大根等スライスディスクを用いた新しい浸透圧実験法の確立と教材化

• Project/Area Number: 18K02566
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 09040:Education on school subjects and primary/secondary education-related
• Research Institution: University of Fukui
• Principal Investigator: 藤井 豊 福井大学, 学術研究院医学系部門, 客員教授 (80211522)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2019: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2018: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: 理科教材 / 浸透 / アクアポリン / 阻害剤 / スクリーニング / 教材 / 植物 / 動物 / 阻害 / 金属イオン / 浸透圧濃度 / 体液 / 細胞内液 / 大根 / 二ホンアマガエル / 野菜 / 銀イオン / 水銀イオン / 教材開発 / 浸透圧実験法 / 大根スライスディスク / 生薬利尿阻害剤

Outline of Annual Research Achievements

これまで、普段の生活に無くてはならない食品である野菜（大根など）あるいは動物（ニホンアマガエル）など身近な植物や動物を活用して、例えば大根を使った授業ではスライサー、型抜き、重量計、ストップウオッチ、震盪装置（あれば便利）、紙コップ、紙タオル、水、塩、砂糖など通常の理科室にある簡単な実験器具や試薬があれば簡単に浸透現象を定性的に観察し、またファントホッフの浸透圧を定量的に解析することが可能な理科教材を開発してきた。浸透は、非常に難しい概念で学習する困難さがあるが、直感的に体得できる教材としてその普及が期待されている。また、理科教材のみならず、学術的にも医学的にも広く応用できるシステムとしても大きな期待が寄せられている。高血圧症などの治療を目的に利尿剤の開発を目指したアクアポリン阻害剤のスクリーニングとしての活用にも取り組んできた。しかし、安価で多数の均一な大根スライスを用意調整できるとしても、天然物由来の阻害剤試料の液体クロマトグラフィー分画試料それぞれに対し浸透圧調整を実施しかつ多数の大根スライスの経時変化を計測する必要があるなど膨大な労力を強いられるこれまでのスクリーニング方法は、実用性に難点がある。この現況を打破するために、新たな発想の転換に迫られていると言える。そこで、水の浸透を支配するアクアポリンの双方向性の水の浸透メカニズムの本質に迫りつつ、阻害剤によるアクアポリンの偏向性の阻害による新たな阻害効果の評価方法を検証したい。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

コロナ禍の影響で研究成果の発表及び公表に遅れが生じているため。

Strategy for Future Research Activity

水銀Hg2+などの阻害実験では、アクアポリンの阻害は、細胞内への水の浸透速度の低下から判断していた。阻害剤は細胞外から投与されるため、細胞内へ水を取り込む際に阻害剤が奏効する。植物細胞では細胞壁が元々細胞に浸透に抗する張力として働いているため、水の細胞内への浸透が阻害されると、逆に水の逆浸透が優位になり細胞内の水が失われる現象があると考えられる。この原理を応用して簡単なアクアポリン阻害剤のスクリーニングシステムを開発することにし、その実用性を評価する。