。(1)は超伝導微細孔四角格子として、(2)超伝導微細孔三角格子として利用することにした。微細孔三角格子基盤の微細孔は直径6μm、ピッチは7.5μmである。全ての微細孔に磁束量子が入るマッチング磁場は0.425Gである。Pb(5N)を円形に蒸着した。微細孔へのPbの入り込みを防ぐために基盤は60度傾けた。サンプルの超伝導転移温度は7.25Kである。マッチング磁場で0.425Gであることから、微小磁場中での測定が必要である。我々は、転移点近傍で磁化曲線は非対称である。7.24Kでは正磁場側では10^<-4>emu程度の超伝導反磁性が見られるが、負磁場側では磁化は極端に小さいが拡大するとマッチング磁場の整数倍でピークを持つことが分かった。Little-Parks効果に関連した現象である。6Kでの測定はほぼマイスナー反磁性に対応する直線変化が磁場の±側で見られることから、非対称性は装置に依るものではない。
高強度パルス重イオンビーム技術の高度化と次世代半導体用導電性制御技術の開発

本研究は、次世代半導体材料への新しいイオン注入技術であるパルスイオン注入法の実現に向け、これまで培ったパルス重イオンビーム技術をより高度化・最適化を行うとともに、炭化ケイ素材料に高強度パルス重イオンビームを照射し、試料の電気特性、ドーパントの深さ方向分布などを評価・検証し、最終的にはp-n接合の形成実験を行い、新しいイオン注入法の実現に向けた知見を得ることを目的とする。
ヒマワリから単離されたミトコンドリア雄性不稔遺伝子の分子生物学的研究

本申請課題では,雄性不稔ヒマワリのミトコンドリアのorf522遺伝子を大腸菌発現ベクターのひとつ、pMAL-p2、を用いて発現させるとその大腸菌が致死になるという、申請者の新しい発見(Nakai et al. 1995)に基づいて、orf522遺伝子コード領域の変異体を作製し、致死作用をもたらすこのタンパク質の機能領域を絞り込むことを最初の目標に掲げた。そのため、この遺伝子のコード領域に存在する各種制限酵素切断部位を利用して種々のサブクローンを作製する実験、ならびにExoIII/Mung bean両ヌクレアーゼを用いて各種欠失変異体を作製する実験をともに実施し、その結果を検討した。また、新たな大腸菌発現ベクター、pGEX、にorf522遺伝子コード領域全体をクローニングし、産物の大腸菌への致死作用を再検討する実験も試みた。しかしながら、オリジナルのpMAL-p2/orf522では大腸菌への致死作用に関して再現性が確認されたものの、上記の実験により作製された各種プラスミドの中には大腸菌に明瞭な致死作用を示すものは無く、当初の目的を達成できていない。そこで急遽、PCRにより欠失変異体を作製することに方針を転換し、本研究費によりPCRプライマーを購入した。実験は継続中であり、この結果は近日中に明らかになる予定である。なお、本研究費で購入した装置によりタンパク質を大量に精製する系でが確立できたので、今後、今回の実験で作製したorf522遺伝子の各種変異体からタンパク質を調製し、抗体を作製する予定である。
迂回の特性を捉えた最短遷移アルゴリズムに関する研究

組合せ遷移は,持続的システムや組合せパズルといった多くの動的な状況を数理モデル化し,そのアルゴリズムを理論解析する研究である.本研究では「遷移に必要な最小ステップ数はいくつか?」という最短遷移問題に対し,アルゴリズム手法の開発を目指す.特に,異なるタイプの問題を比較検証することで,最短遷移問題の難しさの本質に迫り,開発したアルゴリズムを基礎手法として汎用化することを目指す.組合せ遷移は,持続的システムや組合せパズルといった多くの動的な状況を数理モデル化し,そのアルゴリズムを理論解析する研究である.本研究では「遷移に必要な最小ステップ数はいくつか?」という最短遷移問題に対し,アルゴリズム手法の開発を目指す.特に,異なるタイプの問題を比較検証することで,最短遷移問題の難しさの本質に迫り,開発したアルゴリズムを基礎手法として汎用化することを目指す.
ＢＩＭ・ＣＦＤ連携による都市風環境の予測・評価・設計のための樹木モヂュールの開発

本研究では、まず、樹林内や単木周辺流れの乱流統計量を取得するための野外観測を行った。次に、物体群を解像した高分解能のLESにより、Canopy層内の乱流統計量の詳細な分布を取得した。LESの結果を用いた乱れの長さスケールの算出方法を新たに考案し、Canopy層の乱れの長さスケールに及ぼす要因を分析した。さらに、物体を解像しないk-εモデルに基づくCanopyモデルに含まれる係数設定法を検討した。最後に、樹木Canopyモデルを樹種毎にモヂュール化し、このモヂュールを汎用CFDコードに搭載して、東日本大震災の津波で防潮林が消失した仙台平野の農地を対象に、防潮林が風環境に及ぼす影響の分析を行った。(1)連携研究者の手代木の協力を得て、千葉県袖ケ浦の圃場において、都市に比較的多く点在する森林と単木の中間的な樹木密度の領域において周辺の風速や乱流統計量、さらに蒸散量や温湿度等の長期測定を行い、解析結果検証のための実測データを取得し、分析を加えた。また、周辺に樹木のない領域に単木の試験体を同時に設置し、樹木単木と群落の性状の比較も行った(測定は現在も継続中)。(2)前年度に引き続き、高分解能のLESにより、密度、形状を系統的に変化させた解析を行い、Canopy層に作用する抗力とCanopy内の乱流統計量の詳細な分布を算出し、レイノルズ平均型の実用的乱流モデルの解析結果と比較し、実用的モデルに含まれる数値係数の最適化を行った。Canopy層内の乱れの長スケールの算出に関しては、ダイナミック型のLESモデルで用いられる最小2乗法によるモデル係数設定法を援用した新たな方法を考案し、従来の研究では困難であった乱れの長さスケールの空間分布の直接比較を行った。そして、レイノルズ平均型モデルにおける乱れのスケールのモデル化の精度検証を行い、モデル化の普遍性を格段に向上させる新たな取り扱いを考案した。(3)これとともに、樹木の形状やモデル係数を樹種ごとにモヂュール化した、BIM連携型のCFD解析のための入力モヂュールを試作した。さらに、これを汎用流体解析ソフト(Flow Designer)に搭載し、実市街地を対象としたケーススタディを通じて、実際の市街地における植栽計画への利用可能性という観点から改良を加えた。(1)従来申請者等が長年手がけてきたLESに基づく解析プログラムを用いて、葉の抵抗を記述する工学的Canopyモデルを組み込み、高分解能のメッシュ(計算メッシュスケール≪樹木スケール)で植生層内の乱流場の性状を高精度に予測する手法を開発した。続いて、LESの結果から乱流渦の特徴的長さスケールを推定する新たな方法を提案した。(2)連携研究者の手代木((財)都市緑化技術開発機構)と研究協力者の大槻((株)雪研スノーイーターズ)の協力の下に、北海道札幌市郊外のあいの里地区や東北大学片平キャンパスにおいて、従来の研究データの蓄積が乏しい、樹林と樹木単体の中間的な密度の都市内樹木群周辺の環境を対象とする測定を行った。(3)樹木のモヂュール化に先立ち、連携研究者の手代木と研究協力者の小林(大成建設設計部設計本部)と共同で、実際の都市環境設計における樹木に係る選択肢(高木、低木、広葉樹、針葉樹、常緑樹、夏季・冬季の落葉樹等)を分類、整理した。また、都市緑地法第34条(植栽時の実際の水平投影面積の規定)や第60条(成長時を計画・予定した植物の水平投影面積の規定)との整合性も考慮し、樹種に加え、植栽時用、成長時用のモヂュールも用意する等、実際の環境アセスメント時の目的、用途を考慮して、作成すべきモヂュールのタイプを決定した。(4)(3)で分類した選択肢に応じて解析条件の設定を変更した条件に加え、樹木密度を変化させた高分解能のLES解析を行い、実測で取得するのが難しい、より詳細な植生層内の乱流特性量(乱流エネルギー、粘性消散率、乱れの長さスケール等)の空間分布のデータを取得した。次に、本研究で新たに開発する実用的モデル(レイノルズ平均の概念に基づく)に含まれる数値係数の樹木群の密度、形状等の変化応じた変化を前述の解析より得られたデータを用いて同定した。1)従来申請者等が長年手がけてきたLESに基づく解析プログラムに対して、葉の抵抗を記述する工学的Canopyモデルを組み込み、高分解能のメッシュ(計算メッシュスケール<<樹木スケール)で植生内の乱流場の性状を高精度に予測する手法を提案した。

2)千葉県袖ケ浦の圃場において単木と群落の中間的樹木密度の領域において、風速や乱流統計量、さらに蒸散量や温湿度の長期測定を実施した。さらに、2014年8月には乱流統計量(乱流エネルギー、乱れの長さスケール)、温湿度の空間分布の詳細な測定を実施した。得られた乱れの長さスケールから、樹木Canopy層内では樹冠によって乱流渦が分解されていることを確認した。3)物体群を解像した高分解能のLESにより、Canopy層に作用する抗力とCanopy層内の乱流統計量の詳細な分布を算出した。2014年度には、物体群を解像した流れ場で定式化されるε方程式と、Canopyモデルで想定する水平一様な流れ場で定式化されるε方程式の差に注目した新たな乱れの長さスケールの算出方法を考案し、物体群のアスペクト比がCanopy層の乱れの長さスケールの分布に及ぼす影響を分析した。そして、高分解能のLESの結果と物体群を実際には解像しないRANS型Canopyモデルに基づく実用モデルに含まれる係数設定法を検討するとともにその最適化を行った。4)樹木の形状やモデル係数を樹種ごとにモヂュール化した。2014度年には、この樹木モヂュールを汎用CFD解析コード(OpenFOAM)に搭載し、RANS型のCanopyモデルに基づく解析により、東日本大震災の際の津波により防潮林が消失した仙台平野の農地を対象に、防潮林の有無が風環境に及ぼす影響の予測を行った。さらに、樹木モヂュールを汎用流体解析ソフトFlowDesingerで、ユーザーがライブラリから使用できるように変換を行った。建築環境・設備a)Canopy層内の乱流性状を正確に予測可能な実用的なモデルを構築する際の鍵となるのが、風上側の乱流渦がCanopy層内で分解されるプロセスのモデル化であり、そのためにはCanopy層内における乱れの長スケールの減少を適切にモデル化することが不可欠である。これに関するモデル化の精度を検証するには、乱れの長さスケールの詳細な空間分布の情報が必要であるが、従来、そのようなデータは存在していなかった。本研究では、LESの結果からCanopy層内の乱れの長さスケールの空間分布を算出する方法を新たに考案し、各種条件下におけるその分布に関するデータベースを構築することが出来たので、実用的なCanopyモデルのモデル係数の直接的な同定が可能となった。これは当初の想定以上の大きな進展である。b)当初は市街地内の樹林帯における1週間程度の測定を考えていたが、連携研究者の手代木の尽力により、千葉県袖ケ浦の圃場内に樹木の試験体を設置し、周辺に観測装置を常設することが出来たので、1年以上の長期観測を継続的に行うことが可能となった。これにより、様々な条件下のデータが習得されつつあり、これはモデル検証用のデータとして非常に貴重なものである。当初の計画にあった、実際の都市環境設計における樹種の選択肢(高木、低木、広葉樹、針葉樹、常緑樹、夏季・冬季の落葉樹等)を変更した解析にとどまらず、樹木の配植密度を変化させた解析まで行い、樹木がまばらに点在する様な状況下で、樹木の内部で形成される小さな渦と樹木間で形成される大きな渦が混在する特徴的な流れ場の乱流特性量(乱流エネルギー、粘性消散率、乱れの長さスケール等)の空間分布を取得することができた。(1)平成25年度のLESデータを用いた実用的Canopyモデルの精度改善のための検討を継続し、より普遍性の高いモデルの構築をめざす。(2)袖ケ浦の実測対象領域並びに2006年に申請者等が行った仙台市中心市街地(定禅寺通り)の風環境、温熱環境測定対象領域を対象として、(1)の成果を用いた数値解析を行い、精度の検証を行う。また、必要に応じてモデル係数の再チューニングにより精度の改善を図る。
両大戦間期農家経済のミクロデータ分析

本研究において対象となる農家調査は、調査実施主体でみると、農林省や帝国農会による全国範囲の農家調査、旧積雪地方農村経済調査所による東北地方を中心とする農家調査、京都大学で実施されてきた近畿圏を中心とする農家調査などである。いくつかの調査は、昭和恐慌をはさむ形で調査がなされているので、昭和恐慌が農家経済に与えた影響を、より精緻に解明することができる。本研究の遂行により、農林省農家経済調査の客体名簿の整備をはじめとして、戦前期に実施された農家調査のメタデータの整備を行った。また、昭和恐慌が農家家計の生産性に及ぼした影響の解明をはじめとして、戦前期の農家を対象とした多くの計量的研究を実施した。本研究の目的は、両大戦間期に日本および中国で実施された複数の農家調査の復元と分析を行うことである。対象となる農家調査は、これまでの挑戦的萌芽研究で進めてきたものが中心であり、本研究により研究成果のいっそうの深化を図る。調査実施主体でみると、農林省や帝国農会による全国範囲の農家調査、旧積雪地方農村経済調査所による東北地方を中心とする農家調査、京都大学で実施されてきた近畿圏を中心とする農家調査、そして戦前期中華民国を対象とするものが含まれる。平成25年度は、ほぼ構築されつつある既存のデータセットによる分析と、戦前期日本の新たなデータセットの構築に着手した。構築されたデータセットからは、それぞれの調査の調査内容に応じて、両大戦間期の農家経済の生産効率性、人的・自然災害への対処行動、世帯内の労働時間配分、資産蓄積行動などが分析される。具体的には、戦間期の繭特約取引と繭価形成、長期時系列統を用いた我が国の養蚕業構造変化、戦前日本における農家家計の生産性と集計的ショックなどの分析が行われた。調査実施主体でみると、農林省や帝国農会による全国範囲の農家調査、旧積雪地方農村経済調査所による東北地方を中心とする農家調査、京都大学で実施されてきた近畿圏を中心とする農家調査が含まれる。平成26年度は、25年度に引き続き、ほぼ構築されつつある既存のデータセットによる分析と、戦前期日本の新たなデータセットの構築に着手した。具体的には、戦間期の繭特約取引と繭価形成、長期時系列統を用いた我が国の養蚕業構造変化、戦前日本における農家家計の生産性と集計的ショックなどの分析が行われ、成果をとりまとめたものについては投稿がなされた。平成27年度は、25、26年度に引き続き、ほぼ構築されつつある既存のデータセットによる分析と、戦前期日本の新たなデータセットの構築に着手した。構築されたデータセットからは、それぞれの調査の調査内容に応じて、両大戦間期の農家経済の生産効率性などの分析なされた。また、戦前期農家経済調査の客体名簿の整備が行われ、資料の残存状況や標本の連続性、経営主の交代の状況などが明確になった。それぞれの研究成果の投稿や公開に向けたメタデータ(調査関係資料、データレイアウトなど)の整備を行った。

平成26年度は、25年度に引き続き、ほぼ構築されつつある既存のデータセットによる分析と、戦前期日本の新たなデータセットの構築に着手し、構築されたデータセットから、それぞれの調査の調査内容に応じて、両大戦間期の農家経済の生産効率性、人的・自然災害への対処行動、世帯内の労働時間配分、資産蓄積行動などが分析される予定であった。別掲の研究概要のように、戦間期の繭特約取引と繭価形成、長期時系列統を用いた我が国の養蚕業構造変化、戦前日本における農家家計の生産性と集計的ショックなどの分析が行われ、論文投稿がなされた。また、現金に関する農家経済調査や庄内地方米作調査については、データセットの基礎整備が、そして戦前期農家経済調査の整備は、資料数単位では8割程度の結束作業を終えた。戦前期農家経済調査は、電子調査票の作成準備、秘匿措置の検討、名簿整備等を含め、戦前期農家経済調査資料のメタデータ作成が大幅に進展しており、順調に研究は進んでいるといえる。27年度が最終年度であるため、記入しない。農業経済学次年度以降は、以下のような形で本研究を進めていく。平成27年度は、基本的に、平成26年度までと同様の内容で研究を進めるが、我が国で実施された各農家調査の位置づけを明確にするために、海外で実施された両大戦間期の農家調査の情報収集に着手する。また、データセットの公開のための準備にも着手する。これまで構築したデータセットのうち、データ入力が完了したものは、研究分担者などによる一次分析が終わり次第、公開を行うことを計画しており、公開に向けたメタデータ(調査関係資料、データレイアウトなど)の準備を行う。これまでの3カ年のまとめのカンファレンスの実施も計画する。平成28年度も、基本的に、過去3カ年と同様の内容で研究を進めるが、最終年度であるために、研究期間全体の成果のとりまとめを念頭においた活動となり、これまでの研究成果を学会等にて発表していくことが中心となる。また、データセットの公開は、27年度に引き続き、分析を終えたデータセットについて実施する。平成25年度は、ほぼ構築されつつある既存のデータセットによる分析と、戦前期日本の新たなデータセットの構築に着手し、構築されたデータセットから、それぞれの調査の調査内容に応じて、両大戦間期の農家経済の生産効率性、人的・自然災害への対処行動、世帯内の労働時間配分、資産蓄積行動などが分析される予定であった。上記の研究概要のように、戦間期の繭特約取引と繭価形成、長期時系列統を用いた我が国の養蚕業構造変化、戦前日本における農家家計の生産性と集計的ショックなどの分析が行われ、現金に関する農家経済調査や庄内地方米作調査については、データセットの整備を終えており、順調に研究は進んでいるといえる。一部の分担者において、データ整理などの予算に対する執行の遅れがあったため、次年度の使用額が生じているが、それは、研究代表者の方で構築していたデータセットの分析に従事していた結果として生じたためであり、研究計画全体には影響はない。次年度以降は、以下のような形で本研究を進めていく。平成26年度は、基本的に、平成25年度と同様の内容で研究を進めるが、中国のバック調査においては、新規のデータセット構築に着手する。これまで構築したデータセットのうち、データ入力が完了したものは、研究分担者や連携研究者などによる一次分析が終わり次第、公開を行うことを計画しており、公開に向けたメタデータ(調査関係資料、データレイアウトなど)の準備を行う。
小胞子培養を利用した植物の胚発生と種子形成に関与する因子の機能解析

本年度は以下の研究を行った。先行研究からBrassica napus L. cv Lisandraの小胞子培養から得られた小胞子由来胚をABA処理、無処理に分けサブトラクションを行った際に得られた乾燥耐性獲得時に特異的に発現する候補遺伝子を単離した。この単離遺伝子の胚発達過程の発現を詳細に解析するため、自家受粉後の蕾を20日までは2日おき、25日からは5日おきに受粉後60日までサンプリングし、透明化による胚のステージの確認とtotal RNAの単離を行った。また、候補遺伝子のうちから8遺伝子を任意に選定し、シロイヌナズナのT-DNA挿入変異体を入手した。これらの変異体のT-DNA挿入をPCR法によって確認し、遺伝子型を調査した。8系統のうち7系統において遺伝子型を決定することができた。遺伝子型を確認できた7系統を栽培したところ、1系統において英の形態が野生型と比較して半分程度に短くなる表現型を見いだした。また、この系統は野生型と比較すると分枝数が少なく、全体的に青紫色様が見られた。また、通常は野生型のように花芽は分枝部分の上部に形成されるが、ホモ個体では、分枝部分の下方に花芽が観察された。この変異体系統は、胚発生時に胚珠の形成が正常に行われていない可能性が高く、今後ABA感受性を含めた詳細な解析を行う予定である。本年度は胚発生特異的に発現誘導するP22a1プロモーターの有効性の解析を行った。小胞子培養によって胚発生に移行した小胞子のみを効率的に選抜するため、B.napusのリサンドラに胚発生初期に発現誘導するP22a1遺伝子のプロモーターにGFPを融合したコンストラクトを導入した形質転換体6系統(系統番号1,3,7,10,17,18)を解析した。各形質転換体を閉鎖系温室で自然条件下で生育させ、小胞子培養を行い、高温処理によって不定胚を誘導した。小胞子培養後12時間ごとに無作為に300個の小胞子を選抜し、蛍光と胚発生の進度を観察した。観察は7日間行い、84時間までに細胞分裂は認められたが蛍光が観察できない場合には、その系統(個体)は蛍光を発しない系統と判断し、以後の解析から除外した。観察の結果、36時間48時間後から蛍光が観察され、二細胞分裂は主に48時間72時間後にかけて起こることが明らかになった。蛍光の強弱には、かなりの個体間差・系統間差が見られた。また、Line3,7は蛍光が見られず、またLine10は蛍光が非常に弱かったため、GFP発現による選抜から除外した。上記の結果を受けて、Line1,17,18を胚発生特異的遺伝子単離のためのサブトラクション実験に用いることとした。
外科的侵襲下における肝の脂肪酸代謝の果たす役割に関する実験的・臨床的研究

ブタ全肝移植後の血清脂質構成脂肪酸の変動について検討した.中性脂肪,リン脂質濃度はそれぞれ肝移植後9,18時間を最低値として減少し4日にかけ回復した.これらの回復には移植肝における脂肪合成,アポ蛋白合成および血中への放出が必要で回復期の血中濃度は移植肝機能の指標として有効と思われた.リン脂質,コレステロール・エステルの構成脂肪酸分析によるとリン脂質分画では3週間の全経過中総量は持続的に減少し構成比上でも生合成不能なアラキドン酸,ドコサヘキサエノイン酸は持続的に減少し合成可能な脂肪酸の中でもステアリン酸は減少した.これに代わってパルミチン酸,オレイン酸は増加した.これらの変化の約50%は肝移植後24時間内に起こり肝移植直後の代謝変動の大きさを示した.コレステロール・エステル分画でも同様の変動が認められたがその程度はリン脂質より著しく,リノール酸とオレイン酸濃度は1週間以降逆転した.移植後の必須脂肪酸欠乏の指標としてはコレステロール・エステル分画のω9/ω6比が鋭敏で有効と思われた.また,無肝期直後から移植後6時間にわたりリノール酸構成比の上昇が認められ無肝期の変化として特徴的であった.肝移植後1週間以上生存例では6日以内死亡例と比較して(1)無肝期のリン脂質のパルミチン酸,コレステロール・エステルのリノール酸濃度(2)肝血流再開後318時間の減少期におけるリン脂質のω9系脂肪酸構成比(3)肝移植後24時間4日間の移植肝による脂質代謝回復期におけるリン脂質のω3系脂肪酸の構成比に有意差を認めた.無肝期および減少期における差は肝移植の成否が移植肝の機能だけでなくレシピエントの術前の栄養状態(特に必須脂肪酸欠乏状態)と密接に関係していることを示唆し,回復期における移植肝によるω3系脂肪酸の血清脂質への動員は移植肝の機能を表わすと同時に移植後の栄養管理の重要性を示唆した.ブタ全肝移植後の血清脂質構成脂肪酸の変動について検討した.中性脂肪,リン脂質濃度はそれぞれ肝移植後9,18時間を最低値として減少し4日にかけ回復した.これらの回復には移植肝における脂肪合成,アポ蛋白合成および血中への放出が必要で回復期の血中濃度は移植肝機能の指標として有効と思われた.リン脂質,コレステロール・エステルの構成脂肪酸分析によるとリン脂質分画では3週間の全経過中総量は持続的に減少し構成比上でも生合成不能なアラキドン酸,ドコサヘキサエノイン酸は持続的に減少し合成可能な脂肪酸の中でもステアリン酸は減少した.これに代わってパルミチン酸,オレイン酸は増加した.これらの変化の約50%は肝移植後24時間内に起こり肝移植直後の代謝変動の大きさを示した.コレステロール・エステル分画でも同様の変動が認められたがその程度はリン脂質より著しく,リノール酸とオレイン酸濃度は1週間以降逆転した.移植後の必須脂肪酸欠乏の指標としてはコレステロール・エステル分画のω9/ω6比が鋭敏で有効と思われた.また,無肝期直後から移植後6時間にわたりリノール酸構成比の上昇が認められ無肝期の変化として特徴的であった.肝移植後1週間以上生存例では6日以内死亡例と比較して(1)無肝期のリン脂質のパルミチン酸,コレステロール・エステルのリノール酸濃度(2)肝血流再開後318時間の減少期におけるリン脂質のω9系脂肪酸構成比(3)肝移植後24時間4日間の移植肝による脂質代謝回復期におけるリン脂質のω3系脂肪酸の構成比に有意差を認めた.無肝期および減少期における差は肝移植の成否が移植肝の機能だけでなくレシピエントの術前の栄養状態(特に必須脂肪酸欠乏状態)と密接に関係していることを示唆し,回復期における移植肝によるω3系脂肪酸の血清脂質への動員は移植肝の機能を表わすと同時に移植後の栄養管理の重要性を示唆した.(目的)今回、同所性ブタ肝移植後における血清脂質の脂肪酸代謝の変動について検討した。(方法)経時的に動脈血を採取し、血清脂質をFolch法で抽出後、TLCで遊離脂肪酸(FFA),中性脂肪(TG),リン脂質(PL),コレステロール・エステル(CE)に分離,各分画について12種の脂肪酸をHPLC(蛍光法)で測定した。(結果)50分間の無肝期にはFFAが47.5%上昇し、TG(66%),CE(31.6%),PL(27.2%)は減少した。FFAは血流再開後1時間で増加した後、急激に減少し6時間で最低となり、その後増加に転じ1824時間で前値に復した。変動したのは総量の約25%を占める【C_(18:1)】であった。TGは血流再開後も減少を続け、9時間で最低となり2日目より急激に上昇した。主として変動したのは総量の約32%を占める【C_(18:1)】であった。移植肝機能が不良例では低下したままであった。PLも血流再開後減少を続け、18時間で最低となり、2日目から上昇したが、【C_(20:4)】は術前値68.9±91Mg/mlから低下を続け、死亡例の多くは20Mg/mlを維持できず死亡した。W-3系高級不飽和脂肪酸は時間経過と共に減少し、34日後の経口摂取開始後も減少を続け、必須脂肪酸であるW-6系も減少を続けた。合成可能なW-9系は逆にその比率が増加した。

CEは無肝期から【C_(18:2)】の構成比が増加し、血流再開後2時間をピークとして6時間まで持続した。W-3,W-6系は減少を続け2週間以後はW-9系と量的に逆転した。死亡例の多くはCE中【C_(18:2)】が術前値139.6±25.1Mg/mlから減少を続け40Mg/mlを維持できずに死亡した。必須脂肪酸欠乏をPL以上に強く表わす可能性がある。(考按)血清脂質及び脂肪酸の変動からみると肝移植後早期の16時間はFFAの減少,2日目以後のTGの増加,PL中【C_(20:4)】,CE中【C_(18:2)】の減少が脂肪酸代謝上重要であること、さらに肝移植後2週間の比較的早期に必須脂肪酸欠乏を来す可能性がある。
非共有結合性相互作用基を導入した金属酵素反応場の構築と触媒機能制御

生体内に存在する金属含有タンパク質の一つであるヘムエリスリンは、海洋無脊椎動物中に存在する酸素運搬タンパク質で、その活性中心には二つの鉄が存在し、酸素と結合している状態をオキシヘムエリスリン、酸素と結合していない状態をデオキシヘムエリスリンと呼んでいる。これら2つの鉄は互いに非等価で、一方は六配位の配位飽和であるのに対し、他方は五配位の配位不飽和で一つの空配位座を有している。そして、酸素は配位不飽和な鉄にend-on型で配位し、酸素の可逆的脱着を行っている。このような非等価な二核鉄錯体で、酸素がend-onで配位した例はこれまでになく、本研究では、ヘムエリスリンモデル錯体として、このような非等価な配位環境を有する鉄(III)二核錯体の合成を鉄(III)錯体出発と鉄(II)錯体出発の2通りの方法で行い、一方の鉄に酸素種が配位した錯体の合成を行った。その結果、(i)中心の二つの鉄が共に三価の錯体を合成し、過酸化水素との反応でend-onで酸素種が結合した鉄(III)-ハイドロパーオキソ錯体を生成した。(ii)次に中心の二つの鉄が共に二価の錯体を合成し、酸素との反応を行い、やはりend-onで酸素種が配位した鉄(III)-ハイドロパーオキサイド錯体の生成を確認した。これらのキャラクタリゼーションは吸収スペクトル、ESIマススペクトル、共鳴ラマンスペクトル、単結晶X線構造解析法により行い、それらの生成は確認された。生体内に存在する遷移金属含有酵素・タンパク質の一つであるhemerythrin(Hr)は、海洋無脊椎動物中に存在する酸素運搬タンパク質で、その活性中心には二つの鉄が存在し、一方は六配位飽和であるのに対し、他方は五配位で一つの空配位座を有している。酸素分子はこの空配位座に配位すると同時に二つの鉄によって二電子還元され、パーオキソを形成し、次いで架橋ヒドロキソからプロトンを受けることでハイドロパーオキソを生成する。そしてこのハイドロパーオキソと架橋オキソ間に水素結合を形成することで、単核鉄にハイドロパーオキソ種をend-on配位で安定に捕捉している。本研究では、このHrの活性中心と同様な、二つの鉄が異なった配位環境を有する二核鉄錯体を合成することを目的とした配位子として、二核構造を強制し、かつ非対称な場を形成し得るN, N-bis-(6-pivalamido-2-pyridylmethyl)-N'-(2-hydroxyethyl)-N'-(2-pyridylmethyl)-1,3-diaminopropan-2-ol (HBPHDO)を設計した。そしてこの配位子を用いて合成した二核鉄錯体と、過酸化水素および酸素との反応により生成する活性酸素種について、各種分光学的測定により検討した。その結果、Hrのoxy体同様に水素結合によって安定化された単座end-on型のハイドロパーオキソ鉄錯体の生成に成功した。また、二核鉄(II)錯体と酸素との反応についても検討し、空配位座に配位したパーオキソが他方の鉄を攻撃することでcis-μ-1,2型のパーオキソ錯体の合成に成功した。
精神疾患に関与するリン酸化シグナルの脳領域毎かつ包括的な解析

脳は、分子・細胞・神経回路・脳・個体にいたる階層性を持つ大規模で複雑なシステムである。脳神経系は部位毎に機能や、構成する細胞、制御する神経伝達物質が異なっており、精神神経疾患の病態解明のためには、脳部位ごとの細胞内シグナルを解析する必要がある。本研究では、向精神薬が脳内で引き起こすリン酸化シグナルを脳領域および細胞種毎に包括的に解析し、その薬理作用を明らかにする。並行して、リン酸化シグナルを脳内において観察・操作するための手法の開発を行う。最終的には、疾患モデルマウスのリン酸化シグナルを観察・操作することで、行動や症状の変化・改善を評価する。
タンデム式超音波乳化法による分散剤フリーナノエマルション創製技術の開発

本研究では界面活性剤や乳化安定剤といった化学的な分散剤を一切用いることなく、周波数の異なる超音波を逐次的に照射するだけで、透明でしかも安定なナノエマルション作製を可能にする新技術「タンデム式超音波乳化法」の開発を目的とする。また、得られた各種ナノエマルションを材料合成のテンプレートへと展開し、機能性材料の創製に繋げる。さらに該技術を基盤としたナノエマルション溶液の連続的な生産システムを構築し、実用化に向けた応用提案を行うことを最終目標に掲げている。タンデム式超音波乳化法の実用化に向けた応用提案を行う上で、連続的な生産システムを構築することは必要不可欠である。そこで本課題の最終年度にあたる本年度の研究では分散剤フリーなナノエマルション溶液の連続的生産システムを開発し、実用化に向けた応用提案を行うことを目指した。タンデム式超音波乳化において、種々の周波数の超音波による各乳化工程はいずれも数分程度で完結するので、乳化処理後の乳化液をフロー法によって輸送する連続的生産システムを構築した。その上で処理容量・処理速度の検討を重点的に実施し、最適条件を導出することに成功した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は界面活性剤や乳化安定剤といった化学的な分散剤を一切用いることなく、周波数の異なる超音波を逐次的に照射するだけで、透明でしかも安定なナノエマルション作製を可能にする新技術「タンデム式超音波乳化法」の開発を目的としている。また、得られた各種ナノエマルションを材料合成のテンプレートへと展開し、機能性材料の創製に繋げるとともにさらに該技術を基盤としたナノエマルション溶液の連続的な生産システムを構築し、実用化に向けた応用提案を行うことを最終目標としている。本年度(平成27年度)は水に不溶あるいは難溶な多種多様な有機分散質に対してタンデム式超音波乳化法の有効性を検討した。また、本実験で用いた有機分散質を構造、粘度、比重、極性などの観点から系統的に分類し、タンデム式超音波乳化法の有効性との相関についての知見を獲得した。さらに、分散質が水、連続相が有機溶媒となるW/O型のエマルション作製におけるタンデム式超音波乳化法の有効性については連続相となる有機溶媒をスクリーニングすることでその適用範囲を確認した。本年度(平成27年度)の研究では、多岐にわたる超音波乳化条件(照射時間や出力など)をスクリーニングし、最適条件を導出するため、研究の進行速度の低下が懸念されたが、計画当初の学部学生1名の担当に加え、担当学生数を増員することで、各々の周波数の超音波乳化処理における最適な照射時間や出力との相関関係を系統的に明らかにすることが出来た。また、現在の超音波工学の技術において作製可能な発振子の最高周波数である5 MHzの超音波を導入し、さらなるエマルション油滴の微細化にも成功した。本研究では、界面活性剤や乳化安定剤といった化学的な分散剤を一切用いることなく、周波数の異なる超音波を逐次的に照射するだけで、透明でしかも安定なナノエマルション作製を可能にする新技術「タンデム式超音波乳化法」の開発を目的としている。また、得られた各種ナノエマルションを材料合成のテンプレートへと展開し、機能性材料の創製に繋げるとともに、さらに該技術を基盤としたナノエマルション溶液の連続的な生産システムを構築し、実用化に向けた応用提案を行うことを最終目標に据えている。本年度(平成28年度)は当該乳化技術により得られた高分子モノマーナノエマルションを用いて、単分散なポリマーナノ微粒子合成に応用した。具体的には、タンデム超音波乳化法を用いることによって、数十kHz単独の超音波乳化処理では得ることが困難な、より微細なモノマー液滴を有するナノエマルション溶液を作製し、引き続く重合開始剤の添加により重合を行った。その結果、狙い通りに粒径が制御されたポリマーナノ微粒子を乳化剤や界面活性剤の存在なしに作製することに成功した。また重合法としては、溶液の昇温によるラジカル重合では、モノマー液滴の凝集が起こってしまうため、常温で重合が実施できる光開始重合を採用することで、モノマー液滴径を精密に反映したポリマー微粒子が作製できることも見出した。さらに現在の超音波工学の技術において作製可能な発振子の最高周波数である5 MHzの超音波を導入し、モノマー液滴の更なる微小化を図り、これを用いて光乳化重合を実施したところ、20 nm程度でかつ単分散なポリマーナノ微粒子を作製することに成功した。タンデム式超音波乳化法を利用すれば汎用モノマーであるMMAを水溶媒中において20 nm程度の微細な液滴とすることができる。これを重合すれば液滴径を反映したポリマーナノ粒子を得ることが出来ると考えられるが、重合時における凝集によりポリマー粒径に変化が生じてしまった。そのため室温で穏やかに重合を進行させることの出来る光重合法を採用し、所望の課題を達成させることが出来た。

さらに該技術を基盤としたナノエマルション溶液の連続的な生産システムを構築し、実用化に向けた応用提案を行うことを最終目標に掲げている。予備研究で実施したMMAのタンデム式超音波乳化法において、用いた超音波発振子の最高周波数は2.4 MHzであり、また、それを用いた場合のMMA液滴のサイズはおよそ20 nmにとどまっている。すなわち、タンデム式超音波乳化法によってさらにどの程度のサイズにまで細分化されるのか、その限界値については依然未確認であった。そこで本年度は現在の超音波工学の技術において作製可能な発振子の最高周波数である5 MHzの超音波を導入し、これまでに実施してきた20 kHz →500 KHz →1.6 MHz →2.4 MHzによるタンデム式超音波乳化法に5 MHzによる超音波乳化を加え、エマルション液滴のさらなる微細化を実施したところ、10nm程度にまでMMA液滴のサイズを細分化することに成功した。また、各周波数の超音波乳化時間とエマルション液滴の粒径分布との相関性を明らかにし、単分散性の向上を実現するための最適条件を導出することにも成功した。エマルション油滴の微細化は超音波キャビテーションの作用によるため、キャビティーサイズがより微小となる5.0 MHzの超音波導入は現有の2.4 MHzまでのタンデム超音波乳化によって生成される油滴をさらに微細化するという予想を検証することが出来た。また、各周波数の超音波乳化時間とエマルション液滴の粒径分布との相関性を予定通り、明らかにし、単分散性の向上を実現するための最適条件を導出することも達成された。本研究では界面活性剤や乳化安定剤といった化学的な分散剤を一切用いることなく、周波数の異なる超音波を逐次的に照射するだけで、透明でしかも安定なナノエマルション作製を可能にする新技術「タンデム式超音波乳化法」の開発を目的とする。また、得られた各種ナノエマルションを材料合成のテンプレートへと展開し、機能性材料の創製に繋げる。タンデム式超音波乳化法の実用化に向けた応用提案を行う上で、連続的な生産システムを構築することは必要不可欠である。そこで本課題の最終年度にあたる本年度の研究では分散剤フリーなナノエマルション溶液の連続的生産システムを開発し、実用化に向けた応用提案を行うことを目指した。タンデム式超音波乳化において、種々の周波数の超音波による各乳化工程はいずれも数分程度で完結するので、乳化処理後の乳化液をフロー法によって輸送する連続的生産システムを構築した。その上で処理容量・処理速度の検討を重点的に実施し、最適条件を導出することに成功した。第2年度(平成28年度)からは得られた各種ナノエマルションを材料合成のテンプレートへと展開し、「機能性材料の創製」に繋げ、該乳化技術の有用性を示す。とりわけ、タンデム式超音波乳化法を用いたソープフリー乳化重合の開発を足掛かりに研究を展開したい。さらに該技術を基盤としたナノエマルション溶液の連続的な生産システムを構築し、実用化に向けた応用提案を行う予定である。平成29年度からはタンデム式超音波乳化により微細化された導電性高分子モノマー液滴を用いて可視光の散乱がない、高導電性の高分子フィルム作製に取り組む予定である。
第一原理動力学シミュレーションによる分子ジャイロスコープの機能評価と設計

高機能分子ジャイロスコープの設計・合成を目指し、近年合成されたシラアルカンかご状骨格を持つ複雑な分子ジャイロ結晶などの物性・機能を第一原理理論に基づいて評価した。密度汎関数法や密度汎関数緊密結合法(DFTB法)に基づく電子状態計算によってこの分子ジャイロのX線構造を再現し、回転子であるベンゼン環の回転を支配するポテンシャル曲面を算出した。さらに、ベンゼン環が回転して別の平衡構造に移っていく動的挙動をDFTB法に基づいた分子動力学よって明らかにした。外部骨格とそれによって保護されたフェニレン回転子(ベンゼン環が回転する)から構成される分子ジャイロスコープの構造と回転運動を第一原理的理論に基づいて評価した。まず、密度汎関数密結合(DFTB)法によって、Si-O-Si結合を含む3本の固定子からなる骨格によって保護されたフェニレン基を持つ既存の分子ジャイロのX線構造を再現できることを示した。さらに完全な平衡構造の探索や回転障壁の高さを正確に見積もるために、回転子と固定子間の分子間力を高精度で評価する電子状態計算法の適用を開始した。高温では、実時間スケールで回転子の挙動を追跡することができ、分子ジャイロの機能開拓に必要な動的応答のシミュレーションができることが分かった。新規分子ジャイロの合成とそれらの回転子の運動も解析した。1,4-ジシラベンゼンのケイ素間を3つの長鎖アルキルで架橋した分子を、結晶中でベンゼン環が回転する分子ジャイロスコープとして合成し、結晶中の構造を明らかにした。回転軸が1軸配向した結晶構造を与え、ベンゼン環が回転するのに十分な空間があった。結晶内部でのベンゼン環の回転または反転運動速度を、ベンゼン上の水素を重水素標識した誘導体をそれぞれ合成して、固体重水素NMRにより検討した。その結果、いずれも数MHz程度の高速回転または反転をしており、温度の上昇とともに加速すること明らかにした。また、ベンゼン環の回転運動のアルキル鎖長依存性も観察された。鎖長の長い化合物の方が、ベンゼン環とアルキル鎖の相互作用が弱いため、同温度での回転または反転速度はより高速であった。近年、単分子スケールで制御された機械的運動を実現する「分子機械」の設計・合成が注目を集めている。分子機械の1種である「分子ジャイロスコープ(分子ジャイロ)」は、外部骨格とそれに保護された回転子を持つ機能性分子である。分子ジャイロの回転子の運動をレーザー電場などで制御する試みがなされている。電場に対して瞬時に応答する分子ジャイロを設計できれば、液晶よりも高速に動作する偏光制御可能な光学材料などの実現が期待される。分子ジャイロの結晶構造や回転障壁を正確に見積もるには、回転子-固定子間の弱い長距離相互作用までも高精度で評価しなくてはならない。我々は高機能分子ジャイロの設計・合成の指導原理の提案を目指し、密度汎関数法に加えて、計算負荷が軽いながらも分散力も取り扱える密度汎関数緊密結合法に基づく電子状態計算と分子動力学計算を行い、分子ジャイロの結晶構造と回転子の挙動を評価した。シラアルカンかご状骨格を持つ分子ジャイロは結晶中でフェニレン環(回転子)の配向に対して3つの平衡構造を持つことがX線構造解析から分かっており、我々の電子状態計算はこれらのX線構造を再現することに成功した。また、フェニレン環の回転に対するポテンシャル曲面を算出し、シラアルカン分子ジャイロが(1)回転子の一方向回転を誘起しうる非対称なポテンシャル曲面と、(2)非常に低い回転エネルギー障壁(約1kcal/mol)を有することを明らかにした。これらの特徴は、外部骨格によって回転子が周囲の分子から効果的に遮蔽されていることに起因する。更に、分子動力学計算により、高温条件下でフェニレン環が3つの平衡構造の間を移動して回転することを見出した。このようにして、シラアルカン分子ジャイロの電子物性と動的挙動を評価し、熱や外部電場に対して高効率で回転する新規な分子ジャイロを設計するための理論的基礎を築いた。
毛根形成についてのin vitro培養系による基礎研究

本研究は、毛根を構成する細胞をまず単離し、この単離細胞の再集合塊がin vitroで毛根を再形成する能力を保持しているかを知るための基礎研究として、ラット胎生期の上唇部細胞を用いた検討を行い、以下の成果を得た。胎令15日胚より採取した上唇部組織塊をトリプシン処理して細胞を解離した後、次のような二段階培養を行った。第一段階(旋回培養)では、解離細胞を、10%牛胎児血清、3%ニワトリ胚抽出液を含む培養液(Dulbecco変法Eagle medium,Ham F12の1:1混液)中で24時間37°Cで、60rpmの回転速度で旋回した。この培養の間に進行する上皮ー間充織相互作用の結果、毛根原基様構造を含む細胞再集合塊が形成された。毛根形成はこの培養ではそれ以上進行しないため、第二段階の培養として、再集合塊をコラ-ゲン破覆Nuclepore膜上に移し、上述培養液(ただし牛胎児血清を除く)上での静置浮遊培養を行った。6ー7日間の培養により、集合塊中の毛根原基は毛根へと分化した。こうして純粋にin vitro下で形成された毛根の光学顕微鏡的特徴とその大きさは、in vivoで発生中の胎令18日胎児の上唇部毛根に匹敵した。さらに電子顕微鏡レベルの組織分化、細胞分化の程度も正常な成体の毛根と基本的に同等であることが判明した。即ち、角化した毛幹、内毛根鞘、外毛根鞘の全てが同定された。内毛根鞘は根鞘小皮、Huxley層(トリコヒアリン顆粒を含む)、Henle層を含み、また毛根基部には毛母基と乳頭部の明確な分化がみられた。このように、細胞のsorting outから毛根の完成に至る、全ての組織形成過程の正常な進行が可能なin vitro実験系は、毛根形成の解析系として有効であり、また毛根に関する治療学の分野の発展のためにも重要な基礎的知見を約束するものと考えられる。
「子どもの貧困」問題に有効なソーシャル・キャピタル構築に関する研究

本年度は初年度であるため、まず、先行研究の精査と課題の明確化を行った(4月9月)。(1)「子どもの貧困」に関する国内外の先行研究・調査結果を精査した。その結果、「子どもの貧困」と学校内の問題行動や低学力、子どもの不健康や学校外での非行とのつながりが多く見られる点が問題点として浮き彫りとなった。そうした貧困問題への対応は、学校を中心に福祉関係者や警察を含めた各種団体との連携、および校内での連携、さらには家庭を含めた受け皿としての地域との連携の必要性が示唆された。(2)次に、「ソーシャル・キャピタル」に関する国内外の先行研究・調査結果を精査した。ソーシャル・キャピタルの効果として、子どもの学力向上や問題行動の低減のみならず、人々の健康向上が世界的に指摘されており、貧困に端を発するさまざまな問題へのソーシャル・キャピタルの有効性が示唆された。以上、(1)と(2)の精査を受け、本年度は学校を拠点とした各種団体、機関、個々の住民とのつながりを構築するための貧困状況の把握を試みることにした。→文献精査の結果の一部について、下記にあげる報告書作成の一部として発表した。並行して、調査対象地の選定と調査依頼を行った(4月6月)。そして、貧困問題を抱える一中学校でのあらゆる活動に関する調査者の出入りが許され、フィールドワークをはじめとする各種調査の活動が可能となった。6月以降は、「子どもの貧困」状況を把握するための調査を開始した。それらは、(1)週1回開かれる、学校生活に課題を抱えた子どもに関する会議への参加、(2)地域連携に関する活動への参加、(3)「子どもの貧困」に関する聞き取り調査である。→結果の一部について、学会発表する予定である。研究実施計画で提示した通りに研究が進んでいるため。平成25年度より他大学の常勤職へ就職したため、本研究課題については一旦終了となった。
ミミズ体壁筋を用いた微小流路内流体制御・物質輸送システムの創出

掌サイズの基板上の微細流路に化学・生化学プロセスを集積したマイクロ流体チップは次世代型実験ツールとして注目されているが流体や物体の駆動には流路に比べ大きく煩雑なシステムが必要である。一方、生体の筋組織は精緻な化学・力学的機能が集約された流体制御素子であり、これを組み込むことで飛躍的に高集積・高機能なデバイスを実現可能との着想のもと、申請者は以前心筋を用いたポンプを開発したが、外部制御が困難という問題があった。そこで申請者はミミズの体壁筋に着目した。これは心筋や平滑筋のような流体制御に適した膜環状構造を持ちながら骨格筋のように瞬発性・制御性が高く、また体表の剛毛と併せて蠕動運動も可能なきわめて高度な筋組織であり、本研究ではこれを用いた微小流路内での流体制御および物体輸送システムの創成を目的とした。当該年度は、前年度までに実証したミミズ体壁筋を用いたポンプならびにバルブの開発実績をベースに、これをロボットとして歩行機能などを持たせることを試みた。電気刺激を断続的に与えることで性能が顕著に衰えることなく繰り返しの収縮・弛緩を繰り返すことができ、さらに、3次元プリンタを用いて構造体を変形させ、この下にラインアンドスペース上の溝を設置することで、これを足掛かりとして一方向に進む歩行ロボットとした。歩行速度はこれまでの生物利用型歩行ロボットと比較しても最も早い400μm/sを達成しており、機能面でも非常に優れたものとなった。さらに、ミミズの筋肉によってレバーをひく形の構造を作製し、その下に車輪を取り付けることで断続的にではあるが、平面状を一方向に走ることができる車型デバイスを作製することにも成功しており、多様で強力な機能をもつ様々なデバイスを実証するに至った。このように、実際にミミズの体壁筋を用いたロボットを実現することができたことから、当初の計画を達成できたといえる。当該年度は、デバイス設計にあたり、ミミズの筋組織の生理力学的特徴を把握する必要があるため、組織を神経ごと様々なサイズに切り、ミミズに適した生理的塩溶液中で一定時間機能を保ったまま生かせることを確認し、張力測定器により物理・電気・化学刺激に対する発生張力や応答速度を計測した。発せ鵜張力は10 mNレベル、応答速度は10 msオーダーであった。これは同サイズの培養心筋細胞シートに比べても大きく、研究代表者らが以前に開発した心筋ポンプなどの細胞デバイスをより強化できる可能性が見出せた。また、とくに電気刺激によって非常に制御性良く収縮のタイミングを制御することが可能であることが分かった。このような膜状の筋肉は自然界でも珍しく、これがデバイスへの利用の妥当性が検証されたことは今後の細胞デバイス発展にとっても意義深い。当該年度は、まずはミミズの基礎的な力学的特性を把握するとともに、この天然の発生力を利用して流体駆動のようなデバイス素子としての有用性を実証することができ、まずは当初の計画を達成できたといえる。さらに、それだけにとどまらず、この発生力が電気刺激によって非常に精度よく制御可能であることが実証され、繰り返し使用可能であることも明らかになったことから、研究代表者らが以前に開発した心筋細胞ポンプなどの従来の細胞デバイスの性能を遥に凌駕するデバイスが作製できる可能性が見出され、当所の目的以上に進展がみられたといえる。当該年度は、前年度に測定したミミズ体壁筋の生理力学的な特性をベースとして、実際のデバイスへのアプリケーション開発に取り組んだ。デバイスとしては、効果・現象がわかりやすいマイクロポンプとし、デザインは典型的なダイヤフラム型オンチップポンプのアクチュエータ部分をミミズに変えたものとした。