hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
正則写像から受け継がれる超共形写像の性質とその応用

正則関数は平面内の図形の角度を変えないで平面内の図形に移す.これをして正則関数は共形であるという.正則関数は数学的に良い性質を持つ.平面内の図形をより次元の高い空間に共形に移すとき,その写像は同様に良い性質を持つことが期待出来る.このことを最もよく実現するのが四次元ユークリッド空間への超共形写像であると推測して性質を調べた.その結果,シュワルツの補題の超共形写像版など,正則関数でよく知られていた定理の超共形写像版ができた.これらの性質は超共形写像に付随するツイスター空間への写像を経由して得られる.共形写像について,ツイスター空間への写像との関連を明らかにした.本年度は四次元ユークリッド空間内の超共形曲面の研究とツイスター正則曲面の高次元化の研究を行った.ユークリッド空間内の曲面が超共形であるとは,共形写像でありかつ曲率楕円が円になるものである.この曲面をパラメタ付けし,四元数的正則幾何の方法を用いてリーマン面上の正則関数と類似する性質が成り立つことを示した.この結果は研究代表者の単独研究として論文にまとめarXivにアップロードし,雑誌に投稿した。ツイスター空間に正則なツイスターリフトを持つという性質があるパラメタづけられた曲面はツイスター正則曲面とよばれる.四次元ユークリッド空間内のパラメタづけられた超共形曲面は,四次元球面内のパラメタづけられたツイスター正則曲面の立体射影になっている.正則なツイスターリフトは超共形曲面に正則関数と類似する性質を提供する.従って,ツイスター正則曲面を研究することは,本研究課題において大変意義深いことである.余次元が2であるツイスター正則な曲面はよく研究されている.研究分担者の長谷川和志は、この高次元化を研究し,四元数的正則幾何における接続を分解する方法を用いて,ツイスター正則曲面の共形不変量を導入した.さらに,この共形不変量と共形面積と法束のチャーン類の間に成り立つ不等式を得た.さらに,曲面の場合に,法束のチャーン類の値をリーマン面の種数によって評価した.この結果は長谷川和志の単独研究として論文にまとめ雑誌に投稿した。本年度は研究成果の正式公開や発表の年度となった。研究代表者の守屋克洋の、正則写像のシュワルツの補題に対応する超共形曲面のノルムについての不等式を研究した掲載が決定されている論文が出版社のWebサイトで公開された。また、超共形曲面と極小曲面の変換の関連についての記述が含まれる、研究協力者のKatrin Leschkeとの共著論文をまとめ。プレプリント・アーカイブ・サイトにおいて公開し、学会で報告した。研究分担者の長谷川和志は、平坦接続を分解して共形曲面の共形不変量を定義する論文が出版された。この方法を応用して、アファイン曲面の射影不変量を定義し、これを論文をまとめ、学会で報告し研究会で講演した。共形曲面の四元数的正則幾何による解釈を部分多様体に応用して、研究分担者の塚田和美が論文をまとめ、ホームページで公開し、学会で報告した。守屋と塚田で研究会「四元数複素微分幾何学とその周辺/Quaternionic complex differentialgeometry and related topics」を組織した。そこで、塚田、長谷川、Leschkeが講演し、他の関連する研究者の講演も行い、議論した。研究会のホームページを作り、そこから講演に用いた資料をダウンロードできるようにして、研究内容の公開を行った。Leschkeと塚田はそれぞれ研究分担者の大仁田義裕の組織する研究会でも講演し、本研究課題に関する検討、情報交換を行った。リーマン面から四次元ユークリッド空間への超共形写像は四次元ユークリッド空間の正則なリフトを持つ。このような写像をツイスター正則な写像という。四元数的正則幾何は、超共形写像を理解するために効果的な、写像の理解の仕方を提供する。従って、ツイスター空間と四元数的正則幾何の関連を明らかにすることは超共形写像の研究において重要である。今年度は、共同研究者の金沢大の長谷川和志とツイスター空間と四元数的正則幾何の関連を研究し、関連を完全に説明する最終的な結果を得た。これにより共形写像に対して何が標準的なツイスター空間へのリフトとなるかが明らかになり、このリフトを用いて共形写像のリーマン幾何的な性質が種々明らかになることが判明した。また、共形写像の微分を標準的なリフトと四元数の積を用いて分解することができ、これが過去に一般化されたワイエルシュトラス表現公式と呼ばれていた種々の共形写像の表限公式を与えることが判明した。この結果をプレプリントにまとめ公開し研究会で発表した。超共形曲面のベックルント変換は極小曲面となる。従って、極小曲面を研究しベックルント変換による超共形写像の対応の仕方を研究することにより、超共形写像の性質が明確になることが期待できる。今年度は連携研究者のKatrin Leschkeと極小曲面のヤコビ場について四元数的正則幾何を用いて研究した。また、過去の極小曲面のシンプル・ファクター・ドレッシングについての研究成果についてLeschkeが講演した。現在、本人の研究期間中に出版に至った論文が一つ、プレプリントが二つあり、現在進行中の研究が二つ、うち、期間中に完了することが見込まれるものが一つある。共同研究者の関連する研究も出版に至った論文が二つある。従って、おおむね順調に進展している。

4月に研究分担者である長谷川和志,塚田和美とミーティングを行い,互いの研究の進捗状況を確認し,今後の研究計画をたてた。本年度はこの時に提示した問題を解決する論文の作成を行ったのが主な研究である.論文作成を通じ,より一般の多様体への超共形写像への洞察を得て,研究を実行する基盤ができた. 7月に韓国の大邱で行われた国際研究会「Hermitian Symmetric Spaces and Submanifolds」において過去の超共形写像についての論文の内容をアップデートして発表した.これにより,超共形写像の研究に用いられる四元数的正則幾何の方法と論文の内容を広めた. 9月に研究協力者のKatrin Leschkeと筑波大で共同研究を行い,四元数的正則幾何を用いた極小曲面の研究を進めた. 11月に名古屋大で行われた勉強会「双曲幾何とAdS空間」に出席し,タイヒミュラー空間の研究における四元数的正則幾何の役割についての情報を収集した.さらに金沢大で長谷川和志とツイスターリフトを用いた曲面の構成についての研究を行った.3月に英国のレスター大においてKatrin Leschkeと共同研究を行い,四元数的正則幾何を用いた極小曲面の研究を進めた.さらにアイルランドのコークで行われた組織者の一員となっている国際研究集会「Minimal surface: integrable systems and visualisation」に出席し, Katrin Leschkeらと今後の研究計画について議論した.長谷川和志との四元数的正則幾何とツイスターリフトの関係を明らかにした論文とKatrin Leschkeとの四元数的正則幾何を用いた極小曲面についての論文が査読付き雑誌に掲載され,韓国での研究会の発表内容の論文が査読付きの紀要に掲載されることが決定した.正則関数は平面内の図形の角度を変えないで平面内の図形に移す.これをして正則関数は共形であるという.正則関数は数学的に良い性質を持つ.平面内の図形をより次元の高い空間に共形に移すとき,その写像は同様に良い性質を持つことが期待出来る.このことを最もよく実現するのが四次元ユークリッド空間への超共形写像であると推測して性質を調べた.その結果,シュワルツの補題の超共形写像版など,正則関数でよく知られていた定理の超共形写像版ができた.これらの性質は超共形写像に付随するツイスター空間への写像を経由して得られる.共形写像について,ツイスター空間への写像との関連を明らかにした.過去の研究が順調に出版または掲載決定となっており、次の論文も作成され、得られた研究結果をもとに次の研究課題が明確になり、その解決に向けて研究活動が継続している。今後は現在進行中のクリフォード代数を用いた超共形写像の高い余次元化を研究を完成させ、論文を投稿する。また、共同研究者と連携研究者を含めて、今までの研究成果を発表する研究会を組織する。曲面の微分幾何学Leschkeと守屋は引き続き極小曲面と超共形曲面との関連について、互いの大学を訪問しあって議論し研究を継続する。長谷川と守屋は超共形曲面の研究に用いられる四元数的正則幾何を再検討し、より一般の曲面や部分多様体に応用できるような形に整備しなおすことを目的に、研究を継続する。
肝細胞癌制圧をめざした移植医療確立のための総合的研究

平成16年2月までに成人38例に対して、生体部分肝移植を37例に、脳死肝移植1例に行った。そのうち、肝細胞癌症例は14例であった。全例術後1ヶ月から24ヶ月経過している。14例中2例に再発(骨1例、肺1例)を認めているが、全例生存中である。14例中10例がこれまで肝細胞癌症例に対する肝移植の適応基準とされてきたミラノ分類の適応外症例であった。ミラノ分類以外に新たな肝移植後の肝細胞癌再発予測の適応基準を探るため、全身に散布された肝細胞癌細胞が既に存在し、それが術後の再発の原因となり得るかの検討を行った。移植例全例から移植前に末梢血を採取し、Light CyclerTMを用いたReal Time PCR法によるAFPmRNA発現を指標とした遺伝子診断を行なった。その結果、4例が陽性であり、10例は陰性であった。陽性4例のうち2例が再発例であった。また、再発例の2例はミラノ分類逸脱例であった。また、術中散布された癌細胞の生着を予防するために、ミラノ分類逸脱の10例に対して、補助療法として移植手術時の無肝期に抗癌剤を全身静脈内投与した。抗癌剤投与による周術期の大きな合併症は認められなかったが、再発の2例も投与例であった。また、肝細胞癌の再発危険因子を探索するために、肝切除材料を用いた、再発予測の生物学的な予後因子の検索を行うと共に、網羅的遺伝子発現解析の手法を用いて、ウィルス肝炎合併肝癌の遺伝子プロファイリングや肝炎ウィルス感染肝癌移植例の肝生検材料を用いた拒絶反応とウィルス肝炎の再発の病態の違いを針肝生検材料で網羅的遺伝子発現解析可能とする条件設定を行い、施設内倫理委員会の承諾の上、解析を始めた。平成15年度内に肝細胞癌5例に対して、生体部分肝移植を行った。全例術後2ケ月から10ケ月経過しているが、肝細胞癌の再発無く生存中である。5例中4例がこれまで肝細胞癌症例に対する肝移植の適応基準とされてきたミラノ分類の適応外症例であり、1例のみ適応内であった。その結果、1例が陽性であり、4例は陰性であった。また、術中の癌細胞の散布を予防する目的で行った術前治療として、1例は血管塞栓療法(TAE)を施行、1例にインターフェロン併用5-FU肝動注療法を行った。さらに、術中散布された癌細胞の生着を予防するために、4例に対して、移植手術時の無肝期に抗癌剤を全身静脈内投与した。抗癌剤として、1例にDoxorubicin15mgを、3例にEpirubicinをそれぞれ60mg、40mg、10mg投与した。抗癌剤投与による周術期の大きな合併症は認められなかった。肝炎ウイルス感染肝癌移植例の肝生検材料を用いて網羅的遺伝子発現検索を行い、拒絶反応とウィルス肝炎の再発の病態の違いを解析する検討のために、肝癌切除の際に得られた肝組織よりの肝生検材料を用いて解析に必要とする質・量のmRNAを抽出可能か検討した結果、肝生検によって得られる僅かな試料でも網羅的遺伝子発現解析が可能であることを明らかにした。

さらに、この研究を移植肝に進めるために、肝生検材料採取と網羅的遺伝子解析の実験計画書の審査を倫理委員会に申請した。平成16年2月までに成人38例に対して、生体部分肝移植を37例に、脳死肝移植1例に行った。そのうち、肝細胞癌症例は14例であった。全例術後1ヶ月から24ヶ月経過している。14例中2例に再発(骨1例、肺1例)を認めているが、全例生存中である。14例中10例がこれまで肝細胞癌症例に対する肝移植の適応基準とされてきたミラノ分類の適応外症例であった。ミラノ分類以外に新たな肝移植後の肝細胞癌再発予測の適応基準を探るため、全身に散布された肝細胞癌細胞が既に存在し、それが術後の再発の原因となり得るかの検討を行った。移植例全例から移植前に末梢血を採取し、Light CyclerTMを用いたReal Time PCR法によるAFPmRNA発現を指標とした遺伝子診断を行なった。その結果、4例が陽性であり、10例は陰性であった。陽性4例のうち2例が再発例であった。また、再発例の2例はミラノ分類逸脱例であった。また、術中散布された癌細胞の生着を予防するために、ミラノ分類逸脱の10例に対して、補助療法として移植手術時の無肝期に抗癌剤を全身静脈内投与した。抗癌剤投与による周術期の大きな合併症は認められなかったが、再発の2例も投与例であった。また、肝細胞癌の再発危険因子を探索するために、肝切除材料を用いた、再発予測の生物学的な予後因子の検索を行うと共に、網羅的遺伝子発現解析の手法を用いて、ウィルス肝炎合併肝癌の遺伝子プロファイリングや肝炎ウィルス感染肝癌移植例の肝生検材料を用いた拒絶反応とウィルス肝炎の再発の病態の違いを針肝生検材料で網羅的遺伝子発現解析可能とする条件設定を行い、施設内倫理委員会の承諾の上、解析を行った。
インフラ途絶下において利用可能な体温管理システムの開発

本研究では、災害時における低体温症患者の特徴を調査し、インフラが途絶した状況下で使用可能な体温管理デバイスを開発するための基礎知見を得ることを目的とした。【結果】東日本大震災後に発生した低体温症による入院患者の多くは32度以上で、毛布被覆によって復温を行ったが、良好な転帰をたどった。新たな体温調節デバイス開発は病院外診療を可能とし、災害急性期の病院負担軽減につながることが示唆された。この知見をもとに体温維持系と冷却系の実験モデルを構築し、今後のデバイス開発に向けた模擬モデル実験を開始した。2011年3月11日に発生した東日本大震災以降、われわれは災害診療の質の向上を目指して横断的に調査を行ってきた。平成24年度は低体温症患者調査により、比較的軽症で必ずしも入院を必要としない患者が多数存在したことを報告した(詳細は現在Disaster Medicineand Public HealthPreparedness誌に投稿中)。平成25年度はさらに災害時における病院機能維持(Business Continuity Plan)に着目し、病院調査や識者と意見交換した。この中で、災害対策は災害発生時に特別なことをやるのではなく、安全点検や機器点検、患者診療といった日常業務がそのまま災害時に活かすことができるように業務内容を工夫していくことが重要であることが明らかになった。診療機器の観点からは、平常時や災害時であろうと関係なく使い慣れた機器が使用できることが重要であるということがより明確となった。体温調節デバイスは体温維持系(低下の防止)と冷却系に分け、それぞれにおいて実験をおこなった。体温維持系については電気等のエネルギーを極力使用しない体温保持デバイスの試作をおこなった。材質選定・加工については材料工学の見地から素材を選定した。形状は完全に身体を被覆するのがもっとも保温効率が良いが、一方で処置などの患者への介入時に邪魔にならないような形状を両立させる必要があった。この点については当施設の救急科専門医に日常診療での使用上の問題点といった意見を聞きながら細かい仕様について決定した。冷却系は災害時を勘案し、乗用車のバッテリー(12V)程度の電源で駆動する冷却装置を試作した。現在、これらのデバイスの保温機能や冷却機能の基礎データを収集中である。今後は体温3439度程度の患者を想定し、どの程度の体温調節機能を有するかを検証する予定である。平成24年度は体温異常患者の転帰を明らかにすることを主眼に置いた。東日本大震災では宮城県内の多くの災害拠点病院に患者が殺到し、職員は忙殺された。しかし忙殺された業務内容は従来想定されていた災害急性期の多数発生した外傷患者に対する診療ではなく、環境異常による低体温や溺水、津波によって全てを失った患者が服薬を継続できなくなったことによる持病悪化、脳卒中や心筋梗塞に対する診療が主であった。低体温症患者の転帰について明らかにすることを目的とした我々の調査では(現在Disaster Medicine and Public Health Preparedness誌に投稿中)、暖房設備が使用できない中、多くの入院患者は毛布被覆によって復温を行ったが、転帰は良好であった。また、32度35.9度までの軽度低体温症患者と低体温症予備群が圧倒的多数を占めており、これらの入院患者診療を新しいデバイス開発により病院外診療を可能にすることで、災害急性期の病院負担軽減可能であることをより明確に示すことができた。これが実現すれば急性期災害医療の負担軽減に大きく貢献することができる。また、今後の災害医療のあり方について意見交換するため、危機管理の先進国であり、さらにしばしば災害に遭遇する米国西海岸の識者との意見交換を行った(2012年6月カリフォルニア州サンフランシスコ・サクラメント他)。この中で東日本大震災における我が国の対応は、個人の活動は非常に献身的で素晴らしいものであったが、組織的な対応としては課題が残るというのが海外の評価であった。低体温症患者に限らず、東日本大震災で問題となった点について明らかにし、情報発信していき、新たな災害対応方法の確立やデバイスの開発を我が国が行っていくことが海外からのニーズであることが明確となった。東日本大震災における体温異常患者の転帰を宮城県全体で調査したことにより、当初の目的である体温調節機器開発のニーズが高いことが判明した点は、研究開始前より明確になった。また、今回の調査結果を論文や学会発表という形で業績を残すことができた。これらについては研究目的を達成していると考える。一方で、これらのニーズに応えるための無あるいは最小限のエネルギーを用いた体温調節機器開発に向けた素材選定・モデル開発・動物実験データ収集についてはこれからの目標達成課題である。以上より、本研究課題の達成度は「やや遅れている」とした。平成24年度は,東日本大震災においての検証の中で、体温異常に対する新たな機器開発が患者転帰の改善・急性期災害医療の負担軽減・産業創成のいずれにもつながるということをより明確にした。

今後はこのニーズに応えるための新たな体温調節機器の開発に向けた基礎実験を行う。具体的には、動物モデルを用いた評価系の構築し、温度・湿度を任意に可変可能なゲージを製作、ラット動物モデルにおけるベースラインデータを取得する。温度幅040度、湿度幅20100%の中で調節し、基礎データを得る。上記実験系のため、温度計、湿度計、赤外線画像装置、オシロスコープを使用する。加工素材の効果の検討動物モデルに候補となった加工素材で被覆することによる温度幅を計測し、加工素材の保温効果を検証する。また、微小環境のモジュレーションの検討のため、加工素材の冷却効果についても動物モデルを用いて検討を行う以上の動物実験データから、臨床で検証可能な素材・機器の絞り込み、機器開発へつなげる。次年度使用額は、当初計画していた動物モデルを用いた評価系の構築、基礎実験によるデータ収集を次年度に延期することにより生じたものであり、平成25年度請求額と合わせて使用する予定である。
市町と連携した子どもの睡眠健康推進のためのポピュレーション戦略の構築と効果検証

本研究の最終目的は、子どもが睡眠促進行動(良質な睡眠を確保するために重要な行動)を実践しやすい支援的な環境を整え、彼らの睡眠健康推進を図るために、地域全体で簡便に実践可能な睡眠教育プログラムを構築し、その有効性と安全性を評価することである。研究の第一段階として、初年度は研究対象地域の市役所職員や保健師、栄養士、幼保・小・中学・高等学校の教職員に、子どもの睡眠健康推進に関わる地域や学校での活動や多機関連携の現状について、面談やアンケート調査を通じて聴取した。その結果、地域では、保健師や栄養士が中心となって保育園・幼稚園・認定こども園にて、毎年11月に就床・起床時刻、朝食の品目に関して目標を設定し、3週間毎日、それらの目標を記録するセルフモニタリング介入が実施されていることがわかった。一方、これらの介入は、保育園・幼稚園・認定こども園に限定され、子どもの就学と同時に終了してしまい、地域と学校との連携が不十分であることが明らかとなった。学校では、食育の一環として、授業で睡眠について取り上げられる機会もあるが、睡眠に焦点化したアプローチや同上の介入が行われる機会はほとんどないことが判明した。また、養護教諭や体育専科の教員を含め、睡眠に関する正しい知識を有していない教職員が多いこと、一方で、学校では睡眠を中心とした悩みを訴える児童・生徒が多い現状も明らかとなった。現在、第二段階として、各校での児童生徒および教職員の睡眠状況などを把握するための横断・縦断調査の準備を進めている。現時点では、兵庫県内の幼保・小・中学・高等学校の教職員(40名)、小学校1校の全校児童(250名)、大阪市内の中学校3校の1、2年生の生徒(500名)から調査票への回答が得られており、解析の準備を進めている。研究対象地域の市役所職員や保健師、栄養士、幼保・小・中学・高等学校の教職員を対象として面談やアンケート調査を予定通り実施した。重点的な介入対象集団を選定し、彼らに対する介入教材の作成を進め、子どもの睡眠健康推進のための地域介入を実施する。昨年度は高校生の睡眠負債の軽減に重要な睡眠促進行動メニューを検討し、その成果を学術論文として発表したが、国内の学会誌に投稿したため、英文校閲費用が支出されなかった。次年度に予定している横断調査の実施と並行して、その成果を基に新たに論文執筆を行う予定である。
NF-IL6の転写活性化様式とそのアイソフォームの機能解析

転写因子NF-IL6はエクソン内に3つの転写開始点を有しそれぞれの転写開始点からFull, LAP, LIPの3つのアイソフォームができる。今年度は各々のアイソフォームの機能を解析する目的で、それぞれの転写開始点のメチオニンに変異を加えたマウスを作成した。マウスのNF-IL6のcDNAのメチオニンにPCRによって点変異を加えた。NF-IL6のエクソンを変異を加えたエクソンに置換しその下流にプロモーター付きneo耐性遺伝子を挿入したターゲッティングベクターを胚性幹細胞(ES細胞)に導入し相同組み換え体を得た。このES細胞をマウス胚にinjectionしキメラマウスを作成する。得られた雄キメラマウスを雌のC57BL/6マウスと交配することにより目的遺伝子の片アレルを持つヘテロノックインマウスを得、さらにこれを掛け合わせ量アレルに変異を持つホモノックインマウスを作成した。各ノックインマウスにおいて、各アイソフォームの発現の変化を調べている。また各ノックインマウスにおいてサイトカイン産生や細菌感染時のTh1反応、細胞内寄生菌に対する抵抗性、DNAマイクロアレイによって遺伝子発現の変化を検討している。これとは別に、カリフォルニア大学のModlin R.L.らとの共同研究により、らい菌がToll-like receptor(TLR)1とTLR2のヘテロダイマーによって認識され、類結核型の病巣ではTLR1とTLR2の発現が上昇しており、らい菌に対する感染防御にTLR1とTLR2が深く関わっていることを明らかにした。この成果は論文として発表された。(Krutzik S.R.,etal.Activation and regulaton of Toll-like receptors 2 and 1 in human leprosy.NatMed.2003May;9(5):525-32)さらに、当研究室においてTLRのシグナル伝達に関わるアダプター分子TRIF-related adaptor molecule(TRAM)、のノックアウトマウスの作製、解析に参加した。TRAMのノックアウトマウスではTLR4を介するサイトカイン産生が特異的に障害されていた。またTLR3ではなくTLR4を介するインターフェロンベータやインターフェロン誘導性遺伝子の発現が障害していた。これより、TRAMがTLR4のMyD88非依存的な経路に特異的に関わるアダプター分子であることを明らかにした。これらの結果は論文として発表された。(Yamamoto et al.,T RAM is specifically involved in the Toll-likerecepotor 4-mediated MyD88-independent signalingpathway.NatMed.2003May;9(5):525-32.)転写因子NF-IL6はエクソン内に3つの転写開始点を有しそれぞれの転写開始点からFull, LAP, LIPの3つのアイソフォームができる。(Yamamoto et al.,T RAM is specifically involved in the Toll-likerecepotor 4-mediated MyD88-independent signalingpathway.NatMed.2003May;9(5):525-32.)
新しい合成CAP18免疫グロブリンGのエンドトキシンショックに対する効果

好中球内に、存在するぺプチドである分子量18Kdのcationic antimicrobial protein(CAP18)の生理活性ぺプチドCAPl8は、殺菌作用とLPS中和作用の両作用を有する。このCAPl8免疫グロブリンGとヒト免疫グロブリンGを結合させた、新しい合成CAPl8免疫グロブリンGを用いて,ヒト全血中での殺菌作用やサイトカイン産生に及ぼす効果を研究した。ぺプチドは血液中でその作用を減ずる事が知られ、これらの半減期はいずれも非常に短い。現在までの研究により、CAPl8免疫グロブリンGもCAPl8ぺプチドと同様にヒト全血で、グラム陰性菌に対して、殺菌作用があること、並びに、グラム陰性菌によるサイトカイン(TNF, IL-8)の産生を抑制する結果が得られた。更に、CAPl8ぺプチドと同様、抗凝固剤により、殺菌作用やサイトカイン産生抑制作用が影響される結果が得られた。In vivoでは、CAPl8免疫グロブリンGとCAPl8ぺプチドのぺプチドのモル数を同じにして、大腸菌を用いて細菌のクリアランスは、有意差を認めなかった。家兎を用いて、CAPl8免疫グロブリンGが生体内で、殺菌作用、並びにLPSと結合中和作用を有するかどうか、検討したが、CAPl8免疫グロブリンG投与群が生食群に比べて、殺菌作用、サイトカイン産生(TNF, IL-6)の産生抑制作用が認められたが、CAPl8ぺプチド投与群と比べて有意な差は認められなかった。現在、これらの結果を詳細に検討し、有意な差が認められかった原因を究明し、投稿する予定である。好中球内に、存在するペプチドである分子量18Kdのcationic antimicrobial protein(CAP18)の生理活性ペプチドCAP18は、殺菌作用とLPS中和作用の両作用を有する。このCAP18免疫グロブリンGとヒト免疫グロブリンGを結合させた、新しい合成CAP18免疫グロブリンGを用いて,ヒト全血中での殺菌作用やサイトカイン産生に及ぼす効果を研究した。ペプチドは血液中でその作用を減ずる事が知られ、これらの半減期はいずれも非常に短い。合成ペプチド免疫グロブリン化合物にすると、ペプチド単独よりも、血中半減期は長くなり、しかも免疫グロブリンGのFc部位を利用して食細胞によるFcレセプターを介した,LPS及び細菌のクリアランスが増大することが期待できる。現在までの研究により、CAP18免疫グロブリンGもCAP18ペプチドと同様にヒト全血で、グラム陰性菌に対して、殺菌作用があること、並びに、グラム陰性菌によるサイトカイン(TNF,IL-8)の産生を抑制する結果が得られた。更に、CAP18ペプチドと同様、抗凝固剤により、殺菌作用やサイトカイン産生抑制作用が影響される結果が得られた。現在、CAP18免疫グロブリンGとCAP18ペプチドのペプチドのモル数を同じにして、CAP18免疫グロブリンGの細菌のクリアランスが増大するかどうか調べている。また、合成CAP18免疫グロブリンの食細胞機能に及ぼす影響をヒト全血で、FITCでラベルした大腸菌を用いて、フローサイトメトリーにて測定している。今後、動物実験モデルを用いて、CAP18免疫グロブリンGが生体内で、殺菌作用、並びにLPSと結合中和作用を有するかどうか、検討する研究し、この新しい合成生理活性物質のエンドトキシンショック及び臓器障害に対する有効性を明らかにしたい。

ペプチドは血液中でその作用を減ずる事が知られ、これらの半減期はいずれも非常に短い。現在までの研究により、CAP18免疫グロブリンGもCAP18ペプチドと同様にヒト全血で、グラム陰性菌に対して、殺菌作用があること、並びに、グラム陰性菌によるサイトカイン(TNF,IL-8)の産生を抑制する結果が得られた。更に、CAP18ペプチドと同様、抗凝固剤により、殺菌作用やサイトカイン産生抑制作用が影響される結果が得られた。In vivoでは、CAP18免疫グロブリンGとCAP18ペプチドのペプチドのモル数を同じにして、大腸菌を用いて最近のクリアランスは、有意差を認めなかった。家兎を用いて、CAP18免疫グロブリンGが生体内で、殺菌作用、並びにLPSと結合中和作用を有するかどうか、検討したが、CAP18免疫グロブリンG投与群が生食群に比べて、殺菌作用、サイトカイン産生(TNF,IL-6)の産生抑制作用が認められたが、CAP18ペプチド投与群と比べて有意な差は認められなかった。現在、これらの結果を詳細に検討し、有意な差が認められなかった原因を究明し、投稿する予定である。
脳内外のアンギオテンシンII:炎症性サイトカイン産生促進の機序に関する研究

脳内に投与した細菌性内毒素(LPS)による脳のサイトカイン産生に対してアンギオテンシンII(ANG II)は促進作用を及ぼす。平成17年度は、この促進作用に転写因子の活性化が関与しないことを示唆する結果を得た。しかし、脳の全ニューロンと全グリア細胞のうち、脳のマクロファージであるミクログリアは918%にすぎず、上記in vivoでの実験の転写因子活性にミクログリアにおける変化が反映されなかった可能性が考えられた。そこで平成18年度は、ミクログリアを用いたin vitroの実験を行い、LPS刺激に応じてANG IIが転写因子の活性化を引き起こし、LPSと共にサイトカイン産生を誘導する可能性を究明した。その結果、LPSで刺激したミクログリアにANG1型受容体mRNAの発現があることが確認された。LPS刺激により、ミクログリアのnitric oxide(NO)産生は増加した。ANG1型受容体拮抗薬のlosartanを作用させると、このNO反応は減弱した。ANG IIを作用させると、このNO反応は増強した。LPS刺激によりinterleukin-1(IL-1)濃度が増加したがlosartanにより有意に抑制された。LPSによりマイクログリアの形態は球形から突起を持つ紡錘形に変化したが、その変化はlosartanにより抑制された。LPSによるミクログリアのNF-κBとAP-1の活性化は、losartanにより抑制された。したがって、ANG IIと1型受容体はNF-κBとAP-1の活性化を刺激して、LPSのラットミクログリアへの刺激作用を促進するものと考えられる。以上すべての研究結果から、脳内のANG IIと1型受容体は特にミクログリアのNF-κBとAP-1を活性化して、炎症性サイトカイン産生を促進するものと考えられる。近年私たちは、細菌性内毒素(lipopolysaccharide ; LPS)の脳室内投与による発熱と脳でのinterleukin-1β(IL-1β)の産生に、脳のangiotensin II(ANG II)が貢献している事実を発見した。しかし、通常発現しているIL-1βに関しては、ANG IIの関与は認められなかった。従って、LPS刺激時には、脳内のANG IIがLPSによるサイトカインの産生を促進して発熱に貢献するものと推察される。しかし、ANG IIが炎症性サイトカイン産生を刺激するメカニズムは未だ明らかでない。本年度は、LPSが炎症性サイトカインmRNAを誘導する際に働く転写因子(NF-κBとAP-1)に着目した。すなわち、LPS刺激に応じてANG IIが転写因子の活性化を引き起こし、LPSと共にサイトカイン産生を誘導する可能性を検討した。その結果、LPSを脳室内に投与しても、ラット脳内(視床下部、海馬、小脳)のNF-κB活性とAP-1活性は、ともに変化(増加)しないことが分かった。さらに、ANG変換酵素阻害薬やANG 1型受容体拮抗薬をLPSとともに脳室内に投与すると、海馬あるいは小脳においてNF-κB活性とAP-1活性は、ともに増加した。一方、ANG IIをLPSとともに脳室内に投与すると、視床下部のNF-κB活性が増加した。これらの結果より、内因性の脳内のANG IIはLPS投与時の転写因子の活性を抑制し、外因性のANG IIは転写因子の活性を促進するものと推察される。従って、LPSによる脳でのサイトカイン産生へのANG IIの促進作用に転写因子の活性化は関与しないものと推察される。

私たちは、この促進作用に転写因子の活性化が関与しないことを示唆する結果を得た(平成17年度)。しかし、脳の全ニューロンと全グリア細胞のうち、脳のマクロファージであるミクログリアは918%にすぎず、上記in vivoでの実験の転写因子活性にミクログリアにおける変化が反映されなかった可能性が考えられる。そこで平成18年度は、ミクログリアを用いたin vitroの実験を行い、LPS刺激に応じてANG IIが転写因子の活性化を引き起こし、LPSと共にサイトカイン産生を誘導する可能性を究明した。その結果、LPSで刺激したミクログリアにANG 1型受容体mRNAの発現があることが確認された。LPS刺激により、ミクログリアのnitric oxide(NO)産生は増加した。ANG 1型受容体拮抗薬のlosartanを作用させると、このNO反応は減弱した。ANG IIを作用させると、このNO反応は増強した。LPS刺激によりinterleukin-1(IL-1)濃度が増加したがlosartanにより有意に抑制された。LPSによりマイクログリアの形態は球形から突起を持つ紡錘形に変化したが、その変化はlosartanにより抑制された。LPSによるミクログリアのNF-κBとAP-1の活性化は、losartanにより抑制された。したがって、ANG IIと1型受容体はNF-κBとAP-1の活性化を刺激して、LPSのラットミクログリアへの刺激作用を促進するものと考えられる。以上すべての研究結果から、脳内のANG IIと1型受容体は特にミクログリアのNF-κBとAP-1を活性化して、炎症性サイトカイン産生を促進するものと考えられる。
ダイマー型アルキルビリジニウムの殺芽胞機構の解明

本研究は、ダイマー型アルキルピリジニウム、4,4′-(1,6-へキサメチレンジオキシカルボニル)ビス(1-ドデシルピリジニウムアイオダイド)の殺芽胞機構の解明を目的とした。本薬剤は、B.subtilisに対しpH58.5及び1050°Cの範囲でほぼ一定の高い殺芽胞活性(最小殺芽胞濃度(MSC)=35μM)を示し、その作用機構はpHや温度の影響を受けにくいということが判明した。また、Na^+、Mg^<2+>、Ca^<2+>等の金属カチオンによって活性阻害されないことから、カチオン性の本薬剤の作用部位は、単に芽胞外殻部に表在したアニオン性のものではないことが示された。B.subtilisの芽胞死滅速度について検討した。30分間の接触(薬剤濃度4.2μM)では芽胞数に大きな減少はなく、同条件下560分間の接触時間で殺芽胞活性がほぼ同じであったことから、添加後、急速に吸着した薬剤が芽胞と共に回復培地中にキャリーオーバーされ、発芽阻害又は発芽後成育阻害したと考えられた。さらに、殺芽胞曲線から1mlあたり10^6個の芽胞を99%死滅させるのに、5μMで4.3分、100μMで15.6分(ともに最大死滅速度)となり、薬剤濃度が高い程、急激に殺菌速度が増大することが確認された。エキソスポリウムを最外殻構造とするB.cereus、B.brevisと、エキソスポリウムをもたないB.subtilis、B.pumilusに対して殺芽胞作用を調べた結果、本薬剤は芽胞構造に関係なく高い殺芽胞活性(MSC=57μM)と細胞破壊活性(臨界ベシクル化濃度(CVC)=47μM)を示した。両者に対してMSC値とCVC値にあまり差がないことから、細胞破壊作用は非常に強力かつ急速であること、エキソスポリウムとスポアコートに共通する構造又は成分をもつ部分が作用部位であることが示された。走査型及び透過型電子顕微鏡による観察はこれらの結果を反映していた。すなわち、同条件での薬剤処理で芽胞表層にブレッブが形成され、スポアコートやエキソスポリウムが脱離している様子が見られた。ダイマー型アルキルピリジニウム(4,4'-(1,6-ヘキサメチレンジオキシカルボニル)ビス(1-ドデシルピリジニウムアイオダイド)を殺芽胞剤とし、Bacillus subtilis ATCC 6633芽胞に対する作用を自記分光光度計を用いて調べた。その結果、15μMの低濃度領域では通常の薬剤と同じ発芽後増殖阻害作用を示したが、10μM以上の高濃度領域では短時間で発芽阻害作用を示し、薬剤の急激な吸着作用が示唆された。薬剤処理後の生残芽胞数計測のため、反応停止剤(ドデシル硫酸ナトリウム)および菌数測定のための回復培地の検討を行った。結果、反応停止剤濃度が20μMまでは濃度上昇とともに薬剤殺芽胞活性は低下したが、25μ以上の濃度では反応停止剤自体の活性のため見かけの殺芽胞活性が上昇した。したがって、反応停止剤濃度として20μMが最適であった。回復培地として、標準寒天培地またはSCDLP培地にドデシル硫酸ナトリウムを含むものと含まないものを用いて薬剤処理後の菌数測定を行った。その結果、ドデシル硫酸ナトリウムを含まないSCDLP培地の使用が最適であった。また、SCDLP培地中の界面活性成分が、残存薬剤の活性を阻害し、また薬剤で損傷した(死滅していない)芽胞の再生に効果のあることが示された。走査型電子顕微鏡観察により、殺芽胞過程での芽胞形態変化を明らかにした。すなわち、薬剤は、短時間で芽胞表面にブレッブを形成、それらをベシクルとして脱離させるとともに芽胞表層構造を破壊する。芽胞は、破壊個所から内容物を漏洩し、死滅する。現在、ブレッブから生成すると思われるベシクルの収集方法を検討している。十分量のサンプルが取得できれば、通常の物理・化学的処理の後、各種電気泳動法による分析・分取等を行い、ベシクルの成分を分析、生化学的組成を解析する予定である。

さらに、殺芽胞曲線から1mlあたり10^6個の芽胞を99%死滅させるのに、5μMで4.3分、100μMで15.6分(ともに最大死滅速度)となり、薬剤濃度が高い程、急激に殺菌速度が増大することが確認された。エキソスポリウムを最外殻構造とするB.cereus、B.brevisと、エキソスポリウムをもたないB.subtilis、B.pumilusに対して殺芽胞作用を調べた結果、本薬剤は芽胞構造に関係なく高い殺芽胞活性(MSC=57μM)と細胞破壊活性(臨界ベシクル化濃度(CVC)=47μM)を示した。両者に対してMSC値とCVC値にあまり差がないことから、細胞破壊作用は非常に強力かつ急速であること、エキソスポリウムとスポアコートに共通する構造又は成分をもつ部分が作用部位であることが示された。走査型及び透過型電子顕微鏡による観察はこれらの結果を反映していた。すなわち、同条件での薬剤処理で芽胞表層にブレッブが形成され、スポアコートやエキソスポリウムが脱離している様子が見られた。
ビタミンにより象牙質接着を革新する新規プライマーの開発

有機質コラーゲンを化学的に除去した象牙質表面に対する、ビタミン剤含有新規プライマーを開発し、その作用機序を明らかにするとともに、コラーゲンを高分子材料で置換することによって、接着耐久性が改善できることを証明した。そして、長期的な歯質の保存可能な表面処理法の臨床応用を実現した。被着面である象牙質表面において走査型電子顕微観察からは、ADゲル法によって石灰質内部のコラーゲンまでもが溶解除去された結果、多孔質になっていることがわかっている。その穴にレジンが浸透、硬化すれば、象牙質の石灰質とレジンの直接的な結合の結果、接着力が発現することが予想される。したがって、接着界面の有機質コラーゲンが加水分解されることによる接着の劣化(Nano-leakage)は生じにくく、エナメル質接着に近い、強固で耐久性のある接着が可能となるであろう。そして、それはADゲル法の後に、還元作用のあるビタミンと鉄イオンを共に溶解して成る象牙質用新規プライマーを用いることによって実現できる可能性が極めて高い。これは、脱灰された象牙質表層にレジンが浸透、硬化して樹脂含浸層が形成されるのと好対照である。この層は、象牙質表層のコラーゲン線維網を高分子材料で置換した生体傾斜材料とも言えるであろう。接着耐久性が改善されるうえ、接着界面が脱灰されにくく2次カリエスの抑制効果も期待できる。現在、アスコルビン酸水溶液にかわる保存性の高いプライマーとして、トコフェロールを含むビタミンを溶解させたプライマーを試作し、次亜塩素酸ナトリウムへの還元作用、および、レジンモノマーのラジカル重合への効果的な関与を明らかにしている。そして、有機質コラーゲンを除去した象牙質表面に対して、レジンを耐久性良く接着できる方法を開発し、その接着メカニズムを解明する予定である。被着面である象牙質表面において走査型電子顕微鏡観察からは、ADゲル法によって石灰質内部のコラーゲンまでもが溶解除去された結果、多孔質になっていることがわかっている。我々は、以前より、アスコルビン酸と塩化第二鉄が次亜塩素案ナトリウムの悪影響を打ち消し(Soeno et al, Dent Mater J 23(2), 2004)、高い接着強度とともに、高い接着耐久性をもたらすことを報告してきた(Soeno et al, J Biomed Mater Res B 73(1), 2005)。また,長期水中浸漬試験において、10-3処理では、接着強度が経時的に低下するものの、この試作処理方法により、3年間、接着強度の低下は認められなかった(添野光洋ほか、接着歯学25(4),2007)。すなわち、象牙質コラーゲンを化学的に除去することにより,4-META/MMA-TBBレジンと象牙質の接着耐久性が向上することを示唆した。しかし、アスコルビン酸は水に溶解後の保存安定性が悪いため、臨床応用は現状のままでは困難であることがわかった。また、すべての処理に水洗を含み,操作ステップが多い。このシステムを確立させるためには、臨床応用を実現するためには、表面処理材の保存安定性を高めるとともに、少しでもステップを少なくする工夫が必要である。一方、アスコルビン酸は、エタノールやアセトン、HEMAといったプライマーに含まれる代表的な溶媒には溶解しない,ところが,プライマーに含まれる代表的な溶媒である2-hydroxyethy1 methacrylate (HEMA)に脂溶性のビタミンE(トコフェロール)は溶解する。そこで、HEMAとビタミンEの水溶液に、塩化第二鉄を含有させた試作プライマー液を作製し、リン酸、次亜塩素酸ナトリウムで処理した象牙質に試作プライマーを塗布、4-META/MMA-TBBで接着させたところ、次亜塩素酸ナトリウムの悪影響を受けないこと,さらに、この試作プライマーは、保存安定性も高く、水洗ステップも省ける可能性が示唆された.
細胞内タンパク質機能の光制御を指向した光分解性分子糊の開発

2018年度は、タンパク質機能の制御を達成するための鍵化合物である「光分解性分子糊」の合成に取り組んだ。当初の予定では、直鎖状高分子を基盤とした分子設計を検討していたが、タンパク質-タンパク質間相互作用の制御に着目し、嵩高い骨格をもつ樹状型(デンドリマー型)分子糊を新たに設計・合成した。得られた分子糊は、期待通り紫外光照射に鋭敏に応答し、分解することを確認した。また、この光分解に伴って、タンパク質への接着性が大幅に低下し、分子糊が速やかにタンパク質表面から解離することも見出した。光分解性分子糊は、接着したタンパク質の表面を被覆し、他のタンパク質と相互作用できない状態になることを、モデルタンパク質である肝細胞増殖因子(HGF)とその受容体タンパク質(c-Met)の相互作用解析によって明らかにした。一方で、光照射によってこの分子糊が解離する結果、この相互作用を光照射部位選択的に活性化できることも見出している。これを利用して、HGF/c-Metのタンパク質間相互作用を時空間的に光制御することで、シグナル伝達を任意に誘導し、細胞の遊走をも自在に活性化することに成功した。また、タンパク質の光操作技術開発の過程で、siRNA表面にタンパク質を光で固定化する手法を開拓し、これを利用したsiRNAの輸送体の開発も行った。鉄輸送タンパク質であるトランスフェリンを担持したsiRNAがきわめて高い組織浸透性を示し、深さ70マイクロメートルまでsiRNAを送達することに成功した。当初の予定とは異なる分子設計を採用したが、これによって直鎖状高分子特有の分子量分布による性能のばらつきが解消され、より精密な制御が可能になった。事実、樹状型分子糊を用いることで、光刺激に応じて鋭敏にタンパク質間相互作用をスイッチングすることに成功し、期待通り細胞機能の制御につなげることができた。当初計画していたものは、細胞内での光制御ではあるが、設計した分子の有効性とコンセプトの実証は成功しており、また細胞外のタンパク質機能制御も同様に学術的・応用的にも重要であることから、順調に研究が進展しているものと判断している。また、これとは別に、組織浸透性のsiRNA輸送技術を開発し、深組織へのsiRNA送達に成功した。これは、当初の計画から派生した研究で、予期していなかった成果である。細胞外のタンパク質間相互作用を光制御することに成功しているが、樹状型分子糊も細胞膜透過性を有していることが明らかになっており、同様の分子を用いて細胞内のタンパク質機能制御を行うことが可能である。今後は、既に合成が完了している樹状型の光分解性分子糊を用いて、細胞内で機能するタンパク質群を対象として研究を進める予定である。一例として、プログラム細胞死(アポトーシス)を誘導するタンパク質caspase 3や、ゲノム編集のツールとしても知られるCas9などを扱い、これらの活性光制御に挑戦する。また、組織浸透性siRNA輸送体は、特に重篤な症状を与える脳疾患の治療に有効であると期待している。ここで確立した技術を利用し、脳組織への効率的なsiRNA輸送にも挑戦する。

細胞外のタンパク質間相互作用を光制御することに成功しているが、樹状型分子糊も細胞膜透過性を有していることが明らかになっており、同様の分子を用いて細胞内のタンパク質機能制御を行うことが可能である。今後は、既に合成が完了している樹状型の光分解性分子糊を用いて、細胞内で機能するタンパク質群を対象として研究を進める予定である。一例として、プログラム細胞死(アポトーシス)を誘導するタンパク質caspase 3や、ゲノム編集のツールとしても知られるCas9などを扱い、これらの活性光制御に挑戦する。また、組織浸透性siRNA輸送体は、特に重篤な症状を与える脳疾患の治療に有効であると期待している。ここで確立した技術を利用し、脳組織への効率的なsiRNA輸送にも挑戦する。当該年度使用額の端数として生じた。次年度、物品費等にて使用する予定である。
有機ポリマーを抽出剤とした土壌内鉱物からの放射性セシウムイオン抽出化学反応の開発

原子力発電所の事故により、放射性セシウムに汚染された地域では地表の土壌回収が行われているが、汚染された地域があまりにも広大であったために、回収された土壌を保管する場所が不足している。今後さらに汚染土壌の回収および浄化を進めるには、汚染された土壌から放射性セシウムのみを選択的に抽出することによる汚染土壌の浄化、そして体積減少(減容)技術の開発が不可欠となっている。本申請代表者は、通常反応性が低いと考えられているテフロン等の有機ポリマーと無機化合物を特定の条件下で反応させると無機化合物からアルカリ金属イオンが抽出されることをこれまでに発見している。よって本申請研究では、平成27年度に有機ポリマーを用いた無機化合物からのアルカリ金属イオン抽出反応のメカニズムや様々な応用の可能性の検討を行った。そして、有機ポリマー粉末を抽出剤とした、汚染土壌中の鉱物からセシウムを選択的に抽出する化学反応プロセスの開発を進めた。主な実験としてはセシウムを吸着したバーミキュライトという鉱物とテフロンを混合し、様々な条件(温度、混合比率等)で反応させることによって得られた生成物の評価を粉末X線回折や元素組成分析等で行った。その結果、微量ではあるがセシウムがバーミキュライトから抽出されたことを示唆する結果が得られている。これらの結果は学会等で発表を行った。今後はさらに反応雰囲気等の検討を進め、セシウムを最も多く抽出できる反応条件を検討する。Csを吸着したバーミキュライト鉱物とPTFEとの反応生成物から未反応のPTFEを除去するための反応条件が他の物質とPTFEの反応生成物の場合とは異なっていることが明らかとなったため。引き続きCsを吸着したバーミキュライト鉱物とPTFEとの反応の最適条件の検討を進めるとともに、バーミキュライトよりも構成元素数の少ない化合物とPTFEとの反応を検討することによって、基礎化学的観点からもCs脱着反応の可能性および特性の評価を行う。本研究では、さまざまな条件での有機ポリマー粉末と土壌内鉱物の反応を多様な条件下で検証する必要がある。そのための反応雰囲気制御が可能な電気炉を2016年度に購入する予定となった。またこの装置の他、化学反応や生成物分析に必要となる消耗品(試薬、各種物性測定用試料フォルダ、ガラス器具、電気炉発熱体)等が必要となるので購入する。さらに、本研究で得られた成果の発表を行うために国内外の学術会議に出席するので、その経費に利用する予定である。研究を行っている化学反応において、予想以上に反応最適条件の最適化に時間を要しているために、反応生成物の特性評価等に用いる予定だった機器等の購入を先延ばしにしたため。
ワイヤレスセンサーネットワークを活用した協調学習型授業支援システムの開発と評価

本研究は、高等教育の授業におけるグループワークや協調学習などのアクティブラーニングを行なう際に、教室内の教員と学生の行動を、ワイヤレスセンサーネットワークを利用してデータとして記録・可視化して、授業中の学習活動について分析を行い、授業方法の改善に役立てるシステムを開発した。今後は開発したシステムの実践での活用を通して効果を検証することで研究を継続していく。本研究の目的は、大学の授業で協調学習などのアクティブラーニングを行なう際に、教室内の教員と学生の行動を、ワイヤレスセンサーネットワークを利用してデータとして記録・可視化して、授業中の学習活動について分析を行い、授業方法の改善に役立てるシステムを開発し評価することである。今年度は、勉強会に参加して、関連研究の最先端の状況調査と議論を行い知見を深め、システムの仕様設計・開発とタブレット端末への実装を検討した。必要な開発環境の整備と利用可能なセンサーについて選定を行い、試用実験などを検討した。これまで実施していた研究であるグループワークにおけるチームパフォーマンスを向上させる座席レイアウトについて比較実験を行った内容について、統計的分析を行い、日本教育工学会にて発表した。本発表では、グループワークにおけるチームパフォーマンスを向上させる座席レイアウト「三日月型」を提案し、その有効性を示した。比較実験では、「三日月型」が「円型」の座席レイアウトに比べて、優れたチームパフォーマンスを実現させることを確認した。実験データは、標本数が少なく主観評価のため、順序尺度に基づくデータの処理が可能なノンパラメトリック検定法(ウィルコクソンの符号付順位和検定)を用い、分析を行った結果、有意な結果を得ることができた。さらに、アクティブラーニングの教育実践事例について、学会や大学のFD講演会などで、招待講演7件を行った。今年度も、定例の研究会に参加して、関連研究の状況調査と議論を行い知見を深め、システムの仕様設計・開発とタブレット端末への実装を検討した。具体的には、iBeaconの活用方法をスマートフォン(Android端末)の利用法を調査して、アプリ開発のための環境整備を検討・実施した。分析対象となるシーンについて、シナリオを作成して、どのようなシーンにおいて、活用可能であるのかをシミュレーションした。それと平行して、CaoGadgets社のワイヤレスセンサータグを利用するための開発環境としてサーバの構築、SDKの利用環境を整え開発を進めている。また、予備実験を行うための教室環境を整えるように準備を進めた。その他、アクティブラーニングの教育実践の事例について、学会等で発表した。さらに、日本教育工学会や関連する研究会等に参加して、システム開発の情報収集を行った。関連する先行研究の調査を行い議論を行った。システムの仕様設計・開発とタブレット端末への実装を検討して、必要な開発環境の整備とワイヤレスセンサーの納品が遅れてたため、システム開発が遅れている。本研究の目的は、高等教育の授業におけるグループワークや協調学習などのアクティブラーニングを行なう際に、教室内の教員と学生の行動を、ワイヤレスセンサーネットワークを利用してデータとして記録・可視化して、授業中の学習活動について分析を行い、授業方法の改善に役立てるシステムを開発し評価することである。今年度も、定例の研究会に参加して、関連研究の状況調査や議論を行い、知見を深め、システムの仕様設計・開発とタブレット端末への実装を検討した。2013年度は、研究会に参加して、関連研究の最先端の状況調査や議論を行い、システムの仕様設計・開発とタブレット端末への実装を検討した。続く2014年度は、分析対象となるシーンについて、シナリオを作成して、どのようなシーンにおいて、活用可能であるのかをシミュレーションした。それと平行して、CaoGadgets社のワイヤレスセンサータグを利用するための開発環境としてサーバの構築、SDKの利用環境を整え開発を進めた。

2015-2016年度は、関連する先行研究の調査を行い、システムの仕様設計・開発とタブレット端末への実装を検討して、必要な開発環境の整備とワイヤレスセンサーを利用したシステム開発を行った。今後は開発したシステムの実践での活用を通して効果を検証することで研究を継続していく。本研究は、高等教育の授業におけるグループワークや協調学習などのアクティブラーニングを行なう際に、教室内の教員と学生の行動を、ワイヤレスセンサーネットワークを利用してデータとして記録・可視化して、授業中の学習活動について分析を行い、授業方法の改善に役立てるシステムを開発した。関連する先行研究の調査を行い議論を行った。システムの仕様設計・開発とタブレット端末への実装を検討して、必要な開発環境の整備と利用可能なセンサーについて選定を行った段階ではあるが、システム開発のためのシステムデザイン・開発は遅れている状況である。最終年度であるため、プロトタイプシステムの設計・開発を行い、評価実験を行う予定である。教育工学最終年度であるため、研究計画を確実に実行するために、プロトタイプシステムの設計・開発を行い、評価実験を行う予定である。ワイヤレスセンサーのメーカー開発が7ヶ月遅れ納品が遅れたことにより、システム開発の研究遂行に想定以上に時間を要していることにより、それらのシステム開発に必要となる金額を次年度に繰り越した。繰り越した次年度使用額は、システム開発に必要になる旅費や物品費に支出する計画である。研究計画を確実に実行するために、研究時間の確保を行い、先行研究の調査実施、システムの設計・開発を行う評価実験まで行うようにする。それらをサポートするために、協力体制を強化する計画である。