令和元年度研究費助成 研究成果報告書集
研究成果報告書 目次■ 複合現実技術を用いた次世代骨盤手術支援ツールの開発
岡山大学大学院 医歯薬学総合研究科 助教 長谷井 嬢･･･････ 1■ 微小環境構築における S100 制御性がんの分子機構の解明
岡山大学病院 泌尿器科 医員 光井 洋介･･･････ 3■ HMGB1 が癌性骨痛に与える影響と新規癌性骨痛治療の開拓
岡山大学病院 口腔外科 助教 奥井 達雄･･･････ 5■ 妊娠期の胎盤形成における炎症抑制因子 HRG の生理的調節機能の解析
岡山大学大学院 医歯薬学総合研究科 助教 勅使川原 匡･･･････ 7■ CXCR4 阻害に着目した口腔癌の新規抗腫瘍血管治療の開発
岡山大学大学院 医歯薬学総合研究科 助教 河合 穂高･･･････ 13■ 含ホウ素機能性色素を基盤とした円偏光発光材料の開発
岡山大学大学院 自然科学研究科 助教 前田 千尋･･･････ 17■ エキシプレックス/エキシマー有機円偏光発光色素の開発
岡山大学大学院 自然科学研究科 講師 高石 和人･･･････ 22■ 乳がん治療薬抵抗性獲得機構における NFYA の機能解明
岡山大学大学院 ヘルスシステム統合科学研究科 助教 岡田 宣宏･･･････ 25■ 抗酸化物質が免疫担当細胞に与える影響
岡山大学大学院 ヘルスシステム統合科学研究科 助教 増田 潤子･･･････ 28■ G-CSF 刺激による好中球分化誘導シグナル伝達経路の解析
岡山大学大学院 ヘルスシステム統合科学研究科 准教授 村上 宏･･･････ 32■ 平成 30 年 7 月西日本豪雨時の旭川洪水の流況解析と CCTV 画像を用いた STIV 解析による検証
岡山大学 環境理工学部 准教授 吉田 圭介･･･････ 36■ 板ガラスへのニオブ系光触媒の直接薄膜とセルフクリーニング特性評価
岡山大学大学院 環境生命科学研究科 准教授 西本 俊介･･･････ 42■ 歴史的砂防施設「別所砂留」の持続可能な保存整備に向けた調査研究
岡山大学大学院 環境生命科学研究科 准教授 樋口 輝久･･･････ 44■ CNP/NPR2 シグナルを介した卵胞発育シグナルの解明
岡山大学大学院 環境生命科学研究科 准教授 辻 岳人･･･････ 50■ 半田山南側斜面で発生した土砂災害を事例とした崩壊危険箇所と崩壊土砂量の詳細な推定法に関する研究岡山大学大学院 環境生命科学研究科 教授 鈴木 茂之･･･････ 53■ 植物共生細菌のメタノール走化性の機構と重要性の解明
岡山大学 資源植物科学研究所 准教授 谷 明生･･･････ 59■ 糖尿病によるつらい気もちの評価法の開発に関する研究
岡山大学大学院 社会文化科学研究科 教授 安藤 美華代･･･････ 62

■ 難治性心不全患者に対する循環器看護師の意思決定支援モデルの開発
岡山県立大学 保健福祉学部 准教授 名越 恵美･･･････ 68■ 超音波を用いた看護師による爪のアセスメント方法の開発
岡山県立大学 保健福祉学部 准教授 佐々木 新介･･･････ 73■ 被災時における生活困窮者への情報提供と避難行動～2018 年岡山県豪雨災害の経験から～
岡山県立大学 保健福祉学部 准教授 岩満 賢次･･･････ 78■ 妊娠期からの育児期の両親の睡眠と抑うつ･愛着の関連
岡山県立大学 保健福祉学部 准教授 池田 理恵･･･････ 84■ 機械学習を用いた熱可塑性炭素繊維強化プラスチック溶着接合の強度･品質予測
岡山県立大学 情報工学部 助教 金崎 真人･･･････ 90■ 電力システムに対するスケーラブル制御器の開発
岡山県立大学 情報工学部 助教 泉 晋作･･･････ 93■ バグ報告の記述及びソースコードの表現方法が自動不具合箇所特定手法の性能に及ぼす影響についての比較評価
岡山県立大学 情報工学部 助教 天嵜 聡介･･･････ 96■ アバタ影コミュニケーションシステムを用いたインタラクション支援
岡山県立大学 情報工学部 准教授 石井 裕･･･････102■ 陶芸制作で共鳴する日米文化交流
岡山県立大学 デザイン学部 講師 作元 朋子･･･････108■ 展示空間の文脈を伝えるテキスタイルデザインの開発と提案
岡山県立大学 デザイン学部 助教 岡本 汐加･･･････113■ 木育玩具による遊びと子どもの発達の対応分析
岡山県立大学 デザイン学部 助教 林 秀紀･･･････119■ 宇宙から飛来する暗黒物質による散乱過程の理論的研究
岡山理科大学 理学部 講師 長尾 桂子･･･････125■ スピン反転を利用した長寿命光電荷分離システムの創製
岡山理科大学 理学部 教授 満身 稔･･･････131■ 備前焼模様の材料科学的研究
岡山理科大学 工学部 教授 草野 圭弘･･･････135■ AI による LP データを用いた定量的な危険度評価手法の開発
岡山理科大学 生物地球学部 准教授 佐藤 丈晴･･･････138■ 血管機能に対する Streptococcus 属菌体毒素の影響：高血圧症の新規病態機序解明に向けて
岡山理科大学 獣医学部 助教 向田 昌司･･･････144■ 内向き整流性 K+チャネル遮断ペプチドの探索と作用の解明
倉敷芸術科学大学 生命科学部 教授 岡田 誠剛･･･････148■ 運動は炎症性腸疾患を予防するポジティブ･アクションとなりうるか？
倉敷芸術科学大学 生命科学部 准教授 椎葉 大輔･･･････152■ 筋音図･筋電図を用いたアスリートの筋コンディションの定量評価
倉敷芸術科学大学 生命科学部 准教授 枝松 千尋･･･････156■ 中国電力送電線への地磁気誘導電流の影響評価
吉備国際大学 農学部醸造学科 教授 橋本 久美子･･･････162

■ 微細な水中漂流ごみを巻き込むように回収するクラゲ型ロボットの試作研究
津山工業高等専門学校 総合理工学科 准教授 細谷 和範･･･････166■ 生体深部の非侵襲･三次元･動的イメージングを実現する新規蛍光プローブの開発
津山工業高等専門学校 総合理工学科 助教 守友 博紀･･･････172■ 双方向可変剛性機構によるロボット義足に関する研究
津山工業高等専門学校 総合理工学科 助教 野中 摂護･･･････177■ Streptomyces cinnamoneus ゲノム情報を利用した有用酵素の探索
岡山県農林水産総合センター 生物科学研究所 ｸﾞﾙｰﾌﾟﾘｰﾀﾞｰ 畑中 唯史･･･････181■ 栽培化により失われたトマトの短日性を支配する鍵遺伝子の解明
岡山県農林水産総合センター 生物科学研究所 専門研究員 後藤 弘爾･･･････185■ ヒトシトクロム P450 の遺伝子多型が薬物相互作用に及ぼす影響の予測
就実大学 薬学部 教授 丹羽 俊朗･･･････190■ AGEs と相互作用する新規内在性起炎分子の同定と慢性炎症病態への寄与の解明
就実大学 薬学部 講師 渡邉 政博･･･････195■ 胎児期葉酸欠乏マウスにおける高次脳機能低下の発現メカニズムに関する研究
就実大学 薬学部 助教 吉川 弥里･･･････199■ 岡山県産黄ニラの抗酸化作用機序の解明
就実大学 薬学部 助教 川上 賀代子･･･････203■ 新しい細胞動態評価法でスクリーニングした抗腫瘍薬の応用
川崎医科大学 生化学教室 教授 山内 明･･･････207■ 小胞体ストレス応答転写因子の機能不全による糖尿病発症機序の解明
川崎医科大学 薬理学教室 助教 北風 圭介･･･････210■ 脾臓の形成過程における核内受容体 NR5A1 の機能解明
川崎医科大学 解剖学教室 教授 嶋 雄一･･･････213■ 活性酸素生成酵素 Nox の制御機構の破綻メカニズムの解明
川崎医科大学 生化学教室 助教 宮野 佳･･･････216■ ATP/P2 受容体経路による糖尿病性腎臓病の新規進展機序の解明と治療法の開発
川崎医科大学 腎臓･高血圧内科学 講師 城所 研吾･･･････220■ 腸内環境維持とコンディションに関する研究 －外環境変化と腸内細菌叢の関連－
川崎医療福祉大学 医療技術学部 准教授 松生 香里･･･････223■ ロイシン代謝産物 HMB の抗炎症作用はがん細胞誘発性の炎症反応を抑制しうるか
川崎医療福祉大学 医療技術学部 講師 三宅 沙知･･･････227■ 高脂肪食餌性 dysbiosis に及ぼすグアーガム部分分解物摂取と運動の相補作用効果
川崎医療福祉大学 医療技術学部 助手 青木 孝文･･･････231■ 老化による筋力低下に対するステロイド類の影響の行動学的解析
川崎医療短期大学 医療介護福祉科 准教授 平口 鉄太郎･･･････236■ 気候変動と土砂災害対策法制の課題〜広島地域を事例として
山陽学園大学 地域マネジメント学部 准教授 澤 俊晴･･･････239■ ダウン症児における発話技報および言語理解促進に関する研究
山陽学園大学 総合人間学部 准教授 上地 玲子･･･････245

■ 味覚センサーおよびブレスマスを用いた食品の味および香りの立体的評価法の検討
美作大学短期大学部 栄養学科 教授 桑守 正範･･･････250■ プレゴールデンエイジ期におけるキンダートーネン（子供体操）運動学習効果の科学的検証
および SECI モデルによるナレッジ・マネジメント導入に関する研究（1 年目）
中国学園大学 国際教養学部 准教授 佐々木 公之･･･････259■ カルバペネム耐性細菌の駆除を目指したファージ療法の開発
中国学園大学 現代生活学部 准教授 川野 光興

･･･････265■ 新規ゲノム編集法によるアルポート症候群モデルラット作製と病態解析
重井医学研究所 分子遺伝部門 研究員 古家野 孝行･･･････270

海外渡航報告書 目次■ 岡山大学 環境理工学部

准教授

本田 恭子

･･･････273■ 岡山大学 資源植物科学研究所

特別契約職員（助教）

佐藤 有希代･･･････275■ 岡山大学 自然生命科学研究支援センター

教授

寺東 宏明

･･･････277■ 就実大学 薬学部

助教

山田 陽一

･･･････279■ 川崎医療福祉大学 医療福祉マネジメント学部

講師

三田 岳彦

･･･････281■ 川崎医療福祉大学 医療技術学部

准教授

矢納 陽

･･･････282

複合現実技術を用いた次世代骨盤手術支援ツールの開発
岡山大学大学院医歯薬学総合研究科 運動器スポーツ医学講座
長谷井 嬢
（概要）
整形外科において「骨盤」とは最難関手術部位の一つである。それは複雑な立体的構造や、骨盤骨周囲に重要な血管神経が集中し麻痺や大出血のリスクが高いこと、展開が進めにくく視野が限られること等が理由として挙げられる。立体構造の把握が困難である事は、術者と他の手術参加者(助手や看護師など)との術中イメージ共有が得られにくく、チームとして手術を効率良く、高い医療水準で進めるには革新的な技術的進展が必要である。また、骨盤手術はハイリスクである事から、経験豊富なエキスパートしか手術機会を得られない事も多く、術者の教育・育成も行いにくい事が問題である。術者目線での手術経験の共有ができれば手術スキルの上昇に繋がり、患者側は質の高い医療が受けられ、医療側も教育・人材育成面でのメリットが得られる。
これらの問題を解決する為に、本研究では近年技術革新の目ざましい Virtual Reality(仮想現実)分野を用いた手術システムの開発を行う。

同デバイスは装着性、視野角、反応速度や稼働時間（本文）
Virtual Reality(仮想現実)分野の中でも Mixedなど含めて多くの点で改善が図られておりReality(MR)は、
現実と仮想現実の情報を融合させる

HoloLens 2(下図) を用いての開発を計画した。

技術であり、仮想骨盤骨を現実の視野内に表示させる事で、狭い術野でも的確に術部の把握を可能とし、助手などの術者以外のスタッフも手術イメージの共有が可能となる。
骨盤手術には骨折だけでなく、悪性骨腫瘍切除も。

あり、適切な位置での切除は患者予後に直結する重大問題であり、本技術の発展は患者生命にかかわる

発売日は当初 2019 年 9 月であったが、延期され、重要課題である。
本研究の為に必要になるデバイスとして2019 年 11 月から販売されたとされている。本研究Microsoft 社の HoloLens(下図)を用いる事としたが、が開始されてすぐに日本マイクロソフト社に
HoloLens 2 の購入予約を行っているが、順次販売連絡を行うとの通達はあるものの、実際のデリバリーは開始されておらず、現在デバイス待ちとなっている。
初期型の HoloLens とは画像処理上の規格が異なることから、HoloLens2 がデリバリーされてからの開発とする必要があり、研究がすすめられずにいる。
待機期間中に、骨盤ナビゲーションで使用している2019 年にスペインのバルセロナで行われた Mobile

ナビピンを共同研究先の Holoeyes 社に送り、形状やWorld Congress で、Microsoft は拡張現実バイザー

サイズについてのデータを収集していただいた。
また、術中 CT 撮影に使用する O-arm で作製され「HoloLens」（ホロレンズ）の第 2 世代を発表した。

-1-

る DICOM データの出力についてメーカーと協議を行った。骨盤手術時、1 回の撮影で全範囲が入りきらず、頭尾側に撮影範囲を移動して撮影するが、この２つのデータを、撮影機材内で連結し、連続撮影
DICOM データとして出力できるような設定が可能となった。
デバイスが発売され次第、スムーズに研究が遂行できるように準備は完了している。

-2-

微小環境構築における S100 制御性がんの分子機構の解明
岡山大学病院 泌尿器科光井 洋介
がんの進展には様々な要素が関与しており、近年、がん細胞の増殖・浸潤や転移などにがん周囲の間質が積極的に関与していることが明らかにされている。がんの病態解明、新たな診断治療法の開発を行ううえでも、間質の役割を理解することは重要である。特に膀胱がんは、その周囲に存在する豊富な線維性間質を特徴として
おり、がん細胞とその周囲に存在するがん関連線維芽細胞との相互作用は、がんの浸潤・転移に重要な役割を持っているとされているが、その詳細は明らかではない。今回、我々は膀胱がん細胞と癌関連線維芽細胞におけるクロストークががんの進展に関与するメカニズムの一部を解明した。膀胱がん細胞は S100 たんぱく質やHMGB1 などを分泌し、線維芽細胞にはそのレセプターである RAGE が豊富であることは過去の研究により同定されている。今回の研究により、膀胱癌と癌関連線維芽細胞の共培養におけるがん遊走能、浸潤能の亢進と、その経路を RAGE-Fc（RAGE 阻害薬）によって阻害されることを見出した。これらの研究成果より癌自体を抑制す
るだけでなく、癌周囲の間質組織をターゲットとした治療を組み合わせることで、より有効な治療戦略の開発が期待され、RAGE-Fc は治療薬の候補としても期待できる。

はじめに達を制限する厄介者と認識され、近年、がん間質を

最近の知見では、がん細胞の増殖・浸潤・転移、化効果的に抑制する手法の開発が切望されている。し学療法抵抗性にはがん細胞そのものの動態だけでなかし、これが何に起因するのか、そして増大した間く、がん細胞を取り巻く微小環境、その中でも特に質のがん進展への真の深い理解が頓挫しているため、

がん関連線維芽細胞(CAF: Cancer-associated革新となりうる医療への応用が成されていない。

fibroblast）が重要である。膀胱がんでは浸潤や転

我々はこれまでの成果を基盤とした現研究から、上移によって治療方法や予後が大きく変わるため、そ記に対する重要な発見を得ている。それは、間質線

れらメカニズムの解明の臨床的意義は大きい。S100

維芽細胞側に RAGE が発現しており、がん細胞側のたんぱく質や HMGB1 たんぱく質は種々がん細胞から

S100 たんぱく質をパラクラインとして受け取るこ分泌されオートクラインにてがん細胞の増殖を促進とで線維芽細胞の増殖が活発となること、そしてさすることが知られている。細胞外 S100、HMGB1 たん

らに S100-RAGE 経路が膀胱がんにおける遊走・浸ぱく質が、がん細胞に機能するためには細胞膜受容潤・転移に重要である可能性を見出している。

体が必要であり、それが RAGE である。しかし、膀胱
がんでは S100、HMGB1 たんぱく質の活発な産生分泌研究の成果があるものの、RAGE の発現が低くそれらがオートク

今回の研究では主に HMGB1 におけるデータを述べる。

ラインで働いている事象が得られていなかった。膀

まず初めに膀胱がんの細胞株（T24、UMUC-1、UMUC-3、

胱がんにおいて S100、HMGB1 たんぱく質の報告は多TCC-sup、J82、RT-4）の上清に S100 たんぱく質や、数あるが、一定の見解を得られていないのが現状で

HMGB1 が分泌されることを確認した。そして HMGB1ある。ここで我々が着目したのは膀胱がんの特性でが膀胱がん細胞株の細胞遊走能を亢進するのを確認ある。膀胱がんの多くは、浸潤に伴い間質が増大すするために、Boyden Chamber を用いた Migration

る。他の間質が豊富ながん種において、がんの浸潤

Assay にて確認した。図１のように、HMGB1 濃度依存に先立ち CAF が増殖・遊走し、がんの進展を促すこ

性に細胞の遊走能が亢進していることが分かった。

とが報告されている。さらに CAF は、薬物のがん到-3-

図１：HMGB1 刺激による膀胱がん細胞株の遊走能の

図２：線維芽細胞（RAGE WT, RAGE KO）と膀胱がん

亢進（Migration assay）

細胞株の共培養、細胞遊走 assay

次に、HMGB1 のレセプターである RAGE をターゲットとした実験を行った。まずは RAGE を Knock out させた線維芽細胞を 24well に接着・培養後に Migration
assay を行った（図２）。このようにすることで、癌細胞と線維芽細胞の共培養における遊走能を確認することができる。線維芽細胞と共培養することで膀胱がん細胞株の遊走能は亢進し、RAGE を KO することで遊走能は抑制することが分かった。これより、

図３：RAGE-Fc を用いた細胞遊走 Assay膀胱がんと線維芽細胞の間には遊走能を亢進させる
相互作用があり、その一端を線維芽細胞側の RAGEが関与していると考えられた。さらに、RAGE の重要性、HMGB1 の影響を調べるために、RAGE－Fc（HMGB1と結合することで RAGE のインヒビターとして働く）を用いた実験を行った（図３）。線維芽細胞と共培養することで亢進した遊走能は、RAGE-Fｃによって抑制されることが分かった。これにより、遊走能の亢
進には HMGB1-RAGE 経路が関与している可能性が考
えられた。
今後の展望
今後は HMGB1-RAGE 経路の下流の経路をさらに突謝辞

き詰めるとともに、in Vivo による実験系での本研究を遂行するにあたり、ご支援賜りました公益RAGE-Fc の治療薬としての可能性について考察を深財団法人ウエスコ学術振興財団に深く感謝申し上げ

める予定である。

ます。

-4-

HMGB1 が癌性骨痛に与える影響と新規癌性骨痛治療の開拓
岡山大学病院 口腔外科(病態系)

奥井達雄
（概要）
乳癌、前立腺癌などの骨指向性悪性腫瘍は高頻度に骨に転移する。 悪性腫瘍の骨転移時に生じる癌性骨痛は通常の鎮痛薬が奏功しにくく、患者の QOL を著しく低下させる。癌性骨痛の強さは腫瘍の大きさと相関しないことも多く、癌細胞が産生するある種のサイトカインが疼痛シグナルを受容する神経細胞軸索終末に影響を与えていることが示唆されているが、詳細はほとんど不明である。申請者らは乳癌細胞をマウス骨髄内に移植すると骨髄内で神経軸索が伸長することを報告した(Hiasa et al, Cancer Res, 2016)。
本研究では多数の神経終末を有する骨での癌増大が痛覚神経の興奮、疼痛に与える影響を神経誘
導 因 子 で あ る High mobility
group box 1(HMGB1)に着目し検討した内容を報告する。

ト(TAK-242)は4T1, MDA-MB-231 乳がん細胞の増殖抑
HMGB1 シグナルが、癌細胞の増殖ならびに知覚神経制効果を示さなかった。

マウス知覚神経細胞株

新生に及ぼす影響、メカニズムを新規 HMGB1 中和抗(F11,50B11)に対しても増殖抑制効果を示さなかっ

体、HMGB1 受容体である TLR4、RAGE アンタゴニスト

た。

を用い in vitro, in vivo にて明らかにする。
1. 各種癌細胞(乳がん細胞 MDA-MB-231, 4T1 におけii)DRG 神経細胞をラミニンコーティングディッシ

る HMGB1, TLR2, TLR4, RAGE 発現量の比較検討を行

ュ上で培養し神経これに対し(i)で検討した HMGB1った。

高発現癌細胞株 4T1 の培養上清を添加し神経軸索のi)乳癌 (MDA-MB-231, MCF-7, 4T1)を用い、これらの変化を測定すると HMGB1 高発現株 4T1 培養上清添加

癌細胞における HMGB1 の発現量を Western blot 法

により知覚神経軸索伸張が著明に増加した。またこにて検討した。MDA-MB-231 は HMGB1 低発現株、4T1,の効果はHMGB1 中和抗体ならびにRAGE阻害薬の添加

MCF7 は高発現株であった。

により阻害された。

HMGB1 中和抗体, RAGE アンゴニスト(FPS-ZM1), TLR4iii) RAGE アンゴニスト(FPS-ZM1), TLR4 アンタゴニ

アンタゴニスト(TAK-242)が上記各種癌細胞の細胞

ス ト (TAK-242) が知 覚 神経 興 奮 マ ーカ ー で あ る

増殖ならびに知覚神経細胞の神経軸索伸長、細胞興

p-ERK, p-CREB の発現に及ぼす影響：DRG 細胞 10％奮に与える影響の検討

ウシ胎児血清(FBS)添加 Neuro bassal media で培養i) RAGE アンゴニスト(FPS-ZM1), TLR4 アンタゴニス

し HMGB1 高発現群である 4T1 の培養上清また 4T1 の-5-

HMGB1 を shRNA を用いて発現抑制した培養上清を添

3.HMGB1 中和抗体, RAGE アンゴニスト(FPS-ZM1),

加し 30 分後、細胞を可溶化させタンパク質を回収

TLR4 アンタゴニスト(TAK-242)がマウス癌性骨痛にし上記抗体を用いてウエスタンブロット法にて解析与える影響の検討.

を行った。

HMGB1 高発現癌細胞株を 5 週齢雌 BalbCnu/nu 系ヌ

4T1 培養上清あるいはコントロール shRNA を導入しードマウス脛骨骨髄内に打ち込み癌性骨痛を誘導した 4T1 の培養上清では DRG 細胞の p-ERK, p-CREB 発

た。
このマウスにRAGE アンゴニスト(FPS-ZM1), TLR4

現が増強していることが明らかになった。対照的にアンタゴニスト(TAK-242)を投与し Von Frey assay

4T1 の HMGB1 を抑制すると DRG の p-ERK, p-CREB がをにて癌性骨痛に対する影響を評価した。

共に抑制されることが明らかになった。(下図)

4T1 移植によって誘導された癌性骨痛は HMGB1 中和抗体投与、RAGE 阻害薬投与によって減弱した。しかしながら TLR4 阻害薬の投与は有意な疼痛減弱効果を示さなかった。(下図)pERK1/2
Paw withdrawal threshold (g)

4T1

ERK1/2pCREB
CREB
β-actin

TAK242FPS-ZM1

HMGB1 Ab
*

6

#

*

*

#

administration

0
0h

3h

6h

12h

18h

24h

iv) DRG 神経細胞をラミニンコーティングディッシ

Time after administration (h)ュ上で培養することで神経軸索伸長能を測定した。

また同マウスの DRG を摘出し神経細胞マーカー発現

この培養系に対して、HMGB1 高発現群である 4T1 のを western blot にて検討すると HMGB1 中和抗体、

培養上清、HMGB1 中和抗体を添加し 3 日後、神経軸RAGE 阻害薬投与マウスでは ERK のリン酸化、CREB

索の変化を測定した。

のリン酸化が抑制され、癌性骨痛による神経興奮が4T1 培養上清は神経軸索の伸張を有意に促進した。

抑制されることが明らかになった。(下図)HMGB1 中和抗体を添加するとこの作用が阻害された。
(下図)
control

DbcAMP

4T1 CM

4T1 CM + HMGB1 Ab-6-妊娠期の胎盤形成における炎症抑制因子 HRG の生理的調節機能の解析
岡山大学大学院医歯薬学総合研究科
勅使川原 匡胎盤の形成異常によっておこる妊娠高血圧症候群（HDP）は、発症機序に不明な点が多く、根本的な治療法・予防法は確立していない。重篤化した HDP は、妊娠高血圧腎症、子癇、子宮内胎児発育遅延などを合併し、母児の予後不良につながる。近年、ヒト妊婦において血漿高ヒスチジン糖タンパク（HRG）の著しい減少が、妊娠
高血圧腎症の進展と相関することが報告された。血漿 HRG は、全身性炎症病態の進行を制御する抗炎症因子である。本研究は、HRG 遺伝子欠損（HRG KO)マウスや野生型健常マウスを用いて、血漿 HRG が、妊娠期の母体と胎児に与える影響について解析した。妊娠期の血漿 HRG の減少は、胎盤組織に起因する HRG クリアランスの亢進によると考えられた。また、HRG KO マウスは、炎症惹起因子である HMGB1 の血中濃度が恒常的に高値であり、さらに、妊娠期に高血圧と胎盤過形成がみられた。これらの結果は、病態制御因子である HRG が、健常妊娠において何らかの生理的役割をもつ可能性を示唆する。妊娠 HRG KO マウスは、HRG によって制御される胎盤形成機構に異常を生じる HDP 様病態モデルとなる可能性がある。

１.はじめに
妊娠高血圧症候群（hypertensive disorders of

臨床的に HDP は、絶対安静・栄養管理・降圧薬

pregnancy, HDP）は、胎盤の形成異常による高血圧・などの治療が施される。しかし、栄養膜細胞の子宮

血管内皮細胞障害（炎症）を伴った病的状態であり、内浸潤・血管リモデリングが障害される分子機序は、全妊婦の約５％が罹患する。健常な妊娠母体は、胎未だ十分な解明に至っておらず、HDP の根本的な治

児 由 来 の 絨 毛 外 栄 養 膜 細 胞 （ extravillous

療法・予防法は確立していない。

trophoblast, EVT）が子宮内膜層・筋層に浸潤し、子宮らせん動脈の血管壁細胞が栄養膜細胞と置換される。このリモデリング機構によって血管が拡張することで、胎盤の絨毛間腔に十分な血液が供給される。一方、HDP では、栄養膜細胞の子宮内浸潤・血管リモデリングが障害されることで、交感神経作用による血管収縮がおこり、胎盤循環血流量の低下が生じる。この代償として、母体血圧は上昇するが、胎盤の虚血・低酸素状態は、各種の炎症性サイトカ
インやフリーラジカルの産生を亢進し、免疫細胞の活性化や血管内皮細胞障害を誘導する。胎盤から全身へ波及する炎症因子は、妊娠高血圧腎症、HELLP症候群、子癇などを合併させ、HDP 病態を重篤化させる。また、胎児への栄養・酸素の供給不足は、常位胎盤早期剥離、子宮内胎児発育遅延、胎児仮死などの障害を引き起こす（図 1）[1-3]。

-7-

２. 高ヒスチジン糖タンパクと妊娠高血圧腎症
高 ヒ ス チジ ン 糖 タン パ ク （histidine-rich
glycoprotein, HRG）
は、肝で産生される分子量 75kDaの血漿糖タンパクである。血漿 HRG は、自然免疫系
炎症において、血液・血管の病態イベントを抑制的に制御する多機能タンパクと考えられている。これまでに我々の研究室では、血漿 HRG が炎症惹起因子
HMGB1（high mobility group box protein 1）[4]と結合親和性があり、HMGB1 誘導性の血管新生を抑制すること、好中球過剰活性の抑制、血液凝固線溶系の制御、血管内皮保護作用などを報告してきた[5-10]。
血漿 HRG は、ヒト健常妊娠期に減少することが古くに報告されている[11-12]。近年、ヒト妊娠期における血漿 HRG の著しい減少が、
妊娠高血圧腎症（現在は、妊娠高血圧症候群（HDP）と定義されている）の進展リスクと相関することが報告された[13-14]。
しかし、HDP 発症における血漿 HRG の関与は、これまで基礎研究に基づいた解析がほとんどない（図２）。
本研究では、周産期生理および妊娠高血圧症候群に対する血漿 HRG の関与を明らかとすることを目的とし、野生型健常マウス（C57BL/6N）の周産期における血漿 HRG の動態、及び、HRG 遺伝子欠損マウス（HRG KO）の妊娠期表現型を解析した。
３.健常妊娠マウスにおける HRG の動態
最初に、野生型健常マウス（BL6）の妊娠期における血漿 HRG タンパクの変動を確認した。血漿 HRG
タンパクは、糖鎖修飾の違いによって分子量が異なる２種類のタンパクとして検出された。BL6 マウスの妊娠 12 日目において、血漿 HRG は、ヒト妊婦と同様に減少し、
特に高分子 HRG が著しく減少していた。
血漿 HRG の減少が、単純に妊娠期間の母体血液量の増加による希釈効果でないことを示すために、妊娠前に対する妊娠 12 日目の血漿総タンパク濃度比（約20％減少）と、血漿中の HRG、アルブミン、IgG１のタンパク減少率を比較しても、高分子 HRG の減少率が顕著だった。また、妊娠期の血漿 HRG タンパクの減少は、出産によって、妊娠前の血漿 HRG 量まで回復した。一方、妊娠期間を通して、肝 HRG 遺伝子の-8-

発現量は、変化がなかった（図３）。これらの結果から、妊娠期の血漿 HRG は、タンパクレベルの代謝回転が亢進していると考えられた。
そこで、ヒト精製 HRG タンパクを未妊娠、または、妊娠 BL6 マウスに投与し、ヒト HRG 特異的抗体をもちいて、投与したヒト HRG タンパクの血中濃度を経時的に調べたところ、未妊娠マウスに比べて、妊娠マウスのヒト HRG タンパクは、非常に早く減少しており、生物学的半減期はほぼ１／２に減少していた（図４）。この HRG の減少が、血液中のプロテアーゼのような液性因子による可能性を考えて、BL6
マウス血漿を加温し、経時的な HRG タンパクの分解効果を検討したが、変化はなかった。同様に、血液そのものを加温し、その後に分離した血漿・血球中の HRG を検出したが、これも変化はなかった（図５）。
これらの結果から、妊娠期の血漿 HRG の減少は、血液中の液性因子による分解、血球による取込みに依存しておらず、どこかの末梢組織によって調節されていると考えられた。
その候補を子宮組織と考えて、妊娠 BL6 マウスから子宮を除去したところ、妊娠マウスの血漿 HRG
は、未妊娠マウスのレベルまで回復した（図６）。この結果から、妊娠期の血漿 HRG の減少は、子宮組織（おそらくは胎盤）に依存すると考えられた。妊娠
母体は、血液凝固系が亢進し、穏やかな慢性炎症状態にある。胎盤においては、トロンビンやマトリッ
クスメタロプロテアーゼの発現が増加し、絨毛外栄養膜細胞の子宮内浸潤・血管リモデリングや出産時の止血機構に貢献している[15-17]。
これらのプロテ
アーゼが、血漿 HRG の代謝クリアランスにも関与しているのかもしれない。
４.HRG 遺伝子欠損マウスの妊娠期表現型
次に、妊娠期の血漿 HRG の減少が、母体や胎児に与える影響について検討するため、HRG 遺伝子欠損マウス（HRG KO）の妊娠期表現型を検討した。
最初に、血圧を測定したところ、未妊娠の HRG KO
マウスの平均血圧は、野生型 BL6 マウスの平均血圧と差がなかった。しかし、HRG KO マウスは、妊娠期間が 12 日目、18 日目と進むに従って、血圧値の有-9-意な上昇がみられた。加えて、HRG KO マウスは、炎めと考えられる。

症惹起因子である血中 HMGB1 量が、妊娠に関係なく胎盤形成不全は、絨毛外栄養膜細胞（EVT）の子

恒常的に高値を示していた（図７）。この結果から、

宮内浸潤と血管リモデリングの障害が主要因と考え

HRG KO マウスは、妊娠期の高血圧によって血管内皮られているが、その機能障害がおこる原因は未だ明細胞障害が易発しやすい可能性が考えられた。

らかとなっていない。妊娠期に胎盤産生量や血中濃また、妊娠 18 日目において、HRG KO マウスは、度が変動するいくつかの炎症因子・血管新生因子・胎盤重量の有意な増加がみられた（図８）。加えて、血圧制御因子は、HDP の発症・重篤化と相関性をも

妊娠 HRG KO マウスの胎盤組織は、血管新生因子であつことが報告されており、HDP の早期診断・治療をる PlGF と VEGF の発現量が有意に増加していた。ま目的としたバイオマーカータンパクとなる可能性がた、炎症性 NO 合成酵素である iNOS の発現量に変化示唆される[21-23]。RAAS 系が妊娠期の血圧調節にはなかったが、生理的 NO 合成酵素である eNOS の発関与することも、古くから報告されている[24]。

現量が有意に減少していた（図９）。
今後の詳細な解析が必要ではあるが、これらの６.HRG 作用に基づく HDP 治療戦略の展望

変化が、胎盤内の血管新生亢進による胎盤の過形成、自然免疫活性に起因する血管内皮細胞障害や血

胎盤微小血管の収縮による血流障害（血圧の上昇）

液凝固・線溶系活性において、HRG と HMGB1 は、全を引き起こしているのかもしれない。

身性炎症病態の進行を制御する拮抗的因子である。
一方、これらの血液・血管にみられる病態イベント

５.現在までの HDP 病態解析

は、周産期の胎盤形成・妊娠の維持においても重要

現在、HDP の病態は、「Two step theory」によな生理現象である。もし、組織・細胞傷害によってって理解されている（図 10）[18-19]。第 1 段階は、顕在化する病態制御因子の HRG と HMGB1 が、健常周胎盤形成不全（血管リモデリング障害）がおこる。
虚血・低酸素状態による胎盤の組織障害は、胎盤の血管新生・血管拡張をさらに抑制し、胎盤循環血流量の低下を増悪化させる。第 2 段階は、血管内皮細胞障害（胎盤組織のアポネクローシスによる炎症）がおこる。胎盤への免疫細胞の浸潤・活性化も亢進する。胎盤で産生される炎症因子は、血液循環によって母体全身に波及し、他の末梢臓器や中枢組織においても血管内皮細胞障害を惹起する。また、胎児への栄養・酸素の供給不足は、常位胎盤早期剥離や子宮内胎児発育遅延などの障害を引き起こす。
HDP における妊娠母体の全身性炎症反応の亢進は、健常妊娠でもみられる現象である。このことか
ら、「正常または異常」という対立的原因によって
HDP が発症するのでなく、健常周産期でおこる生理的な免疫活性が過剰亢進した状態が、HDP 病態であると考えられる[20]。実際、糖尿病や高血圧、自己免疫疾患などを合併しているヒト妊婦は、HDP の発症率が高い。これは、妊娠前から発症している血管
内皮細胞障害が、妊娠期の炎症負荷を増大させるた- 10 -

産期の胎盤形成に生理調節因子として作用するなら、

８.参考文献周産期生理学領域に新しい知見を提唱できる可能性[1] Faas MM, Spaans F, De Vos P. Monocytes andmacrophages in pregnancy and pre-eclampsia. Front Immunol.
298(5):1-11.(2014)がある。HDP の治療戦略として、HRG 補充療法も期待できる。抗炎症因子ではなく、胎盤形成における生[2] Hod T, Cerdeira AS, Karumanchi SA. Molecular Mechanisms
of Preeclampsia. Cold Spring Harb Perspect Med.
5(10):a023473.(2015)

理因子としての血漿 HRG の機能解析は、世界的にみても本研究が先駆性の高い試みとなる。
本研究は、胎盤の形成・維持における血管新生[3] Nissaisorakarn P, Sharif S, Jim B. Hypertension in
Pregnancy: Defining Blood Pressure Goals and the Value of
Biomarkers for Preeclampsia. Curr Cardiol Rep.
18(12):1-14.(2016)の制御が、HRG と HMGB1 の生理的拮抗作用にあると考え、妊娠期における HRG と HMGB1 の調節異常が HDP
病態の本態であるという新規病態仮説を提唱している（図 11）。妊娠期の血漿 HRG の減少によって、胎[4] Wang H, Bloom O, Zhang M, Vishnubhakat JM, Ombrellino
M, Che J, Frazier A, Yang H, Ivanova S, Borovikova L, Manogue
KR, Faist E, Abraham E, Andersson J, Andersson U, Molina PE,
Abumrad NN, Sama A, Tracey KJ. HMG-1 as a late mediator ofendotoxin lethality in mice. Science. 285:248-51.(1999)

盤では HMGB1 が相対的優位に作用して、胎盤形成（血管新生）が誘導されると考える。この調節機構の破綻は、HMGB1 の過剰刺激による血管内皮細胞障害（HDP 発症）を惹起するかもしれない。妊娠期は、[5] Wake H, Mori S, Liu K, Takahashi HK, Nishibori M.
Histidine-rich glycoprotein inhibits high mobility group box 1 incomplex with heparin-induced angiogenesis in matrigel plug
assay. Eur J Pharmacol, 623:89-95, 2009.

母体のあらゆる生理機能が劇的に変化しながら、その恒常性を維持している。HRG と HMGB1 の生理作用の量的過不足が恒常性を破綻させるという発想は、
独創的といえる。

[6] Wake H, Mori S, Liu K, Morioka Y, Teshigawara K, Sakaguchi
M, Kuroda K, Gao Y, Takahashi H, Ohtsuka A, Yoshino T,
Morimatsu H, Nishibori M. Histidine-Rich Glycoprotein Prevents
Septic Lethality through Regulation of Immunothrombosis andInflammation. EBio Medicine. 9:180-94.(2016)

６.おわりにHDP は、母体や胎児の生命予後に関わる周産期
管理上の重要疾患である。重篤化した場合は、緊急[7] Zhong H, Wake H, Liu K, Gao Y, Teshigawara K, Sakaguchi
M, Mori S, Nishibori M. Effects of Histidine-Rich Glycoprotein on
Erythrocyte Aggregation and Hemolysis: Implications for a Role
under Septic Conditions. J Pharmacol Sci. 136(3):97-106.(2018)の胎児娩出によって妊娠継続を終了させることもある。HDP の発症リスクが高い妊婦を早期に診断し、治療介入する医療を確立するためにも、HDP の発症機序を解明することは、重要な研究課題といえる。

[8] Terao K, Wake H, Adachi N, Liu K, Teshigawara K, Takahashi
H1, Mori S2, Nishibori M. Histidine-Rich Glycoprotein
Suppresses Hyperinflammatory Responses of Lung in a Severe
Acute
Pancreatitis
Mouse
Model.
Pancreas.
47(9):1156-64.(2018)

７.謝辞
本研究の推進にご支援頂いたウエスコ学術振興財団に深く感謝致します。なお、本研究は、2019 年[9] Gao S, Wake H, Gao Y, Wang D, Mori S, Liu K, Teshigawara
K, Takahashi H, Nishibori M. Histidine-rich glycoprotein
ameliorates endothelial barrier dysfunction through regulation of
NF-κB and MAPK signal pathway. Br J Pharmacol. In press.
(2019)

度学術研究助成基金助成金 基盤研究（C）、第 59 回
宇部興産学術振興財団学術奨励賞の助成も受けております。

[10] Nishimura Y, Wake H, Teshigawara K, Wang D, Sakaguchi
M, Otsuka F, Nishibori M. Histidine-rich glycoprotein augments
natural killer cell function by modulating PD-1 expression via
CLEC-1B. Pharmacol Res Perspect. 7(3):e00481.(2019)[11] Morgan WT, Koskelo P, Koenig H, Conway TP. Human
histidine-rich glycoprotein. II. Serum levels in adults, pregnant- 11 -

women and neonates.
158(4):647-51.(1978)

Proc

Soc

Exp

Biol

Med.

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7(2007)[23] Keelan JA, Mitchell MD. Placental cytokines andpreeclampsia. Front Biosci. 12:2706-27(2007)- 12 -CXCR4 阻害に着目した口腔癌の新規抗腫瘍血管治療の開発
岡山大学 医歯薬学総合研究科 口腔病理学分野
河合穂高
【概要】
ケモカインレセプターである CXCR4 は様々な組織で発現が確認され，幹細胞の維持や腫瘍の進展，遠隔転移など幅広い領域で様々な役割が報告されている．口腔領域の悪性腫瘍のうち，主要な組織型である扁平上皮癌においても，腫瘍血管に CXCR4 が発現していることが明らかとなり，同血管を阻害することで抗腫瘍効果が期待された．本研究では，マウスにヒト由来口腔扁平上皮癌細胞株を移植し，CXCR４阻害剤を投与することで腫瘍の増殖にどのような効果があるか，検討を行った．
腫瘍移植マウスに薬剤を投与すると，腫瘍組織内に優位に壊死領域が増加し，血管周囲を取り巻くような構造で広がる特徴的な組織像が観察された．また，HIF-1a 陽性腫瘍細胞が増加していることから，低酸素状態に陥った領域が拡大していることも明らかとなった．また，腫瘍血管の全長，本数，長さをそれぞれ計測すると優位に数値の現象がみられ，腫瘍血管の新生や分岐が阻害されていることが示唆された．
これらのことから，口腔扁平上皮癌において CXCR4 は腫瘍血管の申請や分岐に関与し，腫瘍の生存や増殖に関与していることが示唆された．
の因子の阻害によるものであると考えられた．
【緒言】

今回我々は，
口腔扁平上皮癌を栄養する腫瘍血管に

CXCR4 は血液系，非血液系に関わらず，多彩な細CXCR4 が発現することに注目し，CXCR4 を阻害す

胞に発現するケモカイン受容体である 1-4)．CXCR4ることで抗腫瘍効果が期待できると考え，ヒト由来-SDF-1 (stromal cell-derived factor-1, CXCR12)

口腔扁平上皮癌株を用いて CXCR4 阻害による腫瘍

axis は，血液系幹細胞を骨髄に留める際に重要な役

組織への影響を組織学的に検討した．

割を果たしている 5)．また胎児期では胃腸管を栄養する大血管の形成に関わることが知られ，近年様々【材料と方法】

な機能が明らかになりつつある．腫瘍組織では，グ

1. AMD3100 溶液の作成

リオブラストーマや肝癌，乳癌や食道癌など多彩な

AMD3100 (Plerixafor, ChemScene)は CXCR4 の臓器の腫瘍細胞で CXCR4 の発現が報告されておりアンタゴニストである．AMD3100 10mg を生理食6)，CXCR4 発現症例ではリンパ節転移や遠隔臓器転塩水 20 ml に溶かして AMD3100 溶液を作成した．

移が多く 7)，予後不良因子とされている．

溶液は 4℃下で保管した．

口腔領域の悪性腫瘍のうち主要な組織型である口2. 癌細胞株移植マウスの作製および AMD3100 の腔扁平上皮癌においても，CXCR4 は 50~60%の症投与例で発現が確認され 8)，内田らは CXCR4 発現症例

高分化型ヒト由来口腔扁平上皮癌細胞株（HSC2）のリンパ節および遠隔臓器転移の優位な上昇を報告

をヌードマウス（BALB/c-nu/nu）の背部皮下にしている 9)．また，腫瘍細胞を移植したマウスに10×105cells / 匹ずつ移植した．一週間後に腫瘍の生CXCR4 を阻害剤を投与すると腫瘍径が減少し，着を確認してから，21 日間 AMD3100 (50ug/day)のCXCR4の抗腫瘍効果が示唆された 18)．しかし，腹腔内投与を行った．対照群として同数の腫瘍細胞

CXCR4 の阻害は in vitro の系において，腫瘍の増を背部皮下に移植したマウスに，一週間後から生食

殖・生存に直接影響を及ぼさないことが明らかとなを腹腔内投与した．

っており 10)，生体でも腫瘍の縮小は，腫瘍細胞以外

ただし，対照群のうち 1 匹は HSC2 が生着しなかっ- 13 -

たため，後に述べる結果からデータを除外した．

ずつ無作為に選び，ImageJ を用いて HIF1-α陽性

3. 腫瘍移植マウスの組織学的検討

領域を計測した．CXCR4 阻害群と対照群とでAMD3100 溶液あるいは生理食塩水を 21 日間投与

HIF1-α陽性領域の合計を比較した．

した後，10%中性緩衝ホルマリンを用いてマウスを灌流固定した．腫瘍を摘出し，10%中性緩衝ホルマ【結果・考察】リン浸漬固定後,常法に従い,アルコール系列で脱水,

1. CXCR4 阻害による腫瘍組織への影響

パラフィン包埋した．厚さ約 3μm のパラフィン切CXCR4 阻害群および対照群の腫瘍組織を摘出し片を作製し,ヘマトキシリン・エオジン染色を施して組織切片を作製，組織学的に比較検討を行なった．

光学顕微鏡的に観察した．

CXCR4 阻害群では，対照群と比較して優位な腫瘍

4. 壊死領域の測定方法

組織の壊死を認めた（図１）．

a

１腫瘍につき無作為に５視野/x400 ずつ選び，

CXCR4阻害群群

imageJ を用いて壊死領域を計測した．
AMD3100 溶液投与群 （以下 CXCR4 阻害群とする）と対照群とで壊死領域を比較した．
5. 免疫組織化学的検討
切片を脱パラフィン後，内因性ペルオキシダーゼをブロッキングするために 0.3%過酸化水素メタノール溶液に 30 分浸漬した．抗原賦活化のために加熱2mm

処理を行い，一次抗体を 4℃下にて一晩反応させた(表参照)．200 倍希釈 2 次抗体を 30 分室温で反応させた後，55 倍希釈アビジンービオチン複合体を 30分室温で反応させた．なお，希釈には 0.05M トリス
塩酸緩衝生理食塩水 (pH7.4)を用いた．発色基質は，0.01%H2O2 加 0.02%3,3-ジアミノベンチジン 4 塩
Tumor area

酸塩(0.05M トリス塩酸緩衝液)を用いた．発色後，Mayer のヘマトキシリンで核染色を行い，光顕的にNecrosis area

観察した．
メーカー

希釈倍率

抗原賦活化

Necrotic area (mm 2)

一時抗体

b

処理
CD34

Abcam

x100

Microwave

HIF-1α

Abcam

x200

Cooker

6. 血管走行の比較および長さの測定

＊
1
0.8
0.6
0.4
0.6
0

CD34 を用いて，薬剤投与群と対照群での血管の走対照群

行や分布の違いを検討した．１腫瘍につき５視野

CXCR4
阻害群群

図１．腫瘍壊死領域の組織学的検討
a) 腫瘍のHE像（ルーペ像）．腫瘍の壊死領域が，腫瘍辺縁部まで広がっている．b）
壊死領域の面積の比較。薬剤投与群で壊死領域の優位な増加がみられた．

/x200 ずつ無作為に選び，
imageJ を用いて CD34 陽性の血管の長さを計測した．CXCR4 阻害群と対照群を血管の長さの合計で比較した．
7. HIF1-α陽性領域の測定
HIF1-αを用いて，CXCR4 阻害群と対照群での低また，CXCR4 阻害群では腫瘍の壊死が腫瘍の中心

酸素濃度領域を検討した．
１腫瘍につき５視野/x400

部だけでなく辺縁部にも認められ，腫瘍血管周囲一- 14 -

層の腫瘍組織を残し，その周囲が脱落したような特は腫瘍の中心部に限局しているのに対して，CXCR4

徴的な壊死像を示した（図２）．これは臨床検体で認阻害群では HIF-1a 発現領域は腫瘍全体に広がりそめられる一般的な腫瘍壊死の像とは異なり，CXCR4の領域が優位に増加していた（図３）．
本実験系では，阻害に伴い特異的な腫瘍環境が形成された可能性がマウスにヒト由来の培養細胞を移植して検討を行っ考えられた．

ており，ヒト抗原に交差性のある抗体を用いて染色aを行えば，ヒト腫瘍細胞の染色性のみ検討を行うこCD34とができる．本実験で用い HIF-1a 抗体はヒト
HIF1-a 抗原にのみ交差性があるため，HIF-1a の陽性領域は腫瘍細胞の HIF-1a の発現と同義である．
CXCR4 阻害群では，壊死がみられない腫瘍組織にもおいても，多くの細胞で HIF-1a の発現がみられ，腫瘍細胞が低酸素状態に置かれていることが示唆さ

200μm

れた．
HIF-1aによる腫瘍組織の低酸素領域の検討
abTumor area

HIF-1αHIF-1αVessel
100μm

100μm

Number of HIF-1α positive cells

b

＊

60

50
40
30
20
10

CXCR４阻害群

対照群

2020

1515

60

2500
2500

2000
2000

1500
1500

1000

1000

50

40

30

200< μm

5200

対照群 CXCR4阻害群

対照群 CXCR4阻害群

0

対照群

CXCR4阻害群

図３．低酸素領域および腫瘍血管の検討a) HIF-1a免疫組織化学染色（高倍像）．
HIF-1a陽性腫瘍細胞が観察される.b)
HIF-1a陽性細胞数のカウント。CXCR4
阻害群で陽性細胞が優位に増加している．
c) 腫瘍血管全長の比較． d) 腫瘍血管の長さの平均の長さ．e) 血管の長さの割合．
いずれもCXCR4阻害群で減少している．

55

00

Saline100< <200 μm

500
500

00

1010

10

Ratio of vessels (%)

2525

TAITN number＊＊

Total length of vessels (μm)

＊＊

c

c

CXCR４阻害群

対照群

腫瘍血管の形態学的検
e＊＊討d
Average of vessels (μm)

Necrosis area

AMD3100

図２．CXCR4阻害によりみられた特徴的な腫瘍壊死の検討
a) CXCR4阻害群の腫瘍壊死部のCD34免
疫組織化学染色．b) CXCR４阻害群壊死部の模式図.血管周囲一層の腫瘍組織を残して、特徴的な壊死組織が広がっている．
c) 特徴的な壊死領域の数の比較．CXCR4
阻害群のみ特殊な壊死組織が観察された。

3. 腫瘍血管の計測
高倍視野における腫瘍血管の全長，数，長さにおいて，CXCR4 阻害群で優位な減少がみられた（図３）．

2. 低酸素領域の検討

CXCR4 は胎生期の血管形成で重要な役割を果たす

HIF-1a は hypoxia induced factor の名称通り，細ことが知られており，その役割は血管の進展や分岐胞が低酸素状態に置かれることで誘導される因子でに関わる 11)．今回の実験結果は，CXCR４阻害によある．HIF-1a の発現は，腫瘍細胞が低酸素状態に置り腫瘍壊死や，腫瘍組織の低酸素領域が増加する効

かれていることを意味する．腫瘍細胞の HIF-1a の果が確認され，CXCR４阻害により血管の分岐や新発現を検討すると，対照群では HIF-1a の発現領域

生に影響を及ぼしている可能性が考えられた．

- 15 -

今回の検討により，CXCR4 の阻害により腫瘍血管形成が抑制され，腫瘍増殖が抑制されたと示唆された．
CXCR4陽性の腫瘍血管に関する研究が進めば，口腔扁平上皮癌に対する新しい腫瘍血管抑制治療の開発につながる可能性が考えられた．以上の研究結果の一部は，2019年にTumor Angiogenic Inhibition
Triggered Necrosis (TAITN) in Oral CancerとしてCells(doi:10.3390/cells8070761)に掲載された．
【参考文献】
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10) Uchida D, Onoue T, Kuribayashi N, Tomizuka Y,
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- 16 -

含ホウ素機能性色素を基盤とした円偏光発光材料の開発
岡山大学大学院自然科学研究科
前田 千尋
近年円偏光発光（CPL）を示す有機キラル化合物の開発が盛んに行われている。CPL は直線偏光とは異なり、円を描きながら振動する光学特性である。左円偏光と右円偏光の二種類があり、キラル色素に励起光を照射することで発現する。CPL の強度を評価する異方性因子 glum は左円偏光と右円偏光の差を発光強度で割った値であり、CPL 特性を評価する上で重要な指標となる。最近、有機蛍光色素 BODIPY にキラリティーを付与すること
で、低分子においても溶液中で比較的高い蛍光量子収率、CPL を示すことが報告されている。しかし固体 CPLを示すキラル BODIPY の報告例はなかった。前年度、我々が開発した固体発光特性を有する含カルバゾール
BODIPY に軸不斉ビナフチルユニットを導入することで、固体発光特性を維持しつつ CPL を示す新規キラル
BODIPY を開発することに成功した。Et2AlCl を用いた新規反応条件により高収率で目的物を得ることに成功した。本研究では様々な置換基を導入したキラル BODIPY を合成し、導入置換基がキラル光学特性に及ぼす効果を調査した。またキラル BODIPY 二量体も合成し、分子内相互作用について考察した。さらに螺旋型カルバゾール
骨格を持つキラル BODIPY も新規に開発し、そのキラル光学特性について調査した。

前年度は Et2AlCl を用いた新規反応により、ホウ素

１．研究目的

含ホウ素π共役系化合物は発光材料として有用

上に軸不斉ビナフチルユニットを高収率で導入するな色素である。溶液中で強く発光する色素が多数報ことに成功した。2 これらは CPL を示し glum 値は、溶告されている一方、固体状態では消光しがちである。

液中で−5.2 ´ 10–4、固体状態で最大+7.0 ´ 10–3 を示

これは分子間での自己光吸収が原因となる。一般的した。本年度は様々な置換基を導入したキラルに剛直な π 共役系化合物は溶液中で強い発光を示

BODIPY を合成し、導入置換基がキラル光学特性に及す一方で、固体状態では π−π スタッキングによりぼす効果を調査した。また螺旋型カルバゾール骨格

分子内での相互作用が強くなるため自己光吸収によを持つキラル BODIPY も新規に開発し、そのキラル光る消光が起きやすい。蛍光性色素の応用を考えると学特性について調査した。

有機溶媒中だけでなく固体状態でも発光することが求められる。

R

また近年 3D ディスプレイや植物の成長制御を指X

向して円偏光発光(CPL)材料が注目されている。
ヘリ

R

N

センやビナフチル骨格を有するものを中心に研究さ

B

N
R

F F
X = O, S

れているが、CPL の効率上昇の方法はほとんど確立

X
R

されていない。また固体 CPL の研究例は少ない。そこで我々が開発した色素 1 にキラルユニットを導入

X
N

することで固体 CPL 材料の開発を行うこととした。

B導入する。配位子部分を螺旋型カルバゾールとする

O

B

N
O

N

F F
helicene + BODIPY

配位子、またはホウ素上の置換基にキラリティーを

N

BODIPY + binaphthyl

図１．カルバゾール骨格を持つキラル BODIPY

ことでヘリセンに、またホウ素上にキラルユニットを導入することで目的物を合成する（スキーム１）。

- 17 -

合成したキラル色素の光学特性を評価した（図３、

２．結果と考察(１)様々な置換基を導入したキラル BODIPY の合成

表１）。
吸収スペクトルでは 200 nm 付近及び 400-500

まず電子的な摂動が大きいカルバゾール６位にハ

nm にそれぞれビナフチル、
BODIPY 由来の吸収帯が確

ロゲンを導入した BODIPY 類縁体 1b–d を合成した。

認された。CD スペクトルにおいて 230 nm 及びこれらを用いてフェニル基、シアノ基、アミノ基、400-500 nm にコットン効果が確認された。BODIPY（ス
フェニルエチニル基を導入した 1e–h を合成した

由来の吸収領域である400-500 nmでのコットン効果

キーム１）。続いて 1b–h を Et2AlCl を用いたビナフの発現は軸不斉ビナフチルからの誘起効果と考えら

チルユニット導入反応に附したところ、キラル

れ、効果的な置換基効果が確認された。

BODIPY2b–g を高収率で得た。一方 1h の反応では 2h

強い電子供与性基であるアミノ基を持つ 2g は光は得られずビナフチル基が２つ反応した 3h が得ら

誘起電子移動のため、2b と 2d は重原子効果のためれた。2h は 2d から薗頭カップリングにより得た。

蛍光を示さなかった。その他のキラル色素は可視領

フェニル基を持つ 2e は結晶構造解析に成功した。

域での発光と CPL を示した。溶液中での蛍光量子収パッキング内ではπ-πスタッキングにより一次元率FF は0.11–0.49 でありCPL の強度 glum は−3.0〜5.2鎖を形成していた（図２）。

´ 10–4 であった。さらに固体発光も示し、FF は 0.04

O
N

N

B

F

〜0.28 であった。この中ではクロロ基を持つ 2c が

NBS
or
NCS
or
NIS

(a)

最も強い CPL（glum = −3.8 ´ 10–3）を示した。

O
X

N

F 1a

N

B

(R,R)-3h は２つのビナフチルユニットを持つに

F F
1b (X = Br, 96%)
1c (X = Cl, 64%)
1d (X = I, 82%)もかかわらず、低い g 値を示した。(R,R)-3h の２つ

1e (R = Ph, 61%)
1f (R = CN, 55%)
1g (R = NPh 2, 16%)1g (R = C≡CPh, 76%)

しあっているのではないかと考えて、ジアステレオのビナフチルユニットは互いにキラリティを打ち消O
1b or 1d

R

N
F

(b)
O
R

N
F

B

N
F
(R)-BINOL
Et 2AlCl
CH2Cl2
rt, 1 h
(1h)

O
N

B

O

(R,R)-3h (22%)

F

N
O。(R,S)-3h
マー(R,S)-3h を合成した（スキーム２）O
R

CH2Cl2
rt, 30 min(1b–g)OPh

B(R)-BINOL
Et 2AlCl

R
O

N

N
O

B

は gabs、glum 値共に高い値を示したことから２つのビN

ナフチルユニットによる相乗効果が示唆された。

O

2b (R = Br, 93%)
2c (R = Cl, 90%)
2d (R = I, 88%)
PhC ≡CH
2e (R = Ph, 89%)CuI
2f (R = CN, 82%)
PdCl 2(PPh 3)22g (R = NPh 2, 83%)
THF/Et3N
rt, 6 h2h (R = C≡CPh)87%(R,R)-3h

OHO

BF 3•OEt 2
iPr NEt
2

O
N

toluene100 °C, 3 h

Ph
F

B

N
F

R

R

(S)-BINOL
Et 2AlCl

スキーム１．1，2，(R,R)-3h の合成

CH2Cl2
rt, 1 h

O

O

Ph

O
N

B

O

O
S

スキーム２．(R,S)-3h の合成

図２．2e の結晶構造- 18 -

N(R,S)-3h(55% 2 step)ΔI / x10

0
-1
-2

-6

0.8
0.4

-4

2a
2c
2e
2f
2h

2a
2c
2e
2f
2h

FL Intensity

-1

2a
2c
2e
2f
2g
2h

FL Intensity

-1

-3

x 10

1.2

M cm

-2

-3

-200

5

(c) 1

-4

-100

ε / x10(b) 0
ΔI / x100-1Δε / M cm

-1

100

-4

(a) 200

0.0
300

400

500

450

wavelength / nm

500

550

600

650

450

-200
-400
1.5
1.0
0.5

650

-4

4
0
-4

(R,R)-3h(R,S)-3h
710

FL Intensity

-1
-1

M cm

5

ε /x100-4(R,R)-3h(R,S)-3h
7
10

600

8

4

ΔI / x10-4ΔI / x100-1Δε / M cm

-1

x 10

550
wavelength / nm

8
200

500

wavelength / nm

(R,R)-3h(R,S)-3h
710

FL Intensity

200

0.0
200

300

400

500

450

wavelength / nm

500

550

600

650

700

450

500

wavelength / nm

550

600

650

700

750

800

wavelength / nm

図３．(a) ジオキサン中の CD, UV スペクトル. (b) ジオキサン中の CPL, FL スペクトル. (c) 固体状態の CPL,
FL スペクトル.
表１．2–5 のキラル光学特性
Compd

1,4-Dioxane

PowderlA [nm]lF[a] [nm]DnSt[b] [cm–1]

FF

gabs[c]glum[d,e]lF[a] [nm]FF

glum[d,f]

2a

425

497

3410

0.245

–9.5 ´ 10–4

–5.2 ´ 10–4

524

0.232

+7.2 ´ 10–4

2c

426

499

3430

0.108

–1.0 ´ 10–3

–4.5 ´ 10–4

544

0.063

–3.8 ´ 10–3

2e

433

523

3970

0.200

–1.0 ´ 10–3

–3.3 ´ 10–4

541

0.082

+8.9 ´ 10–4

2f

413

473[g]

3070

0.070

–1.2 ´ 10–3

–3.9 ´ 10–4

487[g]

0.067–1.4 ´ 10–3

2g

441

522

3520

0.007

–2.9 ´ 10–4

–[h]

–[h]

–[h]

–[h]

2h

432

520

3070

0.250

–7.2 ´ 10–4

–1.3 ´ 10–4

523

0.226

–1.2 ´ 10–4

(R,R)-3h

430

497

3140

0.319

–3.8 ´ 10–4

–2.0 ´ 10–4

533

0.084

+3.0 ´ 10–4

(R,S)-3h

427

495

3220

0.314

+1.0 ´ 10–3

+6.7 ´ 10–4

534

0.112

+5.9 ´ 10–4

4

440

540

4210

0.066

–5.7 ´ 10–4

–2.7 ´ 10–4

629

0.050

–3.9 ´ 10–4

5

436

521

3740

0.229

–7.7 ´ 10–4

+2.3 ´ 10–4

686

0.049

+6.0 ´ 10–4

最後に 3,3’位および 6,6’位で直接結合した二ウ素錯化することで 5 を得た。二量化によりスペク

量体 4,5 を合成し、分子内相互作用について考察しトルの長波長シフトが確認された。特に固体状態のた（スキーム３）。塩化鉄を用いた酸化反応によりベ

蛍光、CPL スペクトルは大きく長波長シフトした。

ンゾオキサゾールを導入したカルバゾールの二量化

興味深いことに 4 が負の CPL を示したのに対して、を経て、ホウ素錯化することで 4 を得た。また 1-

5 が正の CPL を示した。これは 5 の励起状態が他のブロモ-6-クロロカルバゾールの二量化を経て、直接色素とは異なることが示唆された。このことは DFT

アリール化によりベンゾオキサゾールを導入し、ホ計算からも支持された。

- 19 -

(a)

(a)
O
NH

O

FeCl 3N

N

CHCl 3rt, 1 h

HN

NH

X

1.

N
NH

O

1. (Bpin) 2, dtbpy[Ir(OMe)(COD)] 2
1,4-dioxane
refluxBr
NH

2. CuBr2
THF/MeOH/H2O
12 90 °CN
Pd(OAc) 2, PPh 3
Cu(OAc)2•H 2O
K 2CO3, toluene
reflux
2. BF 3•OEt2
iPr NEt
2
toluene100 °C

X
N

N

B

F F
(rac)-6: X = O (11% from 7)(rac)-7: X = S (11% from 7)O(b)
BF 3•OEt 2
iPr NEt
2(R)-BINOL
Et 2AlCl

toluene100 °C, 3 h

CH2Cl2
rt, 30 min

1.

N
O

N

O
B

N

B
O

O

N

NBS
N
H

O

CHCl 3rt

13

4 (8.7% for 3 steps)

X
N
Pd(OAc) 2, PPh 3
Cu(OAc)2•H 2O
K 2CO3, toluene
reflux

2. BF 3•OEt2
iPr NEt
2
toluene100 °C(b)
N

NH
FeCl 3
CHCl 3rt, 1 h

O
N

HN

Cl

R

(R)-BINOL
Et 2AlClO
BN(dia)-10: X = O (84%)(dia)-11: X = S (91%)(R)-BINOL
Et 2AlClbenzoxazole
Pd(OAc) 2
Cu(OAc)2
PPh 3, K 2CO3
toluenereflux, 16 h

F F(rac)-8: X = O (20% from 10)(rac)-9: X = S (25% from 10)

chiral column
BF 3•OEt2(M)-8: X = O (90%)(R,M)-10 (X = O)iPr 2NEt(M)-9: X = S (96%)(R,M)-11 (X = S)toluene
100 °C

スキーム５
N

NH
R = Br (66%)
O
R=
N

N

O
Cl

R

O

Cl

toluene
CH2Cl2
100 °C, 3 h rt, 30 min
Cl

B

N

CH2Cl2rtO

BF 3•OEt 2
iPr NEt2

O

B

BF 3•OEt2(P)-8: X = O (86%)(R,P)-10 (X = O)iPr 2NEt(P)-9: X = S (97%)(R,P)-11 (X = S) toluene
100 °C

X

Br

Cl

X
N

5 (8.0% for 3 steps) O

B

N
O

スキーム４

(２)アザヘリセン骨格を持つキラル BODIPY の合成

図４．(a)7 と(b)8 の結晶構造

ヘリセンはベンゼン環あるいはヘテロ芳香環がオルト位で縮環することで螺旋状に共役系が拡張した

6 と 7 はキラルカラムによりラセミ体を光学分割

キラルパイ共役系化合物であり、強い旋光性を示す

した。8 と 9 は Et2AlCl を用いた反応によりホウ素ことで注目されている。近年 CPL 活性なヘリセン上に軸不斉ビナフチルユニットを導入し、ジアステの合成が盛んに行われているが、一般的なヘリセン

レオマー(dia)-10,11 とした後キラルカラムによりは修飾が困難であり青色領域での CPL を示すもの(R,P)-10,11 と(R,M)-10,11 に分離し、BF2 錯体に戻が多い。一方で窒素を組み込んだアザヘリセンはプ

すことでそれぞれ(P)-8,9 と(M)-8,9 を得た。

ロトン化、金属配位、ドナーアクセプター相互作用

エナンチオピュアなキラル色素を用いて光学特性を利用することで長波長領域での発光や CPL が可を評価した（図５、表２）。は可視領域に吸収および能である。本研究ではカルバゾール骨格を持つアザ

コットン効果を示し gabs 値は 1.1 ´ 10–3〜3.1 ´ 10–

ヘリセンを用いることで新規キラル BODIPY 6–11 を

3

開発した。

を示した。蛍光量子収率は 0.20-0.36 であり、glumであった。可視から近赤外領域に至る蛍光と CPL

アザヘリセン 12 に対して Ir 触媒を用いた直接ホ値は 7.0 ´ 10–4〜1.9 ´ 10–3 であった。gabs、glum 値

ウ素化、CuBr2 を用いてブロモ基への変換、直接アリ

共に 2 と比較して向上した。興味深いことにビナフ

ール化、ホウ素錯化により 6 と 7 を得た。またアザチルを導入した 10,11 は 8,9 より高い CPL を示し、

ヘリセン 13 を新規に合成し、NBS によるブロモ化、軸不斉の導入によりヘリセンのキラル光学特性が向（ス
直接アリール化、ホウ素錯化により 8 と 9 を得た

上した。

キーム５）
。7 と 8 は単結晶が得られたため結晶構造
解析によって構造を確認した（図４）。

- 20 -

-1

200

100

キラリティが BODIPY 骨格に効果的に転移したと考–3

glum = +1.9 x 10–3
glum = +1.6 x 10

えられる。DFT 計算の結果 6-11 の HOMO と LUMO はそ

1

ΔI / x10-3-1Δε / M cm

2

(M)-6
(M)-7

0

-100

ε / x10

glum = –1.7 x 10
–3
glum = –1.3 x 10

FL Intensity-14おり分子内電荷移動が示唆された。

–3

-2

3

4

-1

M cm

-1

(P)-6
(P)-7

-200

れぞれアザヘリセン部分と BODIPY 骨格に分布して

0

2
1

３．まとめ

0
200

300

400

500

500

600

550

-1

40

(M)-8
(M)-9

650

700

750

本研究では様々な置換基を導入したキラル

800

BODIPY を合成し、導入置換基がキラル光学特性に及–3glum = +1.0 x 10–4
glum = +8.0 x 10

1.0

20

ぼす効果について明らかにした。またキラル BODIPY

0.5

ΔI / x10-3-1Δε / M cm

600

wavelength / nm

wavelength / nm

0

0.0

(P)-8
(P)-9

–4

つキラル BODIPY の開発にも成功した。
このヘリセン

FL Intensity

4

発光と CPL を示した。3 またアザヘリセン骨格を持

glum = –8.7 x 10
–4glum = –7.0 x 10

-1.0

3

4

-1

M cm

-1

-40

ε / x10二量体を合成したところ、近赤外領域に達する固体

-0.5

-20

2
1

に軸不斉ビナフチルを導入したところ、キラル光学

0
200

300

400

500

600

500

550

wavelength / nm
200

-1

750

特性の向上を確認した。4

800

–3

glum = +1.2 x 10–4
glum = +8.8 x 10

1

ΔI / x100

４．参考文献0(1) C. Maeda, T. Todaka, T. Ueda, T. Ema, Chem. Eur.

-1(R,P)-10(R,P)-11-200–3glum = –1.5 x 10
–3
glum = –1.2 x 10

-2

8
6

J. 2016, 22, 7508.

FL Intensity

4

700

-3

-1

Δε / M cm

2

-100

-1
-1
ε / x10 M cm

650

wavelength / nm(R,M)-10(R,M)-11

100

600

4
2

(2) C. Maeda, K. Nagahata, K. Takaishi, T. Ema, Chem.

Commun. 2019, 55, 3136.

0
200

300

400

500

600

500

550

wavelength / nm

600

650

700

750

800

(3) C. Maeda, K. Suka, K. Nagahata, K. Takaishi, T.

wavelength / nm

Ema, Chem. Eur. J. 2020, 26, 4261.

(4) C. Maeda, K. Nagahata, T. Shirakawa, T. Ema,
12

6

7

13

8

9

10

Angew. Chem. Int. Ed. 2020, in press.

11

図５．ジオキサン中の CD,UV,FL,CPL スペクトルとUV 照射下での発光写真
表２．アザヘリセン類のキラル光学特性
compd

lA [nm]gabs

lF [nm]

FF

glum

(P)-6

495

–2.7 ´ 10–3

568

0.218

–1.7 ´ 10–3

(P)-7

508

–3.1 ´ 10–3

594

0.200

–1.3 ´ 10–3

(P)-8

508

–1.2 ´ 10–3

566

0.330

–8.7 ´ 10–4

(P)-9

524

–1.1 ´ 10–3

592

0.210

–7.0 ´ 10–4

(R,P)-10508–2.3 ´ 10–3

576

0.296

–1.5 ´ 10–3

(R,M)-10509+1.5 ´ 10–3

571

0.364

+1.2 ´ 10–3

(R,P)-11530–1.8 ´ 10–3

605

0.204

–1.2 ´ 10–3

(R,M)-11532+1.5 ´ 10–3

602

0.265

+8.8 ´ 10–4(P)-13411–1.8 ´ 10–3

428

0.310

–1.9 ´ 10–3

アザヘリセン 13 の光学分割を行い、CD と CPL ス
ペクトルを測定した。gabs、glum 値はそれぞれであり
6–11 と同程度であった。このことはヘリセン骨格の- 21 -

エキシプレックス/エキシマー有機円偏光発光色素の開発
岡山大学大学院自然科学研究科
高石 和人
近年、外部刺激によって円偏光発光性 (CPL) が変化する有機色素が注目されており、いくつか報告されている。しかし外部環境や刺激によって CPL の符号が反転するスイッチ色素はほとんど知られていない。本研究では新たな CPL スイッチ色素の開発を目指し、軸性キラルな (R)-1,1’-ビナフチルでピレン環を挟んだ色素群を設計・合成し、評価した。ジクロロメタン溶液の CPL を調査したところ、化合物によって CPL の符号が異なり、ビナフチルの 2-位がヒドロキシ基である化合物は負の CPL を、アルコキシ基である化合物は正の CPL を示した。さらにヒドロキシ基を有する化合物は、非極性溶媒中では負の CPL を、極性溶媒中では正の CPL を示した。理論計算により、ヒドロキシ基を有する化合物は、非極性溶媒中では励起状態で分子内水素結合を形成し左回りにねじれたエキシマーを形成し、極性溶媒中ではこの水素結合は切断されることが示された。
【1. はじめに】を設計した (Figure 1)。

円偏光発光性 (CPL) を示す有機色素が注目されており、近年、開発研究が活発である。例えば、ヘリセン、ビナフチル、シクロファンなどの骨格を利用した有機 CPL 色素の開発研究が展開されている。
CPL のスイッチング関連の研究も盛んであり、溶媒、
濃度、温度、紫外光照射、光増感剤、金属イオン、
ハロゲンイオンなどの影響により CPL が変化する
色素が報告されている。しかし CPL の符号が反転するスイッチ色素はほとんど知られていない。
Figure 1. Chemical structures of (R,R)-1–7.
【2. CPL スイッチ色素の設計と合成】
我々はナフタレン四量体に複数のエキシマー性の(R,R)-1–7 は Scheme 1 に示した手法で合成した。

発光団を導入すると強いエキシマー CPL を発現す

(R,R)-1 は (R)-BINOL と pyrene-1,6-dicarboxylic acid

ることを明らかにしている。1,2 本化合物群はキラル(8) を 5:1 のモル比で混合して縮合させた。(R,R)-2–

で剛直なエキシマー形成を導き、優れた CPL 特性

7 も対応するビナフチルを用いて合成した。これらを示したが、温度、濃度、溶媒といった外部環境にはビナフチル類から 1 工程で合成でき、光学分割がよって CPL 特性がほとんど変化せず、スイッチ色

不要である点で優れている。

素としては適さなかった。
【3. ジクロロメタン中の CPL 特性】

そこでピレン環の周辺を自由度の高い構造とすることで CPL の外部刺激応答を達成しようと考え、(R,R)-1–7 のジクロロメタン溶液 (4.0 × 10−3 M)

軸性キラルビナフチルで 1 つのピレン環を挟んだの蛍光と CPL スペクトルを測定した (Figure 2)。蛍

(R,R)-1 を設計した (Figure 1)。1 のピレン環はキラ

光スペクトルではいずれもエキシマー発光のみが観ルかつ柔軟な分子間エキシマーを形成すると考えた。

測された。CPL スペクトルでは、興味深いことに、

また、ビナフチルの 3,3’-位の置換基効果や 2-位の化合物によって CPL の符号が異なり、2-位にヒドヒドロキシ基の必要性を確認するために (R,R)-2–7

ロキシ基を持つ (R,R)-1–3, 5 は負の CPL を、メト

- 22 -

Scheme 1. Synthesis of (R,R)-1–7.

Figure 2. CPL and FL spectra of (R,R)-1–7 in CH2Cl2.
Conditions; 20 °C, light path length = 1.0 cm, 4.0 ×
10−3 M, ex = 355 nm.
に向き合い、水素結合を形成していた (1.60–1.88 Å,
Figure 3a)。一方で、右回りのキラリティーを持つエキシマーはビナフチル同士が離れ、水素結合を形成していなかった (Figure 3b)。また、水素結合の寄与により左回りのエキシマーの方が 7.5 kcal/mol 安定であった。
一方で正の CPL を示した (R,R)-6 は水素結合を形成するためのヒドロキシ基がないため、立体反発が少ない右回りのキラリティーを持つエキシマーの方が 4.4 kcal/mol 安定であった。
したがって、2-位のヒドロキシ基の保護基の有無
キシ基もしくはベンジルオキシ基が置換した (R,R)-

で CPL の符号が異なっていたのは、分子間水素結

6 と (R,R)-7 は正の CPL を示した。3,3’-位にフル合の有無によってエキシマーのねじれの向きが異なオロ基を導入した 4 は CPL を示さなかった。このっていたためだと考えられる。また、3,3’-位にフル

ように、CPL を示さなかった 4 を除き、2-位のヒド

オロ基を導入した (R,R)-4 が CPL を示さなかった

ロキシ基の保護基の有無で CPL の符号が異なるこのはフッ素原子とヒドロキシ基の水素原子が分子内とが明らかになった。

水素結合を形成したためであると考えられる。7,7’位にベンジルオキシ基を有する (R,R)-5 の CPL 強【4. 安定構造計算】

度が小さいのは、ビナフチルの二面角が広がり水素化合物によって CPL に差異が生じた要因を明ら

結合を安定に形成できなかったためであると考えてかにするため、まず (R,R)-1 の分子間エキシマーのいる。さらに、最も大きな CPL 強度を示した (R,R)-

安定構造を求めた。その結果、左回りのキラリティ

2 のメチル基は、ヒドロキシ基の動きを抑制し水素ーを持つエキシマー (a) と右回りのキラリティー

結合を形成しやすくしていると考えている。以上のを 持 つ エ キ シ マ ー (b) の 2 種 類 が 得 ら れ た

ように水素結合の有無とその形成のしやすさが(Figure 3)。左回りのキラリティーを持つエキシマー

CPL 特性に大きく寄与することが明らかとなった。

は分子間のヒドロキシ基とカルボニルの酸素が互い- 23 -

Figure 4. CPL spectra of (R,R)-2 in various solvents.
Conditions; 20 °C, light path length = 1.0 cm, 4.0 ×
10−3 M, ex = 355 nm.
【6. まとめ】
2-位にヒドロキシ基を有する軸性キラル 1,1’-ビナフチルでピレン環を挟んだ化合物は、溶媒を変えるだけで CPL の符号が反転した。この符号の反転
は、分子間水素結合の有無によりエキシマーのねじれの向きが反転するためであると判断した。本研究により CPL の符号とエキシマーの立体構造の相関を明らかになった。今後の CPL 色素の分子設計においてこれらの知見は有用な情報になりうる。
Figure 3. TD DFT-optimized excimers of (R,R)-1. The
distances between pyrene faces are fixed at 3.2 Å.

【参考文献】(1) Takaishi, K.; Takehana, R.; Ema, T. Chem. Commun.

【5. CPL 特性の溶媒依存性】

2018, 54, 1449–1452.

水素結合を形成/切断させることで CPL の符号(2) Takaishi, K.; Iwachido, K.; Takehana, R.;の反転ができると考え、溶媒を変えて (R,R)-2 のUchiyama, M.; Ema, T. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141,

CPL を測定した (Figure 4)。その結果、CPL は溶媒

6185–6190.

によって劇的に変化し、非極性溶媒中 (トルエン,
クロロホルム等) では負、極性溶媒中 (ジメチルス【謝辞】

ルホキシド, アセトン) では正の CPL を示した。

本研究の遂行に対して助成を賜りました公益財団

CPL の glum 値はトルエンおよびジメチルスルホキ

法人ウエスコ学術振興財団に深く感謝申し上げます。

シド中で大きな絶対値を示した (glum,toluene = −0.012,
glum,DMSO = +0.012)。

【本助成による発表論文】

最後に、非極性溶媒中で温度を変えて測定を行っ“Solvent-Induced

たところ、高温では |glum| 値は小さく、低温では大Sign

Inversionof

Circularly

Polarized Luminescence: Control of Excimer Chirality

きくなった。このことは低温であるほど分子間水素

by Hydrogen Bonding” Takaishi, K.; Iwachido, K.;結合が形成しやすいことを示している。

Ema, T. J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 1774–1779.

- 24 -

乳がん治療薬抵抗性獲得機構における NFYA の機能解明
岡山大学大学院ヘルスシステム統合科学研究科
岡田 宣宏

乳がんにおける治療薬抵抗性の獲得は、乳がん患者の生存率改善に立ちはだかる難問である。乳がんは、悪性化進展過程で Luminal から Basal へ細胞系譜を転換させることにより治療薬抵抗性を獲得し、治療を困難にしていると考えられる。申請者はこれまでに、Luminal、Basal 細胞系譜間でスプライシングバリアントの発現パターンをスイッチさせている遺伝子 NFYA を同定した。さらに、NFYA の各バリアントが Luminal から
Basal への細胞系譜転換を段階的に制御していることを明らかにした。しかし、NFYA による細胞系譜転換制
御機構は明らかにできていない。本研究は、乳がん悪性化進展過程での NFYA による細胞系譜転換の制御機構を明らかにすることを目的とする。
[背景]

完了させる。しかし、NFYA による細胞系譜転換制

乳腺組織は、Luminal 細胞と Basal 細胞からなる 2

御機構は明らかにできていない。

層構造を形成する 2 種の細胞系譜を有している。一般的に、Luminal 細胞系譜のがん細胞はホルモン受[結果]

容体陽性細胞であり、ホルモン依存的に増殖するた

NFYA スプライシングバリアントの機能解析

め、ホルモンの作用を阻害する内分泌療法により劇

CRISPR/Cas9 システムにより各バリアントの欠損

的な治療効果が得られている。しかし、Basal 細胞

乳がん細胞を作製し、機能解析を行ったところ、系譜のがん細胞はトリプルネガティブ乳がんと呼ば

NFYA long-form の欠損は、細胞増殖・腫瘍形成能・れ、ホルモン受容体陰性細胞であるため、内分泌療

幹細胞性を著しく減少させた。しかし、NFYA

法が効かず、有効な治療法が存在しない。多くの乳short-form の欠損による、それらへの影響は確認さ

がんは、Luminal 細胞から発生し、悪性化進展過程れなかった。また、各バリアント特異的な転写標的

で Luminal、Basal 両細胞系譜が混在するがん組織

遺伝子の存在も確認しており、これら 2 種のスプラを形成する（Van Keymeulen et al., Nature 2015;

イシングバリアントが異なる機能を果たすことによKoren et al., Nature 2015）。このことは、Luminal

り、細胞系譜転換に寄与していることが明らかとなから Basal への細胞系譜転換により、乳がんは治療った。

薬抵抗性を獲得することを示唆している。しかし、乳がんが悪性化進展過程で細胞系譜転換を起こすメ
カニズムは明らかになっていない。
申請者はこれまでに、Luminal、Basal 細胞間で 2種のスプライシングバリアントの発現をスイッチさせている遺伝子 NFYA を同定し、以下の機能を明らかにした。NFYA short-form は、細胞系譜転換を開始させる『スターター』として機能し、Luminal 細胞を Luminal - Basal 中間細胞に転換させる。その

図 1：NFYA 欠損による腫瘍形成能の抑制

後、NFYA long-form が、細胞系譜転換を促進させ免疫不全マウス（NOD-Scid マウス）への同所移植

る『ブースター』として機能し、Luminal - Basal

により得られた腫瘍。NFYA 欠損細胞では腫瘍形成

中間細胞を Basal 細胞に転換させ、細胞系譜転換をが起こらなかった。

- 25 -

乳がんモデルマウス MMTV-PyMT の解析

図 2：乳がんでの NFYA 発現および腫瘍内不均一性

生体内での自発性乳がんにおいて NFYA が細胞系

A. 乳がんモデルマウス MMTV-PyMT に発症した

譜転換を制御しているか明らかにするために、本研

乳がんにおける Nfya の発現解析。正常乳腺細胞と究では乳がんモデルマウス MMTV-PyMT を使用す比較し、乳がん細胞では Nfya の発現が上昇している。MMTV-PyMT マウスは、乳腺上皮細胞特異的る。B. 乳がんモデルマウス MMTV-PyMT に発症にポリオーマウイルスミドル T 抗原を発現することした乳がんにおける腫瘍内不均一性の確認。緑枠：

により乳がんを発症する乳がんモデルマウスである。

ホルモン受容体、青枠：Luminal 細胞マーカー、赤まず、MMTV-PyMT マウスに発症する乳がんにお枠：Basal 細胞マーカー。

ける Nfya の発現および細胞系譜転換により生じる
腫瘍内不均一性を確認した。その結果、正常乳腺上NFYA 欠損マウスにおける乳がん悪性化への影響

皮細胞と比較し、乳がん細胞において Nfya 両バリ

これまでの研究から、NFYA long-form がホルモン

アントの発現が高いことが確認された。また、乳が受容体陰性細胞の増殖、生存において重要な役割をん細胞においてエストロゲン受容体およびプロゲス

果たしていることを明らかにした。そこで、申請者

テロン受容体の発現が高いことが確認された。しからは NFYA long-form 特異的ノックアウトマウスをし、Her2 タンパク質をコードしている Erbb2 遺伝作製した。作製したマウスを MMTV-PyMT マウス

子の発現は変化がみられなかった。さらに、ホルモと交配させ、乳がんを発症させることで解析を行っ

ン受容体陽性細胞（Luminal 細胞）マーカーの減少た。その結果、NFYA long-form の欠損が乳がん発とホルモン受容体陰性細胞（Basal 細胞）マーカー症を遅らせることを明らかになった。さらに、NFYAの増加が確認された。これらの結果は、MMTV–PyMT

long-form の欠損がエストロゲン受容体陰性細胞をマウスで発生する乳がん組織の大部分は、ホルモン減少させることも分かった。

受容体陰性細胞（Basal 細胞）であるが、ホルモン受容体陽性細胞（Luminal 細胞）の存在も確認でき、細胞系譜転換を介して Basal 細胞、Luminal 細胞が混在している腫瘍内不均一性を形成していることを示唆している。

図３：NFYA 欠損マウスにおける乳がん発症
A. NFYA long-form 特異的ノックアウトマウスでは、乳がん発症が遅れる。B. Carmine Alum による
乳腺染色および腫瘍面積。15 週齢で乳腺を含む乳腺
脂肪組織を回収、染色し、解析を行った。NFYA
long-form 特異的欠損により、腫瘍面積が減少している。
[考察]
本研究により、NFYA long-form がホルモン受容体
陰性細胞の生存、増殖に重要な機能を果たしている
ことが明らかになった。また、NFYA が細胞系譜転換を制御し、ホルモン受容体陰性細胞の拡大を制御していることが示された。さらに、この機能は乳が- 26 -

ん細胞を用いた in vitro の実験系だけでなく、マウスを用いた in vivo の実験系においても同様の結果であった。
このように細胞およびマウスでの表現型から、NFYA の重要性を明らかにできたが、NFYA がどのような制御機構でこれらの機能を果たしているかは明らかにできていない。今後、NFYA が制御している因子・パスウェイを同定することにより、細胞系
譜転換における制御機構を解明する予定である。さらに、NFYA および NFYA が制御する因子・パス
ウェイの阻害による、乳がんへの治療効果を検討していく予定である。

- 27 -

抗酸化物質が免疫担当細胞に与える影響
岡山大学大学院ヘルスシステム統合科学研究科
増田潤子
がんによる免疫機能の抑制はがんの特徴の一つとして考えられている。さらに、がん細胞は腫瘍微小環境のみならず、脾臓における免疫機能に影響することが示唆されている。しかしながら、がん細胞が腸内の免疫系に与える影響については未だ解明されていない。本研究では腸炎の治療および大腸がん予防に効果のある化合物の免疫学的検討をするための初期段階として、多くのヒト乳がんと同様に、骨、肺、肝臓および脳などの遠隔臓器に転移する性質を持つBALB/c系統由来乳がん細胞株4T1細胞を同種移植したがんモデルマウスを用いて、
脾臓および腸間膜リンパ節における免疫細胞の質的変化および機能変化を対照群と比較し、がんによる全身性
免疫抑制の機構を明らかにすることを目的とした。
緒 言ている [9]。これらは、がん細胞の増殖が腫瘍局所がんの原因になる遺伝子の変異により制御を失のみならず全身の免疫にも大きな影響を与えることった細胞は、過剰な細胞分裂と増殖能と遺伝子の複を示唆している。

製エラーの修復機能欠損を伴い、近隣の細胞との接

一方、腸管の表層を覆う粘膜組織にも多くの免疫着に関わる遺伝子変異による細胞社会性の崩壊、環細胞が存在するが、腸管免疫細胞が粘膜と他組織間境不適切なサイトカインや増殖因子の分泌など様々において何らかの作用があることは古くから示唆さな遺伝子の異常発現を引き起こし、最終的に遊走能れてきた [10,11]。そして近年になり行われた詳細の獲得を経て周辺組織への転移能、すなわち悪性化な研究によって、炎症反応に伴って腸管に遊走されを獲得する。腫瘍組織は、多様な遺伝子変異を伴う

る免疫細胞の解明が進みつつある。例えば、腸管で多数のサブクローン化したがん細胞集団により構成の外来抗原侵入時のみならず、肺に侵入したインフされており (腫瘍内不均一性)、
この不均一性に富んルエンザウイルスの侵入によっても活性化されただがん細胞が、がん関連筋線維芽細胞、血管内皮細CD4+ T 細胞は腸管へ遊走し、腸内細菌の恒常性の破胞、周皮細胞および免疫細胞等の多数の間質細胞と綻を伴う T ヘルパー (Th) -17 細胞性の粘膜障害を共に微小環境の構築し (がん微小環境)、
がんの進展引き起こすことや [12,13]、腸内細菌によって引きに関与している [1,2]。

起こされるトル様受容体 (Toll-like receptor:

腫瘍組織に含まれる免疫細胞には、樹状細胞

TLR)-5 依存的なシグナリングにより皮下移植した(Dendritic cells: DC) や マ ク ロ フ ァ ー ジ

がん細胞の悪性化が引き起こされることが明らかに(Macrophages :Mj) 等の抗原提示細胞 (antigen

なっている [14]。これらの報告は、がん細胞が腸管

presenting cells: APC)、ヘルパーT 細胞 (CD4 陽性に直接触れることがなくても活性化した T 細胞が腸++( ) T 細胞)、細胞傷害性 T 細胞 (CD8 T 細胞: CTL)

管の恒常性に影響を与える可能性を示唆する。そこ等が含まれるが [3]、免疫活性を抑制する骨髄由来で本研究では、骨、肺、肝臓および脳などの遠隔臓

免 疫 細 胞 (myeloid derived suppressor cells:器に転移する性質を持つ BALB/c 系統由来乳がん細MDSC) や CD4+制御性 T 細胞 (regulatory T cells:

胞株 4T1 細胞 [15] を同種移植したがんモデルマウ

Treg) の増加 [4–7] およびがん細胞を直接殺傷すスを用いて、腸間膜リンパ節における免疫細胞の質る CTL の機能低下により [8]、抗腫瘍免疫は減弱し的変化および機能変化を対照群と比較することで、ている 。また、がん局部だけでなく全身免疫におい腸管免疫細胞に特異ながん細胞増殖との関連を探るても、MDSC の増加による CD4+ T 細胞と CD8+ T 細胞ための基礎的実験を行った。

の細胞数低下およびサイトカイン分泌の減少が生じ- 28 -

材料と方法また、5 µg/ml で抗 CsD3e 抗体が固相化された

1. マウス

96 穴プレート上で、腸間膜リンパ節の免疫細胞 (穴5 週齢 BALB/c 系統雌マウスを、チャールズリバー社

当たり 40 万細胞) を 48 時間培養し、培養上清中より購入し、岡山大学動物資源部門津島北施設で飼に放出された IFN-g, IL-4 および IL-10 の濃度を、育した。

酵素結合免疫吸着法（ELISA 法）にて各セット(BDOptEIA™ ELISA Sets, BD バイオサイエンス社)の説

2. 細胞培養明書に従って測定した。

マウス腸間膜リンパ節から免疫細胞を抽出し、10%ウシ胎児血清および 50 µM 2-メルカプトエタノール

6. 統計解析(ナカライテスク社) 含有 RPMI-1640 培地で培養し生存曲線はカプランマイヤー法を用い、ログランク

た。 ウォータ ージャケ ットイン キュベー ター

検定で解析を行った。また２群間の統計解析はスチ(APC-30D; アステック社) を用い、摂氏 37 度、5%ューデントの t 検定で解析を行った。グラフ値は平CO2、湿度 100%条件下で細胞を培養した。

均値±標準偏差で示した。これらの解析はグラフパッドプリズム（バージョン 6; グラフパッドソフト

3. 抗体および測定セット

ウェア社）を用いた。P 値が 0.05 以下の時に有意差抗マウス CD3 e（145-2C11）、CD8（53-6.7）およびがあると判断した。

CD11b （M1/70）抗体 を BD バイオサイエンス 社
より購入した。抗マウス CD25（PC61.5）、CD16/CD32

結 果

（93）
、 および Gr-1 （RB6-8C5）抗体を e バイオサ

1.4T1 担がんマウス腸間膜リンパ節に MDSC は存在しイエンス社より購入した。抗マウス CD4 (RM4-5) 、ないCD11c（N418）および Foxp3 (3G3) 抗体を、トンボ

腸間膜リンパ節(mLN)は腸管に侵入した抗原を捉えバイオサイエンス社より購入した。IFN- g、IL-4 お遊走した DC が、
ナイーブ T 細胞と自然免疫および適

よび IL-10 測定セットを BD バイオサイエンス社

応免疫を開始させる二次リンパ組織である。腸管上より購入した。

皮は比較的硬い組織で、腸管上皮および粘膜固有層から免疫細胞を抽出するには多くの時間を要し、得4. 担がん原発巣モデル動物の作製られる細胞数も極めて少ない。一方、腸間膜リンパ１週間訓化後（6 週齢）にマウス 1 匹当たり 200 µL

節は容易に摘出することができ、簡単に多くの免疫の PBS(sham)、あるいは PBS に懸濁した 4T1-luc 株

細胞を抽出することができる。そこで本研究では、(4T1)を皮下に移植した。

4T1 担がんマウスの mLN に存在する免疫細胞について解析を行った。

5. 腸管免疫能の評価

mLN

マウスを安楽死させ、無菌的に摘出した腸間膜リン
パ節から免疫細胞を単離した。腸間膜リンパ節の骨

Sham

0.056
0.624

髄由来抑制細胞（MDSCs）、ヘルパー（CD4 陽性）T 細

0.048
0.616

Gr-1

胞 (Th)、細胞傷害性（CD8 陽性）T 細胞 (CTL)、CD4

4T1

陽性 Foxp3 陽性制御性 T 細胞 (Tregs) の各サブCD11bセットを、蛍光染色細胞解析装置（AccuriC6, BD バ

図 1. 4T1 担がんマウス腸間膜リンパ節(mLN)に MDSC は存在しない. 5×
105 個の 4T1 細胞をマウスの右脇腹に皮下移植し 14 日後に腸間膜リン
パ節からリンパ球を抽出し、MDSC をフローサイトメトリーにて解析し、対照
群 (Sham) と比較した. Gr-1hi CD11b+は顆粒系 MDSC (G-MDSC)を示
し、Gr-1intermediate CD11b+は単球系 MDSC (M-MDSC)を示す.

イオサイエンス社）と FlowJo ソフトウェア（ツリースター社）を用いたフローサイトメーター法（FCM法）により測定した。

- 29 -

膵臓がん細胞株 mPAC を C57BL/6 系統マウスに同抗炎症性サイトカインである IL-10 は、常に食物や種皮下移植したマウスの脾臓および腸間膜リンパ節

腸内細菌に曝露されている腸管において免疫寛容をでは、有意な MDSC 数の増加が報告されている。そこ担うために大事な役割を担っている。4T1 担がんマで本実験で作製した 4T1 担がんマウスは、mPAC 担がウスの腸間膜リンパ節由来リンパ球刺激後の培養上んマウスと同様に腸間膜リンパ節の MDSC が増加す

清中に含まれる IL-10 量は、対照群と比べて有意にるか確認するために、4T1 担がんマウスの腸間膜リ増加した (図 2)。

ンパ節に存在する MDSC 割合を測定し、対照群と比較
した。マウス MDSC は、Gr-1hi CD11b+を示す顆粒系

考 察(G-MDSC) と Gr-1intermediate を 示 す CD11b+ 単 球 系

本研究において、転移能をもつ乳がん細胞株 4T1 を(M-MDSC) のサブセットからなる亜集団であるが既皮下注射することで作製した担がんマウスの腸管の報と異なり、BALB/c 系統マウスの腸間膜リンパ節に免疫細胞の質的および量的変化を調べた。腸間膜リ

MDSC はほぼ存在せず、4T1 担がんマウスにおいてもンパ節では T 細胞の IFN-g 産生能は有意に増加し、存在しなかった (図 2)。この結果は、BALB/c 系統マ炎症状態が亢進していた。がんは局所だけでなく全ウスにおいて、腫瘍に伴って増加する MDSC が腸管免

身の免疫系に影響を与えるが、非常に初期の段階か疫を制御するメカニズムがほぼ存在しないことを示

ら腸管の免疫系においても、がん局所や全身とは異唆した。

なる何らかの免疫的機能が存在する可能性が示唆された。

3.4T1 担がんマウス腸間膜リンパ節に見られる T 細
胞依存的炎症

参考文献

最後に、4T1 担がんマウスの腸管免疫状態を総合的[1]に判断するため、腸間膜リンパ節に存在する T 細胞を、抗 CD3e mAb によって刺激した時のサイトカイン[2]

量を測定した。
mLN
IFN-γ

ng/mL

ng/mL

100
50
0

Sham

IL-10

IL-4
3

****

4T1

0.6

ns

2

ng/mL

150

1
0

Sham

4T1

*

0.4

[3]

0.2
0.0

Sham

4T1

図 2. 4T1 担がんマウスに見られる抗腫瘍活性の減弱. 5×105 個の 4T1細胞をマウスの右脇腹に皮下移植し 14 日後に脾細胞を抽出し、抗 CD3
ε mAb 固相化プレートにて 48 時間培養した後、培養上清を回収した.

[4]

腸炎時に、炎症性サイトカインである IFN-gは有[5]

意な増加を認めるが、4T1 担がんマウスの腸間膜リンパ節由来リンパ球刺激後の培養上清中に含まれる
IFN-g量は、対照群と比べて有意に増加した (図 2)。

[6]抗炎症性サイトカインである IL-4 は、IL-10 と共に腸炎抑制を担うが、4T1 担がんマウスの腸間膜リン[7]

パ節由来リンパ球刺激後の培養上清中に含まれる
IL-4 量は、対照群と変わらなかった (図 2)。

- 30 -

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inflammation. Cancer Cell 2015;27:27–40.
Tao K, Fang M, Alroy J, Gary GG. Imagable
4T1 model for the study of late stage breast
cancer. BMC Cancer 2008;8:228.

- 31 -

G-CSF 刺激による好中球分化誘導のシグナル伝達経路の解析
岡山大学大学院ヘルスシステム統合科学研究科（工学部）
村上 宏
（概要）
白血球のひとつである好中球は生体を細菌感染から守る働きを担う。好中球は骨髄中でサイトカインのひ
とつ G-CSF の刺激を受けて分化生成する。G-CSF 刺激によるリン酸化反応を解析する過程で、我々は Gab2 アダ
プタータンパク質が高度にリン酸化を受ける事を見出した。そこで、G-CSF 刺激依存の好中球分化を誘導する反応における Gab2 タンパク質の役割を明らかにする目的で、Gab2 と構造が類似する Gab3 タンパク質を好中球前駆細胞に過剰発現させる事で Gab2 の機能を Gab3 と置き換え、分化誘導に与える影響を検討した。Gab3 過剰発現細胞株 GM-Gab3 では、G-CSF 含有培地での成熟好中球への分化誘導が阻害された。また、親株での Gab2 のリン酸化に比べ、GM-Gab3 で Gab3 の G-CSF 依存のチロシンリン酸化が高まりかつ長期に継続していた。さらに、
GM-Gab3 株では MAP キナーゼの高い活性が継続して見られた。よって、Gab3 過剰発現による G-CSF 依存の好中球分化誘導の阻害は定常状態での MAP キナーゼの活性の上昇による事が示唆された。すなわち、好中球分化誘導が起こるためには、G-CSF 刺激後 MAP キナーゼの活性が低く保たれる事が必要である事が明らかとなった。

（本文）

立

背景

好中球前駆細胞株 GM-I62-1 より RNA を調整し、逆白血球のひとつである好中球は体内に侵入した細菌

転写酵素を用いて cDNA を合成した。これを鋳型とを貪食し殺し生体を細菌感染から守っている。好中

して、Gab3 に特異的な primer を用いて PCR を行い球の体内での寿命は短く、常に好中球は骨髄中で前Gab3 の遺伝子 DNA を得た。得られた DNA を動物発現

駆細胞がサイトカインのひとつ G-CSF の刺激を受けベクターpBOS-EX-Flag に組込み、C 末に Flag タグて分化生成している。G-CSF が前駆細胞表面の受容をつけた Gab3 発現ベクターを得た。puromycin 耐体に結合すると細胞内で種々のタンパク質のチロシ性を付与するプラスミドとともに GM-I62-1 株にン残基のリン酸化が起こり、その情報が核内の遺伝

エレクトロポレーションにより導入し、puromycin

子に伝達され、好中球分化誘導に必要な遺伝子の発耐性株としてクローンを単離した。得られたクロー

現が誘導される。
好中球前駆細胞株 GM-I62-1 を用い

ンの中で Gab3 の発現が最も多いものを抗 Gab3 抗体てこの反応を解析する過程で、我々は G-CSF の刺激による western blot で選別し GM-Gab3 株として以を受けて Gab2 アダプタータンパク質が高度にリン後の実験に用いた。

酸化を受ける事を見出した。そこで、G-CSF 刺激依

G-CSF 依存の好中球への分化誘導

存の好中球分化を誘導するシグナル伝達における主に Gab2 を発現する GM-I62-1 細胞と人為的に Gab3

Gab2 タンパク質の役割を明らかにする目的で、Gab2を過剰発現させた GM-Gab3 細胞株を用いてその性質と構造が極めて類似の Gab3 タンパク質を好中球前の違いを解析した。IL-3 を添加した RPMI＋10%FBS

駆細胞に過剰発現させることで Gab2 の機能を Gab3培地で Gab2 を主に発現した GM-I62-1 細胞は未分化と置き換え、好中球分化誘導に与える影響を解析しの状態で増殖を続けるが、IL-3 を除き G-CSF を添加た。

した 培地では 数日間増 殖した後 増殖を停 止し

実験結果（Fig.1A）、10 日以上経過すると細胞の形態が、未Gab3 cDNA の発現ベクターの構築と過剰発現株の樹分化時の球状の核を持った細胞から核が花びら状- 32 -

（分葉化）に変化した成熟好中球特有の形態に変わGab2 を持つ好中球前駆細胞 GM-I62-1 細胞に Gab3 をる（Fig.1B）。一方で、Gab3 を過剰発現させた GM-

過剰に発現させると、G―CSF の存在か、Gab3 のチロ

Gab3 細胞は IL-3 含有培地では、親株の GM-I62-1 細

シン残基のリン酸化が長期に渡り高く保たれた。そ胞と同様に未分化のまま増殖を続けるが、G-CSF をの結果、細胞内シグナルの下流に存在する MAP キナ

添加した培地では、親株の GM-I62-1 細胞とは異なりーゼの活性化も高く維持されていることが明らかと増殖し続ける（Fig.1A）。また、細胞の形態も、G-CSFなった。

含有培地でも細胞の核の形態は未分化の球状の状態

考察を保ち花びら状に分葉化する事はなかった（Fig.1B）。

Gab2 を主に発現する好中球前駆細胞 GM-I62-1 で、したがって、Gab3 の過剰発現により G-CSF の刺激に人為的にその類似タンパク質 Gab3 を過剰発現させよる好中球への分化誘導が阻害されたことが明らか

ると、細胞内で内在性の Gab2 と過剰発現させた Gab3となった。

とが G-CSF 刺激によるシグナルを競合し、親株 GM-

G-CSF 刺激依存のタンパク質のリン酸化

I62-1 細胞では、Gab2 が活性化するが、Gab3 過剰発

Gab2 を主に発現する GM-I62-1 細胞と Gab3 を過剰発

現細胞 GM-Gab3 では、Gab3 が活性化することが明ら現させた GM-Gab3 細胞とを持いて、G-CSF 刺激によかとなった。すると、Gab タンパク質の下流で働くる細胞内のタンパク質のリン酸化と細胞増殖に深く

MAP キナーゼの活性化が、親株 GM-I62-1 細胞では、関わる MAP キナーセの活性化の時間経過を western

G-CSF 刺激後一時的に活性化したのち低下してしまblot 法を用いて解析した。GM-I62-1 細胞では G-CSF

うが、GM-Gab3 細胞では G-CSF 刺激により MAP キナ

を添加して 5 分後には Gab2 タンパク質のチロシンーゼの活性が長期にわたり高く維持されていた。こ残基のリン酸化が見られたが、35 分後にはその３の高い MAP キナーゼの活性化が、GM-Gab3 細胞で見０％程度までリン酸化の低下が見られた（Fig.2）。

られた、好中球への分化誘導を阻害していると考え

一方、Gab3 を過剰発現させた GM-Gab3 細胞では、G-られた。今後、MAP キナーゼの高い活性と、好中球

CSF を添加後 5 分で Gab3 の強いリン酸化が見られ、分化誘導時に見られる特異的な遺伝子の発現との関

その後も Gab3 のリン酸化は高く維持され続けた。

連を解析し、好中球分化誘導の阻害による白血病発また、内在性の Gab2 のリン酸化の抑制が見られた症と MAP キナーゼ活性、および、分化誘導に必要な（Fig.2）。
さらに、細胞内の MAP キナーゼの活性化、特異遺伝子の発現の抑制との関連を明らかにしていすなわち活性部位のリン酸化を解析した。GM-I62-1

きたい。

細胞では、G-CSF 添加後 5 分で MAP キナーゼの活性化が見られたが、その後活性化は低下していった（Fig.2）。一方で、GM-Gab3 細胞では、G-CSF 添加後
5 分で活性化した MAP キナーゼはその後も活性化状態が高く保たれた（Fig.2）。以上の結果から、主に- 33 -

Fig.1

GM-I62-1 細胞と GM-Gab3 細胞での G-CSF に対する反応 A. 各細胞を、IL-3 あるいは G-CSF 含有培地、およびそれらを含まない培地(factor free)で培養した時の細胞数の変化。 B. 各細胞を IL-3 あるいは GCSF 含有培地で 10 日あるいは 13 日培養後細胞をライト・ギムザ染色し、顕微鏡で観察した。右下 bar は 20µmを示す。C. 各細胞を B の条件で培養後、細胞の形態を下部に示したカテゴリーに分類し、その割合を示した。
各培養条件の細胞を 100 ヶ以上調べた。

- 34 -

Fig.2.

G-CSF 刺激による細胞内タンパク質のリン酸化

GM-I62-1 細胞と GM-Gab3 細胞を図に示した

時間 G-CSF で刺激したのち細胞抽出液を調整し、図の右側に示した抗体を用いて免疫沈降（IP）およびウエス
タンブロット（WB）を行った。抗体の結合を ECL により可視化した。

- 35 -

平成 30 年 7 月西日本豪雨時の旭川洪水の流況解析と CCTV 画像を用いた STIV 解析による検証
岡山大学 大学院環境生命科学研究科 准教授
吉田 圭介
現在，我が国では地球温暖化に起因する豪雨や洪水による水災害の増大が懸念されており，河川整備計画の再構築や水防活動の強化が求められている．その際に必要となるのは河川の実流量や水位の把握であるが，現地観測の安全性や効率化，つまり洪水観測の無人化や高度化は喫緊の課題である．本研究では平成 30 年西日本豪雨時に旭川下流部で生じた洪水を対象に，河川監視用 CCTV の映像を活用して STIV 解析から河川流量の算出を試みた．また，洪水前後に計測された航空レーザー測深（ALB）情報から現地の地形・地被分類・植生特性量の面的情報を得た後，水位流量ハイドログラフを境界条件に利用して洪水流況解析を行い，CCTV 設置箇所での流量を算出して比較した．その結果，STIV 解析による流量は洪水流況解析によるものと概ね一致したが，各種データから整合性を検証した結果，両解析における課題（悪条件下の画像の不鮮明化，河床変動の影響，H-Q 式による流量誤差など）が明らかとなった．
１．はじめに
平成 30 年 7 月上旬，西日本の広範囲で生じた記録的な豪雨は岡山県，広島県，愛媛県を中心に甚大な被害をもたらした（図-1，岡山県の降雨規模，近森教授より提供）．今次豪雨では岡山県倉敷市真備町では小田川やその支川の 8 箇所において主に越水が原因で堤防が決壊し，洪水氾濫により 51 名の方が亡くなった．現在，我が国では地球温暖化に起因する豪雨や洪水による水災害の増大が懸念されている．そのため，全国的に河川の治水計画を練り直す必要に迫られている．
一般に，治水計画では河川流量の設定が重要だが，その前提となるのは洪水時の実測流量の記録である．
我が国ではこれまで洪水時の流量は原則，浮子によって観測されてきた．浮子観測は洪水時に河川の橋上などから浮子を投下し，浮子の流下する軌跡から流速や断面流量を求める実用的な手法である．しかし，浮子
観測では豪雨時や河川が氾濫危険水位に達する場合には作業者に危険が及び，欠測となることがある．実際，
西日本豪雨時には，本研究で対象とする旭川では，国直轄区間の中原橋（中ノ原）で長時間，水位が高い状態となり，現地観測班は撤退を余儀なくされた（図-2）．
今後，旭川に限らず，洪水時の浮子による流量観測は実施が困難になる可能性が高いと考えられている．
浮子観測の学術的課題（偏流への追随，校正係数の妥当性）以外の実務上の理由として，(1)人手による現地観測には危険を伴い，適時観測や連続的観測には制約がある．(2)浮子観測を行う技術者が不足する，点が挙げられる．そのため，豪雨時の大出水でも安全に河川流量が計測できる方法を検討し，今後の治水計画のため，その精度を実洪水で検証する必要がある．
そこで，本研究では非接触型の表面流速観測手法である STIV(Space Time Image Velocimetry)法を用いて，- 36 -

図-1 アメダスによる豪雨の確率年の推定値（西日本豪雨時，降雨継続時間: 24 時間対象）

図-2 西日本豪雨時(7/6-7/8)の旭川・下牧観測所での流量時系列（実線：H-Q式，○印：中原橋での浮子観測）
西日本豪雨時の旭川での洪水流量算定を試みる．特に，本研究では豪雨時に河川監視目的で運用された CCTV
映像を活用して水位情報や表面流の映像を取得する．
また，洪水流の数値シミュレーションも併せて実施し，STIV 法で算定された流量精度を検証する．
２．対象河道と ALB 計測
研究対象の旭川（図-3）は岡山県を縦断して瀬戸内海に注ぐ，幹川流路延長 142km の一級河川である．治水上の観点では，上・中流域には多目的ダムである湯原ダム，旭川ダム，また，下流域の国管轄区間には百間川放水路や河口水門が整備されている．さらに，旭(a) 旭川分流部(b) 百間川河口水門

図-5 対象領域の空中写真（上：洪水前，下：洪水後）

図-3 旭川流域と主要な治水施設

図-6 洪水後の植生倒伏状況（左：竹林，右：樹木）表-1 本研究で利用した ALB データの範囲
計測年月
旭川
百間川

2017 年 11 月
9.8-17.4 KP
未計測

2018 年 1 月
8.2-9.8 KP
11.4-12.8 KP

2019 年 2 月
9.8-17.4 KP
11.4-12.8 KP

表-2 ALB 計測の諸元（2017, 2018 年）
装置名
レーザー波長 (近赤外)レーザー波長 (緑)レーザーパルス数 (近赤外)レーザーパルス数 (緑)
レーザー点密度 (近赤外)
レーザー点密度 (緑)
飛行高度
飛行速度

図-4 対象領域と水位観測所，及び利用した CCTV（注：KP(kilopost)は河口からの距離 km を示す）

Leica Chiroptera II
1064 nm
515 nm200,000 /s
35,000 /s
2 in area of 0.5 m × 0.5 m
2 in area of 1.0 m × 1.0 m
500 m
220 km/s

め，2018 年のデータで補った．以下では特に断りのない限り，用いた ALB の成果は 2m 解像度に内挿した正方格子状のデータとする．表-2 には ALB 計測の諸元を示す．ALB 計測では緑と近赤外の 2 波長レーザーを用
い，水面下の地形測量を可能とする．既往研究 1)に従い，得られた ALB 点群から地被分類を行い，また河床高と植生高を算出した．
図-7にはALBデータから得られた対象河道の河床高（2017年）および2019年との差異を示す．平成30年洪
水では河道内では最大で1.5m程度の堆積や洗掘が見られる．図-8には12.5KPと14.6KPの各測線におけるALB
データと，2013年実施の定期横断測量成果を比較して示す．旭川下流部では平成30年（2018年）より前の比較的大きな出水は平成23年（2011年）の洪水（ピーク
流量: 3403m3/s）である．図よりALBデータと定期横断
測量データは概ね一致することが分かる．
図-9 には対象河道内の植生種の分布図を示す．対象川と百間川の分派点（旭川 12.4KP）では分流堰の改修事業が実施され，平成 30 年に概ね完成した．
図-4 には旭川下流部の対象区間を示す．上流端は国直轄区間の上流端（17.4 KP）とし，下流端は旭川では相生橋観測所，百間川は原尾島橋観測所とした．対象
区間の平均河床勾配は 1/670 であり，セグメント 1 から 2-1 に相当する．1990 年代以降，河道の樹林化が航空写真等で確認されている．図-5 には平成 30 年洪水の前後で撮影された空中写真を示す．この洪水はピーク
流量では 40 年確率相当であり，洪水流によって河道内の樹木の多くが流出・倒伏した．図-6 には図-5 の D 地
点と E 地点での竹林や樹木の倒伏状況を示す．
表-1 には本研究で用いた航空レーザー測深（ALB）
データの範囲を示す．旭川河道では国交省および航測会社により高頻度に ALB 計測が実施されている．対象
領域全体に対して 2017 年のデータには不足があるた- 37 -

図-9 植生種分布（桃：竹林，茶：木本，緑：草本）
図-7 対象領域での河床高（左：2017 年のデータ，右：2017 年から 2019 年への変化量で正値は堆積を示す）(a) 12.5 KP

図-10 植生種の縦断分布（上：竹林，下：木本類）(b) 14.6 KP

図-8 ALB 測量成果と定期横断測量データの比較（水色部は平常時の水部を示す．
）
河道には様々な植生が繁茂するが，本研究では植生による流水抵抗の観点から草本類，木本類，竹林と 3 つに大別する．なお，木本類はヤナギ，草本類はシナダ
レスズメガヤおよびツルヨシが代表的である．図より，
14KP より上流部および 12KP の分流部では竹林や樹木が密生することが分かる．図-10 には木本類と竹林の存在割合の縦断分布を示した．木本類は最大で河道の50%を占めており，かなり樹林化が進行している様子が窺える．2017 年から 2019 年の変化は洪水による流出や倒伏の影響を示す．図-11 には ALB から推定した
植生高の分布を示す．ここで植生高は DSM（Digital
Surface Model）の値から DTM（Digital Terrain Model）の値を差し引いて算出した．木本類は平均で 8.6m，竹林は平均で 10.7m の高さを有し，洪水時には水没せずに流水抵抗をもたらすものと考えられる．図-12 には木本類を対象に現地で計測した植生高と ALB により推定した植生高を比較した．既往の成果と同様に，ALB- 38 -

図-11 植生高分布（2019 年の ALB 計測成果）
データは現地計測値と比べてやや小さい傾向がある．
これには ALB が植生の先端部を捉えられないことが理由の 1 つと考えられる．
３．対象洪水と数値シミュレーション及び STIV 解析
平成 30 年旭川洪水を対象として，浅水流モデルに
より平面 2 次元の数値シミュレーションを行った．解析で境界条件として用いた水位流量ハイドログラフ
を図-13 に示す．上流端は下牧観測所の流量（H-Q 式，速報値）を用い，下流端は相生橋観測所（旭川）と原
尾島橋観測所（百間川）の水位を用いた．本研究では
7/6 18:00～7/8 6:00 を解析対象期間とした．解析では前章で示した河床高および植生パラメータを用いた．解析手法は既往文献 2)を参照されたい．
図-14 には旭川下流部の相生橋観測所と原尾島橋観

図-12 植生高の比較
表-3 CCTV カメラの諸元と STIV 解析での設定
項目
値，設定
カメラ画素数
1920*1080 ピクセル
30 Hz (通常)画像撮影の時間間隔
3Hz (夜間)KU-STIV(Be-system, Inc.)STIV 解析ソフト
20 m
検査線長
60 s
解析時間
図-13 洪水時の水位流量ハイドログラフ

図-15 分流の様子（分流堰CCTV，7/6の午前6時）

図-14 年最大水位の推移（Level3: 避難判断水位，Level4: 氾濫危険水位）

図-16 CCTVの画像とSTIV用の検査線（西川原）

測所における年最大推移の推移を示す．旭川では平成10 年（1998 年）に旭川下流部の基準点である下牧地点
で 4310m3/s を記録しているが，平成 30 年洪水はそれを上回る規模の洪水である．本洪水では分流部において堰の改修後に初めて越流が観察された．
本研究では洪水時の流況データを取得するために，観測水位に加えて河川監視用 CCTV の映像を活用して地先の水位や水表面流速を得た．流速データの解析には STIV 解析（KU-STIV，Be-system 社製）を用いた．
表-3 には CCTV カメラの諸元と STIV 解析の設定を示
す．図-4 には用いた CCTV の設置箇所を示し，図-15には分派点 CCTV により捉えた流量ピーク後の分流堰での越流の様子を示した．本洪水前に分流堰は完成したため，旭川下流での浸水リスクは低減された．また，
図-16 には西川原に設置した CCTV による流況画像とSTIV 解析時の検査線を併示した．なお，洪水流量ピー
ク時は夜間であり，かつ現地の天気は小雨であった．
そのため，周囲の照明の程度や雨滴の有無により解析可能な CCTV 画像を選定して以下の解析に用いた．
表-4 には洪水流解析の検討ケースを示す．2017 年と2019 年，つまり洪水前後に得られた ALB による地形と植生データを組み合わせて 4 通りの解析を行った．
なお，洪水後には上流区間で倒伏などにより，ALB 点
群構造に変化が生じ，植生分類データについては既往- 39 -

地形条件

表-4 解析ケース
植生条件
2017 年 2019 年
Case 0Case 12017 年
Case 2
Case 32019 年図-18 主流速の横断分布の比較とCCTV画像（中ノ原）

図-17 縦断水位の比較（旭川，上：植生と地形の変化，
中：地形のみの変化，下：植生のみの変化を考慮）の方法 1)を適用できなかった．そのため，2017 年の成果を援用した．
４．結果と考察図-17 には洪水ピーク時の左岸側の縦断水位の解析
結果，痕跡水位（左岸，右岸），計画高水位（左岸
H.W.L.），左岸側の観測水位（中原観測所，中ノ原
CCTV）を示した．いずれのケースでも解析結果は痕
跡水位と概ね一致する．一方，湾曲部を有する上流区
間（16.5KP～17KP）では解析結果は内岸で低く，外岸で高いが，痕跡水位では関係が逆転している．この理由として，(1)観測の誤差，(2)内岸で密生した竹林の影
響の 2 点が考えられる．後者(2)の場合，現地の流れは左岸側（外岸）に集中し，左岸側の水位が低下することが予想される．解析では数値粘性の影響から流れの- 40 -

図-19 STI画像（中ノ原）
集中が再現されず，外岸がやや高くなったものと考えられる．一方，Case 0 と Case 2 を比較すると河床変動
は下流区間を除いて水位にあまり影響せず，Case 0 とCase 1 を比べて分かるように分流部より上流区間では河道の樹林化と洪水時の植生流出の影響による水位変動が観察される．
図-18 には中ノ原での主流速の横断分布について，
STIV 解析結果（更正係数 0.85，赤矢印は流速ベクトル）と，数値解析の結果を併示した．ここでは洪水前後の地形の影響も考慮して，各々の条件で検討した．いずれの条件でも STIV の結果と数値解析の結果は一致す
るが，中ノ原では洪水前後で河床高が大きく変化し，
数値解析の流速分布は平均的に STIV の結果を概ね再現している．図-19 には図-18 の中ノ原において横断距
離(distance)が異なる STI 画像の例を示した．両画像ともに縞模様が認められるが，CCTV カメラから離れた画像（173m）では模様があまり鮮明ではない．

図-20 水位ハイドログラフ（上段左：北方，上段中：三野，上段右：中原，下段左：中ノ原，下段中：西川原，下段
右：二の荒手）図-20 には水位観測と CCTV 画像から読み取った水位データを流況解析結果と併せて示した．図より，解析水位は観測結果と概ね一致するが，他の特徴として
以下 4 点が指摘できる．(1)北方，三野，中原のデータから，ピーク時には解析水位は観測水位より高く，解析で用いた H-Q 式の誤差が考えられる．(2)上流区間の中ノ原のデータから，樹林化と洪水時の植生流出の影
響が観察される．(3) Case 3 の方が Case 0 より水位が高
い三野と西川原ではその下流部の河床堆積の影響が認められ，二の荒手では旭川より川幅が小さいため，分流量の影響が現れやすい．(4)中原の結果からは，植生モデルの精度は解析値と一致するほど十分ではない．
最後に，図-21 には中ノ原，西川原，二の荒手における流量解析値（実線）と STIV 解析結果に断面積を乗じた結果を併示した．図より，両者の傾向はほぼ一致しており，その誤差は 11～16%程度である．H-Q 式の誤差や更正係数の範囲を考慮すると，本研究で STIV

図-21 流量ハイドログラフ（青：中ノ原，赤：西川原，緑：二の荒手）
洪水時の現地情報は量・質ともに限られるため，数値解析と現地計測（CCTV カメラからの情報を含む）の両者を比較しながら，流況データの整合性や精度を検証することが現地研究では重要と考えられる．
参考文献

解析を用いて算出した流量は概ね妥当な値と言える．
５. まとめ本研究で得られた知見を以下に纏める．
(1) 既設の河川監視用 CCTV を用いて，平成 30 年旭川
洪水時の水表面流況を撮影し，STIV 解析結果から概ね確からしい断面流量値を得た．今後は撮影条件（夜間の照明，画像内の雨滴の排除，撮影距離，など）を改良したり，赤外線カメラを利用するなど計測の高精度化や頑強化に向けた取組みが必要である．また，河床変動が大きい箇所では流量算出に影響があるため，流況撮影時の変動量を推定または計測する必要がある．
(2) 洪水前後の ALB データから河床高や植生特性量の面的データを得て，現地計測結果から精度を検証した．
また，現地の流量・水位ハイドログラフを得て洪水流
況解析を行い，STIV 解析に基づく流量値と比較した．

- 41 -

1) 吉田圭介，前野詩朗, 間野耕司, 岩城智大, 小川修平, 赤穗良輔(2017)：航空レーザ測深を用いた河道の植生種分布の判定手法の検討，土木学会論文集
A2（応用力学），Vol. 73, No. 2, I_607-I_618．
2) 吉田圭介，前野詩朗，藤田駿佑，松山悟，岩城智大，平井康隆(2015)：旭川における植生分布の経年変化を考慮した洪水流の数値解析，土木学会論文集
B1(水工学) , Vol.71, No.4, I_1039-I_1044．
謝辞：本研究を遂行するにあたり，研究助成を賜りました公益財団法人 ウエスコ学術振興財団に深く感謝いたします．また，国土交通省中国地方整備局岡山河
川事務所および株式会社パスコからは多数の貴重なデータを提供頂きました．さらに，本学大学院の小川
修平 君（現・神戸市）と永田貴美久 君には協力頂きました．ここに記して謝意を示します．

板ガラスへのニオブ系光触媒の直接成膜とセルフクリーニング特性評価
岡山大学大学院環境生命科学研究科
西本俊介
本研究では、省プロセスで製造可能なセルフクリーニングコーティング材料の開発を目指して、ゾルゲル法による板ガラスへの直接コーティングを行い、得られた試料のセルフクリーニング特性を評価した。ニオブ系コーティング液を用いることによって、透明なニオブ酸ナトリウム薄膜が作製された。この薄膜は、紫外線照射に応答する光触媒活性を有し、光誘起親水化特性を示した。さらに、紫外線処理後の試料表面は、油汚れに対する優れた防汚性を有していることが示唆された。また、ニオブ酸ナトリウム層の形成には、コーティング液
中のニオブ成分と板ガラス中のナトリウム成分との反応が関与しており、板ガラス基板との高い密着性を有す
るコーティング膜であることが示唆された。

【はじめに】

示すことが知られている[2,3]。
酸化ニオブを板ガラ

酸化チタン光触媒がコーティングされた窓ガラス

スに直接コーティングし、そのナトリウム成分と反等の外装材はセルフクリーニング機能を示すことが応させ、基板から連続したニオブ酸ナトリウムある

知られている[1]。すなわち、太陽光に含まれる紫外

いは酸化ニオブの層を形成させることができれば、線によって酸化チタンが強い酸化作用を示すため、密着性の高いセルフクリーニング薄膜が 1 段階のプ

付着した有機系汚濁は酸化分解される。さらに、こロセスで作製できるのではないかと考え、以下に記の酸化作用と共に、酸化チタン自身の表面が水になす手順により試料の作製を行い、得られた試料のセじみやすい状態に変化するため（光誘起親水化特性）、

ルフクリーニング特性を評価した。

雨水によって、付着した汚れが容易に洗い流され、表面を正常な状態に保つことができる。
この技術は、
日本発のものであり、高層ビルの窓ガラスやタイル【実験方法】
市販のソーダライムガラス板が基板に用いられた。

など、既に広く実用化されている。一方、PM2.5 な

UV/オゾンクリーナーおよび超音波洗浄器を用いてどのますます深刻化する環境問題を考慮するとセル基板を洗浄した後、既報を参考に調整されたニオブ

フクリーニング材料の更なる高機能化や製造プロセ

エトキシド、酢酸、エタノールからなるニオブ系コスの省エネルギー化などが今後の課題になると考えーティング液をディップコートし（引き上げ速度：られる。

2.5 mm/s）、乾燥、焼成（500ºC, 30 min）した[4]。

板ガラスとして一般的に利用されるソーダライム

得られた試料は、XRD、SEM 等により評価された。

ガラスに透明で密着性の高い酸化チタン薄膜を作製する場合は、直接酸化チタンのコーティングを行うと、焼成過程で板ガラス中のナトリウム成分と酸化チタンとが反応してしまい、光触媒活性が大きく損なわれてしまう[1]。そのため、酸化チタンコーティ
ングの前に保護膜（シリカ）の作製プロセスが必要になる[1]。本研究では、この 2 段階のプロセスを短縮するプロセスを目指し、酸化ニオブおよびニオブ酸ナトリウムに着目した。両材料とも光触媒活性を

図１ 水中における油接触角測定。

- 42 -

得られた試料のセルフクリーニング特性は下記の製し、同様に 100ºC で乾燥させ、紫外線照射前後でように評価された。まず、試料を 100ºC で所定時間の水接触角測定を行ったところ、100ºC 乾燥後はニ乾燥させた。次に、キセノンランプにより、試料表

オブ系試料と同様に水接触角は約 40º であったが、面へ紫外線を所定時間照射し、照射部分の水接触角

紫外線照射後は約 30º までにしか減少しなかった。

測定を行った。水接触角測定は、室温（18～25ºC）

また、保護膜のあるソーダライムガラス板へ酸化チ

下で、脱イオン水を用いて行われた。また、紫外線

タンをコーティングした試料では、100ºC 乾燥後は処理後の試料の防汚性は、水中における油（オレイ同様に水接触角約 40º であったが、紫外線照射後はン酸）の接触角を測定することにより評価された（図

概ね 5～10º まで減少した。すなわち、既報で報告さ

１）。各接触角測定において、一つの試料に対して、れているように、シリカ保護膜がない場合、酸化チ

最低 5 か所の測定を行い、それらの平均値を用いてタンコーティング試料では光触媒活性が大きく損な評価した。

われてしまうことが示された。また、ニオブ系コー
ティング液を用いた場合では保護膜の有無に対する親水化挙動に大きな差は見られなかった。

【結果と考察】図 2 に得られた試料概観写真を示すように、均一、紫外線処理後の試料を水中に浸し、油滴（オレイ

無色透明なコーティング試料が得られた。また、得ン酸）を接触させたところ、油滴は試料表面に付着られた試料の XRD 分析により、試料表面にはペロブしなかった。この優れた撥油性により、本試料は油ス カ イト 型構 造を 有する ニ オブ 酸ナ トリ ウム

汚れに対する優れた防汚性を示すことが示唆された。

（NaNbO3）層が形成されていることが分かった。本

以上の結果から、ニオブ系コーティング液を用いコーティング液にはナトリウムは含まれていないこてソーダライムガラス上へ直接成膜した試料が、1とから、表面に形成されたニオブ酸ナトリウム層は、段階のプロセスで作製できる高機能セルフクリーニ

コーティング液中のニオブ成分と板ガラス中のナト

ング材料として期待できることが分かった。

リウム成分との反応によると考えられた。この結果
により、ニオブ酸ナトリウム層は板ガラス基板との【謝辞】

高い密着性を有することが示唆された。

公益財団法人ウエスコ学術振興財団による研究助成を賜りましたことを深く感謝申し上げます。
また、本研究実施にご協力頂きました岡山大学の影山和也
氏、亀島欣一教授、三宅通博教授に感謝申し上げます。
【参考文献】[1] A.

Fujishima

et

al.,

TiO2

Photocatalysis

Fundamentals and applications, BKC, Inc.
[2] K. Katsumata et al., J. Am. Chem. Soc., 131 (2009)
図 2 ニオブ系光触媒コーティング試料の写真。

3856-3857.
[3] S. Nishimoto et al., Underwater Superoleophobicity

100ºC で乾燥後の試料表面の水接触角は約40ºであof Nb2O5 phtocatalyst surface, Chemical Physics

った。この試料に紫外線を照射すると、水接触角はLetters, 726 (2019) 34-38.

約 10º まで減少した。比較実験として、市販の酸化[4] E. Pehlivan et al., Solid State Ionics, 165 (2003)

チタンコーティング液を用いて、保護膜のないソー

105-110.

ダライムガラス板へ直接コーティングした試料を作- 43 -

歴史的砂防施設“別所砂留”の持続可能な保存整備に向けた調査研究
岡山大学大学院環境生命科学研究科
樋 口 輝 久広島県福山市の“別所砂留”は、その規模、築造数から近世最大の歴史的砂防施設群である。半世紀以上、手つかずの山中から地域住民が新たに発見したこの砂留群は、民有地内に存在することから、行政の管理下にない。したがって、現在ではボランティア団体である「別所砂留を守る会」が、草刈り等の定期的な整備作業と破損した箇所の修復作業を実施している。そこで本研究では、世代が交代しても、将来的な石積の保存修復や砂留の維持管理が継続的にできるように、2019 年度に実施した修復作業の手法や様子を記録するとともに、九番、十一番～十三番砂留の３Ｄレーザースキャナ計測を行い、点群データを取得して図面を作成した。

１．はじめに留の整備保存マニュアルを作成することを目指して

広島県福山市の別所砂留は，平成 21(2009)年からいる。今年度は十三番砂留でひびの入った土堰堤と平成 26(2014)年にかけて、五入道川の流域で地域住

崩落した石積の修復を行い、その作業を記録した。

民が発見した近世最大規模の砂留群である 1)。発見

また、将来的な石積の修復作業や今後の維持管理にされるまで、その存在自体が知られていなかったた

向けて、砂留の現況を記録保存しておくために、３

め、当然、管理者が存在しない。しかしながら砂留

Ｄレーザースキャナ計測を行い、点群データを取得

は現在でも砂防施設として機能しており、長年にわするとともに、それを基に石積の図面を作成した。

たって土砂災害を防いできた歴史的砂防施設でもあ

今年度は九番、十一番～十三番砂留で実施した。

るが、地権者 500 名以上の民有地にあるため、行政が土地を取得し、通常の砂防施設として維持管理す

２．十三番砂留の修復と作業の記録保存

ることは現実には不可能である。そこで現在では、

平成 30 年 7 月豪雨によって、十三番砂留左岸側の地域住民による「別所砂留を守る会」が中心となっ土堰堤にひび割れが生じた。一方、右岸側はすでにて定期的な草刈り等の整備作業を実施しているが、水通し側壁の石材が一部抜け落ちていたが、さらに長年にわたって管理されていなかったうえに、近年イノシシが土堰堤を掘り起こしたことにより、土やの頻発する豪雨のため、徐々に崩壊が進んでいる。

側壁の裏込が流出し、崩壊の危険性があった。現場

技術的にも資金的にも行政からの支援がないボラン

は渓流の最奥部で 45 度を越える斜面のため重機がティア活動の中で、砂留の保存修復ならびに継続的搬入できないことに加え、「別所砂留を守る会」ではな維持管理をして行かなければならない 2)。しかも、土堰堤を抜本的に改修する技術も予算もないため、現在のメンバーは 70 歳代が中心で、農業従事者が多被災後、ブルーシートで覆っていた。

いため、様々な機具を所有し、これらの作業にも慣「別所砂留を守る会」のメンバーでも施工できる

れているが、人口の減少、離農が進んでいる今日、工法として、木杭を打ち込み、横木を据え付けた土

将来的にこうした人材、技術を維持していくことは留工（写真-1）を採用し、令和 2（2020）年 3 月 14、困難が予想される。

15、18、22 日の 4 日間で修復作業を実施した。木材

そこで本研究では、「別所砂留を守る会」が、砂留は周辺の樹木を伐採し、現地調達した。直径が 5～の保存修復、維持管理を世代が交代しても継続的に10cm 程度で、水に強く、硬いモロ木やスギを長さ約実施できるように、これまでの作業を記録保存する

1.5m の木杭に加工した。横木は直径 10～15cm、長さとともに、実施可能な方法を検討し、最終的には砂2～4m 程度を用意した。左岸側は、木杭を約 80cm 間- 44 -

崩落箇所

写真-1 木杭と横木の施工

修復箇所

写真-3 石材が崩落した石積み

写真-2 木杭と横木を施工した土堰堤部分

写真-5 修復後の石積

写真-4 石材をウインチで引き上げた隔で打ち込み、横木を渡して長さ 6～8m とし、約 80

３．３Ｄレーザースキャナ計測と図面の作成～90cm 間隔で 5 段施工した（写真-2）。足場を確保

令和 2（2020）年 2 月 20 日に九番、十一番～十三するため、下から施工し、地肌と横木の間に隙間が番砂留の 4 基について、
株式会社ウエスコに委託し、空いている箇所にはグリ石を詰め、土をかぶせた。

３Ｄレーザースキャナ計測を実施した。そして、石最後に植生シートを敷いた。右岸側の土堰堤も同様

積のみの点群データをもとに図面を作成した（図 1の方法で、長さ 1.5～3m の横木を 12 段施工した。

～4）。なお、九番砂留は平成 30 年 7 月豪雨による洗一方、抜け落ちている石積（写真-3）の修復につ掘で新たな石積が出現したため、以前に３Ｄレーザ

いては、側壁はきれいに整形した石材が用いられてースキャナ計測を実施し、作成していた図面に、今いるため、砂留の下に落ちている石材の中から抜け

網掛け表示をした（図-1）。
回出現した部分を追加し、た箇所に合致しそうな石材を 2 個選んだ。ただし、かなりの重量のある石材を、足場の悪い斜面を人力４．まとめで引き上げることは困難であるため、ウインチを使地域住民で組織された「別所砂留を守る会」が、用した（写真-4）。結果的には、元々あった石材では砂留の保存修復、維持管理を世代が交代しても継続ないかと思うほど違和感なく修復できた（写真-5）。

的に実施できるように、十三番砂留の土堰堤と石積

最後に隙間を小石で埋めるとともに石材の裏側にグの修復作業の様子を動画および写真で記録保存した。

リ石を詰め込み、土を盛った。

なお、今年度は、水通し内部の裏込めが流出し、- 45 -

表面の石材が陥没している八番砂留の修復を予定し参考文献ているが、斜面の途中の石材のため取り外すことが1) 近世最大の砂防施設群“別所砂留“ ― その実態と難しい。助成金が引き続き採択されれば、伝統的な地域住民による保存整備活動（第一報）―，樋口

石積の修復を専門とする石工を招聘し、技術指導を

輝久・戸谷宥貴・山科直生，
土木史研究
（講演集）
，

受けて修復を行うとともに修復技術を向上させたい。

Vol.36，2016.5，pp.243-246.

また、洪水や地震などの災害で砂留が崩壊した場

2) 近世最大の砂防施設群“別所砂留“（第二報）― 七合でも、元通りに修復できるようにするための記録

番砂留の修復と今後の維持管理について―，樋口保存（３Ｄレーザースキャナ計測と図面の作成）
は、

輝久・山科直生・秋田哲志，
土木史研究
（講演集）
，

本研究助成等より 10 基が完了した。残る 4 基につVol.37，2017.5，pp.65-68.

いても、今年度の助成金を獲得して実施したい。

図-2 九番砂留の図面- 46 -

図-2 十一番砂留の図面- 47 -

図-3 十二番砂留の図面- 48 -

図-4 十三番砂留の図面- 49 -

CNP/NPR2 シグナルを介した卵胞発育シグナルの解明
岡山大学大学院環境生命科学研究科
辻 岳人
（概 要）
ナトリウム利尿ペプチドファミリーの１つとして知られる C 型ナトリウム利尿ペプチド(CNP)はその受容体である NPR2 に結合し、セカンドメッセンジャーである cGMP を合成して細胞内へシグナルを伝える。
CNP/NPR2/cGMP は骨の成長における重要シグナルとして非常に注目されてきたが、近年は生殖機能のうち特に卵巣の卵胞での機能が明らかにされつつある。本研究では、生殖機能制御に非常に重要なホルモンの１つであるエストラジオールによる卵胞発育促進効果への CNP/NPR2 シグナルの関わりについて検討を行った。
結果として、卵巣におけるエストラジオールの効果のうち、前期胞状卵胞を促進する過程で NPR2 が関与しており、特に閉鎖卵胞の抑制作用に重要であった。本研究の結果は、エストラジオールといった卵胞形成に最重要因子の効
果に CNP/NPR2 シグナルが下流シグナルとして機能することを明らかにし、卵胞発育制御機構における新たな制御シグナルの解明が期待される。
「背 景」

までにない。本研究では、マウス卵巣におけるエスナトリウム利尿ペプチドファ

トラジオールの効果が CNP シグナルを介して機能す

ミリーの１つとして知られる C

るのかどうか解明することを試みた。

型ナトリウム利尿ペプチド(CNP)
は、受容体である NPR2 に結合し、「材料および方法」

cGMP を介して特定の細胞に作用

マウス：21～22 日齢の Npr2 遺伝子の機能損失型突する局所因子である。これまでに然変異(Npr2cn)をホモ型にもつマウス（Npr2 変異マ

CNP のレセプターである NPR2 遺ウス）および Npr2 突然変異ヘテロもしくは野生型の伝子の異常が雌マウスの不妊をもマウス（正常マウス）を用いた。

たらし(Tamura, 2004)、卵母細胞の減数分裂の停止状態を維持させ

エストラジオール投与：21～22 日齢の変異マウスお図１CNP と NPR2

よび正常マウスにコーン油に溶解した合成エストラ

ることで正常な卵子を形成するために必須の因子でジ オ ール であ るジ エチル ス チル ベス トロ ール

ある ことが知ら れている (Zhang, 2010, Tsuji,(DES)250 ㎍を３日間皮下投与した。コントロール群

2012)。さらに、CNP が卵胞発育を促進する効果が示

は両マウスにコーン油を同様に投与した。各群に３され(Sato, 2012)、CNP シグナルのもう一つの機能～４匹のマウスを使用した。

として注目されている。卵胞の発育は FSH とその効

卵巣組織学的解析：二酸化炭素により安楽死させた果により卵胞顆粒層細胞で合成されるエストロゲン

後、素早く解剖して卵巣を摘出し、４%パラホルムアの効果が重要になる。CNP の受容体である NPR2 は、ルデヒドを用いて一晩固定した。パラフィン包埋し卵胞の顆粒層細胞で発現しており、その遺伝子発現た卵巣ブロックから連続切片を作製し、HE 染色をお量はエストラジオールに反応して増加する(Zhang

こなった。卵巣の切片５枚おき計１０枚を用いて、et al, 2011)。したがって、CNP シグナルは、エス

二次卵胞、前胞状卵胞、胞状卵胞および閉鎖卵胞をトラジオールに関連して卵胞発育を促進する役割を

特徴的形状より判別して各ステージの卵胞数を測定担うことが予想される。しかしながら、これまでにした。顆粒層細胞のアポトーシスの検出には、in

その関与を明確に個体レベルで検証した報告はこれ

situ 細胞死キット（ロシュ）による TUNEL 法を行っ- 50 -

た。

生存性に影響をおよぼすことが知られており(Quirk,
2004)、前胞状卵胞に対しての卵胞形成を促進し、顆「結果および考察」

粒層細胞のアポトーシスを抑制することが知られてNpr2 遺伝子変異をヘテロ型もしくは野生型の正いる(McGee, 1997)。このように FSH と共にエストラ

常マウス群に DES を３日間投与したところ、顆粒層

ジオールは卵胞発育に非常に重要な因子であり、本細胞が３層以上で卵胞腔のない前胞状卵胞について

研究からその下流にはこれまで関与が知られていなは、顆粒層細胞層の厚みが増すとともに卵巣全体のかった CNP/NPR2 シグナルが機能することが明らか

各卵胞にしめる割合が２６％程度増加した。一方、になった。

二次卵胞の割合は有意な差が認められなかったが、現在、ヒトの生殖医療や家畜の生産効率の向上に卵胞腔を形成した胞状卵胞の割合は減少していた。

向けて生殖細胞を積極的に利用する機会が増大してまた、発育途中段階で発育を止めて死滅に向かう閉いる。通常、卵巣内に存在する卵胞のうち９９％は鎖卵胞については、コントロール群では全体の１死滅するために、死滅予定の卵胞をいかに利用する

３％程度であったが、DES 処理により４％程度へ劇かは重要な課題となっている。本研究の成果を踏ま的に減少していた（図２）。これらの変化は、DES がえて、FSH やエストラジオールへの反応性低下を補前胞状卵胞の顆粒層細胞の増殖を促すとともに、卵うなどの CNP を用いた卵子利用の新たな発展が期待

胞閉鎖を抑制することで前胞状卵胞数が増加した結される。

果であると予想される。一方、Npr2 遺伝子変異をホモ型にもつ変異マウス群に DES を投与した結果、二次卵胞、前胞状卵胞、胞状卵胞および閉鎖卵胞の割合にコントロール群と比較して有意な差は認められなかった（図３）。以上の結果より、幼弱マウスの卵巣において、エストラジオール投与によりもたらさ
れる前胞状卵胞の増加効果は、NPR2 の機能が関わっていることが示唆された。次に、DES 処理により認められた効果のうち、閉鎖卵胞数についてさらに解析を行った。卵胞が閉鎖するにあたって、顆粒層細胞にアポトーシスが誘導されることが知られている。
そこで、DES 処理群およびコントロール群の正常マ

図２ 正常マウスの DES 投与群（右）とコントロール群（左）の卵巣 HE 染色切片（上段）と各発育段階卵胞の割合（下段）ウスおよび変異マウスの卵巣でアポトーシス陽性細胞を調べたところ、正常マウス群では DES 投与により明らかに TUNEL 陽性顆粒層細胞は減少するが、変異マウス群ではほとんど変化が認められなかった（図４）。したがって、エストラジオールによる卵胞閉鎖の抑制は顆粒層細胞のアポトーシスの誘導段階
で NPR2 の機能が重要であることが明らかになった。
哺乳類の卵巣において FSH は卵胞の発育と成熟の促進を担う非常に重要な因子であり、その効果には
FSH により顆粒層細胞において合成されるエストラ
ジオールの働きが重要になる。したがって、FSH は

図３ Npr2 変異マウスの DES 投与群（右）とコントロール群（左）エストラジオールを介して顆粒層細胞の増殖、分化、- 51 -の卵巣 HE 染色切片（上段）と各発育段階卵胞の割合（下段）DA. Ovarian follicular growth and atresia:
the relationship between cell proliferationand survival. J Anim Sci.2004, 82.
図４ 正常マウス（A ,B）と Npr2 変異マウス（C, D）卵巣の TUNEL

7.

McGee E, Spears N, Minami S, Hsu SY, Chun SY,
Billig H, Hsueh AJ. Preantral ovarian

染色結果：コントロール群（A, C）DES 投与群（B, D）

folliclesinserum-free

culture:suppression of apoptosis after activation of「謝 辞」

the cyclic guanosine 3',5'-monophosphate

本研究を遂行するにあたり、公益財団法人ウエス

pathway and stimulation of growth andコ学術振興財団による研究助成を賜りましたことをdifferentiation

深く感謝申し上げます。

hormone.
2417-2424.

「参考文献」
1.

Tamura N, Doolittle LK, Hammer RE, Shelton
JM, Richardson JA, Garbers DL.Critical rolesof the guanylyl cyclase B receptor in
endochondral ossification and developmentof female reproductive organs. Proc Natl
Acad Sci U S A. 2004, 101,17300-17305.

2.

Zhang M, Su YQ, Sugiura K, Xia G, Eppig JJ.
Granulosa cell ligand NPPC and its receptor
NPR2 maintain meiotic arrest in mouse
oocytes. Science. 2010 330, 366-369.

3.

Tsuji T, Kiyosu C, Akiyama K, Kunieda T.
CNP/NPR2 signaling maintains oocyte meioticarrest in early antral follicles and issuppressed by EGFR-mediated signaling inpreovulatory follicles. Mol Reprod Dev. 2012,
79, 795-802.

4.

Sato Y, Cheng Y, Kawamura K, Takae S, Hsueh
AJ. C-type natriuretic peptide stimulates
ovarianfollicledevelopment.

Mol

Endocrinol. 2012, 26,1158-1166.
5.

Zhang M, Su YQ, Sugiura K, Wigglesworth K,
Xia G, Eppig JJ. Estradiol promotes andmaintains

cumuluscell

expressionofnatriuretic peptide receptor 2 (NPR2) andmeiotic arrest in mouse oocytes in vitro.
Endocrinology. 2011, 152, 4377-4385.
6.

Quirk SM, Cowan RG, Harman RM, Hu CL, Porter- 52 -

byfollicle-stimulating

Endocrinology.

1997,

138,

半田山南斜面で発生した土砂災害を事例とした
崩壊危険箇所と崩壊土砂量の詳細な推定法に関する研究
岡山大学自然科学研究科※1 岡山大学環境科学研究科※2 地盤工学会岡山県支部斜面・岩盤ワーキンググループ
鈴木 茂之※1

西垣 誠※22018 年 7 月西日本豪雨時に、岡山大学演習林地内の半田山南側斜面中腹において斜面崩壊が 2 か所で発生した。この崩壊はこれまで認識されていなかったタイプであり、斜面崩壊危険箇所としてハザードマップに記されていなかった。なぜこの地点で発生したかを主な研究テーマとした。現地調査及び検討は、地盤工学会岡山地域セミナー斜面・
岩盤ワーキンググループのメンバーとの共同研究としてなされた。航空レーザー測量による微地形調査を行った上で、サウンディングや表面波探査、室内土質試験等の各種地質調査を実施した。その結果、崩壊は斜面の傾斜が 30 度より緩くなって、斜面堆積物が堆積し始める箇所で発生したこと。表層が厚くなったところに長雨で地下水が十分に飽和し、その土には地盤地質由来のバーミキュライトが多く含まれ、それが膨潤して流動化を助けたためであることが明らかになった。斜面対策工事が施工される中、岡山大学施設企画部には調査に協力していただいた。公益財団法人
ウエスコ学術振興財団からの助成なしには本研究は実現しなかった。ここに記して感謝申し上げる。

1.研究目的2.2 自然斜面崩壊の状況

図 1-1 に示す半田山南側斜面の 2 箇所で発生した土

東側崩壊斜面は、斜面末端部の家屋手前に崩壊土砂

砂災害現場において、各種調査（物理探査、簡易貫入試が堆積し家屋への被害はない。西側崩壊斜面は、斜面

験、振動式簡易貫入試験等）に関する技術および航空末端部の家屋に崩壊土砂が流入し、住民が救出された。

レーザー測量（以降、LP とする）技術をマッチングさせることで、自然斜面をターゲットとして、必要な基ボイリング跡礎データを効率的かつ効果的に取得する調査方法の確立、および、崩壊危険箇所、崩壊可能土砂の分布状況や管理道下方斜面

崩壊土砂量を評価する手法の確立を目的とする。

崩壊頭部の状況

図 2.2-1 東側崩壊斜面の状況

岡山大学

斜面末端部の状況

管理道から望む図 2.2-2 西側崩壊斜面の状況
図 1-1 半田山位置図(国土地理院 HP〇崩壊箇所)

2.3 崩壊前後の半田山 LP 図
LP データから作成した傾斜量図により微地形の判

2.半田山の自然斜面崩壊の概要
2.1 崩壊発生時の降雨状況読を行った。崩壊後の傾斜量図に基づき地形判読した崩壊が発生した 7 月 6 日の降水量は、岡山地方気象結果を崩壊前(2014 年 3 月計測)の傾斜量図に示す(図台観測データによると、165mm/日、最大 26.5mm/時

2.3-1～図 2.3-4)。東側崩壊箇所は、崩壊前に北東―南間で、この前後の中で最も日降水量が多かった。また 6

西方向の小ミチが横断しており段差地形となる。西側

日までの累積降水量は 291.5mm であった。

崩壊箇所も崩壊上部に小ミチが横断し、管理道沿いには表層崩壊跡が認められる。

- 53 -

2.4 半田山の地形地質概要
半田山は、岡山大学北側に東北東―西南西方向に伸長する標高 140～160m 程度の丘陵地である。山林内には山頂部を囲んで普通車がなんとか通過できる程度の管理道がある。
図 2.4-1 に示す既往地質図によると、調査地の地質は、白亜紀後期の粗粒花崗岩類(cGr)の上
盤に古生代の泥岩(psl)その上位に砂岩(pss)が分布する。
東部側には円礫からなる山砂利層(cg)が分布する。
崩壊地の岩石は深海で堆積したと推測される泥岩で、

図 2.3-1 崩壊前の東側斜面(撮影 2014 年 3 月 22 日)

粘土にシルトの平行な葉理を伴っている(図 2.4-2、図2.4-3)。花崗岩が貫入した際に受けた熱によって変成しホルンフェルス化している。そのため風化していない

東側崩壊箇所

岩盤は堅硬である。顕微鏡下で観察すると熱変成によって黒雲母が多く形成されている(図 2.4-4)。しかしこの黒雲母は後述するように風化によってバーミキュラ
イトに変質している。そのためこの泥岩が風化して形成した土には水を含むと膨張するバーミキュライトが多く含まれるため、変状や流動化しやすい傾向がある。

図 2.3-2 崩壊後の東側斜面(撮影 2019 年 4 月 5 日)

cg
●
●

cGr

●崩壊箇所

cGr

図 2.4-1 既往地質図「西部技術ｺﾝｻﾙﾀﾝﾄ(株) 地質図作成ﾌﾟ

図 2.3-3 崩壊前の西側斜面(撮影 2014 年 3 月 22 日)

ﾛｼﾞｪｸﾄﾁｰﾑ(2008.7)；岡山県内地質図5 万分の1・岡山北部」

西側崩壊箇所

図 2.4-2 崩壊地から採取された泥岩の研磨試料 横 9cm

図 2.4-3 上図試料の薄片顕微鏡写真 横
3mm 粘土とシル
トが葉理をなす

図 2.3-4 崩壊後の西側斜面(撮影 2019 年 4 月 5 日)

- 54 -

3.半田山の崩壊メカニズムの推定

図 2.4-4 薄片顕微鏡
写真 横 0.3mm 熱変成で形成された黒雲母は X 線回析の結果バーミキュライト
に変質していることが判明

3.1 風化層の厚さの推定
ここでは東側崩壊箇所について述べる。
①崩壊斜面の滑落崖の状況
・崩壊範囲は幅 20m、長さ 75m、深さ 2.5～3m 程度
・管理道付近の表層には礫を含む崩積土が分布(P-1)
・頭部滑落崖に岩級区分 CL～D 級の細粒砂岩が分布

2.5 半田山の表面排水施設の状況
山林内の管理道沿いにはコンクリート側溝または土水路

し、水平に淡灰色のアプライト脈が分布(P-2)

が確認された。側溝は、管理道の山側にあり、所々、管理道

・周辺斜面には崩壊による遷急線、線緩線が分布を横断してヒューム管で谷側に排水されている。斜面崩壊時

・管理道近傍には斜面崩壊時とは別の大雨時にできたには、横断暗渠の吐口の位置確認と堆積土砂の除去が行われボイリング跡がある(前述図 2.2-1)ている。管理道沿いの側溝の状況を図2.5-1 に示す。

P-1

P-2

アプライト脈集水桝下流側は閉塞されて横断暗渠で排水図 3.1-1 東側崩壊斜面踏査写真

土水路

図 2.5-1 管理道の側溝の状況②表面波探査2.6 半田山の過去の斜面崩壊実例

表面波探査は、地表付近に沿って伝播する表面波

半田山の崩壊履歴は、東側の管理道入口付近の直下に、の一つであるレイリー波を用いて、その伝播速度か

現場打ち法枠工とアンカー施工箇所が確認された(図2.6-1、ら地盤の速度構造を解析により求める手法である。

図2.6-2)。

レイリー波の伝播速度は一般に S 波速度 Vs の 0.9～
0.95 倍とされ、Vs 構造を求めることができる。
今回、東側崩壊箇所

地表部に分布する表土・風化土層の分布を推定する目的で、崩壊斜面頭部の既往ボーリング Bor.1 地点

過去の崩壊跡を中心に、測線長 100m で実施した。図 3.1-2 に測線位置と表面波探査結果を示し、既往 Bor.1 地点の速度分布を図 3.1-3 に示す。
図 2.6-1 過去の崩壊跡位置図

既往 Bor.1 地点では硬軟の異なる表土と風化岩の地層境界が GL-2.1m にあり、速度分布も S 波速度 200～225m/s と 225m/s～250m/s の境界と概ね一致する。
しかし、緩い表土が分布する地表の速度は、比較的速い 275m/s～300m/s であり整合しない。この理由として本探査測線上には、地表に崩壊跡の凹凸があることと、不均質に転石を混入する崩積土が分布し、解析前提条件の水平地層構造でないことが考えられる。
③簡易貫入試験結果
簡易貫入試験は、表土、風化土層の平面分布を推定するために、図 3.1-4 に示すように前述の探査測線

法枠工+アンカー工(管理道から)

図2.6-2 現地のり面対策工の状況

上を中心に EK-1～EK-8 の全 8 地点で実施した。

- 55 -

各地点の試験結果を表 3.1-1 に示す。簡易貫入試

表 3.1-1 東側斜面 簡易貫入試験結果一覧表

験の深度と既往 Bor.1 地点を照合すると、当地の表東側崩壊箇所層部には礫を多く混入した崩積土が分布するため、礫の影響により簡易貫入試験深度が浅く計測されることがわかった。

EK;簡易貫入試験
25m

Bor；ボーリング

位置(測線)

0m

試験番号

EK-1

EK-2

振動式 電動式

EK-3

振動式

試験深度

0.84m

2.07m

1.04

0.8

1.27m

0.63

Nd値(先端）

100

71

ー

ー

63

ー

換算233

換算N値

31

23

（225）

ー

20

(139)

N値71

N値は換算

備考

式の限界

開発中によ

超え

試験番号
試験深度

75m
東Bor.1
表土
2.10m

る試行

振動式

EK-5

1.12m

0.65

0.82m

83

ー

100

26

(100)

31

N値は換
算式の限

の限界超え

界超え

崩壊右側部

EK-6

EK-7

ー

ー

EK-8

ー

ー

2.05m

2.44m

ー

ー

1.54m

ー

ー

Nd値(先端）

71

125

ー

ー

71

ー

ー

換算N値

23

39

ー

ー

23

ー

ー

ー

ー

ー

ー

備考

100m

EK-4

N値は換算式

崩壊左側部

位置(測線) 滑落崖上部斜面

振動式；振動貫入試験

50m④振動貫入試験結果
振動式貫入試験は、草刈り機のエンジンを利用しBor.1

た機器であり、5000 回/分の振動打撃を与えて、コー
0〇

ンを貫入させる方法である。試験結果は、前述表 3.1-

100m

1 の「振動式」に示す通りであるが、実施した 3 地点の最終深度はいずれも簡易貫入試験深度より浅く、当地への適用はできないことがわかった。

図 3.1-2 東側斜面崩壊頭部 表面波探査結果図⑤電動式貫入試験結果
電動式貫入試験は、電動削岩機を利用した貫入試
験機であり、試作機により EK-2 地点と同一地点で実施した。簡易貫入試験では表土・風化土層を 2.07m 確
認したが、電動式貫入試験の貫入深度は 0.8m であり、本試験も当地への適用はできないことがわかった。

2.1m⑥風化層の厚さの推定
崩壊箇所の縦断方向 3 地点で実施された既往ボーリ
ング結果では、表土・風化土層厚は、上部から 2.1m
（Bor.1）、2.7m（Bor.2）、5.2m（Bor.3）である。
今回、各種サウンディング試験を試行したが、いず

図 3.1-3 既往 Bor.1 地点 表面波探査結果図れも既往ボーリング調査による表土・風化土の層厚（Bor.1 地点 GL-2.1m）を確認することはできなかった。
表土・風化土層を 3 次元的に把握するに当たり、今後、斜面を効率よく移動でき、礫打ちの影響を低減できる打撃エネルギーが大きい機器の開発が課題である。
3.2 サンプリングおよび現場密度試験結果
崩壊機構を解明するに当たり、崩壊箇所近傍の表層部に分布する土の物理特性、力学特性、透水性を把握するために乱れの少ない試料を採取した。採取方法は、
図 3.2-1 に示すように板に長さ 15cm 程度の釘を打ち込んで試料を切り出すネイルサンプリングとした。採取地点は、表土層が比較的厚い図 3.1-4 の EK-7 地点と図 3.1-4 東側斜面 簡易貫入試験位置図

し、試料は、岡山県土質試験センターへ持ち込んだ。

- 56 -

採取した試料には礫や木根の混入があり、整形が困難

3.4 X 線分析結果であったため、乱れた試料を密度調整して整形するた

西側崩壊地の直上箇所 Bor.1 の既往ボーリングコア

めに現場での密度を測定した。測定方法は、図 3.2-3 にを使用し、地盤を構成する鉱物を同定するために定方示すように径 50mm 高さ 50mm のステンレス管を打ち込

位および不定方位の X 線回折を実施した。その結果をみ、現地で電子ばかりで計測した。

図 3.4-1 の鉱物分布図に示す。
3

現場密度測定の結果、東側の湿潤密度ρt=1.8g/cm

現地のコアは花崗岩の近接併入を受けてホルンフェ(西側ρt=1.9g/cm3)であった。

ルス化した泥質ホルンフェルスであり、熱変成で生成された黒雲母やセリサイト（白雲母類）が認められた。
それらは高温の熱水で緑泥石に変質していた。また、
更なる熱水変質で沸石類が形成され、温水変質によるスメクタイトが形成されていた。この変質は深部ほど鉱物量比が多い。その後、地表からの風化作用により、

図 3.2-1 ネイルサンプリング状況

黒雲母はスメクタイトに類似したバーミキュライトに、長石類はカオリン鉱物に変化したことがわかった。

図 3.2-3 現場密度測定状況
3.3 室内土質試験結果
東側および西側崩壊箇所の室内土質試験結果を表
3.3-1 に示す。
東側と西側の粒度特性は、礫の混入が西側の方が多いが、その他の物性値に大きな差異はないため、東側と西側の土の物理特性は、概ね等しいと評価し、東側
試料を代表として力学試験と透水試験を実施した。
表 3.3-1 土質試験結果一覧表

図 3.4-1 鉱物分布及び色彩分布図
風化岩の最上部はこのバーミキュライト化が最も進行しており、同時にカオリン鉱物化も進行していた。
地表からの風化という点で、このバーミキュライト帯の最上部が崩壊し、斜面に崖錐帯を形成し、崖錐帯では更にカオリン鉱物化が進行している。
現地の斜面解体の視点からみた鉱物学的構造は、ホルンフェルス化で生成された黒雲母が風化過程で吸水膨潤性に富むバーミキュライトに変化することで、通常のカオリン鉱物主体の風化土より弱い強度の風化土が形成されたと考えられる。
現地は下位から、スメクタイト帯・バーミキュライ- 57 -

ト帯・カオリン鉱物帯に区分され、崖錐直下がバーミ

4.2 今後崩壊が生じると考えられる斜面の現状

キュライト化が顕著な箇所になり、地すべり性の崩壊

東側と西側の崩壊斜面には、法面保護工が施工済みが生じやすい素因があったと考えられる。

であるが、周辺斜面には古い表層崩壊跡や地形的に不3.5 崩壊メカニズムの推定連続となる小ミチが分布する。特に、東側崩壊箇所の

崩壊前後の LP データから作成された断面図を比較左側(西側)には図 4.2-1 に示すように高さ 0.5m 程度のした結果、崩壊層厚は東側で最大 2.7m、西側で 5.8m

滑落崖が横方向に 20m 程度連続している。

程度であることがわかった。また、崩壊前の斜面勾配
は、東側 24 度程度、西側 26 度程度である。表層部には既往ボーリング結果から、層厚 2m 程度の表土・風化土が分布する。「道路土工 切土工・斜面安定工指針

図 4.2-1 東側崩壊箇所の左側に連続する滑落崖（平成 21 年度版）
（社団法人日本道路協会），平成 21
年 6 月」（以降，「道路土工」と記載）によると、図 3.51 に示すように、斜面崩壊全体の約 95％が勾配 30 度以

4.3 今後崩壊が生じると考えられる斜面の対策案

上の斜面で発生しているとされている。しかし、半田本研究結果を踏まえ、岡山大学施設企画部へ以下の山の崩壊は、斜面勾配 30 度以下で発生しており、2018

事を提言した。

年 7 月豪雨の斜面崩壊の特徴と言える。

①斜面内の地下水対策

崩壊箇所周辺には、旧管理道と思われる人為的なミ東側斜面左側の滑落崖(前述図 4.2-1)は、雨水が浸チや表層崩壊跡が分布し、地形の凹凸が認められる。

透しやすく、豪雨や長雨時にはここから斜面内部へ雨崩壊箇所の下方には崩積土が比較的厚く堆積しており、水が供給され、表土・風化土が不安定となり表層崩壊

これにより緩斜面が形成されていると推察される。

が発生する恐れがある。崩壊箇所の対策と同様に整形

半田山の崩壊メカニズムについては、今後、地形、地

してのり面保護工の施工が望ましいが、応急的に滑落

質条件と、災害発生時の降雨状況等を解析条件として、崖からの浸透防止のため急勾配となる滑落崖を整形し、浸透を考慮した崩壊シミュレーションにより、検証す

亀裂を埋めた方がよい。

る計画である。

②斜面の表流水排水対策
斜面の表流水は、管理道沿いの側溝および集水桝から排水されている。管理道沿いには側溝が敷設されてない箇所や土水路の箇所が認められる。現況の排水状
況を確認し、必要に応じて側溝を整備することが望ましい。側溝、集水桝、横断暗渠は、土砂や落ち葉等で閉塞されやすいため、出水期前には定期的に埋設土砂等を除去することが望ましい。

図 3.5-1 崩壊発生の勾配分布（「道路土工，p.314」）

5.今後の研究課題

4.斜面安定対策について

今後は以下の課題に取り組む。

4.1 崩壊斜面の対策工施工状況〇礫の影響を低減できる打撃エネルギーが大きく、斜崩壊斜面には、現場打法枠工が施工されている。

面上の運搬も可能なサウンディング機械の開発〇表土・風化土層の 3 次元的分布を精度よく把握するための 3 次元弾性波探査等の物理探査の実施〇災害発生時の降雨条件と浸透を考慮したシミュレー

図 4.1-1 西側崩壊箇所の対策工(2020 年 4
月 15 日）ション解析により 30 度以下の緩勾配の斜面が崩壊するメカニズムの解明- 58 -

以上

植物共生細菌のメタノール走化性の機構と重要性の解明
岡山大学資源植物科学研究所
谷 明生
植物は細胞壁分解によりメタノールを著量放出しており、その葉面にはメタノールを利用して生育出来る

Methylobacterium 属細菌が多く共生している。本属細菌はメタノールを酸化する酵素、メタノール脱水素酵素
を二種類持ち、カルシウム依存の酵素 MxaF とランタノイド依存の酵素 XoxF を持つ。後者はランタノイド存在下でのみ発現する、ごく最近見つかった酵素である。本研究では本属細菌がメタノールに対して走化性を示す
ことを見いだし、そのセンサーとなる遺伝子を３つ同定し、ランタノイドの有無に応答して発現や細胞内局在が変化することを見いだした。さらに、メタノールの代謝で生ずるホルムアルデヒドへの走化性も示すこと、
メタノールへの走化性に関わる 3 つの遺伝子の内 2 つがそれに関わることを見いだした。また、メタノールへの走化性を失うと、植物の根や葉に対する走化性も失われることから、植物由来のメタノールと、それを感知するセンサー及び走化性が、本属細菌と植物との共生開始に重要な因子であることを見いだした。
緒言はもとより、MDH の産物であるホルムアルデヒドの陸上植物は細胞壁に含まれるペクチンを分解して代謝系の遺伝子、走化性に関わる遺伝子の発現変動

メタノールを放出している。その量は地球上で年間が起こる。

一億トンと見積もられている。植物の葉圏には一方、本属細菌はメタノールへの走化性を示すこと

Methylobacterium 属細菌が総細菌のうち 10−20％を。走化性とは栄養源など、好を見いだした（図１）占めるほど優占化しており、植物由来のメタノール

ましい物質の濃度が高くなる方向へ細菌が泳動してを栄養源として利用している。本属細菌には植物へ集まることを言う。一般に細菌の走化性は、MCP との接種によりその生育を促進する作用があることがいう細胞膜局在性センサータンパク質が誘因物質と多く報告されており、有益な共生菌であると考えら結合し、細胞内の Che タンパク質群、及び最終的にれている。

鞭毛のモータータンパク質へとシグナル伝達され、本属細菌はメタノールをメタノール脱水素酵素

鞭毛の回転方向を制御することでもたらされる。本（MDH）で酸化する。これまで、カルシウム依存の属細菌のゲノムには約 50 個の MCP 遺伝子があり、
どMxaF という酵素がメタノールの酸化には必須と考れがメタノールへの走化性に関わるのか不明であっ

えられていたが、最近、ランタノイド依存の XoxF

た。

という酵素が見つかり、ランタノイドが存在すればMxaF がなくてもメタノールに生育する事が分かった。ランタノイドは土壌には普遍的に含まれるが、これまで生物学的に重要な元素と考えられていなかった。
また XoxF はこれまでメタノール資化性細菌とは考えられていなかった細菌ゲノムにもコードされており、ランタノイドが存在すればメタノールを利用する細菌が多く存在していること、ランタノイド存在下でメタノールのみ利用する細菌が存在することなどが分かってきた(1,2)。
図 1. M. aquaticum 22A 株がキャピラリーに含まれ本属細菌は両者の MDH を持ち、ランタノイドの有たメタノールに走化性を示す様子。

無で様々な遺伝子の発現が制御される。MxaF,XoxF- 59 -

本研究では、本属細菌におけるメタノールへの走化

これら 2 重遺伝子欠失株の異なるメタノール濃度へ性に関わるセンサーMCP を同定し、植物由来のメタの走化性応答から、MCP1 は低濃度メタノール、MCP2、ノールが本属細菌と植物との共生開始に関わる因子

MCP3 は高濃度メタノールに応答することが分かっであることを証明すること、またメタノールの代謝た。さらにトランスクリプトームのデータでは、と走化性の複雑な関係性を分子レベルで明らかにす

MCP1,3 はカルシウム存在下で発現量が高くなるが、ることを目的として行った。

MCP2 のみランタノイド存在下で発現量が高くなる
ことが分かった。MCP の C 末端に GFP を融合させた材料及び方法

遺伝子を発現させ、各 MCP の細胞内局在を観察した

本研究ではエゾスナゴケから分離され、様々な植

ところ、MCP1 は細胞内、MCP2 は細胞の極に局在する物に対して生育促進作用を持つ Methylobacteriumがランタノイドが存在すると細胞膜、MCP3 は細胞のaquaticum 22A 株をモデルとして用いた(3)。ゲノム

極に局在することが分かった。これらの結果から、解析の結果、52 個の MCP 遺伝子を持つことが分かっ

22A株においてメタノール走化性に関わる3つのMCPている。また、カルシウム、ランタノイド存在下では、ランタノイドの有無により発現パターンや細胞のメタノールに生育した際のトランスクリプトーム

内局在が異なること、メタノールに対する濃度応答のデータも明らかになっている(4)。
遺伝子欠失株の性が異なることが分かった。

作成は pK18mobSacB ベクターを用いた相同組み換え

さらに 3 重遺伝子欠失株と野生株を用い、植物（シにより行った。走化性の定量は、キャピラリーに含

ロイヌナズナ及びイネ）の根に対する集まりを定量

まれた 2%寒天で固相化したメタノール、ホルムアル

したところ、3 重遺伝子欠失株は有意に集まりが弱デヒドを用い、顕微鏡下で 22A 株の細胞の集まりをくなることから、植物由来のメタノールが本属細菌観察し、一分ごとに写真を撮影し、フレームに含まを引き寄せ、走化性により植物と細菌が物理的に出れる細胞数を計測した。

会うことを証明した。
MDH の各種欠失株を用いて走化性を見たところ、結果と考察

MxaF および XoxF のどちらかが発現していれば走化

本研究では 22A 株をモデルとしたが、本属細菌の基性を発揮することを見いだした。すなわち、MDH が準株について調べたところ、全ての株について強弱

不活性だと走化性を示さないことから、いずれかのはあるもののメタノールへの走化性を示したことか

MDH によりメタノールの酸化が起こることが走化性

ら、メタノールへの走化性は本属細菌に共通して備に必要であることが分かった。しかしそれがどのわっていると考えられた。次に走化性アッセイの最MCP による走化性に必要なのかは現在不明である。

適化を行った。メタノールの濃度について検討し、なお、泳動能が失われても走化性を失うことになる

0.2%が最も高かったため、0.2%を用いた。また培養が、これら MDH 欠失株は全て泳動能を失っていなか

は寒天培地で一晩行い、細胞を緩衝液に懸濁後、った。

1.5-3 時間の間が最も活性が高いことから、菌体をMDH による反応産物はホルムアルデヒドである。

懸濁し 2 時間後に活性測定を行った。

メタノールへの走化性は、細菌がメタノールに集ま

トランスクリプトームのデータから、
メタノール生り代謝することで発生するホルムアルデヒドが誘引

育時に発現量が高まる MCP の遺伝子を順次欠失させ物質となっている可能性が考えられた。現に本株はた株を作成した。MCP1,MCP2, MCP3 と名付けた遺伝

ホルムアルデヒドへの走化性も示したが、2%-10%と子の 3 重遺伝子欠失株が全くメタノールに走化性をいう高濃度で最も高い活性を示した。市販ホルムア

示さないこと、それらの内の２つの組み合わせの遺

ルデヒドは安定化剤としてメタノールを含んでいる

伝子欠失株はまだ走化性を失わないことから、これため使用できず、パラホルムアルデヒドの加水分解

ら３つの MCP は独立して機能することを見いだした。

によって生じさせたホルムアルデヒドを用いている- 60 -

が、高濃度のため、副産物としてメタノールを生じ

Methylotenera oryzisoli sp. nov. Int J Syst Evol Microbiol.

ているかもしれない。この点は検討の余地がある。

2020, in press.

10%ホルムアルデヒドに対する各 MCP 欠失株の走化(3) Tani A, Takai Y, Suzukawa I, Akita M, Murase H,

性を調べたところ、MCP1,3 の 2 重遺伝子欠失株が走Kimbara K. Practical application of methanol-mediated化性を失っていた。今後、MCP1,3 の認識物質がメタ

mutualistic symbiosis between Methylobacterium species

ノールなのかホルムアルデヒドなのか、後者ならば

and a roof greening moss, Racomitrium japonicum. PLoS

その濃度範囲等を明らかにする必要がある。また、

ONE, 7, e33800 (2012)

ホルムアルデヒドへの走化性はランタノイド存在下(4) Masuda S, Suzuki Y, Fujitani Y, Mitsui R, Nakagawa

で生育した菌体で高かった。このことは MCP の発現

T, Shintani M, Tani A, Lanthanide-dependent regulation

パターンと矛盾しており、この点についても検討のof methylotrophy in Methylobacterium aquaticum strain

余地がある。

22A. mSphere 3:e00462-17 (2018)

まとめと展望本研究では、M. aquaticum 22A 株をモデルとして用い、メタノールへの走化性についての諸性質、関与するセンサーMCP、植物との共生開始に対する重要性を明らかにすることが出来た。またメタノール酸化産物であるホルムアルデヒドへも走化性を示すことから、メタノール脱水素酵素との関連を今後詰める必要がある。また、3 つの MCP の異なる細胞内局
在の意味、ランタノイドの存在によっても細胞内局
在が変化する意味、MCP が認識する物質は不明であり、これらの点についての検討を行うことで、本属細菌におけるメタノール走化性の分子メカニズムを明らかに出来ると考えている。
謝辞

本研究に多大な支援を頂きました公益財団法人ウエスコ学術振興財団に、心より感謝申し上げます。さらに、多大なご助言を頂きました加藤純一博士（広島大学教授）に深謝いたします。
引用文献(1) Lv H, Sahin N, Tani A, Isolation and genomic
characterization of Novimethylophilus kurashikiensis gen.
nov. sp. nov., a new lanthanide-dependent methylotrophic
species of Methylophilaceae. Environ Microbiol 20,
1204-1223 (2018)(2) Lv H, Sahin N, Tani A. Novel lanthanide-dependent
methylotrophic bacteria isolated from rice field soil,- 61 -

糖尿病によるつらい気もちの評価法の開発に関する研究
岡山大学大学院社会文化科学研究科
安藤 美華代本研究では、糖尿病をもつ人が、日ごろの糖尿病治療をどのように感じているのかふり返り、担当医療者と協働して糖尿病治療に取り組んでいく手立てとなるツールを作成することをねらいとして、質問紙の作成を試みた。まず、糖尿病によるつらい気もちの実態を理解するための記述式の質問紙調査を実施した。協力の得られた糖尿病をもつ 295 人の回答について、探索的な検討を行った。その結果、17 の糖尿病によるつらい気もち、
24 の糖尿病によるつらい気もちとつきあい乗り越える手立てのカテゴリが生成された(研究１)。これを手がかりに、糖尿病をもつ人は、糖尿病によるつらい気もちと対処について、どの領域でどの程度の状態だと認識しているのか理解するための質問紙を作成した。協力の得られた糖尿病をもつ 237 人の回答について、探索的因子分析を行った。その結果、糖尿病によるつらい気もちは、36 項目 7 因子で構成された。対処については、46
項目 6 因子で構成された。いずれの因子も信頼性は、保たれていた。つらい気もちと“自己決定目標達成努力”、“ストレスをためない自分に合った取組”といった手立てとの間で、有意な負の相関が見られた(研究 2)。
2016）、
心の健康についての配慮が喫緊の課題となっはじめにた。この対処に向けて、米国糖尿病学会と米国心理学会が協働し、心の健康を支援する取り組みに乗り【問題と目的】出している注 1) 。

糖尿病は、強く疑われる者とその可能性を否定できない者が、それぞれ約１千万人(12％)と推計され日本においては、糖尿病によるつらい気もちを抱ている国民の健康を脅かす深刻な健康問題である。

えている糖尿病をもつ人は、約 70％と深刻な実態が糖尿病は、慢性の進行性の病であることから、生涯報告されており(安藤、 2020)、対処に向けた心理支にわたって治療を続けていくことになり、日常生活

援は、喫緊の課題である。

への負担が大きいことは想像に難くない。この負担

本研究では、糖尿病をもつ人の糖尿病によるつら感に着目したのが、糖尿病によるつらい気もち

い気もちを理解し、つらい気もちの対処の一助する(diabetes distress)である。

ため、心理支援につながる評価法について検討する

糖尿病によるつらい気もちとは、延々と続く自己ことを目的とした。

管理、賢明な努力にもかかわらず見込んだ成果が得られない苦悩、低血糖による怖い気もち、高血糖や【先行研究の概観】

合併症の不安、周囲からの理解や支援の少なさによ

まず、糖尿病によるつらい気もちを緩和したり、る孤独感、医療者との不毛なコミュニケーション等

つらい気もちに対処したりすることを目的とした心によって生じ継続する感情の揺れとされている。糖

理支援について理解するために、文献研究を行った。

尿病によるつらい気もちは、治療の中断、合併症の糖尿病をもつ人の糖尿病によるつらい気もちの緩進行、自責・非難の循環につながる（Young-Hyman &和、対処をねらいとした心理支援で、なんらかの肯

Associates、 2016）。

定的な変化が報告されている実践研究に着目した。

米国では、糖尿病をもつ多くの人（18～45%）が、

電 子 ジ ャ ー ナ ル デ ー タ ベ ー ス （ American

糖尿病によるつらい気もちを抱え、この気持ちが、

Psychological Association PsycINFO，PubMed）を

糖尿病の治療行動、血糖値、自己効力感の障壁とな使用し、キーワードとして、“diabetes distress”

ることが明らかとなり（Young-Hyman & Associates,と“psychotherapy”、“psychological support”、- 62 -

“intervention”、“prevention”のそれぞれをペア

カテゴリを生成した。その際、糖尿病を専門とするのキーワードとして用いた。SPSS Text Analytics

医師 1 人とともに検討を行い、医療領域および心理for Surveys 4.01 を援用し、実践方法と成果等につ臨床領域における臨床経験を踏まえかつ回答数を参いて検討した。

考にして、糖尿病によるつらい気もちの理解と支援につながる質問項目になるかどうかを検討した。

その結果、この 10 年で多様な構成での実践が行わ
れ、認知行動的モデル、ストレスと対処、意思決定、

質問紙は、外来診療の待合時間中に、医療事務員

マインドフルネスといった理論やモデルに基づき、から目的等を説明してもらい、倫理的配慮を行い、自己効力感、自己受容、感情調整、セルフケア、コ

同意が得られた協力者に対して行われた。回答した

ミュニケーション、自分をいたわるといった目的で、質問紙は、診察時に持参してもらった。そして、担感情に着目し、認知に働きかけ、行動変容をめざす

当医が、質問内容に不明な点がないか、記入漏れが内容が、成果をあげていた。これらから、糖尿病にないかどうかを確認した。それらが見られた場合によるつらい気もちを理解し対処していくにあたって

は、担当医が対話をとおして回答を得た。
調査協力者は、糖尿病をもつ 295 人。年齢 65.2

は、感情・認知・行動面に働きかける支援をするこ±12.2 歳（26～90 歳）、1 型糖尿病 21 人（7.1％）
・とが大切だと考えられた(安藤、2019)。

2 型糖尿病 274 人（92.9％）。治療方法は、食事療法

さらに、米国糖尿病学会と米国心理学会が協働し
注 1)て行う心の健康を支援する取り組みの研修会と運動療法 32 人（10.8％）・経口血糖降下薬 160 人

から、
糖尿病によるつらい気もちを予防するためには、（54.2％）
・GLP-1 受容体作動薬 28 人（9.5％）
・イ

その人に寄りそった方法で、うつ状態や不安等の状

ンスリン療法 75 人（25.4％）であった。

態も踏まえて、半年毎を目安にした定期的な見立て【結果】が必要であることが示された。これらより、定期的

つらい気もちの内容として、17 のカテゴリが生成に実施可能なできるだけ負担の少ない方法の開発がされた（表１）。

必要だと考えられた。

表１ 糖尿病によるつらい気もちの内容

研究１

カテゴリ
食事療法

【目的】

数
38

15
合併症がつらい12
運動療法
薬物療法（注射薬） 11
7
薬物療法（内服薬）

糖尿病によるつらい気もちの実態および関連要因について理解し、評価内容の基礎資料とすることを目的とした。

糖尿病の診断
身体の不調

【方法】

治療継続

糖尿病によるつらい気もちとその対処に関する記

治療困難さの負担
合併症の不安イライラ
血糖測定の負担述式の質問紙調査を行った。質問内容は、日ごろの糖尿病の自己管理でつらいこと・イライラや不快な気分を感じること(以下、つらい気もち)の具体的内
容、どのように乗り越えた・まあまあやっていると低血糖の負担感じているか、それらの体験をふまえて糖尿病治療

採血の負担
不眠
家族の問題の負担

でつらい気もちに直面した際に乗り越える・まあま
あやっていくコツについて、であった。
回答については、KJ 法(川喜田、 1967)を用いて仕事選び- 63 -

8
8
7
5
4
4
3
2
2
1
1
1

例
好きなものが食べられない。
眼が見えない。
運動の継続が難しい。
注射を打つのがいや。
薬を飲まなくてはいけない。
糖尿病と言われた。
関節の痛み。
仕事を休んで病院に来な
くてはいけない。
自分に腹が立つ。
合併症が不安。
よくイライラする。
血糖測定がめんどう。
低血糖で腹が減ってつら
かった。
針がダメ。
眠れない。
息子からの暴力。
仕事の選択が難しくなった。

を網羅した質問紙を作成することが必要だと考えら
糖尿病によるつらい気もちとつきあい乗り越えるれた。

手立てとして、24 のカテゴリが生成された（表 2）。
研究２
表 2 糖尿病によるつらい気もちとつきあい乗り越える
手立て
カテゴリ

【目的】
数

例

食事療法

28

食事の量に気をつけた。

運動療法

12

ウォーキンをした。

受け入れた
医療従事者による支援
治療を継続する

10

前向きに捉えた。
医師に言われたことを続けた。
治療を継続した。
先のことはあまり考えないよ
うにした。
自分で気をつけた。

くよくよしない

8
8
8

がんばる
自分を大切にする
ストレスをため
ない
慣れた

6

5

習慣化した。

薬を継続する

5

薬を継続した。
数値が良くなるのを励みにした。
血糖測定し血糖がよくわかっ
た。
我慢した。

数値目標
血糖測定

6
6

3
3

忍耐

3

覚悟

3

元気でいたい規則正しい生活
興味を持つ

3
3
3

情報

3

家族の協力

3

色々な人に相談禁酒
体重コントロール
タバコを減らす3211

糖尿病をもつ人は、糖尿病によるつらい気もちと対処について、どの領域でどの程度の状態だと認識しているのか理解するための質問紙を作成することを目的とした。
【方法】
研究１で得られた結果に基づき、糖尿病をもつ人
が、日ごろの糖尿病治療をどのように感じているの自分のことを考えた。

かふり返り、担当医療者と協働してその人に合った
糖尿病治療に取り組んでいく手立てとなることをめ

気分転換をした。

ざす質問内容の選定を行った。選定にあたっては、糖尿病を専門とする医師 1 人とともに検討を行い、医療領域および心理臨床領域における臨床経験を踏
まえ、選択式からなる質問紙を作成した。
作成した質問を協力の得られた糖尿病をもつ人に実施した。実施に当たっては、研究１と同様の方法

強い気もちを持ち継続した。
それなりに元気で年を取りた
いと思った。
毎日の健康管理をした。
自分の病気についてよく知り理解した。
情報を仕入れた。

および倫理的配慮を行った。
調査協力者は、糖尿病をもつ 237 人。年齢 63.2
±12.9 歳（19～90 歳）、1 型糖尿病 14 人（5.9％）・
2 型糖尿病 223 人（94.1％）。治療方法は、食事療法と運動療法 24 人（10.1％）
・経口血糖降下薬 115 人（48.5％）
・GLP-1 受容体作動薬 30 人（12.7％）
・イ

家族に話した。
自分のことをなるべく言うようにした。
酒をやめた。
体重を保つため体重計にのった。
タバコを減らした。

ンスリン療法 68 人（28.7％）であった。
【結果】
糖尿病によるつらい気もち
研究 1 に基づき、糖尿病によるつらい気もちに関【考察】する質問内容として、37 項目を抽出した。この 1 ヵ

糖尿病によるつらい気もち、つらい気もちとつき

月間どのくらい糖尿病治療をつらいと感じているの

あい乗り越える手立ては、多岐にわたることが示唆か尋ね、「つらくない」から「とてもつらい」の 5された。したがって、この心理的負担感を理解する

件法で回答を求めた。協力者に該当しない可能性がためには、今回見出されたカテゴリを反映する内容ある項目については、「あてはまらない」と回答する- 64 -

ころ、46 項目 6 因子が抽出された。各因子は、“自欄を設けた。
「とてもつらい」と回答した人が最も多かった内

己決定目標達成努力”（「自分の決めたことを続ける

容は、合併症への不安(21.5%)であった。ついで、体こと」、「日々努力すること」といった 2 項目、α係力の低下(12.7%)、経済的負担(11.8%)、長い診療待数 0.86）、“助言をもらう”（「糖尿病教室に参加する

ち時間(11.8%)が見られた。

こと」、「周囲の人からアドバイスをもらうこと」と探索的因子分析(主因子法、プロマックス回転、因いった 2 項目、α係数 0.70）、“ストレスをためない

子負荷が 0.4 に満たない項目の削除等)を行ったと自分に合った取組”（「あまり深刻に考えないこと」、

ころ、36 項目 7 因子が見出された。各因子は、“食「ストレスをためないこと」
等 27 項目、
α係数 0.98）、

事療法のつらさ”（「好きなものがあまり食べられな“身体活動”（「ウォーキングをすること」
、
「ストレ

い」
、
「間食があまりできない」
等 8 項目、
α係数 0.87）、

ッチや筋トレをすること」等 4 項目、α係数 0.84）、“運動療法のつらさ”（「ストレッチやウォーキング

“食事量”（「カロリー表示を見ること」、「なるべくなど運動する」、「運動に時間を費やす」といった 2

家で料理をすること」等 3 項目、α係数 0.74）、“食項目、α係数 0.89）、“治療継続のつらさ”
（
「定期的

事の仕方”
（
「野菜を先に食べること」、「野菜多めのに通院する」、「糖尿病治療を続ける」等 4 項目、α食事をすること」等 8 項目、α係数 0.92）について

係数 0.82）、“糖尿病治療の難しさ”（「他の人の食事であった。いずれの因子においても、信頼性は保たを優先して自分の食事療法がうまくできない」
、
「糖

れていた。

尿病治療が思うようにいかない」等 7 項目、α係数
0.81）、“服薬のつらさ”（「薬の量や種類が多い」、「薬

糖尿病によるつらい気もちとつらい気もちとつきあを飲む」等 3 項目、α係数 0.81）、“合併症・注射のい乗り越える手立ての相関

つらさ”（「心臓病がある」「脳梗塞の後遺症がある」、

各因子を構成する項目の合計を項目数で除したも等 7 項目、α係数 0.87）、“身体感覚のつらさ”（「足のをその因子の得点とした。そして、糖尿病によるのしびれがある」、「足の痛みがある」等 5 項目、α

つらい気もちを構成する 7 つの因子と糖尿病による係数 0.89）についてであった。いずれの因子においつらい気もちとつきあい乗り越える手立てを構成すても、信頼性は保たれていた。

る 6 つの因子の相関を検討した。
その結果、自己決定目標達成努力、ストレスをた

糖尿病によるつらい気もちとつきあい乗り越える手

めない自分に合った取組は、いずれのつらい気もち

立てとも有意な負の相関がみられた(表 3)。

研究 1 に基づき、糖尿病によるつらい気もちとつ
きあい乗り越える手立てついては、54 項目を抽出し【考察】た。そして、糖尿病によるつらい気もちをもちなが糖尿病によるつらい気もちは、糖尿病治療に関すらも糖尿病とともに生きるのに役立つセルフケアのる行動のみならず、感情や身体感覚にまで及んでい程度について尋ねた。回答は、「役立っていない」(0)ることが示唆された。

から「とても役立っている」(4)の 5 件法で求めた。

糖尿病によるつらい気もちとつきあい乗り越える

各項目について平均点を算出したところ、最も高手立てとしては、糖尿病をもつ人が、自分で決めた

かったのは、「糖尿病に関わる医療者を信頼すること」

ことを日々努力して続けること、あまり深刻に考え(3.15)、
次いで「野菜多めの食事をすること」(3.07)、すぎたりクヨクヨしたりせず、ストレスをためない「自分の病気について関心をもち理解すること」

自分に合った取り組みをこころがけること等、個人(3.01)であった。

個人に寄りそった支援が大切だと考えられた。

探索的因子分析(主因子法、プロマックス回転、因子負荷が 0.4 に満たない項目の削除等)を行ったと- 65 -

表 3 糖尿病によるつらい気もちと糖尿病によるつらい気もちとつきあい乗り越える手立ての相関
糖尿病によるつらい気もち
食事療法

運動療法

治療継続

糖尿病治療

服薬

合併症・注射身体感覚-0.256**-0.244**-0.219**-0.302**-0.257**-0.528**-0.315**0.027-0.071-0.211**-0.038-0.066-0.154-0.089-0.232**-0.222**-0.289**-0.291**-0.243**-0.506**-0.286**

身体活動-0.171*-0.346**-0.115-0.086-0.114-0.176-0.309**食事量-0.183**-0.152*-0.140*-0.131-0.047-0.262-0.154

食事の仕方-0.062-0.114-0.068-0.065-0.059-0.269*-0.099

自己決定目標達成
努力

つ
ら
い
気
も
ち
と
つ
き
あ
い
乗
り
越
え
る
手
立
て

助言をもらうストレスをためない
自分に合った取組

注)表内の数値は、Pearson の相関係数。** 1% 水準で有意。* 5% 水準で有意。

本研究は、A 倫理委員会の承認を得ています（受結語

付番号第 30-21 号）（受付番号第 1-99 号）。

本研究では、糖尿病をもつ人が、日ごろの糖尿病治療をふり返り、担当医療者と協働してその人に合本研究は、
公益財団法人ウエスコ学術振興財団令和った糖尿病治療に取り組んでいく手立てとなること

元年度学術研究費助成を受けました。本研究にご支を目的とした評価法として質問紙の作成を試みた。

援賜りました公益財団法人ウエスコ学術振興財団に感謝いたします。

しかし、質問内容の選定が難しく、何度も検討を本発表に関連し、開示すべき利益相反関係にある

重ねたものの、質問項目を絞り切れておらず、個人

企業等はありません。

個人に沿った内容は広く網羅していると考えられるが、それゆえ質問項目数が多くなっており、糖尿病

文献をもつ人の負担になる可能性がある。
今後は、より簡便な質問紙になるように、質問内

安藤美華代．(2019)．糖尿病によるつらい気もち

容の精選を行う必要がある。そして、見出された評(diabetes distress)の緩和に向けた心理的支価法を活用し、糖尿病によるつらい気もちの見立て、援に関する文献研究．糖尿病 ，62(Suppl.1)，

心理支援とその評価につなげることをめざす。

S-339

実用可能な質問紙となるよう、さらなる信頼性、

安藤美華代．(2020). 糖尿病によるつらい気もち

妥当性の検討が必要だと考えられた。心理社会的支（diabetes distress）の理解と予防: 集団認援にあたっては、行動、感情、身体感覚への支援に

知行動療法的視点を取り入れて．認知療法研究，

ついて検討していく必要があると考えられた。

13(1)， 9-12
川喜田二郎.（1967）． 発想法―創造性開発のために．中央公論社

謝辞

Young-Hyman, D., de Groot, M., Hill-Briggs, F.,

本研究にご協力いただきました皆様に感謝いたし

Gonzalez, J. S., Hood, K., & Peyrot, M.

ます。

- 66 -

（2016）. Psychosocial care for people withdiabetes: A position statement of theAmerican Diabetes Association. Diabetes
Care 39, 2126-2140
注
注 1）

Mental Health Provider Diabetes Education
Programhttps://professional.diabetes.org/meeting/other/mental-health-provider-diabetes-ed
ucation-program- 67 -

難治性心不全患者に対する循環器看護師の意思決定支援モデルの開発
岡山県立大学保健福祉学部看護学科
名越恵美

（概要）
【目的】循環器疾患の最終的な病像としての心不全は、増悪と改善を繰り返すため予後予測が難しい疾患である。そこで慢性心不全認定看護師の意思決定支援への認識と介入を明らかにすることを目的とする。
【方法】
質的帰納的研究デザイン。研究参加者は慢性心不全認定看護師（以下認定看護師とする）とした。インタビュ
ーガイドを用いて半構造化面接を実施し、面接内容を逐語録とし、コード化、カテゴリー化した。
【倫理的配
慮】本研究は、A 大学および対象施設の倫理審査委員会の承認を得て実施した。
【結果】研究参加者は 9 施設
10 名であった。認定看護師の意思決定の認識と介入は、＜生きたい気持ちを支え切る.＞＜医療者の価値観を押し付けない＞＜体の動きやペースをセルフマネジメント＞＜患者の苦悩に覚悟をもって対応＞＜患者の価値観を引き出す＞＜患者の死に関する考えを一緒に整理＞＜死に向かう患者の苦悩を理解＞＜患者の選択は否定
しない＞＜末期になる前から継続した意思決定支援が重要＞＜病識が弱い患者に病状を意識づける＞＜望む未来を言語化する＞＜生命予後曲線を使用して今の状況・今後の見通しを伝える＞の１２カテゴリーであった。
【考察】患者自身が病状を理解できるように生命予後曲線を使用しての見通しや死に対する考えを聞くことは、今後どうありたいかの言語化となり、普段意識していない認識を明確化することになる。それは、患者が認めたくない Bad News を伝えることでもあり、看護職の覚悟が必要となる。それに対し認定看護師は、厳しさと覚悟をもって患者と対峙していた。一方で、患者の価値観を引き出し、希望を明確化し「生きる」を支えていたと考える。また、一緒に考え苦悩する行為は、患者を孤独にしない関わりであり、尊厳を守っていると
考える。
（本文）

しかし、病院においては、心不全患者の再入院率はじめにを減少させるためのケアを重要課題としており、教心不全は、循環器疾患の最終的な病像であり、増育介入が中心となるため、死についての説明や症状悪と改善に伴い入退院を繰り返す心不全は、予後予緩和、死に向かう準備・意思決定など介入を医療従測が難しい疾患である。心不全は、生活習慣の欧米事者がどのように実施しているか明らかになってい化による虚血性心疾患の増加と高齢化であり、超高ない。したがって、避けることのできない死に向か

齢社会を、迎えている我が国において団塊の世代がう準備をいつの時期から行うべきか、家族が悔いの

75 歳以上の後期高齢者になる 2025 年に向けて心不ない看取りを行い、患者本人が人生を生ききるため

全が急増することは確かである。心不全は、薬物療の準備をいつごろから行うべきか、専門的に介入す法や、植え込み型除細動器によって予後改善効果がるための基礎資料を得ることは重要である。また、確立されているものの、循環器疾患の終末像であ岡山県重点施策「地域包括ケアの推進」及び「地域り、5 年生存率は 6 割程度と言われている。そのた医療を支える医療従事者の育成」にもつながる。まめ、2017 年には「心臓が悪いために、息切れやむ

た、難治性心不全患者が死に向かう際の看取りの場

くみが起こり、だんだん悪くなり、生命を縮める病

所や治療中断に関する意思決定支援などのアドバン

気である」と心不全の定義は慢性疾患から悪性疾患

スディレクティブが促進され、患者・家族の緩和ケに変更になった。

ア導入の一助となると期待できる。

- 68 -

心不全患者に関する研究を概観すると、患者の療のより良い意思決定支援への示唆を得ることができ

養生活の体験（梅田 2012）、心不全患者の多職種チる。それは、一般看護師にとっての看護モデルとなームの教育入院の有用性（鍵山 2016）、社会的孤立りうる。

と再入院の関係（齋藤 2017）のように急性増悪を予防し、再入院のリスクを下げるための研究が主流

２．方法である。一方、心不全患者を対象とした終末期や緩１）
研究対参加者：研究参加者は病院で働いており、和ケアに関しては、心不全終末期の家族のニーズ

難治性心不全患者の看護に携わった慢性心不全認定（岡部 2013）、在宅医療の実態（小澤 2015）など事

看護師とする。

例研究を中心に研究がなされてきた。また、量的研

２）研究方法究として末期心不全患者への満足度調査（佐藤1）デザイン：質的帰納的研究デザイン

2012）、心不全患者への緩和ケアの認識（猪口2）データ収集方法：

2013）はあるものの、看護職のみを対象に実施して対象施設に対して院長もしくは看護部長に対し、病おり、患者の意思決定を支援する研究は見当たらな院の管理者に研究の趣旨を説明した文書を送付後、い。

電話もしくはメールにて研究対象者の紹介の許可が国外においては、心不全患者への緩和ケアへの態得られるかどうか確認した。紹介の許可が得られた度を明らかにした研究（J.Zliehm 2016)があり、場合、対象者へ説明書を送付した。対象者に対して職種別の教育の必要性を示唆していた。さらに、患は、研究者が連絡することの許可を確認後、対象者者の症状緩和と QOL の視点から職種間連携に関するに研究の内容について説明書を用いて文書と口頭で示唆を与えている研究（David.B 2014)、末期心不説明し、同意書に記入をもらい承諾を得た。

全患者におけるジレンマと患者を支えるケアギバー

研究の同意が得られた参加者に対して、インタビとヘルスケアチーム、社会支援の視点から明らかにューガイドを用いて半構造化面接を行う。インタビ

した研究（Carol.C 2015)があった。このように海ューは個室でインタビューガイドに沿って自由に語外の研究では、心不全の緩和ケアの認識や介入がすってもらう。インタビュー内容は承諾を得て IC レ

でに行われている。しかし、日本では、人生の最終コーダーに録音した。

段階の話は、緩和ケア病棟の看護師においても困難

3)調査内容：年齢・性別・看護師歴・認定看護師歴

感を感じている（名越 2012）現状がある。これらとした。また、インタビュー内容は、先行研究を参は、日本の文化として死の話を避ける傾向が影響し考に「心不全患者と家族へ意思決定に関する話をすていることが推察される。このように心不全患者へるときにどのように行ったか」「その時に気になったの緩和ケアに関する研究は少なく、今後研究の累積ことや言いづらいこととそれをどのように説明したが必要である。

か」「今後の生活への見通し」「構築したい教育体制」

そこで、心不全患者及び家族に対する認定看護師「他の職種へ依頼したいこと」などであった。

の意思決定支援の実態から意思決定支援モデルの開4）分析方法：分析は、面接内容を逐語録にデータ化

発に向けて、先ずは質的に認定看護師の認識と看護と し 、 Krippendorff の 内 容 分 析 の 手 法

介入を明らかにすることを目的とする。

（Krippendorff K，三上他訳，1989）に基づき、個別分析・全体分析の 2 段階の手順で行なった。

目的と意義

Krippendorff の内容分析は得られた質的データの目的：意思決定支援モデルの構築にむけて慢性心不文脈を重視しながら意味を解釈していく方法であり、全認定看護師の緩和ケアに関する意思決定の認識とそこに何があるのかを明らかにする方法として有用

看護介入を明らかにすることを目的とする。

である。

意義：本調査により専門性を生かした患者・家族へ①逐語録を熟読し、心不全の見通しや意思決定に関- 69 -

する記述部分を、参加者の言葉のまま抽出した。

定しない＞＜末期になる前から継続した意思決定支②①で抽出した記述部分の意味を損なわず、内容が援が重要＞＜病識が弱い患者に病状を意識づける＞

明確になるよう書き表し、整理した文とした。

＜望む未来を言語化＞＜生命予後曲線を使用して今③できるだけ参加者の言葉を用いて簡潔に表現し一の状況・今後の見通しを伝える＞の 12 カテゴリー

次コード化し、簡潔に表現された記述のそれぞれのであった。看護師の語りを以下に示す。
「患者さんに関わるときに気を付けていることは、文脈に還りながら、文脈における参加者の本質的な意味を表す表現を二次コード化した。

すごく難しいんですけど、末期になるほど、この人④集めた二次コードの意味内容が同類のものを集め、がほんと何をしたいかっていうのを知っておきたい

その意味を表すように表現しサブカテゴリ―化、カというか、何を大切にして生きられるかっていうとテゴリー化した。

ころですかね。でも、そういう話をすると、『本当に

5)倫理的配慮

最期みたい』
みたいなところがあるじゃないですか。

研究の目的、方法、個人情報の遵守等を研究参加者

なので、その辺を自然に聞き出すことは大切にしてに文書および口頭で説明し同意を文書で得た。
なお、

います。
」
（I）

本研究は、研究者の所属する施設の研究倫理委員会「意思決定によって、救命を選ぶのも、延命を望の承認（受付番号 19-28）及び対象施設の倫理委員

まない選択もどちらも意味があると感じます。患者会の承認を得て実施した。

さんが知った上で支えないといけないし、自分がどう生きるかっていうのは、本人が決めますから、生3．結果

活は変えたくないとか、『仕事は私の命より大事』と研究参加者は 9 施設 10 名、平均年齢 41.1（±6.3）

か、いろんな方がいらっしゃるから、その中で発作

歳、全員女性であった。看護師の臨床経験は、19.1が起きて、それが最後だったって方は、若い方でも（±5.6）年、認定看護師の活動年数は、5.2（±2.2）

何人もいます。その生き方は、決して否定はできな年であった。配属は、循環器病棟 4 名、循環器外来

いです。
」
（J）
「ベースになるところかなと思うんですけど、患（クリニック含む）3 名、混合病棟 2 名、ICU が 1 名
であった。
（表 1）

者さんに真摯に向かってっていうことが一つあるの

表１：研究参加者の属性と、人が取りにくい役割を取っているっていう、ど

No

年齢

臨床

認定

配属

うしても認定っていうところがあるんですけど、それこそ『あなたにそう言われたら、もうほんまにだ

A

40

19

5 混合

B

43

21

3 循環器

C

41

20

3 循環器内科・外科

D

45

24

2 ICU

E

39

19

7 混合

F

37

14

7 循環器

G

48

18

7 クリニック

分かってるかもしれないよね』とか、スタッフの視

H

36

14

4 循環器

点の転換になるような言葉かけをしたりとか、全然

I

31

12

7 循環器外来J

51

30

7 循環器外来

41.1

19.1

平均

めなんやな』って、どきってすると思う。本当に何回もどきっとしました。
」（G）「ずっと付き添ってる家族だから、『もしかしたら違うことを。
『もしかして分かってるんじゃないかな』
とか、それは聞いてみないと、接してみないと分か

5.2

んないけど。
」（A）

心不全認定看護師の意思決定支援は、＜生きたい
気持ちを支え切る＞＜医療者の価値観を押し付けな４．考察

い＞＜体の動きやペースをセルフマネジメント＞＜
患者の苦悩に覚悟をもって対応＞＜患者の価値観を＜病識が弱い患者に病状を意識づける＞＜生命予引き出す＞＜患者の死に関する考えを一緒に整理＞

後曲線を使用して今の状況・今後の見通しを伝える＜死に向かう患者の苦悩を理解＞＜患者の選択は否＞に示されるように、患者自身が病状を理解できる- 70 -

ように生命予後曲線を使用しての見通しや死に対す

配属先の病棟機能別の意思決定支援との関連を明らる考えを聞くことは、＜望む未来を言語化＞に示さかにすることが必要である。

れる患者自身の今後どうありたいかという希望が明確となる。そして、普段意識していない患者自身の引用文献

認識を明確化することになると考える。終末期にお・梅田亜矢、井上智子（2012）:植込み型心臓危機の

ける希望の明確化は、悔いのない人生を送る上で重遠隔モニタリングを受ける患者の療養生活と看護支要であり、患者本人だけでなく、家族の満足する看援の検討、お茶の水看護学雑誌 Vol.7,No1,30-41

取りに繋がると考える。

・齋藤泰子、川南公代（2017）：高齢者の社会的孤立

また、＜末期になる前から継続した意思決定支援と健康に関する文献研究、武蔵野大学看護学研究所

が重要＞といった意思決定の時期を見据えながら認紀要 11 号 21-29

定看護師が介入しようとする認識が、あった。心不・鍵山暢之、林田晃寛、永野範子他（2016）：心不全

全が慢性疾患であり、予後予測が難しい中でも先を教育入院の有用性,心臓病センター榊原病院雑誌 20

見通して介入していると考える。それは、患者が認

巻 34-37

めたくない Bad News を伝えることでもあり、医療・岡部陽子、外川圭樹、須栗裕子他（2013）：慢性心職の覚悟が必要である。それに対し＜患者の苦悩に不全終末期における家族のニーズ、第 43 回日本看覚悟をもって対応＞と認定看護師は、厳しさと覚悟

護学会論文集 成人看護Ⅱ 107-110

をもって患者と対峙していた。

・小澤 幸子, 永井 香代子, 菊地 雅,他８2015）：

さらに＜患者の価値観を引き出す＞＜患者の死

在宅療養を支える訪問看護師の役割 事例からの振に関する考えを一緒に整理＞すると患者・家族共にり返り,Best Nurse 26 巻 7 号 68-66

いることを保証している介入がみられた。これは、・佐藤 寛子, 高務 藍, 田中 瑞奈,他（2012）：末期患者の価値観を引き出し、希望を明確化することで心不全患者に関わる看護師の患者ケアに対する満足

患者自身の「生きる」を支えていたと考える。また、

度調査 末期心不全患者と末期がん患者の看護を比一緒に考え、苦悩する行為は、患者を 1 人にしない較して、第 42 回日本看護学会論文集 成人看護Ⅱ

関わりであり、相手の尊厳を守っていると考える。

226-228

認定看護師という立場から＜医療者の価値観を押・猪口沙織、甲あかね、北川里香（2013）：循環器病

し付けない＞ように、患者・家族だけでなくスタッ

棟看護師の心不全患者への緩和ケアの現状,第 43 回

フへの指導的立場にある認定看護師の役割を活かし

日本看護学会論文集 成人看護Ⅱ 103-106

スタッフの視野を広げる関りも行っていた。これら

・Jeanette Ziehm, Erik Farin, Katharina Seibel,

は、患者・家族を中心に看護が同職種・多職種協働

et,al. （2016）： Health care professionals’

で行われるために実践されていることであるが、そattitudes

regardingの中で自らリーダーシップをとっていたと考えられpatients

withる。

interview study, BMC Palliative Care, August

以上のことから、慢性心不全認定看護師の意思決

palliative

chronic

heart

care

for

failure:an

2016．15,76 1-8定に対する認識と介入を明らかにした。今後は、モ・ Carol

デル構築に向けて内容を精選し一般化を目指す。

et,al.(2015):Dilemmas

所属病院機能の違いにより、意思決定支援内容はfailure,Chen-Scarabelli,inJournalLouis

Saravolatz

end-stage
of

heart

Geriatric

異なることが本研究の限界である。これにより、今Cardiology(2015)12:57-63

後意思決定モデルを作成には、まず、循環器病棟の・David. Bekelman, Stephanie Hooker, et, al.

モデルを作成する必要があると考える。さらに、意(2014):

思決定支援モデルの作成とともに所属病院の機能やCollaborative Care Intervention To Improve- 71 -

Feasibility

andAcceptabilityofSymptoms and Quality of Life un Chronic Heart
Failure: Mixed Methods Pilot Trial. Journal of
Palliative Medicine Vol.17, No.2 145-151.
・名越恵美、石川真帆、小野静香他（2012）：開設初
年度の緩和ケア病棟看護師の End of Life Care に関する困難感の分析、インターナショナル Nursing
Care Research、11 巻 4 号 Page145-151- 72 -

超音波を用いた看護師による爪のアセスメント方法の開発
岡山県立大学 保健福祉学部 看護学科
佐々木 新介（概要）超音波診断装置を用いて，足趾の爪のアセスメント方法について検討した．足趾の爪の観察は主に目視により行われているが，水中に足趾を浸漬した状態で超音波診断装置を用いることで爪甲の厚さや爪甲下の組織も観察可能であった．超音波診断装置を用いることで，視診や触診では評価が困難な巻き爪等の詳細の情報をアセスメントすることが可能であること示唆された．これらは，糖尿病患者のフットケアや爪切り指導にも応用可能ではないかと推察しており，看護師が超音波診断装置を用いて爪をアセスメントする観察方法を構築していく予定である．
【はじめに】とで，より正確かつ高度なアセスメントが可能にな

2007 年 6 月，看護師が高齢入院患者の爪をはがしると考えられる．

虐待を行ったという報道がなされた．
これに対して，

超音波診断装置を用いた爪に関する先行研究とし

日本看護協会は 2007 年 10 月に「虐待ではなく看護ては,国内での研究成果は乏しく，海外では爪甲,爪ケアである」という見解を公表した（日本看護協会，

母,爪郭,爪床など超音波画像が示された文献等は存2011）．その後の裁判では，看護師の無罪が確定した

在していたが，爪甲の厚さなど，基準となる数値もものの（2010 年 9 月）
，一連の報道は社会に大きな示されていなかった．
このような背景を踏まえ,本研

影響を与えたと推察される．
このような背景もあり，

究では看護師のアセスメントツールとして超音波を看護ケアの実施者である看護師には十分な知識と適活用した爪のアセスメント方法の構想に至った．本

切なアセスメントと技術が求められている．

研究では，その第一段階として,健常人で爪の観察方

本来，爪は手足それぞれの指尖を保護し，指腹に法と爪甲等の参考値を明らかにする．

加える力を支えている．特に，足趾の爪は安定して身体を支え，歩行にも関係している．さらに，足趾

【目的】の観察やアセスメントは爪切りのみならず，糖尿病

超音波診断装置を用いた爪の観察方法，健常人の患者のフットケア指導など看護援助としても重要で

足趾の爪における爪甲の厚さなどの参考値を明らかある．現在，この足趾の観察には目視による視診やにする．

触診が行われている．しかしながら，陥入爪や弯曲爪等（いわゆる巻き爪）の場合，外観のみでは十分【方法】

な観察が行えない場合も存在し，爪のケアに苦慮す

1. 対象者と実験期間る場面もある．
そこで我々は,超音波診断装置を用い同意の得られた健常人 40 名を対象に 2019 年 9～

ることで,非侵襲的に,目視では判断が困難な爪の情

10 月に実験を実施した．

報を可視化することが可能ではないかと推察した．
超音波診断装置は，非侵襲的であるにも関わらず，

2. 実験機器

外観からは判断が困難な生体内の情報を可視化する

超音波診断装置は LOGIQ e（GE Health Care)を用ことが可能である．特に，近年ではベッドサイドでいた．プローブは，16 MHz の設定でリニアプローブ実施される point of care ultrasound(POCUS)が注(L8-18i-RS, GE Health care)を使用した．

目されている（清島ら，2018）．そして，看護においても既存の視診や触診に加えて POCUS を併用するこ

3. 実験手順- 73 -

1) 対象者の性別,年齢,身長,体重,足のサイズ,
本人の足趾や爪に対する認識等について質問用紙に記入を依頼した．
2) 体位は椅子を用いて座位とした．足趾の爪を露出し,実験前に目視にて,爪の異常について観察し,上方と正面からの写真を撮影した（図1）．また，フットケアの専門知識と技術を身図 4 超音波診断装置で観察した足趾の爪の長軸像に付けたフットケア指導士（日本フットケ
ア・足病医学会 認定資格）である看護師が巻き爪の有無について判断した．

4. 分析方法
データは平均値±標準偏差で示した．また，撮影した超音波画像の解析には画像処理ソフト Image J
を用いて計測した．計測値の比較には,対応のある t検定を用いて有意水準は 5%とした．
5. 倫理的配慮
対象者には研究目的,参加の有無は自由意志であ

図 1 目視で観察した足趾の爪（正面）り,参加の有無により不利益等は一切生じないこと,
研究途中であっても辞退等が可能であることを説明

3) 予備実験の結果，超音波診断装置での観察は,した．データは,研究目的以外に使用せず,書面にて足趾を水中に浸漬した状態で観察することと同意を得た．
本研究は,岡山県立大学倫理委員会の承した（図 2）．

認を得て実施した(受付番号:19-08)．
【結果】
1. 対象者の概要について
対象者は 39 名(男性 15 名,女性 24 名)であった．
全対象者の平均年齢は 20.8±1.5 歳,BMI は 20.6±
2.9 であった．
男性 15 名の平均年齢は 21.4±2.1 歳,

図 2 本研究で用いた水中での爪の描出方法

身長は 170.2±0.1 cm,体重は 60.9±7.8 kg, BMI は21.0±2.4 であった．女性 24 名の平均年齢は 20.4

4) 超音波診断装置での観察は,左右の足趾を片±0.9 歳,身長は157.4±0.1 cm，
体重は50.7±9.5 kg，足ずつ順に短軸断面(図 3),長軸断面（図 4）

BMI は 20.4±3.1 であった．ネイルアートをしていを撮影した．

る者は 7 名(そのうち爪の先端のみのネイルアート
は 2 名)であった．
フットケア指導士資格を有する看護師により巻き爪と判断されたものは，12 人(そのうち片足のみの巻き爪は 2 名)であった．
2. 超音波診断装置での計測結果について
超音波診断装置での爪の計測は,全対象者(39 名)

図 3 超音波診断装置で観察した足趾の爪の短軸像- 74 -

のうち，ネイルアート等を施していた者及び，計測して観察を試みたが，爪の場合，観察範囲が狭いこが困難であった者を除いた 28 名を分析対象とした．

とに加え，プローブと接する爪を描出対象としてい超音波診断装置を用いて計測した右足の爪の幅はるため，明瞭な画像を得ることが困難であった．こ

15.8±1.5 mm,高さは 3.7±0.7 mm,爪の厚さは 0.7

れらを解決するために本研究では，水中に足趾を浸±0.1 mm であった．同様に，左足の爪の幅は 15.5

漬した状態で爪を観察することを試みた（図 2）．そ±1.4 mm,高さは 3.7±0.7 mm,爪の厚さは 0.7±0.1の結果，超音波ゲルを使用せずに明瞭な画像を得る

mm であり，左右の計測値に有意差は認められなかっことに成功した（図 3-4）．

た．

本研究の対象者は,平均年齢が 20.8±1.5 歳であった．
対象者は若年者であったことから,超音波画像

3. 足趾の形状についてを比較的容易に撮影することが可能であった．
また,

足趾の形状は 3 パターンに分類されているため研究実施中に辞退・疼痛などの訴えは聴取しなかっ(東,2016)，
目視および上方から撮影した足趾の写真たため，本研究は非侵襲的かつ安全に実施できたとにて分類した．その結果，全対象者 39 名の足趾の分考えられる．

類は, 母趾が最も長い｢エジプト型｣は24名（61.5 %）
第 2 趾が最も長い｢ギリシャ型｣は 11 名（28.2 %）,2. 超音波診断装置を用いた爪の観察について

母趾から第 3 趾が平行に並ぶ｢スクエア型｣は 4 名

超音波診断装置で観察した足趾の爪の画像の特徴(10.3 %)であった．

としては，目視では観察できない爪甲の厚さや爪床の状態，さらには爪母の観察も可能であった．本研

5. 足趾や爪に関する認識につい

究では，左右の爪の幅や爪甲の厚さ，爪の高さを計

対象者 39 名に対して，
足趾や爪に関する認識につ測し比較したが，健常人を対象としたため，左右差いて調査した．質問①締め付けの強い靴やハイヒーは認められなかった．また，ネイルアート等を実施

ルを履く頻度については「ほとんど履かない」が 24

していない若年者の爪甲の厚さは 0.7±0.1 mm であ

名(61.5 %),「月 1 回」が 8 名(20.5 %),「週 1 回」

った．対象者数が少ないものの，これらの結果は今は 6 名(15.4 %),「ほぼ毎日」は 1 名(2.6 %)であっ

後研究を進める上において爪の厚さの参考になるとた．質問②自身が爪を切る時に深く切りすぎている考えられる．加齢に伴い，爪も変化することが報告かという認識については，「はい」が 12 名(30.8 %),されているため（安永，1961），爪甲の厚さも，年代「いいえ」は 27 名(69.2 %)であった．質問③足の爪で変化することが推察されるため今後は対象者を増を切る頻度については,「1 週間」が 3 名(7.7 %),「2やしていく予定である．

週間」が 21 名(53.8 %),「3 週間」は 14 名(35.9 %)，超音波診断装置を用いることで，目視では観察困不明が 1 名であった．質問④足趾の痛みの有無につ難な部位も観察できると推察している．特に，陥入いては,「はい」は 0 名(0 ％),「いいえ」は 39 名

爪など爪甲遠位遊離縁が軟部組織に深く埋没してい(100 %)であった．

る場合,測定が困難かつ不正確になりやすいと報告されている(崎山ら，2016)．このような場合も爪の【考察】層構造や末節骨,爪母が観察可能な,超音波診断装置

1. 研究方法と対象者の特徴についてを用いることで，爪甲遠位部も観察が可能になるの

超音波診断装置を用いた爪の観察については先行ではないかと推察している．爪母で増殖した細胞は研究などの報告数も少ない．そこで本研究において角化して爪甲となり,遠位へ伸び,爪を形成するため,も最初に描出方法の検討に着手した．一般的に，超超音波診断装置で爪母を観察することは,爪の状態

音波診断装置で組織を観察する場合，超音波用のゲをアセスメントすることに有用ではないかと我々はルを使用する．本研究でも超音波ゲルを足趾に塗布期待している．

- 75 -

山下らは，
爪の異常である,肥厚爪や痛みを伴う陥爪は指趾先端を保護し,指趾の腹側から加わる力

入爪は触覚を著しく低下させ,足趾の動作範囲を制を受け止め，適度な力が加わることでやや凸に彎曲

限,長期間にわたり適切な筋発揮の機能阻害，
筋力のした正常な状態になるとされている．このため，寝低下が足趾間圧力低下につながり,転倒のリスクがたきりになって歩行しなくなった人の足趾が巻き爪高まることを報告している(山下ら, 2004)．そのたに変化してくるという現象があるとも報告されていめ,足趾の爪の異常をアセスメントすることは転倒る(是枝, 2018)．このような対象者らに対する爪ののリスク評価にもつながり,転倒予防のためにもフケアは，専門的知識に基づき，詳細なアセスメント

ットケアが重要だと考えられる．そして，非侵襲的が重要でると考えられる．このため，超音波診断装な超音診断装置を併用して活用することで,リアル

置を用いて足趾や爪のアセスメントが可能になった

タイムに詳細な観察が可能となることが推察された．

場合,ケアの安全性や爪切り事故の防止につながると推察される．

3. 足趾の形状と靴の選択

本研究では超音波診断装置を用いて，足趾を水中

目視によって観察された足趾の形状は，母趾が一に浸漬した状態での観察方法を検討し，明瞭な画像

番長い｢エジプト型｣,第 2 趾が一番長い｢ギリシャを得ることが可能であった．このため将来的には,型｣,母趾から第 3 趾が平行に並ぶ｢スクエア型｣と報看護援助としての足浴時に超音波診断装置を用いた

告されている(東, 2016)．足趾の形状と適切な靴の観察を行うことも可能ではないかと期待している．

選択についても報告されており，日本人に最も多い｢エジプト型｣では,母趾の力は他の指より強く,重心

5. 本研究の限界と課題が外に傾きやすい特徴があるため,母趾先が一番長

本研究の限界としては,若年健常人を対象としてく,小趾につれて短くなるオブリークトゥ型の靴がいることである．このため，今後の様々な年代での適しているとされている(高山, 2019)．一方，｢ギリ比較を行う必要があると考えられる．そして，爪のシャ型｣では第 2 趾が長いため,靴の中で指が折れ,

肥厚や皮膚疾患等を有している場合，ネイルアート

ハンマートゥを引き起こしやすいため,つま先がや等を施している場合にも画像の描出が困難となるこや長めであるポインテッドトゥやラウンドトゥ,アとも推測されるため，描出方法の工夫も必要かもしーモンドトゥなどと相性が良いとされている(高山,れない．そのため，今後は様々な事例を通して本研2019)．そして，「スクエア型｣は,｢エジプト型｣や｢ギ究の有用性を明らかにしていく必要があり，研究をリシャ型｣と比較すると,体重が全趾に対し均等にか継続し，発展させていく予定である．

かるため,指への負担は少ないが,幅の細い靴やポインテッドトゥなどつま先が細くなっている靴などを謝辞

履くと,足趾が靴と接触し胼胝や鶏眼の原因に成り

本研究は，公益財団法人ウエスコ学術振興財団の得るため,｢スクエアトゥ｣が望ましいと述べられて

令和元年度研究活動費助成事業を受けて実施するこいる(高山, 2019)．巻き爪の原因には，形の合わなとができました．研究代表者ならびに共同研究者一

い靴を履くことが原因ともいわれており,爪のみな

同，心より御礼申し上げます．

らず，足趾全体の観察が重要である．そして，自身の足の形を意識して靴を選ぶことは,巻き爪の予防,

引用文献

足のトラブルの回避につながると考えられるため，・ 東禹彦（2016）．爪-基礎から臨床まで-改訂第 2

予防や指導が重要だと考えられる．

版，p150．金原出版．
・ 清島真理子（2018）他．
【聴診・触診×エコーで

4. 足趾の観察に超音波診断装置を用いることの有診断推論!-Point-of-Care 超音波(POCUS)の底力】

用性と今後の研究の発展について

体表触診とエコー 触感覚をエコーで確認しよ- 76 -

う!，総合診療，28（6）：810-814．
・ 是枝哲(2018).外来で役立つ爪診療ハンドブッ
ク,pp.1-6.中外医学社.
・ 日本看護協会(2011).「爪のケア」に関する刑事事件 経緯と支援の実際,pp.2-19.日本看護協会
出版会．
・ 崎山とも（2016）他．簡便かつ有用な巻き爪の評 価 法 ， 日 本 皮 膚 科 学 会 雑 誌 ， 126(12) ：2275-2280．
・ 高山かおる（2019）.足育学 外来でみるフット
ケア・フットヘルスウェア,pp.182-216.全日本
病院出版会.
・ 山下和彦（2004）他．高齢者の足部・足爪異常による転倒への影響.電気学会論文誌Ｃ（電子・情報・システム部門誌），124（10）：2057-2063.
・ 安永朋喜（1961）．爪の正常な成長に關する研究，人類學輯報，33：51-75．

- 77 -

災害時における生活困窮者への情報提供と避難行動～2018 年岡山県豪雨災害の経験から～
岡山県立大学 保健福祉学部
岩満 賢次（概要）本研究の目的は，2018 年度西日本豪雨災害において，生活困窮者がどのように情報取得を行い，避難行動を行ったのかを検討することにある．本研究では，第一に，岡山県の実施した「平成 30 年 7 月豪雨災害での対応行動に関するアンケート」結果の分析を行った．第二に，①浸水被害のあったＡ自治体Ｂ地区自治会の集会での調査及び所
管行政の担当者に対する調査，②重度の身体障害者 4 名に対する調査，③被害の大きかったＣ自治体に所在する高齢者福祉施設の管理者（2 か所）に対する調査を実施した．結果，「要介護・介助者のいる世帯，高齢者世帯では，情報入手が遅い傾向があること」，「市町村による避難を誘導する情報発信は伝わっていない可能性が高いこと」，「情報取得の中心はテレビ等の気象庁の発表とエリア防災メールなどの携帯電話を通じたものが主であったが，避難行動には繋がりにくい傾向があったこと」，「災害時要援護者台帳はほぼ機能しなかったこと」，「要支援者の避難は福祉事業所が関わっていたこと」，「要介護者など移動に困難を有する人は，避難自体ができないこと」，また「福祉避難所には直接避難できない実態があったこと」が明らかとなった．

1.

大門による既存の福祉避難所に関する研究をまと研究の背景及び目的

本研究の目的は，2018 年西日本豪雨災害において，めた文献によると，これまでの研究による福祉避難

生活困窮者に対して，どのように情報が提供され，所の課題は，①入所するまでの経路の問題，②施設

避難行動が行われたのかを明らかにすることにある．

の設備・備蓄，③開所施設の人員不足，④事前の周

日本では，近年大規模災害が連続して発生してお知・想定の不足，⑤個人情報保護・名簿作成，⑥避り，その情報提供や避難行動は大きな課題となって難の長期化・通常業務への影響，⑦多様な要配慮者いる．その中でも，障害児者や高齢者，低所得者，への対応，⑧収容定員の過多，⑨指定外避難所へのひきこもり状態にある人，生活保護受給世帯などの対応，の 9 点を挙げている（大門 2020：34）．福祉

生活困窮者は，情報弱者であったり，避難行動に困

避難所は災害時要援護者が利用するものであると考難を有する場合が多かったりと，被災時にはより多えられるが，既存の研究・分析には，被災時の彼らくの支援が必要となる．政策としては，社会福祉法への情報提供の視点が十分ではない．
生活困窮者は，上の市町村地域福祉計画に災害時などの緊急事態の

単に収入の問題のみならず，社会的孤立がテーマに際の迅速かつ的確な要援護者支援を行う方策を盛りなっていることを考えると，社会的孤立により，情込む通知（平成 19 年 8 月 10 日，
各都道府県知事宛，報を入手できない，避難できない人たちは多く存在「市町村地域福祉計画の策定について」）があったり，すると考えられる．
以上のことから，本研究では，被災時に生活困窮

福祉避難所の設置などが各地方自治体で行われてい者がどうように情報を得て，どのように避難行動をる．

起こしたのかを把握していきたい．

しかしながら，実際に生活困窮者が被災時にどの2.

ように情報を得て，どのように避難行動を起こして研究の方法いるのかについては，未だ十分な検証が行われてい本研究では，第一に，岡山県の実施した「平成 30

ない．障害者や高齢者などの要介護者については福

年 7 月豪雨災害での対応行動に関するアンケート」

祉避難所の設置が進められているものの，介護を要（以下，岡山県調査）結果に基づき，豪雨災害時のしないような生活困窮者については十分な考慮はな

情報取得に関する分析を行った．第二に，西日本豪されていない．

雨災害時に岡山県にいた方々のヒアリング調査を実- 78 -

施した．具体的には，3 つの調査を行った．①浸水る世帯では 75 人（3.4％）の人が 7 月 7 日の明け方

被害のあったＡ自治体Ｂ地区自治会の集会での調査，まで情報を得ていないことが明らかである（表 1）．

②重度の身体障害者 4 名に対する調査，③被害の大結果，要介護・介助者のいる世帯，高齢者世帯できかったＣ自治体に所在する高齢者福祉施設の管理

は，他の世帯と比較して，情報入手が遅い傾向にあ者（2 か所）に対する調査を実施した．なお，それぞることが明らかとなった．

れの所管自治体の動向も資料等により確認した．
3.

4-2 ヒアリング調査の分析

倫理的配慮

岡山県立大学倫理委員会にて承認を得て上で，実ヒアリング調査の結果は，当時を思い出しながら施している．

聞いているため，時間帯など誤差があることが想定

4.

される．

研究の結果及び考察①Ａ自治体Ｂ地区のヒアリング調査

4-1 岡山県調査の分析
岡山県調査では，「大雨特別警報」を初めて聞いた

7 月 2 日から 3 日にかけ台風が接近し，A 自治体

日時について問うており，それを世帯類型別に比較

は警戒本部体制を敷き，結果としてその台風は逸れした．岡山県の調査報告書では，「災害が発生した７

る．その後，7 月 5 日に改めて，今回の豪雨災害に月時点で，あなたを含めた同居家族の中に，以下の関わる警戒本部体制が敷かれることとなる．同日 21

ような方々はいらっしゃいましたか」と問い，選択

時 25 分に A 自治体内の X 地区で土砂崩れが起き，X肢に，乳幼児，小学生，中学生，高校生，65 歳以上地区の一部に避難指示（緊急）が出されている．

の方，介護・介助が必要な方，妊産婦を挙げている

B 地区は，元来，低い土地にあり，7 月 6 日の夜の（複数回答）．他方で，「「大雨特別警報」を，あなた

大雨により，床下浸水が発生している．その 7 月 6はいつ聞いたように記憶していますか．だいたいで日の流れを見ていく．行政は，同日のお昼ぐらいかよいので，一番最初に聞いた時１つに○をつけてくら，避難誘導を行っていた．A 自治体の登録メール

ださい」と問い，選択肢に，「1．7 月 6 日(金)夜（夕（防災メール）を 20 通送信，SNS（Facebook）によ方以降，雨が再び強く降り出してきたころ）」「2．7

る発信，防災無線による連絡，広報車による連絡（2月 6 日(金)深夜～7 日(土)未明（河川氾濫のころ）」

台，2 時間程度）を行っている（この時，エリアメー「3．それ以降」「4．覚えていない・わからない」を

ルは別，隣接自治体メールも混在しており，受信者挙げている．

はどこから発信されているかは明確には理解していその結果，「2．7 月 6 日(金)深夜～7 日(土)未明

ない）．しかしながら，雨が強かったためか，防災無（河川氾濫のころ）」までに大雨洪水警報の情報を獲線や広報車の連絡を聞いた人はいなかった．また，得できていない「3.それ以降」を選択した人たちがほぼすべての人がメールでの連絡は受信していたが，173 名（0.6％）おり，要介護者・要支援の必要な方

それにより避難行動を起こした人はいなかった．

のいる世帯では 11 人（３.0％），65 歳以上の方のい避難行動が見られたのは，7 月 6 日 18 時ごろであった．
雨が強くなり，
車を移動する人が現れ始めた．

表 1：大雨特別警報を初めて聞いた時間と世帯類型
1.７月６日
(金)夜
乳幼児
小学生
中学生
高校生
妊産婦
介護・介助
65歳以上
該当なし

245
66.2%
307
70.4%
216
70.6%
221
69.7%
36
63.2%
210
56.8%
1312
59.6%
408
62.4%

2.７月６日
4.覚えて
(金)深夜
3.それ以
いない・わ 合～７日(土) 降
からない
未明
72
8
45
19.5%
2.2%
12.2%
66
8
55
15.1%
1.8%
12.6%
48
3
39
15.7%
1.0%
12.7%
47
8
41
14.8%
2.5%
12.9%
11
0
10
19.3%
0.0%
17.5%
93
11
56
25.1%
3.0%
15.1%
544
75
272
24.7%
3.4%
12.3%
170
4
72
26.0%
0.6%
11.0%

また，満潮・干潮の看板を点検する人もいた．しかしながら，自宅から避難する人はいなかった．

計

21 時 25 分に土砂災害警戒情報が発令され，22 時

370
100.0%
436
100.0%
306
100.0%
317
100.0%
57
100.0%
370
100.0%
2203
100.0%
654
100.0%

57 分には，A 自治体内の山沿いに避難勧告（大雨特別警報による土砂災害警戒のため）が出されている．
23 時頃には地区の消防団に集合がかけられている．
しかしながら，この時点でも自宅から避難する人はいなかった．

出典：岡山県調査結果より，筆者作成- 79 -

本格的な自宅からの避難行動が始まったのは，23

異変に気づき，「そこまで水が見え出したから 2 階

時 30 分ごろであった．総社市のアルミニウム工場へ上がった方が良い」と，夫妻共に起こして，車椅の爆発があり，A 自治体でもその音が響き，家が揺子へ移乗し，奥さんは昇降機で 2 階へ，ご主人は浸れるなどの影響があった．そのことを土砂崩れだと水の結果途中で停電し，昇降機が止まったことから，感じた人たちが地域のコミュニティセンターに避難息子さんが引っ張り上げた（既に 1 階は浸水，30 分を行っている．また，要介護者の Y さんの避難も行程で 1 階はエアコンの下ぐらいまで浸水）．

われている．風水害前には，福祉事業所（介護支援

翌朝には，外は駐車場の屋根ぐらいまで浸水（２専門員，訪問介護員など）が利用者宅を回ることがｍぐらい）した．救助を求め，ご主人が窓から布を通例であったが，当日は雨が強く，福祉事業所も動振るなど，色々と救助要請を行った．119 番にも何ける状況ではなかった．Y さん本人より，A 自治体の度も電話したが，「順番ですから，まっていてくださ窓口に電話があり，自治体職員が現場に駆け付け，

い，必ず行きますから」との返事の繰り返しであっ避難誘導を行っていた．

た（一度，利用している訪問介護員へ連絡をしてい

その後，雨が強くなり，夜間には床下浸水や車 2るが，対応は特になかった）．16 時頃に岡山県警が台の水没，コミュニティセンター周辺地区の浸水が救助に来，ストレッチャーを持参し，2 人ともボーあった．多くの人たちは，夜が明けるまで，浸水のトで避難場所となっている公園まで救助された（息状況が把握できないままであった．

子さん同伴）．その後，救急車で病院へ移動した（18時前ごろに病院到着）．

また，災害時要援護者台帳は事前にＡ自治体が作成したが，地区にはその情報はなく，誰が要支援者

その他，別の市に居住する二人の重度身体障害者か分からない状況であった．ヒアリング調査の結果

P さん，Q さんの動きをみた．一人は通常，介護サーを表 2 に示す．

ビスを受け，一人暮らしで生活を行っている．もう②重度身体障害者 4 名に対するヒアリング調査

一人は，家族と同居し，生活を行っている．

O さん夫妻は，2 階建て一軒家の 1 階部分のほぼ

二人ともに，O さん夫妻と同様に，携帯電話へのすべてに浸水した．
夫妻共に重度の身体障害があり，警報等に関するメール連絡を頻繁に受信していた．

歩行などはできない状況にあった．通常，介護サー

P さんは，自身の利用する訪問介護事業所より，安ビスを受け，生活を行っている．O さんの経過をた否確認の電話を受けている．共に避難行動にはつな

どると，7 月 5 日から行政の防災行政無線の屋外ス

がっていない．

ピーカー，緊急速報メール（エリアメール），コミュ

また，4 名共に，災害時要援護者台帳に登録をし

ニティ FM の屋内受信機，自治体広報車等，SNS，ツた記憶があったが，その情報をもとに連絡がきたこ

イッター，Facebook 等，ホームページ，L アラート，とはなかった．
ヒアリング調査の結果を表 3 に示す．

登録制メール，消防団による呼びかけ，自主防災組③C 自治体の高齢者福祉施設へのヒアリング調査

織による呼びかけなどといった幅広い呼びかけが行

C 自治体では，河川の氾濫により，大きな被害がわれていた．他方で，O さん夫妻が認知した行政かあった．そのうち，2 つの高齢者福祉施設の動きをらの連絡はメールのみであり，その他はテレビによみた．C 自治体では，7 月 5 日から大雨，洪水の警報

る気象庁の発表であった．また，22 時頃に民生委員が出ており，行政は，警戒体制に入っていた．7 月 6さん（隣に住む）が訪問してきたが，特に避難の話

日には，C 自治体内で警戒が続き，午前中から一部にはならなかった．

の地区において避難準備情報や高齢者等避難開始が翌日 7 月 6 日には，15 時ごろから警報の発表等を始まっていた．

テレビで見ていたが，警報の種類などは把握されて両法人が動き出したのは，7 月 6 日の夜になっていなかった．
夜は 1 階でテレビの視聴を続けていた．

からであった．Ｈ施設では，21 時 35 分頃に法人内

7 月 7 日の朝 3 時頃，同居している息子さんが外の施設の状況の確認を電話等により行っている．I 施- 80 -

設では，21 時頃に地域包括支援センターが一人暮ら

7 月 7 日の朝には，H 施設では，一般の避難所としし高齢者（2 名）の施設への誘導を行っている．同て受け入れを開始し，Facebook で情報発信を行って時に，施設職員から施設長（当時施設に不在）とのいる．I 施設においても，訪問介護員が利用者の安電話による確認作業が始まっている．夜間には両施

否確認，地域包括支援センターの高齢者宅訪問や近設に避難者が到着したり，問い合わせがあったりし隣の避難場所訪問が始まっている．

ている．I 施設には，一般の避難場所から要介護の7 月 8 日には，H 施設では，地域包括支援センター

高齢者 1 名の受け入れの連絡を C 自治体から受け，は，登録者全員の安否確認を行い，被害の大きかっ受け入れを行っている．なお，H 施設の施設入居者た隣接地域の現地確認も行っている．H 施設へ避難

並びに I 施設の短期入所利用者の避難行動はなかっ

所開設の要請が C 自治体から行われたのは，7 月 10

た．

日のことであった．
ヒアリング調査の結果を表 4 に示す．

表 2： A 自 治 体 B 地 区 の 動 き※言葉をそのまま起こしている．

表 3： 重 度 身 体 障 害 者 の 動 き※言葉をそのまま起こしている．

- 81 -

表 4： C 自 治 体 の 高 齢 者 福 祉 施 設 の 動 き※言葉をそのまま起こしている．

※地域包括支援センターを包括，居宅介護支援員をケアマネと表記
5.

ように，突発的な災害は，五感を刺激し，恐怖を感まとめ

岡山県調査の分析では，要介護・介助者のいる世じる．しかしながら，豪雨災害は，徐々に雨が降り帯，高齢者世帯では，情報入手が遅い傾向があるこ

積もってくることから，その脅威に気づきにくい．
既存の調査では，岡山県総社市下原地区（今回のとが明らかとなった．
また，各ヒアリング調査では，次のことが明らか

豪雨災害では，総社市の下原地区が大きな被害があとなった．第一に，市町村は，住民に対して避難をったにもかかわらず，犠牲者がいなかったことが注

誘導する情報発信を行っていたが，残念ながら，そ目された）においても，近くのアルミ工場の爆発のの行政からの情報発信は伝わっていない可能性が高後に，避難行動が開始されている（谷山 2019：75）．

い．第二に，情報取得の中心は，テレビ等の気象庁

今回の調査では，A 自治体 B 地区においても，同様の発表（警報や河川水位情報）と，エリア防災メーの爆発の後に，避難行動を起こした人がいる．五感ルなどの携帯電話を通じたものが主であったが，避を揺さぶるような音は，避難行動につながると考え難行動には繋がりにくい傾向があった．第三に，災られる．

害時要援護者台帳はほぼ機能しなかった．第四に，第二に，見えないことである．雨は強く降ってい要支援者の避難は，福祉事業所が関わっていた．しることは皆理解していた．しかしながら，河川が氾かし，その対応は事業所ごとに差があった．第五に，

濫したり，道路が水没するまでには時間がかかり，要介護者など移動に困難を有する人は，避難自体が

特に自宅にいた人は，庭などの周囲が何ともなけれできないこと，また福祉避難所には直接避難できな

ば，その先の河川が氾濫している状況などは見えず，い（一般の避難場所を経由する必要）実態があった．

気が付けば，水はそこまでやってきていたという状

今回の災害において，次の点は特徴的であった．

況であった．夜間であったことが，その状況をさら第一に，豪雨は突発的ではないことである．地震のに悪化させたと考えられる．高齢者が朝まで状況に- 82 -

気づかなかった人が多かった要因は，このような見の課題であろう．
今回の豪雨災害では，総社市の下原地区が大きなえないことと，深夜であったために寝ておられた方被害があったにもかかわらず，犠牲者がいなかったも多かったのではないかと推測される．
特に今回は豪雨災害という特性があったと考えらことが注目された．その背景には，地域の自主防災

れる．
「雨」というと，私たちは「上」から降ってく組織の存在や日頃の助け合いのシステムがあったこると考え，「上」の雨の様子を見る．しかしながら，とが分析されている（谷山 2019：143-148）．しか「上」からの雨ではなく，水害は，どちらかというしながら，全ての地域がそのような体制になることと「下」から浸水してくる（河川が氾濫し，流れては現時点では難しいであろう．現に，その後の続くくる）．このことも，見えにくいことを誘発している

各地の豪雨災害においても，避難行動が見られないと考えられる．

ケースも多い．今後は，既存の災害対策の抜本的なまた，見えないという点について付け加えると，見直しが必要となるであろう．

全ての人が，自宅にいたわけではなく，県外にいた

このようなことから，結果として「避難しなかっ人もいれば，職場で外が見えない場所に居た人もいた人たち」，「避難できない人たち」（情報が入手できた．災害時にどこに居たのかも大きな影響をもたらなかった人，入手できても身体的等で行動できなかすと考えられる．

った人）の両者が存在したが，いずれにしても避難

第三に，外が水没すれば，外に避難できないことである．自然災害では，地域に避難場所や避難所がすることを前提とした災害対策には限界があり，抜本的な災害対策の見直しが必要と考えられる．

設置されるが，地域が水没された場合，外に避難が最後に，今回，生活困窮者というテーマを掲げてできないうえに，外からの救助もできなくなる．そ研究を開始した．多くの方からお話をお伺いしたが，もそも，自然災害は，点（個人）ではなく，面（地

災害対策の中で「生活困窮者」という用語はほとん域）を襲ってくるものであり，周囲の地域住民や支ど聞かれず，途中からヒアリング調査の用語を「要援者たちも被災者となる．地震などのように，一部支援者」に変更し，ヒアリング調査を実施した．こが崩れるのではなく，水害の場合は，全面的に身動のことは，一つの発見でもあった．すなわち，災害

きがとれなくなってしまう．そのことから，支援者対策における「生活困窮者」というカテゴリーはほたちも動きをとりづらかったことが影響しているとぼないという事である．
しかしながら，生活困窮者の中核に「社会的孤立」

考えられる．
障害者たちは，まず一人では逃げられない．事前があると考えると，高齢者福祉施設での聞き取りでに避難場所に行ったとしても，多くは公園や公民館，

挙がってきた地域包括支援センターの地域の高齢者学校などであり，そこではハードの面から生活でき

訪問は，その社会的孤立を災害時に克服する一つのない．すなわち，逃げられない人たちである．現に，手法であると考えられる．また，避難誘導などの際

今回の重度身体障害者に対するヒアリング調査でも，に社会福祉施設が大きな役割を果たしていたことを逃げる場所がないということが強調されていた．そ考えると，社会福祉施設の充実は，災害対策の基本のために，災害時要援護者台帳があるが，その活用ともなることから，平時からの社会福祉施設の整備も円滑ではない実態があった．

は重要と考えられる．

他方で，テレビなどにより事前に警報を受け取り，
事前に避難しようと思えばできた人たちも大勢いた【文献】
・ 谷山宏典（2019）『ドキュメント豪雨災害：西日本豪雨の被災地を訪ねて』山と渓谷社．

と思われる．被害があったかなかったかは別として，多くの人たちは，避難行動に移らなかった．他方で，・ 大門大朗（2020）「近年の福祉避難所に関する動

自治体は多くの手段を用いて，避難行動を促してい向について:阪神・淡路大震災から西日本豪雨にた．このギャップをどのように考えるべきか，今後かけて」『災害と共生』3(2),27-40 頁．

- 83 -

妊娠期から育児期の両親の睡眠と抑うつ･愛着の関連
岡山県立大学保健福祉学部看護学科
池田 理恵【目的】佐藤ら(2013)は、母親の愛着が低いほど虐待傾向が強いことを報告し、Tikotzky(2016)は、母親の愛着に睡眠が影響すると明らかにした。本報告は海外との妊娠期から育児期の両親の睡眠と愛着に関する比較の事
前調査として行い特に父親の愛着と睡眠の関連を明らかにすることを目的とした。
【方法】対象は里帰り出産等の影響の少ない生後 6 か月の子を持つ父親を対象とした。調査方法は自記式質問紙を用いて対象者の属性や家事，育児時間，産後うつ（EPDS），睡眠障害（PSQI），睡眠に影響する因子，児への愛着（PBQ）を調査した。平成 29 年 8 月から平成 30 年 3 月に A 病院にて 1 か月健診のため母親に同行していた
父親に調査主旨を説明し，調査協力の同意を得た。生後 6 か月時に対象者に対して再度質問票を郵送した。
【倫理的配慮】本研究は岡山県立大学の倫理委員会で承認を得たうえで実施した。(受付番号 17-11)【結果】質問票の配布数は 31 名であった。回収数 22 名(回収率 70.9%)であり，22 名(有効回答率 100%)を分析対象とした。平均年齢は 32.4±3.73 歳，全員が職病を有していた。EPDS（産後うつ）の平均得点は 2.2±2.7 点
で，9 点以上の産後うつ疑いを示したのは 1 名(4.5%)であった。父親の育児時間は 1 時間以内が 7 割，家事時間
は 1 時間以内が 82%だった。EPDS と家事時間に強い正の相関が認められた。PSQI による睡眠障害ありは 3 名(13.6％)，なし 19 名(86.4％)で，PSQI と EPDS においてやや強い正の相関がみられた。PSQI と児への愛着（PBQ）
は Factor1（愛着不全），Factor2(拒否と怒り) ，Factor3(児への不安)で正の相関がみられ，睡眠が愛着に響を及ぼす可能性が示唆された。Factor1(愛着不全)と家事時間に相関がみられた。
【考察】生後 6 か月児の父親の睡眠障害に支援を行うことで，愛着形成の促進，育児不安の軽減やうつの予防につながる可能性が示唆された。睡眠のためには仕事，家事，育児負担のバランスが重要で，父親学級等の育児準備教育，育児休暇取得の促進，睡眠不足や疲労に対する生活指導など父親役割獲得の段階に応じた支援を行う必要がある。

情が弱く、かえってイライラしたり、敵意を感じた

1．はじめに佐藤ら(2013)は、乳児健診時に母親の愛着が低いり攻撃したくなるなどの衝撃が出てくるような病理

ほど虐待傾向が強いことを報告している。また、な心理状態を愛着障害(bonding disorder)、あるいBrockington(1996)は、愛着障害は、養育の拒否、ネは愛着不全(bonding failure)と定義し、これらは同

グレクト、虐待へと発展する可能性を含んでいるとじ意味の言葉として使用されている。

報告している。また、北村ら(2013)はボンディング

愛着に影響する要因として、金子ら(2008)は母親

障害は、虐待に影響を及ぼす可能性があると報告しが抑うつ状態にあると、子供へのボンディングが低ている。Klaus&Kenell(1982)は、愛着とは、赤ちゃくなることを明らかにし、下中(2017)は、産後 1 かんとの大人の間にみられる相互の愛情(affection)

月のマターナルボンディングに EPDS 得点、子供のを意味するのではなく、子供たちに対して一方向性

数、主観的な睡眠の質が影響していることを報告しをもった関心および愛情によって、いかに関わり合ている。また、Tikotzky(2016)は、産後 3 か月からえるようになったかという現象を表す用語と定義し産後 18 カ月児を育てる母親のマターナルボンディている。また、Brockington (2011) は、自分の子供

ングに、母親の睡眠や、時間、覚醒時間、覚醒回数

に対して愛情がわかず、世話をし守りたいという感が影響することを明らかにしている。

- 84 -

本研究は父親の産後うつと父親の負担を反映する

えで，調査への協力を依頼した。本研究は、郵送で指標として睡眠障害，疲労に着目した。産後うつが行うため同意を得た上で氏名・住所を記入してもら

リスクファクターとなる愛着障害の実態について確った。本研究は岡山県立大学倫理委員会の承認を得認し，今後の育児支援のための基礎資料にしたいとて行った（受付番号 17-11）。

考え、里帰り出産等の影響の少ない生後 6 か月の子
4．調査内容を持つ父親を対象とすることとした

1) 睡 眠 の 質 :Pittsburgh Sleep Quality Index(PSQI-J)2．目的睡眠の質はピッツバーグ睡眠調査票(PSQI)を用い

生後 6 か月の児をもつ父親の産後うつと睡眠障害，て測定した。睡眠の質、入眠時間、睡眠時間、睡眠疲労，児への愛着の実態を明らかにする。

効率、睡眠困難、眠剤使用、日中覚醒困難の 7 要素
3．研究方法

(0〜3 点)を加算し、合計得点 PSQI(0〜21 点)を算出

1) 研究デザインする。各項目のいずれも、高得点ほど睡眠が障害されていると判断し、合計得点のカットオフポイント

自己記入式質問票による量的調査の手法を用いた
量的縦断研究である。

は 6 点とされている。6−8 点を軽度障害あり、9 点

2) 対象

以上を高度障害ありと判断する。
2) Postnatal Bonding Questionnaire: PBQ

里帰り出産等の影響の少ない生後 6 か月の子を持PBQ は産後の母親から子どもへのボンディングをつ父親を対象とした。

測るための尺度である。日本語版は金子(2010)によ

3) 調査方法
自記式質問紙を用いて対象者の属性や家事，育児って翻訳され、信頼性妥当性が検証されている。25

時間，産後うつ，睡眠障害，睡眠に影響する因子，

項目 6 件法で愛着形成、育児不安、児に対する拒絶児への愛着を調査した。平成 29 年 8 月から平成 30や怒りの感情、虐待リスクの 4 因子により構成され

年 3 月に A 病院にて 1 か月健診のため母親に同行しる自記式質問票で、国際的にも広く普及されている。

ていた父親に研究者から調査主旨を説明し，調査協

3) 産後うつ力の同意を得た。生後 6 か月時に対象者に対して再エジンバラ産後うつ自己評価表とは、産後うつの度質問票を郵送した。1 か月健診時に父親が同行しスクリーニングを目的として Cox ら(1987)によってていない場合，母親に対し父親へ調査票を渡しても開発された尺度である。産後うつのスクリーニング

らうよう依頼して郵送で回収した。

ツールとして国際的に広く普及、活用されている。

質問内容は，対象者の基本属性(年齢，職業の有無，

EPDS は産後うつを診断するものではなく、スクリー

育児休業取得の有無，配偶者の有無，家族構成，うニングに使用するものであり、臨床診断によって産つ病の既往の有無，妻の産後うつの既往の有無，世後うつは診断される。10 項目 4 件法で構成される自帯収入，経済的ゆとり，家族の精神疾患の既往の有記式質問票であり、合計得点は 30 点となり、9 点以無等)，産後うつ(EPDS)，睡眠障害(PSQI)，愛着障害

上は抑うつ傾向が高いとされている。

(PBQ；全項目を 4 個の Factor に分けて評価)，疲労
5．分析方法度についてである。

記述統計を行い、2 群間の平均値の比較には t 検4)倫理的配慮
対象者には「調査への協力は，自由意志であり，定、カテゴリカルデータの検定にはカイ二乗検定を不参加による不利益を被ることがない」，「データは用いた。ISQI、PBQ、EPDS、家事や育児に費やす時間

統計的に処理される」，「質問紙は研究終了後にシュについて相関があるか確認した。

レッダーにかけて処分する」等を書面で説明したう- 85 -

6．結果

8 名(36.4%)であった。

1)対象者 配布数は 31 名、回収数 22 名(回収率(2）睡眠障害の有無と睡眠関連因子
PSQI 得点が cutoff 値 5.5 点以上で添い寝をして70.9%)であり，22 名(有効回答率 100%)を分析対象といる対象者は 3 名(13.6％)，していない対象者は 0した。
平均年齢は 32.4±3.73(平均±SD)歳で、職業は 22名(0％)であった。cutoff 値 5.5 点未満で添い寝を

名全員ありと回答していた。世帯年収は「200〜400

している対象者は 10 名(45.5％)，していない対象

万」が 3 名(13.6％)，「400 万円以上」
が 19 名(86.4％)

者は 9 名(40.9％)であった。cutoff 値 5.5 点以上でであった。家族形態では，「核家族」が 21 名(95.5％)

児の夜泣きがある対象者は 2 名(9.1％)，ない対象であった。精神疾患の有無に関しては，「なし」と回者は 1 名(4.5％)であった。cutoff 値 5.5 点未満で答した人が 22 名(100％)であった。夫婦関係に関し

児の夜泣きがある対象者は 8 名(36.3％)，ない対象ては，「とても満足している」が 17 名(77.3％)，「少者は 11 名(50％)であった。cutoff 値 5.5 以上で睡し満足している」が 5 名(22.7％)，「あまり満足して眠の質が良いと回答している対象者は 1 名(4.5％)，

いない」
が 0 名(0％)，
「満足していない」
が 0 名(0％)

悪いと回答している対象者は 2 名(9.1％)，cutoffであった。

値 5.5 点未満で睡眠の質が良いと回答している対象

生後 6 ヶ月の児をもつ父親の育児時間は 1 時間以

者は 15 名(68.2％)，悪いと回答している対象者は 4

内が 7 割であった。家事時間は 1 時間以内が 82%だ

名(18.2％)であった。cutoff 値 5.5 点以上で疲労度った。

が平均 6.1 点以上の対象者は 2 名(9.1％)，平均 6.1

2)EPDS 得点未満の対象者は 1 名(4.5％)であった。
cutoff 値 5.5(1）22 名の概要

点未満で平均 6.1 点以上の対象者は 9 名(40.9％)，

EPDS による産後うつの平均得点は 2.2±2.7(平均

平均 6.1 点未満の対象者は 10 名(45.5％)であった。

±SD)点でそのうち cutoff 値 9 点以上を示す人は 1

cutoff 値 5.5 点以上で EPDS が cutoff 値 9 点以上の名(4.5%)であった。

対象者は 0 名(0％)，9 点未満の対象者は 3 名(2）産後うつの疑いのある対象者の特性(13.6％)であった。cutoff 値 5.5 点未満で EPDS が9 点以上の対象者は 1 名(4.5％)，9 点未満の対象者

EPDS 得点 9 点以上の対象者に特異的な特徴は認められなかった。

は 18 名(81.8％) であった。cutoff 値 5.5 点以上で(3）EPDS と産後 6 か月の家事時間・育児時間・疲労

Factor1 が cutoff 値 12 点以上の対象者は 3 名

度(10.3％)，12 点未満の対象者は 9 名(31.0％)であっ

EPDS と家事時間の相関は r=0.547 で 0.4＜｜r｜た。cutoff 値 5.5 点未満で 12 点以上の対象者は 2≦0.7 の範囲内であるため，正のやや強い相関が認名(6.9％)，12 点未満の対象者は 11 名(37.9％)であめられた。EPDS と育児時間の相関は r=0.031 で 0.2った。cutoff 値 5.5 点以上で Factor2 が cutoff 値＜｜r｜≦0.4 の範囲外であるため，相関は認められ

13 点以上の対象者は 0 名(0％)，13 点未満の対象者なかった。疲労度は r=0.122 であり，相関は認めら

は 12 名(41.4％)であった。cutoff 値 5.5 点未満でれなかった。

13 点以上の対象者は 1 名(3.5％)，13 点未満の対象

3)PSQI 得点

者は 12 名(41.4％)であった。cutoff 値 5.5 点以上（1）22 名の概要

で Factor3 が cutoff 値 10 点以上の対象者は 0 名

PSQI 得点の平均は 3.5±2.2 (平均±SD)点で，(0％)，
10 点未満の対象者は 12 名(41.4％)であった。

cutoff 値 5.5 点以上(睡眠障害あり)の対象者は 3 名

cutoff 値 5.5 点未満で 10 点以上の対象者は 0 名(13.6％)，5.5 点未満(睡眠障害なし)の対象者は 19(0％)，
10 点未満の対象者は 13 名(44.8％)であった。

名(86.4％)であった。夜間睡眠中の中途覚醒の理由

cutoff 値 5.5 点以上で Factor4 が cutoff 値 3 点以は「児の世話のため」8 名(36.4%)，「トイレのため」

上の対象者は 0 名(0％)，3 点未満の対象者は 12 名

- 86 -

(41.4％)であった。cutoff 値 5.5 点未満で 3 点以上0.2＜｜r｜≦0.4 の範囲内であるため低い負の相関の対象者は 0 名(0％)，12 点未満の対象者は 13 名が認められた。Factor2、Factor3 と家事時間の相関(44.8％)であった。

は認められなかった。Factor1、Factor2 と育児時間

4）疲労の相関は認められなかった。

（1）22 名の特性

6）睡眠障害(PSQI 得点)と疲労，EPDS 得点，PBQ 得

疲労度の平均は 6.1±2.8(平均±SD)点であった。

点(1）PSQI と疲労の相関

VAS には cutoff 値が制定されていないため，平均値

PSQI と疲労に相関は見られなかった。

6.1 点を cutoff 値とした。cutoff 値 6.1 点以上の(2）PSQI と EPDS の相関

対象者は 11 名(50％)，6.1 点未満の対象者 11 名

PSQI と EPDS の相関係数は r=0.429 であり，0.4<(50％)であった。

｜r｜≦0.7 の範囲内であるためやや強い正の相関（2）疲労度と産後 6 か月の家事時間・育児時間が認められた。

疲労度と，産後 6 か月の家事時間・育児時間につ(3）PSQI と PBQ の相関

いて分析した。疲労度が平均 6.1 点未満の対象者で家事時間が「0 分」が 0(0％)，
「3 分以内」が 6 名

PSQI と Factor1 から Factor4 の相関を検討した。

(27.2％)，「30 分から 1 時間」が 4 名(18.1％)，「1

相関が認められたのは，Factor1(愛着不全) r=0.429，

から 2 時間以内」が 1 名(4.5％)，「2 時間以上」がFactor2(拒否と怒り) r=0.392， Factor3(児への不0 名(0％)であった。6.1 点以上の対象者で家事時間

安) r=0.365 であり弱い正の相関が認められた。

が「0 分」が 2 名(9.1％)，「30 分以内」が 6 名(27.2％)，「30 分から 1 時間」が 2 名(9.1％)，
「1

7．考察

から 2 時間以内」が 1 名(4.5％)，「2 時間以上」が1）対象者の特性

0 名(0％)であった。疲労度が平均 6.1 点未満の対対象者の職業の有無に着目すると，対象者全員が象者で育児時間が「0 分」が 0 名(0％)，
「30 分以「あり」と答え，世帯収入「200 万円未満」に該当す

内」が 2 名(9.1％)，「30 分から 1 時間」が 7 名

る者はいなかった。厚生労働省調べ 1)によると，日(31.8％)，「1 から 2 時間以内」が 2 名(9.1％)，「2

本の 2019 年の世帯年収平均額は 560.2 万円であり，時間以上」が 0 名(0％)であった。6.1 点以上の対中央値は 442 万円である。周(2019)2)によると児童象者で育児時間が「0 分」が 1 名(4.5％)，「30 分以虐待が発生する背景には母親の病理的要因のみなら内」が 1 名(4.5％)，「30 分から 1 時間」が 5 名ず，経済環境と社会環境も影響しているが、今回の(22.7％)，「1 から 2 時間以内」が 3(13.6％)，「2

調査対象者の中に貧困層に該当する者はいなかった。

時間以上」が 1 名(4.5％)であった。

このことは本研究の対象者のバイアスとして意識し

5）PBQ 得点

なければならない。

(1）22 名の概要
Factor1(impaired

育児休業は 1 名(4.5％)が取得しており，日本にbonding: 愛 着 不 全 ) ，おける平成 30 年度の男性の育児休業取得率はFactor2(rejection and anger: 拒 否 と 怒 り ) ，

6.16％であった 1)。中村ら(2016)3)の報告では，63 名

Factor3(anxiety about care: 児 へ の 不 安 ) ，

中育児休業を取得したい父親は 29 名いたが，実際Factor4(risk of abuse:虐待リスク)のいづれの取得した父親は 16 名であった。取得した休暇期間

cutoff 値を上回った者はいなかった。

で最も多かったのは「出産当日」6 名，「出産から 1

（2）PBQ と産後 6 か月の家事時間・育児時間

週間」「出産から 1 カ月」が各 5 名で，自営業で休暇

Factor1 と家事時間の相関はｒ=0.252 で 0.2＜｜が取れた父親は 1 名であった。育児休業を取得しや

r｜≦0.4 の範囲内であるため低い正の相関が認めすいと答えた父親は 19 名，その理由は「会社の理解られた。Factor3 と育児時間の相関は r=−0.229 でがある」「上司の理解がある」，
取得しにくいは 41 名，- 87 -

「会社の理解がない」「代わりがいない」「仕事へのと考えた。家事に多くの時間を費やしている父親に支障」が理由であった。このように，現在，日本では，父親の頑張りを認め，労うとともに，精神的健は育児休業取得を推奨しているが，実際には上記の康や家族関係について観察する必要がある。

理由により取得できない環境があり，伴って育児時

3)PSQI 得点

間も十分に確保できていないと考えられる。
さらに，

PSQI 得点 cutoff 値 5.5 点以上の睡眠障害と疑われ

4)

千葉(1996) によると日本の父親の子育てへの関わる者が 3 名(13.6%)であり，阿倍野ら(2019)によると

りは韓国，タイ，アメリカ，イギリス，スウェーデ

生後 3〜4 カ月の児をもつ父親で睡眠障害が疑われンの 6 か国の中で最も弱いとされている。本研究でる者は 23 名中 10 名であり 43.5％であった。3，4 かも，育児時間，家事時間ともに 1 時間以内であり，

月児の父親に比べ，6 か月児の父親は睡眠障害の者

父親の関わりが少ない傾向があった。

が減少している。乳児は生後 4 か月を越えると，授対象者は全員核家族であった。板東ら(2012)5)は，乳間隔が 3 時間から 4 時間に伸び，深夜は熟睡する

核家族では子どもが多くても親に頼ることが少なくようになる。本研究においても中途覚醒の理由は児育児に負担がかかっていると述べている。本研究のの世話が多く，父親の睡眠障害が改善されたのは，対象者も同様に，両親にかかる育児時間や親役割が夜間の乳児の世話の頻度が少なくなったためと考え増大している可能性がある。

られる。

2)EPDS 得点

4)疲労疲労得点 cutoff 値 6.1 点以上の者が 11 名(50.0%)

EPDS9 点以上に該当する者は 1 名(4.5％)であった。対象者数は 22 名と数は少ないが，4.5%が産後うと，半数を占めた。

つ疑いの状態にあることは，母親の約 10%に産後う

5)PBQ

6）

つが見られること と比較し，母親と同様に、父親

Factor 間の相関関係はなく，Factor1(愛着不全)がにうつ症状があり、父親にも産後うつのリスクが存

高値の人が，Factor2(拒否と怒り)，Factor3(児への在することが裏付けられた。産後うつ疑いの父親に不安)，Factor4(虐待リスク)が高いわけではなかっ

特異的な背景は見当たらず，産後うつのリスク要因

た。

だけに着目していては父親の産後うつを見落とす可

6)睡眠障害と疲労，EPDS，PBQ

能性がある。父親の精神的支援の一環として外来で(1）PSQI と疲労の産後うつスクリーニングを父親対象に使用するこPSQI と疲労には相関は認められなかった。児の成長とや，母親への問診で夫・家族に精神疾患の既往のとともに夜間睡眠時間が増え，父親の睡眠障害も改有無を調査するなど父親に対する支援策を検討する善されたが，疲労はいまだ，5 割の者が強く感じて必要がある。

いた。
(2）PSQI と EPDSEPDS 得点と家事時間・育児時間・疲労度を分析し

PSQI 得点と EPDS 得点の間には，やや強い正の相関た結果，EPDS と家事時間は r=0.547 であり，やや強7)

い相関が認められた。保野ら(1995) によると熱中が認められたため，睡眠障害と父親の産後うつには性，徹底性，几帳面などを特徴とするうつ親和性性

関連があると考えられる。睡眠不足や睡眠障害が長格と，達成動機が極めて高い，時間的な切迫感が強期間持続すると，生活習慣病やうつ病などになりやいなどを行動特性とするタイプ A 行動者・これと逆すくなることが知られており，本研究の結果も，先の行動特性であるタイプ B との関連を検討した結果，行研究の結果と一致していた。6 か月の児を持つ父

タイプ A 行動者の方がうつ親和性性格得点は有意に親の睡眠障害は軽減していたが，4 か月までは高い値を示した。
本研究では家事時間が長い人ほど，

43.5％が睡眠障害であったという報告もあり，乳児

EPDS 得点が高く，家事をおざなりにせず，時間をか期の早い時期には，父親の睡眠障害へのアプローチ

ける人ほど，抑うつのリスクが高まるのではないか

が産後うつ防止に効果がある可能性がある。

- 88 -

7)睡眠障害に対して支援を行うことで，愛着形成の(3）PSQI と PBQ促進，育児不安の軽減やうつの予防につながると考睡眠障害である人ほど愛着不全であるというやや強い正の相関があった。夜間睡眠中の中途覚醒の理える。

由として「児の世話のため」「トイレのため」を挙げ

8)対象者の半数が強くが疲労を感じていた。

ている人が多く，睡眠障害の一因となっている可能9)Factor1(愛着不全)と家事時間に相関がみられた。

性がある。児に関わることは児への愛着を高めると10)仕事，家事，育児負担のバランスが重要であり，考えられるが，夜間の睡眠が障害されることは愛着

父親学級等の育児準備教育，育児休暇取得の促進，不全に関係していた。睡眠障害が 6 か月になっても睡眠不足や疲労に対する生活指導など父親役割獲得

改善しない場合は，睡眠改善のための保健指導を実の段階に応じた支援を行う必要がある。

施することを考慮する。
文献(4）育児期の父親への支援

1) 厚生労働省，国民生活基礎調査の概況

PSQI と EPDS，PBQ にそれぞれ相関がみられた。睡眠障害のある人ほどうつ傾向になりやすく，睡眠障

https://www.mhlw.go.jp/toukei/saikin/hw/k-

害のある人ほど愛着不全になりやすい。また高橋ら

tyosa/k-tyosa17/dl/03.pdf (2019 年 12 月 5 日)

(2011)は，産後の児への愛着形成に関連する要因は

2)周燕飛(2019)．母親による児童虐待の発生要因に変化するが，各時期に適切なケアや支援を行うこと関する実証分析．医療と社会，29(1)，119-133．

が先に続く児への愛着に繋がると述べている。
仕事，

3)中村朋子，斎藤充子，田邊康恵ら(2016)．男性が家事，育児負担のバランスが重要であり，父親学級

考える父親の育児支援の研究．
母性衛生，
57(3)，
266．

等の育児準備教育，育児休暇取得の促進，睡眠不足

4)千葉聡子(1996)．国際比較調査からみた日本の父や疲労に対する生活指導など父親役割獲得の段階に親の子育ての現状と問題点．教育学部紀要 文教大

応じた支援を行う必要があると考える。

学教育学部，30，139-150．
5)板東正己，平澤久一，田中静枝，津島和美( 2012)．
パタニティーブルーの精神的・心理的視点 我が児

8.結論の誕生に伴う父親の心理的動揺と変化に関する実態

本研究は，育児期の父親の産後うつと睡眠障害，
疲労，児への愛着の実態を明らかにすることを目的

調査．関西医療大学紀要，6，139-146．

に，生後 6 か月の子どもをもつ父親を対象に産後う

6)岡野禎治(2009)．産後うつ病と育児支援．精神経つと睡眠障害，疲労，児への愛着を測定する自記式

誌，111(4)，432-439．

質問紙法を実施した。得られた結果は以下である。

7)保野孝弘，島田修，宮田洋(1995)．大学生におけ

1)産後うつ疑いのある対象者は 1 名(4.5％)で，そる TypeA・B 行動特性とうつ状態との関連．川崎医療の背景に特別な要因は認められなかった。

福祉学会誌，5(2)，187-190．

2)EPDS と家事時間に強い正の相関が認められた。
3)PSQI で睡眠障害あり 3 名(13.6％)，なし 19 名
(86.4％)であった。
4)PSQI と疲労において相関はみられなかった。
5)PSQI と EPDS においてやや強い正の相関がみられた。
6)PSQI と PBQ における Facyor1(愛着不全)においてやや強い、Factor2(拒否と怒り) 、Factor3(児への不安)において低い正の相関がみられた。
愛着形成において睡眠が影響を及ぼす可能性が示唆された。

- 89 -

機械学習を用いた熱可塑性炭素繊維強化プラスチック溶着接合の強度・品質予測
岡山県立大学
金崎真人
本研究ではプロセス後の強度・品質評価の難しい炭素繊維強化熱可塑性樹脂の溶着接合において，使用する材料や寸法，成形条件などを説明変数とし，成形した試験片の強度あるいは品質（試験片からの樹脂流出などの不整の量）を目的変数とした，多変量解析や機械学習といった統計的な整理手法での品質予測方法の模索・構築を目的とする．初年度では，機械学習の予測に用いる試験片を作製するための環境の構築，小型の試験片を用いて従来手法と同様の結果を得られるような試験方法の模索を行なった．これらの検討を通して、少ない材料で大量に試験片を作製でき，機械学習のデータ取得を容易にする実験手法の確立を目指した．この結果，
試験片長手寸法を従来試験法の半分としても従来通りの実験結果が得られることが明らかとなった．また，試験片を作製するための環境を構築できた．

1. 緒言

方法を用いて既存試験法の試験治具を使用しつつ試

炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合材料（以下 CFRTP）

験片長さと強度・破壊形態の変化を評価した．そのは，熱融着が可能という利点があるが，繊維と樹脂

うえで，短い試験片を模擬した試験片でも規格と同の組み合わせが多様であり．よって最適な条件も異等の試験が実施可能か検討した．

なる．そこで，新しい系においても強度・品質予測ができる可能性のある方法として機械学習の適用が考えられる．しかし，機械学習の為には試験片を多く作製する必要がある．その解決策として，試験片長さの短い試験片の作製が考えられる．
比較的小さな試験片で CFRTP の熱融着を行った(a) In order to perform tests using short test specimen and面の強度できる評価方法に，目違い切欠き圧縮試験という手法がある

1,2)．短冊形状試験片の中央部に，

evaluate its validity in test method for interlaminar shear

両表面から並行で互い違いに厚さの半分以上の深さ

strength by double-notch specimen, it is necessary toとなる切込みを入れた試験片を用いる（Fig.1（a）
左）prepare fixtures corresponding to the length.

ことで試験片の層間せん断強さを試験片の圧縮により求める方法である．圧縮試験を行う際は，試験片の面外変形を防ぐため治具を用いる．この試験の標準試験片長さは 78mm である．ここで，より短い試
験片長さで既存試験法と同様の結果を得ることができれば，より大量の試験片を作製し，データ数を増やすことができると考えられる．一方，短くした試
験片長さに合わせて治具の寸法も変更する必要があ(b) To model the short specimen, authors changed

り，適した全長が不明な段階で個々に治具を準備す

double-notch position.

るのは難しい（Fig.1(a)）．

Fig.1 Schematic diagram of double-notch position tomodel short specimen

そこで，本試験では切欠き位置を変えることで短い試験片を模擬する方法を考えた（Fig.1(b））．この- 90 -

2. 材料および実験方法

3. 実験結果及び考察

2.1 目違い切欠き圧縮試験片の作製方法 一方向セ
ミプレグシートを積層することで 2 種類の積層板（[0]96 および[0/90]24S）を作製した．ここで，このセミプレグシートは炭素繊維（㈱東レ T700SC）ならびにポリアミド 6（polyamide 6，以降 PA6）から成り，繊維体積含有率は 54%である．また，積層板の成形にはホットプレスを用い，圧力 1.5 MPa，温度
240 ℃で 30 min 保持したのち徐冷した．このとき，Fig.2 に示すシアエッジ金型を用いて繊維体積含有率の変化を可能な限り抑えた．試験片寸法は長さ 80mm，幅約 13 mm となるように切り出し，自作治具を用いて板厚 ℎ⁄2となるよう切欠きを導入した．板
厚は約 4mm，切欠き間隔は約 6.6 mm，切欠き幅は約 0.9mm とした．

Fig.2 に式(2)により得られた各積層構成における各試験片長さの層間せん断強さを示す．Fig.2 より，各積層構成において，層間せん断強さは Lx によらず
ほぼ一定であった．
Fig.4 および Fig.5 に代表するように，[0]96の積層構成を持つ試験片では，上下切欠き底部からき裂が始まり，それぞれのき裂が直線的に進展した．その後，それぞれのき裂の先端が近づいた時，その付近にある炭素繊維がせん断力により破断しき裂が繋がったと考えられる．以上の破壊形態は Lx にかかわらず，どの試験片も同様であった．
Fig.6 および Fig.7 に代表するように，[0/90]24S の積層構成を持つ試験片では，上下切欠き底部からき裂が始まっていることがわかった．また，き裂起点部の炭素繊維に樹脂が付着していなかったことから，
き裂は中央の樹脂層と炭素繊維層の層間から始まったと考えられる．き裂には炭素繊維層に沿って直線

Fig.2 Schematic diagram of shear-edge mold prepared tomold CFRTP laminates without washing out the fibers

的に進むものと，樹脂層内を斜めに進んでいるもの

2.2 短い試験片の模擬 1 章に述べたように，本検討では試験片長さを変えずに短い試験片を模擬する
ために，切り欠き位置を移動させる．試験片下端から切欠き位置までの距離𝑙𝑙𝑥𝑥 は式(1)により求めた．

脂層内で繋がっていた．以上の破壊形態は Lx にかか
以上から，どの試験片でも本試験法における層間
せん断強さが得られたと言える．また，同じ積層構
成であれば層間せん断強さ，破壊形態はどちらも Lx(1)によらずほぼ同じ値，形態を示した．

ここで，𝐿𝐿𝑥𝑥 は模擬する試験片長さ，𝑙𝑙は切欠き間隔，
w は切欠き幅を表す．Lx は 40 mm，60 mm，80 mmの 3 通りとした．
2.3 目違い切欠き圧縮試験 JIS K 7076 に規定する
A 法用のジグおよび L 形台座を用いて，油圧サーボ
式強度試験機（EHF-EB50KN-10L，(株)島津製作所）
により試験を行った．試験速度は 1 mm/min，試験治具のボルトの締め付けトルクは 0.1 Nm とした．
試験
片本数は 1 条件あたり 5 本とした．層間せん断強さ𝜏𝜏𝑐𝑐 は以下の式(2)を用いて計算した．
𝐹𝐹𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
𝜏𝜏𝑐𝑐 =
𝑏𝑏𝑏𝑏

100

100

a

Interlaminar shear strength τc [MPa]

𝐿𝐿𝑥𝑥 𝑙𝑙− − 𝑤𝑤
2 2

わらず，どの試験片も同様であった．

Interlaminar shear strength τc [MPa]𝑙𝑙𝑥𝑥 =があり，上下切欠き底部から入ったき裂は中央の樹

50

0

40

60

80

b

50

0

40

60

80

Test pieces length L x [mm]Test pieces length L x [mm](a) [0]96(b) [0/90]24S

Fig.3 Relationship between interlaminar shear strengthand test peace length Lx(2)

ここで𝐹𝐹𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 は最大荷重, 𝑏𝑏は試験片の幅，𝑙𝑙は切欠き間隔を表す．

- 91 -

4. 結言本試験では，
試験片を大量に作製することを目標に試験片長さの短縮を模擬するため，試験片下端から切欠き位置までの距離を変えて目違い切り欠き圧縮試験を行い，層間せん断強度と破面観察による比較を行った．[0]96，[0/90]24S どちらの積層構成においても Lx40 と Lx80 の層間せん断強さに大きな差異がなかった．さらに，破断部の断面観察により，すべての積層構成の試験片で層間から破壊が始まっているこ

Fig.4 Cross section of Lx80 in [0]96とが分かり，Lx の違いによらず[0]96，[0/90]24S ごとに破壊形態が同様であったので，本試験法における層間せん断強さを得ることができた．
以上の結果から，少なくとも本研究に用いた
CF/PA6 積層板においては，機械学習に用いるための多くの試験片を作製するのに適した全長 40mm の試
験片を作製し，試験を行っても問題ないということが実験的に示された．
謝辞

Fig.5 Cross section of Lx40 in [0]96

本研究をご支援いただいたウエスコ学術振興財団に深く感謝いたします．
参考文献
1)

JIS K 7092 (2005).

2)

CF/PA6 積層板内の熱融着による層間はく離修
復部に対する実験的強度評価手法の提案，金崎真人，田中基嗣，斉藤博嗣，鵜澤潔，北條正樹，金原勲，材料システム，34，pp.29-33，2016．

3)

Fig.6 Cross section of Lx80 in [0/90]24S

Effects of Repair Temperature and Duration in
Thermal Fusion Bonding on Interlaminar Shear
Strength of Delaminated CF/PA6 Laminates，T.
Ueda, T. Matsumoto, M. Kanesaki, H. Saito, K.
Uzawa, I. Kimpa ， Advanced Experimental
Mechanics，3，pp.147-151，2018．

Fig.7 Cross section of Lx40 in [0/90]24S- 92 -

電力システムに対するスケーラブル制御器の開発
岡山県立大学 情報工学部 情報システム工学科
泉 晋作（概要）本研究では，電力システムのスケーラブル制御（システムの規模に依存しないような制御）について検討する．具体的には，すべての発電機の制御器が「同じ」であるという制約のもとでの制御を考える．スケー
ラブル制御においては，1 つの制御器を設計するだけで全発電機の制御器が設計できるため，大規模な電力シ
ステムの制御器設計を効率よく行うことが可能となる．本研究では，フィードバック系の安定性を保証し，かつ良好な時間応答を実現するスケーラブル制御器の開発に取り組んだ．そして，発電機の制動力に着目したス
ケーラブル制御器を提案するとともに，結果として得られるフィードバック系の安定性を証明した．加えて，フィードバック系の時間応答に関する性能を向上させるための制御ゲインの設計法を提案した．これらの結果の有効性は，計算機シミュレーションにより示した．

1 はじめに問題になると考えられる．

電力システムの制御は，制御工学や電力工学の分

そこで本研究では，電力システムの「スケーラブ

野において古くから盛んに研究されている．
これは，ル制御」を考える．具体的には，すべての発電機の電力が我々の生活に欠かせないものであり，その安制御器が「同じ」であるという制約のもとで，電力定供給が強く望まれているためである．また，最近システムの制御を考える．このスケーラブル制御にでは，環境問題への対応として再生可能エネルギー

おいては，1 つの制御器を設計するだけで全発電機の導入が急速に進められているが，こうしたエネルの制御器が設計できるため，制御器設計に要する時

ギーの導入は電力システムの運用を困難にすること

間と労力を大幅に削減できる．

が知られている．この問題を解決するための鍵とし

本研究では，フィードバック系の安定性の保証とて，電力システムの制御は今後ますます重要な研究

良好な時間応答の実現を目的としたスケーラブル制

課題になると予想される．

御器の開発に取り組んだ．そして，そのようなスケ

電力システムの制御に関するこれまでの研究の多ーラブル制御器の 1 つを明らかにするとともに，そくは，各発電機の制御器を「個別に」設計することの制御ゲインの設計法を考案した．この成果は，国を前提としていた．しかし，この方法では，対象の際会議 1),2)に採択されるとともに国内学会 3)で発表

電力システムが大規模な場合，制御器設計に多大なしている（文献番号は 5 のものに対応）．

時間と労力が必要となる．たとえば，[Dysko et al.,2 問題設定IEEE Trans. Power Syst., 2010] で提案された方法

𝑛𝑛台の発電機で構成される電力システムを考える．

を 100 台の発電機（すなわち，100 個の制御器）を持つ電力システムに適用すると，
1) 制御器 1 を設計

ただし，各発電機には制御器が備えられているとし，する，2) 制御器 1 を考慮して制御器 2 を設計する，制御器の構造は全発電機で同じであると仮定する．

3)…100) 制御器1～99 を考慮して制御器100を設計

このような制御器をスケーラブル制御器とよぶ．

する，という 100 もの手順が必要になってしまう．

このとき，本研究では，つぎの問題を考える．

電力システムは一般に大規模であることに加え，再問題 1 以下の(a),(b)を満たすスケーラブル制御器

生可能エネルギーの導入によって今後その規模はさを求めよ．

らに拡大すると予想されるため，このことは大きな(a) フィードバック系の安定性を保証する．
- 93 -

2(b) 元の（すなわち，制御していない）システムに

1

比べて良好な時間応答を実現する．

0

この問題の解法として，よく知られた線形状態フィードバック制御を直接用いることが考えられるが，

-1
0

2

4

6

8

この方法で解を得ることはできない．実際，𝑛𝑛台の図 1 発電機 1 から 3 に対する位相角の時間応答

発電機すべてを1つの制御対象と考えてフィードバ
ックゲインを設計すると，得られるゲイン行列の要素は一般にすべて異なるため，全制御器が同じとい1.2

う制約は満たされない．この点に，スケーラブル制

1

御の難しさがある．

0.8
0

2

4

6

8

3 研究成果図 2 ある状態変数の時間応答

本研究では，問題 1 を検討することにより以下の成果を得た．ここで，3.1，3.2 の内容はそれぞれ問題 1 の(a),(b)に対応する．

た．制御器がすべて同じであるにもかかわらず，

3.1 スケーラブル制御器の提案

𝛿𝛿𝑖𝑖 (𝑡𝑡) (𝑖𝑖 = 1,2,3)はある値に収束しており，フィードバック系が安定化されていることがわかる．

2 で述べたように，線形状態フィードバック制御による単純な方法では，問題 1 を解くことはできな

3.2 制御ゲインの設計

い．そこで本研究では，発電機の特性として知られ

つぎに，フィードバック系の時間応答に関する性る制動力（発電機の動揺を抑える力）に着目し，そ能を向上させるための制御ゲインの設計法を検討しれを活かす制御器を考えた．具体的には，た．このために，時間応答と制御にかかるコストを評価する指標として，フィードバック系の安定状態（正の制御ゲイン）×（発電機電圧の位相角速度）からの偏差と制御入力の二次形式で表される評価関を出力する制御器を提案した．これは，各発電機の数を考え，評価関数と制御ゲインの関係式を導出し制動力を強化する働きを持ち，制御ゲインをすべてた．そして，得られた関係式に基づき，評価関数のの制御器で共通にすることにより，スケーラブル制

値を小さくする制御ゲインの設計法を提案した．

御器となる．

提案した設計法の有効性を検証するために，3.1

提案制御器によるフィードバック系の安定性を示で扱ったものと同じ電力システムに対して計算機シすために，電力システムのエネルギーと非線形制御

ミュレーションを行った．結果の一例として，ある理論に基づく安定性解析を行った．その結果，すべ状態変数𝑥𝑥1 (𝑡𝑡)の時間応答を示したものが図 2 であての（正の）制御ゲインの値に対して，元の電力シる．ここで，𝑘𝑘が制御ゲインを表しており，𝑘𝑘 ≔ 0がステムの安定性が保存されることを証明した．すな

制御を行わない場合，𝑘𝑘 ≔ 5が時間応答を考慮せずにゲインを設定した場合，𝑘𝑘 ≔ 𝑘𝑘𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 が提案法によっ

わち，元の電力システムが安定であれば，提案制御器によって，その安定性が保持される．

てゲインを設計した場合（この例では，𝑘𝑘 ≔ 0.91）

この結果の有効性を検証するために，𝑛𝑛 ≔ 3のあに対応する．図 2 より，提案法を用いたときの𝑥𝑥1 (𝑡𝑡)

る電力システムに対して計算機シミュレーションをが最も早く収束していることが確認できる．

行った．結果の一例として，発電機 1 から 3 に対する位相角𝛿𝛿𝑖𝑖 (𝑡𝑡) (𝑖𝑖 = 1,2,3)の時間応答を示したもの

4 おわりにが図 1 である．ここで，制御ゲインの値は 0.1 とし本研究では，電力システムを対象に，スケーラブ- 94 -

ル制御器の開発に取り組んだ．各発電機の制動力を強化するというアイデアによって，スケーラブル制
御器の 1 つを提案するとともに，フィードバック系の安定性に対する理論的保証を与えた．さらに，時間応答と制御にかかるコストに基づく評価関数を導入し，それを小さくするような制御ゲインの設計法を与えた．これらの結果の有効性は，計算機シミュ
レーションにより検証した．本研究の成果は，大規模な電力システムの制御器設計にかかる時間と労力の削減につながると期待される．
5 発表論文1) S. Izumi, K. Nishijima, and X. Xin: Design of

Scalable Controllers for Power Systems,
Proceedings of the 21st World Congress ofInternational

FederationofAutomatic

Control (IFAC2020), to appear2) S. Izumi, K. Nishijima, and X. Xin: Scalable

Control of Power Networks, Proceedings of the2019 International Symposium on Nonlinear
Theory and Its Applications (NOLTA2019), pp.
517-518 (2019)3) 泉晋作，西島健祐，忻欣：電力システムのスケ
ーラブル制御，第 62 回自動制御連合講演会予稿
集，2A2-02 (2019)- 95 -

バグ報告の記述及びソースコードの表現方法が自動不具合箇所特定手法の性能に及ぼす影響についての比較評価
岡山県立大学 情報工学部 情報システム工学科
天㟢 聡介
ソフトウェアのデバッグ作業は労働集約的で非常に時間がかかる．作業に要する時間の削減を目的として，
バグ報告からその原因となる部分を自動で特定する手法が研究されている．その多くは情報検索技術を用いており，入力されたバグ報告とモジュールの記述の類似度に基づいてモジュールを疑わしい順に整列する．類似度の計算では記述をベクトル化する必要がある．
多くの手法ではベクトル化に数種類の TF-IDF が用いられているのみであり，どのベクトル化手法が不具合箇所の特定手法にとって有用であるか明らかでない．本報告はこの点について行った研究調査について述べる．研究調査では，データが公開された 46 のソフトウェア開発プロ
ジェクトのデータに対して 6 種類のベクトル化手法を適用した．自動不具合箇所特定手法として BugLocatorを用いた．その結果，BugLocator で元々用いられていたベクトル化手法でも十分であるケース観察された．しかしながら，より良いベクトル化手法も存在するケースも存在することが明らかとなった．

1. はじめに案されているが,TF-IDF の派生の一部が用いられてソフトウェアのデバッグ作業は労働集約的で非常いるのみである．ベクトル化手法の違いが性能に及に時間がかかる．ユーザから報告されたバグは課題

ぼす影響についてもほとんど調査されていない．

管理システムに登録される．デバッグ作業の第一歩

本報告ではベクトル化手法の違いが不具合箇所特は課題管理システムに登録されたバグ報告を読んで定手法の性能に及ぼす影響について調査した結果を不具合の原因となる箇所を特定するタスク（bug示す．調査項目は以下の２つである．
項目 1：ベクトル化手法の違いはバグ報告同士のlocalization）である．ソフトウェアが大規模であ類似度計算を通じて性能に影響を及ぼすか？

るほどこのタスクの負荷は大きい．そこで，多くの項目２：ベクトル化手法の違いはバグ報告とモジ研究者が自動で不具合箇所を特定する手法の開発に取り組んできた．

ュールの類似度計算を通じて性能に影響を及ぼす

多くの不具合箇所特定手法では情報検索か？

（information retrieval, IR）の技術が利用されて調査では，不具合箇所特定手法としている[1]．
情報検索に基づいた不具合箇所推定手法でBugLocator[2]を用いた．
ベクトル化手法としてソフは，バグ報告はクエリとして，また，ソフトウェア

トウェア工学分野で利用されたことがある６つの手の個々のモジュールはコーパスを構成する要素とみ法を採用した．性能比較の一般性を考慮して，46 のなされる．そして，バグ報告の記述との類似性に基

ソフトウェア開発プロジェクトで収集されたデータ

づいてモジュールは順序づけされる．

を用いた．同じ条件における不具合箇所特定の性能類似度を計算するためにはバグ報告とモジュールを比較することでベクトル化手法を評価した．

を数値で表す手法が必要となる．多くの不具合箇所

本報告の以降の構成は次のとおりである．まず，次特定手法ではベクトル化に TF-IDF[3]を用いる．

節では情報検索技術に基づいた自動不具合箇所特定TF-IDF には様々な派生があり，また，どの派生を用手法の先行研究について紹介する．続いて第３節でいるかによって情報検索の性能が変化することが知は調査に採用されたベクトル化手法について解説すられている[4],[5]．
多くの不具合箇所特定手法が提る．性能評価のための実験設定は続く第４節で説明- 96 -

from stack trace information written in the query report forincreasing their ranks. It also proposed to divide modules into
a series of segments and use the highest similarity score toa query report among the segments for ranking. BLUiR [7]an idea of structured information that separates
する．
第５節で比較評価の結果および考察を述べる．introducedについても様々な改良が提案されている．一般にバ
identifiers in a module into its types such as method names and最後に第６節でまとめおよび今後の展望を記す． dividesグ報告には不要な情報が含まれている．もしくは，a bug report into summary and description. The sum
十分な情報が含まれていない．そこでバグ報告の内of similarity
scores from their cross combinations represents
the similarity
score for ranking. AmaLgam [8] regards files
容を前処理で改善する方法が研究されている[12],2. 関連研究
fixed just before a bug report comes as fault-prone and uses
情報検索技術に基づいた不具合箇所特定手法は数[13]．例えば，BLIZZARD [12] はバグ報告に含まれthis information for ranking. It also combines the information
多く提案されている．バグ報告とモジュール間の類 proposed
る単語の関連性からグラフを作成しPageRank
in [2], [7]. BLIA [9], [10] also focused
on アル
combining
information
of
stack
trace
[6],
structured
information[7], and
似度だけでなく，スタックトレースなどの情報も活ゴリズムを用いて重要な単語を抽出する手法である．
change類似度の計算には
history [8]. Locus[11] focused on change hunks in a
用されている．
Okapi BM25 [14] が用いられていcode repository and extracted a natural language corpus and a
本報告で実験に用いた BugLocator [2] は過去に修 code entity
る．バグ報告とモジュールで使用されている単語のcorpus from the hunks and a bug report to calculate
正済みのバグ報告のうち対象となるバグ報告と類似 the similarity
ミスマッチについても昨今は研究がなされているscores for ranking.
related to IR were[15]では深層学習を用
also improved. A query
したものを探し，そこで修正されたモジュールはよ Techniques[15], [16]．例えば，DNNLOC
bug report has irrelevant information, and query reformulation
り疑わしいとみなす．また，モジュールとの類似度
いてミスマッチを解決しようとしている．この際，techniques
were also investigated [12], [13]. For instance,の計算ではモジュールの規模に応じた補正が行われ BLIZZARD
TF-IDF[12]に基づいた類似度の値が入力として用いら
reformulates a query to have important words
based れている．
on the PageRank algorithm on graphs of terms in aている．
bug report. Okapi BM25 [14] was used for calculating the
BRTracer [6] はソフトウェア実行時に発生した例
以上のように数多くの不具合箇所特定手法が提案
similarity score. Recent studies also focus on lexical mismatch
外によって生成されたスタックトレースがバグ報告 amongされているが，そこで用いられているベクトル化手
words and seek solutions [15], [16]. DNNLOC [15]is an example
that utilized a deep neural network to tackleに記載されていた場合に効果を発揮する手法である．
法の種類は一部に限られている．どのベクトル化手
lexicalmismatchbetween bug reports and software modules.
スタックトレースにはメソッド呼び出しの系列が記法を用いるか検討している研究はほぼ存在しない．
Similarity scores based on tf-idf vectorizations were used as
されており，そこに現れたモジュールはより疑わし inputs 不具合箇所特定手法を構成する要素に関する比較研for the deep neural network.
いとみなす．BRTracer ではさらにモジュールをより While
究はいくつか存在するが[17],[18]，ベクトル化手
there are many bug localization
techniques, we founda few vectorization methods were adopted for bug
小さい片に分割してそれぞれとの類似度を計算し， that only
法に関しては種類が少ないため影響の度合いが不明
reports and software modules without exploration for other
最も高い値を代表値とする．バグ報告に記載されたなのが現状である．
methods. Although there were some comparative studies [17],不具合がモジュールの一部の動作のみに関連する場 [18], the search space was small regarding vectorization andmissed3.evenベクトル化手法
a method used in past bug localization studies.
合が多いとの仮定に基づいている．
文献[1]で示されるように，
TF-IDFに数多くの派生
III. VECTORIZATIONMETHODS
BLUiR [7] はモジュールの中身を種類別に分割すare many tf-idf variants in the literature [1]. We
がある．本研究調査を行うにあたり，ソフトウェア
ることが特徴の手法である．具体的には，モジュー Therefor candidate vectorization methods from recent
工学分野の文献を調査して，過去の文献で適用されルの名前や使用されている変数名などそれぞれとバ searchedsoftware engineering publications related to bug localization
また，introグ報告との類似度を計算してその合計値を類似度と studiesたことのある６つの手法を評価対象に定めた．
and natural language processing. This section
みなす．
duces 6ベクトル化手法と一緒に適用された類似度計算の方
vectorization methods.

re
w
tio
tf

is
as

B

od
T
tf

T
tio

fin

C

ca
ad
te
T
m

法も同時に採用した．以下にベクトル化手法およびAmaLgam [8] はバグ報告が作成された日付の直近 A. tf-idf
in BugLocator
類似度計算の方法を示す．
BugLocator[2] is the one of the most well-known IRいとみなして順位付けに反映する．また，文献 based bug localization methods. BugLocator used tf-idf forcalculating the similarity between bug reports and the simi3.1. BugLocator で採用された TF-IDF[2],[7]と同様の補正も行なっている．
larity between a bug report and software modules. A classicで使用されたBLIA [9], [10] は先行手法で提案されたスタック deifintionBugLocator
was critisizedin [2], TF-IDF
and aは以下のとおり
new definition was
as follows:である．
トレース[6]，種類による分割[7]，直近での編集[8] introducedで編集されたモジュールは不具合を含む可能性が高を組み合わせて性能向上を実現している.

tfi,jLocus [11] は類似度を計算する単位をモジュール

idfiの編集差分と差分に添えられたメモにした手法であ

wi,j

る．

= log fi,j + 1,
N
= log ,ni
= norm(tfi,j · idfi ).

ここで 𝑓!,# は単語 𝑡! が文書（バグ報告やモジュー

バグ報告とモジュール間の類似度を計算する方法- 97 -

w
k1
0.

fin

[7]
definition [18].
11 +
+N
N
wi,j a· wclassic
files tf-idf and showed better results thanfined as (1).
i,q
q
q
sim(d
,
q)
=
(1) q
w
=
0.4
+
0.6
··tftfi,j
=
0.4
+
0.6
idfii..
j
i,j
tes
i,j
i,j ··idf
P
P
and
a
query
The
cosinesimilarity
betweenadocument
d
uses
2 ·
2 j
w
w
i,j
i,q
nd is used for calculating the similarity
betweentwo documents
ation
E. Thetf-idfsimilarity
in Vale andAlmeida withissimilarity
is calculated
calculatedwith thethe cosine
cosine similarity
similaritydedeum
ning as follows:
as
(1).
fined
Vale and Almeida [24] introduced the definition based on
nts
and B. tf-idf in Scikit-learn
P
Okapi
BM25
as らが採用した
follows:
ル）𝑑# に出現する頻度を表す．𝑁
3.5.
Vale
TF-IDFwi,j · wはコーパスに含
in a
les
i,q
tf-idf
in
Vale
and
E.
Vale
and Almeida
Almeida
q
q
sim(d
,
q)
=
(1)
Amasaki and
Leelaprute[19]
compared
vectorization
methj
P
P
nd
a
ses
2
(k1 + 1)fi,j BM25 にまれるモジュールの総数，𝑛w
𝑡!wを含むモジ
文献 [22]で用いられた TF-IDF
も· Okapi! 2は単語·ods onnon-functional requirements
i,jclassification.
i,q They used Vale andtfi,jAlmeida= log, based[24]
Almeida[24] introduced
introduced thethe definition
definition
basedon
on
ulate
on
kdj k
TfidfVectorizerof scikit-learn
library that𝑡!defines
f
+
k1(1
b
+
b
)
の Okapiュールの数を表す．𝑤
基づいたものであった．
i,j!,# は正規化された単語
BM25
as
follows:
ave lenas follows:ng
tf-idf as follows:
N
uery
B.
tf-idfin
Scikit-learn
重みを表す．類似度の計算にはコサイン類似度が使
ndidfi = log , (k(k11 ++1)1)··ffi,j
i,j
tfi,j
,,
= log
log nii,j =nationakd
kdj jkk
用された．
tf
=
f
,
i,j
i,j compared vectorization meth)k1(1 bb++bbave)idf+. k1(1
wi,j = tfi,j f·fi,jance,
Amasaki and Leelaprute
[19]
i,j
i+
ave lenlenda
1 + N classification.
ords ods on3.2.
Scikit-learn
で採用されたTF-IDFNN
non-functional
requirements
They
used
+
1,
=
log
idf
i
ate
log
idfii ==is calculated
log ,, with the cosine similarity de1 + ni
in a TfidfVectorizer of scikit-learn
library that definesThe similarity
nnii
機械学習ライブラリ Scikit-learn
で使用されてfined as (1).
g the tf-idf as follows: wi,j = norm(tfi,j · idfi ).
=
tf
wi,j
=
tf
idfii..
i,ji,ji,j ·· idferyいる定義は以下のとおりである．
matchon
Boolean[15] This definition performed well in comparison to a vectoriza-F. ExtendedThe
similarity
issimilarity
is calculated
calculated with
with thethe cosine
cosine similarity
similaritydede類似度の計算にはコサイン類似度が使用された．
tfi,j = fi,j ,
ce,
ackle
as
(1).
fined
tion based on Word2Vec[20].
Extended
Boolean Boolean[25] is a model that applies p-norm
1+N
3.6. Extended
rds
ules.
The similarity idf
is icalculated
cosine1, similarity de-concept to information retrieval. It is an extended version of= logwith the +1 + nind aas fined as (1).
F. Extended
BooleanBooleanExtended
Boolean[23]は文献[22]で触れられていthe classic
Booleanmodel and can deal with partial matching
wi,j = norm(tfi,j · idfi ).
heExtended
Boolean[25]
isis definition
aa modelthat
Boolean[25]
model isthat
applies p-norm
p-normbetweentwo
documents.
The
as applies
follows:
たベクトル化手法である．古典的なモデルを拡張しoundchto information
retrieval.
ItIt isis anextendedversionofof
concept
information
retrieval.
anextendedversionbug ThisC. tf-idf
in Sahaet al.
類似度の計算にはコサイン類似度が使用された．
たものであり，部分一致を扱うことができる．その15]
definition
performed
well in comparison to a vectorizatf=f,the classic Boolean
model
and
can
deal
with
partialmatchingi,ji,jBoolean model and can deal with partial matchingother
kle tionWhile
basedon
Word2Vec[20]. TF-IDF
3.3. manySahaらが採用した
定義は以下のとおりである．
betweentwo documents.
documents. The
TheNdefinition
definition isis as
as follows:
follows:
bug
localization
techniques
following
BugLo[17],idfi = log ,
es.
n
The
similarityiscalculatedwiththecosinesimilarity
decatoradoptedthedefinitioninSection
III-A,
Saha
et
al.
[7]
i
BLUiR[7]で使用された定義はオープンソースの情
and
tfi,j
= ffi,j
as
i,j =
i,j
tf,,i,jidf
adoptedanother defintion in their proposed bug localizationas (1).
ies. finedwi,j =⇥.
報検索システムである
Indriで定義されたTF-IDFN
N
technique called BLUiR. The definition is based on Indri’s
max
maxi idfi
idf= log
log tf,i,j,
idfii =
nnii
nd
TFIDF
model [21] and gives different definitions
for a docu𝑑# とクエリ𝑞である[19]．以下に示すように文書
tf
idf
tfi,j
idf
We C.mentug
tf-idfSaha
et al.q as follows:
dj in
and
a query
i,j
wi,j
=
⇥
..
に異なる定義を与えている．
= compared some
⇥ vectorizationi,j [24]
ValeandAlmeidamethods
ecent
max
max
her
maxtftfi,jmax
idfi i
iiidf
i,j
and
found
Extended
Booleanshowedthe
best
performance.
While many bug localization techniques
following BugLoation
k1 · fi,j7],tfi,j the= definitionlog, et al. [7]In contrast to the other methods, the p-norm similarity
kd
k
cator
adoptedin
Section
III-A,
ntrondfi,j + k1(1 b + b ave jlenSaha)
他のベクトル化手法と異なり，類似度の計算には
[24]
some
vectorization
methods
Vale andAlmeida[24]
comparedsome
vectorization
methods
betweena Almeida
document
dj comparedanda queryq wasused for calculating
adopted another defintion in their proposed bug localizations.
k3 · fi,jfound
Extended
Booleanshowedthe
best
performance.
andExtended
Booleanshowedthe
best
performance.
p-norm 類似度が用いられる．
the similarity
between two documents as follows:
tfi,q =BLUiR. The, definition is based on Indri’s
technique called
In contrast to
k3 + fi,jto thethe otherother methods,
methods,
the p-norm
p-norm similarity
similarity
s P theTFIDF model [21] and gives different definitions for a docum
p
and
a
query
q
was
used
for
calculating
betweenadocumentdIR1+N
document djj and a query q wasusedforcalculating
We ment dj and= log,
idfai queryq as follows:
i=1 wi,jas
f for
sim(dtwo, q) documents=
the similarity between
between
documents
as follows:
follows:
0.5 + ni
jtwo
ent
m
simis
wi,j = tfi,j · idfi ,sP
Pmm ppon
k1 · fi,j
assic
w i,j
where m represents the amount of i=1
terms
in a query q and p= log
tfi,q · idfi .
tfwi,j,i=1 wi,j
i,q =
sim(d
,
q)
=
kd
k
roj
jj , q) =sim(d𝑚は単語数を表す．𝑝は3を使用した．
ここでwasfi,j + k1(1 b + b ave len )is a parameter set to 3 in [24].
m
m
4. 実験
k3はコーパス中のモジュールの単語· anfi,javerage of kdj k of a corpus, andrepresents
whereここで
ave lenave_len
where m representstheamount=,tf
representsIV.
the METHODOLOGY
amount ofof terms
terms inin aa query
queryqq andandpp, b arei,qparameters.
[7], 𝑘k$1,𝑘, k3%,,𝑏b wereset as 1, 1000, is a parameter
k1 , k3数の平均値を表す．また
k3 +Infi,jは調整可能なパ
第１節に挙げた項目を調査するため，実際の開発プ
set
to
3
in
[24].
set to 3 in [24].
0.3, respectively.
R1+N
This
sectionintroducesmaterials and procedures for empirラメータを示す．文献[7]と同じくそれぞれを
1,
ロジェクトから収集されたデータを用いた実験を行
log, the cosine similarity deidfi =is calculated
The similarity
withfor
METHODOLOGY
ical evaluation of theIV.
vectorization
methods.
0.5 + nIV.
METHODOLOGYiとした．類似度の計算にはコサイン類似った．以下に実験の詳細を示す．
fined1000,
as (1).
miwi,j0.3 =
tfi,j · idfi ,This section introduces
introduces materials
materials andand procedures
proceduresfor
forempirempirsic
度が使用された．
4.1. BugLocator
wi,q = tfi,q · idfi .
evaluation ofthevectorization
methods.
ical
of
the
vectorization
methods.
was

in a
softw
soft
usin
score
scor
is a
writte
writ
repo
inin
aa
rVS
using
usin
repo
isis
ana
rank
repor
repo
rVSM
rVS
Fin
repor
repo
ranke
rank
whe
para
Fina
Fin
Sco
acco
wher
whe
param
para
B. E
Score
Sco
accor
T
acco
wor
B.B.
EE
GitH
Th
niqu
T
work
unre
wor
GitH
GitH
of a
nique
niqu
bug
unrel
unre
nam
ofof
aa
ing.
bug
bug
versr
name
nam
sear
ing.
ing.
repo
versi
vers
was
searc
sear
mat
repor
repo
F
was
was
stucb
matc
mat
the
Fo
F
the
stuck
stuc
are
the
thev
the
C. n
the
are
n
areT
show
C.C.
DD
con
Th
T
Apa
show
show
consi
1h
con
2T
Apac
Apa

impl
1 htt
1h
2 Th
2T
implemimpl

実験に使用する不具合箇所特定手法として
3.4. Binkley らが採用した TF-IDF
D.
tf-idfinBinkleyetal.
A.
BugLocator
len represents
an averageof kdTF
of aInQuery
corpus, and BugLocator[2]を用いた．スタックトレースなどのwhere ave
jkと文献[2]では
Okapi
BM25[14]のIn [7],
k1 , BM25
k3 , b wereset as 1,
1000,
k1 , kBinkleyThis study used a bug localization method called BugLo3 , b areetparameters.
al. [22] utilized
formulation[14]
of 情報を利用しないため，ベクトル化手法の違いを観
formulation[21]のIDF Okapiを用いた定義が利用されて
0.3,
respectively.
cator[2] for examining the effects of vectorization methods.
tf and InQuery formulation [23] of idf to define the following
察しやすいと考えられたためである．
いた．
tf-idf:
The similarity is calculated with the cosine similarity de- This selection is appropriate because it is simple enough while
it isstill a competitivetechnique according to [26].
fined as (1).
BugLocatorはバグ報告の記述をクエリ，モジュfi,jBugLocatorusesadescriptionof a bug report as an query,,tfi,j = log
kd kールの集合をコーパスとみなす．また，過去のバグ
fi,j + 0.5 + 1.5 · ave jlensourcemodules of a target project as a corpus, and past
(0.5+N )bugreports related to software modules fixed in response
報告に対応するため修正したモジュールも利用する．
ni,
idfi = log
to it. BugLocator takes a new bug report and gives each
1+N
新しいバグが報告されるとコーパス内の各モジュー
software module in a corpus a score that combines two
wi,j = 0.4 + 0.6 · tfi,j · idfi .
ルに得点が与えられる．得点はSimiScore Bug
およびscores,namely, SimiScore and rVSMScore.
reports arein natural
language, and software modules are writtenThesimilarity is calculated with the cosine similarity de- written
類似度の計算にはコサイン類似度が使用された．
rVSMScoreの２要素に分けることができる．
in a programming language. They were first vectorized byfined as (1).
using tf-idf variants introduced in Section III-A. SimiScoreis an average of similarity scores of vectors of the new bug
E. tf-idf in Vale and Almeida- 98 - report and past bug reports which fixed the module before.
Vale and Almeida [24] introduced the definition based onrVSMScore is a similarity score of vectors of the new bug
Okapi BM25 as follows:

4.2.

表 1：実験に使用したデータセット
TABLE I: Data sets for evaluation
Group

Project# of files
(Max)

Major
versions

Bugreports

Apache

CAMEL
HBASE
HIVE

14,522
2,714
4,651

60
70
21

1,469
836
1,241

CODEC
COLLECTIONSCOMPRESSCONFIGURATIONCRYPTO
CSV
IO
LANG
MATH
WEAVER

115
525
254
447
82
29
227
305
1,617
113

9
7
15
11
1
3
13
16
15
1

42
92
113
133
8
14
91
217
245
2

ENTESBJBMETA

252
858

3
5

47
26

ELY
SWARM
WFARQ
WFCORE
WFLY
WFMP

68
727
126
3,598
8,990
80

3
6
1
16
11
1

25
58
1
361
984
3

AMQP
ANDROID
BATCH
BATCHADMDATACMNSDATAGRAPHDATAJPADATAMONGODATAREDISDATARESTLDAPMOBILEROO
SEC
SECOAUTH
SGF
SHDP
SHL
SOCIAL
SOCIALFBSOCIALLISOCIALTW
SPR
SWF
SWS

408
305
1,732
243
604
848
330
622
551
414
566
64
1,109
1,618
726
695
1,102
151
212
253
180
153
6,512
808
925

33
2
33
4
33
4
38
40
17
23
5
3
15
42
7
19
9
3
4
5
1
5
12
20
25

108
11
432
20
158
60
147
271
49
132
53
11
714
541
101
107
45
11
15
15
4
8
130
134
174

Sub-total

61,431690

9,459

Commons

JBoss

Wildfly

Springq2Q

where
Q is a set of all query bug reports. AP(q) is defined for
報告内の情報を活用することとした．具体的には，
each q as follows:

バグ報告は対象ソフトウェアのどのバージョンでバK
X Precision@k · pos(k)AP(q) =
グが発生したか記載してあるものを選択した．
また，
kPq k
k=1

不具箇所は該当バージョンのモジュールの中から探whereすこととした．# of buggy files in top-k
Precision@k =k(
4.3. データセット
1 if a file ranked at k is buggy
pos(k) =本研究で使用したデータセットはBench4BL と0 Otherwise
Pq = a set of buggy files of a query q
一緒に配布されているものである．プロジェクト名The
second performance measure
is Mean Reciprocal Rankなどの基礎情報を表1 に示す．データセットは５つ(MRR) defined as follows:のレポジトリから収集したものである．プロジェク
1
1 X
MRR =
Q
f-rankq
トの数は 46 である．プロジェクトによってバージ
q2Q

ョンの数は
1 からthe70rankと大きく異なっている．
where
f-rankq represents
of a buggy file appearedまた，
first
in the ranked list.
バグ報告の数，モジュールの数も大きく異なっておV. RESULTS

り，ベクトル化手法の違いによる性能の変化を観察

A. Comparisons for the similarity score of bug reports

するには適している．
Figure1 shows the boxplots of MAPs and MRRs among
different
methods shown in Section III. Each4.4. vectorization
性能評価の指標
boxplot is drawn by using the results of 46 projects with a
情報検索に基づいた不具合箇所特定手法の性能はmethod.
Figure 1(a) shows no difference of MAP among thevectorization methods. This means there is no incentive to
情報検索技術の性能評価と同じ指標を用いることがreplacethe original tf-idf vectorization because it is simple
enoughin comparison to the others. Figure 1(b) also shows
一般的である．つまり，バグ報告の原因となるモジ
no difference and leads to the same conclusion. Although
ュールが上位に位置付けられているときに不具合箇
we examinedgroup-wise plots, we could not find any plots
showing a clear difference among the vectorization methods.
所特定手法の性能が高いと言える．先行研究（例えB. Comparisons for the similarity score between a bug reportば [2],[6],[7] ） な ど で 用 い ら れ た MAP (Meanand a software module

SimiScore はモジュールの修正履歴から過去のバ

releases varies from 1 version to 70 versions. As each version
has
a different number of files, the second column only shows
グ報告を探しだし，その内容と新しいバグ報告の内
the maximum number among versions.

容との類似度を計算することで求められる．合致す

D. Performance Measures

る過去のバグ報告が複数ある場合は類似度の平均値

実験手順

The first performance measure is Mean Average Precision
本研究では不具合箇所特定手法の比較評価フレー(MAP) defined as follows:
ムワークである Bench4BL[24]を用いた．実験では
1 X
AP(q)
MAP =
kQk
時系列上の前後関係を明確にすること，およびバグ

BugLocator is a kind of information retrieval methods.
が用いられる．
An
IR method takesrVSMScore
a query (i.e.,はバグ報告とモジュー
a bug report) and ranked
documents (i.e., software modules) in a corpus according to
ルの記述の類似度を表す．TF-IDF に基づいている
their similarity to the query. If documents at higher ranks andthequery are relevant, the performance of the IR method
が記述の長さに応じて一定のペナルティが与えられ
is high. We used the following performance measures forる．SimiScoreと TheserVSMScore
empirical
evaluation.
measuresは以下の式で統合さare often used in bug
localization
studies,e.g.,[2],[6], [7].
れる．

Precision)およびMRR MRR(MeanwereReciprocal
WeAverage
found distributionsof MAP andvariedamong the vectorization methods. The results are discussed inRank)を性能評価に用いた．
the following paragraphs group by group of Table I. This split
is helpful to check any tendencies among the vectorization
methods.
5. 2結果Figureshows boxplots of MAPs and MRRs among different vectorization
methods on Apache group. Figure 2(a) shows
5.1. バグ報告間の類似度計算におけるベクトル化
that MAP was different among the vectorization methods.
手法の影響
Extended Boolean
resulted in the worst MAP distribution.
Scikit was the second worst. Figure 2(b) also supproted this
バグ報告間の類似度計算において異なるベクトル
observation. In contrast, the original method was one of thebest 化手法を用いた場合の性能の違いを図
vectorization methods. While Vale method wasslightly
1 に示す．図
better than the original, their difference was small.
はそれぞれ
MAPboxplotsと MRRofの値をプロジェクト毎に計算
Figure3 shows the
MAPs and MRRs among differentした結果の箱ひげ図である．
vectorization methods on Commonsgroup. MAPs and
図から明らかなように，(1 − α) ∙ 𝑁(rVSMScore) + α ∙ 𝑁(SimiScore)

ベクトル化手法の違いは不具合箇所特定の性能に影それぞれ正規化された後に重みαで結合される．こ響を及ぼしていなかった．つまり，調査項目１の結の値は 0.3 とした．

論は，「性能への影響は認められない」となる．
SimiScore の計算は従来通りで十分である．

- 99 -

1.0
MRR

0.8
0.6

1.0
0.8

1.0

1.0
0.8
0.8
0.6

MRR

0.6
0.4

MAP

0.6
0.4

0.2
0.0

0.4
0.2

MAP
0.4
0.2
0.2
0.0

Original

Saha

ScikitVale

Binkley

EBooleanOriginal(a) MAPSaha

ScikitVale

Binkley

EBooleanOriginal

Saha

ScikitVale

Binkley

EBooleanOriginal
Saha(b) MRR

ScikitVale

0.0

EBoolean

0.0

Binkley

Fig. 2: Performance distributions among vectorization methods for Software Modules and Bug Reports (Apache)(a) MAP(b) MRR

Fig. 1: Performance distributions among vectorization methods for Bug Reports (All)
1.0

1.0

図 1：バグ報告間の類似度計算におけるベクトル化手法の違いが性能に及ぼす影響

0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
1.0
0.8
0.6
0.2
0.0

0.4

0.2
0.0

0.4

MAP

MRR

0.6

0.8

1.0

0.0

0.2

0.4

MAP

MRR

0.6

0.8

MRRs were widely distributed as the number of projects was• Vale sometimes showed better performance than Originallarger than Apache group. Figure 3(a) suggests that Extended
As Vale may be a vectorization method better than Original,
Boolean was the worst and Scikit was the second worst. Figure
we conducted a detailed comparison between them.
3(b) also supported this observation. In contrast, the original
We first compared MAPs and MRRs by each project. As amethod was one of the best vectorization methods. While Valeresult,Original was better than Vale for 25 out of 46 projects
method was slightly better than the original regarding MRR,
regarding
MAP. Regarding MRR, Original was better thantheir difference was small.
Figure 4 shows the boxplots of MAPs and MRRs among Vale for 13 out of 46 projects. These numbers suggest thatdifferent vectorization methods on JBoss group. Figure 4(a) Original and Vale were competitive regarding MAP while Valesuggests that Extended Boolean was the worst and Scikit was was better than Original regarding MRR.
We Binkleythen conducted
two SahapairedScikit
tests withthe signed rank
the second worst. Figure4(b)alsoOriginal
supported
thisScikit
observation.
Binkley
EBoolean
Saha
Vale
EBooleanOriginal
Vale
In contrast, the original method was one of the best vectoriza- test at significance level ↵ = 0.05. A null hypothesis on MAP
of MAP between Original andtion methods. While Vale method wasslightly better than the is that the median difference(a) MAP(b) MRR
Vale is zero. A null hypothesis on MRR is that the medianoriginal regarding MRR, their difference was small.
Fig. 53: shows
Performance
distributions
among
methods
for Software
Bug Reports(Commons)
differenceof MRRModules
betweenand
Original
and Valeis zero. As a
Figurethe boxplotsof MAPs
andvectorization
MRRs among
図 2：バグ報告とモジュール間の類似度計算におけるベクトル化手法の違いが性能に及ぼす影響(Commons)different vectorization methods on Wildfly group. MAPs and result, the null hypothesis on MAP was not rejected with aof 0.55, but the null hypothesis on MRR was rejected
5.2. were
バグ報告とモジュール間の類似度計算におけ6. まとめMRRslower than those of Commons group, and it p-value
with a p-value of 0.01. We also checked the effect size with
implies thatbugreportsandsoftwaremoduleslackedcommon
本報告ではベクトル化手法の違いが不具合箇所特るベクトル化手法の影響
words to link them. Figure 5(a) still suggests that Extended Hedge’s g [27]. The result was 0.25 and means the effect size
small [28].
バグ報告とモジュールの類似度計算において異なBoolean
was the worst and Scikit was the second worst. is 定手法の性能に及ぼす影響について述べた．ベクト
Figure5(b)alsosupported
thisobservation.
In
contrast,the
ル化手法は調整が必要なパラメータの一つであるこるベクトル化手法を用いた場合の性能の違いを図 2
original method was one of the best vectorization methods.
VI. DISCUSSIONとが明らかとなった．
に示す．ここでは表の bestCommonsValemethods was also 1theone.グループの結果のWhile the difference
between the original and Vale was small, the distribution of
今後は BugLocator 以外の手法における影響を調み示す．図から明らかなように，ベクトル化手法のMRR of Vale was narrower than the original.
A. RQ1: Do vectorization methods for the similarity score be査する必要がある．特にモジュールを分割して類似違いが不具合箇所特定の性能の違いとして現れていFigure 6 shows the boxplots of MAPs and MRRs among tween
bug reports affect the performance of bug localization?
different vectorization methods on Spring group. Figure 6(a)度を計算するなどでの調査が必要である．
る．他のグループでも同様の傾向が観察された．
We conducted BLUiR
an empiricalevaluation for the difference
suggests that Extended Boolean was the worst and Scikit was
vectorization methods using 46 data sets. The result
らが採用したベク
the 全体の結果を観察すると，Valesecond worst. Figure 6(b) also supported
this observation. among
参考文献
Binkley
EBooleanOriginal
Vale
EBooleanOriginal
ScikitValeshowsBinkley
no difference
amongSaha
the vectorization
methods regardIn contrast, the original
methodwas
oneSahaof theScikitbest vector[1] C. D. Manning, P. Raghavan, and H. Schütze, Introduction to
トル化手法が BugLocator で採用したベクトル化手
ization methods. The original method is almost equivalent to ing MAP and MRR measures as shown in Fig. 1. As SimiScore(a) MAP
MRR
hasInformationa small effectas(b)setCambridgeas ↵ = 0.3,
the difference
among theRetrieval.
University
Press, 2008.
Vale
method, and there was no clear
difference.
法(Original)より多少ながら高い性能を示した．統
vectorization
methods
was tooand
small
to Reports
make the(JBoss)difference in
FromFig.
Figs4:2–6,
we observed
three clear
trendsregardless methods
Performance
distributions
among
vectorizationfor
SoftwareModulesBug[2] J. Zhou, H. Zhang, and D. Lo, “Where should the bugs be fixed?”
計的検定により，この差は有意水準 5%において有意
the final performance measures.
of the groups:
inInternational
on Softwaremethods
Engineering.
であった．
調査項目２の結論は，「性能
WeProc.
thusofconcluded
thatConference
the vectorization
for the• Extendedしたがって，
Boolean and Scikit
were clearly worse
than thesimilarity
score
betweenbug
reportsdid
notaffecttheperforothers
IEEE, 2012, pp. 14–24.
への影響は認められる．BugLocator においては本来
mance of BugLocator.
• Original and Vale were always the best onesのものより高い性能を示すベクトル化手法が存在し[3] G. Salton and C. S. Yang, “On the specification of term values

た」となる．

in automatic indexing,” Journal of Documentation, vol. 29, no.

２つの調査項目の結果は，ベクトル化手法を選別

4, pp. 351– 372, 1973.

することは性能向上に必要であることを示す．

[4] S. E. Robertson, S. Walker, and M. Beaulieu,- 100 -

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Segmentation and Stack-Trace Analysis,” in Proc. ofsoftware bug localization,” Information and Software Technology,

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vol. 93, pp. 45–57, 2018.

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University, Tech. Rep., 2001, available asAsia-Pacific Software Engineering Conference (APSEC). IEEE, 2015,

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International Conference on Information and Knowledge Management.

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- 101 -

アバタ影コミュニケーションシステムを用いたインタラクション支援
岡山県立大学 情報工学部 情報システム工学科
石井 裕（概要）本研究では，これまでにアバタの頭部動作にうなずき反応モデルによるうなずき反応を重畳合成した動作を行うアバタ影を開発している．アバタの影が対話者の語りかけに対し反応することにより，アバタと対話者の身体動作の間に矛盾を生じさせずにその反応を想起させ，円滑なコミュニケーションを支援することを示してきた．しかしアバタ影については，聞き手に対しては必ずしも期待通りの効果が得られない場合もある
ことが報告されており，アバタ影が対話者とアバタ実体との関係にマイナスの作用をするとき，その作用を和らげる方法を検討する必要がある．そこで，主に聞き手側がアバタ影から受ける違和感を軽減することを目的に，音声入力に基づいて身体引き込み反応を行う植物型オブジェクトを加えたアバタ影システムを開発した．
植物型オブジェクトとアバタ影の身体引き込み反応が与えるコミュニケーション効果について，自由対話と役割対話の 2 種類の実験を行い，官能評価から検討を行った．またより影の効果を活用するためにアバタと影による役割を入れ替えて，影を主体的に扱った影アバタシステムを開発している．

価実験では有効性が示されたものの，話し手から聞1. はじめにき手に対して童話の語り聞かせを行う役割対話にお影は普段の生活において強く気にかけることはいて聞き手側では期待されるほどの効果が得られな

無いが，実体と切り離すことは不可能な存在でありかったことが報告されている[4]．これはアバタ実体

分身ともいえる．実空間での影を利用した映像表現

に対して頭部動作に自動生成によるうなずき反応をは，実体の存在強化と共に身体の拡張や相手とのつ重畳合成した場合と同様な傾向であり，アバタ影がながりを想起させる効果的な演出として有効である

アバタ実体と切り離せない非分離的な関係にあるこ[1]．このことから仮想空間での影の描画は演出としとを示している．

ての役割に加え，対象となるキャラクタやオブジェ

また，先行研究において，仮想空間での対話者のクトに立体感を与え，仮想空間全体のリアリティの語り掛けに対して効果的なうなずきや身体引き込み向上の役割を果たしている．よって仮想空間に存在反応を行う絵画型オブジェクトや植物型オブジェク

するアバタに対しても，その影の利用が場面の演出

トの観客システムが開発されており，様々なコミュに効果があると考えられる．

ニケーション実験によって有効性が示されている

著者らは対話者の身体的情報を反映したアバタ[3]．アバタ影については聞き手に対しては必ずしもを身体的アバタと表現し，これまでにこの身体的ア

期待通りの効果が得られない場合もあることが報告

バタを介したコミュニケーションにおいて，より効されている通り，アバタ影が対話者とアバタ実体と果的な支援システムの開発を目的に検討を行ってきの関係にマイナスの作用をするとき，その作用を和た[2],[3]．また仮想空間においてアバタの影に対話らげる方法を検討する必要がある．本研究では，主者の身体動作と自動生成によるうなずき反応を重畳合成する身体的引き込みアバタ影システムを開発し，有効性を確認してきた[4]. しかし，対話者のアバタに聞き手側がアバタ影から受ける違和感を軽減することを目的に，アバタ影と植物型オブジェクトを同一空間で身体引き込み反応させることで，アバタ影

影の頭部動作に自動生成によるうなずき反応を重畳と植物型オブジェクトがどのような相互作用を持つ

合成した場合，内容を制限しない自由対話による評のか検討を行った．

- 102 -

2. 身体的引き込みアバタ影システム

VA は対話者の頭部，背部，両手首に取り付けた 4 個

2.1 コンセプトの磁気センサ(POLHEMUS FASTRAK)によって各本システムのコンセプトを図 1 に示す．仮想空間

部位の角度と位置を計測し，それを基に，頭部の動で行われるアバタを介したコミュニケーションにおき，胴体の動き，及び左右の腕の動きを生成していいて，アバタ影は他のオブジェクト同様に対話者にる．対話者は同一空間内の VA を介することで，上対し実体の存在や位置づけを強化する．ここでアバ

半身の動きと音声のインタラクションを把握しながタ影は，その実体と同じ動作をするだけではなく，らコミュニケーションを行うことができる．VA は部分的に異なる振る舞いをすることにより，実体でコミュニケーションリズムに着目したキャラクタ制

あるアバタの振る舞いを想起させ，アバタ影が対話作を行っており，互いの振る舞いによって対話相手

者間のインタラクションへ影響を与えることが可能との対応を確認できる．

である．また，植物型オブジェクトはそれぞれのア

2.3 アバタ影描画手法

バタのそばに一つずつ向かい合う形で配置されておアバタ影は，アバタのポリゴンにテクスチャを張りり，対話者間のインタラクションを生成・制御し，付け生成している．床や壁に落ちた物体の射影としより効果的なコミュニケーションを実現する．

ての影の色を表現するため灰色の半透明テクスチャ

著者らは従来より対話音声と身体動作の引き込を使用した．アバタの足から壁までの影は床面へ平みに着目し，対話者の発話音声のリズムからコミュ

面描画を行い，壁の影はビルボードにより 2 次元的

ニケーション動作を自動生成する iRT（InterRobotに描画している．アバタ影の描画において深度バッ

Technology）を開発している[4]．アバタ影と植物型

ファテストにより深度値が小さく通過した部分は，オブジェクトは，対話者の発話音声を入力とする

半透明テクスチャを使用したためポリゴンが重なる

iRT のタイミングに基づいてうなずき反応を重畳合部分ができる．したがってポリゴンが重なる部分の成することで，仮想空間に一体感のあるコミュニケ

色が濃く描画されアバタ影全体の色の濃さを不均一

ーション場が生成され，対話者はアバタ影と一体とにする．そのためステンシルバッファテストによりなって身体的リズムを共有することができる．この影の描画が重なる部分をマスクで覆い描画をピクセ

身体的引き込みにより，コミュニケーション場の盛ル単位で設定した．これにより，ポリゴンの重なり

り上がりを実感しつつインタラクションが促進されにより濃く描画されていた色の濃さを均一にした．

る．
2.2 EVCOS

3. コミュニケーション実験

身体的バーチャルコミュニケーションシステム

3.1 実験概要

EV-COS は，仮想空間に自己と相手のアバタとして振る舞う CG キャラクタ VirtualActor(VA)を配置し，対話者が VA を介してコミュニケーションを行う．

システムを用いて自由対話と役割対話で評価実験を行った．実験の様子を図 2 に示す．実験では以下に示す A～D の 4 つのモードを用意し，それぞれのモードで対話を行うことで評価を行った．
A 従来システム
B アバタ影が反応動作を行う
C 植物型オブジェクトが反応動作を行う
D アバタ影と植物型オブジェクトが反応動作を行う

図 1 身体的引き込みアバタ影システムのコンセ
プト- 103 -

その後，どのモードが総合的に良いと感じるか評価させるために，一対比較を行った．実験者が選択した 2 モードについて自由に切り替えを行いながら使用させ，計 6 回（=4 C2）比較した．本実験では，対話時の視線を非接触センサにより計測しており，計測を行うことは事前に実験協力者に説明を行った．
本実験は友人関係の同性 2 人 1 組で対話を行っており，実験協力者は男性 12 名，女性 12 名の計 24 名である．また，モードの提示順は順序効果を考慮して組ごとにカウンタバランスをとった．
3.2 実験結果

図 2 システムを使用した実験の様子

まずモードの総合的な評価としての一対比較の結実験協力者には最初に社会的スキルの計測のため

果表及び Bradley-Terry モデルを想定して好ましさ

事前調査として kiss-18[7]を実施した．その後各モπを最ゆう推定した結果を図 3 に示す．アバタ影のードの違いの説明を行った．最初に自由対話実験を

み動く B モードと植物型オブジェクトのみ動く C

行い，A～D の 4 モードを 2 分ずつ使用させた．モード終了毎に「楽しさ」「好み」「対話しやすさ」「一体感」「場の盛り上がり」「安心感」の 6 項目について 7 段階評価アンケートを行った．
次に，話し手と聞き手に分かれた役割対話実験を行い，自由対話実験と同じく A～D の 4 モードを 2分ずつ使用させた．こちらもモード終了毎に 7 段階
評価アンケートを行い，上記の 6 項目の他に，話し手側には「相手に話が伝わったと感じたか」，聞き手
側には「相手の話を理解できたか」という項目を加え計 7 項目を調査した．本実験では話し手の話す内

図 3 一対比較評価結果 Bradley-Terry モデル

容についての指示は出していない．また，話し手・に基づく好ましさπ

聞き手の役割交代は行っていない．

図 4 男女別一対比較評価結果 Bradley-Terry モデルに基づく好ましさπ- 104 -

図 5 役割別（話し手・聞き手）一対比較評価結果 Bradley-Terry モデルに基づく好ましさπモードを比較すると C モードが高く評価され，全体「楽しさ」の項目に有意水準 1％で有意差が認めら

ではアバタ影と植物型オブジェクト両方が反応動作れた．また，「対話しやすさ」「場の盛り上がり」のを行う D モードが最も高く評価された．男女別・役

項目に有意水準 5 ％で有意差が認められた．

割別で見た時のそれぞれの結果と Bradley-Terry

また，役割対話の 7 段階官能評価の二要因分散分

モデルによる好ましさπを最ゆう推定した結果を図析結果と 7 段階官能評価の結果を図 7 と図 8 に示

4，図 5 に示す．女性の一対比較結果では B モード

す．話し手側の 7 段階官能評価において二要因分散

より A モードが高く評価された．男性の一対比較結分析を行った結果，因子：アバタ影の「相手に話が果では B モードと C モードの好ましさに大きな差伝わったと感じたか」の項目において有意水準は見られなかった．また，役割別で見たとき先行研

0.1 ％で有意差が認められた．聞き手側の 7 段階評

究[3] で報告されていた，「アバタ影が反応動作を行価において二要因分散分析で有意差は示されなかっった場合, 聞き手側の好ましさが下がる」という結たが，因子：植物型オブジェクトは「対話しやすさ」

果は示されなかった．自由対話実験の 7 段階官能評の項目に p=0.057 で有意傾向がみられた．

価の二要因分散分析結果と 7 段階官能評価の結果

3.3 考察を図 6 に示す．因子：植物型オブジェクトは「好み」

実験結果より，アバタ影を提示する手法についての項目において有意水準 0.1％で有意差が認められ，は，表示しないモードとの比較により有効性が確認

図 6 自由対話における 7 段階評価結果- 105 -

図 7 話し手側 7 段階評価結果

図 8 聞き手側 7 段階評価結果された．また，対話の流れに応じ，話し手，聞き手

この主体となる VA の役割を担う影を影アバタと呼が交互に入れ替わるコミュニケーションモードであ称する．影アバタが主体となることで，対話者に強る自由対話においては，アバタ影によるうなずき反く影の存在を意識させる．仮想空間におけるアバタ

応が高く評価され，肯定的な影響を与えることが示された．

4. 影アバタコミュニケーションシステム
4.1 コンセプト
本研究では，外見的特徴を表すアバタが対話者の動作では反応せず，影が対話者の動作に連動することで，あたかも影こそが主体であるかのように対話者に感じさせるシステムを提案する．影アバタコミュニケーションシステムのコンセプトを図 9 に示す．
- 106 -

図 9 影アバタシステムのコンセプト

は，一般的に外見的特徴を自由に変更可能であり，応を行う植物型オブジェクトを加えたアバタ影シス

そのキャラクタになりきってコミュニケーションがテムを開発した．植物型オブジェクトとアバタ影の行われる場面が多くみられるが，逆に外見的特徴が

身体引き込み反応が与えるコミュニケーション効果制約となる可能性がある．アバタ自体の外見を変化について，自由対話と役割対話の 2 種類の実験を行させず，影アバタに変化を加えることで，対話者自い，官能評価から検討を行った．また，より影の効身が変化したかの様に錯覚させることができ，主体

果を活用するためにアバタと影による役割を入れ替としての影にアバタでは表現できない特徴的な変化

えて，影を主体的に扱った影アバタシステムの開発を加えることで，コミュニケーション環境に影響をを行った．

与えることが可能である．

参考文献

4.2 アバタと影の主客転倒[1] Miwa, Y., Itai, S., Watanabe, T., and Nishi, H.:

主客転倒とは，主体と客体を逆転させることである．先行研究でのアバタと影の関係を図 2 に示す．
先行研究では，アバタが主体，影が客体として扱わ

Shadow Awareness: Enhancing theater space
through the mutual projection of images on aconnective slit-screen, Leonardo, the journal of

れていた．これは，アバタにうなずき動作を重畳合

the International Society for the Arts, Sciences

成させたときに違和感が生じた点を，アバタには変and Technology (SIGGRAPH 2011 Art paper),化を加えず，影にうなずき動作を重畳合成すること
で違和感の軽減を目的として開発されたものである．
4.3 影アバタシステム

Vol.44, No.4, pp.325–333 (2011).
[2] 瀬島吉裕，渡辺富夫，山本倫也：VirtualActor にうなずき反応モデルを付加した身体的バーチャ

本研究で開発したシステムを図 10 に示す．影アルコミュニケーションシステム，日本機械学会論

バタシステムにおいて，アバタ自体は音声駆動型身文集（C 編）, Vol.75, No.758, pp.9–16 (2009)．

体引き込みキャラクタとして動作させ，影アバタは
磁気センサ計測によって対話者の動作を連動させる．
また，
影アバタはアバタから影が切り離されており，
アバタよりも外側に配置されている．

[3] 石井裕，井上翔太，渡辺富夫：身体的引き込み観客システムを用いたアバタを介した合意形成対話支援，ヒューマンインタフェース学会論文誌，
Vol.16, No.4 (2014)

本研究では，影に表現させるコミュニケーション[4] 石井裕，江崎敬三，渡辺富夫：アバタを介したコ特徴量として，対話者の発話量に応じて，影アバタ

ミュニケーションを支援する身体的引き込みアの大きさを変化させる機能を有する．話し手の発話

バタ影システム，ヒューマンインタフェース学会

量が多くなるにつれて相手の影アバタを大きくする

論文誌,Vol.18 No.3 (2016)

ことで，話し手の発話が抑制される効果が期待され[5] 渡辺富夫，大久保雅史，石井裕，中林慶一：バーる．

チャルアクターとバーチャルウェーブを用いた
身体的バーチャルコミュニケーションシステム，ヒューマンインタフェース学会論文誌, Vol.2,
No.2, pp.1–10 (2000)．
[6] Watanabe, T., Okubo, M., Nakashige, M., andDanbara,R.:

InterActor:

Speech-Driven

Embodied Interactive Actor, International

図 10 影アバタシステム

Journal of Human-Computer Interaction,
Vol.17, No.1, pp.43–60 (2004).

5 おわりに[7] 菊池章夫：kiSS-18 研究ノート，岩手県立大学

本研究では，音声入力に基づいて身体引き込み反社会福祉学部紀要，Vol.6, No.2, pp.41–51 (2004)．
- 107 -

陶芸制作で共鳴する日米文化交流
岡山県立大学デザイン学部造形デザイン学科
作元朋子
グローバル化における現代の陶芸とアートの在り方を再考するた
西洋から日本の文化の見解を再確認し、め、アメリカ在住の作家３名を招きセラミックの公開制作を行った。また、本大学の教員や学生との交流をもち、滞在制作作品は岡山県立大学関係者の作品と併せて展示公開を行った。滞在作家とのトークイベント
やお茶会、地域住民とのクロージングパーティなど、様々な交流事業を通して、地域の文化資源を活用した地域づくりに取り組んだ。

１

参加アーティスト

・石村まなみ・Gail Busch

東京出身。アメリカ在住アーティスト。様々な素材

アメリカ在住の陶芸家。多くの作品が美術館に収蔵を使って彫刻的作品し、国内外で発表している。

されている。また、客員教授やゲストアーティスト

Texas A&M Corpus Christi 大学を修士修了。

としても活動している。

図４ 石村まなみ作品
図１、２ Gail Busch 作品

・作元朋子

・Louis Katz

岡山県在住。岡山県立大学講師。陶磁器の新たな表

アメリカ在住、Texas A&M Corpus Christi 大学教

現を求めて立体造形を制作している。

授。制作の傍ら論文を多くの陶芸専門誌に寄稿している。

図３ Louis Katz 作品

図５ 作元朋子作品- 108 -

・真世土マウ岡山県在住。岡山県立大学准教授。古代中南米土器の分析を行い、これらを日本の陶磁器技法によって再創造する研究を行っている。

図６ 真世土マウ作品

２

滞在制作

（１）期間 令和元年６月１日(土)～６月２0 日(木)図 8 電気炉への窯づめの様子（２）場所 岡山県立大学アトリエ棟（総社市窪木111）及び一鱗（倉敷市玉島中央町１－６－２１）（３）内容

6 月 2 日（日）:岡山県立大学見学。備前粘土の工場見学、粘土購入。
6 月 3 日〜7 日：岡山県立大学にて公開制作。
6 月 8 日：ワークショップ
6 月 8〜12 日：乾燥、素焼き。
6 月 13〜18 日：釉がけと本焼き。
6 月 20 日：窯出し、展示会場へ搬入設置。
図 9 様々な焼成を体験（ミニ登り窯）（４）滞在制作での交流を通して
令和元年６月の１ヶ月間、アメリカテキサス州から
ルイスカッツ氏、ゲルボッシュ氏、石村まなみ氏が岡山に滞在し、岡山県立大学の教員や学生と制作の日々を共にした。
３名の作品は事前にメールでのやりとりの中で作風を見ていたのだが、例えばルイス氏はプログラミ
ングでろくろの回転をリズミカルに変化させる道具
図 7 滞在制作、玉島テレビ取材の様子を使ったりするなど、その制作過程そのものがアートのようであり大変興味深かった。完成した作品だ- 109 -

けでなくその工程を間近で見ることができ、粘土からやきものへ出来上がっていくたくさんの変化の中で起こっているハプニングや深く考えたことが作品に大きく影響していくのは、日本の工芸と共通するものがあった。
備前の粘土を購入するため訪れた工場見学では、採掘し粘土をねかせておく期間が 10 年間も必要だと知り、じっくり待つことで粘り気のある独特の質感をもった素材となることが分かった。
日本では、我々が昔から存在しているものの良さを見出し、それを最大限に引き出す能力を持っていることがそのこと

図 11 展示会場の様子。１階窓際からも分かる。一方ルイス氏、ゲル氏のアメリカで（３）展示作品についての様子はどうかというと、粘土も粉末から調合して・Gail Busch

自分の使い勝手に合うように、練ってすぐ使える状

瀬戸内の海を見学した体験をもとに、穏やかな色合態に作っているそうだ。DIY の精神であり、ないもいを作るテラスジェラータ（化粧土）の技法を用いのを自分で生み出す力強さ、そしてそれを楽しむ文て表面に装飾を行った大きなポットを滞在にて制作化があると感じた。

し、出品した。

どちらが良い悪いではなく、そのような違いを感じ

・Louis Katz

尊敬し合えたのは、我々が陶芸という共通点を持っ備前粘土を使い、ろくろの回転をプログラミングにていたからであり、そこからお互いの人間性やそのより変化させる自作の機械を持ち込み制作した。初背景にある国、文化を知るきっかけになったと考えめての備前粘土は使い心地や乾燥具合、備前独特のる。

色の変化（藁を巻くことによる緋襷など）に苦戦しながらも多数の器を完成させ展示した。

３

作品展示

・石村まなみ（１）期間 令和元年６月２１日(金)～６月２８日

備前粘土を泥漿（粘土を水とケイ酸ソーダで溶いた(金)、その後規模を縮小して 11 月まで展示

液状の粘土）にし、折り鶴を浸して電気炉で藁や籾

（２）場所 遊美工房（倉敷市玉島中央町１－６－

殻に埋めて焼成した。展示ではギャラリー２階の一２１）

部屋床一面を何百羽ものやきものの折り鶴で埋め尽
くした。
・作元朋子
石膏型を用いて粘土のパーツを作り、それを積層させるオリジナルの技法で磁器の造形作品を制作した。
柔らかい粘土であっても出来る限り正確なストライ
プ模様を作り出すことができた。
・真世土マウ
古代中南米の笛吹きボトルを研究し、音の鳴る土器を制作した。２つの空洞が繋がった形をしており、傾けることによって空気の圧力がかかり内部にある

図 10 展示会場の様子。１階吹き抜け部分

笛がなる仕組みになっている。実演を行い、ギャラ
リーに美しい音色が鳴り響いた。

- 110 -

（４）展示を通した大学での教育効果について
ギャラリーでの展示は、
岡山県立大学デザイン学部
造形デザイン学科４年生の卒業研究制作の中間発表
としても位置付け、５名の学生（小橋みのり、寺内
聖子、菖蒲谷将、田邉由梨、武本牧子）が出品した。
アメリカ在住の作家、教員とギャラリー会場で一同に展示をする試みは、学生にとって貴重であった。
公の場で作品をみてもらう経験は、完成度を高くするよう技術を磨くことにつながり、鑑賞者とのコミュニケーションは自分の作品への新たな視点を与え

図 13 プログラミングろくろの実演てくれた。作品を制作するだけでなく、展示してみ（２）大学での特別講義および意見交換てもらうには広報や展示計画など様々なことが必要①日時 令和元年６月 12 日（水）であり、それを実践することで教育効果が高まった。

②場所 岡山県立大学デザイン学部

また、客観的に自分の作品をみることや、他者との③内容 Gail Busch、Louis Katz による作家の作品意見交換を通して、卒業までの半年にやるべきこと

を通してそれぞれの陶芸家の思想を知る。

がそれぞれ明確になったと感じた。
４

交流事業（１）ワークショップ①日時 令和元年６月８日（土）②場所 岡山県立大学デザイン学部アトリエ棟③内容 岡山県立大学の学生とともに西洋の視点を取り込んだ日本の陶芸作品の公開制作を行う。
外部からの参加者もおり、体験した作品は後日焼成して郵送した。

図 14 特別講義の様子（３）滞在作家交流イベント①日時 令和元年６月２３日（日）②場所 遊美工房（倉敷市玉島中央町１－６－２１）③内容 参加アーティストとの交流を通じ、考えや作品に込められた思い、コンセプトなどを実際に聞図 12 公開制作の様子

きながら、作品を体感する。県内作家とのお茶会も実施した。

- 111 -

図 14 観覧の様子（４）地域交流イベント（クロージングパーティ）①日時 令和元年６月２８日（金）17:00～②場所 遊美工房（倉敷市玉島中央町１－６－２１）③内容

地域の住民の方を交え、アーティスト滞在・交流事業を振り返りながら、地域の文化の活性化に向けて交流を深めた。
５

資料
展覧会のチラシや、ポスター、大学内での広報物等も作家同士でやりとりを行いながら制作した。

図 16 展覧会チラシ（裏面）５まとめ

日本の「民芸」は近現代のアメリカの陶芸に大きな影響を与え、その精神や美学を取り入れた陶芸が独自に発達している。
日本美学、
わびさびをコンセプトに器などを制作する Louis Katz とコップやポットなどの実用品をモ
チ ー フ に 非 実 用 的 な 陶 芸 作 品 を 制 作 す る GailBusch、アメリカにて日本文化をコンセプトに制作する石村まなみの３名をアメリカから招き、西洋から日本の文化の見解を再確認するとともに、グロー
バル化における現代の陶芸とアートの在り方を再考する機会となり、作品同士が海を超えて呼応し合う場になったのではないだろうか。
本研究での一部様子は、2019 年 8 月 31 日放送、玉島テレビ制作「Ceramic Reflections 〜アメリカからやってきた陽気な陶芸家夫婦の滞在記」としてまとめられている。
図 15 展覧会チラシ、ポスターデザイン- 112 -

展示空間の文脈を伝えるテキスタイルデザインの開発と提案

岡山県立大学デザイン学部
岡本汐加

短期間の展覧会では、会場としての空間は作品展示のための「箱」と化してしまう。展示内容を媒介として、会場訪問から作品鑑賞の経験と「場」の文脈とをつなぐことはできないだろうか。2020 年 3 月に岡山県天神山文化プラザ第 3 展示室にて個展開催の機会を得たことをきっかけとして抱いたこの問いが、本研究制作の発端である。これに対して、建築物として文化的価値の高い会場の展示空間そのものをテーマとして作品制作と展示行
い、市民に対してその価値を伝えることができるのではないかと考えた。本年度は、昨年度行った天神山文化プ
ラザをデザインした前川國男設計事務所による建築物の調査内容に基づき、天神山文化プラザに対するテキスタ
イルデザインの提案および成果発表として展覧会を実施した。

3. 調査分析

1. 背景
岡山市天神町に所在する文化施設である天神山文化主題である天神山文化プラザへの見解を深めるため

プラザは、ホールや展示室を中心機能に備え、様々なに、現存する前川建築設計事務所による作品、主に公芸術文化活動の発信拠点として活用されている。岡山

共文化施設（美術館・市民会館等）に焦点を当て、訪県ゆかりの作家を紹介する展示「天プラ・セレクショ

問調査した。各施設の建築デザインに地域差があるかン」が定期的に開催されており、この度筆者は個展どうか確認するために各地方に対象を分散させ、次の（テキスタイルデザインの展示）開催の機会を得た。

23 箇所の施設を対象とした。


天神山文化プラザは、日本のモダニズムを牽引した建東 北 ： 弘 前 市 民 会 館 [1964] 、 弘 前 市 博 物 館[1976]、弘前市緑の相談所[1980]

築家・前川國男による設計で、1962 年に岡山県総合文
化センターとして竣工した、岡山県を代表する近代建関 東 ： 埼 玉 会 館 [1966] 、 埼 玉 県 立 博 物 館

築物である。所在地は、かつて岡山県庁や日米文化セ[1971]、国際文化会館[1955]、世田谷区民会

ンターが存在しており、市民と文化をつなぐ場所とし館[1959]、東京文化会館[1961]、国立国会図て長らく活用されてきた。以上により本研究は、展覧書館[1961]、世田谷郷土資料博物館[1964]、

会会場そのものを制作（筆者の専門分野：テキスタイ

学 習 院 大 学 図 書 館 [1964] 、 東 京 都 美 術 館

ルデザイン）のテーマとして取り上げ、展覧会の開催[1975]、国立西洋美術館新館[1979]、学習院

を通して鑑賞者がその「場所」の文化的価値を再確認

女子大学戸山図書館[1982]、神奈川県立図書するきっかけを与えることをねらいとした。

館[1954]、神奈川県青少年センター[1962]

2. 方法



関西：京都会館[1960]

中国：天神山文化プラザ[1962]、林原美術館[1963]

昨年度は、天神山文化プラザ他全国各地に点在する

前川國男設計事務所による建築作品を視察した。本年

九州：熊本県立美術館[1976]、福岡市美術館

度は、まず調査内容を分析し、テキスタイルデザイン[1979]、熊本県立劇場[1982]、石垣市民会館

を提案・制作、展覧会にて調査内容および制作物を成[1986]
23 施設について、A.地域差と外観意匠、B.周囲環境、果物として総合的に展示する。展覧会名は『Process:play with the site』とし、会場に対する理解に加えC.現在と過去の比較、D.開口部、E.色彩の 5 項目でそて制作背景・経緯に対する理解を促し、在廊する作者

れぞれの施設を比較分析し、前川建築および天神山文（筆者）との対話の機会創出を図る。

化プラザの特徴を明らかにした。

- 113 -

A. 地域差と外観意匠
前川建築設計事務所は東京を拠点にしており、圧倒
的に関東に件数が多いが、その他地域へも進出している。有孔ブロックや朱色の塗装などの沖縄らしさが反映された石垣市民会館を除き、地域の独自文化が意匠に濃厚反映されている例は少なかった。外観意匠に関してはむしろ、コンクリートから打ち込みタイルへと

写真 3（埼玉県立博物館）

変遷する前川建築の地域を超えたスタイルの明瞭さがC. 過去と現在の比較顕著であった。埼玉会館では打込みタイルの外観に完

天神山文化プラザは、1962 年〜2004 年まで岡山県総全に移行し、以降このスタイルは確立された方法論と合文化センターとして図書館を主とする施設であり、して全国各地遍在的である。代表作である東京文化会

現在の第 3・4 展示室はかつて閲覧室であった。この経館と同時期の天神山文化プラザは、翌年の林原美術館

緯に着眼し、他施設についても竣工当時の雑誌記事とと比較して外観意匠の過渡期だといえる。弘前市民会

視察調査による現状とを比較した。結果、単純経年で館（写真 1.）と弘前博物館（写真 2.）は隣接して所在はなく、耐震・老朽化対策・バリアフリー化を目的とし、スタイルの変遷を比較することができる。

した改装や増築が目立った。京都会館や神奈川県青少年センター等は内部の変化があまりにも著しく、東京
都美術館や福岡市美術館等は意匠を尊重した復元改装として、照明増設・飲食/ラウンジスペースの追加等、現代的な感覚に適応する施策が見受けられた。名称変更・大幅な増改築がない天神山文化プラザは比較的維

写真 1.

持状態が良く、独自の変遷を辿っている。第 3・4 展示

写真 2.

B. 周囲環境室における開口部の封鎖は建築構造への介入はないと公共文化施設を中心に選定した結果、各施設の周囲はいえ大胆な手法である。（写真 4.、5.）

環境に共通して確認できる要素のうちの一つが「緑」との関係であった。「緑」の例としては、敷地に公園や庭園を含んでいる、史跡等モニュメントに隣接していること等である。前川建築が、崇高なモニュメントの存在を際立たせ、鎮座する領域を市民へ開放させる役割を担っていると窺い知れた。天神山文化プラザは

写真 4.

独自に小緑地を所有するだけでなく、岡山城等史跡や

写真 5.

D. 開口部

他文化施設と隣接しており、前川建築に特徴的な周囲

前川建築では、入場して先に進むと印象的な開口部

環境形成要件を網羅していた。多数の場所で、敷地内に遭遇するケースが多数あり、その多くはガラス窓越庭園や周辺の植林も設計に含まれ、ケヤキが多用されしにみる中庭や周囲環境などの「緑」に臨む。複数のる傾向にあった。（写真 3.）一方、密集住宅地においエントランスをもち、複雑な経路を提案する天神山文て小緑地はオアシスの役割を果たすが、熊本県立劇場

化プラザは、西側 2 階外階段から入館して展示室(旧閲は近隣に「緑」を持たないのが印象的であった。

覧室)に入室するまでに、まずロビーの開口部(光庭・東)とエントランス上部の開口部(西)の光を同時体験する。現在閉ざされている展示室の北側開口部からは、ロビー部分で経験する光の印象と質が異なり、入り口- 114 -

通過時に受けるひらかれた体験は印象的であったと考えられる。この手法は、神奈川県立図書館をはじめ多くの類似例があり、入館時とは異なる性質の光と空間を体感させるものである。その他の場所で特徴的なのは熊本県立劇場で、ここではエントランスである西側の開口部を背後に出口まで直進すると、人は建物内部を貫くことようにして動作することになる。

写真 6.

E. 色彩

以上により、天神山文化プラザの特徴が以下のようにまとまった。
A.地域差と外観意匠：外観意匠の過渡期
B.周囲環境：史跡・公園と隣接した前川建築の模範
C.現在と過去の比較：良好状態だが機能変化が大胆
D.開口部：入り口と利用空間で光の質が異なる
E.色彩：東京文化会館系譜の多色使用
図 1.(天神山文化プラザ)

F. 内・外の関係

テキスタイルデザインに取り組むにあたり不可欠で天神山文化プラザのみに対して構造を確認し、内部ある色彩に関して、各施設の主たる空間で用いられて空間と外部空間の繋がりについて考察を追加する。

いる色彩を図 1.のようにそれぞれ取りまとめた。天改装や使用途が変化しても、「つくり」が大幅に変

井・床・壁の各部位毎に分別して使用分量を抽象化す

更されていないことが判明したため、当初の平面図をることにより、全ての施設を俯瞰することを可能とし、確認した。典型的なモダニズム建築としてラーメン構

前川建築における色彩使用傾向が明らかになった。特造が採用されており、建物中心に貫かれた「穴」が目徴的な極彩色使用は東京文化会館が発端だと考えられ、立っている。この側面には、地上（1 階）から屋上まで

つづく天神山文化プラザは弘前市民会館と類似した。

聳え立つレリーフ作品『鳥柱』（写真 7.）が施されて以降、打込タイルの外観に移行するに伴い内部空間にいる。無機質なコンクリートマッスの心臓部に存在すも赤茶タイルが侵入し、より素材感を強調させた意匠

るアートワークは、建築そのものを象徴しているようが外観との境界を曖昧にする効果をもたらしている傾に見えるが、全体像を真正面から視界に収めることが向があった。主要空間だけでなく便所や階段等の小空できるポジションはない。2〜3 階の北側半分は 2 階分

間でのアクセントカラーも目立った。

の吹き抜けであり、展示それぞれの色彩群を俯瞰すると、天井に多用されて室北側は外壁のブレーいるブルーは、外観の変遷に関わらず、東京文化会館

ズ・ソレイユとガラス窓から最晩年まで出現しつづけており、最も象徴的なカのグリッドが、床から天ラーといえる。壁面（垂直面）は、ペールカラーを含井まで水平連続窓として

み彩度・明度ともに網羅されている。アクセントカラ

覆っている。ルーバーがーに関しては、壁面の色彩群をフォローしつつも、鮮直射日光を遮りながら、

明な赤・黄・青（緑）の使用が顕著であった。コンク

読書のために十分な光をリートや打ち込みタイルの外観から受ける前川建築の空間に導入していたと思

モノトーンな印象と異なり、内部空間から豊かな色彩われるが、外界とのリンを抽出することができた。これらの中から天神山文化

クが弱く感じられる。

プラザけでなく前川建築全体に調和する色彩を厳選し、制作で使用するカラーとした。（写真 6.）- 115 -

写真 7.

a.竣工当時に対する提案

4. 制作①「意匠は窓まわりにある」と前川は述べている。

前川建築では、色彩や使用素材等の意匠において、（中田,2006）天神山文化プラザへ提案できるテキスタ

全国の各施設で共通するか、応用されている傾向があ

イルデザインとして、過去と現在で大きく変化を遂げった。竣工当初の写真と表記から、国際文化会館の２た第 3・4 展示室北面ファサードに着目した。当時の批

階分吹き抜けラウンジ空間では、淡オリーブ色と白色

評では、この吹抜け空間が読書という内面的な場所との横縞が用いられていたことがわかった。（国際建しては無機質（能,1962）だと述べられており、テキス

築,1955）横縞は埼玉会館でも共通していたようである。

タイルデザインによって空間の印象をソフトにさせる

このことから、当時カーテンを設置されていた場合もことができると考えた。表 2.のように、代表的なモダ横縞が検討される可能性があると想定し、E.での壁面

ニズム建築家の自邸では、空間の構成要素としてカー（垂直面）で使用されていた色彩から緑系２色を選出、テンが用いられている。幾何学的なデザインを緩和さ暖色系とモノトーン系からそれぞれ２色を加えて、合せるかのように、効果的に空間へ落ち着いた雰囲気を計４色展開のストライプのカーテンをデザインした。

導入することに成功しているといえる。布は柔らかい

設置の際は、ファサードからの自然光の入り方に合わ素材であるが、ドレープによって生じる垂直の陰影がせるように色彩を分散配置し、光の効果で空間利用を

空間へ秩序を与えることができると考えられる。

明確化した。西陽が入り込むことによって明るくなる
東側（学生閲覧室）から、陰になる西側の空間（一般閲覧室）は落ち着いた空間を演出した。（画像 1.）

東京文化会館

世田谷郷土資料博物館

イームズ自邸ノイトラ自邸画像 1.（イメージ）b.現在に対する提案閉ざされた北面ファサードを蘇らせ、かつてのように自然光が入り込む空間として機能することを想定し、２種類のカーテン（スクリーンタイプ・ドレープタイプ）を提案した。新規に導入する要素であっても既存
ファンズワース邸

空間と協調するために、天神山文化プラザのデティー

トゥーゲンハット邸

ル部分に既に用いられている幾何パターン（写真 8.）表 2.

を引用した。岡山県総合文化センター時代から役割を以上により、モダニズム建築空間でのカーテンの効引き継いだ 2004 年開館の岡山県立図書館では、薄手の果が明らかとなった。そこで、現第 3・4 展示室の後付

スクリーンカーテンが用いられている。（写真 9.）こけの壁面パネルを取り払い、かつてのように閲覧室とれは、現代の窓ガラス機能性向上により、ただ光を遮しての機能を携えた空間に戻すことを前提として、２断するだけではなく内と外のつながりを残したカーテ

種類のカーテンテキスタイル考案することとした。１

ン・ブラインドであるといえるのではないか。

つ目は、竣工当時を想定したデザイン、２つ目は現代に対するデザインを提案している。
- 116 -

I.天神山文化プラザ第 3・4 展示室
シュミレーションモデルで北面ファサードから入り込む自然光を確認すると、夏至頃夕刻に量が多くなる
ことがわかった。（画像 3.）ブレーズ・ソレイユ自体が差し込む光をかたちづくるため、シュミレーションとはいえ複雑に移り変わる光が床面・壁面へ投影される様子はこの場所でしか起こりえない現象であると考え、プリントテキスタイルのパターンの構成要素とした。投影された光の線を重ね合わせて図案とし、モノ
写真 8.

写真 9.

クロームの色彩で 3 種作成した。（写真 10.）

中 2 階部分と、窓枠ユニットの幅が狭い箇所にはドレープタイプを導入し、利用者が容易に光を操作できる機会を設けた。透け感のあるテキスタイルを用いることで、昼・夜で異なる光の効果が期待でき、いつ訪問しても開放的で暗さを感じることがない空間づくりを画像 3.

提案した。（画像 2.）

写真 10.
II.ケヤキの木
欅（けやき）は、前川建築において顕著な植林のひとつであったことから、必ずモチーフとしてとり上げ

画像 2.（イメージ）た作品を制作したいと考えた。このプリントテキスタ
イルのパターンは、プリント生地そのものが吊るされ

5. 制作②た時、欅が林立しているかのように見えるように構成

天神山文化プラザで唯一の個展形式をとる「天プしている。カラーは、空間で強いアクセントとなる緑

ラ・セレクション」において、出展作家は表現の可能と赤を選択し、曲線による描写、直線による描写は異性を広げることが求められる。（花田,2012）そこで、なる色彩利用で展開した。並置することで、林立してデザインの提案だけでなく、筆者（作者）が主としているように見える（写真 11.）用いるシルクスクリーンプリント技法による表現としてプリントテキスタイルを制作することとした。これ
らの作品も 4.の調査分析より前川建築と天神山文化プ
ラザの特徴や要素をインスピレーションとして制作し、展覧会の構成要素としている。それぞれ、I.天神山文化プラザ第 3・4 展示室、II.ケヤキの木、III.レリーフ作品『鳥柱』をモチーフとした。

写真 11.

- 117 -

7. 結語

III.レリーフ作品『鳥柱』「天プラ・セレクション vol.90 岡本汐加展

天神山文化プラザ建物の中心部に設置され、地上から屋上までを貫く『鳥柱』は、この場所を象徴していProcess-play with the site-」は、岡山県天神山文るといえる。作品の躍動感は、外観で使用されている化プラザにおいて 2020 年 3 月 17 日〜22 日まで開催

コンクリートの佇まいと対照的であり、その対比表現された。展覧会来場者との対話においては、素材・技を一連のプリントテキスタイルとした。（写真 12.）法についてや制作経緯についての質問が多数寄せられ、素材選定の経緯や背景を話す機会に恵まれた。会場の天神山文化プラザでは年間を通じて絵画や書の展
覧会が多く、一般来場者の多数は岡山市在住者でデザ
イン関連業界外であったが、作家の思考プロセスを展
覧会内で大々的に扱う行為が受け入れられたことに成果があった。期間中は施設内での同時開催展示やイベ
ントは無かったが、1 日につき 1〜2 名程度は本展覧

写真 12.

会を事前に知らない建築視察訪問者であり、会場の建6. 成果発表の手法

築作品としての価値を再認識することとなり情報交換会場である天神山文化プラザ第 3 展示室は、作品展ができた。一方、テキスタイルデザインそのものの認示用に改装された 6.93m x 31m の空間である。3.調査

知度が低いことが明らかとなり、今後の成果発表の機分析、4.〜5.の制作の成果物を同一空間に存在させ、会には専門分野の基本的情報の説明準備が必要と考え鑑賞者に概要を理解してもらうために、3.調査分析のる。会期中はコロナウイルス感染症問題が社会に蔓延

内容 A.〜F.および 4.〜5.の制作の成果物 5 種の制作過しており、本展示だけではなく天神山文化プラザその程をそれぞれの机上に配置することとした。図 2.のよものへの来館者数が減少しているとのことであった。

うに、エントランスを起点として反時計回りに成果物未曾有の社会変動の渦中において、展覧会などの成果を順に並べ、最奥部分にプリント作品を配置した。

発表・発信方法の検討が課題となった。

（写真 13.）加えて、中二階部分 6.93m x 7.5m の空間
へは、文献調査での参考書類を配置することにより、

8.謝辞

鑑賞者への理解を促進させるようにした。

ご支援いただいた、公益財団法人ウエスコ学術振興財団、岡山県立大学、天神山文化プラザ関係者各位、展覧会開催にご推薦いただいた岡山県立大学デザイン学部島田清徳准教授、そして会場へお越しいただきま
した皆様、心より感謝申し上げます。

文献
図 2.展示プラン

能(1962)「岡山県総合文化センター」, 『建築』1962
年 8 月号, p17, 中外出版
「国際文化会館」,『国際建築』1995 年 8 月号, p29,
美術出版社
花田洋通(2012)「天プラ・セレクションの役割」,『50周年記念誌』, p53, 岡山県天神山文化プラザ
中田準一(2006)「前川國男の最晩年の思考」,『建築家・前川國男の仕事』, p250, 美術出版社

写真 13. 展示の様子- 118 -

木育玩具による遊びと子どもの発達の対応分析
岡山県立大学 デザイン学部
林 秀紀
概要
木育とは，幼児期から原体験としての木材の関わりを深め，豊かなくらしづくり，社会づくり，そして森づくりに貢献する市民の育成を目指す教育活動であり，木育玩具は，幼児の知的成長を促す効果がある教育玩具のことを言う．
筆者らの先行研究，「木育玩具の分類とその教育効果の調査分析」では，木の玩具が子どもの成長にもたらす効果が確認されたが，発達段階との関係性についてさらに深堀りした研究の必要性が明らかとなった．そこで，本研究では，
子どもの発達段階の能力と木の玩具による遊びとの関係を考察し体系的に整理した．研究方法は，木の玩具のレンタル事業を営む，有限会社レインディアの保有する 0 歳から 3 歳までを対象とした 154 点の木製玩具の解説書を，多変量解析法，テキストマイニング分析法を用い，子どもの成長に効果的な遊びと木製玩具の年齢別対応表を明示した．

1.

たと述べられ，積み木以外の木育玩具の考察はない．

はじめに

木育玩具の代表である積み木は，ドイツの児童教育

この他，過去の研究やおもちゃ販売の専門家の情報は，学者，フリードリッヒ・フレーベル(1782-1852)が創案

子どもの発達段階の能力と木育玩具との関係についてした，「恩物」が基礎となっている．この木育玩具と教具体的に解説されているものは少なく，保護者視点で育的効果との関連性について既往研究を調査したとこ

は，子どもの知性や身体の成長を促す，一歩先を行く

ろ，具体的に分析した事例が多く見られなかった．そ教育的なお勧めの玩具を求めていると思われた．そこ

こで筆者らは，「木育玩具の分類とその教育効果の調査で本研究では，木育玩具による子どもの遊びと発達の分析[1]」において，「遊びの種類と教育効果の関係指対応を明らかにすることを目的とした．

標」を作成した．そしてこれをもとに制作した木育玩
3.

具のプロトタイプを保育園の年齢別の 4 つのクラスで事業者への訪問調査

指標の有効性を検証した結果，創造力や発育を促す効

有限会社レインディア（鳥取県米子市）へ 2018 年 2

果が確認された．一方，子どもの発達段階との関連性

月に訪問調査を実施し，木のおもちゃのレンタルサーには不足した問題点が見られた．自立歩行や言葉を話

ビス「もくレン[3]」の内容と，子どもの成長と玩具とし始める段階から，他人とコミュニケーションをとりの対応関係についての知見を聞くことができた．
「もく

社会性が備わる段階まで，急速に成長する様子が観察

レン」は，子どもの成長段階に合わせて適切なおもちでき，身体や知的能力の発達と遊びには密接な関係性

ゃを選び，3 か月に 3 個～5 個のおもちゃをレンタルすがあることが分かった．こうしたことから，さらに研るサービスである．これまで 120 件以上の契約実績が究の必要性が確認でき，継続の意義があると思われた．

ある．
（有）レインディアでは，保護者から送られてくる，「成長確認アンケート（図 1）」で，子どもの成長と2.

おもちゃによる遊びに関する相談事項を把握している．

研究目的

子どもの成長と木育玩具の関係について，篠田らのそれをもとに，子どもの成長に最適なおもちゃを選定「教育玩具のデザイン解析に関する研究[2]」では，フ

し，遊びの解説書「おもちゃファイル（図 2）」を一緒

レーベルの恩物より着想した組合せ積み木を考案し，に送付するサービスを通じて，子ども一人ひとりのカ

児童の自発性，好奇心を満足させ，数理感覚，論理的思

ルテをデータベース化している．この成長確認アンケ

考力，創造力，美的感情を養うことを目指したが，玩具ートによって，3 ヶ月ごとという短期間で保護者に送のデザインと実際の子どもの遊戯の間に差が感じられ付したおもちゃが，幼児の年齢の遊び方に合ったもの- 119 -

5.0004.000

1（6か月～）

3.000

2.000

成分 2

8（引っ張る）
1.000-3.00013（ゲーム）15（パズル）9（ごっこ）11（その他）
0.000
4（2歳～）
0.000
6（積み木）
18（教育理論）
17（迷路） 5（3歳～）-1.000-2.000-1.00014（文字・お話）-3.000

図 3.

2.000

3.000

4.000

10（ボール）2（1歳～）-2.000

図 2. おもちゃファイル

1.000

12（ころがす）16（バランス）

図 1. 成長確認アンケート

7（音を楽しむ）

3（1.5歳～）成分 1

玩具の対象年齢と遊びの種類の分析結果の散布図

かどうかを実証的に確認することができる．そしてその単独のクラスターをはじめ，すべての対象年齢のクのアンケート結果の内容が年齢ごとにおもちゃファイラスターにも含まれていることや，年齢が上がるにつルに反映されている．したがって，本研究の年齢ごとれ，考えながら体を動かす遊びへ，徐々に変化していの分析資料としては十分なものであると考えた．そこることが分かった．また，数量化理論Ⅲ類の散布図ので，本稿では，有限会社レインディアのおもちゃファ特徴として，各項目（おもちゃの種類）が満遍なく入っイルを詳しく調査することにより，遊びと成長の対応ている場合原点付近に集まる．この特徴を考察すると，関係を分析する方法を試みた．

2 歳～の幼児は主要なおもちゃで遊ぶことができることが示されている．そして，図 3 に年齢上昇の矢印を

4.

各年齢のクラスターから入れると，多くのおもちゃとおもちゃファイル 154 点の分類と分析

最初に，(有)レインディアが保有する，154 点の木育

遊べる方向である原点に向かう矢印が，3 歳～からは，玩具のおもちゃファイル（図 3）の対象年齢を参考に分

左下の知育の方向に離れて行くことが読み取れる．

類し，次に，おもちゃファイルのワンポイントアドバ
イスの記述内容をもとにスコアをつけた．その後，数5.

量化理論Ⅲ類を用いて，年齢と玩具の対応を分析した．

5.1

おもちゃファイルの分析
文章データの解析と考察

カテゴリーは，年齢（6 か月～，1 歳～，1.5 歳～，2 歳

前章では，(有)レインディアのおもちゃファイルか～，3 歳～の 5 段階）と，遊びに関する分類用語（積みら，数量化理論Ⅲ類とクラスター分析により，各年齢

木，音を楽しむ遊び，くるま・引っ張る遊び，ごっこ遊と遊び，玩具との対応関係について大きな傾向を把握

び，ボール遊び，その他，ころがす遊び，ゲーム，文できた．生後 6 か月から 3 歳までのわずか 2 年半の間

字・お話し遊び，パズル，バランス遊び，迷路，教育理にも，成長に合わせて遊び方が大きく変化する．赤ち論の玩具）とした．次に数量化理論Ⅲ類の計算を行い，ゃんから幼児へと成長していく段階で，単純な遊びか

そのカテゴリースコアを用いてクラスター分析を行っ

ら社会性のある遊びを体験し徐々に能力を獲得して行た．その結果を散布図に視覚化した図 3 から分かるよ

くが，玩具の役割は極めて重要であると言える．おもうに，年齢と遊びの種類がまとまった 5 つのクラスタ

ちゃファイルのワンポイントアドバイスには，おもちーが求められた．各年齢クラスターの特徴は，6 か月～ゃの特徴や，おもちゃの専門家が勧める子どもの発達

は，音を楽しむ遊びが大多数を占めた．1 歳～は，ころ

段階の遊び方など，教育的に有用な情報が数多く含まがす遊びと音を楽しむ遊び，1.5 歳～は，パズル，くるれている．これを詳細に解析し，それぞれの対応関係

ま・引っ張る遊び，2 歳～は，パズル，積み木，3 歳～を明らかにすることを試みた．方法は，テキストマイ

は，文字・お話し遊び，パズルが多数を占めた．そしニング解析法を用いた．おもちゃファイル 154 点のワて，クラスターに含まれる代表的な玩具を散布図上にンポイントアドバイスの文章データを，対象年齢ごとプロットした．音を楽しむ遊びは，6 か月～に区切り，文章中の単語の出現頻度，同時出現（共起）- 120 -

5.3

する単語の相関，出現傾向など有用な情報を抽出し，対象年齢 1 歳～の解析

玩具の教育効果と子どもの発達段階（年齢）との対応

図 7 および表 2 は，対象年齢 1 歳～の解析結果であ関係について考察を行った．なお，解析には，ユーザー

る．単語出現頻度でスコアの高い語は，名詞では，「色」，

ローカル テキストマイニングツール[4]を使用した．

「音」，「積み木」であった．動詞では，
「転がす」
，
「遊
ぶ」
，
「養う」
，
「遊べる」
，
「鳴る」
，形容詞では，
「やす

5.2

い」
，
「楽しい」
，
「良い」
，
「面白い」であった．ワードク

対象年齢 6 か月～の解析

図 4 および表 1 は，対象年齢 6 か月～の解析結果でラウド（図 7）では，
「積み木」
，
「音」
，
「色」
，
「動かす」
，

ある．表 1 は文章中に出現する単語の頻出度と，文章「遊ぶ」，「養う」が中心に大きく出現した．この分析かの中でどれだけ特徴的であるかをスコアにより表してら，1 歳からは指を動かして遊ぶことにより，脳に刺激いる．ワードクラウド（図 4）は，スコアが高い単語をを与えることが大切であることが分かった．

複数選び，その値に応じた大きさで図示している．

図 8. カラー積み木

図 7. ワードクラウド（1 歳～）
表 2.
名詞

図 4. ワードクラウド（6 か月～）
表 1.

図 6. ハンドルラトル

単語出現頻度（6 か月～：スコア上位 10 語）

名詞

スコア

動詞

出現頻度

スコア

出現頻度

単語出現頻度（1 歳～：スコア上位 10 語）
スコア

出現頻度
動かす

42.12

34

23

遊ぶ

33.37

63

積み木

99.52

22

養う

24.45

11

1歳

44.41

12

遊べる

5.52

9

おもちゃ

42.89

37

鳴る

4.29

9

上

39.43

11

褒める

3.32

10

遊び方

37.15

16

あげる

2.60

22

子ども

15.83

31

引く

2.10

12

成長

8.30

20

繰り返す

1.81

9

色々

5.43

11

始める

1.12

14

10

転がす

5.36

7

音

2536

8

振る

1.49

7

赤ちゃん

20.35

24

遊ぶ

1.40

12

ラトル

9.29

4

動かす

1.32

5

聴覚

9.29

4

握る

0.80

4

生後

8.84

7

鳴る

0.53

4

座り

6.00

6

渡す

0.46

5

やすい

0.92

12

左右

4.35

7

喜ぶ

0.45

10

楽しい

0.31

9

ハイハイ

4.00

4

持つ

0.15

11

良い

0.17

10

両手

2.51

5

くださる

0.11

6

面白い

0.17

5

少ない

0.17

4

難しい

0.15

4

かわいい

0.13

2

いい

0.11

13

無い

0.10

5

弱い

0.08

2

形容詞

出現頻度

見やすい

0.58

1

厚い

0.22

1

弱い

0.19

3

優しい

0.11

3

太い

0.09

1

にくい

0.07

2

楽しい

0.04

3

やすい

0.03

2

高い

0.02

2

軽い

0.02

1

出現頻度

25

105.45

34.59

スコア

スコア

117.51

色

色

形容詞

動詞

音

スコア

出現頻度

積み木は手先を使うので，創造力を育み脳の発育への有効性が同時に示唆された．
「色」，「音」については出現数が多い語ほど大きく，共起の程度が強いほど6 か月に続き玩具での遊びにより視覚と聴覚を養う効

太い線で描画されている．解析結果を見ると，単語出果があると思われる．代表的な玩具を図 8 に示す．

現頻度でスコアの高い語は，名詞では，
「色」
，
「音」
，
5.4

「ラトル」
，
「赤ちゃん」，「聴覚」であった．動詞では，

対象年齢 1.5 歳～の解析

「転がす」
，
「振る」
，
「遊ぶ」
，
「動かす」
，
「握る」
，
「鳴

図 10 および表 3 は，対象年齢 1.5 歳～の解析結果でる」，形容詞では，「見やすい」，「厚い」，「弱い」であっある．単語出現頻度でスコアの高い語は，名詞では，た．ワードクラウド（図 4）では，その結果が視覚的に「ヒモ」，「お子さま」，「色」，「プルトイ」，「音」，「指表され，スコアが高い語が中心部に集中し重要度を読先」，「パズル」であった．動詞では，
「養う」
，
「遊ぶ」
，

み取ることができる．この分析から生後 6 か月ごろの

「遊べる」
，
「拾う」
，
「引く」
，
「歩く」など，形容詞では，赤ちゃんは視力や聴力がまだ発達していないため，ラ「細い」，「微笑ましい」，「やすい」，「楽しい」などであトル（図 6）のような音の鳴る玩具を振ったり，鳴らしった．ワードクラウド（図 10）では，
「ヒモ」
，
「プルト

たり，転がしたりという遊びを通じて，能力を養うこ

イ」
，
「パズル」
，
「積み木」
，
「何度」
，
「音」
，
「色」
，
「養

とが効果的であると示唆されている．

う」，「遊ぶ」といった語が中心に大きく位置した．

- 121 -

図 11. プルトイ

図 10. ワードクラウド（1.5 歳
表 3.
名詞

単語出現頻度（1.5 歳～：スコア上位 10 語）

スコア

出現頻度

動詞

スコア

図 13. どうぶつ親子

図 12. ワードクラウド（2 歳～）
表 4.
名詞

出現頻度

単語出現頻度（2 歳～：スコア上位 10 語）
スコア

出現頻度

動詞

スコア

出現頻度

ヒモ

305.01

53

養う

94.34

28

パズル

115.57

53

遊ぶ

29.58

59

色

155.0

31

遊ぶ

89.58

109

ピース

87.40

42

動かす

10.17

15

お子さま

152.93

36

遊べる

32.62

25

積み木

82.12

19

遊べる

7.92

11

プルトイ

142.30

29

あげる

28.31

76

色

76.46

18

あげる

7.15

37

音

129.80

27

拾う

19.85

24

音

76.46

18

育つ

6.95

13

指先

101.44

32

引く

16.99

36

パズル

90.00

45

歩く

14.15

40

お子さま

42.00

14

合わせる

6.93

19

歩き

62.93

33

繰り返す

12.56

25

合わせ

33.69

14

慣れる

3.66

12

おもちゃ

28.30

29

落とす

10.75

27

色々

22.00

22

覚える

3.61

20

動き

22.66

31

教える

4.51

30

おもちゃ

12.21

18

教える

1.84

19

チャレンジ

11.07

16

できる

1.14

35

形容詞

スコア

出現頻度

細い

9.95

14

微笑ましい

3.50

5

やすい

1.08

13

楽しい

0.87

15

可愛い

0.80

10

良い

0.48

17

いい

0.40

25

難しい

0.23

5

大きい

0.14

4

うい

0.11

4

形容詞

スコア

出現頻度

難しい

2.27

16

素早い

0.97

2

丸い

0.53

2

やすい

0.41

8

多い

0.36

11

淡い

0.26

1

楽しい

0.14

6

大きい

0.14

4

良い

0.13

9

いい

0.04

8

プルトイとは，図 11 のようにヒモを引っ張って遊ぶ

50 ピースと難しいパズルにもチャレンジして達成感玩具である．細いヒモを持つこと，そのヒモを握りなを得られるようになる．積み木は重ねて遊ぶものが登

がら歩くことの 2 つの複合動作の練習になる．最初は場する．指先を使い棒へリングを入れたりすることで歩くとすぐにヒモを落としてしまうこともあるが，何達成感を感じる．穴の数も 1 つ，2 つ，3 つと増え，形度も繰り返し拾っては歩くことにより指や手の力を養と穴との整合性や構造を考えるようになっている．こう効果があると考えられている．それに続くパズルはれまでよりも少し複雑に，そして難しくなったパズル

形の認識力を養う効果がある．小さなつまみのついたや積み木にチャレンジすることにより，想像力や記憶パズルは掴むことで指先を使うことも覚え，大脳を刺力，集中力を育てることがワンポイントアドバイスに激し成長を促すと考えられている．

より示唆されている．

5.5 対象年齢 2 歳～の解析

5.6 対象年齢 3 歳～の解析

図 12 および表 4 は，対象年齢 2 歳～の解析結果であ図 14 および表 5 は対象年齢 3 歳～の解析結果である．単語出現頻度でスコアの高く特徴的な語句は，名る．単語出現頻度でスコアの高い特徴的な語句は，名

詞では，
「パズル」
，
「ピース」
，
「積み木」
，
「色」
，
「音」
，

詞では，
「車」
，
「色」
，
「ごっこ遊び」
，
「パズル」
，
「数字」

「チャレンジ」であった．動詞では，
「遊ぶ」
，
「動かす」
，

であった．動詞では，「遊ぶ」，「組合わせる」
，
「動かす」
，

「育つ」
，
「合わせる」，「慣れる」，「覚える」など，形容

「覚える」
，
「慣れる」
，
「覚える」など，形容詞では，
「素

詞では，
「難しい」
，
「素早い」
，
「やすい」
，
「丸い」など

早い」
，
「可愛い」
，
「難しい」などであった．ワードクラであった．ワードクラウド（図 15）では，「パズル」，

ウド（図 14）では，
「車」
，
「色」
，
「ごっこ遊び」が最も

「ピース」
，
「積み木」
，が最も大きく目立ち，
「音」
，
「色」

大きく，
「パズル」
，
「数字」
，
「積み木」
，
「ままごと」がが続いた．この年齢より新たに「想像力」，「記憶力」と続いた．図 15 のままごとセットは絵本を読みながら木いう語句も新たに出現した．もくレンで扱う玩具は対のおもちゃで料理ごっこが楽しめる．絵を見ながら実

象年齢 2 歳以上からパズルと積み木の割合が増加する．

際の行動をすることで，「調べる」，「理解する」，「覚え

図 13 のような，動物の絵などが描かれたピースを合わる」と段階を経た遊びを自然に取り入れることができせる形となり，両手の指で数えられる 9 ピースになる．

る．野菜やフルーツを切る事と絵本を一緒に遊べる工

これが上手にできるようになると 30 ピース，

夫がされている．普段母親の行動をしっかりと見てそ- 122 -

類，クラスター分析を用いて，玩具の対象年齢と遊びの種類の分類を行い，5 つの成長段階ごとに最適な玩具について把握した．次に，おもちゃの専門家から保護者に宛てた，ワンポイントアドバイスの内容（文章データ）

表 5.

共出現の相関，出現傾向など有用な情報を抽出し，玩具

単語出現頻度（3 歳～：スコア上位 10 語）

名詞

スコア

出現頻度

動詞

スコア

出現頻度

車

111.45

24

遊ぶ

38.39

68

色

99.52

22

組み合わせる

21.15

10

ごっこ遊び

54.70

14

動かす

6.79

12

パズル

47.55

30

あげる

6.07

34

数字

41.32

36

覚える

6.00

26

おもちゃ

28.30

29

合わせる

3.89

14

色々

15.52

18

繰り返す

2.22

10

遊び

9.48

27

教える

1.84

19

動物

6.84

19

いく

1.22

27

成長

4.83

15

できる

1.21

36

形容詞

をテキストマイニング分析し，文章中の単語の出現頻度，

図 15. チーズ君のおいしいスープ

図 14. ワードクラウド（3 歳～）

スコア

による遊びの教育効果と子どもの発達段階（年齢）との対応関係について考察を行った．そして，2 つの調査分
析から得られた結果を軸として，文章データの詳細内容
でさらに補足し，子どもの成長に効果的な遊びと木育玩
具の年齢別対応表を作成した．本研究の範囲および目的

出現頻度

素早い

2.03

3

可愛い

0.39

7

難しい

0.23

5

楽しい

0.19

7

赤い

0.14

2

早い

0.12

6

いい

0.09

12

おいしい

0.09

3

良い

0.08

7

やすい

0.06

3

は，乳幼児を対象とした木育玩具について，成長に合わせた遊びと教育効果を明示し，木育玩具のデザインガイ
ドを新たに提案することであった．既往研究，および，筆者らの先行研究では，成長段階との対応に不足した点

れを真似することによって学習ができるように考えらがありこれを補完することが目的であった．本研究の成れている．ままごとは，色々な場面を想像することで，果により，保護者が木育玩具を購入するガイドとして，脳も活性化され社会性も育ち人間としての基本が身に従来のものよりもさらに具体的な内容を参照できる他，つくと言われている．男女どちらにも成長の要素が詰玩具メーカー，木工作家，デザイナー，学生などがデザまっていると考えられている．

インの根拠として有効活用が期待できる．今後は，この資料をもとに，木育玩具のプロトタイプにより有効性や6.

成長段階での遊びと玩具による教育効果のまとめ妥当性を検証し，その結果を反映した木育玩具のデザイ

第 4 章と第 5 章の分析結果より，子どもの成長段階

ンガイドライン資料として完成を目指す予定である．

で獲得できる能力に対応した玩具とその教育効果が理解できた．その結果を骨格として，さらに関連する詳

参考文献

細内容を，おもちゃファイルから抽出して盛り込み，

1）林秀紀，櫛勝彦，井上勝雄 ： 木育玩具の分類とそ一覧にまとめたものが表 6 である．対象年齢 6 か月かの教育的効果の調査分析, 日本感性工学研究論文誌,

ら，3 歳まで，5 段階に区分し，それぞれに，子どもの17, 4, pp. 489-497

成長段階での遊び，身体的な特徴，教育効果，デザイン

2）篠田守夫，天野孝雄，松原貞嗣，菊池季比古：教育的な対応アイデア，代表的なおもちゃ，遊びの種類に玩具のデザイン解析に関する研究（I），産業工芸試験ついて整理した．この一覧表により，木育玩具の教育所報告，通商産業省 産業工芸試験所，No.55，1968．

効果と年齢対応が容易に理解でき，玩具のデザインや

3）木のおもちゃのレンタルプログラム「もくレン」：

購入選択が容易になるものと思われる．

http://www.reindeer.co.jp/mokuren.htm（2020.03.17
最終閲覧）
．

7.

4）ユーザーローカル テキストマイニングツール：

結論と今後の展開

https://textmining.userlocal.jp/（2020.03.17 最終

本研究では，有限会社レインディアの木のおもちゃレ

閲覧）．

ンタル事業である，「もくレン」の過去 10 年間，120 件
以上の顧客記録である成長記録アンケート，および，おもちゃファイル 154 点を詳細に調査分析したものである．
おもちゃファイル 154 点の記述内容から，数量化理論Ⅲ- 123 -

表 6.

子どもの成長に効果的な遊びと木製玩具の年齢別対応表- 124 -

宇宙から飛来する暗黒物質による散乱過程の理論的研究

岡山理科大学理学部応用物理学科
長尾 桂子
（概要）
宇宙の物質の約５分の４を占める暗黒物質は、未発見の素粒子であると考えられている。その性質を調べるため、宇宙から飛来する暗黒物質粒子の検出実験が行われている。検出実験では、暗黒物質粒子と標的原子の散乱過程を正確に理論計算をしておくことが、暗黒物質の性質を引き出す上で非常に重要である。
本研究では、
暗黒物質粒子と原子の散乱で起こりうる共鳴状態について考察するとともに、現在研究開発が進んでいる次世代の暗黒物質粒子検出において期待できる暗黒物質の性質の検証条件をシミュレーションから調べた。次世代の暗黒物質粒子検出実験では、従来の検出実験で可能であった暗黒物質粒子と標的原子の散乱エネルギーだけ
でなく、暗黒物質粒子の到来方向も検出可能である。そのため、従来の実験に比べてより多くの情報を得られると期待できる。特に検証が期待できるのが、暗黒物質粒子の速度の分布である。本研究では、方向を検出できる実験での暗黒物質粒子と原子の散乱をシミュレーションし、暗黒物質の速度分布の非等方性を検証するために 103〜104 回程度の暗黒物質粒子の信号検出が必要であることを明らかにした。また、その非等方性と暗黒物質の質量を検出実験の結果から同時に取り出す手法についても検討を行い、方向情報を利用することの重要性を示した。特に、暗黒物質粒子に対して検出感度が高いと期待できる固体型検出器について、速度分布や質量などの情報がどの程度取り出せるかを本研究では初めて定量的に評価し、従来から研究されてきた気体型検出器と比較することによって、今後の開発方針に関する示唆を与えた。
（本文）

接検出実験」につ研究の背景と目的 近年の宇宙観測から、宇宙全いての理論的な計体のエネルギーのうち、物質の占める割合の約５分

算や考察、シミュの４が、正体不明の物質によって構成されているこレーションから、とが明らかになった（図１）。この物質は暗黒物質と暗黒物質の性質を呼ばれ、現在の宇宙の構造を形成する上でも重要なより正確に、より役割を果たしたと考えられている。また、暗黒物質

多く実験から取りの正体は、これまでに知られてない未発見の素粒子出すことを目標とである可能性が高く、宇宙の物質の起源を研究するした。暗黒物質の素粒子物理学の観点からも重要視されている。多く

直接検出実験の基本的な原理は、図２に示すようの実験が暗黒物質を検に、宇宙から飛来する暗黒物質粒子と標的原子が散出し、その性質を調べ乱し、放出されるエネルギーを測ることによって暗ようと試みているが、黒物質を検出するというものである。本研究ではこいまだに明確な検出にの直接検出実験について、（１）暗黒物質粒子と原子は至っていない。本研の散乱で起こりうる多体共鳴状態の定量的計算

究では、暗黒物質粒子（２）次世代型の暗黒物質直接検出実験で期待できを検出する主要な実験る暗黒物質の性質解明と、その必要条件 の２点のである「暗黒物質の直研究を行った。

- 125 -

研究の詳細および研究成果

複数回の散乱を起こす可能性が非常に低いため、一（１）暗黒物質粒子と原子の散乱で起こりうる多体

般に共鳴散乱は起こりにくいと考えられる。一方で、共鳴状態の定量的計算

本研究の遂行時期と並行して、一般的な 100 GeV 程

図 3. 中性子と原子核の散乱しやすさが共鳴現象で増大する様子(「原子核物理入門」鷲見義雄)。

暗黒物質粒子と原子度の質量を持つ暗黒物質よりも非常に軽い、1〜10の散乱では、原子核のGeV 程度の質量を持つ暗黒物質粒子が存在するので複雑な構造のために、はないかという可能性が有望視されるようになった。

理論計算に伴う不定性

このように低質量の暗黒物質粒子に対しては直接が大きいことが指摘さ検出実験からの制限は非常に緩いため、暗黒物質粒れている。その例とし子が散乱しやすく、共鳴散乱現象が起こる可能性がて、本研究では原子核ある。今後はこのような軽い暗黒物質粒子の共鳴散が多体状態であること

乱現象についてその影響を評価し、より正確な理論に由来する共鳴が直接計算を行えるよう理論を修正していく予定である。

検出実験での散乱でも起こりうるのかを検討した。
中性子と原子の散乱では、1-10 eV 程度の低エネルギーの散乱で、中性子が原子中の原子核と共鳴することによって散乱しやすさ（散乱振幅）が増大する現象が実際に実験で測定されている（図３）。暗黒物質粒子は中性子と同様に電気的に中性の粒子であると考えられることから、直接検出実験で原子と散乱する際に同様の共鳴現象を起こす可能性があると考えられた。現在、直接検出実験の結果から暗黒物質粒子の散乱しやす
さや質量などに対して制限を与える際には、この共鳴散乱の影響は考慮されていない。より正確に、暗黒物質粒子の性質を直接検出実験の結果から引き出すためには、共鳴散乱の影響を理論計算で考慮する必要がある。本研究では、場の理論という理論体系
を用いて共鳴状態の影響を計算するとともに、原子
核物理学の実験・理論研究者複数名と議論を行った。
その結果、原子核は複数の核子から構成されており、原子核と中性子の共鳴散乱は、中性子がこの複数の核子と散乱を繰り返すことによって擬似的な共鳴状態を構成していることがわかった。一方で、暗黒物
質粒子と原子核の核子の散乱しやすさは直接検出実験から厳しい制限がついており、最も一般的な100GeV 程度の質量を持つ暗黒物質粒子ではその散乱断面積が 10-45cm2 以下でなくてはならない。このように散乱しにくい粒子の場合、原子核中の核子と- 126 -

（２）次世代型の暗黒物質直接検出実験で期待できる暗黒物質の性質解明と、その必要条件

従来行われてきた
暗黒物質検出実験の検出の原理は、

図 4. 直接検出実験で暗黒物質の検出を行う原理。

宇宙から飛来する暗黒物質粒子が地上の実験室に設置された標的原子と散乱し、その際に放出されるエネルギーを検出するというものである（図 4）。これに続き、散乱のエネルギーだけでなく、散乱される原子核の方向を検出できる検出器を用いた実験の研究開発が進んでいる。このような実験は世界で主張な実験プロジェクトだけで６つあり、理論的な研究が待たれている。宇宙の暗黒物質は、太陽系の運動に伴い、はくちょう座の方向から多く飛来すると考えられるため、それによって散乱される原子核の方向情報を含めて検証することによって、より正確に暗黒物質粒子の検出を行うことができる。
一方で、暗黒物質粒子の飛来方向を検出できることから、方向情報を利用して、従来よりも多くの暗黒物質粒子の性質を引き出すことができるとも期待できる。例
えば、暗黒物質の飛来方向の情報は、宇宙の暗黒物
質がどのような速度で分布しているかを反映していると考えられる。宇宙の暗黒物質は、銀河系ではどの方向にも同じような速度（図５(A)）で分布してい向）の２つのデータが得られる。複数回の検出結果をシミュレーション
することによって、その統計的な傾向を見ることができるようになる。
図７はその２つのデータの分布を示した一例である。条件によって異な
図 5. 暗黒物質粒子の速度の分布が等方的な場合（左）と、非等方的な場合（右）の概念図。

る分布の傾向があることから、その判別のため、本研究では２種類のデータを作成した。１つ目は豊富な統計量を持つ検出結果で、これは多くの暗黒物質粒子の検出データが得られた場合の理想的な検出データと想定できる。しかし、実際の実験で暗黒物質粒子を検出するのは非常に難しいため、検出できる信号数はそれほど多いとは期待できない。そのため、１つ目のデータよりも統計量が

図 6. 暗黒物質の速度の分布が、銀河系の中を太陽系が進む方向（右図）と、それに対して垂直な方向（左図）であることを示唆する N 体シミュレーションの結果（Ling, Nezri, Athanassoula and Teyssier (2009)）。

少ない、擬似的な実験の検出結果のデータも作成した。図７は、立方体
グラフは１つ目の理想的なデータを、白抜きの赤点が擬似的な実験データ

ると一般には考えられている。しかし、宇宙の歴史を示したものである。図７に見られるように、擬似の中での暗黒物質の時間発展を追う N 体シミュレー的な実験データは、理想的なデータに非常によく似ションからは、速度の分布が非等方的（図 5(B)は一た傾向を持っているが、統計的な揺らぎのため２つ例）であることが示唆されている。これは、銀河系のデータの間には多少の差異が生じる。速度の分布の伴銀河から流入する暗黒物質の流れがあることや、などが異なる条件のもとで生成した疑似的な実験デ銀河系の中の普通の物質の回転に暗黒物質が引きずータと理想的なデータの類似性を本研究で検定してられることに起因すると考えられる。本研究では、おくことによって、実際の実験でデータが得られた(A)等方的な分布として、最も一般的な等方的マクス

ときにも、その結果が示唆する速度の分布の等方

ウェル分布、(B)非等方的な分布として普通の物質と性・非等方性や、質量への制限などの情報を得るこ

暗黒物質粒子の重力による相互作用が考慮された N
体シミュレーションから示唆されるモデル（図 6）を用い、飛来方向が検出できる直接検出実験でこの２つのモデルを判別することができるかを調べた。
また、速度の分布を判別するとともに暗黒物質粒子の質量に対する制限も精査した。
本研究では、モンテカルロ・シミュレーションを用いて方向を検出できる直接検出実験での検出結果
をシミュレーションした。検出結果として、暗黒物
質粒子と原子の散乱の反跳エネルギーと散乱角（方- 127 -

図 7. 方向検出実験において検出されるエネルギーと方向の分布例 [業績 1]

とができる。また、検250

出器の解像度によって

r=0

Er [keV]200

は、エネルギー分解能

150が低く方向情報だけし100かわからないことも想

50

0

-1

-0.5

定される。そのような
0
cos q

0.5

1

図８. 方向情報（散乱角のcosθ）のヒストグラムの例。[業績 1]

場合、図８に示すような方向情報のみのヒス
トグラムが得られる。

図９.直接検出実験のシミュレーション結果を、エネルギーと方向の分布として表示した [業績 1]。左上から右下まで、完全に等方的なものから非等方性を徐々に増した速度の分布を仮定して生じた結果を示す。暗黒物質粒子の検出が十分な回数発生する理想的な場合のデータを用いた。

本研究では、エネルギーと方向の２つの情報を検出から非等方性を増した場合の（左上→右上→左下→

できた場合と、方向情報のみ検出できた場合をそれ右下）エネルギーと散乱方向の理想的な分布を示し

ぞれ調べ、速度の分布の非等方性の判別を行った。

たものである。図９に示す通り、暗黒物質粒子の速暗黒物質粒子の質量はまだ実験からほとんどわか度の分布の非等方性によって検出結果のシミュレーっておらず、質量をどのように想定するかは本研究

ション分布の形状が変わっていくことがわかる。疑の統計的な検定に大きく影響する。そのため、【１】

似実験的なデータは、このような理想的な場合より

暗黒物質粒子の質量が他の実験でわかったと仮定し少ない信号数を持つため、まばらな分布となる。図た場合、【２】暗黒物質粒子の質量について情報がな

９はエネルギーと散乱方向の分布だが、検出器のエいと仮定した場合 の２つの場合を想定した。
以下でネルギー分解能が低く散乱方向のヒストグラムを用はそれぞれについて、想定の背景と結果を述べる。

いた場合も同様に、理想的なヒストグラムと疑似実【１】暗黒物質粒子の質量が他の実験でわかったと

験的なヒストグラムを作成することができる。理想仮定した場合的なヒストグラムと、疑似実験的なデータから生成直接検出実験の他に、粒子加速器実験や宇宙線観

したまばらなヒストグラムの類似度をカイ２乗検定

測等他の実験でも暗黒物質粒子が検出される可能性で判定した結果を図１０に示す。図１０では N 体シがある。特に、現在欧州で稼働している粒子加速器

ミュレーションから示唆される非等方的な分布が横実験である大型ハドロン衝突型加速器（LHC）は人類

軸 rtmp=0.3 に対応しており、左図は非等方的な分布

史上最高の 13TeV という高いエネルギーで新粒子をが実現していた場合、直感的にも予想できるように生み出す期待を背負って稼働中である。このようなそこから離れるほど排除されやすいことを示してい実験から暗黒物質粒子の質量に対する示唆が近い将る。また同様に、右図は完全に等方的な速度の分布来得られた場合、その情報を利用してより精度良くとが可能となる。本研究ではサンプル点として、

´103
6
5

・方向を検出できるガス検出器で使われる典型的な標的原子であるフッ素に対して 60 GeV
・方向を検出できる固体検出器で使われる典型的な標的原子である銀に対して 300GeV

行った。

6
5
4

3

3

2

2

1

1

0.2

0.4

0.6

0.8

1

rtmp

の質量をもつ暗黒物質粒子が飛来するとそれぞれ仮めて定量的な評価を行い、気体型検出器との比較を

rexp=0.3

´103

4

0

定した。特に固体型検出器に関しては、本研究が初

c2

c2

暗黒物質粒子の速度の分布についての情報を得るこ

0

rexp=0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

rtmp

図１０. 暗黒物質が非等方的な速度の分布をしている場合に、等方的な分布を 95%の信頼度で排除できることを示した図（左）と、反対に完全に等方的な分布が実現していた場合に N 体シミ
ュレーションから示唆される非等方的な分布が排除できることを示した図（右） [業績 1]。標的原子として銀原子を想定し、暗黒物質と原子の散乱が 20000 回起こったと仮定した。

図９は、暗黒物質粒子の分布が完全に等方な場合- 128 -

（rtmp=0）が実現していた場合にそこから離れるほどと固体検出器の比較なども本論文で初めて議論さ排除されやすく、95%の信頼度で非等方的な速度の分れた成果である。

布が排除できることを示している。このように、等方的・非等方的な速度の分布を判別するためには、【２】暗黒物質粒子の質量について情報がないと仮フッ素を標的とした場合 5000 回、
銀原子を標的とし定した場合

た場合 20000 回の暗黒物質粒子の検出が必要である。

もし大型ハドロン衝突型加速器等の他の実験から

図１０は検出実験の結果として方向情報のヒストグ

暗黒物質粒子の質量に関する示唆を得られなかった

ラムのみ得られた場合の結果であるが、検出器の分場合、方向を検出できる直接検出実験で暗黒物質の解能がよく、エネルギーと方向の２つの情報で分布

質量と速度の分布の非等方性を同時に判別できるだを作成した場合は、フッ素を標的とした場合 6000

ろうか。図１１は、暗黒物質粒子の質量と速度の分回、銀原子を標的とした場合 60000 回の暗黒物質粒

布の非等方性という２つの性質を、最尤法を用いて子の検出が必要であることも明らかになった。これ同時に判別した結果である。
【１】の場合と異なり、は方向情報のみを用いたヒストグラムを利用した判エネルギーのみ、あるいは方向情報のみを利用した別に比べ厳しい条件で、１種類より２種類の情報を場合に比べて、その両方の情報を利用した場合は２利用した方がより判定が難しくなることを示しておつの性質をより高精度で求めることができることがり、直感に反する非自明な結果を得ることができた

定量的に明らかになった。この傾向は、標的原子がと言える。そのような現象が生じることに対して、フッ素の場合でも銀の場合でも同じである。固体検妥当と考えられる理由も論文中[業績 1]で考察した。

出器で典型的に用いられる重い原子の場合に、質量

また、いずれの場合も、標的原子として銀原子を用と非等方性を同時に判別することを試みたのは本いた場合の方が、フッ素原子を用いた場合よりもよ

論文が初めてであり、その結果を用いて標的原子がり多くの暗黒物質粒子の検出数が必要であることもフッ素の場合との比較を行ったことも本論文の主明らかになった。これは、暗黒物質と散乱する原子

要な結果の１つである。

が重いほど、原子核の形状因子の影響で散乱が起きにくくなるためである。本論文は、固体検出器で典謝辞型的に用いられる銀原子を標的原子と想定した検最後になりましたが、本研究にご支援を賜りました

出を計算した初めての成果であり、標的原子の質量

公益財団法人ウエスコ学術振興財団に深く感謝申しによる条件の変化、そこから類推される気体検出器上げます。

図１１. 暗黒物質粒子の質量（横軸）と速度の分布の非等方性（縦軸）のもっともらしさを、最尤法により判定した結果。従来の直接検出実験のようにエネルギー情報だけで判定した結果（左図）、方向情報だけで判定した結果（中央）、エネルギーと方向情報の両方を利用して判定した結果（右図）。真の値は赤点で示されており、青い分布円の中央がこの点に近いほどより正確な判定であると言える。標的原子として銀を仮定した [業績 1]。

- 129 -

本研究助成による研究業績

Velocity Distribution by Directional Detection”、（学術論文等）
1.“Discrimination of anisotropy in dark matter
velocity distribution with directional
detectors”、Keiko I. Nagao, Tomonori Ikeda,
Ryota Yakabe, Tatsuhiro Naka, Kentaro Miuchi、Physics of the Dark Universe、 Volume 27,
January 2020, 100426, 2020 年(論文、査読有)
2.“Discrimination of Dark Matter Mass andVelocity Distribution by Directional
Detection”、Keiko I. Nagao, Journal of Physics:
Conference Series, Volume 1468, 16th
International Conference on Topics in
Astroparticle and Underground Physics (TAUP2019), 012067、2020 年（会議録、査読有）
3. “Discrimination of Dark Matter Mass andVelocity Distribution by Directional
Detection”、Keiko I. Nagao、Proceedings ofInternational Conference on Neutrinos and Dark
Matter 2020、印刷中、2020 年（会議録、査読有）
4. “Dark Matter Mass and Anisotropy inDirectional Detector”、Keiko I. Nagao、Proceedings of the 1st Workshop on
Phenomenology for Particle and Anti-Particle,
2018 (PPAP2018)、素粒子論研究電子版
Vol.28(2019), No.3, pp.6-10、2019 年（会議録、査読無）International Conference on Neutrinos and Dark

(国際会議招待講演)
1. “Anisotropy of dark matter velocity
distribution and directional detection”、KeikoI. Nagao、NCTS Dark Physics Workshop、National
Dong Hua University (中華民国)、2020 年 1 月（国際会議・国内学会一般講演）

1.“Discrimination of Dark Matter Mass andVelocity Distribution by Directional Detection”、
Keiko Nagao、16th International Conference on
Topicsin

Astroparticle

andUndergroundPhysics(TAUP2019), 富山、2019 年 9 月 10 日（国際会議、ポスター発表）
2.“Discriminating WIMP Mass and Anisotropy with
Directional Detector”、Keiko Nagao、NCTS Annual
Theory Meeting 2019: Particles, Cosmology andStrings、台湾、2019 年 12 月 13 日（国際会議、一般講演）
3. “Discrimination of Dark Matter Mass and- 130 -

Matter 2020 (NDM-2020)、Keiko Nagao、エジプト、
2020 年 1 月 14 日（国際会議、一般講演）
4.「方向感度をもつ暗黒物質の直接検出実験による軽い暗黒物質の検証」、長尾桂子、日本物理学会第75 回年次大会、名古屋大学（一般講演、現地開催中
止に伴い発表資料提出にて講演成立の扱い）

スピン反転を利用した長寿命光電荷分離システムの創製
岡山理科大学 理学部 化学科
満身 稔
電子ドナーとアクセプターから構成された系を光励起することによって生じる光電荷分離状態は高いエネルギーを持つため，電気あるいは化学エネルギーとしての利用が可能であると期待される．我々は，光捕集機能を持つ金属ポルフィリン錯体が形成する結晶格子内にアクセプターを導入したアクセプター内包多孔性金属ポ
ルフィリン錯体に基づく光電荷分離システムの開発を行っている．本研究では，光電荷分離の長寿命化のために項間交差によるスピン反転が利用できるかどうかを検討するために，項間交差を示す金属ポルフィリン錯体
として二種類の白金テトラアリールポルフィリン錯体 [Pt(TPP)] (2), [Pt(F20TPP)] (3)を選び，アクセプターである
フラーレン C60 とナフタレンジイミド誘導体 NDI-Et を用いて共結晶化を行った．得られた共結晶 [Pt(TPP)]･
NDI-Et (2･NDI-Et)と[Pt(F20TPP)]3･2C60･12PhMe (33･2C60) について，X 線結晶構造解析と分光化学的性質などの評価を行ったので報告する．

１．はじめに金属－有機構造体（MOFs）や多孔性配位高分子（PCPs）とよばれる多孔性金属錯体では，光捕集を担う色素が高秩序で配列することによって高効率の光捕集と励起エネルギーの輸送が期待でき，近年，新たな光捕集システムとして注目されている１．しかしながら，光励起によって生じた励起子はすぐに失活するので，光エネルギーを電気や化学エネルギ
ーに変換するには特別の工夫が必要である．そこでの初めての例となる錯体 1·C60 の結晶化と X 線結晶

我々は，その工夫として光電荷分離状態を利用して構造解析に成功している（図２）．また，過渡吸収分

いる．励起状態にある光電荷分離状態から，電気エ光法により，光電荷分離の生成を確認し，その寿命

ネルギーを取り出せば光電変換システム（図１）とが 0.25 ns であることを明らかにしている２．しかしなり，化学エネルギーを取り出せば人工光合成やながら，このような系からエネルギーを取り出すに様々な電子移動触媒となる．したがって，多孔性金は電荷分離の長寿命化が必要である．

属錯体に基づく光電荷分離システムは様々な用途で利用可能な光エネルギー変換材料を創製でき，エネR

ルギー問題の軽減に貢献できると期待される．そこで我々は，多孔性金属錯体に基づく光電荷分離シス

R

テムの開発を目指して，光励起状態にある金属ポル

R

R

R

R

R

R

セプターを細孔内に内包したアクセプター内包多孔R
Rまで，フラーレン内包多孔性亜鉛ポルフィリン錯体

O

O

N

O

R

R

R

性金属ポルフィリン錯体の開発を行っている．これ

R

R
R

N

R
N

N

O
R

Pt

R

フィリン錯体から電子を受け取ることができるアク

R

N

N

2:R=H
3:R=F

NDI-EtC60

図 3．白金ポルフィリン錯体とアクセプター分子．

- 131 -

白金やパラジウムなどの重原子を含む金属ポルフィ

たカラム構造から形成されている．
原子間距離から，リン錯体では，項間交差によるスピン反転によって積層方向に隣接した錯体 2 のフェニル基の o-位の水励起寿命が長寿命となることが知られている．本研

素原子と NDI-Et の酸素原子との間に C–H···O 水素

究では，項間交差によるスピン反転を利用して光電結合が働いていると考えられる．錯体 2 のポルフィ

荷分離の長寿命化を図れるかどうかを検討するため

リン骨格と NDI-Et の間の平均面間距離が 3.6 (2)Å でに，項間交差を示す金属ポルフィリン錯体として二あることから，交互積層構造において π スタックの種類の白金テトラアリールポルフィリン錯体

寄与は少なく，主に水素結合に起因していることが[Pt(TPP)] (2), [Pt(F20TPP)] (3)（図３）を選び，アクセ

わかった．

プターであるフラーレン C60 とナフタレンジイミド[Pt(F20TPP)] (3)と C60 の共結晶化によって得られた誘導体 NDI-Et を用いて共結晶化を行った．得られ黒色六角柱状晶について，結晶構造解析を行なった[Pt(TPP)] ･ NDI-Et (2 ･ NDI-Et) とところ，[Pt(F20TPP)]3･2C60･12PhMe (33･2C60)である[Pt(F20TPP)]3･2C60･12PhMe (33･2C60) について，X 線

ことがわかった．この共結晶の 150K における結晶

結晶構造解析と分光化学的性質等の評価を行った．

構造を図５示す．Pt 原子は対称心上に，C60 は 3 回た共結晶

軸上にそれぞれ存在する．隣接するポルフィリン骨
２．結果と考察

格と C60 分子の間の距離は 2.9676 Å であり，π–π 相（１）共結晶化

互作用が存在している．C60 は 3 分子の錯体 3 と，錯[Pt(TPP)] (2)と NDI-Et を DMF に加熱して溶かし，

体 3 は 2 分子の C60 と接触しており，ハニカムシー

除冷することにより[Pt(TPP)]･NDI-Et (2･NDI-Et)のト状の二次元相互作用を形成していることがわかっ

暗赤色結晶を得た．一方，[Pt(F20TPP)] (3)と C60 をトた．

ルエン–2- プロパノールから共結晶化を行い，[Pt(F20TPP)]3･2C60･12PhMe (33･2C60) の黒色六角柱状晶を得た．[Pt(TPP)] (2)と C60 の組み合わせでは，
除冷法と拡散法のいずれの方法でも共結晶は得られなかった．
（２）X 線結晶構造解析

得られた共結晶[Pt(TPP)]･NDI-Et (2･NDI-Et)について 120K における結晶構造解析を行った（図４）．
図５．共結晶 33･2C60 の結晶構造．
（３）紫外－可視吸収スペクトルKBr 錠剤法で測定した 2･NDI-Et の固体状態での紫外－可視吸収スペクトルを 2 と NDI-Et のスペク
トルとともに図６に示す．2･NDI-Et の吸収スペクト
ルにおいて 420 nm 付近に観測される 2･NDI-Et のSoret 帯は，錯体 2 のみのときに比べてシャープに，
520 nm 付近の Q 帯は比較的ブロードになっている．

図 4．共結晶 2･NDI-Et の結晶構造．

一方，錯体 2 に比べ NDI-Et のモル吸光係数が非常に小さいためか，2･NDI-Et のスペクトルに NDI-Et

共結晶 2･NDI-Et は，錯体 2 と NDI-Et が交互積層し- 132 -

由来と考えられる吸収の特徴は見られない．一方，

帯のブリーチングが観測され，錯体 2 が励起種に変33･2C60 の紫外・可視吸収スペクトルは，試料が足り化していることが確認できた．17.1ns 後では，600〜

ず測定を行えていない．今後，測定を行なっていく

900 nm の領域に新たな吸収が現れている．報告され予定である．

ている n-pentyl 基をもつ NDI-n-Pen のアニオンラジ
カル種の吸収と比較すると，この吸収は NDI-Et •–ア
ニオンラジカルが生成しているのではないかと考えられ，励起状態の錯体 2 から NDI-Et に電子が移動し，電荷分離状態が発生している可能性がある．
7.41μs 後では，目立った過渡吸収は確認されないものの，850 nm 付近に弱い吸収が確認され，マイクロ秒スケールの寿命を持つ何らかの励起種の存在が示唆される．しかしながら，これらの挙動の再現性を検討したがうまく再現できていない．今回の測定では，励起光が NDI-Et を直接励起している可能性が

図６ 2･NDI-Et の紫外－可視吸収スペクトル

あることなどから，NDI-Et の吸光強度が小さいポル（４）紫外－可視吸収スペクトル・発光スペクトル

フィリンQ帯付近の波長での励起による過渡吸収分[Pt(F20TPP)] (3)の CH2Cl2 溶液における吸収スペク

光測定を行う予定である．一方，33･2C60 の過渡吸収スペクトルは今後，測定を行う予定である．

トルでは，Soret 帯が 391 nm，Q 帯が 507 nm と 540
nm に観測された（図７）．この Soret 帯は錯体 2 の値 (401 nm) に比べ，高エネルギー側へシフトしている．これは，フッ素の導入によるポルフィリン環の電子密度の変化に起因していると考えられる．一方，発光バンドは 647 nm に観測された．

図 8 2･NDI-Et の過渡吸収スペクトル（KBr 透過法）（６）電気化学と分光電気化学測定

共結晶 33･2C60 の過渡吸収スペクトルを測定し，電荷分離状態の帰属を行うにあたり，生じる錯体 3の一電子酸化体の吸収スペクトルを知る必要がある．
そこで，サイクリックボルタンメトリー(CV)により錯体 3 のジクロロメタン溶液での酸化電位を調べ，
図７ 錯体 3 の CH2Cl2 溶液における紫外－可視吸分光電気化学測定によって[Pt(F20TPP･)]+ の吸収ス

収スペクトル・発光スペクトル

ペクトル測定を行った．カソード側では二つの可逆な還元波，アノード側では三つの酸化波がそれぞれ観測された．E1/2 = +1.30 V の酸化波のみが可逆であ（５）過渡吸収スペクトルり，ピーク電位 1.64, 1.85 V の酸化波はともに非可逆

図８に 400 nm の励起光で測定した 2･NDI-Et の過的である．

渡吸収スペクトルを示す．光励起 292ps 後のスペク
トルでは，420, 520 nm 付近に錯体 2 の Soret 帯と Q

- 133 -

との共結晶化を中心に研究を行い，共結晶 2･NDI-Etと 33･2C60 を得ることができ，X 線結晶構造を明らかにした．特に 33･2C60 では，錯体 3 と C60 がπスタ
ックにより興味深いハニカムシート構造を形成していた．2･NDI-Et では，光励起 7.41 μs 後でも何らかの励起種の存在が示唆される．今後は，2･NDI-Et とともに 33･2C60 の過渡吸収スペクトルを詳細に調べ，
図９ 錯体 3 のサイクリックボルタモグラム

項間交差によるスピン反転を利用して光電荷分離の長寿命化を図れるかどうかを検証する予定である．

白金テトラアリールポルフィリン錯体では，第一波目の酸化反応においてポルフィリン π-カチオンラジ

４．謝辞

３

カルが生成することが報告されている ．このこと

本研究を遂行するにあたり，公益財団法人ウエスから，E1/2 = 1.30 V の可逆な酸化反応においてポルフ

コ学術振興財団による学術研究費助成を賜りました+ィリンのカチオンラジカル種 [Pt(F20TPP･)] が発生ことを深く感謝申し上げます．また，本研究におけしていると予想される．

る過渡吸収分光測定は関西学院大学大学院理工学研究科 橋本秀樹教授，
浦上千藍紗博士にお世話になりました．御礼申し上げます．
５．文献

1. H.-J. Son et al., |J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 862−869.
2. 堀内ら， 錯体化学会第65回討論会，3Fa-03，2015．
3. P. Chen et al., Inorg. Chem. 2012, 51, 6200−6210.
６．研究成果「アクセプター包接白金ポルフィリン錯体の合図 10 錯体 3 の電解酸化吸収スペクトル

成，構造，光物性」，岡本大輝，松原壮志，満身稔，浦上千藍紗，橋本秀樹，錯体化学会第69+

そこで，[Pt(F20TPP･)] が生成する 1.44〜1.45 V で電回討論会，3PB-014，2019年9月23日，名古屋大

解しながら錯体 3 の分光電気化学測定を行なった．

学東山キャンパス

一電子酸化によって，Soret 帯は長波長側にシフトしながら吸光度が減少している．また，Q 帯の二つのピークはそれぞれ減衰し，その間の谷が盛り上がる
ことによって一つのピークとなることがわかった．
３．まとめ

本研究では，項間交差によるスピン反転を利用して光電荷分離の長寿命化を図れるかどうかを検討するために，二種類の白金テトラアリールポルフィリ
ン錯体 [Pt(TPP)] (2), [Pt(F20TPP)] (3)を選び，アクセ
プターであるフラーレン C60 とナフタレンジイミド- 134 -

備前焼模様の材料科学的研究
岡山理科大学 工学部
草野 圭弘
登り窯で焼成した備前焼表面に現れる光沢ある黒色の呈色メカニズムを検討した。光沢ある黒色は、稲わらに含まれるカリウムと鉄分を多く含む粘土(備前粘土)が反応して呈色することがわかった。炭酸カリウム(K2CO3)を稲わらの代替物質とし、備前粘土とともに電気炉を用いて大気中にて1230℃まで昇温した後、電気炉内に一酸化炭素(CO)とアルゴン(Ar)が10 : 90 (vol%)の混合ガスを導入し、同温度で5h焼成した。その後、混合ガス雰囲気下で900℃まで冷却した後、電気炉内を大気圧とし、同温度で2hアニールを行った。得られた試料表面は光沢ある黒色となり、電気炉による焼成により再現することに成功した。また、アニール温度により試料表
面の色調は著しく変化することが明らかとなった。
緒言(K2CO3)を用い、電気炉にて金彩備前焼の再現に成功

備前焼は岡山を代表する伝統工芸の一つである。

した。

釉薬を施さず、絵付けも行わないにも関わらず、焼本研究では、金色の周囲に現れる光沢ある黒色の成後の作品の表面には赤、オレンジ、黒、グレー、要因となる物質を特定し、その生成メカニズムを解

赤紫、金、銀色など様々な色模様が現れる。これら

明することを目的として検討した。

は、備前市周辺で採掘された鉄分を多く含む粘土(備実験方法前粘土)と、作品の間に挟まれる稲わらや燃料として

表1に、
本研究で用いた備前市内で採掘された備前用いられる赤松の成分が反応して現れると考えられ粘土の成分分析結果を示す。SiO2やAl2O3などの主要ている。
備前焼表面に現れる色調の中でも、金彩備前と称

成分量は、磁器などに用いられる粘土とほぼ同じでされる金属光沢模様は極めて稀にしか現れない。赤あるが、鉄分量は約7倍の3.82 wt%(Fe2O3換算)含んで松を燃料として登り窯で焼成された作品の表面に現いる。
この鉄分が備前焼の様々な色調の要因となる。

れやすいことから、赤松に含まれる炭素が燃焼して金彩備前焼は、アルミナルツボの中央に備前粘土作品の表面に薄膜状に付着し、その膜厚により金色のペレットを配置し、その周囲にK2CO3をペレット

1)。我々は、や銀色の色調が現れると考えられていたに接触しないように散布し、電気炉を用い大気中に金彩備前焼の微構造と呈色メカニズムについて検討て1230℃まで昇温した後、電気炉内にCO : Ar = 10 :した結果、金色の要因となる物質は炭素ではなく、

90 (vol%)の混合ガスを導入して同温度で5h焼成し、備前粘土と稲わらの反応により生成した液相表面に、混合ガス雰囲気下で900℃まで冷却した後、電気炉内

少量のアルミニウムが置換した、厚さが約100nmのを大気圧として同温度で2hアニールを行うと得られアルファ酸化鉄(Ⅲ)(ヘマタイト, α-Fe1.9Al0.1O3)が生る2)。光沢ある黒色は、金彩備前の周囲に現れること

成することにより金色となることを明らかにした2)。

から、熱処理条件は同じであると考えられ、金彩備

また、稲わらの代替物質として試薬の炭酸カリウム

前の再現実験と同じ熱処理条件で試料を焼成した。

表 1 本研究で用いた備前粘土の成分分析結果(wt%)
SiO2

Al2O3

Fe2O3

K2O

TiO2

MgO

CaO

Na2O

MnO

Total

67.89

22.73

3.82

2.80

0.67

0.76

0.50

0.56

0.06

99.79

- 135 -

本研究では、散布するK2CO3量、アニール温度および時間と色調の関連について検討した。
得られた試料について、粉末X線回折(XRD)により試料表面の生成相を同定し、透過電子顕微鏡(TEM)により試料表面に生成した結晶相の微構造観察を行った。試料表面の色調は分光測色計により評
価した。
結果と考察
金彩備前は、約2gの備前粘土ペレットおよび30 mgのK2CO3を焼成すると得られる。光沢ある黒色は金彩備前の周囲に現れることから、焼成条件は同じと考えられた。しかし、備前粘土と反応するK2CO3量

図 2 図 1 の試料表面の XRD パターン。

は少ないと考えられ、少量のK2CO3と備前粘土の反応について検討した。得られた焼成体を図1に示す。
K2CO3量が5.0 mg以下の試料において黒色の試料が得られ、K2CO3量が5.0mgの試料表面に光沢ある黒色が現れた。7.5 mg以上では金属光沢が現れることがわかった。これらの試料表面のXRDパターンを図2に示す。主な生成相は、石英(SiO2)、ムライト(Al6Si2O13)およびクリストバライト(SiO2)であった。
K2CO3量が多くなると、ムライト、クリストバライ
トおよび石英の生成量が減少し、非晶質相の生成が
顕 著 と な っ て い る 。 K2CO3 量 が 5.0mg(c) お よ び
7.5mg(d)の試料表面にはコランダム(α-Al2O3)が生成している。K2CO3量が10mgの試料表面には、金色の要因となるヘマタイト(α-Fe2O3)が生成することがわかった。コランダムは無色の結晶(Fe置換材は赤味を図 3 図 1(c)の試料表面に生成したコランダム粒子の TEM 像。

帯びる)であり、ヘマタイトは赤色(Al置換材は黄色味を帯びる)であるため、黒色の要因となる物質ではない。
図3に、図1(c)の試料表面に生成した結晶相のTEM
像および電子回折(ED)パターンを示す。結晶相はガラス相中に埋まっているため、酸処理によりガラス
図 1 備前粘土と(a) 0、(b) 2.5mg、(c) 5.0mg、(d) 7.5mg

相を除去した後、結晶相を超音波により四塩化炭素

および(d) 10mg の K2CO3 を焼成して得られた焼成(CCl4)に分散させ、マイクログリッドに滴下して観体の表面写真。

察を行った。主にスティック状のムライト粒子と図- 136 -

3に示す六角板状の粒子が観察され、元素分析およびール温度により、試料表面の色調は著しく変化する

EDパターン(挿入図)から、板状粒子はFe置換コラン

ことを明らかにした。

ダム(α-(Al,Fe)2O3)であることがわかった。この結果
謝辞

は、XRDの結果と一致している。

本研究をご支援くださいました公益社団法人ウエXRDおよびTEM観察から黒色の要因となる物質

スコ学術振興財団に深く感謝申し上げます。

を特定することはできなかった。今後、メスバウア
ー分光測定、電子顕微鏡観察などを行い検討する予

文献

定である。

1. 山口ら, 岡山理科大学紀要, 31, 147-153, 1995.

図4に、アニール温度の影響について検討した結果を示す。1100℃(a)でアニールした試料は、備前

2. Y. Kusano et al., Cryst. Growth Des., 18, 4017-4021,

焼を代表する赤色の緋襷模様となり、1000℃(b)で2018.

アニールした試料表面は金属光沢が現れた。900℃(c)でアニールした試料表面は光沢ある黒色とな
り、800℃(d)でアニールした試料表面の色調は、混合ガス雰囲気下で室温まで冷却した試料表面と同じグレーであった。
このように、アニール温度により試料表面の色調は著しく変化することが明らかとなった。

図 4 備前粘土ペレットおよび 5.0 mg の K2CO3 を混合ガス中で 1230 ℃で 5 h 焼成した後、大気中にて(a)1100℃、(b)1000℃、(c)900℃および(d)800℃で 2h
アニールして得られた焼成体の表面写真。

まとめ
光沢を有する黒色は、金彩備前と同じ熱処理により現れるが、備前粘土と反応するカリウム量が金色
部よりも少ないことがわかった。本研究では、5.0 mgのK2CO3と備前粘土を熱処理することにより、光沢がある黒色の焼成体の作製に成功した。更に、アニ- 137 -

AI による LP データを用いた定量的な危険度評価手法の開発
岡山理科大学 生物地球学部 生物地球学科
佐藤丈晴

近年航空測量データの整備が急速に行われており、このデータの活用方法の開発が進んでいる。その中で、LPデータから地形解析図を作成し、危険箇所を評価する技術が数多く紹介されてきた。しかし、これらの方法は
AI を用いた画像認識に基づいて行われている。このため、画像を跨ぐ崩壊箇所の表現の問題や画像そのものの解像度による評価精度の課題、そして大量の画像データの作成など様々な課題がある。さらに根本となる定量的なデジタルデータを画像データ（RBG など）で表現しており、測量データを有効に活用できていない。本研
究では、定量的な測量データである LP データをそのまま用いて AI に学習させることによる危険度評価手法の開発を試みた。LP データは、細密な測量データであるものの、土砂災害に寄与する地形量の算出には細密すぎることから周辺メッシュを用いて平滑化を行い、ノイズの消去を行った。平滑化した LP データは、標高のみであるので、危険性を表現する地形量（ここでは、傾斜量とラプラシアン）の算出をメッシュごとに実施した。目的変数は、航空測量データと災害前後の LP データの差分を用いて詳細な崩壊箇所の特定を行い、メッ
シュごとに評価した。この災害データを学習した AI モデルによって、テストを行ったところ、地質調査技術者の評価と同等の危険度評価ができる可能性を示したことを確認した。

１．研究の背景

定したものであり、50m 四方より小さな複数斜面を

近年航空測量による測量データ（以下 LP と記す）

一つと判定したものである。また規模の大きな斜面の活用が進んでいる。航空測量は上空から地上に向の場合は、複数タイルにまたがるので、その判定のけて膨大な量（数百万発/秒）のレーザーを照射する意味する評価が難しい。
道財他（2019），
川上他（2019），

ことで山林の木々をすり抜け地表の標高を誤差

古木（2019）なども、地形解析図をタイル状の画像

15cm 以内の精度で面的に測量できる技術である。こに分割し、画像認識による崩壊地や目的とする地形の詳細な測量データを活用して地形解析図を作成し、の抽出を試みている。しかしいずれも、タイルの大地質技術者による専門的な視点から斜面や堤防など

きさや解像度などに影響を受け、LP データを効果的の危険度評価を行っている。

に利用できているとはいいがたい。国土交通省の基さらにAI を用いて評価を行っている事例も散見さ

盤地図情報で公開されている 5m メッシュデータでれるが、準備段階においてさまざまな地形解析図なも十分に事足りる精度となっている。

どの画像を準備し、細かい画像分割を行うなど従前

現時点で LP の使用方法は、地形解析図を作図する

準備段階において、膨大な作業を要する方法であることに留まっている。この作図方法は各研究者、各

ため、研究としては非常に興味深いが、現時点では企業によってさまざまであり統一した地形要因や評

実用的とはいいがたい。例えば、菊池他（2019）で価が定まっていないのが実情である。また、地形解

は、地形解析図をタイル状に分割し、各画像を AI に析図の作図は、見栄え重視の定性的な評価に留まっ

よって災害発生箇所と非発生箇所の分類を行ったている。本研究では、各社の特許技術である地形解（図－1）。その結果崩壊地はおよそ 9 割、非崩壊地

析図の作図を除いた視点から危険箇所を簡易にかつ

は 8 割の正答率を返した。しかしながら、この研究

定量的に評価するという方法を考えることにある。

で使用したデータは、50m 四方のタイルの単位で判- 138 -

図－1 菊池他（2019）における解析結果の一例

２．研究の方法
本研究は、以下の研究項目ごとに遂行した。今年
度の成果は、4 の危険度評価システムを開発し、5 の評価を行ったところである。第 6 章の今後の課題でも述べるが、項目 4 と 5 を繰り返し実施し、最適なシステムの確立を今後目指す必要がある。
項目 1．災害箇所の特定および LP の収集
近年の豪雨災害で災害が発生した箇所の範囲について調査する。また、LP の有無についても調査する。
項目 2．検討対象地域の抽出

図－2 研究手順のフロー

LP 計測範囲と既往の被災箇所を重ねあわせて、災害前後で LP がある地域を絞り込

項目 4．危険度評価システムの開発

む。災害前後の LP の必要性として、その設計どおりにシステムを構築する。

差分を取ることで崩壊範囲を明確に絞り

項目 5．災害箇所の地形特性を把握し、任意箇所を込むことができる。

評価

項目 3．危険度評価システムの設計整理したデータをシステムに入力・学習さ評価に用いる AI のシステム設計を行う。

せ被災箇所の地形特性を AI に認識する。

現状の LP の保存状況から、簡易に評価で項目 6．システムの確立

きる方法を考慮し、運用妥当性の高い構成

学習結果を検証し、4、5、6 の作業を繰りを考える。

返す。検証を重ねて正しく評価できるシステムを構築する。

- 139 -

図－5 傾斜量の算定式

図－3 平滑化メッシュの範囲

図－6 ラプラシアンの算定式
図－4 ガウス関数
３．入力データの作成

スク評価を行っている。

3.1 データの平滑化

傾斜量は、土砂災害を語る上で最も基本的な数値

LP データは大変細密であるため、災害には影響のであり、DEM を用いると一次微分で算定することがない非常に微細な地形変状を捉えていることから、可能である（図－5）。例えば、傾斜量は 25 度～45 度

解析時にノイズとして検出されるため、周辺メッシ付近で最も発生しており、大きくなるほど（例えばュの標高値を用いて平滑化を行う。今回は、gauss 関

60 度や 80 度等）
災害が発生しやすいものでもない。

数を用いた lowpassfilter を採用した。

地すべりと崩壊では、その角度の分布も大きく変化

このフィルターは、テレビなどの画像でノイズをする。したがって、細密 DEM から様々な地形量を算取る代表的手法であり、神原・佐藤（2014）で用い定し、それらの状況から評価する必要がある。

た方法。上図と同様に周辺メッシュの標高値を用い

また地形の凹凸を示すラプラシアンも重要な指標て距離に応じた重み付けを行い平滑化する方法であである。斜面上部が張り出しており、末端が急傾斜る（図－3）。

となっている斜面は安定度が低いとされる。また、

図－3 の重みづけの数値は灰色のメッシュを中心

地形的な欠陥（キレツや断層、リニアメント）といとし、釣鐘型のガウス関数（図－4）を設置する。こった微地形要素もラプラシアンによって抽出するこのガウス関数の中心の重みを 1 とすると、メッシュとができる。ラプラシアンは二回微分値であり斜面間の距離に応じて周辺メッシュの重み付けされる。

の凹凸を表現する指標である。ラプラシアンが正と3.2 地形量の算定なった場合は、周辺よりも低いことを意味しており

土砂災害が発生する素因（地形）はある程度の傾向

谷部を示す。負となった場合は周辺よりも高いといがあることが知られている。神原、佐藤（2014）、佐うことより尾根を示すこととなる。斜面の小さな凹

藤、中島（2016）、神原他（2017）では、傾斜量とラ凸を抽出することができることから、斜面のキレツ、

プラシアンの二指標を用いて評価を行い、斜面のリ

段差地形、二重山稜といった微細な地形変化を捉え- 140 -

ID

x

y

標高

傾斜量 ラプラシアン 崩壊地

1000001 -57499 -210501 105.12

0.30

0.00690

1000002 -57498 -210501 105.13

0.34

0.002201000003 -57497 -210501 105.13

0.24-0.0053

01000004 -57496 -210501 105.14

0.11-0.01170

1000005 -57495 -210501 105.14

0.31-0.0148

0

1000006 -57494 -210501 105.13

0.55-0.0087

0

1000007 -57493 -210501 105.12

0.52

0.00440

1000008 -57492 -210501 105.11

0.16

0.010201000009 -57491 -210501 105.11

0.34

0.002501000010 -57490 -210501 105.12

0.32-0.0049

01000011 -57489 -210501 105.12

0.20-0.0028

0

1000012 -57488 -210501 105.12

0.20

0.00170

1000013 -57487 -210501 105.13

0.31-0.0029

0

1000014 -57486 -210501 105.13

0.62

0.007601000015 -57485 -210501 105.15

2.15

0.051201000016 -57484 -210501 105.20

4.59

0.05240

図－8 三層階層型ニューラルネットワーク

図－7 LP データと崩壊地データの結合られる。DEM を用いた算出式は図－6 のとおりであ

図－9 ニューロンモデル

る。
3.3 崩壊地データの結合
AI に学習させるデータについて、本研究では、平られた情報は結合係数を経て神経細胞に情報が伝わ成 21 年防府災害の被災地の LP データを採用した。

る。ニューロンに入った情報が閾値を超えると次のこの地域では、災害前後に LP 計測を実施しており、ニューロンに情報を発することを発火という。人間

災害前と災害後の地形変化から学習する崩壊箇所のの脳は、このニューロン構造がネットワーク状（図データが明確に定義できることが採用理由である。

－8）に配列されたものであり、適切な対応をとるこ

山中の LP データの誤差がおよそ 15 ㎝であることとができる。例えば人は目の前に焼き立てのパンがを考慮して 50 ㎝の差分が災害前後であれば、被災出てきた場合、視覚、聴覚、臭覚、触覚から情報を地として着色した。

得た脳は、その時の状況に応じてパンを手に取り食

図－7 に入力データの例を示した。座標ごとに標高、するかどうかを判断するという判断を、図－8 をよ

傾斜量、ラプラシアン、崩壊地（0 が非崩壊、１が崩り複雑化した脳によって決定することと同様である。

壊）を整理した。このデータを入力データとして採本研究では、既往の災害発生箇所を学習すること用した。

で過去に災害が発生した傾向を地形の視点から特定することを目的としている。前章までに整理した標４．本研究で用いたニューラルネットワーク

高、傾斜量、ラプラシアンの数値を用いて入力デー

本研究では、3 層階層型ニューラルネットワークをタを作成し、ニューラルネットワークに学習させ、用いた（図－8）。3 層階層型とは、入力層、中間層、得られた結果について考察を行う。

出力層を備えたニューラルネットワークを示しており、
データは入力層から出力層へユニットを介して、

５．解析結果計算する。このニューラルネットワークが人工知能

本研究対象地は、平成 21 年で大規模な災害が発生と言われるのは、図－8 に示した構造が人間の脳をした山口県防府市剣川流域を対象とした（図－10

模しているからである。各ユニットは脳細胞の模し

左）。入力に用いた目的変数の災害発生箇所は、図－たニューロン構造を示している（図－9）。左から得

10 左を基にして、渓流上部の災害発生箇所をポリゴ- 141 -

図－10 検討対象箇所の被災状況（左図：航空写真、右図：LP 差分図）
ンデータとして抽出した（赤枠）。また本対象地域でに標高が上がった場所を示しており、土砂が堆積しは、災害発生前後で、LP データを取っていたことかた場所を示している。

ら、その差分を計算した（図－10 右）。図－10 右で本研究の解析結果を図－11 に示した。解析結果では、紫色が、災害後標高が低下した箇所を示してお閾値を 0.8 に設定し、それ以上の箇所を危険箇所とり、
土石流災害によって、斜面が削り取られた場所、評価した。図中赤枠の崩壊地と比較すると 7 か所のもしくは災害が発生した場所を示している。これに崩壊地に対して、箇所 X を除いて 0.9 以上のメッシ

対して、図－10 右中の茶色の場所については災害後ュがあった。箇所 X は、渓床部の再移動型であり冠B
ACX
図－11 解析結果と崩壊箇所の関係- 142 -

D

頭部の崩壊地とは異なる形態であることから地形か徴量に明確な差がないことから、地形量ごとの分ら箇所 X を的中させることは難しいことは予測され類が進んでいないと考えられる。このことは、よる。箇所 C の中腹でも同様の渓床再移動型の土石流り深く詳細なネットワークを採用することで、よが発生しているが、この箇所については、箇所 C のり精度の向上することを示唆している。この対応

冠頭部から斜面末端までの全体の崩壊を予想していとして深層学習（ディープラーニング）が考えらる。H21 災害時には、冠頭部（箇所 C）は持ちこたえれ、今後検討を進めたい。

たが、斜面中腹の崩壊地から不安定化し下流部が崩

2)また、今回は H21 年度防府災害の発生箇所につい壊したと考えられる。箇所 D も同様であり、箇所 Cて、航空写真（図－10）と災害前後の差分量（図と D は、斜面上部に不安定土塊が残存しているとい－10）を用いて忠実に再現を行った。しかし、そえる。箇所 A、箇所 B は H21 年の災害では、崩壊しの一方で、現地調査時になぜこの斜面が崩壊した

なかったが、危険度の高い斜面である。このようにのかを明確に説明できない箇所や冠頭部の崩壊

着目箇所を図化することは、今後の現地調査や点検と斜面全体の崩壊、渓床移動型の崩壊など崩壊地

斜面の優先度評価に応用可能である。

をすべて同じように抽出を行い、入力データを作成したことも、地形量ごとの分類があいまいにな

６．まとめと今後の課題

った原因であると考える。

本研究では、LP データと既往災害履歴データを用いて、災害発生箇所の地形的特徴を AI に学習させ、近接地域で面的な斜面崩壊危険度の評価を行った。

謝辞：本研究は、公益財団法人ウエスコ学術振興財

以下に本研究の成果について記述する。

団の学術研究費助成事業において研究助成を

1)本研究では、
H21 防府災害地域の LP データを用い、頂き実施しているものです。ここに記して感航空写真と被災前後の差分から崩壊地の詳細な謝申し上げます。

分布範囲を特定することができた。この方法は、
LP データがあればどの地域でも実施できる方法である。また、差分の大小によって崩壊深さの分

参考文献：

布も定量的に評価することも可能である。

神原規也，佐藤丈晴（2014）：マスムーブメント地形

2)崩壊に寄与する地形量として傾斜量とラプラシア

解析にあたってのラプラシアン図表現手法，砂防学

ンを算定し、LP メッシュと同じ単位で地形量を算会誌，Vol.67，No.1，pp.41-47，2014.5

出することができた。同じメッシュで標高、傾斜

神原規也、佐藤丈晴、鈴木素之（2017）：細密 DEM を量、ラプラシアンの三種の地形データと崩壊の有用いたマスムーブメント地形解析にあたっての傾斜無のデータを整理できた。このデータは、本研究

量表現手法，日本地すべり学会誌，Vol54，No.3，

以外でも斜面の地形的特徴を分析するうえで基

pp.32-39，2017.5

本的なデータとなることから、他目的で応用する

菊地輝行, 崎田晃基, 秦野輝儀, 吉川慶, 西山哲,

ことも可能である。

大西有三（2019）：深層学習による崩壊・非崩壊地の3)得られた結果を GIS で図示したところ、地質調査

自動判読手法の開発，地すべり学会誌，第 56 巻，第技術者が確認して危険と思われる斜面は危険度

5 号，p.255-263が高いと評価された。また、H21 年災害時の崩壊

佐藤丈晴、中島翔吾（2015）：大規模崩壊の兆候とな地と比較してもほぼ同様の結果が得られた。

る微地形の抽出手法 －天川村における評価事例－，

続いて本研究の課題について、以下に記述する。

日本地すべり学会誌，Vol52，No.3，pp.29-33，2015.6

1)その一方、図－8 で示したネットワークのウエイ
ト（図－9 の結合係数）で確認すると、地形的特- 143 -

血管機能に対する Streptococcus 属菌体毒素の影響：高血圧症の新規病態機序解明に向けて
岡山理科大学 獣医学部 獣医薬理学教室
向田昌司
近年、腸内フローラ研究の進展が著しく、社会的にも大きな関心が寄せられている。高血圧症研究の中で、自然発症高血圧ラット SHR において、「善玉菌であるビフィズス菌の減少」や「Streptococcus 属の顕著な増加」などの腸内フローラの乱れにより、腸管で免疫応答が起こることで交感神経の活性が上昇し、結果として血圧が上昇するのではないかとの報告がある。一方、SHR では腸管の透過性が亢進することから、悪玉菌由来の細菌毒素が血圧調節に関わる臓器に直接作用し、高血圧を誘導している可能性も考えられるが、Streptococcus 属由来の細菌毒素と血圧との関係の詳細は解明されていない。そこで、申請者は「腸管透過性亢進を伴う高血圧症において、Streptococcus 属由来の細菌毒素が、血圧調節に関わる血管へ直接作用し、炎症性障害を介して血圧を上昇させているのではないか」との仮説を立てた。本研究は、常在菌である Streptococcus pyogenes の細菌
毒素ストレプトリジン O の影響について注目し、細菌毒素が血圧調節に関わる血管の機能に直接的に影響を与えるかどうかの検討を行った。

1. 背景と目的の細菌毒素が肺に作用し、肺高血圧症の原因になり

近年、腸内フローラ研究の進展が著しく、社会的うる可能性が示唆されている 3。しかしながら、細にも大きな関心が寄せられている。
その要因として、

菌毒素と血圧との関係の詳細は解明されていない。

腸内細菌と宿主の免疫応答との関係について、数百以上のような研究背景から、申請者らは「腸管透種に及ぶといわれる腸内細菌の中から免疫応答に関過性亢進を伴う高血圧症において、Streptococcus 属

わる菌種が特定され、さらにメカニズムについて分由来の細菌毒素が、血圧調節に関わる血管へ直接作子レベルで解明されるようになったことなどが挙げ

用し、炎症性障害を介して血圧を上昇させているのられる。そして最近、この免疫応答が中枢神経系のではないか」との仮説を立てた。本研究では、常在活性に関与し、高血圧症や糖尿病といった生活習慣菌である Streptococcus pyogenes の細菌毒素ストレプ

病から精神病発症や発達障害にまで関与することがトリジン O の影響について注目し、細菌毒素が血圧報告され、研究領域が飛躍的に拡大している。

調節に関わる血管の機能に直接的に影響を与えるか

最近の循環系研究の中で、腸内細菌と高血圧症とどうかの検討を行った。

の関係に関する研究が注目されている。
一例として、
自然発症高血圧ラット SHR において、「善玉菌であ2. 方法と結果

るビフィズス菌の減少」と「Streptococcus 属の顕著

（1）細菌毒素ストレプトリジン O が血管収縮反応な増加」などの腸内フローラの乱れにより、腸管でに及ぼす影響

免疫応答が起こることで交感神経の活性が上昇し、上記の仮説を検証するために、ラット大動脈を用結果として血圧が上昇するのではないかとの報告がいて、細菌毒素ストレプトリジン O が血管収縮性にある 1, 2。一方、SHR では腸管の透過性が亢進する

及ぼす影響を検討した。7-10 週齢ウィスターラット

ことから、悪玉菌由来の細菌毒素が血圧調節に関わから摘出した大動脈に、ストレプトリジン O 処置

る臓器に直接作用し、高血圧を誘導している可能性（10-1000 ng/ml, 30 分）し、マグヌス法により収縮も考えられる。実際、悪玉菌である Streptococcus 属

性張力を測定した。ストレプトリジン O はフェニレの一種（B 群溶血性レンサ球菌）に感染すると、こフリンによる収縮反応性や最大収縮率に影響を与え- 144 -

なかった（図 1A, B）。同様に、ストレプトリジン O
はアンジオテンシン II 誘導性の収縮反応性や最大収縮率にも影響を与えなかった（図 1C, D）。

（3）細菌毒素ストレプトリジン O が内皮型一酸化窒素合成酵素（eNOS）の活性および eNOS 阻害薬の影響
細菌毒素が eNOS の活性に及ぼす影響を検討した。
ストレプトリジン O の処置により、活性抑制に働く（2）細菌毒素ストレプトリジン O が血管弛緩反応

eNOS Thr495 のリン酸を有意に亢進した（図 3A）。

に及ぼす影響一方、細菌毒素処置により、eNOS 発現に影響を与次に、細菌毒素ストレプトリジン O が血管弛緩反えなかった。また、eNOS 阻害薬 L-NAME の処置に応に及ぼす影響を検討した。大動脈にストレプトリ

より、アセチルコリンによる弛緩反応は完全に阻害

ジン O 処置（10-1000 ng/ml, 30 分）し、マグヌス法された（図 3B）
。以上の結果から、ストレプトリジ

により収縮性張力を測定した。ストレプトリジン O

ン O は血管内皮細胞の eNOS 活性化を抑制し、結果はアセチルコリンによる内皮依存性弛緩反応を有意としてアセチルコリンによる弛緩反応を障害するこに低下させた（図 2A, B）。一方、sodium nitroprussideとが示唆された。

による内皮非依存性弛緩反応に影響を与えなかった（図 2C, D）。以上のことから、本細菌毒素の処置は、血管内皮細胞に作用し、弛緩反応を障害することが示唆された。

- 145 -

（4）細菌毒素ストレプトリジン O が p38 MAPK の活性に及ぼす影響とその阻害薬の影響
これまでに、肥満細胞にてストレプトリジン O は
p38 MAPK およびプロテインキナーゼ C（PKC）を活性化することが報告されている 4。初めに、スト
レプトリジン O がラット大動脈において p38 MAPKを活性化するかどうか検討を行った。ストレプトリ
ジン O 処置により、p38 MAPK のリン酸化を有意に亢進した（図 4A）。一方、細菌毒素処置により、p38
MAPK 発現に影響を与えなかった。次に、阻害薬を用いて、p38 MAPK がストレプトリジン O による内3. 考察

皮障害に及ぼす影響について検討した。P38 MAPK

自 然 発 症 高 血 圧 ラ ッ ト SHR に お い て 、阻害薬 SB203580 処置は、細菌毒素による弛緩障害

Streptococcus 属の顕著な増加 1 や、炎症を伴う腸管に影響を与えなかった（図 4B）。以上の結果から、透過性の亢進 2 が報告されている。申請者は「腸管大動脈においてストレプトリジンO はp38 MAPKの透過性亢進時に、Streptococcus 属の細菌毒素が、血活性化を誘導するが、その活性化は内皮障害には関

圧調節に関わる血管に障害を引き起こし、それが血与しないことが示唆された。

圧上昇の要因となるのではないか」との仮説を立てた。本研究において、（１）ラット大動脈においてス
トレプトリジン O が、内皮依存性弛緩反応の障害を誘導すること、（２）その障害には eNOS のリン酸化（Thr495）による活性抑制が関与すること、（３）また、PKC の活性、特に、PKCアイソフォームの関与、が示唆された（Mukohda et al., 投稿準備中）。

謝辞
本研究を遂行するにあたり研究助成を賜りました
公益財団法人ウエスコ学術振興財団に厚く御礼申し上げます。
（5）PKC が細菌毒素ストレプトリジン O 誘導性弛
緩障に及ぼす影響

参考文献
1.

次に、PKC の影響について検討した。PKC 阻害薬

Yang T, Santisteban MM, Rodriguez V, Li E,

Ro 31-8222 処置は、ストレプトリジン O による弛緩

Ahmari N, Carvajal JM, Zadeh M, Gong M, Qi

障害を有意に改善した（図 5A）。さらに、PKC選択

Y, Zubcevic J, Sahay B, Pepine CJ, Raizada MK,的阻害薬 LY333531 の処置においても同様の改善作

Mohamadzadeh M. Gut dysbiosis is linked to用がみられた（図 5B）。以上の結果から、ストレプ

hypertension. Hypertension. 2015;65:1331-1340
2.

トリジン O は大動脈内皮細胞の PKC、特に PKCに

Santisteban MM, Qi Y, Zubcevic J, Kim S, Yang

作用し、アセチルコリンによる弛緩反応を障害する

T, Shenoy V, Cole-Jeffrey CT, Lobaton GO,

ことが示唆された。

Stewart DC, Rubiano A, Simmons CS,
Garcia-Pereira F, Johnson RD, Pepine CJ,- 146 -Raizada

MK.

Hypertension-linked

pathophysiological alterationsin the gut.

Circulation research. 2017;120:312-323
3.

Curtis J, Kim G, Wehr NB, Levine RL. Group b
streptococcal phospholipid causes pulmonary
hypertension. Proc Natl Acad Sci U S A.
2003;100:5087-5090

4.

Stassen M, Muller C, Richter C, Neudorfl C,
Hultner L, Bhakdi S, Walev I, Schmitt E. The
streptococcal exotoxin streptolysin o activates
mast cells to produce tumor necrosis factor alphaby p38 mitogen-activated protein kinase- andprotein kinase c-dependent pathways. InfectImmun. 2003;71:6171-6177- 147 -

内内向き整流性 K+チャネル遮断ペプチドの探索と作用の解明
倉敷芸術科学大学生命科学部
岡田誠剛
うつ病の罹患率は高く、社会的に大きな問題である。既存の抗うつ薬はセロトニン・ノルアドレナリンの伝
達を促進するが、患者の 1/3 に無効であり、新規機序の薬の開発が必要である。うつ病発症の機序は脳の特定の神経核の興奮性の異常が原因であると考えられている。ヒトには 76 種の K+チャネルが存在し、神経細胞の興奮性を制御している。我々は、K+チャネル活性を修飾し興奮性の異常を補償すれば、新規の抗うつ薬になると考え、うつ病患者脳での 2.5 倍の発現増加が報告されている内向き整流性 K+チャネル(ROMK)に着目し、同 K+チャ
ネルの遮断ペプチド tertiapin のうつ様行動への作用をマウス行動実験で検討し、同ペプチドが抗うつ作用と不安誘発作用を持つことを見出した。本研究で我々は、tertiapin が既存薬の作用点であるセロトニン・ノルア
ドレナリン系の神経核ではなく、外側中隔に作用して抗うつ作用を発揮することを明らかにした。また、マウスの行動実験で不安誘発とまぎらわしい運動失調作用も認められたため、両者を切り離すために、複数の行動
実験で tertiapin が抗うつ、不安誘発、運動失調作用をもつことを明らかにした。
「緒言」

membrane K+ channel, Kir1.1, kcnj1)の発現がうつうつ病の生涯罹患率は我が国では 8%であるが、欧米病患者脳で 2.5 倍に増加していること(Smolin etでは 16％に達し、社会的な損失は計り知れない。現al., 2012)、開放的な性格が ROMK 遺伝子と連鎖し在用いられている主な抗うつ薬はセロトニン・ノルていること(Amin et al., 2013)に着目し、同 K+チ

アドレナリンの神経伝達を促進するが、患者の約ャネルを遮断作用があるハチ毒ペプチド tertiapin

1/3 は既存薬が無効な難治性であるため、これ以外の脳室内投与のマウスのうつ様行動への作用をマウの作用機序の抗うつ薬の開発が望まれている。うつス行動実験で検討し、同ペプチドが抗うつ作用と不病発症の機序は未解明であるが、脳内のいずれかの安 誘発 作用 を持 つこ とを 見出 した 。し かし 、神経核の興奮性の異常が原因であると考えられていtertiapin の抗うつ作用機序が既存薬と同じセロトる(Hyman & Cohen, 2012)。事実、電気けいれん療

ニン・ノルアドレナリンの神経伝達の促進なのか、法、脳深部刺激療法、経頭蓋磁気刺激法によって神異なるのかは未解明である。さらに、マウスの行動

経細胞を物理的に刺激すると、脳の複数の部位の興実験の過程で tertiapin が、不安様行動と重複する奮性が変化し、難治性うつ病にも有効な例があるこ

表現型を示し区別が難しい運動失調作用をもつこととが報告されており(Nobler et al., 2001)、うつが示唆されたため、両者を区別する必要がある。

病患者脳での興奮性の異常を物理的な刺激方法が補本研究では、神経活動のマーカーである c-Fos の償したと考えられる。しかし、これらの刺激方法は免疫染色を用いて tertiapin が作用する神経核を解容易ではなく、薬理学的に興奮性を補償することが明することと、不安誘発と運動失調の作用を区別す+望まれる。ヒトには 76 種の K チャネルが存在し、大ることを試み、tertiapin がセロトニン・ノルアド

半は脳に発現して神経細胞の内在性興奮性の制御に

レナリン系神経核の興奮性に影響を与えずに他の神+関与していると考えられるが、個々の K チャネルの経核を介して抗うつ作用を示したこと、並びに、同脳での具体的な役割は不明である。我々はこれらのペプチドが抗うつ作用に加えて、不安誘発と運動失+点に着目し、K チャネルの活性を変化させ、うつ病

調作用があることを明らかにした。

患者で異常をきたしている神経細胞の興奮性を補償
すれば、新規機序の抗うつ薬になると考えた。そし「結果」て、内向き整流性 K+チャネル ROMK(renal outer

Tertiapin は 21 アミノ酸からなる環状ペプチドであ- 148 -

る。昨年度の報告に記載した通り、我々は tertiapinの 8 番目の Ile を Arg に変異させたもの(TPN-RQ)が最も強い遮断作用をもつことを明らかにした（図 1A、D）。また、環状構造を取るための Cys 残基が遮断活性には必須であり、3、5 番目の Cys を Ser に変えた

ャネルを遮断したが(A,D)、TPN-C3S、-C5S 変異体はほとんど遮断活性を示さなかった(B,C,D)。(E)TPN-RQ を
PDI で処理しても ROMK 遮断活性に変化が見られなかったことは、分子内の Cys 残基は適切にジスルフィド結合を形成してることを示す。

次に、TPN-RQ が作用している神経核を解明するた変異体（TPN-C3S,-C5S）はほとんど遮断作用を示さ

め、TPN-RQ あるいは対照のリン酸緩衝生理食塩水なかった（図 1B,C,D）。そこで、本研究では TPN-RQ(PBS)をマウスに脳室内投与した 30 分後に尾懸垂試と、ネガティブコントロールとして TPN-C3S と TPN-

験の軽いストレスを負荷し、さらに 30 分後に 4%パ

C5S を用いた。

ラホルムアルデヒド溶液のかん流によって脳を固定

TPN-RQ には 4 つの Cys 残基があり、天然のものはし、薄切の後、神経細胞活動のマーカーである c-Fos

C3 と C14、C5 と C18 がジスルフィド結合を形成するの免疫染色を行い、TPN-RQ に反応して神経活動が変ことが知られている。本研究で用いた TPN-RQ は化化した神経核を検討した(図 2,3)。

学合成したものであり、天然物と同様に SS 結合が形成されていない可能性がある。この可能性を排除するため、TPN-RQ ペプチドを、SS 結合を適切に再結合 す る こ と が で き る protein

disulfideisomerase(PDI)で処理し、PDI 未処理のものと ROMK
。その結果、PDI 処理に遮断活性を比較した（図 1E）より遮断活性の変化は見られず、化学合成ペプチドも天然物と同様に適切に SS 結合が形成されていることが示唆された。

図 2.抗 c-Fos 免疫染色。PBS 及び TPN-RQ(TPN-RQ)脳室内投与マウスの脳各部位（LS,外側中隔、PFC,前頭前野（帯状皮質）、DG,海馬歯状回、PVN,視床下部室傍核(CRH)、PVT,視床室傍核、ipsiBLA（投与側偏桃体基底外側核、DRN,縫線核、LC,青斑核）の抗 c-Fos 免疫染色の結果を示す。(Bar100μm）

図 3.核神経核での抗 c-Fos 免疫陽性細胞数。PBS 投与
マウスと比較して TPN-RQ 投与マウス脳では、外側中隔(LS)だけで有意な陽性細胞数(per mm2)の減少が認めら
れ、縫線核(DRN)、青斑核(LC)では有意な変化は認められなかった。偏桃体中心核（CeA）基底外側核(BLA)では、薬物投与側(ipsi)と反対側(contra)の間に有意な差が PBS、
TPN-RQ の両方で認められた。
(*, p<0.05; **,p<0.01; ***, p<0.005, Student’s t-test, n=6 and
7)

図 1.TPN-RQ の ROMK チャネル遮断作用と C3S、C5S 変異体の遮断活性の喪失。TPN-RQ は濃度依存的に ROMK チ- 149 -

その結果、ストレスや抗うつ作用に関与する様々な神経核でわずかな c-Fos 陽性細胞の増加が認められたが、有意ではなかった。同様にセロトニン神経系の起始核である縫線核や、ノルアドレナリン神経系の起始核である青斑核もわずかな増加が認められただけであった。唯一、顕著な変化が認められたのは外側中隔であり、同神経核では逆に c-Fos 陽性細胞数の減少が認められ、神経活動が抑制されたことが示唆された。本実験では、右側側脳室だけに TPN-RQを投与したため、偏桃体中心核、偏桃体基底外側核
図 4.TN-RQ の抗うつ作用と運動失調誘発作用。
(A,B,CTPN-RQ の抗うつ作用。尾懸垂試験における無動時間の短縮(A)。
尾懸垂試験における無動時間の短縮用量依存性(B)。
強制水泳試験における無動時間の短縮(C)。(D)新規環境による摂食抑制試験における摂食開始時間。(E,F)TPN-RQ の運動失調作用。バラ
ンス beam 試験では、幅 10 mm と 6 mm の beam の中央部 60 cm を通過する時間をそれぞれ 2 回連続して測定した(E)。Activity wheel における自発的な運動量を 4 分間測定した(F)。 (*, p<0.05; **,p<0.01; ***, p<0.005, ANOVA followed by
Bonferroni test, (E のみ)Student’s t-test)

では反対側と比較して投与側で c-Fos 陽性細胞数の増加が認められたが（図 3）、PBS 投与マウスでの同様の増加が見られたので、脳室内投与によるアーチ
ファクトであると考えられる。
次に、TPN-RQ のマウスのうつ様行動への作用を尾懸垂試験で検討したところ(図 4A)、ネガティブコン
トロールの TPN-C3S 投与マウスでは無動時間のわず
かな短縮しか認められなったが、TPN-RQ 脳室内投与
マウスでは有意な短縮が認められた。この抗うつ作用の用量依存性を 3 つの用量で確かめた(図 4B)。

前年度の報告書に記載の通り、TPN-RQ の脳室内投TPN-RQ は強制水泳試験でも抗うつ作用を示した(図与は不安誘発作用を示す結果が得られている。しか4C)。次に、うつ様行動と不安様行動の指標となる新し、マウスの行動実験のうち、不安様行動について

規環境による摂食抑制試験を行うと、摂食開始時間

は、不安誘発作用と、運動失調の表現型が重複してのわずかな延長が認められた。この結果の解釈としいる。そこで、オープンフィールド、高架式十字迷て、TPN-RQ が抗うつ作用をもつと考えると、摂食開路、明暗箱試験での TPN-RQ の作用を再検討した(図始時間は短縮するはずであるが、TPN-RQ が抗うつ作

5A,B,C)。その結果、オープンフィールド試験の用だけでなく、不安様行動、あるいは、運動失調を

total line crossings、高架式十字迷路の entry to

きたしたとすると、両者は摂食開始時間を延長する

open arm 回数、明暗箱の transition 回数の減少はので、抗うつ作用による短縮を打ち消したと考えら(図 5A,B,C の上段)は運動能力に依存するため運動れる。我々の観察で TPN-RQ 投与マウスでは動きが失調による可能性が否定できないが、中央への進入

遅い印象を受けたので、運動失調の可能性が考えら

回数、open arm での滞在時間、明箱での滞在時間のれた。この可能性をバランス beam 試験によって検減少は(図 5A,B,C の下段)運動能力への依存性が低討した(図 4E)。幅が異なる beam の計 4 回の試験のいため不安誘発作用と考えられる。
したがって、
TPN-

いずれにおいても通過時間の延長が認められ、TPN-

RQ は抗うつ作用だけでなく、運動失調、不安誘発の

RQ は運動失調をきたすことが示唆された(図 4E)。

作用をもつことが示唆された。

この運動失調を確かめるため、Activity-Wheel における自発的運動量を検討すると、TPN-RQ 投与マウス
で有意な回転数の減少が認められ(図 4F)、運動失調作用が確かめられた。

- 150 -

よる神経活動の修飾が難治性のうつ病患者にも有効である可能性の期待を抱かせる。K+チャネルには 76
種類もあるため、探索のレパートリーを広げていけば最適な新規抗うつ薬の標的が見出せるかもしれない。
「参考文献」
図 5.TPN-RQ の不安誘発作用。TPN-RQ はオープンフ
ィールド試験(A)、高架式十字迷路(B)、明暗箱(C)のいずれの試験でも TPN-RQ は不安誘発作用を示したの対し、ROMK 遮断作用がほとんどない TPN-C3S、C5S 変異体は有意な作用を示さなかった。(D)高架式
十字迷路における不安誘発作用は用量依存的であった。
このうち(A,B,C)の上段の表現型は運動を必要とするため運動失調と区別することは難しいが、下段の表現型は運動能力への依存性が低いため運動失調
ではなく不安誘発作用によると考えられる。(*,
p<0.05; **, p<0.01; ***, p<0.005, ANOVA
followed by Bonferroni test, (C のみ)Student’s
t-test)Hyman SE, Cohen JD, 2012, Disorders of Mood andAnxiety, in Principles of Neural Science （5THedition）Kandel, Schwartz, Jessell, eds., 14021424.
Nobler et al., 2001, Decreased regional brain
metabolism after ECT, Am J Psychiatry, 158, 305308.
Smolin B, et al., 2012, Differential expressionof genes encoding neuronal ion-channel subunits
in major depression, bipolar disorder andschizophrenia: implications for pathophysiology.

「考察」

Int J Neuropsychopharmacol, 15, 869–882.

我々はこれまでの研究で、TPN-RQ が抗うつ作用と不Amin N, et al., 2013, Refining genome-wide linkage

安誘発作用を示すことを明らかにしてきた。ROMK 遮intervals using a meta-analysis of genome-wide

断による化合物の抗うつ作用は、我々がすでに報告

association studies identifies loci influencing

した 2 ポアドメイン型 K+チャネル(TREK-1)の活性化

personality dimensions. Eur J Hum Genet, 21,

薬(ostruthin)を含め世界で 4 例目である。
本研究で876-882.

はその作用点が、外側中隔の神経活動であることをJoseph A, et al., 2018, Antidepressive and明らかにした。この外側中隔の神経活動の抑制は

anxiolytic effects of ostruthin, a TREK-1

ostruthin 投与マウスにも認められ、K+チャネルを介

channel activator. Biagini G, editor. PLoS One,

した抗うつ作用に共通のものなのかもしれない。ま13, e0201092.

た、既存の抗うつ薬の作用点であるセロトニン・ノ
ルアドレナリン系の起始核である縫線核、青斑核の神経活動に影響を与えなかったことは、TPN-RQ の作
用機序がセロトニン・ノルアドレナリン伝達の促進
ではなく、新規のものであることを示唆している。
本研究で TPN-RQ は抗うつ作用だけでなく、不安誘発作用と運動失調の抗うつ薬として望ましくない
副作用が見られたため、ROMK は抗うつ薬の標的として最適なものではないかもしれない。しかし、TPNRQ が ostruthin と共に抗うつ作用を示したことは、
電気けいれん療法、脳深部刺激療法、経頭蓋磁気刺激法の物理的に刺激と同様に、K+チャネル修飾薬に- 151 -

運動は炎症性腸疾患を予防するポジティブ・アクションとなりうるか？
倉敷芸術科学大学 生命科学部 健康科学科
椎葉 大輔
（概要）
本研究では，炎症性腸疾患モデルであるデキストラン硫酸ナトリウム誘導性大腸炎マウスを用いて，自発運動の実施が大腸炎症状に及ぼす効果について検討を行った。その結果，3 週間の自発運動の実施により，対照群と比べ DSS 摂取により引き起こされる大腸上皮細胞およびクリプトの消失や炎症細胞の浸潤が抑制される傾向が観察された。一方で，この抑制効果は 1 週間の自発運動実施では観察されなかった。以上の結果は，マウスにおいて自発運動の実施により DSS 誘導性大腸炎を抑制できる可能性があり，その抑制効果には運動期間が影響することを示唆するものであった。

めには，より一層の知見の蓄積が必要である。

[緒言]（Inflammatory Bowel Disease ; IBD）
炎症性腸疾患

現在，我々の研究室では DSS 誘導性大腸炎マウス

は，主にクローン病（Crohn Disease ; CD）と潰瘍を用いて，運動の実施が大腸炎に及ぼす影響とその性大腸炎（Ulcerative Colitis ; UC）に大別されるメカニズムについて明らかにすることを目的として炎症性疾患であり，国の指定難病である。IBD の発

ウエスコ学術振興財団の助成を受け検討を行ってい症には，遺伝要因および環境要因が影響することがる。これまでの検討から，DSS 摂取による体重減少，

知られている。さらに近年では，前述の要因により

疾患活動指数（Disease Activity Index ; DAI）およ影響を受けると考えられる腸内細菌の関与が知られ

び大腸長短縮が 3 週間のランニングホイールを用いており，その全容は未だ不明な点も多い。一方で，た自発的運動の実施により，抑制される傾向が観察

IBD の発症は青年期で観察されることが多く，環境された（平成 30 年度報告書）。一方で，この自発運要因の影響を長期間受けていることが推察されるこ動による抑制はより短期の運動期間では観察されなとから，環境要因により制御できる可能性も期待さかった。一方で，体重減少や DAI の結果は生理学的れる。

指標を用いて大腸炎を間接的に評価しているもので運動が IBD，特に UC に対して抑制的に作用する可あることから，より詳細に大腸炎を評価するために能性について，ヒトおよび実験動物を対象とした報は大腸組織自体の組織学的評価が必要である。そこ

告がなされている。Elsenbruch ら（Psychother

で，本研究ではマウス DSS 誘導性大腸炎に及ぼす運

Psychosom, 2005）は UC 患者を対象とした調査にお動の影響について，
組織学的手法から検討を行った。

いて，中等度の運動を含む 10 週間のプログラムを実施した結果，UC 患者の IBD 特異的 QOL 尺度が改善[方法]されたと報告している。また Cook ら（Brain Behav
Immun, 2013）は UC モデルとして知られるデキスト

実験動物：実験には 6 週齢の雄性 C57BL/6J マウ

ラン硫酸ナトリウム（Dextran Sulfate sodium：DSS）

ス（日本 SLC）を用いた。マウスは予備飼育ののち，誘導性大腸炎を用いた報告から，自発的な運動によ安静群（SED 群），1 週間運動群（1WEX 群）および 3り大腸炎症状が軽減されたことを報告している。一

週間運動群（3WEX 群）に振り分けた。その際，各グ方でこれらの抑制／軽減メカニズムは明らかとはな

ループ間で平均体重値および分散に差異が出ないよっておらず，「UC に対する運動療法」を確立するたうに留意した。
飼育条件は室温 21℃~24℃，
湿度 40%- 152 -

組織学的評価~60%および 12 時間毎の明暗サイクル（明期 8:00~
20:00，暗期 20:00~8:00）とし，全てのマウスは個

DSS 溶液摂取 7 日目にマウスより大腸組織を摘出

別ケージにより飼育した。飼料および飲料水は自由した。摘出した大腸内腔を PBS で洗浄し，内容物を摂取とした。実験は倉敷芸術科学大学動物委員会の除去した。その後，大腸を長軸方向に開き，肛門側承認を受けた上で，倉敷芸術科学大学の動物実験指より swiss-roll を作成した。この大腸組織 swiss-

針を遵守し行った。

roll を用いてパラフィンブロックおよび切片を作成した。パラフィン切片を HE 染色し，先行研究の評価をもとに，組織学的に評価した。なお組織の評価

実験プロトコール：飼育は全てのグループで同時に開始した（図 1）。

は，サンプル情報をマスクした染色切片を共同研究

大腸炎誘導前の事前飼育期間は，予備飼育期間を 1者に評価させる方法で実施した。また，一部の切片週間および運動実施期間を 3 週間とした。自発運動

では AB/PAS および免疫染色を行った。免疫染色は，は飼育ケージ内にワイヤレス型ランニングホイール

パラフィン切片を脱パラフィンおよび抗原賦活化処（ブレインサイエンス・イデア）を設置することで理をした後，上皮細胞マーカーである Keratin-8 お実施させた。このシステムは，機器本体（レシーバ

よび杯細胞マーカーである MUC2 で染色し，上皮組ー）に円形のランニングホイールを設置することで織構造について観察した。

運動実施が可能となるとともに，その運動量につい
統計処理てホイールの回転数から定量できるものであった。
運動実施期間中，3WEX 群には自発運動を 3 週間実施

データは平均値±標準偏差で示した。データはさせた。1WEX 群は，運動実施期間の最初 2 週間はレ

一元配置分散分析を行い，ポストホックテストとしシーバー部分のみ設置してホイール運動を実施できてボンフェローニテストを行った。有意水準は 5%とない形で飼育し，最後の一週間のみランニングホイ

し，以上の解析は GraphPad Prism 5 for Mac

ールを設置して運動を実施させた。SED 群は運動期（GraphPad）にて行った。

間中，レシーバーのみを設置し飼育した。
[結果]
1. DSS 誘導性大腸炎マウスにおける大腸組織像の評価（図 2）HE 染色， AB/PAS 染色および大腸上皮細胞マーカーである Keratin8 染色切片を評価したところ，DSS
摂取マウスの大腸組織は DSS 非摂取マウスの大腸組織に比べ上皮細胞およびクリプトの消失や炎症細胞の浸潤が顕著に観察された（図 2）。また，大腸の粘DSS 大腸炎の誘導
運動期間終了 72 時間後，DSS 大腸炎の誘導を開始

膜層の形成に大きく寄与する杯細胞を MUC2 をマーした（図 1）。DSS 大腸炎は先行研究を参考に，DSS

カーとして検討したところ，DSS 非摂取マウスでは（MP バイオメディカル）を 1.5%濃度になるよう蒸規則的な分布が観察されたのに対して DSS 摂取マウ

留水で溶解した溶液（DSS 溶液）を，飲料水としてスでは殆どが脱落していた（図 2）。

自由摂取させることで誘導した。DSS 溶液の摂取期
2. 自発運動が DSS 摂取時の大腸組織に及ぼす影響

間は 7 日間とした。

（図 3，4）全ての群において，上皮細胞およびクリプトの消- 153 -

失や炎症細胞の浸潤が顕著に観察された。自発運動

触しない。一方で，何らかの原因によりこの粘液層の影響については，SED 群に比べ 3WEX 群においてこ

によるバリアが破綻すると，細菌の大腸組織への接触・侵入を介した炎症応答が惹起され結果的に大腸炎を発症されると考えられる。これまで大腸炎に対れらの現象が抑制されている傾向を示したが，1WEX
群においては，抑制傾向は観察されなかった。これ
らの結果は，昨年度報告した生理的症状と一致するものであった。

[考察]
UC は青年期での発症が最も多く，幼児期での発症する運動の影響を検討した研究においては，運動がは少ないことが知られており，多くの場合に UC 発有する抗炎症作用について着目しているものが盛ん症までの環境要因の暴露期間が長い（~15 年以上）に報告された一方で，運動が大腸粘膜層，特に物理ことが推察される。このことは UC が，より幼少期に的バリアに及ぼす影響を検討した報告は皆無であっ発症する疾患に比べ，環境要因による制御を期待でた。本研究の結果から運動が有する粘膜層バリアにきる疾患である可能性を示唆するものである。

及ぼす影響について言及することは困難であるが，これまでの検討から， DSS 摂取による体重減少や今後そのような検討を行なうことで，運動の大腸炎

DAI などの生理症状が SED 群に比べ 3WEX 群において軽減メカニズムがより詳細に明らかとなる可能性が有意に抑制されること，その一方で，1WEX 群ではこ考えられる。

れらの抑制効果がみられないことを観察された。そ本研究で観察された運動期間による抑制効果の違こで，これらのマウスの大腸組織像を観察したとこ

いは，運動による大腸炎抑制効果のメカニズムを明ろ，有意な差では無いではないものの，大腸組織評

らかにする上で重要なヒントを有する可能性を示唆

価でも同様に SED 群および 1WEX 群に比べ 3WEX 群に

している。
即ち，
SED 群と 3WEX 群の比較のみならず，

おいて上皮細胞およびクリプトの消失や炎症細胞の

1WEX 群と 3WEX 群を比較することで，多岐にわたる

浸潤が抑制されている傾向が観察された。正常な大運動実施による生体の変化のうち，より大腸炎抑制

腸上皮組織は自身の杯細胞が中心となって形成するに重要な要因を明らかにすることができると期待で粘液層で覆われており，腸内に存在する細菌とは接きる。これらを明らかにする為，現在，大腸組織に- 154 -

ついてさらに詳細な検討を行なっている。
今後は本研究で観察された結果および現在解析中のデータをもとに，腸管の物理的バリアを評価項
目に加え，その抑制機序について検討を進める予定
である。
[謝辞]
本研究を遂行するにあたり，助成課題として採択いただいたウエスコ学術振興財団 山地弘理事長をはじめ，選考委員の先生方および関係各位に心より深謝する。

- 155 -

筋音図・筋電図を用いたアスリートの筋コンディションの定量評価
倉敷芸術科学大学
枝松千尋（概要）一般的に、アスリートのパフォーマンスには不確定な部分が多く、大事な試合に向けてコンディショ
ンを整えることは必要不可欠だが難しい。本研究では陸上競技選手に対して、日々の練習の中で測定できる方法で測定した筋音図・筋電図の測定値と練習量や試合での競技成績との関係を検討することで、筋音図・筋電図を用いて筋コンディションを定量できるかを明らかにすることを目的とした。被験者は陸上競技部に所属する大学生 5 名（長距離選手 1 名、短距離選手 4 名）であった。対象筋は腓腹筋内側頭の近位部（MG）と半腱様筋（HAM）とした。筋音図・筋電図の測定には、同時測定が可能な Measee システムを用いた。最大等尺性収縮中の筋音図・筋電図を週 1 回、2 か月間測定した。その結果、練習量および競技成績と主観的コンディションでは関係がみられなかったが、HAM 筋音振れ幅において関係がみられた。このことから、主観的コンディション評価
では筋コンディションを捉えられなかったことに対して、HAM 筋音振れ幅は筋コンディションを定量できる可能性が示された。
Ⅰ. 緒言

よって低く、マッサージによって回復するとした。

一般的に、アスリートのパフォーマンスには不確

Measee システムを用いて腓腹筋の近位部と遠位部

定な部分が多く、大事な試合に向けてコンディショの 2 か所を対象に、下肢を完全に固定した状態でのンを整えることは必要不可欠だが、難しいと言われ

等尺性最大足底屈時の測定を行った。その結果、筋る。筋コンディション定量の可能性として、筋音図

電図よりも筋音図で筋コンディションを評価ができと筋電図が挙げられる。筋音図には、変位型、加速る可能性が示された。しかしながら、先行研究の結度型といった２種類がある。変位型は、レーザー光

果は一過性の筋コンディションの変化の評価であり、１）で対象筋との距離を測る方法である 。ノイズが入長期に渡り日々練習を行うアスリートに当てはめる

りにくく、強縮に見られるような筋の持続的な拡大ことは難しい。また、最大努力の底屈測定は等速性変形を観察でき、筋の収縮特性を調べるのに有益と筋力測定装置（KINCOM－500H）を使用したため、競されている 1) 。一方、加速度型は皮膚表面上で筋技現場などで測定することは困難である。そこで本線維の横断方向の振動を測定するもので、筋収縮に研究では日常に近い動作で筋音・筋電を測定ができ伴う四肢の動きによってノイズが入り易く定量的なれば、アスリートが現場で定期的に筋コンディショ

２）

評価が難しい。そのため、加速度型は測定部位ンを評価できるのではないかと考え、陸上競技選手（筋）をしっかりと固定しなければならない１）。本に対して、筋電図・筋音図の測定値と練習量や試合研究では、運動中でも測定可能な変位型筋音図と筋での競技成績との関係を検討することで筋コンディ

電図の同時測定が可能な Measee システムを用いションを定量できるかを明らかにすることを目的と

た。

した。

昨年度の助成研究では、筋コンディションを変化させると考えられるウォーミングアップ後や筋疲労

Ⅱ. 方法

後、筋膜リリースマッサージ後といった状態の筋音

1. 被験者

図・筋電図変化を明らかにすることを目的とし実験

被験者は大学陸上競技選手 5 名：長距離選手 1 名を行った。その研究では仮説として、筋コンディシと短距離選手 4 名（年齢 20.2±1.3 歳、身長 173.2

ョンはウォーミングアップによって高く、筋疲労に±2.2 ㎝、体重 60±3.7 ㎏）であった。

- 156 -

2. 測定方法

測定期間中に行われた大会やレースの記録を 10 段

被験者からの聞き取りによってハリ、疲れ、故障階で評価してもらった。

が多いと共に、パフォーマンスに強く影響する方の3. 解析

脚を被験肢とした。被験肢の腓腹筋内側頭の筋長解析方法として LabChart を使用した。
筋電図につ

1/3 近位部とハムストリングスの最も発達している

いては、全波整流した後に積分値にて筋放電量を求部位（全被験者ともに半腱様筋筋腹中央）に Measee

めた。筋音図についてはカットオフ周波数 10Hz にシステムの筋音図・筋電図センサーを専用のバンドてデジタル・ローパスフィルターをかけた後に、筋で固定した。

音振れ幅（最大値と最小値の振幅）を求めた。さら腓腹筋（MG）、半腱様筋（HAM）の最大等尺性収縮に筋音図を微分し筋音速度の立ち上がり速度と立た中の筋音図・筋電図をそれぞれ測定した。MG の測定

し下がり速度を求めた。測定値としては、5～7 回のは壁に手をついた姿勢で立たせ、足関節 90 度位を

最大等尺性収縮のうち安定している 5 回分の力発揮

できるだけ保持した状態で、壁を強く押すようなイを対象とし、その平均値を用いた。

メージで最大等尺性収縮を行わせた。弛緩の際は非統計処理は回帰分析を行った。有意水準は 5％と検査側の脚に完全に体重を乗せるよう指示した。
HAM

した。

の測定はうつ伏せの状態で膝関節 90 度屈曲位、足関節 90 度位の状態を保持し、徒手抵抗を加え、膝関

Ⅲ. 結果

節屈曲の最大等尺性収縮を行わせた。1 回の測定に被験者は５名だが、そのうち１名が長距離選手でつき最大努力の収縮と弛緩を 60bpm の電子音に合わあり、また練習内容を記録していたのが３名のみでせて各 1 秒で繰り返す力発揮を 5～7 回行わせた。

あったため、一人ずつ検討した。記録評価は 5 名全この測定を週に一度、2 ヶ月間行った。

員を対象とした。

測定日の HAM のハリ・疲労感、MG のハリ・疲労感、

練習量と HAM 筋音振れ幅、HAM 調子の関係につい

走りの調子を含めた全体的な調子の 3 項目について、て、
長距離選手である被験者 A は練習量が多いと HAM

主観的コンディションを 10 段階で評価させた。さ筋音振れ幅が有意に小さくなった。しかし、主観的らに、測定期間中（２か月）の練習内容を 1 日ずつ評価である HAM 調子には相関はみられなかった。短

質的強度、量的強度を 10 段階で評価させた。質的強距離選手である被験者 B・C については、練習量が多度×量的強度を算出し、その値の測定日前一週間のいと HAM 筋音振れ幅が大きくなった。しかし、HAM 調和を算出し、これを練習量として評価した。さらに子には相関はみられなかった（図 1）。HAM 筋音振れ- 157 -

幅、HAM 調子と記録評価の関係については、被験者 A

良くなる可能性が示唆された（図 3）。

は HAM 筋音振れ幅が大きいと競技成績がよくなる傾向であった。HAM 調子には相関はみられなかったが、

Ⅳ. 考察

HAM 調子が良いと競技成績が悪くなる可能性が示唆

実験結果より、
練習量と HAM 筋音振れ幅において、された。被験者 B については、データ数が少なく統長距離選手・短距離選手ともに関係がみられた。し計的には検討できないが HAM 筋音振れ幅が大きいとかし、練習量と HAM 調子など主観的コンディション

競技成績が悪くなる可能性が示唆された。HAM 調子では関係がみられなかった。このことから、主観的と競技成績には関係はみられなかった（図 2）。被験なコンディション評価では筋コンディションを捉え者 D・E についてもデータ数が少なく統計的な検討られなかったことに対して、HAM 筋音振れ幅は筋コはできないが HAM 筋音振れ幅が大きいと競技成績がンディションをあらわしていると考えられる。
また、
HAM 筋音振れ幅と記録評価では被験者 A（長距離選手）において関係性があった。短距離選手 B・C はデータ数が少なかったので統計的な関係はなかったが、その傾向は長距離選手と逆であった。主観的コンディションである HAM 調子と記録評価では被験者 A・
B・C ともに統計的な関係はなかったが、主観的に調子が良い時に結果が悪くなるという逆の傾向となっていた。これらのことからも、主観的な評価では筋コンディションを捉えることは難しいが、HAM 筋音
振れ幅ではそれを捉えられる可能性があると考えた。
しかしながら練習量と HAM 筋音振れ幅において、長距離選手では練習量が増えると HAM 筋音振れ幅が小さくなったが、短距離選手では練習量が増えると
HAM 筋音振れ幅も大きくなる傾向であった。さらに
HAM 筋音振れ幅と記録評価においても長距離選手では HAM 筋音振れ幅が大きいと記録評価が高くなるが、- 158 -

短距離選手は HAM 筋音振れ幅が大きいと記録評価が離選手と比べると軟らかい筋肉であるが、宮本らは低くなる傾向であった。つまり長距離選手と短距離

短距離選手の場合、
筋スティフネスが安静時で硬く、選手では反対の応答を示した。宮本ら（2019）は、収縮時で軟らかいと 100m 走のフォーマンスが高い

筋のばねとしての働きに着目し、陸上選手の筋の硬ことを報告した。このことは筋収縮におけるスティ

さ・軟らかさと競技パフォーマンスとの関係を調査

フネスの変化の幅が小さいことがパフォーマンスをした。超音波剪断波エラストグラフィーを用いて、高めることを意味しており、今回の結果においても短距離選手、長距離選手各 22 名の外側広筋におけHAM 筋音振れ幅が小さいと記録評価が高くなったこるスティフネス（剛性）の測定を、パッシブ（安静とは宮本らの報告を支持するものである。しかし、時）とアクティブ（最大随意収縮の 50%での筋収縮

被験者 D、E（短距離選手）においては長距離選手と時）条件下で行った。その結果、長距離選手は短距同じ傾向であったので、個人差がある可能性もある。

離選手と比較してパッシブ、アクティブ時の剪断波さらに野中ら（2013）は筋音図に関するレビュー

速度が高く、筋が硬かった。これは、一般的に遅筋の中で、筋の特性が異なる被験者を対象に収縮機能線維のほうが安静時および収縮時において硬いことを検討した。成人男子の等尺性脚伸展時の大腿四頭が明らかとなっていることと、筋内の結合組織（コ筋の筋電図・筋音図の測定では、最大筋力に対するラーゲンなど）が強度よりもトレーニング量に依存

相対筋力の筋音振れ幅において、60％MVC で筋音図するため長距離選手のスティフネスが高くなった可の振れ幅に急激な増加がみられた。これは径が大き能性を報告した。さらにパフォーマンスとスティフ

く発揮筋力も大きい FT 線維が動員されたことを意

ネスの関係については、短距離選手ではパッシブな味している。また、短距離選手と長距離選手に膝伸剪断波速度が高い（硬い）ほど 100m のタイムが良展の最大等尺性収縮を困憊まで持続させ、外側広筋

く、アクティブな剪断波速度が低い（軟らかい）ほから筋音図と筋電図を記録し比較した。その結果、

ど 100m のタイムが良いこと、長距離選手ではパッ運動開始時の最大筋力は短距離選手の方が大きかっ

シブな剪断波速度が低い（軟らかい）ほど 5000m のたが、逆に困憊までの運動時間は短距離選手が短く、タイムが良いことを報告した 3)。

長距離選手の方が長くなった。運動開始時の筋音振

この研究を踏まえて本研究の結果を考察すると、れ幅においては短距離選手の方が大きく、その後疲

HAM 筋音振れ幅と記録評価において、被験者 A（長距

労により急激に小さくなったが、長距離選手の筋音離選手）では HAM 筋音振れ幅が大きいと記録評価が

振れ幅は元々が小さいが疲労による変化はほとんど高かった。被験者 A の筋線維組成は ST 線維の割合なく一定であった。これらのことから FT 線維が収が高く、筋内の結合組織も多いと考えられ、そのた縮すると ST 線維に比べ筋音図の振れ幅が大きくな

め短距離選手に対してスティフネスが高いと考えらると考えられる。FT 線維が多い短距離選手は筋音振れる。宮本らは長距離選手においては短距離選手にれ幅が大きいと報告した 4)。

対して筋スティフネスが高いにも関わらず、安静時

中川ら（1988）はラットを用いて、トレーニングの筋スティフネスが低いと 5000m 走のパフォーマンの違いが腱のコラーゲン繊維や筋線維に与える影響

スが高いことを報告した。このことは筋収縮におけを検討した。実験方法は、対照群（C 群）、高強度持るスティフネスの変化の幅が大きいことがパフォー

久性トレーニング群（H 群）、中等度持久性トレーニ

マンスを高めることを意味していると考えられる。

ング群（M 群）、ジャンプトレーニング群（J 群）の被験者 A においても HAM 筋音振れ幅が大きいと記録

4 群に分け、それぞれの負荷強度（H 群：30m/min で評価が高かったことは宮本らの報告を支持するもの

60min/day トレッドミル、M 群：17m/min で 75min/dayである。被験者 B（短距離選手）では HAM 筋音振れ

トレッドミル、J 群：4 分間にわたり 1 日 50 回のジ幅が大きいと記録評価が低くなる傾向がみられた。

ャンプ）で週 5 回、16 週間トレーニングを行った。

短距離選手の筋は FT 線維の割合が多いため、長距

その結果、コラーゲン繊維の面積と直径において、- 159 -

腓腹筋腱のコラーゲン繊維 1 本当りの面積をみると、を完全に固定した状態での最大努力の等尺性足底屈C 群に比べ H 群、M 群は有意な高値を認めた。直径にの測定を行っていたため、比較的安定した測定値をおいても C 群に比べ、H 群、M 群は増大を認めた。J得られたと思われる。しかし今回は現場でも使える群の面積と直径には有意な変化はなかった。筋線維

ように、機械を使わない動作で測定した。毎回測定の平均筋断面積において、ST 線維については C 群との前には必ず練習を行わせ、足関節をできるだけ固比べ H 群に有意な増大がみられた。FT 線維について定するよう指示はしたが測定値にばらつきが生じたは C 群に比べ J 群に著しい増大を認めた。これらのと考えられる。また測定動作によってセンサーに揺ことから、持久性トレーニングとジャンプトレーニれが生じ、誤差が出てしまった可能性もある。このングはそれぞれの筋線維に特異的な反応を示し、持ことについては、今後、動作やセンサーの固定方法

久性トレーニングによって結合組織は質的量的変化を改良する必要がある。

を受け、腱や靭帯などのコラーゲン繊維が肥大するとともに、ST 線維の肥大が認められた。ジャンプト

Ⅴ. 結論

レーニングではコラーゲン繊維の肥大はみられない

本研究では、陸上競技選手に対して、筋音図・筋が瞬発的運動に動員される FT 線維に著しい肥大を電図の測定値と練習量や試合での競技成績との関係認めた 5)。

を検討することで筋コンディションを定量できるか

これらの先行研究より本研究の結果を考察すると、を明らかにすることを目的とした。その結果、HAM の練習量と HAM 筋音振れ幅において、長距離選手では等尺性収縮中の筋音振れ幅において、筋コンディシ

練習量が増えると HAM 筋音振れ幅小さくなった。長ョンを定量できる可能性が示された。

距離選手の練習は持久的トレーニングが中心であるから、ST 線維の肥大や結合組織が肥大したと考えら【謝辞】

れ、そのためスティフネスが高くなり HAM 筋音振れ

本研究を遂行するにあたり、研究課題として採択幅が小さくなったと考えられる。短距離選手では練いただいた（財）ウエスコ+振興財団 山地弘理事長

習量が増えると HAM 筋音振れ幅が大きくなった。短をはじめ、選考委員の先生方および関係各位に心よ

距離選手はハイパワーなトレーニングが多く、FT 線

り深謝いたします。

維が動員されやすい。野中らは FT 線維が多い短距
離選手は筋音振れ幅が大きく、また FT 線維が収縮【参考文献】

すると筋音振れ幅が大きくなると報告しており、今

1)

回の結果はその報告を支持する結果となった。

岡山大学大学院保健学研究科保健学専攻検査技術科学分野生体情報科学領域：

今回の結果から種目、人によって HAM 筋音振れ幅

www.okayama-u.ac.jpと練習量、記録評価の関係は異なったが、各個人で2)

越智亮，中村雅俊，梅垣雄心，小林拓也，西HAM 筋音振れ幅のデータを蓄積していけば、筋コン

下智，梅原潤，田中浩基，岡久雄，市橋則明：ディションを評価できる可能性があると考えられた。

スタティックストレッチング後の腓腹筋最MG の筋電図・筋音図については、全被験者でどの

大随意収縮時の筋音図変化，理学療法学

項目においても関係がみられなかった。先行研究でSupplement 2014(0),1367,2015

は、MG の筋コンディションを評価する場合は近位部

3)Naokazu Miyamoto, Kosuke Hirata, Kakeruの筋音をターゲットにすれば評価できる可能性があInoue,

るという結果であった。そのため今回、我々は MG のstiffness of the vastus lateralis in

近位部を測定したが、思ったような結果が得られな

sprinters

かった。その原因は測定時の動作であると考える。

runners.Medicine&Science

先行研究では、等速性筋力測定装置を使用して下肢Sports&Exercise，2019- 160 -

Takeshi

Hashimoto ： Muscle

andlong-distancein4)

野中壽子，赤滝久美：体力科学への筋音図の応用，バイオメカニズム学会誌，
Vol.37，
No.1，
45-51，20135)

中川喜直，佐藤智明，福田芳郎，広田広一：
有機的，無機的トレーニングがラット腱のコ
ラーゲン繊維に与える影響，体力科学，
37,100-108，1988- 161 -

中国電力送電線への地磁気誘導電流の影響評価
吉備国際大学 1 徳山工業高等専門学校 2 名古屋大学 3
橋本久美子 1 北村健太郎 2 菊池崇 3
太陽黒点の爆発現象により地磁気嵐が発生すると、電力送電線に準直流の電流(地磁気誘導電流 GIC)が流れる。
カナダなど高緯度地域では停電の原因になることがある。緯度の低い日本でも大規模な地磁気嵐により GIC が流れることが報告されている。私たちは、中国電力株式会社の協力を得て世界で最も低緯度に位置する中国地方でGIC計測をおこなった。
東山口変電所(2018年3月-)と新山口変電所(2019年3月-)で計測を実施した結果、①GIC 強度が地磁気東西成分の変動と強く相関した。②新山口 GIC で 5 アンペアに達する電流を記録し、これは東山口 GIC の 4 倍程度の強度であった。③GIC の測定値が地球内部で誘導される電場の計算値と比例した。
これらの結果により、①海が良導体であることによる海岸線効果が地磁気東西成分依存性の原因であること、②瀬戸内側と山陰側の送電線が合流する新山口で GIC が強め合うこと、③地磁気変動の予測研究と組み合わせることで GIC の予測が可能であること、を明らかにした。これ等の結果を地球惑星科学連合 2020 で発表予定である。
1. 学術的背景と目的れがある。これが原因となって、1989 年 3 月にはカ

電力は重要な社会基盤であるが、台風や地震など

ナダと北米で 9 時間に及ぶ大規模停電が発生した。

の自然現象により時として寸断される。また、太陽日本でも 2003 年 10 月に東京電力管内で 100 A に達

黒点の爆発現象にともない発生する地磁気嵐が、電する GIC が記録され（Fujita, 2016）、北米の停電時

力供給に障害を起こすことがある。

の推定値200〜300 A に比べて無視できない強さであ

地磁気嵐時に数時間から数日にわたって、地球周った。

辺の宇宙空間（電離圏、磁気圏）には強い電流系がこれまで、日本における GIC の詳しい解析は、北発達し、地球の地磁気に大きな擾乱が生じる。このGIC
海道女満別で計測された GIC によりおこなわれ、

磁気変動は地面に誘導電流を流すため、送電線の途に強い地磁気東西成分依存性があること(Watari 他

中にある変圧器間に準直流の電流(GIC:

1997)、
東西成分依存性に強い変動周期依存性のある

Geomagnetically Induced Current)が流れる。GIC

こと(Kikuchi 他、投稿中)が示された。現在、名古は交流波形を歪ませるために、変圧器を加熱し、機屋大学と京都大学が東京電力管内で GIC 計測を実施

器の劣化や送電システムの不安定化を引き起こす恐している(Nakamura他, 2018)が、北海道女満別のGICの特性と大きく異なる結果が得られている。

中国電力(株)送電系統図

この原因として、地下の電気伝導度分布の影響に50 万 V 送電線

加えて、送電線と海岸線の相対的位置関係とその方

火力・原子力発電所
変電所

向が重要な要因であることが考えられる。海水は電気伝導度の高い導体の性質を有するために、海に接した地域では電気力線が海岸線に垂直になり、平行

新山口変電所

成分が減殺されることが予想される。女満別は東西方向の海岸線に近接するため、南北電場を誘導する
地磁気東西成分の効果が卓越すると予想される。一東山口変電所方、
関東圏は海岸線も、送電網も複雑な構造である。
図 1 中国電力の 50 万ボルト送電系統図.東西に延びる
海岸線とこれに平行する送電線が特徴である。

- 162 -

本研究では、このような海岸線効果を検証するために、海岸線がほぼ磁気緯度線に沿って東西に伸びる中国地方に注目した。
しかも、
図 1 に示すように、
中国電力の電力送電線は比較的単調に東西に延びる送電系統と南北をつなぐ系統で構成されており、構造がシンプルである。そのため、地磁気変動の方向
成分と GIC の間の相関関係の要因を切り分けることが可能であると考えられる。さらに、この送電系統
では、海岸線効果のほか、山陰側と瀬戸内側の送電系統が合流する新山口で GIC が強められることが期

写真 1 新山口変電所の 50 万ボルト変圧器.

待された。さいわい、中国電力株式会社の協力を得て、2018 年 3 月より東山口変電所で、続いて 2019年 3 月より新山口変電所で GIC 計測を開始した。この GIC 計測データと気象庁地磁気観測所の磁力計デ

写真 2 クランプ型電流計と接地線ータを用いて、初期解析をおこない、当初期待した以上の成果を得た。
2. 中国電力送電線における GIC の計測
電力送電線を流れる交流の電圧は、途中の変電所において 50 万ボルトに昇圧されて、遠隔地へ送電される。変圧器(写真 1)内では三相交流の中性点が地面に接地される。交流波形が正弦波であれば、接地
電流は流れない。しかし、地磁気変動が発生して地面に誘導電流が流れると、数 100 km 離れた地面の２点間に電位差が生じる。変圧器の中性点は、接地線を通じて地面と等電位であるために、変圧器の中性点間に電位差が生じ、送電線中に電流が流れる。こ図 2 極域オーロラに伴い柿岡地磁気観測所(上段 KAK)で観測された地磁気変動と新山口変電所(下段 SYG)で計測された GIC (16-20 UT).

のとき接地線を流れる電流の周辺に微弱な磁場が発生するため、これをクランプ型電流計(写真 2)を用いて検出する。
データサンプリングは、東山口変電所で 10 Hz、
新山口変電所で 20 Hz である。計測データは、FOMA回線を用いてリアルタイム伝送し、吉備国際大学でデータベース化している。
3. 極域オーロラ現象に伴う GIC
図 2 に新山口変電所(SYG)で取得した GIC データの例を示す。上段は茨城県柿岡地磁気観測所(KAK)
で観測されたフラックスゲート磁力計の地磁気デー

図 3 磁気急始事象時に観測された GIC の事例.
柿岡地磁気観測所で観測された地磁気３成分（上段）、東山口変電所(HYG)と新山口変電所(SYG)の GIC(下段).

タを示す。
16-20 時 UT(世界標準時) (日本時間 01-05- 163 -

時)に極域オーロラ現象に伴う地磁気変動が観測さから新山口 GIC を再現できることを示しており、将れた。これに対応して、新山口変電所で計測した GIC

来の GIC 予測を可能とする結果である。

が最大振幅 5 アンペアの強度で変動した。この現象
は、宇宙空間から極域電離層にオーロラ電子ととも

5．まとめに電流が流れ、電流が極域だけでなく、中低緯度で①東山口変電所と新山口変電所で計測した GIC は地も地磁気変動を発生させる。この地磁気変動は柿岡

磁気東西成分による誘導電流であることが明らかにでも観測され、新山口変電所で GIC を発生させた。

なった。良導体である海に接する海岸線の方向が東

GIC は誘導電流であるために、磁場の時間変化が急

西成分依存性の原因と思われる。②新山口 GIC が東であると強い電流が流れる。

山口 GIC の 4 倍程度の強度を示したことは、瀬戸内図 3 に、太陽爆発による太陽コロナ放出現象

側と山陰側の送電線が合流する新山口で GIC が強め(CME)が原因となる磁気急始(SC)の例を示す。
柿岡の合うことを示している。③GIC は柿岡地磁気観測所

地磁気がインパルス状に変動し、これと同時に東山で記録された地磁気変動が地球内部で誘導する電場

口と新山口の GIC が急激に変動した。この例では、により再現されることが示された。地磁気変動の予

地磁気南北(X)成分が階段状に増加したとき、東西測研究と組み合わせることで GIC の予測が可能であ(Y)成分が減少している。GIC はこの磁場の減少に対ることを示した。

応した変化を示しており、GIC が地磁気東西成分によって誘導されたことを示している。また、新山口の GIC の強度は、東山口の GIC の 4 倍程度である。
東山口変電所が瀬戸内側の送電系統の途中に位置するのに対して、新山口変電所では、瀬戸内側と山陰側の送電線が合流するために、GIC が強められたと考えられる。
4. モデル計算による GIC の再現
地磁気嵐は、人工衛星などに障害を与える高エネ
ルギー放射線の発生を伴うために、宇宙の安全利用のための宇宙天気予報が世界規模で実施されている。
宇宙天気予報のための地磁気嵐発生の予測研究がスーパーコンピュータを用いて進められている。これ

図 4 柿岡地磁気観測所(KAK)で観測された磁気急始事象時に新山口変電所(SYG)で観測された GIC(下段左)と地球の電気伝導度を一層としたモデル(One-layer,上段右)と二層としたモデル(Two-layer,下段右)で計算した誘導電場.
両モデルとも、GIC との相関が高い(相関係数=0.93,0.95).

を GIC の予測に生かすためには、
地磁気変動から GICを再現するモデルの開発が必要となる。この目的の【謝辞】

ために、磁気急始(図 3)が地球内部で誘導する電場

本研究は、ウエスコ学術振興財団・学術研究費助成を計算し、新山口で計測した GIC と比較した。図 4

事業の助成を受け実施しました。深謝いたします。

上段左は柿岡の地磁気変化を示し、下段左に GIC を本研究の GIC 計測は、中国電力株式会社周南電力所

実線で示す。また、電気伝導度を 1 層(one-layer)

および、山口電力所の多大なるご協力の下、継続的と仮定した時の誘導電場(IEF)と 2 層(two-layer)とに実施しています。また、東山口変電所における GIC

仮定した時の誘導電場をそれぞれ図 4 上段右と下段

計測機器設置において、新学術領域 P-STEP プロジェ

右に示す。GIC は両モデルの計算値と高い相関関係

クトの支援を受けました。関係者の方々に深く感謝にあることがわかる(相関係数＝0．93 と 0．95)。こ

申しあげます。

の結果は、比較的簡単なモデルを用いて地磁気変動- 164 -

参考文献
Fujita, S. R. Kataoka, I. Fujii, A. Pulkkinen and S. Watari,
Extremely severe space weather and geomagnetically induced
currents in regions with locally heterogeneous ground resistivity,
Earth,
PlanetsandSpace(2016)
68:51,
DOI
10.1186/s40623-016-0428-y.
Kikuchi, T. Y. Ebihara, K. K. Hashimoto, and S. Watari,
Reproducibility of the geomagnetically induced currents in
Hokkaido with a two-layer conductivity model, Space Weather
under review.
Nakamura, S., Y. Ebihara, S. Fujita, T. Goto, N. Yamada, S. Watari,Y. Omura, (2018), Time domain simulation of geomagneticallyinduced current (GIC) flowing in 500-kV power grid in Japan
including a three-dimensional ground inhomogeneity. Space
Weather, 16, 1946–1959.https://doi.org/10.1029/2018SW002004.
Watari, S., M. Kunitake, K. Kitamura, T. Hori, T. Kikuchi, K.
Shiokawa, N. Nishitani, R. Kataoka, Y. Kamide, T. Aso, Y.
Watanabe, and Y. Tsuneta(2009), Measurements ofgeomagnetically induced current in a power grid in Hokkaido,
Japan, Space Weather,7, S03002, doi:10.1029/2008SW000417.

- 165 -

微細な水中漂流ごみを巻き込むように回収するクラゲ型ロボットの試作研究
津山工業高等専門学校 細谷 和範
大阪工業大学 谷口 浩成

親水の場である湖沼や沿岸におけるゴミ問題は国内だけでなく海外でも問題になっており，水質の悪化を招く懸濁ごみや生物による摂取の影響が心配される微細なプラスチック片の回収が注目されているが，漂流物は気象条件や利水状況によって一か所に留まらないことが多い．本研究は水の濁りの原因となり，網では回収が難しい懸濁態の漂流ごみや小プラスチック片を長期間にわたって回収するクラゲ型ロボットを開発する．本研
究では，クラゲ型ロボットの傘の開閉に伴う負圧場と噴流のメカニズムを水理実験により明らかにし，ロボッ
ト設計のための基礎データを得た．本稿でははじめに DC サーボモータにより駆動するクラゲ型ロボットの流れの可視化実験結果と口椀を参考に設置したゴミ捕集器の捕集特性について述べる．続いてこれらの特性をもとに試作した SMA ソフトアクチュエータ駆動のクラゲ型ロボットについて述べる．
1. はじめにて，Fig. 1 に示すネクチクラゲの口腕による採餌方

親水の場でもある湖沼や沿岸において長期間にわ法を参考にした浮遊ごみ捕集装置を考えた．
Fig. 2 にたって浮遊し続ける廃プラスチック片等の漂流ごみ

示すようにクラゲ型ロボットが作り出す流れは傘のの回収は難しく，湖沼，沿岸等において水面付近を開運動に伴って周囲から傘内部への流れを誘起し，広範囲にわたって表層付近を漂う懸濁態のごみは地閉動作によって噴流状の下向きの流れを発生させる域によって組成が異なり[1]，微細なプラスチック片[4]．この傘の開閉に伴う水の流れは一種のバルブレ

は気象条件や水の流れによって移動し，紫外線や風

スポンプとみなすことができ，傘下部にクラゲの口雨によってより細かいごみへと変化する．近年問題

腕を模した捕集装置を設置することで水中に浮遊す視されている直径 5 mm 以下のマイクロプラスチッ

る微細なプラスチック片や懸濁物を遊泳しながら回クはそれ自体の毒性は低いとされているが，残留性
有機汚染物質（POPs: Persistent Organic Pollutants）の吸着が指摘されており，生物濃縮が心配される [1-3]．

吸引
渦ハチクラゲ類

水中を漂う微小なごみの回収は非常に難しく，陸域からの新たなごみが海域に流入しないよう河口付近

口腕でのごみ回収の必要性が指摘されている[1]が，現実

ネクチクラゲ目

的には非常に難しい．護岸や防波堤に囲まれた港湾

浮遊懸
濁物

吐出
口脚のように懸濁物を捕集するフィルター内に限定してみても，微細な浮遊ごみの少ない状態
Fig. 1 クラゲ型ロボットによるごみ回収システムを維持するためには水域内を移動しながら長期間にわたり回収し続ける必要がある．漂流する微細なご
みは吸着材やフィルターである程度の量を回収することができるが，長期間回収装置を水没させていると，海水による強い腐食や，海藻やフジツボなどの海生生物が付着し，ポンプの故障やフィルターの目詰まりを起こすことが容易に想像できる．
本研究は長期運用が可能で，かつ巻き込み等によFig. 2 クラゲ型ロボットの傘の開閉動作に伴う流れ[4]る故障の心配が少ない漂流ごみの捕集システムとし- 166 -

収できるロバスト性のある浮遊ごみ捕集システムにできるよう，小型の DC サーボモータで駆動されるなると考えた．しかしながらクラゲ型ロボットがごロボットを試作した．試作ロボットの外観と仕様をみ捕集に十分な流れを発生できるのかやフィルター

Fig. 4 及び Table 1 に示す．ロボットの傘部はステンを有する Fig. 1 のごみ捕集装置に適した流れパター

レス製の蒸し器を流用し，傘部先端とサーボモータンについては十分に把握されていない．本稿ではははナイロンテグスでつながれる．傘の開動作はサー

じめにクラゲ型ロボットの傘動作に伴う流れについボモータの駆動によって行われ，試行錯誤により決て染料による可視化と二次元の PIV（粒子画像流速

定した Table 2 の条件が与えられる．閉動作は傘部に測定法）により調べた結果について述べ，続いて応取り付けたゴムの弾性によって行われる．予想され用展開として，ソーラーセルにより給電されるゴミる推力と流量はクラゲロボットの傘の閉じる間に押捕集システムならびに SMA ソフトアクチュエータ

し出される水塊量から，推力は F = 0.7 N，流量は Qにより駆動されるクラゲ型ロボットについて述べる．

= 0.7 kg/s と見積もられ，押し出される水塊の速度は
およそ 3 cm/s である．

2. 実験装置と実験方法
2.1 試作した実験装置

クラゲ型ロボットや遊泳メカニズムに関する研究

Openingはこれまでに多くなされている[4-6]．クラゲには大

h

Swirl

きく有櫛門と刺胞動物門があり，傘の動きが異なる．
本研究ではネクチクラゲをモデルにロボットを設計Aする．このタイプのクラゲは傘の内側に取り込んだz

Closing motionr

水を吐出した際の反作用で推力を得る．これまでに開発されたクラゲ型ロボットはいずれも傘の開閉に

Jet

伴う推進に注目しているのに対し，本研究では傘の開閉に伴って周囲から水を吸い込み，下方へ噴出すFig. 3 傘の開閉動作による流れるポンプとしての役割に注目しているのが特徴である．ごみ捕集の参考とした Fig. 1 のネクチクラゲの採餌方法は傘部の先端あるいは口腕を使ってプランクトンを捕食する．そこでロボットには口腕に似せた形状のフィルターを取り付け，噴流を与えることでごみを捕集する．傘の開閉動作による流れの模式図を Fig. 3 に示す．定常流動系で考えると噴流がフィルターに与える力は吐出水塊の質量流量 Q = Av
（傘断面積 A と噴流速度 v）より F =ρQv と記述される．傘の開閉により流量は周期的に変化することを考慮すると発生力は単位時間当たりの水塊の質量
変化 W と断面積の変化に伴って変化する流速 v(t)により F(t) = Wv(t)と表現できる．実際には傘の開閉に伴う水の流れは傘端部より発する強制渦や乱れの影
響を大きく受ける．本研究では傘の周囲にある水塊をより多く吸引してフィルターに水塊を送り出すた

Fig. 4 DC サーボモータ駆動のロボット

めの傘のサイズや駆動条件を実験的に調べることが- 167 -

2.2 運動量（推力）測定試験

Table 1 ロボットの仕様

試作したロボットはポンプとしての機能を狙った

傘直径

φ175mm(閉)～240mm(開)DCサーボモータ

VIGOR VS-1,トルク:3.6kgf・cm,3.6Wものであるが，傘の開閉に伴う水塊の運動量により

傘材質

ステンレス

推力も発生する．そこで推力の程度を把握するため

制御方法

マイコンによる時間シーケンス制御に推力測定を行った．クラゲ型ロボットを 3 分力計

傘の復元

ゴムによる駆動（バネ定数: およそ0.018N/m）(共和電業製)に取り付け，Table 2 の駆動条件で動作させた際の上下方向の力を 1/100 秒毎に測定した．

ごみ捕集フィルターについて，ネクチクラゲは 8本の口腕に餌となるプランクトン等を付着させて採2.3 粒子捕集試験

餌する．この捕食方法を参考に Fig. 5 及び Table 3 にネクチクラゲの口腕に似せて製作した捕集フィル

示す捕集フィルターを試作した．装置は市販の熱帯ターの捕集性能を把握するためにセルロースパウダ

魚飼育水槽用のポリエステル製不織フィルターを用ー(φ0.1mm)が 2 g 投入された水槽（400 L）にフィル

い，10 ㎝程度の大きさのフィルターを放射状に 5 個ターを設置し，水中ポンプを用いて流速が 2.6 m/s と配置した．

1.5 m/s の噴流を与えて粒子回収実験を行った．実験
では一定時間経過後のフィルターを乾燥させ，実験前後の重量の差からパウダーの回収量を求めた．
2.4 PIV 計測とフィルター周りの流れの可視化

傘の開閉に伴う水塊移動とごみ捕集器へ送られる
流動パターンを把握するため，はじめにごみ捕集器を装着しないクラゲ型ロボットの流れ場を 2 次元のPIV 計測により調べ，続いてごみ捕集器を装着した
クラゲ型ロボットを用いて染料による流れの可視化実験を行った．各実験の条件を Table 4 に示す．PIV
計測では直径が約 0.1 mm のセルロースパウダーを
トレーサ粒子とし，傘中央部の鉛直二次元断面をレーザーライトシートで照射し，トレーサの動きを
300fps のカメラで撮影した．PIV には市販の濃度相
関法によるソフトウェア(カトウ光研製)を用いた．

Fig. 5 ゴミ捕集フィルター

染料を用いた流れの可視化はフルオレセイン溶液を傘内部にシリンジポンプを用いて注入し，傘の開閉

Table 2 駆動条件
サーボモータ振り角

90°

閉傘速度

0.45 sec/90°

開傘速度

0.9 sec/90°

待機時間（閉動作後）

2.5 sec

待機時間（開動作後）

1.0 sec

開閉周期4.58 secに伴う着色水塊の移動の様子を撮影し，フィルター部を通過する水の流れを観察した．
Table 4 可視化と PIV 計測条件
染料
トレーサ
光源
測定画像の画素数
時間間隔
画像数
測定範囲
基準格子の大きさ
追跡範囲
水槽の寸法

Table 3 捕集フィルター
フィルター材質

ポリエステル

寸法（1個あたり）

φ70 mm×100 mm

質量 （1個あたり）

1g × 5フィルター空隙率17.6 %- 168 -

フルオレセイン(C20 H12 O5)セルロースパウダー(φ 0.1mm)
グリーンレーザーライトシート(50mW, 532nm)
1920pix ×1080pix
300fps1029枚
傘後流の19.3cm×10.9cm
48pix
48pix
300cm×300cm×620cm

3. 結果と考察渦を伴う下向きの流れが確認できる．
噴流の中心
（コ

3.1 推力実験結果

ア領域）の流速はおよそ 0.1 m/s であり，流線は下方

クラゲ型ロボットの傘を 7 回開閉させ，閉動作にに向かって拡大している（流線は左右に偏りがある

伴う各サイクルの最大推力の平均値を求めたところ，
1.07 N であった．また傘の開動作による逆向きの力が，これは傘の動きに偏りが生じたためである）．次にロボットの傘部の動きが傘の開動作(Fig. 7b)を見は 0.3 N であった．この推力は水中を遊泳すること

ると，下部に向かう流れと傘の左右から傘内部に向ができることを示唆しているが，本研究ではロボッ

かう流れが発生していることかがわかる．傘内部のトをポンプとして利用するため，噴流による水塊の様子は可視化できないため，PIV 計測が行えなかっ

運動量はフィルターに与えられる．なお，推算されたが，傘下部には既往研究[4]の遊泳ロボット(Fig. 2)

る噴流の流速はおよそ 5 cm/s である．

と同様に循環構造が発生しているものと推測される．

a3.2 粒子捕集実験結果

Fig. 5 のフィルターを噴流中に置き，10 分毎の粒Close

子回収量を調べた．Fig. 6 に噴流速度 2.6 m/s を与えたケースの粒子の付着状況を，Table 5 に 10 分毎の付着粒子の重量を示す．いずれの流速ともフィルタ
ー表面にパウダーが付着していることがわかる．付
着量は噴流速度が大きくなり，噴流速度が 2.6 m/s のケースにおいて，パウダーの捕集量は時間とともに増加し，20 分経過後には投入された 2g のパウダーbのうち，1. 4g を捕集した．しかしながらこれ以降のOpen捕集量は増加せず，30 分経過後の捕集量は 20 分経過後と同程度であった．

Fig. 7 PIV により得られた流線（a: 閉動作, b: 開動作 ）(a) Flow rate: 2.6 m/s(b) Flow rate: 1.5 m/s

3.4 染料によるごみ捕集器を過ぎる流れの可視化

Fig. 6 セルロースパウダーの捕集状況

傘の閉動作によって発生する渦を伴う下向きの流れによって傘内部にため込んだ水塊がどのようにごTable 5 セルロースパウダー捕集量 (v = 2.6 m/s)
経過時間

10 min.

20 min.

30 min.

1回目

0.3

1.5

1.3

2回目

0.8

1.4

1.3

み捕集器を通過するか調べるために，染料によって着色した水塊の流れを観察した．フルオレセイン溶液を用いて可視化された傘の閉動作時の流れの様子
を Fig. 8 に示す．染色された水塊は開動作により傘

3.3 PIV による傘周囲の流れ

内部に向けて水塊が吸引され，閉動作によりフィル

傘開閉時の流れをPIV 計測した結果について，
Fig.

ター間を抜けて下方へ進んでいる様子がわかる．こ7 に閉動作中の流れ場（流線）を示す．傘の閉動作の流れパターンは開閉動作のタイミングによって異中の流線(Fig. 7a)を見ると，傘先端から発生した強制- 169 -

なり，開動作後及び閉動作後の待機時間を調整してしたソーラーセルにより発電した電力を利用するシ

噴流状の流れが十分に発達してから開動作を開始す

ステムと，ソフトアクチュエータにより駆動されるるよう調整した（Table 2 の駆動条件）．染料がフィ

クラゲ型ごみ捕集ロボットについて述べる．

ルターを通過する流れ場は 3.2 節で述べた噴流ポン
プを用いた捕集実験と同様に噴流によって移流され

4.1 ソーラーセル給電のゴミ回収システム

る水塊はフィルター間の隙間を貫通しながらフィル

Fig. 9 にフィールド試験用ごみ捕集システムのシター面に接触する流れパターンとなっている．このステム構成と試作した装置の試験風景を示す．シスことからクラゲ型ロボットに取り付けられた環状のテムは電源部とクラゲ型ロボットとで構成され，電フィルターは微細粒子の捕集が可能と思われたが，源部には 25 W の発電能力を有するソーラーセルと水槽内にセルロースパウダーを投入して捕集実験を

1.5 kWh の容量を持つポータブルバッテリー，ロボ行ったところ，パウダーをほとんど捕集しなかったットを制御する Arduino マイコンが搭載される．ク（0.1 g 未満）．これは傘が作り出す流速が小さく，ラゲ型ロボットは DC サーボモータにより駆動され粒子をフィルターに押し込むに十分な運動量を与えるロボットや形状記憶合金（SMA）で駆動されるロることができなかったためと推測される．また染料ボット等が接続される．Arduino マイコンはシングの分布を見ると，フィルター上部に滞留する水塊がルボードコンピュータに比べて消費電力が小さく，存在するほか，フィルター外縁部には着色水塊が殆

タイマーまたは光センサによりロボットの稼働を抑ど接触していないなどの課題を有する．

え長期間の活動を可能にする．実験は筆者が所属する高専内の池で行った．晴天下ではバッテリーなしにロボットを駆動することができた．
しかしながら，システムの推進制御を行うことができず，回収すべ
きごみのあるなしに関わらず装置は流れにまかせて移動する．今後は何らかのセンシングとクラゲロボ
ットの推力制御によりごみに向かって装置が移動するシステムを構築する必要がある．
Solar cell
(25 W)

a)opening motion

Portable battery(1.5 kWh)

USB port

DC 5V

DC servo motor
Float

Filtera) system configurationb)

closing motion

Fig. 8 フルオレセイン溶液による流れの可視化

4. フィールド試験と SMA 駆動ロボットへの展開

本章ではクラゲ型ごみ捕集ロボットを静穏な港湾b) snapshot of experimental scene

や湖沼で長期間運用するためのシステムとして試作

Fig. 9 ソーラーセルにより給電されるクラゲ型ロボット- 170 -

4.2 ソフトアクチュエータ駆動型ロボット

通電による加熱を利用した形状記憶合金（SMA）
をアクチュエータとするシリコン樹脂製のクラゲ型ロボットを試作した．SMA は歯車等の駆動部品を持たず，水域での長期運用に適している．Fig. 10 に試作したロボットを示す．このクラゲロボットはポン
プ利用を考慮し，傘部の駆動力を強化し，また噴流

a)

SMA 駆動クラゲ型ロボットを作り出すための水圧に耐えるよう，傘部を厚く設計した．ロボットの傘直径は 30 cm であり，二液性のシリコンゴムを三次元加工機で作った型枠に流し込んで製作した． SMA は傘部内側に張り，有線による給電により駆動する．傘部はユニット化された
傘が 5 葉組み合わされた構造となっており，ユニッ
トの交換は容易に行うことができる．試作ロボットb)

は前章までの DC サーボモータにより駆動されるロ

実験風景

Fig. 10 ごみ捕集を目的としたソフトロボット

ボットと同様の推力計測と可視化実験を行った．水謝 辞

槽内で試作したロボットを駆動させ，染料とセルロ

本研究の実施にあたっては公益財団法人ウエスコ学術

ースパウダーを投入し，流れと粒子の動きを観察し振興財団の支援を受けて実施した．ここに謝意を記す．

たところ，噴流の発生は確認できたものの，セルロースパウダーが傘部の隙間から流出する様子が見ら

文 献[1] 平成28年度化学物質安全対策（マイクロプラスチック国

れた．また SMA の駆動に必要な電力が数十 W と大内排出実態調査）報告書，2016.
[2] 府川伊三郎, 海洋プラスチックごみと マイクロプラス
チック（上）, ARCリポート (RS-1019), 55pp, 2017.
[3] 府川伊三郎, 海洋プラスチックごみと マイクロプラス
チック（下）, ARCリポート (RS-1019), 45pp, 2017.
[4] 常安岳, ミズクラゲを模倣したアニマルセラピーロボ
ットの検討, 津山高専専攻科特別研究報告書, 2016.
[5] Frame, J., Lopez, N., Curet, O. and Engeberg, E., Thrust force
characterization of free-swimming soft robotic jellyfish,
Bioinspiration & Biomimetics. 13. 064001. 10. 1088/ 1748 3190/ aadcb3, 2018.
[6] Herschlag, G. and Miller, L., Reynolds number limits for jet
propulsion: A numerical study of simplified jellyfish, Journalof Theoretical Biology, 285, 84-95, 2011.

きく，Fig. 9 のフィールド用システムに接続するためには工夫が必要であることがわかった．
5. おわりに本研究では，沿岸水域を漂流する微細なごみの回収を目的に，長期駆動が可能なクラゲ型ごみ捕集ロ
ボットを試作した．流れの可視化実験により，傘の開閉に伴う循環流と噴流の発生を確認した．またクラゲの採餌を参考としたごみ捕集フィルターはロボットが作る噴流状の流れを阻害することなく接触することが確認された．しかしながら，セルロースパ
ウダーの捕集が十分にできなかったことから，今後大幅な改良が求められる．ごみ捕集を目的に設計した SMA ソフトアクチュエータにより駆動するクラゲ型ロボットは DC サーボモータにより駆動される
クラゲ型ロボットと同様の流れを発生することを確認した．今後は傘部の隙間からの粒子の流出等の課題を改善し，実海域での実証試験を行いたい．

- 171 -

生体深部の非侵襲・三次元・動的イメージングを実現する新規蛍光プローブの開発
津山工業高等専門学校 総合理工学科 先進科学系
守友 博紀（講師） Mail; moritomo@tsuyama-ct.ac.jp（概要）
多光子励起蛍光顕微鏡は, 生体組織の三次元的な観察に有効なツールである. この多光子蛍光顕微鏡の光源として, 温度や湿度といった外部環境の変化に対して安定して発振するフェムト秒ファイバーレーザーが注目されている. しかし, フェムト秒ファイバーレーザーの発振波長である 1030 nm で二光子励起が可能な蛍光プローブの種類は限られている. そこで本研究では, 1030 nm において高効率に多光子励起が可能なプローブの選択
肢を増やし, 多光子励起励起蛍光顕微鏡を「どこでも・誰でも」使える技術へと高度化・汎用化することを目指している. 2019 年度は, 1030 nm で効率よく多光子励起が可能な化合物の設計指針を得るべく, 蛍光プローブとして 6 種の縮合多環炭化水素化合物を設計・合成し, それらの分光学的性質の調査およびファイバーレーザーを用いた細胞のイメージングを実証した.
子励起する場合, 蛍光色素の一光子吸収帯は 1030

Introduction
多光子励起過程における光吸収レートは, 入射光

nm の半分である 550 nm 付近に吸収極大があるもの

強度の累乗に比例する. したがって, 励起光を適切を選ぶことが定石とされてきた. しかしながら, そな条件の下にレンズでしぼって入射すると, 光強度の波長に吸収を示し, かつ生体内で蛍光を発するこの高い焦点付近でのみ多光子吸収が生じ, 光励起にとが知られているプローブは未だ数が少ない. 本研

空間選択性を付与することができる. この空間選択

究は, このプローブの選択肢を増やし, 夢のファイ性により, 多光子励起顕微鏡を用いれば, 原理的にバーレーザー励起イメージングを普及させることをは組織や臓器の深部の営みを三次元的に観察するこ

目指している. 2019 年度は, 励起過程として二光子1とが可能である .

吸収ではなく, 三光子吸収の利用に着目した.

多光子励起顕微鏡の励起光源として, Yb-dope フ

三光子吸収を励起過程に用いれば, Yb-dopefs fiberェムト秒ファイバーレーザーが注目を集めている.

laser を励起光源とした多光子イメージングに用いる

このレーザーは, 現在の多光子励起顕微鏡に搭載さことができる色素の選択の幅は広がると考えられる.

れている Ti; sapphire レーザーと比べると, i) 湿度や三光子吸収は, 3 つの光子を同時に吸収し励起状態

温度といった周辺環境変化に対して安定である, ii)へと遷移する現象である. したがって, 化合物を三サイズがコンパクトである, iii) スイッチ一つで動光子励起するためには, 励起光波長の 1/3 である 350

作し, メンテナンスフリーといった利点がある 2. しnm 付近に吸収極大波長をもつものを選べばよいとたがって, このファイバーレーザーを多光子励起蛍想定され, そのようなプローブは 550 nm に吸収が光顕微鏡の励起光源に用いることができれば, “どあり, かつ生体内で蛍光を示すものと比べると多くんな場所でも・誰にでも”使える三次元生体イメージ

知られている. しかし, 純粋な二光子, 三光子励起ングが実現する.

を用いる限りにおいては, 蛍光色素は吸収極大波長

Yb-dope フェムト秒ファイバーレーザーを用いてが 515 nm, 350 nm にあるもののどちらかを選ばざる

多光子イメージングを行う場合は, このレーザーのを得ず, Yb-dope フェムト秒ファイバーレーザーを発振波長である 1030 nm と 1050 nm において効率よ光源としたイメージングを行うための色素選択の幅

く多光子励起蛍光を示す蛍光色素を観察に用いる必にはまだ制限がある. また, 350 nm に吸収極大波長要がある. 波長 1030 nm においてで蛍光色素を二光がある化合物は一般に遷移双極子モーメントが小さ- 172 -

いため, 多光子励起効率が低く, 観察の際には大出
力なレーザー光が励起光源として必要となる.
近年, 二光子と三光子吸収を競争的に生じさせることにより, 化合物を純粋な三光子吸収過程と比べ効率よく多光子励起できることがCohanoschi らにより指摘されている 3. この現象を利用すれば, 吸収極
大波長が必ずしも 550 nm あるいは 350 nm に位置していない蛍光プローブであっても, 1030 nm の光源により多光子励起が可能となり, 色素の選択の幅が大幅に広がると考えられる. Cohanoschi らの結果にFig.

基づけば, 1030 nm の光源により二光子吸収と三光

1 Chemical structure of model compounds treated in thisstudy.

子吸収の競争を生じさせるためには, i) 1030 nm のする水溶性の色素をモデルとし, Yb-dope フェムト

1/3 である 350 nm 付近に吸収帯が少なからず存在す

秒ファイバーレーザーを光源とした多光子励起挙動

る, ii) 一光子吸収帯の cut-off 波長のエネルギーが,の調査と HEK293 cell を用いたミトコンドリアの多1030 nm の光子 2 つの和に相当する準位のエネルギ

光子励起蛍光イメージングを行なった. その結果,

ーと近い, という条件が必要である. そのような色

いずれの色素を用いた場合でも, 生きた細胞中のミ素を選べば, たとえ 1030 nm で二光子吸収は起きな

トコンドリアの多光子励起イメージングを行うこと

くとも, 二光子吸収と三光子吸収の競争の利用によ

でき, cut-off 波長が 515 nm に近いものをプローブにり, 純粋な二光子励起イメージングほどではないが用いた場合ほど, 二光子吸収の寄与が大きくなるた

三光子励起イメージングよりも効率よく像を得るこめに明るい画像を取得できた.

とができると考えた.
そこで, そこで本研究では, fig. 1 に構造を示す,

Results and Discussion

これまで当研究室がデザインしてきた 4-6, あるいは本研究で用いたモデル化合物の水溶液の紫外可視

今回新規に設計・合成した cut-off 波長が 412 – 488

吸収スペクトルを fig. 2 に実線で示す. ACJ, PYJ, NP,

nm に存在し, かつ生体中のミトコンドリアに局在

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Fig. 2 Absorption (solid line, left axis) and fluorescence (dotted line, right axis) spectra of model compounds in water. (a) FLJ, (b)NPJ, (c) BP, (d) NP, (e) PYJ and (f) ACJ.

- 173 -

BP の吸収極大波長はそれぞれ 436, 409, 401 ,383 nm

般に, n 光励起発光強度は励起光強度の n 乗に比例す

で, cut-off 波長は 488, 451, 455, 436 nm であった. 一るため, このプロットの傾きは光吸収過程の次数

般に, カットオフ波長が 450 nm 付近にある化合物（光吸収次数）を表すこととなる 7. したがって, こは, 波長 1030 nm において二光子吸収と三光子吸収の値が 2 に近ければ, 二光子吸収の寄与が大きいこ

過程の競合により光励起されるとされている 3. しとを示し, 一方 3 に近づけ三光子吸収の寄与が大きたがって, これらの化合物も 1030 nm において二光

くなることを意味する. モデル化合物の分光学的性

子吸収と三光子吸収過程の競合を示すと考えられる.

質と, 光吸収過程の次数を表 1 にまとめた. BP, NP,

モデル化合物群の水溶液の蛍光スペクトルを fig.

PYJ, ACJ の光吸収次数は 2.65, 2.60, 2.56, 2.40 であっ2 に破線で示す. FLJ, NPJ, BP, NP, PYJ, ACJ の蛍光極た. これらの値は 2 と 3 の中間の値であり, このこ

大波長は 443, 445, 526, 511, 548 nm であり, 蛍光量子とはこれらの化合物が 1030 nm において二光子吸収

収率は 0.98, 0.87, 0.33, 0.43, 0.53 であった. 全ての化と三光子吸収の競合過程によって光励起されること

合物は蛍光イメージングに用いるには十分な蛍光量を示唆していた. この光吸収次数はカットオフ波長

子収率を示していた.

が 515 nm に近いほど小さくなっており, このこと

波長 1030 nm における各化合物の励起過程を調査

から 1030 nm における光吸収過程は, カットオフ波するために, 蛍光強度の励起光強度依存性を調査し長が 515 nm に近い化合物ほど二光子吸収が優位にた. 各化合物からの蛍光強度の対数を, 励起光強度なることが明らかになった. これらの化合物とは対の対数に対してプロットしたものをfig. 3に示す. 一

照的に, NPJ と FLJ の光吸収次数は 2.9 であった. NPJと FLJ は 1030 nm において三光子吸収を示すことが明らかになった. 二光子吸収の効率は, 三光子吸収の効率と比べると極めて大きいことが知られている.
したがって, 光吸収次数が 2 に近い化合物を用いる
ほど, 1030 nm において効率よく光励起が可能であると考えられる.
光吸収次数と多光子励起発光強度を定量的に調査するために, 同一強度の 1030 nm のレーザー光をモ
デル化合物に照射した際に発生する多光子励起発光強度を比較した. 多光子励起発光強度は次式で表される.
I ∝ sfc
ここで I, s, fと c はそれぞれ発光強度, 1030 nm における多光子吸収効率, 蛍光量子収率, 試料濃度である. したがって, 発光強度を蛍光量子収率と試料濃度で除すことにより多光子吸収効率を見積もることができる. 得られた多光子吸収効率の対数を光吸収次数に対してプロットしたものを fig. 4 に示す. 光吸収次数が小さいほど, 多光子吸収効率が大きくなっていた. この傾向は, 多光子励起イメージングに

Fig. 3 Incident laser power dependences of multi-photon excited

おいて, 二光子吸収と三光子吸収の競合過程を用い

fluorescence intensities of model compounds at 1030 nm. a) FLJ, b)

れば, 純粋な三光子吸収を用いたときと比べて明るNPJ, c) BP, d) NP, e) PYJ and f) ACJ.

い画像を得られることを示唆していた.

- 174 -

Table 1 Spectroscopic properties of model compounds and orders of photon absorption
Fluorescence

Order of photon

quantum yieldabsorption at

Absorption

Cut-off

Fluorescencemaximum /nmwavelength / nm

maximum /nm

FLJ

377

412

443

0.98

3.01

NPJ

340

415

445

0.87

2.99

BP

383

436

526

0.33

2.65

NP

401

455

511

0.35

2.60

PYJ

409

451

525

0.43

2.56

ACJ

436

488

548

0.58

2.40

Compound1030 nmCompounds

Multi-photon
fluorescencemicroscopy images

FLJ

NPJ

BP

Fig.

4 Relationship between order of photon absorption andexcitation efficiency.
NP

モデル化合物により染色された HEK 293 細胞のYb-dope フェムト秒ファイバーレーザーを光源にもちいて得られた多光子励起蛍光イメージを fig. 5 に示す. いずれの化合物を用いても, 細胞中のミトコ

PYJ

ンドリアを明瞭に観察することができた. このときの励起光強度は対物レンズを抜けた後で 10 mW であった. 波長 1030 nm において, 二光子吸収の寄与

ACJが最も大きい ACJ をプローブに用いたときに, 最も明るい画像が得られた. 二光子吸収と三光子吸収の競合過程, そして三光子吸収過程さえも, Yb-dope フ

Fig. 5 Multi-photon excitation fluorescence microscopyェムト秒レーザー励起多光子イメージングに十分用

images of HEK293 cells stained with model compounds.

いることができると明らかになった.

- 175 -

Conclusion
本研究では, Yb-dope フェムト秒レーザーを励起光源とした多光子イメージングを実証した. 二光子
吸収と三光子吸収の競合過程を用いることにより,明瞭な多光子励起イメージを得られた. それだけでなく, 純粋な三光子吸収過程を用いてさえも, 同様に多光子イメージを取得することができた. したがって, 二光子吸収過程のみならず二光子吸収と三光子吸収の競合過程, そして三光子吸収過程が Ybdope フェムト秒レーザーを励起光源とした多光子イメージングに有用であることが明らかになった.
ファイバーレーザー励起のイメージングに用いることのできるプローブには限りがあると考えられていたが, 本研究によりいかなるプローブも 1030 nm において励起可能であることが明らかになった. 以上,
この結果は山口大学との共同研究として現在学術論
文 と し て 発 表 す る 予 定 で あ る (AIP Advances, in
preparation)。
Reference
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W. Denk, et al., Science, 248, 7, 1990.

2.

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3.

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6.

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Sensitive Red-Green-Blue Fluorescent Probes forMulti-Photon Microscope, presented at the 2018
MRS SPRING MEETING EXHIBIT. RP03.01.04, 3
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7.

M. A. Albota, et al., Applied Optics, 37, 7352, 1998.

- 176 -

双方向可変剛性機構によるロボット義足に関する研究
津山工業高等専門学校 総合理工学科 機械システム系
野中 摂護
近年，下肢切断者の活動支援のため，義足の研究や技術向上が行われている．しかし，従来義足は単一方向にしか剛性を設計できないことや装具装着後に剛性を変化させることができないといった問題点が挙げられる．そこで本研
究では，圧縮ばねと引張ばねを二重構造に組み合わせた機構を構築することで解決を試みている．この機構を用いて，人の歩行時における身体運動と，これに対する足部と脚部の動きに着目した脚部の反力剛性の制御を目指している．
提案する可変剛性機構について制御や義足として構築しやすい新たな可変剛性機構を搭載したロボット義足の開発と制御に関する検討を行っている．本申請期間内においては，これら義足としての構築と歩行時のデータ検証，また制御構築により実際の剛性変化を実現させることを目標とした．本活動の中で義足機構の構築を行ったが，いくつかの課題が明らかになり改善することとなった．当初の予定通り試作機を完成させ提案機構と比較用の義足による歩行時の身体動作データを解析した．またこれにより，装置の可変剛性を確認し機構の妥当性を考察した．

1. はじめに近年，下肢切断者の活動支援のため，義足の研究や技術向上が行われている[1]．
これらの従来義足は，
単一方向にしか剛性を設計できないことや装具装着
後に剛性を変化させることができないといった問題点が挙げられる．そこで状況や使用者の変化によっ

図 1 力学モデルて，装着後に剛性の変化が可能な可変剛性機構を導入することで上記の問題の解決を試みる研究が行わ

2. 可変剛性機構

れている[2]．ただし，この機構は足首のねじれ方向

これまでに申請者は，図 1 のような二重ばね構造の検討をしているもので伸縮方向には変化しない．

による双方向可変剛性機構を提案した[3]．
本機構のそこで本研究では，圧縮ばねと引張ばねを二重構

運動方程式は造に組み合わせた機構を構築することで足首の伸縮

𝑑2𝑥𝑘𝑎= − (𝑥 + 𝑑𝑙𝑎 ) (𝑥 > 0)2𝑑𝑡𝑚

方向における可変剛性を試みた．提案する機構は，2つのコイルばねを二重構造に配置することで直動的

𝑑2𝑥𝑘𝑏= − (𝑥 − 𝑑𝑙𝑏 ) (𝑥 > 0)2𝑑𝑡𝑚

な剛性とトルクを得ることができ，これらの剛性は双方向にそれぞれ変化させることが可能である．本
稿では，これら双方向可変剛性機構を用いた義足ののようになる．ただし𝑚は質量，𝑘𝑎 ，𝑘𝑏 ，𝑑𝑙𝑎 ，𝑑𝑙𝑏製作を行う．また，その義足とシンプルな義足装具はそれぞれ正負方向のばね定数および，ばねのたわ

での歩行実験を行い，画像による運動解析を用いてみ量とする．これは，各ばねの剛性による働きが切

歩きやすさの評価を検討した．また義足の剛性を可り替わるため非線形なシステムとなる．また本機構

変する機構が正常に機能するか構築した試作機を用の特徴として，初期たわみ量を与えた場合，通常のいて確認を行った．

ばね系と比較して反力の応答性が高くなるといった独自の応答パターンが得られるといった点が挙げられる．

- 177 -

表 1 各ばねの仕様
圧縮ばね

引張ばね

自由長 [mm]

𝑙1 = 61.58

𝑙2 = 105.98

ばね定数 [N/mm]

𝑘1 = 26.5

𝑘2 = 66

最大たわみ・伸び [mm]𝛿𝑚𝑎𝑥 = 30.4

𝜆𝑚𝑎𝑥 = 15

図 5 側面・正面からの解析

図 2 義足機構の３D モデル

図 6 解析の様子
2 つ目の問題は「モータ固定部の剛性不足」が生じ
図 3 試作した義足機構たため，サポート部材を追加することで対策した．3

図 4 比較義足

つ目の問題は「足首角変化機構の剛性不足」が生じたため，機構部を上下共に支柱によってフレームに

3. 義足機構の設計・試作

固定することで対策した．製作した提案義足を図 3

双方向可変剛性機構を用いた義足機構の試作としに示す．

て，設計と製作を行った．設計のため想定される負荷として，成人男性の平均体重である 66 [kg] を対象とする．決定した各ばねの特性を表 1 に示す．次に，3DCAD ソフトを使用し図 2 に示すモデルを設計

4. 歩行実験と研究成果した．大きな荷重が働く部品にはステンレスやアル

4.1 実験方法

ミニウムを使用し，市販されていない部品や大きな今回，比較義足として足首の回転機構などをもた

荷重の働かない部品などは軽量かつ造形の自由度のない最も単純な装具を図 4 のように製作した．その高さから 3D プリンタで製作する．これらの金属パ

後，歩行実験によって提案義足と比較義足の比較をーツや出力パーツを組み合わせることで装置の試作行った．今回の実験では，健常者が膝を曲げたままを行った．

それぞれの装具を装着した．
装着者は体重 52 [kg]，

製作の過程で装置には主に 3 つの問題が生じたた

身長 162 [cm] であり，どちらの装具も右足に装着

めこれら改善を施した．1 つ目の問題は「構造的問する．検証は，側面と正面の定点からの撮影と解析

題による足首関節への動力不伝達領域」が生じたたを図 5 ，図 6 のように行った．

め，対策としてばね座金の回転固定を行った．

- 178 -

表 2 各歩数における速度の水平方向成分速度比
速度比
歩数

比較義足

提案義足

1

7.75

0.96

2

1.37

0.67

3

0.87

1.61

4

1.11

1.00

5

1.17

1.24

6

1.21

1.44

7

1.35

1.61

8

0.83

1.73

図 7 股関節の速度の水平方向成分の時間変化
表 3 各歩容数における左右脚の位相比
位相比
歩数

proto

prosth

1

0.57

0.31

2

0.49

0.37

3

0.48

0.41

図 8 頭部の垂直方向変位の時間変化
4.2 実験結果と成果考察
正面からみた股関節の水平方向の速度成分を解析したものを図 7 に示す．ただし対象がカメラに近づく程に値は大きくなる傾向にある．ここで，比較義足を proto，提案義足を prosth としている．また，解析から得られた左右の股関節の速度比を表 2 にまとめた．図中の(1)～(8) は歩数を表す．図 7 の

図 9 股関節の速度の時間変化
ことがわかる．これらより，比較義足による歩行時

proto の速度に着目すると左右の水平速度においてに身体が義足側に乗り上げるような動作をしており，

負のとき同期傾向にあることがわかる．これらの傾提案義足の方が乗り上げる動作量が小さい．そのた

向は表 2 の比からもみてとれる．また，側面からみめ提案義足の方が健常脚での着地時にかかる衝撃がた頭部の垂直方向変位の時間変化と近似直線を図 8

小さなものであると推察される．

に示す．ただしカメラの設置角により右に進む程値

さらに，歩行を正面から見た時の股関節の水平方が低くなる傾向にある．図 8 より，比較義足の方が向速度と垂直方向速度の絶対量から計算された速度

提案義足と比較して頭部の位置が高くなっている

成分の時間変化を図 9 に示す．また，この成分より- 179 -

得られた左脚の位相に対する右脚の位相の割合を表発した提案義足の評価が可能であることがわかった．

3 にまとめて示す．通常の歩行では交互に左右の脚

また構造上のみでなく，回路や制御構築に関する今が動作するためその比は 0.5 となるが，比較義足で後の課題を明らかにした．

は平均比 0.513，提案義足では平均比 0.363 となった．そのため，歩行位相としては比較義足の方が健常脚に近い動きと推察される．

7. 謝辞

これらの成果より，試作した義足により，歩行時

今回本研究の遂行にあたりご支援を賜りました公に異なる特性が得られることがわかった．これは，益財団法人ウエスコ学術振興財団に，心より感謝申

歩行者にとって負担軽減につながるものかは今後検し上げます．

討する必要があるが，スムーズさを感じる指標に影響するものと考えられる．
参考文献
5. 今後の課題[1] Sanghamitra Debta, Kaushik Kumar, Biomedical

本装置は試作において，強度の不足などが多数，

Design of Powered Ankle-Foot Prosthesis - A

明らかになった．また実験後，数回の歩行により破Review, ICMPC, March17–19, 2017.

損した．そのため今後の課題として，装置の軽量化[2] Corey Pew, Glenn K. Klute，Second generation

や小型化，各部の強度の向上，装着部の改善といっ

prototype of a variable stiffness transverse

た課題が挙げられる．装置のモータを駆動させ，双plane adapter for a lower limb prosthesis,

方向の剛性や足首関節の可動ができるか確認をした

Medical Engineering and Physics Vol. 49, pp. 22–

が，設計通りの動きは可能であった．しかし構造上

27, 2017．

の問題があり，フレームの歪みが生じるなど改善の[3] 野中摂護，井上勝登，二重ばね構造を用いた義余地はまだ多くある．

足における剛性制御機構の開発，日本機械学会ロボ

また今後，装置のモデル化を行い，適応する制御

ティクス・メカトロニクス講演会講演概要集，手法の選定の後，歩行状況に応じた制御の導入など

2P1-C16(2019)，pp. 1–2.

を検討していく必要がある．これについては今回検証したデータや今後さらなる評価を行い，有効なパラメータや制御方針を考えていく必要がある．このため，まずは装置の改善を行った上でさらなる運動解析を重ねていくことで，これらの方針を明らかにしていくことが重要だと考える．

6. おわりに本研究では，義足機構の試作機について設計・製作を行い，歩行実験による評価を検討した．製作した機構は，構造上の問題に伴う強度や可変剛性機構
部の可動効率の低下などいくつかの課題が明らかになった．また解析によって左右脚の位相の割合と左右支持中の身体の動きなどが明らかになった．これ
らの指標により，歩行時の特性変化を確認でき，開- 180 -Streptomyces cinnamoneus ゲノム情報を利用した有用酵素の探索
岡山県農林水産総合センター生物科学研究所・酵素機能研究グループ

畑中 唯史（概要）筆者はこれまでの 2 年間において、食感を改善することに役立つ放線菌由来酵素トランスグルタミ
ナーゼ（TGase）の基質認識に関わる部位の探索を目的に、市販酵素である S. mobaraensis 由来 TGase と S.
cinnamoneus 由来 TGase との遺伝子間で、キメラ酵素（CM）を作成し、親酵素・キメラ酵素との性状比較を行った。その結果、C 末端部分にアシルドナーを認識する部位が含まれることを明らかにしている。また、アシルドナーとして、β-カゼイン由来のペプチド 2 種（VLPVPQK および AVPYPQR）を同定した。本報告では、
よりきめ細かなキメラ酵素を作成し、VLPVPQK および AVPYPQR に対する反応性を比較することで、放線菌由来 TGase におけるアシルドナーの認識部位を同定した。

リジンのアミノ基を活性化し、活性中心システイン

１．はじめに筆者は、独自の放線菌 Streptomyces cinnamoneusにトラップされたアシル基供与体グルタミンの側鎖

TH-2 株を土壌より単離しており、本菌株を 2%のグとペプチド結合を形成する。しかしながら、TGase

ルコース及び 0.8%のリン酸を含む PG 培地で培養すの天然物由来のペプチドに対する詳細な活性の違い

ると、培養 3 日目以降に培養上清中に大量のプロテは未解明のままであり、さらに基質認識部位についアーゼ（SCMP）を分泌する。この SCMP をコードては明らかにされていない。

する遺伝子 scmp のプロモーター領域（scmp プロモ

昨年度の検討で、カゼインのトリプシン消化物にーター）は、非常に特異な DNA 塩基配列を示し、含まれるβ-カゼイン由来のペプチド 2 種

近縁株などのゲノム情報上には類似の配列は見られ（VLPVPQK および AVPYPQR）が、放線菌由来なかった。そこで、この塩基配列を利用して、放線

TGase のアシルドナーであることを見出した（図１）。

菌由来酵素を大量に生産させる発現ベクター
pTONA を創出した。このベクターを用いた放線菌
酵素生産法は、すでにナガセケムテックス株式会社の 2 種の放線菌酵素生産に利用されている 1)。これ
ら酵素は、セルフクローニングおよびナチュラルオ
カレンス（組み換え体と同等の遺伝子構成をもつ生細胞が自然界に存在する）の概念にあてはまり、食品添加物として使用できるグレードである。
そこで本研究では、この発現系を応用して、放線菌由来トランスグルタミナーゼ（TGase）の基質認識に関わる部位を探索する。TGase は、タンパク質

図１ カゼインペプチドを基質とした反応経時変化

中のグルタミンとリジンの側鎖間でペプチド結合を上段：基質の消長、下段：生成物の生成

作り、タンパク質同士を架橋させる接着剤として広また、市販酵素である S. mobaraensis 由来 TGase

く使われている食品加工用酵素である。TGase の酵（SMTG）と S. cinnamoneus 由来 TGase（SCTG）2

素反応では、アスパラギン酸残基がアシル基受容体- 181 -

種の遺伝子間で、作成したキメラ酵素（CM＝N 端

0.8%K2HPO4, 0.05%MgSO4･7H2O, 0.5%ポリペプ

SCTG/C 末端 SMTG）を作成し、SMTG、SCTG、CM

トン, 0.5%酵母エキスを含む培地で、30℃, 150rpm,の 3 者を比較することにより、CM に含まれる C 末

5 日間培養を行い、活性を含む培養上清を遠心に端側に、アシルドナー認識部位が含まれることを明て回収した。

らかにし、論文発表した 2)。
今年度は、SMTG と SCTG との間で、サンドイッ
チ型キメラ酵素 2 種を作成し、VLPVPQK および
AVPYPQR に対する反応性を比較することで、アシルドナー認識を担う部位を同定した結果について記載する。
２．実験方法（１）SMTG と SCTG の C 末端側の 1 次配列を比較することにより、図２に青と緑で示す大きく異なる部位 2 ヵ所を抽出した。
図３ サンドイッチ型キメラの1 次構造模式図（２）酵素簡易精製法
培養上清を 70％飽和硫安で処理し、遠心にて得た沈殿物を、20mM リン酸バッファー（pH8.0）に溶解し、同バッファーに対して透析した。これを遠心にて分離・精製できる陰イオン交換体（ザルトリウス社製 Vivaspin Q）にかけ、夾雑タンパ
クを吸着させ、非吸着画分を精製酵素として用いた。
図２ SMTG の立体構造上に示す（３）カゼイントリプシン消化物をアシルドナー

SCTG と大きく異なる部位とした酵素反応
次に、SMTG 遺伝子のユニークサイトである制より実際に近い条件で、酵素の性能比較を行う

限酵素 CpoI 切断部位を利用して、図２の部分の目的で、ウシ由来カゼインを市販トリプシンで消み SCTG 配列を含む制限酵素 CpoI 以降の配列を化したものをアシルドナーに、アシルアクセプタもつ遺伝子を合成し、SCTG 遺伝子とのサンドイーとして、L-Lys（終濃度：10mM）を用いて、SMTG、

ッチ型キメラ酵素 2 種（SCTG の 1 次配列に、

CMC-1、CMC-2 の 3 種の TGase による反応を行

SMTG 部分構造を入れ替えた酵素 CMC-1 およびった後、逆相カラムを装着したイオントラップ型

CMC-2）を作成した（図３）。これらを改良型 scmp

LC-MS により、VLPVPQK（2 価イオン、m/z :プロモーター（論文作成中）の下流に挿入した放390.7）およびそのリジン付加物（2 価イオンとし線菌用発現でベクターを作成し、常法 により、て分子質量が 65 増加するピーク、m/z : 455.3）を

S.lividans 1326 株形質転換体を得た。形質転換体

質量数で抽出し、これらの経時変化を追った（図を、Tryptic soy broth で種培養を行った後、本培養

４（A））
。また、AVPYPQR（2 価イオン、m/z : 415.7）

を バ ッ フ ル フ ラ ス コ で 、 2% グ リ セ ロ ー ル ,およびそのリジン付加物（2 価イオンとして分子3)- 182 -

質量が 65 増加するピーク、m/z : 480.2）について

3 種の酵素について、
VLPVPQK および AVPYPQR

も同様に経時変化を追った（図４（B））
。LC-MSを基質とした反応の経時変化を追った（図５）。示す

測定時には、検出強度を標準化するために、内部

ように、カゼインのトリプシン消化物に含まれる標準として、0.02 mM 4-methoxybenzamide を加え

VLPVPQK および AVPYPQR に対する反応性についた。

て、サンドイッチ型キメラ酵素 CMC-2 は、SMTGの同等以上に優れた反応性を示した（図５）。
（２）内部配列の比較
サンドイッチ型キメラ酵素 CMC-2 は、SMTG の
わずか 5 アミノ酸残基（208RSSSA212）が SCTG と入れ替わっただけの酵素である。そこで、NBRC によって市販されているS.cinnamoneus 8 株をすべて入手
し、PCR により、7 株から内部配列情報を得た（表図４ VLPVPQK およびそのリジン付加物（A）

１）
。

AVPYPQR およびそのリジン付加物（B）

表１ アシルドナー認識部位の比較の LC-MS による検出（４）内部配列情報の取得
NBRC から市販されている S. cinnamoneus 由来
TGase の配列情報を得るため、遺伝子の保存されている配列をプライマーとし、PCR により、
TGase
内部配列約 1kbp を増幅し、シーケンスした。得られた配列と、公表されているものも含めた配列情報を比較した。

既報の配列も、合わせると、計 11 種の内部配列情報を比較したが、表１に示すように、SCTG のもつ３．結果と考察

配列は、最も多い 7 種であった。しかしながら、（１）カゼインペプチドを基質とした反応

SMTG タイプのものは、他には存在しなかった。
SMTG の 208-212 アミノ酸残基部分（RSSSA）は、
活性中心のシステインからは、離れた位置に存在す
るが、フレキシブル・ループであり（図２）、このループ構造がアシルドナーペプチドを認識する際に重要な役割を担うものと推測している。
４．まとめ
SMTG と SCTG 間で、サンドイッチ型キメラ酵素を作成し、より実際に近い条件で、酵素の性能比較を行う目的で、カゼインのトリプシン消化物に含ま

図５ SMTG およびサンドイッチ型キメラ酵素のカ

れる VLPVPQK および AVPYPQR に対する反応性を

ゼインペプチドを基質とした反応経時変化比較した。その結果、SMTG のフレキシブル・ルー

上段：基質の消長、下段：生成物の生成プである 208-212 アミノ酸残基部分（RSSSA）が、アシルドナー認識に重要な部位であることを明らか- 183 -

にした。今後、この部分で、SMTG、SCTG 以外の配列をもつ TGase 全長遺伝子配列を得て、その性能比較を行うことを計画している。
５．参考文献1) 畑中唯史ら, プロモーター及びその活性化方法. 特許第 4586149 号
2) Tokai S. et al., Molecular insights into the mechanismofsubstrate

recognitionofStreptomycestransglutaminases. Biosci. Biotech. Biochem. 84(3)：575-582 (2020)3) Hopwood DA. et al., Genetic manipulation ofStreptomyces: a laboratory manual. Norwitch: The John
Innes Foundation, (1985)
６．３年間の本研究助成による研究成果に関する学会発表
1) S. Tokai, M. Uraji, T. Hatanaka
Comparison of Streptomyces transglutaminases onsubstrate specificities toward casein peptides
Bioactive Okayama 2018, Okayama, Oct 16 20182) 東海彰太、裏地美杉、畑中唯史
Streptomyces cinnamoneus ゲノム情報を利用した有用
酵素の探索
日本農芸化学会中四国支部第 53 回講演会
２０１９年１月２６日
3) 東海彰太、裏地美杉、畑中唯史
放線菌トランスグルタミナーゼの基質認識部位の探索
日本農芸化学会２０１９年度大会（２０１９年３月
２４日－３月２７日）
4) T. Hatanaka, S. Tokai, M. Uraji
Molecular insights into the mechanism of substrate
recognition of Streptomyces transglutaminase
Asian Congress on Biotechnology (ACB-2019), Taipei,
July 1-4, 2019
謝辞
本研究をご支援いただきましたウエスコ学術振興財団に、深く感謝いたします。

- 184 -

栽培化により失われたトマトの短日性を支配する鍵遺伝子の解明
岡山県農林水産総合センター 生物科学研究所
後藤 弘爾（概要）植物は光や温度などの環境要因（外的要因）および植物ホルモン、栄養状態、成長度合いなどの生理的要因（内的要因）が刺激となって、花芽を発生させる(このことを花成と呼ぶが、詳細には茎頂から発生する器官が葉から花に成長相が転換する現象である)。日長は季節に伴い正確に変化するので、植物は日長の変化に鋭敏に反応し、花成が誘導される(日長応答的花成)。植物は日長応答の様式により、明期が長いと花成が起きる長日植物と暗期が長いと花成が起きる短日植物とに分類されるが、日長応答性を示さない中性植物も存在する。花成ホルモンとも呼ばれるフロリゲンは、日長に応答して葉で生産され、長距離シグナル伝達によって、茎頂に届き花成を誘導するホルモン様の物質として 1930 年代に定義された。近年、モデル植物のシロイヌナズ
ナを用いた研究から、フロリゲンの分子実体は FT 遺伝子がコードするタンパク質であることが明らかとなった。
また、FT のホモログ遺伝子は殆どの被子植物に保存されており、調べられた植物では花成に関与していることが明らかになったことから、FT ホモログタンパク質がフロリゲンの分子実体であることが広く認められるようになった。
トマトは日長によらず花成が起きる典型的な中性直物とされているが、トマトの近縁野生種の多くが短日植物であることから、人類が栽培化の過程で中性化した変異体を品種として固定した可能性が高い。
本研究では、トマトが栽培化の過程で失った日長応答的花成の鍵となる遺伝子の特定を目指している。また、農作物の中性植物化は、季節に非依存的に花成が期待できる（四季咲き性）ことから、有用な農業形質として栽培化や品種改良の過程において積極的に取り入れられてきた形質である。しかしながら近年の地球環境変動に伴い、農作
物の花成時期の制御を従来の栽培技術のみで行うことが困難になりつつあり、またコストも高く着くようになって来ている。日長応答性を利用すれば、非常に鋭敏な花成誘導が可能になり、かつ季節性の利用などで低コ
ストで花成誘導することができる。
本研究により日長応答的花成の鍵となる遺伝子を特定することができれば、中性化した現在の栽培トマト品種にその遺伝子機能を復活させ、日長応答的花成を示す品種を開発することで、人為的花成制御が容易になったトマトを育種することが可能となる。
日長感受性を示す(短日性や長日性)原種から、栽培

1．はじめに現在農作物として栽培されている植物の多くは、化の過程で日長非感受性になった変異体が選択され、栽培化の過程で野生種(原種)の中から四季咲き性、

現在は中性植物(四季咲き性)であるとされている栽

多収性、早生性などの農業上の有用形質を持つもの

培植物は多数知られている。
植物の日長応答的花成に関する研究は、国内外でを人為的に選抜し、遺伝的に固定したもの(栽培品

100 年以上の歴史がある。近年、モデル植物のシロ種)である。
トマトも例外ではなく、南米アンデス地方に起源

イヌナズナを用いた研究により、花成経路の遺伝学を持ち、中南米で栽培されていた祖先種が 16 世紀に的枠組みが明らかにされ、長年その分子実体が不明

ヨーロッパにもたらされた。その後、18 世紀に一般であった花成ホルモン(フロリゲン)は、FT というタ的な食用作物となるまで約 200 年に渡る品種改良がンパク質であるということが解明された。また、FT

主に南ヨーロッパで行われたとされている。その後

遺伝子は被子植物に広く保存されていることも明らも、栽培上および食用上有用な形質に関して人為的かになった。フロリゲンは、元々日長応答的花成をな選抜が行われた結果、現在みられる様な、四季咲

制御するホルモン様の長距離シグナル伝達物質としき性で大きな赤い果実をつけるトマト品種になった。

て定義されたものであるが、FT 遺伝子のホモログは- 185 -

その結果、12 個の FT ホモログ遺伝子のクローニングに成功した。残りの 2 個の遺伝子については、発現していないか、遺伝子アノテーションに誤りがある可能性が示唆された。クローニングに成功した
12 個の FT ホモログ遺伝子について、全長の塩基配列を決定し、コードするアミノ酸配列に基づいた分子系統樹を作製した(図 1)。
図に示す FT clade とは、フロリゲン FT に近いアミノ酸配列を持つタンパク質群である。また、TFL1 clade とは、シロイヌナズ
ナでの研究の結果、花成を抑制する機能を持つことから 2、フロリゲンとは逆の機能を持つアンチフロ【図 1】トマト FT ホモログ遺伝子の分子系統樹。

リゲンとよばれる TFL1 に近いアミノ酸配列を持つ

各遺伝子のコード領域から予測されるアミノ酸配列

タンパク質群である。従って、TFL1 clade のタンパ

を近隣結合法(Neighbor-Joining 法)により分子系

ク質は、その配列が FT と相同性を持っているのにも統樹を作製した。
SP__はトマトの FT ホモログ遺伝子

かかわらず、花成に対しては抑制的に作用すると考で、MFT、FT、TSF、BFT、ATC と TFL1 はシロイヌナ

えられている。

ズナの FT パラログ遺伝子である。
Human_PEBP はrootを計算するためのヒトのもつ FT ホモログ遺伝子。

2-2．トマト近縁野生種の日長応答性
現存するトマトの栽培品種は、日長感受性を示さ

日長応答的花成を示さない中性植物にも保存されてない中性植物であるとされている。実際に日本で栽いる。このことからフロリゲンは、一般的な花成応

培されている品種およびヨーロッパ系と呼ばれる品答に関与していると考えられるようになった。
また、種について、十数種類について調べたところ全て中FT 遺伝子は、日長応答的花成経路だけではなく、温性植物であった。そこで、中南米の自生地から採取

度ならびに植物ホルモンなどの生理的要因による花されたトマト近縁野生種の日長応答性を調べた。ト

成経路の遺伝子群の働きにより発現制御されている。

マト遺伝資源ストックセンター(Tomato Genetics

従って、ある植物の花成制御機構を解明するために

Resource Center、U. C. Davis)が所有しているトマ

は、まずその植物が持つ FT ホモログ遺伝子の機能とト近縁野生種について、日長応答性を調べた結果を発現とを解析することが第一歩となると考えられる。

表 1 に示す。この様に過半数の種が短日性を示す結果となった。

2．結果と考察
2-1.トマトゲノム上に存在する FT 遺伝子群

2-3．トマト FT ホモログの遺伝子構造

1

トマトの全ゲノム解読 により、トマトのゲノム

トマト栽培品種からクローニンした FT ホモログ

上には、14 個の FT ホモログ遺伝子が存在することの遺伝子と、表１のトマト近縁野生種からクローニが予想された。これらの中から発現している遺伝子ングした FT ホモログの遺伝子との塩基配列とを比を全てクローニングすることにした。フロリゲン遺較した結果、多くの一塩基多型(SNP)が観察された。

伝子 FT は、主として葉で発現していることから、ト

それらの中にはアミノ酸配列に影響を及ぼすものもマトの成熟葉を材料とし、そこから RNA を抽出し存在した。

cDNA を合成した。調整した cDNA を鋳型に、ゲノム

特に注目すべき知見として、FT clade に属する 2

情報に基づいてプライマーを設計し、PCR 法によるつの遺伝子において、栽培品種から得られた遺伝子

目的遺伝子の増幅を行った。

に、ナンセンス突然変異とフレームシフト突然変異- 186 -

S. galapagense

短日性S. pennellii

短日性S. pimpinellifolium

中性

S. cheesmaniae

短日性S. lycopersicum
var. cerasiforme

短日性S. peruvianum

中性

S. corneliomulleri

中性

S. neorickii

短日性

S. chilense

中性

S. huaylasense

短日性

S. arcanum

中性

S. chmielewskii

中性

S. chilense

中性

S. chmielewskii

短日性

S. habrochaites

短日性【図 2】トマト SP タンパク質の立体分子構造比較。
SP タンパク質の内、栽培トマトにおいて変異がある
タンパク質（変異型、茶色のサーフェスモデル）と近縁野生種のタンパク質（野生型、カラーのリボンモデル）の予想立体構造を重ね合わせた。変異型では、分子表面に位置する領域が欠損していることが【表 1】トマト近縁野生種の日長応答性わかる。

短日性は、長日条件下に比べて短日条件下で花成が促進されたもの。長日性は、逆に長日条件下の方がすることが知られている。これまでに調べられたト

花成が促進されたもの。中性は、長日条件かと短日

マトの TFL1 ホモログは、直接花成に影響を与えてい条件下とで花成に差がみられなかったもの。

ない。
そこで、葉で特異的に発現する遺伝子について機が見つかった。一方、対応する近縁野生種の遺伝子能解析を進めるため、栽培トマトにおける FT ホモロ

では完全長のタンパク質をコードしていた。これら

グ遺伝子の組織特異的発現を調べた(図 3)。図に示について予想される立体構造を比較すると、栽培品した遺伝子は、葉と茎頂の両方で発現がみられた。

種のタンパク質では、分子表面に位置する機能的に残りの遺伝子の内、4 個の遺伝子については主としも重要な領域が突然変異により欠損していることがて葉で発現が観察され、3 遺伝子については主に茎わかった（図 2）。このことは、野生種で機能してい頂で発現がみられた。最後の 3 遺伝子については、たタンパク質が、栽培品種では機能が失われている

発現量がどの組織においても低く、かつ組織特異的可能性を示唆するものと考えられる。

な発現は観察されなかった。また、長日条件と短日条件とで遺伝子発現の違いを調べたところ、長日条

2-4.トマト FT ホモログ遺伝子の組織特異的発件特異的な発現を示した遺伝子が 1 個、短日条件特現の解析

異的な発現を示した遺伝子が 3 個あり、残りは日長

トマト FT ホモログ遺伝子の機能解析を進めるに

条件特異性を示さなかった（図 4）。

あたって、遺伝子を絞り込む必要がある。トマトに以上の発現パターンから、
トマト FT ホモログ遺伝

は、FT clade と TFL1 clade の両方の遺伝子群が存子の中に、日長に応答して葉で発現するという、典在しているが、これまでの研究から、フロリゲン遺型的なフロリゲン遺伝子と同じ発現パターンを示す

伝子は葉で発現することが知られている。一方、FTものが見つかった。一方、図 3 に示したように、葉ホモログ遺伝子群の中でもアンチフロリゲンとしてと茎頂の両方で発現しているという、これまでの考

働く TFL1 遺伝子は、シロイヌナズナでは茎頂で発現- 187 -

【図 4】遺伝子導入シロイヌナズナを用いたトマト【図 3】
トマト FT ホモログ遺伝子の組織特異的発現。

FT ホモログ遺伝子の機能解析。

蓄積している RNA 量を定量的逆転写リアルタイム

Col は遺伝子導入していない対照植物。SPa、SPb、

PCR 法により測定した。縦軸はハウスキーピング遺SPc、SPd、SPe は、栽培トマト由来の遺伝子を、SPb-W、伝子に対する相対的な発現量。青は長日条件、赤はSPc-W、SPe-W は、近縁野生種由来の遺伝子を持つ遺短日条件での値。Root:根、Hyp:下胚軸、Cot:子葉、伝子導入植物を示す。

Jleaf:幼若葉、Aleaf:成熟葉、Mleaf:第一花房後の葉、VM:栄養茎頂メリステム、IM:花序茎頂メリステ型遺伝子と考えられる近縁野生種由来の遺伝子

ム、FM:花メリステム、Fruit:果実。

SPc-W、SPe-W を導入したところ、早咲き表現型がみられ、フロリゲンとして働き得ることが示された。

え方では説明できない発現パターンを示す遺伝子もこの実験で得られた非常に興味深い事実は、次の2 点である。まず、SPd 遺伝子は FT clade の遺伝子存在することが明らかとなった。
トマト FT ホモログ遺伝子は、12 個存在しており、であるにもかかわらず、遅咲きの表現型を示したこ

被子植物の中では、比較的遺伝子メンバーの数が多とである。さらに、SPb は、構造上では栽培種由来

い。従って、遺伝子メンバーの中にはフロリゲンののタンパク質と近縁野生種由来のタンパク質とで、2機能から機能分化したものや他の機能を持つように個のアミノ酸置換が起きているだけであるが、栽培リクルートされたものが存在する可能性が考えられ種由来のタンパク質は機能を持たないことが示される。

た。
他の植物種由来の遺伝子機能をモデル系であるシ

2-5.シロイヌナズナを用いたトマト FT ホモロ

ロイヌナズナで評価する手法は、これまでの研究か

グ遺伝子の組織特異的発現

ら十分に妥当性のあることだと認められている。特組織特異的遺伝子発現解析の結果、FT clade の遺に花成に関する表現型は、十分に信頼できるもので伝子の殆どが葉特異的な発現を示し、TFL1 clade のある。本研究で明らかになった事実は、これまでの遺伝子の多くが茎頂特異的な発現パターンを示した。

FT ホモログ遺伝子に関する既成概念を覆すような

そこで、FT clade の遺伝子について、シロイヌナ

重要なものであると考えられる。今後、これらトマズナを用いた機能解析を行った。35S プロモーター

ト FT ホモログ遺伝子の機能解析をトマトにおいてを用いて、各々の遺伝子を構成的に発現させたシロ

行い、本結果を確認する必要がある。

イヌナズナの花成の表現型を調べた（図 4）。

SPc と SPe 遺伝子は花成に関する表現型を示さず、3．まとめと展望

遺伝子構造から予想されたように、変異遺伝子であ本研究では、トマトの持つ FT ホモログ遺伝子を全ることが示された。そこで、これらの遺伝子の野生てクローニングし、その遺伝子構造を明らかにした。

- 188 -

FT clade に属する２遺伝子について、トマト近縁野
生種由来の遺伝子と比べて、トマト栽培種の遺伝子には機能欠失をもたらすような変異が生じていることが明らかとなった。また、シロイヌナズナを用いた遺伝子機能解析の結果、確かに栽培種由来の遺伝
子機能が失われていることが確認できた。
遺伝子機能解析により、フロリゲンとして機能することが期待されるFT clade に属する遺伝子であっても、花成を抑制するアンチフロリゲン様の機能を持っていることが明らかとなった。また、遺伝子構造解析からだけでは予想し得なかった機能変異が起きている遺伝子も見つかった。
以上の結果に基づき、今後の研究においては、ゲノム編集技術を積極的に用いることにより、トマト
においてFT clade に属する遺伝子の機能解析を進める計画である。これにより、栽培化の過程で失われた鍵となる遺伝子を明らかにし、それがどの様なメカニズムでトマトの日長応答的花成の変化に関与したのかについて解明して行きたいと考えている。
謝辞
本研究を実施するにあたりご支援を戴きました公益(財)ウエスコ学術振興財団に感謝致します。
引用文献
1

The tomato genome sequence provides insights into
fleshy fruit evolution. Nature 485, 635-641, (2012).

2

Hanano, S. & Goto, K. Arabidopsis TERMINALFLOWER1 is involved in the regulation of flowering
time

and

inflorescencedevelopment

throughtranscriptional repression. Plant Cell 23, 3172-3184,(2011).

- 189 -

ヒトシトクロム P450 の遺伝子多型が薬物相互作用に及ぼす影響の予測
就実大学 薬学部
丹羽 俊朗
各種ヒト薬物代謝型シトクロム P450（CYP）サブファミリー間及び遺伝子多型による触媒機能及び薬物相互作用の相違の原因を解明することを目的とし、初年度である今年度は、新たな酵素活性測定方法を確立し、ステ
ロイドホルモンなどの内在性物質の代謝反応に対する各種化合物の効果に対する CYP3A サブファミリー及びCYP2D6 遺伝子多型の影響を検討した。CYP3A サブファミリーである CYP3A4 及び CYP3A5 を用いた時、プロゲス
テロンは CYP3A4 によるテストステロン及びコルチゾール 6β 水酸化活性並びに CYP3A5 によるテストステロン

6β 水酸化活性を阻害し、テストステロンは CYP3A5 の活性を増加させた。また、CYP2D6.1 及び遺伝子多型である CYP2D6.2（R396C/S486T）並びに CYP2D6.10（P34S/S486T）による p-チラミンからドパミン生成活性に対する
ヒト CYP2D6 の阻害薬であるキニジン及びラット CYP2D サブファミリーを強く阻害するキニーネによる阻害強度
は、CYP2D6.1≧CYP2D6.2＞CYP2D6.10 であり、変異体により阻害強度は異なっていた。以上より、CYP3A サブフ
ァミリー及び CYP2D6 変異体間で薬物相互作用が異なることが示された。
１．はじめにでは、現在までに 100 種以上の遺伝子多型が報告さヒトに投与された薬物を含む異物は肝臓などの薬れ、CYP2D6*2 アレルは白人の約 30%に、CYP2D6*10 ア物代謝酵素によって代謝され、体外に排泄される

レルはアジア人の 30-50%に発現しており、それぞれ[1.2]。また、異物のみでなく、ステロイドホルモンCYP2D6.2（R396C/S486T）及び CYP2D6.10（P34S/S486T）を含む内在性の化合物も肝臓、副腎などの各種代謝を産生する [6]。 しかし、このようなサブファミリ

酵素によって代謝されて生成する [1, 2]。ヒト肝ー内及び遺伝子多型における基質特異性の相違の原臓ミクロゾーム画分に存在する薬物代謝型シトクロ

因は、立体構造と機能の観点で詳細に解明されていム P450（CYP）は、多くの薬物の代謝に関与する最ない。

も重要な酵素の１つであるが、その一次構造の相同ステロイドホルモンは副腎などに存在するステロ

性からさまざまな分子種に分類されており、一般的

イド代謝型 CYP のみでなく、肝臓などの各種代謝酵に基質特異性が低い [1-3]。また、同一のサブファ素によって代謝される [2,7]。糖質コルチコイドでミリー（アミノ酸配列の相同性が 55%以上）であっあるコルチゾールは身体的・精神的ストレスによりても基質特異性が異なり、多くの CYP で遺伝子多型

分泌が増加するが [8]、CYP3A4 により 6β 位が水酸があることが知られている [1-4]。例えば、CYP3A4化され、尿中 6β 位水酸化体／コルチゾール濃度比

は肝臓の総 CYP 含量の約 30%を占め、医薬品代謝のは in vivo における CYP3A 活性の指標となることが

約 50％に関与しているが、CYP3A4 に加え 遺伝的な報告されている [9]。また、黄体ホルモンであるプ

CYP3A5 の発現の有無により CYP3A で代謝されるタク

ロゲステロンは、CYP3A4 により 6β 位が水酸化されロリムスなどの薬物の体内動態に影響を及ぼす

るのみでなく、脳内で CYP2D6 により 21 位が水酸化[4,5]。CYP3A5 は、CYP3A4 と 83％のアミノ酸相同性

され、脳神経ステロイドとして機能する [7,9]。そを示し、CYP3A4 と同様の基質特異性を示すと考えら

こで、CYP のサブファミリー内及び遺伝子多型におれてきたが、近年、CYP3A4 と CYP3A5 の間には若干ける基質特異性の相違の原因究明の一環として、まの基質特異性の相違があることが明らかにされてきず今年度は、代表的なステロイドの代謝反応の新規

た [4]。一方、CYP2D6 などでは、多くの遺伝子多型

測定方法の確立を検討し、各種ステロイドを含む内が報告され、薬物動態に影響を及ぼす [6]。CYP2D6

在性物質に対する酵素活性に基づいた酵素学的特性- 190 -

を比較した。

が、プロゲステロンは CYP3A4 及び CYP3A5 によるテストステロン 6β 位水酸化反応並びに CYP3A4 による

２．方法

コルチゾール水酸化反応を阻害した。一方、テスト

1. 材料

ステロンは、CYP3A4 及び CYP3A5 によるコルチゾー

大 腸 菌 に 発 現 し た CYP2D6.1 、 CYP2D6.2

ル水酸化活性並びに CYP3A4 によるプロゲステロン（R396C/S486T）、CYP2D6.10（P34S/S486T）、CYP3A4

水酸化活性には影響しなかったが、CYP3A5 によるプ及び CYP3A5（Bactosomes®、EasyCYP）は、Cypex 社

ロゲステロン水酸化活性を増加させた。
尚、
CYP3A4、(Dundee、英国)より購入した。各種基質、阻害剤及CYP3A5 共に、プロゲステロンの 6β 位の水酸化反応

び測定用試薬は市販品を購入して使用した。

は検出されたが、21 位水酸化反応は認められなかった。

2. 薬物代謝酵素活性及び阻害活性の測定
プロゲステロン水酸化活性は既報[10]の方法にお表 1．CYP3A4 及び CYP3A5 によるステロイドホルモ

いて、移動相などの高速液体クロマトグラフィー

ン 6β 水酸化活性に対する各種ステロイドホル（HPLC）条件を若干変更することにより、6β 位の水

モンの影響

酸化体と 21 位の水酸化体を同時に測定できるよう

基質

阻害剤

CYP 1)

影響 1)に改良した。
テストステロン及びコルチゾール 6β 水

ﾃｽﾄｽﾃﾛﾝ

ﾌﾟﾛｹﾞｽﾃﾛﾝCYP3A4阻害

CYP3A5阻害

CYP3A4

影響無CYP3A5

影響無CYP3A4

影響無CYP3A5

2.1 倍に活性増加

CYP3A4

影響無CYP3A5

影響無CYP3A4

影響無CYP3A5

影響無CYP3A4阻害

主に CYP3A サブファミリーにより生成する 6β 水酸

CYP3A5

効果無化体と CYP3A サブファミリー、CYP2D6 などにより生阻害剤（ステロイド）濃度：1-100 µM.

酸化活性は既報 [11]の HPLC 法を改良した方法で測定し、p-チラミンからドパミンの生成活性は HPLC-

ｺﾙﾁｿﾞｰﾙ

蛍光法[12]で測定した。各種化合物の影響を検討する際には、基質となるステロイドホルモン及び p-チ

ﾌﾟﾛｹﾞｽﾃﾛﾝ

ﾃｽﾄｽﾃﾛﾝラミンの反応混合液中の濃度は各酵素反応におけるMichaelis 定数（Km）以下とした。

ｺﾙﾁｿﾞｰﾙ

３．結果

ｺﾙﾁｿﾞｰﾙ

ﾃｽﾄｽﾃﾛﾝプロゲステロン代謝物の同時定量法では、HPLC の移動相のメタノール含量を若干変更することにより、ﾌﾟﾛｹﾞｽﾃﾛﾝ

成する 21 水酸化体を同時に、既報[10]の方法と同じ感度で測定できるように改良した。コルチゾール

キニジンはヒトの CYP2D6 を、キニーネはラットの6β 位の水酸化体は既報[11]を参考にして、カラム、CYP2D サブファミリー（CYP2D1、
CYP2D2 及び CYP2D4）

移動相などを変更して、最適な測定方法を開発した。

を強く阻害する典型的な阻害剤であることが報告さ

また、酵素活性測定は、予備的な実験で得られた酵れている [13]。そこで、CYP2D6.1、CYP2D6.2 及び素濃度及び反応時間が反応生成物濃度と比例性を示

CYP2D6.10 による p-チラミンからドパミンの生成活

す最適条件で実施した。

性に対する各種ステロイドホルモン及びこれらのCYP3A4 及び CYP3A5 によるテストステロン、プロ

CYP2D サブファミリーの阻害剤の影響を検討したとゲステロン及びコルチゾールの 6β 水酸化活性に対ころ（表 2）、コルチゾール及びコルチコステロンはするこれら 3 種ステロイドホルモンの影響を検討しいずれの CYP2D6 変異体に対しても阻害しなかったたところ（表 1）、コルチゾールはテストステロン及が、プロゲステロンはいずれの変異体も同程度に阻びプロゲステロン 6β 水酸化活性に影響しなかった

害した。また、キニジン及びキニーネによる阻害強- 191 -

度は、CYP2D6.1≧CYP2D6.2＞CYP2D6.10 であり、いCYP2D6.1、CYP2D6.2 及び CYP2D6.10 によるドパミ

ずれもキニジンによる阻害の方がキニーネの阻害よン生成活性に対して、コルチゾール、コルチコステ

り強かった。

ロンはいずれの CYP2D6 変異体に対しても阻害しなかったが、プロゲステロンはいずれの変異体も同程

表 2．CYP2D6.1、CYP2D6.2 及び CYP2D6.10 によるド度に阻害した。また、ヒト CYP2D6 の阻害薬であるキ

パミン生成活性に対する各種ステロイドホル

ニジン及びラット CYP2D サブファミリーを強く阻害

モン及び CYP2D 阻害剤の影響するキニーネ [13]による阻害強度は、CYP2D6.1≧

阻害剤
プロゲステロンコルチゾールコルチコステロン

キニジン

キニーネ

CYP2D6.2＞CYP2D6.10 であり、変異体により阻害強CYP 1)

影響 1)

CYP2D6.1

10 µM で 25％阻害

CYP2D6.2

10 µM で 25％阻害

一般には。同一の薬物代謝酵素で代謝される 2 種CYP2D6.10

10 µM で 30％阻害類の化合物を同時に添加して酵素反応を実施した場

CYP2D6.1

影響無合、競合阻害（阻害剤によっては非競合阻害）を起CYP2D6.2

影響無こし、薬物代謝酵素活性は低下する。しかし、テス

CYP2D6.10

影響無トステロンは CYP3A5 によるプロゲステロン 6β 水酸

CYP2D6.1

影響無化反応の活性を増加させ、活性化反応（activation、

CYP2D6.2

影響無heterotropic cooperativity）が認められた。このCYP2D6.10

影響無活性化反応は、最初 CYP3A4 による酵素反応で報告

CYP2D6.1

0.1 µM で 86％阻害されたが、その後、CYP1A2、CYP2C9、CYP2D6、CYP3A7

CYP2D6.2

0.1 µM で 95%以上阻害などの種々の CYP による代謝反応でも報告された

CYP2D6.10

1 µM で 60％阻害[14-17]。しかし、これらの活性化反応が起こる原因

CYP2D6.1

1 µM で 57％阻害は、詳細には解明されていない。今回、テストステCYP2D6.2

10 µM で 59％阻害

ロンによる活性化反応は、CYP3A4 では認められず、

CYP2D6.10

100 µM で 40％阻害

CYP3A5 にのみ観察された。すなわち、活性化反応の度は異なっていた。

有無が、CYP3A サブファミリー間で異なることが示

阻害剤濃度：0.001-100 µM.

され、特に、種々の化合物の代謝反応で報告されている CYP3A4 では活性化反応は認められず、CYP3A5

４．考察
初年度は、
新たな各種酵素活性測定方法を確立し、のみで観察されるという、非常に興味深い貴重な知ステロイドホルモン及びドパミンという内在性物質見を得た。今後、この活性化反応が起こる酵素学的の代謝反応に対する各種化合物の効果に対するなメカニズムを、各種 CYP サブファミリー及び遺伝

CYP3A サブファミリー及び CYP2D6 遺伝子多型の影響

子多型により産生する変異体などの各種代謝酵素、を検討した。

種々の基質及び化合物（effector）などを用いて、さらに詳細に追究する必要がある。

まず、CYP3A4 及び CYP3A5 の 3 種のステロイドホ
ルモンによる影響を検討したところ、プロゲステロ

以上、CYP3A サブファミリー及び CYP2D6 変異体間ンは CYP3A4 によるテストステロン及びコルチゾーで酵素活性が異なることは多くの基質で報告されてル水酸化活性並びに CYP3A5 によるテストステロン

いるが [4, 6]、2 種の化合物を共存させることによ

水酸化活性を阻害し、テストステロンが CYP3A5 のり観察される薬物相互作用も異なることが示された。

活性を増加させた以外は影響が無かった。特に、テ今後、種々の CYP サブファミリー及び CYP の遺伝子

ストステロンによる CYP3A5 のみの活性増加は、多型並びにステロイドホルモンなどの内在性物質をCYP3A サブファミリー間での薬物相互作用の相違を含む多くの化合物を用いて、さらに詳細に検討する示唆した。

予定である。

- 192 -

[8]５．謝辞

Galteau

MM,

Shamsahydroxycortisol:aF.

Urinary6β-validated

test forinduction

or

drug

CYP3A

in

本研究を遂行するにあたり、公益財団法人ウエス

evaluating

drug

コ学術振興財団による研究助成を賜りましたことを、

inhibition

mediated

深く感謝申し上げます。

humans and in animals. Eur. J. Clin.

throughPharmacol. 59: 713-733 (2003).
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- 194 -

AGEs と相互作用する新規内在性起炎分子の同定と慢性炎症病態への寄与の解明
就実大学 薬学部
渡邊 政博，豊村 隆男，森 秀治
過去に我々は，生体内において生成・蓄積する終末糖化産物（Advanced glycation end products, AGEs）が，特定の生体分子と複合体を形成し，その結果として生体分子の作用が変化することを見出した．さらに，AGEsと複合体を形成することが示唆された別種の生体分子（AGEs-BP）の作用について検討を進めたところ，
AGEs-BP は新規のダメージ関連分子パターン（Damage-associated molecular patterns, DAMPs）である可能性が見出された．
そこで本研究では，
AGEs-BP が新規 DAMPs であることを検証することを目的とした解析を行った．
その結果，AGEs-BP は代表的な DAMPs である High mobility group box-1 と同様に，単独では炎症誘導活性を示
さず，Lipopolysaccharide の共存下において活性を示すことが明らかになった．この結果は，AGEs-BP が新規
DAMPs である可能性を強く示唆している．
1. 背景と目的になっていない．そこで我々は，AGEs と相互作用

これまでに我々は，加齢や高血糖に伴い生体内にする内在性分子のスクリーニングを試み，AGEs と蓄積する終末糖化産物（Advanced glycation end

複合体を形成する可能性をもつ分子を複数同定する

products, AGEs）の作用メカニズムの解明を目指した

ことに成功した．これらの分子のうち Tumor necrosis

解析を進めてきた[1, 2]．AGEs は糖類とアミノ基を

factor-like weak inducer of apoptosis（TWEAK）ついて有する分子が非酵素的に結合することによって生じ，解析を進めたところ，AGEs はこの分子と結合する

古くから食品の褐変現象の要因として認識されてきことにより分子の作用を変化させる可能性が示唆さた．一方で近年，AGEs が生体内において生成してれた[4-6]．この検討により見出した，AGEs が他のいることが明らかになった．一例として，糖尿病の生体分子との相互作用を介して生理機能に干渉する

診療に用いられるヘモグロビン A1c が挙げられる．

現象は，これまでほとんど報告されていない．さらさらに，AGEs の内在性受容体としてマルチリガンにこの知見は，AGEs が他の生体分子と複合体を形ド受容体である Receptor for AGEs（RAGE）が同定成して AGEs-RAGE 系を活性化するメカニズムが存されている．AGEs は，この受容体を介して炎症反在する新たな可能性を示唆していると考えられた．

応を活性化することが示唆されている．このことか

続いて我々は，AGEs と複合体を形成する可能性

ら，加齢や高血糖に伴い生体内に蓄積した AGEs が，をもつ別の候補分子（AGEs-BP（仮称））に着目し持続的に AGEs-RAGE 系を活性化することにより，た解析を試みた．AGEs-BP は，細胞内において作用

非感染性の炎症の慢性化（慢性炎症）が生じる可能する分子として知られており，TWEAK のようなサ性が考えられる[3]．慢性炎症は，メタボリックシン

イトカイン様の機能をもつことは示唆されていない．

ドロームをはじめとする成因が未知の疾患の要因としたがって，この分子を細胞に与えた場合，無影響

して注目されている病態である．この病態の成立にであることが想定された．このことを確認するため

AGEs が寄与しているとすれば，AGEs の生成・作に予備的な検討を行った．大腸菌発現系を用いて作用・代謝などを標的とすることで，疾患の新規治療製した AGEs-BP を用いた解析を行ったところ，こ法を開発することが可能となると考えられる．

の分子は単独で免疫担当細胞を活性化し，炎症反応

これまでの研究では，AGEs の作用に AGEs-RAGEを誘起する可能性が示唆された．この結果は，系が大きく寄与していると考えられてきた．
一方で，

AGEs-BP が，通常細胞内に存在し，細胞の損傷に伴この系の活性化に関わるメカニズムは完全に明らか

い細胞外に放出され，炎症反応を引き起こすダメー- 195 -

ジ関連分子パターン（Damage-associated molecular

逆 転 写 し cDNA を 合 成 し た ． 続 い て ，patterns, DAMPs）と総称される内在性起炎分子群にTHUNDERBIRD SYBR qPCR Mix（TOYOBO）を用

属する分子である可能性を強く示唆している．従っいて Thermal Cycler Dice Real Time System Lite（タカて，AGEs-BP は新規 DAMPs であり，TWEAK と同ラバイオ）による real time PCR 解析に供した．プラ様に AGEs との結合によって作用が変化する分子でイマーは，タカラバイオより購入した（-actin，ある可能性が考えられた．そこで本研究では，新規

MA050368-F お よ び -R ； Tumor necrosis factor-DAMPs としての AGEs-BP の作用を検討することを（TNF），MA154015-F および-R）．

目的として以下の解析を行った．
統計解析
2. 方法

統計解析は R（version 3.6.3，The R Foundation for
statistical computing）を用い，Dunnett の検定，もしリコンビナント分子の調製
AGEs-BP お よ び High mobility group box-1

くは Student の t 検定により行った．
有意水準は 5%，

（HMGB1）は，昆虫細胞発現系により調製した．

1%および 0.1%とした．全てのデータは平均値 ± 標

系としては Thermo Scientific 社の Bac-to-Bac 法を用

準誤差にて表記した．

いた．まず，N 末端側に His タグを付加した目的分子のコード領域を転移ベクターにサブクローニング

3. 結果と考察し た ． こ の ベ ク タ ー を Bacmid 調 製 用 大 腸 菌

AGEs-BP 単独の作用の検討（DH10Bac）に導入し，Bacmid を調製した．続いて，本研究に先だって実施した予備検討では，

Bacmid を昆虫細胞（Sf9）に導入し，培地に放出さAGEs-BP が免疫担当細胞モデルとして用いられる

れた目的分子発現用のバキュロウイルスを調製した．

RAW264.7 細胞を刺激し，炎症性サイトカインであさらに，得られたバキュロウイルスを Sf9 に感染さる TNF-の発現を促進することが示された．この結せることにより，細胞内において目的分子の発現を果は，AGEs-BP が DAMPs である可能性を示唆して誘導した．バキュロウイルスの力価は，フローサイいると考え，本研究において詳細を検討することとト メ ー タ ー （ NovoCyte Flow Cytometer （ ACEA

した．

Biosciences））を用いて Sf9 細胞表面における gp64

これまでに，DAMPs に分類される分子について，の発現を検出することにより決定した．

単独で作用するとする報告と，他の炎症関連分子と目的分子を発現させた Sf9 を回収し，破砕した上複合体として作用するとする報告が混在している．

で，目的分子を TALON レジン（タカラバイオ）に

後者の報告の多くは，リコンビナント分子の発現系より精製した．精製した目的分子のエンドトキシン

として汎用されている大腸菌発現系から混入する

含量は，ToxinSensor Single Test Kit（GenScript）によLPS が，DAMPs による炎症の誘導に寄与することり評価し，0.01 EU/g 未満であることを確認した．

を指摘している．我々の行った予備検討で用いた
AGEs-BP のリコンビナント分子もまた，大腸菌発現

目的分子の細胞への作用の評価

系を用いて調製していた．したがって，AGEs-BP に

リコンビナント AGEs-BP ，HMGB1 ，およびついても，既に DAMPs であると考えられている分

Lipopolysaccharide（LPS）（Invivogen）を培地（10%FBS

子と同様に，発現系から混入した LPS による影響の（Gibco）を添加した DMEM（Sigma））に混合し，

有無を検討する必要があると考えられた．大腸菌発野生型 RAW264.7 細胞に与えた．1 時間培養後，現系を用いて調製したリコンビナント分子から，

FastGene RNA 精製キット（日本ジェネティクス）に

LPS を除去する方法として LPS 吸着樹脂などを用い

より total RNA を抽出し，ReverTra Ace qPCR RTた手法が存在する．しかしながら別の検討によりMaster Mix with gDNA Remover（TOYOBO）により

我々は，現在利用可能な手法を用いて大腸菌発現系- 196 -

由来のリコンビナント分子に含まれるLPSを低減す
ることは可能であるものの，RAW264.7 細胞に対して無影響のレベルまでLPS含量を低下させることは困難であることを見出した．実際に，大腸菌発現系により調製した AGEs-BP リコンビナント分子についても，必要十分なレベルまで LPS 含量を低下させ
図 1．
AGEs-BP 単独の作用 RAW264.7 細胞に，（A）ることは不可能であった．
そこで本研究では，LPS を生成しない昆虫細胞を1 g/mL の AGEs-BP もしくは（B）1 g/mL の用いた発現系において AGEs-BP リコンビナント分

HMGB1 を与え，
1 時間培養後にtotal RNA を精製し，子を調製することを試みた．Bac-to-Bac 法により N

real time RT-PCR により TNF-の mRNA レベルを末端にHisタグを付加したAGEs-BP 発現を誘導する

相対定量した．NS：Student の t 検定により統計学

バキュロウイルスを調製し，このウイルスを用いて的な有意差なし．

昆虫細胞における当該リコンビナント分子の発現を誘導した．
ウイルス添加の 72 時間後に細胞を回収し，

LPS 共存下における AGEs-BP の作用の検討

N 末端に付加したタグを用いて当該分子の精製を行

ここまでの検討により，代表的な DAMPs であるった．その結果，SDS-PAGE による分離後の CBB

HMGB1 と同様に AGEs-BP は単独で RAW264.7 細胞染色において単独のバンドのみが検出されるサンプ

におけるTNF-の発現に影響しないことが示唆されルが得られた．このサンプルについて LPS 含量の確た．HMGB1 が単独で作用しない可能性は過去に報認を行った結果，0.01 EU/g 未満であることが示さ

告されており，それらの報告では HMGB1 は LPS とれた．以上より，LPS 含量が低レベルの AGEs-BPの共存により，従来認識されてきた DAMPs の作用

リコンビナント分子が得られたと判断した．

を発現することが指摘されている[7, 8]．

続 い て ， AGEs-BP リ コ ン ビ ナ ン ト 分 子 を

そこで，この現象が我々の調製した HMGB1 リコ

RAW264.7 細胞に与え，TNF-の発現に与える影響

ンビナント分子においても生じるか否かについて検を検討したところ，予備検討の結果とは異なり，無討した．その結果，図 1 で検討に用いた 1/10 量であ影響であることが示された（図 1A）．この結果は，る 100 ng/mL の HMGB1 と，200 pg/mL の LPS を共予備検討において用いたリコンビナント分子に残存存させた場合，RAW264.7 細胞において TNF-の発していたLPS がTNF-の発現に影響していた可能性

現を強く促進することが示された（図 2）．また，こを示唆している．先に述べたように DAMPs の作用の LPS と HMGB1 の共存による作用は，LPS 単独のにはLPSの共存が影響している可能性が示唆されて作用よりも有意に増強されることが示された（図 2）．

いることから，この AGEs-BP のみの結果から，こ

この結果は，他の研究グループによる報告と一致しの分子が DAMPs であるのか否かを判断することはている[7, 8]．以上より，我々の系においても，できないと考えられた．

HMGB1 は単独では作用せず，LPS と共存すること

そこで，代表的な DAMPs である HMGB1 についにより炎症促進作用を発揮するという可能性が強くて AGEs-BP と同様の方法により，リコンビナント示唆された．

分子を調製し，RAW264.7 細胞への作用を検討した．

続いて，AGEs-BP について HMGB1 と同様の検討

その結果，この分子もまた TNF-の発現に影響しな

を行った．
その結果，
AGEs-BP はHMGB1 と同様に，

いことが示された（図 1B）．この結果は，LPS が

LPS と共存することにより TNF-の発現を強く促進

DAMPs による炎症の誘導に寄与するとする報告とすることが示された（図 2）．この結果は，AGEs-BP

一致している[7, 8]．

が DAMPs である可能性を示唆していると考えられた．

- 197 -

以上の検討により，DAMPs は LPS と共存した場[2] Li, S.-Y., Du, M., Dolence, E.K., Fang, C.X., Mayer,

合に炎症を強く促進する分子である可能性が強く示G.E., Ceylan-Isik, A.F., LaCour, K.H., Yang, X., Wilbert,唆され，AGEs-BP は HMGB1 と同等にこの DAMPs

C.J., Sreejayan, N., Ren, J., 2005. Aging induces cardiacの特性を保持する分子であることが示された．

diastolic dysfunction, oxidative stress, accumulation of引き続き，AGEs-BP の作用について検討を進める

advanced glycation endproducts and protein modification.

ことで，当該分子が新規 DAMPs である可能性を明Aging Cell 4, 57–64.

確にしていきたいと考えている．また，AGEs-BP に[3] Takeuchi, M., Yamagishi, S., 2004. TAGE (toxic

は複数のファミリー分子が存在することが知られてAGEs) hypothesis in various chronic diseases. Medical

おり，これらの分子についても検討を進めていく予

Hypotheses 63, 449–452.

定である．さらに，AGEs-BP の生体内における挙動[4] Watanabe, M., Toyomura, T., Wake, H., Liu, K.,を検討する必要があると考えており，解析手法につTeshigawara, K., Takahashi, H., Nishibori, M., Mori, S.,

いて検討を進めている．

2017. Advanced glycation end products attenuate thefunction of tumor necrosis factor-like weak inducer of
apoptosis to regulate the inflammatory response.
Molecular and Cellular Biochemistry 434, 153–162.
[5] Watanabe, M., Toyomura, T., Wake, H., Liu, K.,
Teshigawara, K., Takahashi, H., Nishibori, M., Mori, S.,
2019. The C-terminal region of tumor necrosis factor-likeweak inducer of apoptosis is required for interaction withadvanced glycation end products. Biotechnol Appl
Biochem 66, 254–260.

図 2. LPS 共 存 下 に お け る AGEs-BP の 作 用[6] Watanabe M., Toyomura T., Wake H., Liu K.,

RAW264.7 細胞に，200 pg/mL の LPS，LPS と 100

Teshigawara K., Takahashi H., Nishibori M., Mori S.,

ng/mL の HMGB1，および LPS と 100 ng/mL の2020.

AGEs-BP を与え，1 時間培養後に total RNA を精製

pattern-recognition receptors to advanced glycation end

し，real time RT-PCR により TNF-の mRNA レベ

product-induced cellular responses in macrophage-like

ルを相対定量した．***：P < 0.001，Student の t 検RAW264.7 cells. Biotechnol Appl Biochem, in press

定（Vehicle vs LPS），**：P < 0.01，Dunnett の検定[7] Hreggvidsdottir H.S., Ostberg T., Wähämaa H.,（LPS vs LPS+HMGB1 or LPS+AGEs-BP）．

Schierbeck H., Aveberger A.C., Klevenvall L., Palmblad

Differential

contributionofpossibleK., Ottosson L., Andersson U., Harris H.E., 2009. The
4. 謝辞

alarmin HMGB1 acts in synergy with endogenous andexogenous danger signals to promote inflammation. J

本研究をご支援いただきました公益財団法人ウエLeukoc Biol. 86, 655–662.

スコ学術振興財団に深く感謝いたします．

[8] Hreggvidsdóttir H.S., Lundberg A.M., Aveberger A.C.,
5. 参考文献

Klevenvall L., Andersson U., Harris H.E., 2012. High

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science 41, 362–368.

- 198 -

胎児期葉酸欠乏マウスにおける高次脳機能低下の発現メカニズムに関する研究
就実大学 薬学部
吉川 弥里（概要）葉酸は胎児の正常な成長に重要な栄養成分である．妊娠時や妊娠前の葉酸不足が児の神経管閉鎖障害のリスクを高めることは知られているが，発達障害，特に記憶・学習障害や情動行動に及ぼす影響については十分に分かっていない．本研究では，妊娠中に葉酸削減餌を摂取させた母マウスから産まれた胎児期葉酸欠乏
マウスモデルを作製し，その仔マウスの記憶・学習能力および情動行動に及ぼす影響について行動解析を用いて評価した．その結果，胎児期葉酸欠乏マウスの物体認識記憶および空間記憶学習能力の低下，不安様行動の減少が観察された．また，発達障害の小児ではてんかん併存率が高いことから，けいれん誘発剤によるけいれん閾値を測定したところ，胎児期葉酸欠乏マウスにけいれん閾値の低下が認められた．記憶学習およびけいれん誘発に関連する脳部位である海馬における抑制性シナプス関連タンパク質の発現量を測定したところ，γ―
アミノ酪酸（GABA）合成酵素（GAD）のタンパク発現量が低下していた．これより，胎児期葉酸欠乏マウスの行動異常やけいれん閾値の低下に GABA 関連タンパク質の発現量低下が関与していることが示唆された．

1.背景いる（1-3）．また，妊娠期に葉酸などのメチル基供発達障害は高次脳機能不全であり，①社会性の障与体が欠乏することによって，ヒトにおける情緒行

害，②こだわり行動（固執性），③言語機能の発達障動のリスク増加（4）や仔マウスにおいても不安行動

害（知的障害），④注意欠陥／多動性障害などを基本の増加（5,6）が報告されている．しかし，妊娠時や的特徴とする．発達障害の発症要因には，遺伝的お妊娠前の葉酸不足が次世代の子の記憶・学習や情動

よび環境的要因があり，多様な因子が関与している行動に及ぼす影響について十分検討されていない．

と考えられている．わが国では，妊娠可能な若年女

また，発達障害の小児でのてんかん併存率は，自閉性のやせ（BMI <18.5）が 20 歳代で 19.8％であり（平症スペクトラム障害（ASD）で 5-38％，注意欠陥・成 30 年「国民健康・栄養調査」），若年女性のやせは

多動性障害（ADHD）で 12-17％と高いことが報告

低出生体重児（出生体重が 2,500g 未満児）出産のリされている．発達障害モデルマウスとして広く用い

スクと関連しており，妊娠中の低栄養状態が推察さられている，胎児期に抗けいれん薬であるバルプロ

れる．

酸を曝露されたマウスでも，けいれん閾値の低下がとりわけ，葉酸について，厚生労働省は妊娠時の報告されている（7）．これらの報告から，妊娠時や葉酸不足により二分脊椎症や無脳症などの神経管閉

妊娠前の葉酸不足が次世代の子に発達障害を引き起鎖障害発症のリスクが高まるとして，
1 日 0.4 mg/day

こした場合，
けいれん閾値が低下する可能性は高い．

の葉酸を摂取するように勧告している．葉酸は、核

本研究では，胎児期葉酸削減マウスの記憶・学習

酸やタンパク質の生合成を促進し，細胞分裂や成熟機能および情動行動，けいれん閾値を測定し，高次に関わるため，特に胎児に重要な栄養成分である．

脳機能低下の発現メカニズムを検討した．

しかし，葉酸の積極的な摂取について十分に周知さ
2. 方法

れていないのが現状である．
これまでの葉酸の臨床研究において，妊娠中や妊・実験動物

娠前の葉酸摂取によって言語発達の遅延や自閉症の動物は，ICR 雌性マウス（日本エスエルシー株式

リスクが軽減される等の効果を示す報告がなされて会社）を用いた．妊娠マウスに葉酸削減餌（オリエ- 199 -

ンタル酵母 AIN-93G，葉酸 0.3 mg/kg 飼料）を妊娠

・けいれん閾値測定

１日目から出産まで給餌した．対照群（control）にけいれん誘発剤として，GABAa 受容体遮断薬のは通常餌（オリエンタル酵母 AIN-93G，葉酸 2 mg/kg

ペンチレンテトラゾール（PTZ）を用いた．流速 0.5飼料）を給餌した．実験には，各群のマウスから出

mL/min で尾静脈内投与し，頸頭部のけいれん又は間生した 6〜12 週齢の雄性の仔マウスを用いた．飼育

代性けいれんが最初に現れたときを指標として，けは，室温 23±2℃の動物飼育室内にて，紙製床敷を敷

いれんの閾値を算出した．

いた通常のプラスチックケージ内に，
4～6 匹ずつ飼

・脳内タンパク質発現量解析

頸椎脱臼後，海馬を摘出しホモジナイズした後，育した．餌および水は自由に摂取させた．
なお，本実験は，就実大学薬学部動物実験委員会

核を除去し，粗シナプトソーム分画をサンプルとしの審査を受けて実施した．

て用いた．GABA の合成に関与するグルタミン酸デ・行動実験

カルボキシラーゼ（GAD）の発現は Western blot 法① 高架式十字迷路試験を用いて測定した．

実験には高架式十字迷路装置を用いた．この装置
は，壁のない走行路（open arm）と壁のある走行路・統計解析

測定値は，いずれも平均値±標準誤差で示した．
有意水準（P 値）は，P < 0.05 とした．

（enclosed arm）を十字に交差させ，床から約 70 cmの位置に設置した．マウスの行動を 8 分間記録し，open arm および enclosed arm の侵入回数および滞在

3. 結果および考察

高架式十字迷路試験において，胎児期葉酸欠乏マ

時間を測定し，不安様行動を評価した．

ウス（folic acid deficiency）では，open arm への進入

② 物体認識試験
実験には 3 等分した区画からなる 3-chamber 装

回数と滞在時間が有意に増加した（図１，P<0.01）．

置を用いた．初めに，片端の区画に物体 A（pyramid）

したがって，胎児期の葉酸不足が不安閾値を上昇さを，もう一方の区画に物体 B（cone）を置き，マウせることが示唆された．これまでに報告された葉酸スの行動を 8 分間記録し，3 区画における滞在時間欠乏マウスでは不安行動が増加することが観察されと侵入回数を測定した．その 24 時間後に，物体 Aているが，本研究では反対の結果を示した．
これは，はそのままで，物体 B を物体 C（cylinder）に置き換

葉酸削減餌の摂取時期や餌の葉酸濃度が関与する可え，3 区画における滞在時間と侵入回数を 8 分間測能性が考えられる．本研究では，妊娠 1 日目から葉定した．

酸削減餌を摂取させている．しかし，報告された葉③ Morris 水迷路試験

酸欠乏マウスは，交配前から葉酸削減餌を摂取してMorris 水迷路試験により，空間記憶の獲得過程とおり，
母親マウスの葉酸欠乏による影響だけでなく，保持・想起（probe 試験）を評価した．プール（直父親マウス（精子異常など）の影響も受けていると

径 120 cm）の水面下に逃避台を設置し，上限時間を考えられる．

60 秒とし，逃避台に到達するまでの時間を計測した．
この試行を 1 日 3 回 4 日間継続して行い，逃避台への到達時間を経示的に計測することで，空間記憶の獲得過程を測定した．5 日目に実施した probe 試験
では，逃避台を撤去したプールにマウスを放ち，水泳行動を 60 秒間観察した．プールを 4 分割し，マウスの水泳時間のうち逃避台を設置していた区画

図１ 高架式十字迷路試験（TQ：Target Quadrant）の滞在時間の割合（%）を

mean ± SEM，Student’s t-test （**P<0.01），control

算出することで，記憶の保持・想起を評価した．

n=10，folic acid deficiency n=10

- 200 -

物体認識試験では，control マウスは新規物体に興B ＜probe 試験＞

味を示すため，既知物体 B を置いた chamber と比較し，新規物体 C を置いた chamber での滞在時間が有
意に延長した（図 2A， P<0.01）．しかし，胎児期葉
酸欠乏マウスでは滞在時間に有意な差は見られず，
物体認識機能に障害があることが認められた（図2B）．
図 3 Morris 水迷路試験

A ＜control＞

mean ± SEM，two-way ANOVA（*P<0.05） またはStudent’s t-test（** P <0.01），control n=16，folic aciddeficiency n=20

発達障害とけいれんとの関連性が高いことから，
GABAa 受容体遮断薬の PTZ によるけいれん閾値のB ＜folic acid deficiency＞

検討を行った．その結果，胎生期葉酸欠乏マウスは
control マウスと比較し，PTZ によって誘発されるけいれん閾値に有意な低下（図 4，P＜0.05）が認められた．

図 2 物体認識試験
mean ± SEM，Student’s t-test （**P<0.01），control n=16，
folic acid deficiency n=20

Morris 水迷路試験において，control マウスでは
Day1～Day4 の記憶獲得の試行により，逃避台への図 4 PTZ によるけいれん閾値

到達時間が短縮した．この空間記憶の獲得過程は，

mean ± SEM， Student’s t-test（* P <0.05），control n=9，

胎児期葉酸欠乏マウスで障害された（図 3A，P<0.05，

folic acid deficiency n=10

two-way ANOVA）．Day5 の probe 試験において，逃避台のあった区画（TQ）の滞在時間を測定した結次に，記憶学習およびけいれん誘発等に関与する

果，胎児期葉酸削減マウスでは TQ（%）が有意に低海馬における GABA 合成酵素（GAD）のタンパク

下し（P<0.01），記憶の保持・想起が有意に障害さ質発現量を測定したところ，control マウスと比較しれていた．

て，胎児期葉酸欠乏マウスで有意な GAD タンパクA ＜記憶獲得の過程＞

質の発現量の低下が認められた（図 5，P＜0.05）．
葉酸は正常な胎児の形成に必要なビタミンであり，メチル基供与体としてエピジェネティックな変化にも関与している．GABA の抑制性神経経路は，早期胎児期発達に重要な役割を担っている．胎児期の葉酸欠乏が GABA 合成酵素の発現を低下させ，抑制性- 201 -

神経活動が低下することで興奮性神経と抑制性神経

4）Steenweg-de GJ, Roza SJ, Steegers EA, Hofman A,のバランスが崩れ，不安様行動の増加，物体およびVerhulst FC, Jaddoe VW, Tiemeier H. Maternal

空間認識記憶の低下，けいれん閾値の低下が誘発さ

folate status in early pregnancy and child emotional

れた可能性が示唆された．今後は，不安に関与する

and behavioral problems: the Genaration R study. Am

前頭前野での変化，他のシナプス関連タンパク質のJ Clin Nutr, 2012;95:1413-1421.

発現量の変化について検討し，胎児期の葉酸欠乏に

5) Ferguson SA, Berry KJ, Hansen DK, Wall KS,

よる高次脳機能変化の原因メカニズムを解明していWhite G, Antony AC. Behavioral effects of prenatal

く計画である．

folate deficiency in mice. Birth Defects Res A Clin
Mol Teratol. 2005;73: 249-252.
6）Barua S, Chadman KK, Kuizon S, Buenaventura D,
Stapley NW, Ruocco F, Begum U, Guariglia SR,
Brown WT, Junaid MA. Increasing maternal or
post-weaning folic acid alters gene expression andmoderately changes behavior in the offspring. PLoS
ONE. 2014;9: e101617.

図 5 海馬における GAD タンパク質発現量
mean ± SEM， Student’s t-test（**P<0.01），control n=7，
folic acid deficiency n=7

謝辞

本研究を遂行するにあたり，公益財団法人ウエスコ学術振興財団による研究助成を賜りましたことを，深く感謝申し上げます．
参考文献

1）Levine SZ, Kodesh A, Viktorin A, Smith L, Uher R,
Reichenberg A, Sandin S. Association of maternal use
of folic acid and multivitamin supplements in the
periods before and during pregnancy with the risk ofautism spectrum disorder in offspring. JAMA
Psychiatry. 2018;75: 176-184.
2) Bjørk M, Riedel B, Spigset O, Veiby G, Kolstad
E, Daltveit AK, Gilhus NE. Association of folic acidsupplementation during pregnancy with the risk ofautistic traits in children exposed to antiepileptic
drugs in utero. JAMA Neurol. 2018;75: 160-168.
3）Husebye ESN, Gilhus NE, Riedel B, Spigset O,
Daltveit AK, Bjørk MH. Verbal abilities in children of
mothers with epilepsy: association to maternal folate
status. Neurology. 2018;91: e811-e821- 202 -

岡山県産黄ニラの抗酸化作用機序の解明
就実大学 薬学部
川上 賀代子グルタチオンは生体内で産生される抗酸化物質であり、酸化ストレスに対する防御をはじめ、毒物や薬物の解毒など様々な生理作用を有している。よって、グルタチオンの細胞内濃度を上昇させることにより、酸化ストレスを軽減し、さまざまな疾病の予防することができると考えられる。本研究では、細胞内グル
タチオン量の上昇活性を指標に、肝障害抑制作用をもつ機能性食品素材の開発を目的として研究を行った。
ヒト肝ガン由来 HepG2 細胞において、黄ニラ抽出物を添加することにより濃度依存的な上昇がみられた。
細胞内グルタチオン量の上昇メカニズムの検討を行った結果、黄ニラ抽出物添加により、グルタチオンの構成アミノ酸であるシステインの取り込みに関与する cystine/glutamate transporter（xCT）のタンパク質発現が誘導されることを明らかにした。また、xCT と同様に転写因子である Nuclear factor (erythroid-derived 2)-like 2(Nrf2)の制御下にある抗酸化酵素 hemeoxygenase-1（HO-1）のタンパク質発現の誘導や、Nrf2 の核移行がみられた。さらに、あらかじめ黄ニラ抽出物を処理することで、過酸化水素による細胞傷害が抑制された。以上の結果より、黄ニラは細胞内グルタチオン量を上昇させるだけでなく、Nrf2 を活性化することにより抗酸化系を誘導することで、酸化ストレスによる細胞傷害を抑制していることが示唆された。

は転写因子 Nuclear factor (erythroid-derived 2)-like 2

１．はじめにグルタチオンはグルタミン酸、システイン、グ(Nrf2)によって制御されていることが報告されてリシンからなるトリペプチドであり、生体が有すいる(3)。細胞が活性酸素などのストレスに晒される主要な抗酸化物質である(1)。その細胞内濃度はると Nrf2 は細胞質から核内へ移行し、xCT をは

比較的高く維持されており、抗酸化作用だけで無じめ、ヘムを分解して強い抗酸化作用を持つビリベ

く、薬物などの解毒にも大きく関わっている。細

ルジンを産生する酵素である hemeoxygenase-1

胞内のグルタチオンの恒常性が変化することに(HO-1)などの抗酸化系を誘導する。

より酸化ストレスを誘引し、様々な疾病につなが我々はこれまでに、細胞内グルタチオン量を上昇ることが報告されている(2)。よって、細胞内グルさせる食品成分の探索を行い、黄ニラが細胞内グルタチオンを制御することにより様々な疾病の予

タチオン量を上昇させることを明らかにした(4)。黄防に有効であると考えられる。

ニラは岡山県が生産量第 1 位であり、全国生産量のグルタチオンの構成アミノ酸のひとつである

約 7 割を占めている岡山県の特産品のひとつである

システインは、酸化されて 2 分子がジスルフィド(5)。黄ニラは青ニラと同じニラの品種であるが栽培結合したシスチンとして細胞外に存在しており、方法が異なる。
黄ニラは青ニラの地上部を刈り取り、

cystine/glutamate transporter（xCT）は、細胞被覆資材で太陽光を遮断する軟化栽培による周年出外のシスチンを取り込む際、細胞内のグルタミン

荷の野菜であり、先端と下端を切断して出荷される酸を 1 : 1 の割合で放出する交換輸送系である。

（図 1）。そこで本研究では、黄ニラの部位別の細胞

xCT により細胞内に取り込まれたシスチンは、速内グルタチオン上昇作用のの解析を行った。また、

やかに還元されてシステインになり、xCT が活性

xCT や HO-1 のタンパク質発現への影響や Nrf2 の化することにより細胞内グルタチオン量が上昇

関与についても調べた。

することが分かっている。また、xCT の発現調節- 203 -

Blotting Detection を用いて目的タンパク質を検出した。各バンドは画像解析ソフト Image-J により定量化し、-actin または lamin B で補正した。
細胞傷害の測定
HepG2 細胞を 96 穴プレートに 1.5×104 cell/ 100 μL
で播種し、24 時間培養した。黄ニラを添加した培地
で細胞を 24 時間培養後、過酸化水素で 24 時間処理
し、MTT 法により細胞の生存率を算出した。

図１ 黄ニラの栽培風景と可食部・廃棄部

３．結果と考察２．実験方法黄ニラの廃棄部と可食部の細胞内グルタチオン

黄ニラ抽出物の調製量に対する影響を調べた結果、廃棄部および可食

黄ニラは岡山県農林水産総合センター農業研究所

部ともに細胞内グルタチオン上昇作用があるこから供与いただき、可食部（中間部）と廃棄部（出とが分かった（図２）。また、露光処理の有無で比荷時に切断される先端および下端）に分けた。黄ニ較すると、露光処理によりグルタチオン上昇作用

ラは通常、太陽光を遮断して栽培し、収穫されるが、がみられなくなり、青ニラつまり太陽光に当てて栽培期間の途中で 1～3 時間程度、太陽光に暴露（露栽培したニラでは無処理のコントロール細胞と光）することで葉の黄色が濃くなる(6)。そこで、露比べて有意差はなかった。以上の結果から、露光

光ありと露光なしの黄ニラを試験試料とした。黄ニ

太陽光に暴露することにより、細胞内グルタチオ

ラをフードプロセッサーで破砕した後、100 g あたり

ン上昇活性成分が減少することが示唆された。

に 100 mL の 50％エタノールを加え、スターラーで撹拌しながら 1 時間抽出した。得られた抽出液を吸引ろ過し、ろ液を凍結乾燥した。比較対象として同じ品種を露地栽培した青ニラも同様に 50％エタノールで抽出し、試料とした。
細胞内グルタチオン量の測定
ヒト肝がん細胞 HepG2 を 6 穴プレートに 1.5×105
cell/ 2 mL で播種し、48 時間培養した。その後、黄ニラ抽出物を添加し 1、3、8、24 時間後に細胞を回収した。細胞をホモジナイズし、上清を過塩素酸で除タンパクした後、DTNB 法を用いてグルタチオン量を測定した。

図２ 黄ニラ部位別の細胞内グルタチオン量への影響

xCT、HO-1 および Nrf2 タンパク発現量の測定（平均値±標準偏差、n = 3、a,bp < 0.05）

回収した細胞に RIPA buffer を添加してタンパク質抽出液を調製した。抽出したタンパク質は SDS-ポリアクリルアミド電気泳動後、PVDF 膜に転写した。

黄ニラ抽出物を HepG2 細胞に添加することにより濃度依存的に細胞内グルタチオン量が上昇

Nrf2 の核移行を調べるため、核抽出液は Ramyaa らした（図３A）。また、細胞内グルタチオン量の経の方法を用いて調製した(7)。一次抗体は anti-xCT、時変化を調べた結果、1、3 時間後では減少が見ら

anti-HO-1、anti-Nrf2、anti--actin、anti-lamin B を用いれたが、24 時間後で上昇することが分かった（図た。二次抗体は anti-rabbit 又は anti-mouse IgG HRP

３B）。

conjugated antibody を用いた。ECL Prime Western- 204 -

図４

黄ニラ抽出物によるタンパク質発現への影響（平均値±標準誤差、n = 3、**p < 0.01 vs. 0 h）

図３ 黄ニラ抽出物による細胞内グルタチオン量への影響（平均値±標準偏差、n = 3、**p < 0.01 vs. control
または 0h）
A：濃度による影響、B：時間による影響

黄ニラ抽出物の添加による HepG2 細胞内グルタ
チオン上昇メカニズムを調べるために、xCT のタン
パク質発現量を調べた。その結果、黄ニラ抽出物を添加することにより 8、24 時間後に 0 時間に比べて
xCT の発現上昇がみられた。
（図 4）。一方、HO-1 は
8 時間後から有意に上昇し、24 時間後では 0 時間と比較して 2 倍に上昇した。さらに、xCT や HO-1 の

図５ 黄ニラ抽出物による Nrf2 の核移行への影響（平発現を制御している Nrf2 のタンパク質発現を調べ

均値±標準誤差、n = 3、*p < 0.05、**p < 0.01 vs. 0

た結果、核内の Nrf2 は 1 時間後から上昇がみられ、

h）8、24 時間後に有意に上昇していることが明らかとなった（図５）。以上の結果から、黄ニラ抽出物はNrf2 の核移行を誘導し、下流の xCT や HO-1 の発現を誘導していることが示唆された。
Nrf2 は通常 Keap1 と結合してユビキチン-プロテ
アソーム系で分解されるが、Keap1 と解離すると安定化し、核へ移行して抗酸化酵素群を誘導することが分かっている(8) 。また、含硫化合物である
Dinallyl trisulfide は Keap1 と結合して Nrf2 を活性化し、HO-1 の発現を誘導するという報告がある

図６ 黄ニラ抽出物の細胞傷害に対する影響（平均値(9)。黄ニラと同じ種で栽培方法が異なる青ニラにも±標準偏差、n = 8、**p < 0.01 vs. 0 mg/mL）

含硫化合物が含まれている(10)。しかし、黄ニラの- 205 -

Care 4: 65-71.

成分に関する報告はほとんどなく、青ニラとは栽培

3)

方法が異なるため、含硫化合物の含有量や成分が異Ye P, Mimura J, Okada T, Sato H, Liu T,なることが予想される。現在、黄ニラの活性成分のMaruyama A, Ohyama C, Itoh K. 2014. Nrf2- and同定を進めているところである。

ATF4-dependent upregulation of xCT modulates

細胞内グルタチオン上昇作用および抗酸化酵

the sensitivity of T24 bladder carcinoma cells to素の発現誘導作用が明らかとなったので、過酸化

proteasome inhibition. Molecular and Cellular

水素による酸化ストレスによる細胞傷害抑制効

Biology 34: 3421-3434.
4)

果について検討を行った。過酸化水素を添加する

Kawakami K, Matsuo S, Moritani C, Hatanaka T,

ことにより濃度依存的に生存率が低下した（図Tsuboi S. 2017. Antioxidant activity of agricultural

６）。一方、黄ニラをあらかじめ細胞に添加するこ

products in Okayama Prefecture. The Shujitsuとで、濃度依存的に生存率の低下が抑制された。

University Journal of Pharmaceutical Sciences 4:32-36.

以上の結果から、黄ニラの可食部と廃棄部とも
5)に細胞内グルタチオン上昇作用があること、黄ニ

岡山県農林水産部農政企画課ホームページ.
http://wwwprefokayamajp/page/detail-26757html.

ラ抽出物は細胞内グルタチオンを上昇させるだけ
6)でなく、抗酸化系を誘導することにより、酸化スト

平成 25 年度試験研究主要成果. 2014. 黄ニラ

レスによる細胞傷害の抑制効果があることが示

軟化処理途中の日入れ処理による黄色発色

唆された。酸化ストレスは糖尿病、高血圧、がん向上技術. 岡山県農林水産総合センター農業など多くの病気の発症や進展に関与しているこ

研究所: 57-58.
7)とが明らかとなっている。例えば、アセトアミノ

Ramyaa P, krishnaswamy R, Padma VV. 2014.

フェンは解熱鎮痛剤として市販薬にも含まれて

Quercetin modulates OTA-induced oxidative

いる成分であるが、過剰に摂取すると肝臓中のグstress and redox signalling in HepG2 cells — up

ルタチオンが枯渇し、急性肝障害を引き起こすこ

regulation of Nrf2 expression and down regulationとが分かっている。今後は黄ニラ抽出物中の細胞

of NF-κB and COX-2. Biochimica et Biophysica

内グルタチオン上昇活性をもつ成分の同定とア

Acta (BBA) - General Subjects 1840: 681-692.
8)

セトアミノフェン誘導肝障害モデルマウスを用

Kobayashi M, Yamamoto M. 2005. Molecular

いて黄ニラ抽出物の肝障害抑制作用を評価する

mechanisms activating the Nrf2-Keap1 pathway

予定である。

of antioxidant gene regulation. Antioxid Redox
Signal 7: 385-394.
9)

４．謝辞

Kim S, Lee HG, Park SA, Kundu JK, Keum YS,

本研究は公益財団法人ウエスコ学術振興財団学術

Cha YN, Na HK, Surh YJ. 2014. Keap1 cysteine

助成事業の助成を受けて実施しました。心より感謝

288 as a potential target for diallyl trisulfide-

申し上げます。黄ニラを提供していただいた岡山県

induced Nrf2 activation. PLoS One 9: e85984.

農林水産総合センター農業研究所に感謝申し上げま

10) Yabuki Y, Mukaida Y, Saito Y, Oshima K,
Takahashi T, Muroi E, Hashimoto K, Uda Y. 2010.

す。

Characterisation of volatile sulphur-containing
５．参考文献

compounds generated in crushed leaves of1)

Meister A, Anderson ME. 1983. Glutathione.

Chinese chive (Allium tuberosum Rottler). Food

Annual Review of Biochemistry 52: 711-760.

Chemistry 120: 343-348.

2)

Reid M, Jahoor F. 2001. Glutathione in disease.
Current Opinion in Clinical Nutrition & Metabolic- 206 -

新しい細胞動態評価法でスクリーニングした抗腫瘍薬の応用
川崎医科大学 生化学教室
山内 明（概要）悪性新生物（癌）には転移・浸潤する性質があり、転移を抑えることができれば生存率を劇的に改善することが出来る。我々は転移・浸潤を制御することで治療を行うことを模索してきた。その試みの一つとして、我々はこれまで癌細胞の細胞動態を評価する実験系を確立し、この評価系を用いて化合物をスクリーニン
グし、癌転移を抑制する新規化合物を見出した。本研究では、この化合物の抗腫瘍効果の分子機序を明らかにするために、この化合物に結合する細胞内タンパク質を探索し、複数の結合タンパク質を見出した。本ヒット
化合物は癌転移抑制という新しい機序に基づいた癌治療薬となりうると考えられる。今後、新薬として開発を進めるために、動物実験にて薬効、毒性、代謝などの評価を進めて行きたい。

【背景】

癌剤は主に増殖を抑えることを目的としていたため、悪性新生物（癌）は 1980 年代に日本人の死因の第強い副作用を伴うことが多かった。もう一つの特徴

1 位となり、その後高齢化社会の到来とともに罹患である転移・浸潤を標的にした治療薬は知られてい率が上昇し生涯のうち 2 人に一人は悪性腫瘍にかかない。このような理由から、我々は悪性腫瘍の動きるとされている（文献 1）。癌細胞には“増殖”と“転を直接抑制し、転移を制御することに着眼し、本研移・浸潤”の 2 つの面があり、死因の主たる原因と究を進めている。

されるのは転移・浸潤であると考えられている。ほこれまで我々は、細胞の動きをリアルタイムに観とんどの癌の病期分類では、遠隔転移があるとステ

察し、画像解析により定量化する画期的な技術

ージⅣとされ、手術の適応が無くなり、抗癌剤や放TAXIScan 法（文献 2, 3）を応用し、癌細胞の動態を

射線などの集学的治療が主になる。つまり、転移・評価する方法を確立した（図 1、文献 4）。この評価

浸潤を抑えることができれば、手術療法のみで治癒方法を用いて、市販およびアカデミア保有の化合物を目指すことができると考えられる。これまでの抗ライブラリーの中から、ヒト膵癌細胞 BxPC-3 の走化
性を抑制する化合物 D を見出した（図 2、文献 5）。

- 207 -

即ち、in vitro にて膵癌細胞 BxPC-3 の走化性を抑（機能性ナノ磁性微粒子 FG Beads, 多摩川精機社製）

制し、動物実験（in vivo）にてこの膵癌細胞をヌーに化合物 D 誘導体を結合させ、上記担癌マウス由来

ドマウスに移植した際の転移・浸潤および増殖をど細胞の抽出物（ライセート）を混和し、化合物 D 誘

ちらも抑制する化合物を見出した（図 3、特許出願

導体に結合する分子群を釣り上げた。
（図 4）

済）
。しかもこの化合物の細胞毒性は、既存の抗癌剤

質量分析; 上記磁気ビーズ-化合物 D 誘導体に結合よりも低いことが分かった。

した分子群を電気泳動（SDS-PAGE）し、銀染色を行本研究では、この化合物 D がどのように細胞に働った後、タンパク質が検出された部分を切り出し、いているかを明らかにすることを目的に、化合物 D

タンパク質を抽出後、液体クロマトグラフィー質量に結合する分子を探索した。

分析装置（LC-MS）にて質量分析を行い、タンパク質を同定した。
【結果と考察】リガンド・フィッシング法および質量分析により、約 100 種類のタンパク質を検出した。このうち、細胞の生命活動に必須の分子群（ハウスキーピング分子）
を除いた 59 分子を化合物 D の作用候補分子とした。候補分子は、質量分析による同定の際のスコアに従い、化合物 D が作用する分子として最も可能性の高い分子としてランク付けした。スコアの高い上位 10 分子に絞り解析を継続した。
（表 1）現在、これらの分子について、マウス細胞中の分子の遺伝子
発現抑制、および遺伝子過剰発現の細胞を作成して詳細な機能を解析中である。

【材料と方法】
細胞； ヒト膵癌細胞株 BxPC-3 を用いた。BxPC-3 細胞は、10％ウシ胎児血清含有 RPMI1640 培地にて培養し、実験日に培養皿から剥離して用いた。
動物実験（異種異所移植実験）; ヒット化合物による癌転移抑制効果を評価するために、ヌードマウス（BALB/c-Ajcl-nu-/nu, 6 週齢、雄）BxPC-3 細胞を
1 匹あたり 1x106 個、背部に接種した。5 週間後にマウス由来細胞を採取した。
リガンド・フィッシング法; 化合物 D に結合するマ
ウス細胞由来の分子を探索するために、磁気ビーズ- 208 -

今後は、本化合物を新薬として開発するために、

題番号 JP18lm0203008）の支援を受けています。

前臨床試験および臨床試験へと進めることを目指している。そのためには詳細な、薬効（化合物 D をマ

【文献】

ウスに投与したときの癌細胞の遺伝子発現レベル・

1. がんの統計 2017, 公財がん研究財団編

タンパク質レベルの変化、宿主のマウス免疫細胞へ

2. Kanegasaki K, et al. J Immunol Methods. 282:1-11,の影響の評価など）、毒性（マウスおよびその他の動2003物に投与したときの臓器の変化や毒性の評価など）、
代謝（動物に投与後の代謝産物や排泄の経路など）

3. Yamauchi A, et al. J Immunol Methods. 404:59-70,
2014の評価を行うことが必要とされる。

4. Yamauchi A, et al. BMC Cancer. 17:234, 2017
5. 山内明. 平成 30 年度公益財団法人ウエスコ学術振興財団事業報告書研究成果報告書. 139, 2019

【まとめ】
今回、
我々が見出した癌転移抑制物質化合物 D とその誘導体について、この化合物が働く機序を明らかにすることを目的に、マウス細胞中にある化合物 Dの作用分子の探索を行った。化合物 D 誘導体に結合する分子の候補として 59 分子を同定した。現在、この結合分子の作用機序を解析中である。本ヒット化
合物は癌転移抑制という新しい機序に基づいた癌治療薬となりうると考えられる。今後、新薬として開発を進めるために、動物実験にて薬効、毒性、代謝などの評価を進めて行きたい。
【謝辞】
本研究を支援してくださいました公益財団法人ウエスコ学術振興財団に深く感謝申し上げます。
また、アカデミア保有の新規化合物をご提供くださいました福山大学薬学部町支臣成先生に感謝いたします。
本研究は国立研究開発法人日本医療研究開発機構（AMED）
橋渡し研究加速ネットワークプログラム（課- 209 -

小胞体ストレス応答転写因子の機能不全による糖尿病発症機序の解明
川崎医科大学 薬理学教室
北風 圭介
小胞体に折り畳み不全タンパク質が蓄積すると、小胞体ストレスとなり、細胞は恒常性を保つために小胞体
ストレス応答 (UPR)を活性化させる。UPR の一つである PERK-eIF2α-ATF4 経路と糖尿病発症の関連性が指摘されているが、膵 β 細胞における ATF4 の役割には不明であった。そこで本研究では、糖尿病発症における膵 β 細胞と ATF4 機能との関連を解析した。まず、膵 β 細胞特異的 Atf4KO マウス (βAtf4KO)と小胞体ストレス誘導性の糖尿病モデルマウス(Akita マウス)を交配した (Akita/ βAtf4KO)。 Akita/βAtf4KO マウスは、早期から血糖コン
トロールが悪化し、寿命が短かった。また、β 細胞の減少に加え、α 細胞や δ 細胞が著しく増加していた。さらに、Atf4 KO 膵 β 細胞株では、未分化マーカーの発現が亢進しており、これらの因子を抑制する転写因子の発現が顕著に減少していた。近年、膵 β 細胞は強い代謝ストレスに曝されると、脱分化および α 細胞等への再分化を起こし、糖尿病を発症することが報告されている。本研究結果より、膵 β 細胞の ATF4 は小胞体ストレスの緩和や脱分化の抑制に必須であり、糖尿病発症を抑制していることが示唆される。

【背景・目的】調節を介して脂肪酸合成あるいはオートファジーを小胞体はタンパク質の合成やカルシウム貯蔵等の亢進し、脂質代謝や糖代謝が改善することも報告さ機能を担う細胞内小器官であるが、さまざまな要因れている (参考文献 5, 6, 7)。近年、糖尿病分野ではで小胞体に折り畳み不全タンパク質が蓄積すると小GLP-1 受容体作動薬が注目されているが、2005 年

胞体ストレスが惹起される。細胞は恒常性維持のた

か ら 米 国 で 臨 床 使 用 さ れ て い る Exendin-4めに、小胞体ストレス応答 (unfolded protein response;(Exenatide)は ATF4 を活性化するとの報告もあUPR)という一連の適応機構を活性化させて小胞体り (参考文献 8)、ATF4 は糖尿病の治療標的としてストレスを解消するが、UPR の破綻や異常活性化はの可能性も考えられる。しかしながら、膵 β 細胞に糖尿病、慢性炎症、がん等の様々な疾患の発症に寄おける ATF4 の役割には不明な点が多く残っている

与することが報告されている (参考文献 1)。UPR の(図 1)。

一つである PERK-eIF2α 経路は、下流の転写因子である Activating transcription factor 4 (ATF4)の発現を誘導して、アミノ酸代謝の促進や活性酸素の軽減等に関わる遺伝子の転写を亢進させる (参考文献 2)。
これまでに、Perk ノックアウト (KO)マウスや
eIF2α のリン酸化部位変異体マウスは膵 β 細胞不全により重度の糖尿病を発症することが報告されており、PERK 経路と糖尿病発症の関連性が指摘されている (参考文献 3, 4)。一方で、Atf4 KO マウスは、通常の飼育条件では糖代謝異常を認めず、高脂肪食負荷では肥満抵抗性を示すことが報告されており、肝臓や視床下部特異的 Atf4 ノックアウトマウスの解析

図 1. PERK-eIF2α 経路と糖尿病

では ATF4 の下流因子である TRB3 や ATG5 の発現- 210 -

そこで本研究では、糖尿病発症における膵 β 細胞すると、インスリン、Pdx1 あるいは Nkx6.1 陽性細と ATF4 機能との関連を明らかにするために、膵 β

胞 (β 細胞)が著しく減少していた。加えて、グルカ

細胞特異的 Atf4KO マウスおよび培養膵 β 細胞株をゴン (α 細胞)、ソマトスタチン (δ 細胞)および膵ポ

用いて ATF4 および下流因子の機能を解析した。

リペプチド陽性細胞 (PP 細胞)が著しく増加することが明らかとなった。
次に、CRISPR-Cas9 系で樹立した Atf4 KO 膵 β 細【方法】
膵 β 細胞特異的 Atf4KO マウス (βAtf4KO)は Rat

胞株は野生型に比べ、小胞体ストレス誘導剤を添加

insulin promoter (RIP)-Cre マウスと Atf4 flox マウスを時の生存率が低かった。また、Atf4 KO 膵 β 細胞株

交配することで作製した。また、Akita マウス

では未分化マーカーであるOct3/4 やNanog のmRNA(Ins2C96Y) と βAtf4KO を 交 配 す る こ と で 、発現が亢進しており、KO 株にヒト ATF4 遺伝子を

Akita/βAtf4KO を作製した。血糖コントロールの解析再導入することで、この発現増加はキャンセルされは HbA1c およびグリコアルブミンを定量した。免疫た (図 2)。さらに、これらの未分化マーカーの発現

組織化学は各マウス膵臓のパラフィン切片を作製し、を抑制する転写因子の mRNA 発現が顕著に減少しインスリン (β 細胞)、グルカゴン (α 細胞)、ソマトていることを見出した。

スタチン (δ 細胞)、膵ポリペプチド (PP 細胞)陽性細胞を定量した。また、膵 β 細胞の生存に必須の転写因子である Pdx1 および Nkx6.1 についても定量した。
マウス膵 β 細胞株を用いた実験では、組み換えレ
ンチウイルスベクターを用いた CRISPR-Cas9 系を用いて Atf4 を KO し、ウエスタンブロットによるタ
ンパク質発現解析ならびに定量的 PCR による
mRNA 発現解析を行った。また、小胞体ストレス誘導剤であるツニカマイシンを各細胞株に添加し、細胞生存率を定量することで小胞体ストレス感受性を図 2. Atf4 KO β 細胞株では未分化細胞マーカーの発現が上昇していた

評価した。

【結果】
まず、βAtf4KO マウスを解析したが、通常の飼育【考察】

条件では野生型マウスと同程度の体重や血糖値であ

これまでに Atf4 KO マウスの糖代謝は改善するこり、目立った表現型を示さなかった。そこで Ins2 のとが報告されているが、今回の解析では βAtf4KO マ変異が原因で強い小胞体ストレスを引き起こし、糖ウスの糖代謝が逆に悪化することを見出した。
近年、尿病を発症する Akita マウスと βAtf4KO マウスを交膵 β 細胞は強い代謝ストレスに曝されると、脱分化配した (Akita/ βAtf4KO マウス)。 Akita/βAtf4KO マおよび α 細胞等への再分化を起こし、糖尿病を発症

ウスは Akita マウスに比べ、HbA1c およびグリコアすることが報告されている (参考文献 9)。本研究結

ルブミンが上昇しており、血糖コントロールが悪化

果より、膵 β 細胞の ATF4 は小胞体ストレスの緩和

していることが示された。また、Akita/βAtf4KO マウや脱分化の抑制に必須の転写因子であり、糖尿病発

スの寿命は顕著に短く、血中の 3-ヒドロキシ酪酸濃症を抑制していることが示唆される (図 3)。

度が上昇していたことから、糖尿病性ケトアシドー
シスを発症していることが示唆された。さらに、
Akita/βAtf4KO マウスの膵島を免疫組織化学で解析- 211 -

of the Transcription Factor ATF4 Alleviates
Alcoholic Liver Steatosis in Mice." J Biol Chem
291(35): 18536-18546.
(7) Xiao, Y., et al. (2017). "ATF4/ATG5 Signaling in
Hypothalamic

Proopiomelanocortin

Neurons

Regulates

Mass

EnergyFat

via Affecting

Expenditure." Diabetes 66(5): 1146-1158.
(8) Yusta, B., et al. (2006). “GLP-1 Receptor
Activation Improves Beta Cell Function andSurvival Following Induction of Endoplasmic
Reticulum Stress.” Cell Metab, 4 (5): 391-406.
(9) Talchai, C., et al. (2012). "Pancreatic β cell

図 3. ATF4 は β 細胞の分化制御因子の発現調節を介して糖尿病発症を抑制する

dedifferentiation as a mechanism of diabetic β cell
failure." Cell 150(6): 1223-1234.

【謝辞】
本研究を遂行するにあたり、研究助成を賜りました
公益財団法人ウエスコ学術振興財団に深く感謝申し上げます。

【参考文献】(1) Hotamisligil, G. S. (2010). "Endoplasmic reticulum
stress and the inflammatory basis of metabolic
disease." Cell 140(6): 900-917.
(2) Jackson, R. J., et al. (2010). "The mechanism of
eukaryotic translation initiation and principles of its
regulation." Nature reviews Molecular cell biology
11(2): 113-127.
(3) Harding, H. P., et al. (2001). "Diabetes mellitus andexocrine pancreatic dysfunction in Perk-/- mice
reveals a role for translational control in secretory cell
survival." Molecular Cell 7(6): 1153-1163.
(4) Back, S. H., et al. (2009). "Translation attenuation
through eIF2α phosphorylation prevents oxidative
stress and maintains the differentiated state in β
cells." Cell metabolism 10(1): 13-26.
(5) Seo, J., et al. (2009). "Atf4 regulates obesity, glucose
homeostasis, and energy expenditure." Diabetes
58(11): 2565-2573.
(6) Li, K., et al. (2016). "Liver-specific Gene Inactivation- 212 -

脾臓の形成過程における核内受容体 NR5A1 の機能解明
川崎医科大学 解剖学教室
嶋 雄一
脾臓は、免疫系の細胞が集合した白脾髄と赤血球の処理に関与する赤碑髄で構成され、このうち赤脾髄には特殊な毛細血管である脾洞が存在する。脾洞の壁を構成する内皮細胞は杆状細胞（紡錘状内皮細胞、rod cell）と呼ばれ、隣接する杆状細胞の間には赤血球が通り抜けられるほどの隙間があるが、古くなって柔軟性を欠く赤血球や異常な赤血球は通り抜けることができず、マクロファージにより貪食される。
NR5A1 は核内受容体型の転写因子であり、副腎や生殖腺に加えて 1)、非ステロイド産生組織である脾洞の杆状細胞にも発現している。ゲノム編集により Nr5a1 遺伝子第 4 イントロンの小領域を欠失するマウスを作出したところ、このマウスでは脾臓が矮小化し、脾洞の発達が障害されていたことから、この領域が Nr5a1 遺伝子の脾臓特異的なエンハンサーであると考えられた。脾臓特異的エンハンサー欠失マウスでは、脾洞杆状内皮細胞における NR5A1 の発現が完全に消失し、杆状内皮細胞の形態に異常が生じていた。今後、杆状内皮細胞の機能異常が脾臓全体に影響を及ぼすメカニズムを明らかにする必要がある。

【材料と方法】
1. 実験動物（マウス）

4. 蛍光免疫染色

ゲノム編集によって作出した Nr5a1 遺伝子の脾臓エ

0.1 M リン酸緩衝液（含 4％パラホルムアルデヒド）

ンハンサー欠失マウスを用いた。このマウスはを用いて灌流固定および摘出した脾臓の浸漬固定を

Nr5a1 遺伝子の第 4 イントロンに存在するエンハン

行い、ビブラトーム（VT1200S, Leica）で 50 µm にサー領域の上流・下流に設計したガイド RNA とスライスした標本を用いて浮遊法による免疫染色を

Cas9 タンパクを、エレクトロポレーションによって行なった。一次抗体としてラット NR5A1 抗体 3)、ウC57BL/6 系統の受精卵に導入することにより作出さサギラミニン抗体（Sigma-Aldrich, L9393）、二次抗体

れた。エンハンサーヘテロ欠失マウスを対照群（コとして Alexa Fluor 555 抗ラット IgG 抗体と Alexa

ントロール）とし、エンハンサーホモ欠失マウスを

Fluor 488 抗ウサギ IgG 抗体（Thermo Fisher scientific）

解析に用いた。生後 10 週齢のオス個体を用い、1 群

を 用 い 、 DAPI （ 4’,6-diamidino-2-phenylindole ）あたり 3 匹以上のマウスを解析した。

(Sigma-Aldrich）による核染色を行なった。染色した標本はスライドガラス上に VECTASHIELD（Vector

2. 赤血球の形態解析

Laboratories, Inc.）を用いて封入し、共焦点顕微鏡

心室穿刺により採取した血液を用いて塗抹標本を作（Zeiss LSM700）により撮影した。また、連続撮影

成し、Giemsa 染色を行い Howell-Jolly 小体を持つ赤画像を用いて Imaris（Zeiss）による三次元再構築を

血球をカウントした。

行なった。

3. H&E 染色

5. 走査型電子顕微鏡解析

0.1 M リン酸緩衝液（含 4％パラホルムアルデヒド）

0.1 M リン酸緩衝液（含 4％パラホルムアルデヒド、を用いて灌流固定を行い、脾臓を摘出し常法に従い2.5％グルタルアルデヒド）を用いて灌流固定およびパラフィンに包埋した。
ミクロトームにより 5 μm の摘出した脾臓の浸漬固定を行い、組織を 4 x 4 x 2 mm

薄切標本を作成し H&E 染色を行った。

にトリミングした。
1％四酸化オスミウムによる後固- 213 -

定の後、バッファーを 50％DMSO に置換し液体窒素ていた（下図）。

により凍結した。
物理的な破砕後に再度固定を行い、「modified tannin-osmium method」4)により試料を作成し、走査型電子顕微鏡（S-3400N SEM, Hitachi）により観察した。
【結果】
1. 脾臓の矮小化
エンハンサー欠失マウスとコントロールマウスを比較した結果、肉眼的に明らかな脾臓の矮小化が認められた（下図）。

4. NR5A1 の発現消失と脾洞の低形成ラット抗 NR5A1 抗体、ウサギ抗ラミニン抗体、および DAPI を用いた免疫染色の結果、コントロール
マウスでは脾洞杆状内皮細胞の核に NR5A1 の発現が認められたが、エンハンサー欠失マウスの脾臓では NR5A1 の発現が完全に消失していた（下図）。
2. 異常な赤血球の増加
エンハンサー欠失マウスの血中には、Howell-Jolly 小体を持つ赤血球が増加していた（下図、矢印）。赤血
球 1000 個あたりの Howell-Jolly 小体を持つ赤血球の数をカウントした結果、コントロールマウスでは0.73±0.74（中央値 ± 標準偏差）であったのに対して、エンハンサー欠失マウスでは 5.46±0.72 と有意に数が多かった（p = 0.0027）。
一方、
抗ラミニン抗体で染色された基底膜の構造か
ら、エンハンサー欠失マウスで脾洞の形成が不完全であることが示唆された。Z 軸方向に連続撮影した画像を用いて三次元再構築を行った結果、コントロールマウスでは基底膜に間隙が認められたのに対して、エンハンサー欠失マウスでは基底膜は連続して

3. 白脾髄の融合
H&E 染色の結果、コントロールマウスでは脾臓全体に白脾髄が島状に点在していたが、エンハンサー欠
失マウスでは白脾髄が融合して脾臓の中心に存在し- 214 -

おり間隙は全く認められなかった（下図）。

出した。このマウスでは脾臓における NR5A1 の発現が完全に消失していたことから、成獣におけるNR5A1 の機能解析に理想的なモデルマウスであると考えられた。
エンハンサー欠失マウスでは、杆状内皮細胞の形態に異常が生じていた。杆状内皮細胞の特殊な形態維持のためには、ストレスファイバーが重要である
ことが報告されている 8) 。したがって、NR5A1 がストレスファイバー関連因子の発現を制御している可能性が考えられ、
今後の解析が必要である。
一方、
杆状内皮細胞の異常によって、なぜ脾臓全体が矮小

5. 杆状内皮細胞の形態異常
走査型電子顕微鏡解析の結果、コントロールマウス
では脾洞の杆状内皮細胞が規則正しく配列し、細胞間に間隙が認められたのに対して、エンハンサー欠
失マウスでは杆状内皮細胞の配列の規則性が失われており、また細胞間の間隙も認められなかった（下図）。

化するのかは不明である。今後、杆状内皮細胞の未知の機能を明らかにすることで、この疑問に対する解答が得られるかもしれない。
【文献】
1. Luo X, Ikeda Y, Parker KL: Cell 77:481-90 (1994)
2. Morohashi K, Tsuboi-Asai H, Matsushima S, Suda M,
Nakashima M, Sasano H, Hataba Y, Li CL, Fukata J,
Irie J, Watanabe T, Nagura H, Li E: Blood 93:1586-94(1999)
3. Shima Y, Zubair M, Komatsu T, Oka S, Yokoyama C,
Tachibana T, Hjalt TA, Drouin J, Morohashi K: Mol
Endocrinol 22:1633-46 (2008)
4. Murakami T: Arch Histol Jpn 36:189-93 (1974)【考察】
NR5A1 は核内受容体型の転写因子であり、副腎や生殖腺の発生に必須であることが知られている 1)。一方、本因子は脾臓の特殊な毛細血管である脾洞の杆状内皮細胞にも発現しており、Nr5a1 遺伝子ノック
アウトマウスの解析から、杆状内皮細胞の分化に必須の因子であることが示唆されている 2) 。しかしながら、Nr5a1 遺伝子ノックアウトマウスは副腎不全のために出生後すぐに死亡するため、成獣における5. Zubari M, Ishihara S, Oka S, Okumura K, Morohashi
K: Mol Cell Biol 26:4111-21 (2006)
6. Shima Y, Zubair M, Ishihara S, Shinohara Y, Oka S,
Kimura S, Okamoto S, Minokoshi Y, Suita S,
Morohashi K: Mol Endocrinol 19:2812-23 (2005)
7. Shima Y, Miyabayashi K, Baba T, Otake H, Oka S,
Zubair M, Morohashi K: Endocrinology 153:417-25(2012)
8. Uehara K, Miyoshi M: Anat Rec 254:22-7 (1999)

NR5A1 の機能解析は不可能であった。我々は Nr5a1
遺伝子の組織特異的エンハンサーの探索を行い、これまでに胎仔副腎 5) 、視床下部腹内側核 6) 、下垂体
ゴナドトロピン産生細胞 3) 、胎仔ライディッヒ細胞のエンハンサーをそれぞれ同定してきた。今回、

7)

Nr5a1 遺伝子の第 4 イントロンに脾臓特異的エンハ
ンサーを同定し、脾臓エンハンサー欠失マウスを作- 215 -

活性酸素生成酵素 Nox の制御機構の破綻メカニズムの解明	 川崎医科大学	
 生化学	
 
宮野	
 佳	
 
NADPH オキシダーゼ（NADPH	
 oxidase）は、活性酸素の一種であるスーパーオキシド（O2-）や過酸化水素（H2O2）を生成する一群の酵素系である。Nox ファミリーの中でも、Nox1 は大腸上皮細胞に豊富に発現し、局所における感染制御に関わっている。また、粘膜損傷の修復における重要な過程である上皮細胞の遊走と Nox1 の関連が指摘されている。本研究では、（1）フリーラジカルスカベンジャーedaravone が Nox1 由来の活性酸素を効率良く消去すること、そしてこの化合物を用いて（2）Nox1 の酵素活性が自身の生成物により正のフィードバック
調節を受け増強されること、（3）Nox1 活性の低下が、上皮細胞の遊走能を増加させることを見出した。これらの結果は、Nox1 活性の制御機構の維持が、消化管の局所における殺菌のみならず粘膜損傷の修復に関わる細胞の遊走に重要な役割を果たしていることを示す。	
 

[背景]	
 
1. Nox ファミリー

2. Nox1 の制御機構と生理的な役割の解明

NADPH オキシダーゼ（NADPH	
 oxidase;	
 Nox）ファNox1 は、活性酸素の一種であるスーパーオキシド

ミリーは、生体防御や甲状腺ホルモンの合成、さら（O2-）を生成する酵素で、大腸上皮細胞に豊富に発には細胞内シグナル伝達分子として利用される活性現し、局所における感染制御に関わっている。
また、酸素を積極的に生成する一群の酵素系である。Nox

粘膜損傷の修復における重要な過程である上皮細胞

は、ヒトでは Nox1～Nox5、Duox1 と Duox2 の 7 種類の遊走と Nox1 の関連が指摘されている。今回私は、が知られている（図 1）。活性酸素の過剰な生成は、

Nox1 を発現する大腸上皮細胞株（ヒト結腸腺癌;	
 生体に害を及ぼすため、Nox の酵素活性は厳密に制HCT-116 細胞）における遊走能に対する活性酸素ス

御されている。この制御システムの破綻は、活性酸

カベンジャーの前処理の効果を検討した。実験に使素の無秩序な生成を引き起こし、様々な疾患の発症用したフリーラジカルスカベンジャーedaravone は、に繋がる。例えば、がん化した細胞においては、Nox

HeLa 細胞に外来性に発現させた Nox1 由来の O2-や不ファミリーが過剰に活性化されていることが知られ均化されて生じる H2O2 を効率良く消去した。興味深ている。

いことに、Nox1 を発現する HeLa 細胞の edaravone

Nox
Nox1

Xq22

564

Nox2

Xp21.1570

Nox3

6q25.1–26

568

Nox4

11q14.2–21

578

Nox5

15q22.31

737

Duox1

15q21

1551

Duox2

15q21

1548

	

1"Nox 	
- 216 -

による前処理は、化合物の洗い出し後に生成される

ジャーを選択する必O2-量を減少させた。これは、Nox1 が生成する O2-が

要がある。
私は、
HeLa

自身の酵素活性を促進していること示す。次に、細胞に外来性にedaravone で前処理した HCT-116 細胞は、未処理のNox1–Noxo1–Noxa1細胞に比べて、リガンドの濃度勾配に従い、遊走速を発現させ、Nox1 の度が上昇することを明らかにした。
以上の結果より、

O2- 生成活性を再構

Nox1 活性は、自身の生成物により正のフィードバッ

成した。生成される

ク調節を受け、増強された Nox1 由来の O2-は、細胞O2-は、化学発光法での遊走能の抑制に寄与することを示唆する。	
 測定した。Nox1 由来の O2- は、H2O2 消去酵素の	
 catalase では消去できず、O2-の消去酵素である SOD[結果と考察]	
 （superoxide	
 dismutase）で完全に消去できた。フ

1.	
 Nox1 由来の活性酸素の除去	 リーラジカルスカベンジャーで、酵素系ではなく化	  Nox1 は、特異的な細胞質タンパク質因子 Noxa1 と合物である edaravone は、Nox1 由来の O2-を SOD と

Noxo1 の存在下で、細胞刺激非依存性に細胞外に恒同様に消去できた（図 3 と 4）
。次に、標準 H2O2 を消常的に O2-を生成する酵素である（図 2）。生成され去できるかどうかを検討した。スカベンジャーの能た活性酸素は、消化管の局所における殺菌において力は、残存 H2O2 依存性に強まるホモバニリン酸の蛍重要な役割を果たしている。一方、活性酸素は基本

光強度により見積もった。edaravone は、catalase

的に生体にとって有害である。私は、Nox1 由来の O2-と同様に H2O2 を完全に消去することができた。以上

が、Nox1 を発現している細胞自身を障害して、Nox1の結果より、edaravone は、Nox1 由来の O2-に対する活性を低下させる（フィードバック阻害）のではな

効率的なスカベンジャーであることが分かった。	
 いかと考えた。そこで、Nox1 を発現する細胞を活性

	
  	
 

酸素スカベンジャーで前処理し、Nox1 活性に与える
	25000"
20000"が、H2O2 は比較的自由に細胞内へと拡散する。従っ15000"
10000"

O2)て、Nox1 由来の O2-の細胞への影響を調べるために

())"

O 2-

O2
Nox1

SOD"

edaravone"

Nox1"(+)"

2.	
 Nox1 活性の正のフィードバック調整	
 

SH3

	
  続いて、
Nox1 を発現させた HeLa 細胞を edaravone
で前処理した。Nox1–Noxa1–Noxo1 の cDNA を含むプ

PRR

ラスミドを遺伝子導入し、24 時間後に様々な濃度のedaravone を培養液に加えた。
edaravone 存在下でさ

PRR
C
SH3

らに 24 時間培養し、edaravone の洗い出しを行い、

IleAD

catalase"

4

FAD/NADPH
binding site

TPR

())"

Nox1"())"

p22phox

PX

5000"
0"

は、活性酸素の両者を効率良く消去できるスカベン

Noxa1 N3"edaravone

30000"

は、極性を持つため細胞膜を横切ることはできないN

N

35000"

O2-は、速やかに不均化され H2O2 に変換される。O2-

Noxo1

N

40000"

影響を検討した。	
 
	
 

CH3

O

生成される O2- を測定した。興味深いことに、
edaravone で前処理した細胞は、O2-の生成量が減少

SH3 C

Rac

した。これは、Nox1 活性が、フィードバック阻害ではなく、自身の生成物により正のフィードバック調

	2"Nox1- 217 -

(0)10%"FBS

8"h

5.3"h

2".7"h0"h0%"FBS

pre0treatment"edaravone
0%"FBS
10%"FBS

5"TAXIScan

	細胞）を遊走測定の実験に用いた。
細胞の遊走能は、節を受けていることを示唆する。	
 走化性因子に向かって水平方向に移動する細胞をリアルタイムで観察できる細胞動態測定装置

3. Nox1 活性と上皮細胞の遊走（TAXIScan）を用いて測定した（図 5）。遊走能は、ことが、上皮細胞の遊走にどのような影響を与える

走化性因子に対する細胞遊走の“方向性”と“速度”かを検討した。
大腸上皮細胞株として Nox1 を発現しで定義した。また、走化性因子は、10%	
 ウシ胎児血ているとこが知られるヒト結腸腺癌細胞（HCT-116

清を用いた。edaravone 未処理の HCT-116 細胞は、

0.7%

0.014"

0.6%

0.012"

0.5%

Velocity"(µm/sec)

Direc<onality%(radian)

edaravone の前処理により、Nox1 活性が低下した

0.4%
0.3%
0.2%
0.1%

0.006"
0.004"
0.002"
0"

0%
!0.1%

0.01"
0.008"

FBS%(!)%

FBS%(+)%

FBS%(!)%

FBS%(+)%

(!)%

(!)%

(+)%

(+)%

FBS"(-)"FBS"(+)"FBS"(-)"FBS"(+)"

(-)"

(-)"

(+)"

(+)"

edaravone"edaravone%7"6%- 218 -

	

走化性因子の非存在下ではほとんど遊走能を示さない。一方、走化性因子が存在すると、濃度勾配に従って、遊走の方向性と速度が上昇する。興味深いことに、edaravone で前処理した細胞は、未処理の細胞に比べて、方向性と速度が共に上昇していた（図6 と 7）。この結果は、Nox1 由来の O2-が、上皮細胞の遊走を抑制していることを示す。	
 [まとめ]	 	  今回の研究で、（1）Nox1 活性が自身の生成物である O2-により正のフィードバック調節を受けていること、（2）正のフィードバックにより促進された
Nox1 活性が上皮細胞の遊走を抑制していることが分かった（図 8）。これらの結果は、Nox1 活性のオン・オフにより粘膜損傷の修復における重要な過程である上皮細胞の遊走能を制御していることを示唆する。
一方、活性酸素は基本的に生体に有害であるため、
Nox1 の制御機構の破綻は、消化管上皮の疾患を引き起こす可能性がある。実際に、大腸がんの増悪と
Nox1 の過剰な活性化の関連が指摘されている。今後、どのようなメカニズムで Nox1 活性が正のフィードバック調節を受けるのか、また、O2-がどのような分子メカニズムで遊走を制御しているかを明らかにし
たい。	
 
O2.

O2.
Nox1
/
Nox1
posi*ve/feedback/O2.

migra*on	

8/Nox1[謝辞]	
 	  本研究をご支援して頂きました公益財団法人ウエスコ学術振興財団に、心より感謝申し上げます。	
 - 219 -

ATP/P2 受容体経路による糖尿病性腎臓病の新規進展機序の解明と治療法の開発

川崎医科大学 腎臓・高血圧内科学
城所 研吾
（概要）
糸球体上皮細胞内への過剰な Ca2+流入は細胞骨格の remodeling を誘導し、結果アルブミン尿が出現する。近年Transient Receptor Potential Cation hannel(TRPC)6 や TRPC5、また ATP 感受性イオンチャネル型受容体もPodocyte の Ca2+流入に重要な経路であることが報告されている。高血糖による障害血管内皮由来 ATP が
Podocyte ATP 感受性イオンチャネル型受容体を介して、Podocyte 内への Ca2+流入増大により Podocyte 障害を促進するとの仮説を立てこれを検証した。ヒト糸球体内皮細胞では、高血糖や NO 経路の阻害剤に上清中の ATP
レベルが上昇した。
この上昇は ATP 放出に関与する Pannexin1 の阻害作用を持つ Probenecid の添加により抑制された。
内皮障害糖尿病モデルマウスでは有意な血漿 ATP レベルの上昇、尿中アルブミン排泄量の増加を認め、糸球体上皮細胞内の Ca2+レベルの上昇も確認された。Probenecid 投与はこれらを抑制した。糖尿病性腎臓病におけるアルブミン尿の出現、糸球体上皮細胞障害進展には細胞内 Ca2+濃度の増大が関与しており、内皮障害により増強されることが示唆された。

背景・目的
糖尿病は腎障害のみならず心血管病のリスクとなり、これら血管障害の基盤には血管内皮障害が存在している。我々はこの内皮機能障害に着目し、内皮細胞の活性酸素種 (Reactive Oxygen Species: ROS)-一酸化窒素(Nitrogen oxide: NO)の不均衡が、早期糖尿病性腎症進展における主な要因であることを見出し、不均衡是正により腎障害進展抑制、アルブミン
尿減少効果を報告している。一方で、内皮酸化スト
レスの亢進が糸球体上皮細胞障害をより早期に惹起することも報告している。これらの研究結果では血管内皮障害が糸球体病変の初期病巣と強く関連することが明らかとなってきたが、実際の細胞間連関の分子メカニズムに関しては依然不明である。
糸球体上皮細胞内 Ca2+濃度は、収縮、骨格維持、
顆粒分泌、遺伝子翻訳やアポトーシスと深く関係する。糸球体上皮細胞内への過剰な Ca2+流入は細胞骨格の remodeling を誘導し、結果アルブミン尿が出現する。近年 TRPC6 や TRPC5 などが糸球体上皮細胞内への重要な Ca2+流入経路として報告されており、また ATP 感受性イオンチャネル型受容体(Purinergic
receptor)である P2 受容体も、糸球体上皮細胞間の傷害伝播(Ca2+伝播)に重要な役割を果たしていることが報告されている。障害内皮細胞から放出される
ATP は糸球体上皮細胞上の P2 受容体を刺激し、過剰な Ca2+流入を惹起することが想定される。しかし糖尿病における in vivo での糸球体上皮細胞 Ca2+濃度変化と上皮障害における病因的関与や ATP/P2 受容体の病態進展における寄与についての検討はされていない。

- 220 -

慢性腎臓病(CKD)における糸球体障害進展過程での糸球体内皮-上皮連関の分子機序を解明し、新規治療法構築に資することを目的とする。障害内皮からのATP 放出あるいは糸球体上皮 ATP 感受性イオンチャ
ネル型受容体(Purinergic receptor) P2 受容体に着目し、糖尿病細小血管障害の最早期病変である血管内皮機能障害と糸球体上皮細胞障害の連関機序を解明する。具体的には、①高血糖状態下における内皮障害と細胞外 ATP 放出変化について検討する。②内皮細胞から放出される ATP により、糸球体上皮細胞
内 Ca2+流入増大が、上皮細胞障害、糸球体透過性制御に及ぼす影響及びその分子機序について検討する。
③糸球体上皮細胞のP2受容体阻害ないしATP放出制
御による糖尿病性腎症進展抑制の可能性を検討する。
方法
1) 高血糖下における障害内皮細胞からの ATP 放
出・産生変化と分子機序の検討
ヒト糸球体内皮細胞(hGEC)を用いて高血糖刺激(normal glucose(NG); 5mM, high glucose(HG);
30mM)による ATP 産生能・放出の変化とその機序を解析する。内皮機能障害を想定し NOS(NO 合成酵素)阻害薬（L-NAME;500μM）、PKG 阻害薬(KT 5823; 500nM)
添加群、及び ATP 放出に関与する Pannexin1 の阻害作用を持つ Probenecid(Probe.)添加群も作成する。
24 時間刺激後、上清中の ATP 濃度測定を行う。
2) 糖尿病モデル動物における血漿中 ATP 濃度と糸球体細胞アポトーシス及びアルブミン尿の解析
内皮機能障害モデルとして eNOS 欠損マウス

(eNOSKO)を用い、高血糖下での糸球体障害への影響を 検 討 する 。 糖尿 病 モデ ル 作 成に はStreptozotosin(STZ)の腹腔内投与を行い、STZ、
STZ/eNOS-KO マウスを作成する。血糖上昇後 3-4 週
間で血漿中 ATP 濃度、尿中アルブミン排泄を測定、
TUNEL 染色により糸球体細細胞アポトーシスの評価を行う。Probenecid 投与による効果の検討も行う。

点で既に有意なアルブミン排泄の増加を認めていた（表３）。
血漿中 ATP レベルも同様に他群と比較し有意な上昇を認めた（表 3）。Probenecid の投薬(100mg/kg/day)により、血漿中 ATP 濃度、尿中アルブミン排泄量は共に低下していた(表 3,4)。

3) 内皮障害糖尿病モデルにおける生体内糸球体上皮細胞 Ca2+動態の in vivo imaging による解析
Podocine-Cre マウスと、Ca2+感受性蛍光タンパクである GCaMP の flox マウス(GCaMP3)を交配させ、Pod-GCaMP5 マウスを作成する。これらのマウスを内皮障害モデルマウス(eNOS-KO)と交配させることにより、eNOS-KO/Pod-GCaMP3 マウスを作成し、STZ 糖尿病モデルを作成し検討を行う。in vivo serial
imaging により上皮細胞 Ca2+濃度の変化を評価する。
結果
HG 群での hGEC 培養上清中における ATP の濃度は、NG 群と比較して有意に高値であった。Probenecid
は HG 群の上清中 ATP レベルを有意に低下させた（表
1）。L-NAME、PKG 阻害薬では高血糖状態でなくとも
上 清 中 ATP レ ベ ル は 有 意 に 上 昇 し て い た 。
Probenecid 添加群では、上清中の ATP レベル上昇は
PKG 阻害薬群で有意に抑制されていた（表 2）。高血糖刺激、あるいは内皮機能障害を有する糸球体内皮細胞では、ATP 放出が亢進していた。

PAS 染色による組織評価では、
eNOS-KO/STZ 群において有意に glomerulosclerosis score が高かった。
Probenecid 投与により改善傾向を認めた（表 5）。また TUNEL 陽性糸球体細胞数は eNOS-KO/STZ マウスにて多く観察されたが、細胞種までの同定には至らなかった（表 6）
。NO bioavailability が低下した状態
では血漿中 ATP レベルは高値となり、Pannexin1 阻害による ATP レベル低下とともにアルブミン尿が抑制されたことから、この両者には関連があることが強く示唆された。
糸球体上皮細胞内の Ca2+濃度評価を Ca2+感受性蛍光蛋白質(GCaMP5)発現マウスを用いて行なった。内皮障害糖尿病(eNOS-KO/STZ)マウスでは、control やSTZ と比較して、GCaMP 蛍光強度増大が確認され、細胞内 Ca2 濃度が上昇していることが示唆された。
Probenecid 投与により、この GCaMP intensity の増強は抑制された（表 7）。上皮細胞 Ca2+濃度の増大は細胞骨格のリモデリングによるfoot processの精緻構造消失を惹起する。このことが大量アルブミン尿出現に関与していると考えられた。この現象は内皮障害により増強されることが示唆された。
内皮障害糖尿病(eNOS-KO/STZ)マウスでは、STZ マウ
スで尿中アルブミン排泄の有意な上昇を認めない時- 221 -結論
DKD におけるアルブミン尿の出現、上皮細胞障害
進展には細胞内 Ca2+濃度の増大が関与しており、内皮障害により増強されることが示唆された。今後電子顕微鏡 による 詳細な 形態学 的変化 の観察、
macromolecule の糸球体透過性変化の評価、また遺伝学的手法による内皮 ATP 放出制御と合わせ、病態進展機序における上皮-内皮連関の因果関係をより深く検討していく必要がある。

- 222 -

腸内環境維持とコンディションに関する研究 —外環境変化と腸内細菌叢の関連—

川崎医療福祉大学 医療技術学部 健康体育学科
松生香里
（概要）
本研究は、外環境・季節変化と腸内細菌叢の変化を明らかにするため、春から夏への暑熱に対する順化時期と秋から冬の寒い時期に移行する体外環境の変化が、運動実施時における身体適応と腸内細菌変化の関連を調べ、
暑熱・寒冷等のコンディショニングに関わる一資料を作成することが目的である。
一般成人男性を対象に、春から夏（5-7 月上旬）と秋から冬（10-12 月上旬）の外環境が変化する時期において、50%HRmax 強度の自転車運動を 30 分間実施し、体外環境の変化における深部体温（直腸温）の上昇度合いを調べた。安静時の心拍数と直腸温は、10-12 月上旬と比べ 5-7 月上旬において高値を示した。最終年度では一過性運動における直腸温の上昇変化に関わる腸内細菌の詳細解析を加え、体外環境変化に関連する生理学
的変化と腸内細菌を調べる予定である。将来的には、アスリートのトレーニング現場における腸内環境悪化予防の対策、夏季の運動実施時の効率の良い水分摂取方法の確立など、運動時のコンディショニング対策に役立
つ基礎資料として活用することを目標としている。

また、アスリートを対象としたケーススタディに（背景）

腸内細菌は骨格筋の適応や恒常性維持に重要な役において、高所トレーニング前後を含めた合計 4 回「腸と割を担っていることから、動物実験を用いて、の腸内細菌叢を調べたところ、同じ食生活であるに筋」の関連を明らかにしてきた（Matsuo ら 2009）。

も関わらず、各選手の腸内細菌叢のパターンが異な

また、運動処方を目的とした実践的研究において、ることが明らかになった（松生ら 2015）。さらに、中高年の運動習慣者を対象に、腹腔内圧を高めるト

興味深いことに、
腸内細菌叢の変化が少ない選手は、

レーニング（腹圧トレーニング）を実施した結果、

安静時心拍数や体温等、自律神経系指標において、ベースラインの腸内細菌叢に異なりが見られ、体組変化が小さいこと、また、高所順化・適応が容易に成との関連性が認められた（河村、松生 2018）。体できる選手と適応困難な選手が存在することが示さ

脂肪率が高い対象者は、腸内細菌叢のクロストリジ

れた。これらの現場的・実践的研究の結果から、体ウム属が多いことが示され、腹圧トレーニングの実

外環境の変化と運動中の深部体温（直腸温）の上昇

施によって便通の改善および、便形状の改善が認め

変化と腸内細菌との関連性を調べることにより、身られた。

体の適応状態に関連する腸内細菌を調べることで、コンディショニングに貢献できる可能性があると考一方、エリートマラソン選手を対象とした腸内細えられる。

菌叢の分析では、肥満者が多く保有している腸内細菌である Firmicutes が多く、Bacteroidetes が少な
い傾向が示された（松生ら 2019）。マラソン選手は（目的）

身体に貯蔵されたエネルギーを効率よく消費して走本研究は春から夏（5 月〜7 月上旬）と秋から冬るために有効な腸内環境を保持しておく必要がある（10 月〜12 月上旬）
への体外環境の変化に対する、

ため、トレーニングの適応であることが示されてい運動実施時の深部体温の上昇変化と腸内環境（腸内る。体外環境やトレーニングにおける身体適応に対細菌叢）との関連を調べ、運動処方現場やスポーツ

して腸内環境も適応する可能性が考えられる。

選手のコンディショニングに活用できる資料を作成- 223 -

終了時には 37.6℃であった。

することを目的とした。

次に、体外環境の違いが、直腸温の上昇変化に関連があるかどうかを調べるため、安静時の直腸温を

（方法）

本研究は、
初年度に川崎医療福祉大学倫理委員会

0 とした時、運動実施時にどの程度、深部体温が増の承認後（18-087）、研究に参加希望の被験者募り、加していくか、増加量 Δ 値として図３に示した。運実施した。被験者は、一般健康成人男性 9 名とした

動実施における直腸温の変化は、5-7 月上旬より（年齢：23.4±3.0 歳、身長：172.0±6.5 歳、体重：10-12 月上旬の方が、増加度合いが高くなる傾向を

73.6±12.2kg、最大酸素摂取量：41.7±5.9ml/kg/min）。

示し、運動開始 15 分からは有意差が認められた運動の種類は、
自転車エルゴメータを用いたペダリ（p<0.05）。

ング運動とし、50%HRmax 強度で 30 分間実施した。
運動強度の設定は、実施前に自転車エルゴメータを用い、多段階漸増負荷法にて最大酸素摂取量を測定

し、50%HRmax 強度を算出した。一過性のペダリ 

ング運動は 5-7 月上旬と 10-12 月上旬の間に各１回



! 







ずつ実施した。両運動とも測定実施時の室温は

 
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20-25℃に設定し、5 分間の安静、30 分間の運動、5分間の安静における深部体温の上昇変化を季節ごと















に調べた。


測定項目は、安静時・運動中・運動後の心拍数、直

 
 





腸温とした。腸内細菌の測定は、検便のキットを用いて各被験者に運動実施後に採便を依頼した。被験者から回収した便検体は、株式会社テクノスルガ・

 

 

ラボに腸内細菌の分類解析を委託した。



 


 
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$  

（結果）

 
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一過性の運動実施時の心拍数変化の平均値を図１に示した。心拍数は、5-7 月上旬より 10-12 月上旬













の方が、安静時および運動実施時において、有意差


はみられなかったが、やや高値を示した。5-7 月上!



 
 "

#

旬の運動開始 5 分の心拍数の平均値は、128 拍/分、終了時には 147 拍/分であった。
また 10-12 月上旬の
運動開始 5 分の心拍数の平均値は、122 拍/分、終了

 "

/ 
. 

時には 138 拍/分であった。
また、同様に一過性の運動実施時の直腸温変化を

 

図２に示した。
心拍数と同様に 5-7 月上旬より 10-12

 
3


4 


月上旬の方が、安静時および運動実施時において、有意差は認められないものの、やや高値を示した。

"







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





$!1

5-7 月上旬の運動開始 5 分の直腸温の平均値は、)0-/.'&2

37.4℃、終了時には 37.8℃であった。また 10-12 月

*$,(#+ % 

上旬の運動開始 5 分の直腸温の平均値は、37.1℃、- 224 -

変化の関連を調べていく予定である。

（考察）

本研究は、春から夏への暑熱への順化および、秋

将来的には、アスリートのトレーニング現場におから冬の寒冷に移行する時期の運動実施時の身体適ける腸内環境悪化予防の対策、夏季の運動実施時の応と腸内環境（腸内細菌叢）の変化を調べ、運動処

効率の良い水分摂取方法の確立など、運動時のコン

方現場やスポーツ選手のコンディショニングに活用

ディショニング対策に役立つ基礎資料として活用すできる資料を作成することを目的としている。

ることを目標としている。

一過性運動時における心拍数と直腸温の変化は、有意差はないものの、5-7 月上旬の方が 10-12 月上（進捗状況）

旬よりもやや高値を示した（図１、図２）。運動は体本研究課題は３年間の継続課題で進めており、２温（直腸温）を上昇させるが、この上昇変化は温熱年目の実験は滞りなく遂行できた。最終年度では、や寒冷環境で影響されず、運動強度に従って上昇す

腸内細菌叢の分析結果に詳細解析を追加し、運動実ることが古くからの研究で知られている（Nielsen

施時の直腸温の上昇変化と、深部体温の上昇に関連

et.al 1956）。本研究の一過性運動実施時における身する腸内細菌の種類を調べ、体外環境変化との関係

体の適応も同様であった。安静時、運動時ともに心を明確にする。

拍数と直腸温やや高値を示したことは、体温はおよ
そ 36.0-37.0℃程度に保たれているが、そのわずかな（引用文献）

範囲内における体外環境に対する適応状態である可1.

Matsuo K, Zhang X, Ono Y, Nagatomi R.

能性が考えられる。したがって、有意差は認められAcute stress-induced colonic tissue HSP70

ないものの、5-7 月上旬の方が 10-12 月上旬よりもexpression requires commensal bacterial

若干の心拍数、直腸温がやや高い傾向として確認でcomponents and intrinsic glucocorticoid:

きた可能性が示唆される。

Brain, Behavior, and Immunity. Vol.23.
p108-115. 2009.

さらに、運動実施時における直腸温の上昇変化を確認するためΔ値で表したところ、運動開始 15 分

2.

河村孝幸, 松生香里. 中高年の運動習慣者にお以降において、
5-7 月上旬より 10-12 月上旬の方が、ける腸内細菌叢の特徴と体脂肪率の関連性 ―増加度合いが高くなる傾向を示した（図３）。

末瑞標識制限酵素断片多型分析法による解析
一. 42(45),111-118. 2018.

体外環境が暑熱や寒冷に暴露された場合でも、自3.

律神経系の機能によって体内環境の恒常性が維持さ

松生香里, 岡崎和伸, 杉田正明．長距離・マラれるため、体温は一定に保たれるのが一般的である。

ソン選手の腸内環境とコンディションの関

本実験の一過性運動時の測定は、室温 20-25℃と同連.—意識調査と外環境の変化に伴う影響につ一に設定していたものの、体外環境への順化・適応いて—. 陸上競技研究紀要. 10:140-145.2014.

の影響によって 10-12 月上旬の直腸温の上昇度合い

4.

松生香里，吉田升，玉里祐太郎，濱田大幹，が高くなった。このことは、寒冷暴露にともない体

上野浩司，小栁えり，矢野博己，小野寺昇. マ

温を素早く上昇しなければならないという身体の反ラソン選手における腸内細菌叢の特徴と応と同様に考えられる。したがって、同一強度の運BMI の 関 連 . 川 崎 医 療 福 祉 学 会 誌 .

動における深部体温の上昇変化は、心拍数と連動し29(1):99-105. 2019.
5.

て自律神経系による体内の調節機構に影響されていNielsen B, Nielsen Ｍ. Body temperatureduring work at different environmental

ると考えられる。

temperatures. Acta. Physiol. Scand. 56.

最終年度は、春から夏への暑熱環境、秋から冬へ

120-129.1962の寒冷順化を鍵とし、一過性の運動実施に伴う直腸温の上昇変化と生理学的指標と併わせて、腸内細菌- 225 -

（謝辞）本研究課題の実験実施にあたり、平成 31・令和元
年度、公益財団法人ウエスコ学術振興財団に感謝申し上げます。

- 226 -

ロイシン代謝産物 HMB の抗炎症作用はがん細胞誘発性の炎症反応を抑制しうるか
川崎医療福祉大学 医療技術学部 臨床栄養学科
三宅 沙知
（概要）
【背景】がん患者は、過度な手術侵襲や術後合併症、化学放射線治療などにより急性的な炎症に侵される。これらが引き金となり、がん細胞そのものによる炎症反応が誘発され、全身の慢性炎症状態や悪液質に至る速度に拍車をかける。本研究では、抗炎症作用を持つとして知られるロイシン代謝産物である HMB(β-Hydroxy-β-methylbutyrate)
が、がん細胞に対しても炎症反応抑制効果を発揮するか否かについて検討することを目的とした。
【方法】TNFαを投与したヒト食道扁平上皮がん細胞株 TE-1 を炎症モデルとして用い、HMB を用いた場合の細胞増殖能、炎症反応、アポトーシス誘導の解析を行った。
【結果】HMB による、TE-1 細胞への明らかな細胞増殖抑制効果および、アポトーシス細胞割合への影響は認められなかった。しかし、TNFα 刺激により活性化した NF-κB を制御し、IL-6
産生量を濃度依存的に減少させた。
【結語】本研究は、HMB の TE-1 細胞に対する TNFα 誘発性炎症反応抑制効果を明らかにする中で、HMB は活性化した NF-κB の核内移行抑制を介して、炎症反応を抑える可能性を見出した。
しかし、がん細胞への炎症反応抑制効果とアポトーシス誘導との明らかな関連性を示す結果は得られなかった。

【背景】がんの治療は著しく進歩し、がん患者の生存伴う骨格筋減少を食い止めることができれば、患者の率向上に寄与している。しかしながら、進行がんの治

QOL 向上に貢献すると考え、EPA と同様の抗炎症作用

療成績は、満足いくものとは言い難い。なかでも、食と、除脂肪量の維持効果をもつことが報告されている

道がんに対する開胸開腹手術のような、侵襲度の高い

HMB に着目した（図 1、文献 5, 6, 7）。HMB が、がん手術や術後合併症により惹起されたサイトカインスト細胞のユビキチン-プロテアソーム経路の重要な活性ームは、患者をしばしば低栄養状態に陥らせる。実際化因子である NF-κB を下方制御できれば、がん患者のに、30～80％のがん患者において体重減少が認められ、治療への貢献が期待できると推測された。そこで本研

治療開始時にはすでに栄養状態不良であることも多い

究では、HMB が、がん細胞の炎症性サイトカイン活性（文献 1）。がん細胞によって分泌される炎症性サイト化の抑制を介し、抗腫瘍効果を発揮するか否かを検証

カインの関与が、治療や食事摂取不足に関係なく患者することとした。
（図 2）。

の体重を減少させることは良く知られている（文献 2）。
この体重減少は、一般的に行われている栄養管理では改善が期待できない。したがって、がん患者は常に、悪液質をはじめとした栄養障害の危機にさらされているといえる。この体重減少を食い止めて、体重増加を促進する栄養成分としてエイコサペンタエン酸（EPA）
が注目され、申請者らは、がん細胞を用いて EPA の細胞増殖抑制効果だけでなく、抗がん剤併用による副作用改善の可能性を明らかにしてきた（文献 3, 4）。この結果から、がん患者に対する栄養面からのアプローチ
は効果が期待できると思われた。加えて、体重減少に- 227 -

た。一次抗体には p65（D14E12, CST）
、蛍光標識二次抗体には Alexa Fluor®488（CST）を用いた。核は DAPI
（CST）を用いて対比染色した。Confocal Laser Scan
Microscope 700（CLSM; Carl Zeiss Microscopy, Tokyo,
Japan）にて観察し、画像を取得した。染色された p65を核に持つ細胞を NF-κB 活性化を有する細胞としてカウントし、総数 500 個に対する割合を算出した。
4．サイトカイン産生量測定
TE-1 細胞を 24well culture plate に 1 ml
（1×105 cell/ml）….

播種し、24 時間インキュベートしたのち、新しい培地
および TNFα と 0.03～1 mM の HMB を含む培地と交換【方法】した。これを 0 時間とし、1 時間、3 時間、6 時間培養

1．材料および細胞培養

後に上清を採取し、Human IL-6 ELISA Kit（Thermo細胞は、ヒト食道上皮がん細胞株 TE-1（RIKEN BRC,

Fisher Scientific）を用い、自動マイクロプレートリーダ

Tsukuba, Ibaragi, Japan）を用いた。RPMI-1640 培地

ーにより、450 nm と 570 nm のフィルターを用いて測（ Sigma-Aldrich, St.Louis, MO, USA ） に 10 ％ FBS定した。

（Nichirei Biosciences, Tokyo, Japan）を添加したものを

5．アポトーシス解析

通常培地とし、37℃、5％CO2 の加湿インキュベーター

TE-1 細胞（0.3×106 cell/well）を 6well culture plate にで培養した。HMB（Alfa Aesar, Lancs, UK）は蒸留水に播種し、24 時間インキュベート後、新しい培地および溶解後、滅菌ろ過したものを、TNFα（CST, MA, USA）

TNFα および HMB（0.3, 0.5, 1 mM）を含む培地で 24は 50 ng/ml に希釈したものを用いた。

時 間 処 理 し た 。 細 胞 を 回 収 後 、 Annexin-V-Alexa

2．細胞増殖能測定

Fluor®647（Thermo Fisher Scientific）および 7-AAD

TE-1細胞を96well culture plate（IWAKI, Chiba, Japan）（IMMUNOSTEP, Salamanca, Spain）で染色し、BDに 2×104 cell/ml になるように 100 μl 播種し、24 時間培

FACSAriaTMⅢ（Japan BD Biosciences, Tokyo, Japan）を養した。翌日、0.001～1 mM になるように希釈した用いて測定後、FlowJo® software Ver7.6（BD Biosciences）

HMB を加え、さらに 24 時間、48 時間、72 時間培養しを用いて解析を行った。

た。WST-1（Takara, Tokyo, Japan）10 μl を各ウェルに添

6．細胞形態観察

加し、細胞を 4 時間インキュベート後、自動マイクロTE-1 細胞（1×105cell/well）を 24well culture plate に播

プ レ ー ト リ ー ダ ー （ Thermo Fisher Scientific K.K.,

種し、24 時間インキュベート後、新しい培地および

Yokohama, Japan）により 450 と 690 nm のフィルターをTNFα と HMB（0.3, 0.5, 1 mM）を含む培地と交換した。

用いて測定した。細胞増殖率は、HMB 0 mM を基準に

さらに 24 時間培養し、倒立型電動リサーチ顕微鏡 IX83

して算出した。

（OLIMPUS, Tokyo, Japan）を用いて位相差観察を行っ

3．NF-κB 核内移行観察

た。

24well culture plate に φ13mm カルチャーカバーグラ【結果】ス（Matsunami Glass, Osaka, Japan）を敷き、TE-1 細胞

1．細胞増殖能に及ぼす影響

を 2×104cell/ml になるように播種した。24 時間インキ

HMB は 24 時間培養では TE-1 細胞の増殖能に影響をュベート後、新しい培地と TNFα または HMB（0.3、及ぼさなかった。しかし、48 時間培養および 72 時間

0.5 mM）を含む培地で 6 時間処理した。各細胞の固定

培養では、HMB 濃度が 0.4 mM 以上から細胞増殖能の処理を行い、試料を作成した後、免疫染色操作を行っ有意な減少を認めた（p<0.05, 図 3）
。HMB 0 mM と- 228 -

3．アポトーシス誘導および細胞形態に及ぼす影響
アポトーシス細胞の割合は control と比較し、TNFα
および HMB 0.3 mM 同時添加において増加傾向がみられたが、HMB 0.5、1 mM では control と同様まで減少した（図 5. A）。また、位相差観察による細胞形態では、
control、
TNFα 単独刺激、TNFα と HMB（0.3、
0.5、
1 mM）
同時添加のいずれにおいても、細胞形態への影響は観察されなかった（図 5. B）。

Mean ± SE
各培養時間の control（HMB 0 mM）との差 : a ; p<0.05
各 HMB 濃度の 24 時間培養との差 : b ; p<0.05

A

図 3．細胞増殖能の変化

2．炎症反応に及ぼす影響
NF-κB 活性化の割合は、control の 7.3％に比べ、TNFα
刺 激 を 行 う こ と で 79.8 ％ へ と 有 意 に 増 加 し た（p<0.001,）。さらに HMB 0.5 mM を同時添加すること
で、11.3％（p<0.001）

Aへと減少していた（図 4. A, B）。
さらに、
HMB は、TNFα 刺激

Mean ± SE

後 3、6 時間後に有意Bに増加した IL-6 産生を濃度依存的に抑制した（図 4. C）。
***

p <0.001 Mean ± SE

B

図 5．アポトーシス細胞割合の変化(A), 細胞観察による形態変化割合(B)【考察】
本研究では、HMB ががん細胞の炎症性サイトカイン
活性化の抑制を介し、抗腫瘍効果を発揮すると仮説し、検証を行った。ヒト血漿濃度に近い HMB 濃度（0.001
C～1 mM）による、明らかな細胞増殖抑制は認められなかったが、培養時間が 48 時間、72 時間と長くなるにつれて増殖を抑制する結果が得られた。健常者に 1 gの CaHMB を摂取させた研究では、血漿 HMB 濃度は最大で 259±24 μmol/l（約 0.3 mM）まで上昇することが報告されているが（文献 8）、HMB の効果を発揮する

Mean ± SE
HMB（－）、TNFα（－）との差：a ; p＜0.05、b ; p＜0.01、c ; p＜0.001
HMB（－）、TNFα 50 ng / ml（＋）との差：* ; p＜0.05、*** ; p＜0.001

至適濃度は未だ明らかではない。また HMB の半減期

図 4．
NF-κB 活性化細胞割合(A), NF-κB 核内移行蛍光観察(B),は 2～3 時間と短く、24 時間後には摂取前と同等まで

IL-6 産生量(C)- 229 -

戻るとされている。すなわち、HMB 0.3mM 前後の比は、がん細胞である TE-1 細胞では HMB 独自の経路の較的低濃度においても、血漿濃度を長時間維持するこ関与が示唆されたことから、アポトーシス関連タンパとができれば、がん細胞への増殖能抑制効果をもたらク質の発現についてさらに詳細に検証を行う必要があす可能性が示唆された。

る。しかしながら、HMB が NF-κB 活性を阻害するとさらに、細胞死シグナルを回避するために重要なタいう点においては、がん細胞の化学放射線療法耐性おンパク質合成に関与している転写因子 NF-κB は、細胞

よび、がん患者の体内で惹起している慢性炎症を抑えの生存・維持に必須とされている。がん細胞の中にはる可能性があり、悪液質管理に有用な一助となり得る

正常細胞と比較し、NF-κB の転写活性が異常に高いもことが示唆された。

のがあり、この転写因子を標的にして阻害することで【まとめ】

アポトーシスを誘導させる可能性があるとして、がん以上の結果から、HMB はがん細胞において NF-κB

治療薬の開発に希望がもたれている。本結果では、の核内移行抑制を介した炎症反応抑制に一定の効果をTNFα を用いて NF-κB を活性させることで、ダイマー

示したものの、がん細胞増殖能およびアポトーシス誘の 1 つである p65 緑色蛍光シグナルが核青色蛍光シグ

導への明らかな関連は解明できなかった。今後は、

ナルと重複して示され、NF-κB の核内移行率が増大したことを確認したが、HMB はそれを顕著に阻害した。
炎症性サイトカイン産生量を検証した結果においても、同様の傾向がみられ、HMB は TNFα 刺 激 に よ り 惹

HMB の慢性炎症抑制と同時に骨格筋量を維持するといった、悪液質治療における栄養療法確立に向けた基
礎的なデータを集積し、エビデンスを構築することで、臨床応用への発展に努めたい。

起 さ れ た IL-6 産 生 量 を 抑 制 し た 。こ の 結 果 より 、 HMB は 、 細胞増殖および転移形成に関与する【謝辞】とされる代表的なサイトカインである IL-6 産生の抑制

本研究を遂行するにあたり、公益社団法人ウエスコ

を介し、がん細胞増殖抑制作用をもつことが推測され

学術振興財団による令和元年度研究助成を賜りました

た。したがって、HMB は NF-κB 活性を抑制することことを深く感謝申し上げます。

で、炎症性サイトカインの過剰産生を制御し、アポト【利益相反開示】ーシス誘導をもたらす可能性があるという仮説の検証

本研究に関連し、開示すべき利益相反関係にある企を実施することで、がん細胞死の作用機構を明らかに業等はありません。

出来ると考えた。
しかしながら、本結果では、細胞増殖能に明らかな【参考文献】

影響は見受けられず、HMB 0.3 mM ではアポトーシス

1．Persson C, et al. Clin Nutr. 18; 71-77, 1999

誘導に傾いたものの、NF-κB 活性抑制効果を最も発揮

2．George J, et al. Head Neck. 29(5); 497-507, 2007

する HMB 0.5 mM ではアポトーシス抑制に向かう傾向

3．H Kubota, et al. Anticancer Res. 33(10); 4319-4324,
2013にあり、明確な効果は観察されなかった。これまで知られている HMB の抗炎症反応については、
検証濃度、4．Ogo A, et al. Ann Nutr Metab. 71(3-4); 247-252, 2017

細胞の種類、暴露時間に関係なく一致した見解が得ら

5．Eley HL et al. Am J Physiol Endocrinol Metab. 293;
E923-E931, 2007れている。細胞死に対する作用に関しては、骨格筋細胞に対してのみではあるが、抗アポトーシス効果をも

6．Smith HJ, et al. Cancer Res. 65; 277-283, 2005

つと報告されている（文献9）。
以上のこ と か ら 、HMB

7．Nunes EA, et al. Nutr Res. 28; 487-493, 2008

は 、が ん 細 胞 で あ る TE-1 細 胞 に お い て 、IL-6

8．Fuller JCJr, et al. Br J Nutr. 105(3); 367-372, 2011

産生に関与する経路と細胞増殖に関与する経9．Kornasio R, et al. Biochim Biophys Acta. 1793(5); 755763, 2009.

路に対し、それぞれ異なる経路から作用する
こ と が 推 察 さ れ た 。 このように、細胞死において- 230 -

高脂肪食性 dysbiosis に及ぼすグアーガム部分分解物摂取と運動の相補作用効果
川崎医療福祉大学 臨床栄養学科
青木 孝文【目的】高脂肪食餌誘導性肥満モデルマウスの腸内細菌叢の悪化（dysbiosis）に対するグアーガム部分分解物（Partially Hydrolyzed Guar Gum: PHGG）摂取と運動の相補作用効果について検討した。
【方法】4 週齢の C57BL/6J
雄マウス（n=48）を用い、通常食餌安静（CDC）群、高脂肪食餌安静（HFDC）群を設け、さらに HFD 条件には自発運動（HFDW）群、PHGG 摂取（GHFDC）群、自発運動と PHGG 摂取の併用（GHFDW）群を設け、計5 群とし飼育を行った。飼育期間は 10 週間とし、食餌摂取量、体重、新鮮便 pH、最大酸素摂取量の測定、耐糖能試験および腸内細菌叢の解析を実施した。
【結果および考察】10 週間の HFD 摂取に伴い、肥満が誘導され、糖代謝能の悪化、腸内環境の悪化が観察され、併用群においてその変化が軽減された。さらに、腸内細菌叢の結果において、併用群での劇的な構成変化、すなわち抗肥満に働く腸内細菌叢への変化が観察された。
【結論】高脂肪食餌性誘導性肥満モデルマウスの腸内環境悪化を PHGG 摂取と運動は相補的に改善し、肥満の抑制に関与する可能性が示唆された。
9)

【背景】

は、乳酸をSCFAsの1つであるプロピオン酸に代謝

近年、高脂肪食摂取などの食習慣や不活動を含めするVeillonellaを運動前にマウスへ投与すると、運動

た生活習慣の変化が腸内細菌叢の変化をもたらし、中に発生した乳酸を腸管においてプロピオン酸に代

肥満や糖尿病、がんなどの生活習慣病の発症、そし謝し、そのプロピオン酸を再利用することで、運動1)て重症化が誘導されると報告されている 。この変継続時間の延長が観察されたと報告した。
すなわち、化は、主にdysbiosisと呼ばれる腸内細菌叢の悪化（多運動による生体内の代謝変化が腸内細菌叢に影響し、2)様性の減少や有害菌の増加）によるとされている 。

SCFAs産生を変化させる可能性があるということでメカニズムに関しては不明な点も多いが、dysbiosisある。以上のように、食物繊維摂取あるいは運動単

状態の改善は、生活習慣病の治療や予防に寄与する独による腸内細菌叢、さらにはSCFAs産生変化を介ことが期待されている3)。このdysbiosisの改善策としした報告はあるものの、食物繊維摂取による腸内細て食物繊維摂取と運動がある。食物繊維には、体重菌叢の変化が運動習慣によって促進されるのかにつの増加抑制、大腸がんの発生抑制など健康に有益ないては明らかとなってはいない。
そこで本研究では、生理作用をもつことが多くの研究から明らかとなっ食餌誘導性肥満モデルマウスのdysbiosisに対するた4)。すなわち、食物繊維が腸内細菌により発酵を受

PHGG摂取と運動の相補作用効果について検討する

け産生される短鎖脂肪酸（Short chain fatty acids;ことを目的とした。

SCFAs）が関与している5)。食物繊維の中でも近年注【方法】

目されているのがグアーガムを酵素により低分子化

実験動物

した水溶性食物繊維であるPHGGである。特徴とし

4週齢のC57BL/6J雄マウス（n=48）を用い、まず通て、ほとんどが腸管内で発酵される高発酵性であり、常食（CD）と高脂肪食（HFD）の2条件に分けた。

他の食物繊維と比較しSCFAs産生量が多いため6, 7)、

両食餌条件共に、安静状態とするCD＋安静群（CDC）

消化管および腸内細菌叢を介した多くの効果が期待群（n=8）、HFD＋安静（HFDC）群（n=8）を設け、される。一方、運動に関しては腸内細菌叢を変化さ

HFD条件にはさらに、自発運動を負荷するHFDW群せる可能性が報告されているものの、一致した腸内（n=8）
、PHGGを摂取させるGHFDC群（n=12）、自発

細菌叢の変化は見られていない8)。近年、Scheimanら運動とPHGG摂取を組み合わせるGHFDW群（n=12）- 231 -

の合計5群とし飼育を行った。
飼育期間は10週間とし、された時点とした 10)。

食餌および水は自由摂取とした。なお、本研究は川

新鮮便pH崎医療福祉大学動物実験委員会の承認を得て実施し腸内環境の指標として、飼育6週目に新鮮便のpH

た（承認番号：18-010）。

測定を行った。新鮮便は、マウスの腹部あるいは臀

食餌部を優しくなで、排便を促し、1.5mlのサンプリング

CDにはエネルギー比10％の脂肪食（D12450Jpx1,

チューブへ直接回収した。得られた便は、2～3倍重Research Diets, New Brunswick, NJ）を、HFDにはエネ

量の超純水で希釈し、ペッセルを用い破砕した。希

ルギー比60%の脂肪食（D12492Gpx10, Research Diets,

釈液のpHを、キャリブレーションを行ったpHメー

New Brunswick, NJ）をそれぞれ用いた。PHGG摂取

ター（twin pH B-212, HORIBA, Ltd, Kyoto, Japan）

群には、HFDに5％重量のPHGG（Sunfiber®, Taiyo

にて測定した11)。

Kagaku Co., Ltd, Yokkaichi, Japan）を添加したGHFD

腸内細菌叢解析飼育 10 週目に糞便の回収を行い、得られた糞便食を供した。
自発運動

にて、次世代シーケンサーを用いて、16S-rRNA メ

自発運動群は、24時間アクセス可能な回転輪付き

タゲノミクス解析を行った。糞便から得られた 16S-

飼育ケージ（Natsume Seisakusho, Co., Ltd, Tokyo,

rRNA の配列は、Ribosomal Database Project（RDP

Japan)にて、自発運動を行わせた。

Release 11 Update 4 May 26, 2015） 12)にて、97％

耐糖能試験（Glucose tolerance test: GTT）．
GTT は、飼育 10 週目に、VO2max の測定から 2の相同性で OTUs （operational taxonomic units）

日以上空けて行った。血糖値の測定は、尾静脈を剃試料採取に分類し、解析を行った。
飼育終了後、イソフルラン麻酔下で、眼科静脈叢

刀でカットし得られた血液を採取し、血糖測定器（ACCU-CHEK®, Roche, Basel, Schweiz）にて行より採血を行った後、組織の採取を実施した。

った。
測定間隔は、グルコース投与前、投与後 15 分、

統計解析

30 分、60 分、120 分とした。グルコースの投与は、

統計解析は、SPSS Statistics 23.0（IBM, Armonk,

2g/kg 体重の量を 5 時間以上絶食させた状態のマウ

NY） を用いて行った。まず、HFD の影響を検討す

スに、イソフルラン麻酔下で腹腔より行った。得らるために CDC と HFDC に対して Student の t 検れた血糖値より、血糖曲線下面積（blood glucose

定を行った。次に、HFD 群に対し、2 元配置分散分

area under the curves; BGAUC）を算出し検討を行

析を、post-hoc 解析に Bonferroni 法を用いて行っった。

た。腸内細菌叢のデータに関しては、CDC と HFDC．
最大酸素摂取量（VO2max）．
VO2max は、飼育 10 週目にマウス用のトレッドに対して、Mann-Whitney の U 検定、HFD 群に対しては、Kruskal-Wallis 検定を行い、post-hoc 解析

ミルチャンバーを質量分析器装置（ARCO-2000,に Mann-Whitney のU 検定を用いた。
全ての値は、

ARCO SYSTEM, Inc., Chiba, Japan）に接続し、ブ平均±標準誤差で示し、統計学的有意水準は 5％未

レス・バイ・ブレス法にて測定した。全てのマウス満とした。

は、トレッドミルでの走行に慣れさせるために、測【結果】

定 5～7 日前に 15～20m/min で走行練習を行った。

1．肥満への影響

測定は、傾斜角度を 20 度とし、5m/min で 5 分間、

10 週間の HFD 摂取により、体重と脂肪蓄積の増10m/min で 5 分間の計 10 分間のウォーミングアッ

加、自発運動および PHGG 摂取により、脂肪蓄積のプの後、30 秒ごとに 1m/min ずつ速度を上げて行っ

抑制、さらに併用群では、最も抑制効果がみられ、た。測定終了は、5 秒間以上電気ショックを受けて．
も走れない、あるいは VO2 のレベリングオフが観察

各因子の肥満に対する影響が確認された（Fig. 1a, b）。

- 232 -

4．腸内環境への影響
腸内環境への影響では、飼育 6 週目の新鮮便 pH
において、HFD 性の増加が観察された（CDC vs.
HFDC, p<0.05, Fig. 3a）。この変化は自発運動およびPHGG 摂取によりそれぞれ改善し、併用群で最も低値を示した（Fig. 3a）。また、盲腸重量においても、
HFD 性の減少が観察された（CDC vs. HFDC, p<0.05,
Fig. 3b）。この変化は、PHGG 摂取により打ち消され、
Fig. 1 The effect of PHGG and wheel running activity on

運動の効果はみられなかったものの、併用群では最body mass and total body fat in both CD and HFD mice.

も高値を示した（Fig. 3b）。

Body mass (a) after 10 weeks. Total body fat (b) showed aspercentage of body mass after 10 weeks. *p<0.05, **p<0.012．糖代謝能への影響
一方、GTT の結果では、PHGG の効果は限定的であり、BGAUC は運動の効果のみ観察され（effect of
Exercise, p<0.01, Fig. 2 b）
、PHGG 摂取による糖代謝能の改善はみられなかった。

Fig. 3 The effect of PHGG and wheel running activity on
fecal pH and cecum mass in both CD and HFD mice.
Fecal pH (a) at 6 weeks, and cecum mass (b) showed aspercentage of body mass after 10 weeks. *p<0.05, **p<0.01

5．腸内細菌叢への影響
現在までで解析できている腸内細菌叢の結果は、
n 数は限られているものの、phylum のレベルにおいFig. 2 The effect of PHGG and wheel running activity onて劇的な構成変化が観察された（Fig. 4a）。菌の分類

blood glucose concentration and the corresponding

群でみると、PHGG 摂取と運動の併用群では、肥満

incremental blood glucose area under the curvesと正の相関のある Firmicutes の減少、負の相関のあ(BGAUC) during the GTT in both CD and HFD mice.

る Bacteroidetes の増加、およびその比である F/B 比Time dependent blood glucose level (a) after glucose loadの減少が観察された（Fig. 4b-d）。

(2mg/g body mass) into the abdominal cavity and BGAUC (b)【考察】

during GTT. *p<0.05, **p<0.01

本研究は、10 週間の HFD 摂取による腸内細菌叢．
3．筋重量および VO2max への影響の悪化、すなわち dysbiosys 状態が、PHGG 摂取およ

PHGG の効果は、腓腹筋、ヒラメ筋および心臓重び自発運動により改善され、肥満を抑制するという量において観察されず、自発運動負荷に伴う各臓器仮説を立て実施した。

へのトレーニング効果のみが観察された（effect of．
exercise, p<0.05）。VO2max では、併用群が最も高値群において過剰な体重増加と体脂肪の蓄積が観察さであり、運動の効果だけでなく、交互作用を持つ傾れ、肥満の誘導が確認できた。併せて糖代謝能の悪向が観察された（effect of Exercise and Interaction,

化、腸内環境の変化も観察された。この肥満は、

p<0.01 and p=0.060）。

PHGG 摂取および運動のいずれの刺激によっても改10 週間のHFD 摂取により、
CDC 群と比較しHFDC- 233 -

善されたが、特に運動による改善が顕著であった。

られ、有機酸が増加した可能性を支持するものといさらに併用を行うことで体脂肪の蓄積がより改善さえる。さらに併用群は、これらの変化が促進されてれた。しかしながら、糖代謝能への PHGG 摂取の効いる。少なくとも PHGG 摂取と運動を行う事で、相果は限定的であり、自発運動においてのみ、顕著な加的に腸内細菌叢および代謝産物に大きな影響を与改善効果が観察された。食物繊維が糖代謝能に影響えていることが推察される。実際に、現在までに解13)。粘性の高い食物繊維

析が終了している腸内細菌叢の結果では、併用群には、小腸における糖類の吸収を抑制し、急激な血糖おいて、劇的な構成変化が観察された。
この変化は、上昇を抑制することで効果が発揮される。
PHGG は、肥満との関連が報告されている腸内細菌叢 14)とは逆粘性のあるグアーガムを酵素により、低分子化、低の、
すなわち抗肥満様の変化であった。
したがって、粘度化し、発酵性が高められている。そのため、高腸内細菌叢に及ぼす PHGG 摂取と運動の相補作用

脂肪食餌性の糖代謝の悪化を改善するまでには至ら効果の可能性が示唆された。さらに、PHGG が腸内なかったと考えられる。したがって、高脂肪食餌性細菌に資化されることによる直接的な影響と、宿主の肥満および糖代謝能の悪化を改善するためには、の反応を介して腸内細菌に作用する運動の間接的な

PHGG 摂取のみでは効果が乏しく、運動を組み合わ

影響の組み合わせが、劇的な影響をもたらす新たなせる必要がある事が示唆された。

発見の可能性を示唆するものと考えられた。
今後は、を及ぼす因子に粘性がある

一方、新鮮便 pH の上昇と盲腸重量の減少がみら

HFD 性の dysbiosis、および有機酸の変化に対するれた、腸内環境の HFD 性変化は、特に PHGG 摂取

PHGG と運動の影響について解析を行う予定である。

により打ち消され、運動との併用群において最も顕る難消化性物質の発酵とそれに伴う SCFAs 産生の10 週間の運動トレーニングの効果は、筋重量およ．
び VO2max の増加において確認された。PHGG 摂取．
の影響は、安静群でみられなかったものの、VO2max

影響を受けると考えられる。pH の低下は、有害菌のにおいて、運動との併用群で最も高い値を示してい

増殖抑制、ペプチド分解の抑制に伴う有害物質の産た。SCFAs が及ぼす運動能力への影響では、腸内細生抑制、有用菌の増殖促進を引き起こし、宿主に対菌叢由来の酢酸、あるいは運動前のプロピオン酸産し多くの有益な効果をもたらすと考えられている

生菌の摂取による運動継続時間の増加が報告されて

4,5)。PHGG 摂取群における pH の減少は、PHGG のいる 9, 15)。これは、酢酸やプロピオン酸が運動中の発酵に伴い、有機酸産生が増加していることを示唆

エネルギーの基質になること、あるいはプロピオン

する結果である。さらに、盲腸重量の増加も、内容酸が刺激となり心拍数と酸素消費を増加させること

物の発酵が促進していることを示唆するものと考えが関係すると示唆されている。以上の様に、SCFAs

著な効果が観察された。腸内 pH は、腸内細菌によFig. 4 The effect of PHGG and wheel running activity on gut microbiota at phylum and genus level in both CD and HFD-fed mice.
Relative abundance at phylum level (a), Firmicutes (b), Bacteroidetes (c) and F/B ratio (Firmicutes and Bacteroidetes ratio) (d) after 10
weeks. The number of samples in each group was CDC=4, HFDC=4, GHFDC=8 and GHFDW=7, respectively. *p<0.05, **p<0.01- 234 -

fatty acid production by human faecal Microflora.

の運動能力に対する好影響が報告されているものの、．
本研究においてみられた VO2max の増加に対し、因果関係を示すデータは現在のところ得られていない。

Anaerobe. 2000, 6: 87-92.
7)Pylkas AM, Juneja LR, et al., Comparison of

少なくとも、併用を行う事で筋重量には変化が観ら

different fibers for in vitro production of short chain

れず、筋機能にのみ一部好影響をもたらす可能性が

fatty acids by intestinal microflora. J Med Food. 2005,推察される。今後さらなる検討が必要である。

8: 113-116.
8)

【結論】

Karl JP, Hatch AM, et al., Effects of psychological,
environmental and physical stressors on the gut

以上より、高脂肪食餌誘導性肥満モデルマウスのmicrobiota. Front Microbiol. 2018, 9: 2013.

腸内環境悪化を PHGG 摂取と運動は相補的に改善
9)し、肥満を抑制する可能性が示唆された。

Scheiman J, Luber JM, et al., Meta-omics analysis ofelite athletes identifies a performance-enhancing【謝辞】

microbe that functions via lactate metabolism. Nat

本研究にご協力いただいた、川崎医療福祉大学

Med. 2019, 25: 1104-1109.

矢野博已教授、小栁えり講師、小引菜々子研究生、
川崎医療福祉大学大学院 渡邉知央氏、
三浦鈴夏氏、

10) Ishihara K & Taniguchi H, Fat max as an index of
aerobic exercise performance in mice during uphill

横川由佳氏に深謝する。

running. PLoS One. 2018, 13: e0193470.

本研究は、令和元年度公益財団法人ウエスコ学術

11) Ji-Lin D, Ying-ying Z, et al., Effect of oat soluble and振興財団、ならびに平成 30 年度川崎医療福祉大学
医療福祉研究助成を受けて実施された。

insoluble β-glucan on lipid metabolism and intestinal【利益相反開示】

Lactobacillus in high-fat diet-induced obese mice. J
Food Nutr Res. 2014, 2: 510-516.

本研究に関して、利益相反関係にある企業等はな

12) Cole JR, Wang Q, et al., Ribosomal database project:い。
【参考文献】

data and tools for high throughput rRNA analysis.

1)

Nucleic Acids Res. 2014, 42: D633-D642.

2)

Cerda B, Perez M, et al., Gut microbiota
modification: another piece in the puzzle of the13) McRorie J W & McKeown NM, Understanding thebenefits of physical exercise in health? Front Physiol.

physics of functional fibers in the gastrointestinal

2016, 7: 51.

tract: an evidence-based approach to resolving

Weiss GA & Hennet T, Mechanisms andenduring misconceptions about insoluble and solubleconsequences of intestinal dysbiosis. Cell Mol Lifefiber. J Acad Nutr Diet. 2017, 117: 251-264.

Sci. 2017, 74: 2959-2977.
3)14) Cornejo-Pareja

5)

et

al.,

Importance of gut microbiota in obesity. Eur J Clin

microbiota composition? a changing Ecosystem

Nutr. 2019, 72: 26-37.
15) Okamoto T, Morino K, Microbiome potentiates

Microorganisms. 2019, 7: E14.

endurance exercise through intestinal acetate

Slavin J, Fiber and prebiotics: mechanisms and healthproduction. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2019,benefits. Nutrients. 2013, 5:1417-1435.

316: E956–E966.

Markowiak P & Slizewska K, Effects of probiotics,
prebiotics, and synbiotics on human health. Nutrients.
2017, 9: E1021.

6)

Muñoz-Garach A,

Rinninella E, Raoul P, et al., What is the healthy gut
across age, environment, diet, and diseases.

4)

I,

Velazquez M, Davies C, et al., Effect ofoligosaccharides and fiber substitutes on short-chain- 235 -

老化による筋力低下に対するステロイド類の影響の行動学的解析
川崎医療短期大学
平口

医療介護福祉科
鉄太郎

近年，アンチエイジングなどの名目でステロイドを含むサプリメントが一般的にみられるようになった．代謝向上させる 7-oxoprasteron も含めその効果や副作用は不明な点も多い．成長後の老化現象
は，ヒトだけではなく昆虫においても筋組織の白色化や，威嚇や逃避といった行動の発現頻度が低下する形で観察される．しかし，本研究の実験からコオロギでは，7-oxoprasteron の経口投与により僅かに増加する傾向がみられた．さらに，生存期間は延長した。このことは，昆虫においてもステロイドが老化個体の代謝の活性化に役立つことを示唆する。

１．緒言ンに変化しないため、代謝促進の目的で栄養補助食品

高齢化が急速に進行する我が国において老化と健康の成分の一つとして活用されている。

寿命に関する問題は，医療・福祉の分野において喫緊の課題である．このようなことから近年，虚弱の状態

昆虫の成長段階でも、ホルモンが作用し体の成長や（フレイル）の予防が提唱されている。高齢者であっ脱皮や蛹化が起こることが分かっている。そのうち脱ても，筋力が維持されている場合，活動性は維持され皮を促進するエクダイソン(Ecdysone)は、ステロイド

生活の質の向上が期待できる。しかし，筋力の衰えなホルモンである。
フタホシコオロギを含むコオロギ類はエコロケー

どの基礎的研究はいまだ数少ないのが現状である．
虚弱状態になる理由に一つにメタボリックシンドロ

ションの研究に多用されている生物であり，振動感覚ームが挙げられている。加齢による代謝の低下と体重器の研究は以前より多数存在する（Cricket Behaviorの増加による運動能力の低下が虚弱を引き起こす一因

andと考えられている。虚弱の手前の前虚弱（プレフレイ

Univ.Press,1989）．コオロギは、約８週間で成長したル）の段階においてこれを阻止することが可能になれ

のち成虫脱皮後，約３週間で身体の機能が低下する。

ば，自立した生活を維持できる。自立した生活に必要

この過程でヒトと同様に次第に筋力は低下し、跳躍のなのは高齢になったのちの筋力の維持であり、運動で頻度は減少する。また，雄の雌に対する求愛は減少すあると考えられている。

る。

Neurobiology,

Huber

et ． al ， Cornell

近年，運動力の維持と向上が名目の様々な栄養補助しかし近年，直翅目昆虫でエクジソン等のステロイド食品が出てきている。その多くにはアミノ酸が主体とホルモンとの関連性を問うた論文はほとんどない．
研究代表者は，これまで成熟個体における行動解発なり，若齢者の筋力維持を目的としている。一方肪燃

の要因を追及してきた．この追求の過程で，加齢など焼と代謝向上を促進する成分の一つとしてステロイドの時間的要因が深く関与している行動の存在することの一種である 7-oxoprasteron(以後 7-keto)を含有すを観察してきた．その上で，これまで得られた知見をるものがある。これは，プレホルモンの一種である

もとに老化過程における体の変化を行動学的手段によ

Dehydroepiandrosterone の代謝産物である．性ホルモって解析できるものと考えた．

- 236 -

２．材料と方法察され，雌では産卵行動が維持されていた．産卵され実 験 動 物 に は ， フ タ ホ シ コ オ ロ ギ （ Gryllus

た卵は 7 日後に孵化した．

bimaculatus）を用いた．飼育には人工飼料と水を与え，環境の明暗サイクルは，L：D＝12:12 とした．8 週間の100

飼育後，成虫化後の個体を収集し集団飼育を行った．

80

成虫化後 21 日経た個体に 7-keto acetate を米粉に混

⽣存率

60

入したものを人工飼料に加え，経口投与した．
7-keto acetate 投与個体を用いて，機械刺激に対する40

逃避行動をデジタルカメラ（OLYMPUS TG4）により

20

高速撮影記録し歩容解析した． 7-keto acetate 投与
0

個体群と対照群を継続飼育し、経口投与後 2 日目から

0

5

10

の生存率を調査した。筋力は，前肢の脚力を電子天秤
7ketoで計測して算出した．

control

図 3：7-keto 投与群と米粉投与（対照）群の生存率

図４に 21 日令個体の歩容の一例を示す．機械刺激に対する逃避，または回避行動では，肢が動きにくく若齢個体のような対側の前・中・後肢が同期運動するトラ
イポッド歩行パターンが明瞭に観察されなかった．つまり，左右の肢のタイミン 0.2－0.3 秒と短く，接地時
図１：7-keto acetate

間が伸びている．

３．結果
成虫化直後の個体と 21 日経過後の個体では胸部の筋肉で顕著な差異がみられた（図２）。成虫化直後では，筋は太く収縮力は強かったが，21 日後には筋は細くなり白色化していた。この状態になると，胸部の筋肉も強縮させられないので，雄は前翅を強くこすり合わせることができず，雌に対して求愛行動ができなくなる．

図 4：21 日令の歩容 R:右 L：左 F：前肢 M:中肢
H:後肢 黒：接地時間を示す．

運動力の基本となる脚力と体重の値を表 1 に示す．
成虫化後 21 日経過した時点で体重には顕著な差異はない．しかし脚力では，成虫化直後で 0.0015 N, 21 日
後には 0.00058 N と約 2.7 倍の差が現れた．

図２：左）若齢成虫，右）老齢成虫の胸部筋肉

加齢に伴い筋が細くなり，白化している．
また，生存率を調べると，7-keto を経口投与した個体群（N=20）では 28 日経過時点で 33.3％の個体が生

表１：成虫化後の日齢と体重，前肢の脚力を示す

存したが対照群では，0％であった（図 3）．雄では求愛行動が観- 237 -

４．考察

7-oxoprasterone を経口投与すると活発に活動し，オ生物の寿命には長短がある．寿命が 180 日ほどのコオ

ス は メ ス に求 愛 し 雌 は孵 化 可 能 な卵 を 産 み 続け る

ロギと約 100 年生存可能なヒトを端的に比較すること（data not shown）ことから身体機能の劣化を妨げては困難である．今回の研究では老化は，ヒトだけではいると考えられた．このことは，図 3 に示した 7-keto

なく寿命の短いコオロギでも起こりうることを調べて投与群と対照群の生存率からも明らかである．本来，きた．

全個体が死滅している成虫化後 28 日目の時点で 1/4 の個体が生存していたことは，7-keto がコオロギのよう歩行や飛翔といったコオロギ特有の運動パターンをな短命な生物に対する効果を示すものである．

惹起するに不可欠な胸部の筋は，21 日間で顕著に衰退

今後，7-keto の運動量に対する影響を調査する必要していることが解剖の結果から明らかである．このことは，表１に示した体重の数値と矛盾するように見えがある．

るが，コオロギの体内では成虫化後に日齢とともに精参考文献

巣，卵巣が発達し，代わりに筋肉は収縮していくため
1. Hiraguchi T, Yamaguchi T and Takahata M:
Mechanoreceptors involved in the hindwingevoked escape behaviour in cricket, Gryllus
bimaculatus． Journal of Experimental Biology
206: pp523-534 (2003)

全体重への影響は比較的小さいと考えられる．以前に
著者は若齢成虫で逃避行動について解析しているが，刺激直後に反応が現れ跳躍によって逃避した（１）．しかし，本研究で用いた成虫化後 21 日の個体では筋肉は衰

後肢の脚力は歩容から読み取れるが接地時間が長いこ

2. Hiraguchi T and Yamagauchi T: Escape behavior
in response to mechanical stimulation ofhindwing in cricket,Gryllus bimaculatus,
Journal of Insect Physiology 46: pp1331-1340(2000)
謝辞とから推進力としては大きな役割は果たしていない．

本研究を遂行するにあたり助成を賜りましたウエスコ

このような個体にヒトでは代謝活性を高めるとされる

学術振興財団に深くお礼申し上げます．

退しているため前肢の脚力は著しく低下しており，これが歩行の際に体を持ち上げたり，体を前方に移動させる推進力の低下を引き起こすと考えられる．また，- 238 -

気候変動と土砂災害対策法制の課題〜広島地域を事例として
山陽学園大学地域マネジメント学部
准教授 澤俊晴（概要）地球温暖化による降雨の極端化等により、土砂災害の発生増加が政府のドクトリンでは懸念されている。その内容の適否はともかく、行政学の知見によれば、ドクトリンの内容が法制度に転化すると想定されている。そのため、本稿では、まず、地球温暖化と土砂災害対策に係るドクトリンを整理する。その上で、現行の土砂災害対策法制、とりわけ最も歴史の古い砂防法に着目して、その機能を分析し、暴露度の低減などに失敗している可能性があることを明らかにする準備作業を行う。
る答申や報告書、つまりドクトリン（政策原則）を

１ はじめに介して（変換あるいは翻訳されて）、政策（法制度）1973 年、日本気象協会が発行する雑誌「気象」に、が立案されると想定する。

気象庁の「近年の世界の天候について」という小論が載った。そこでは、「1940 年代ごろからは顕著な

土砂災害対策に話を戻すと、土砂の移動現象や土寒冷化の傾向が現われている。
この寒冷化の傾向は、

砂災害の発生原因、降雨との関係、土砂災害の発生

平均的にみると、現在もつづいており、その傾向がと気候的要因、土壌的要因、地形的要因、人為的要とどまったことを示す資料は、いまのところ得られ因との関係や、土砂災害の発生予測といった土木工ていない」と述べていた。1970 年代には、温暖な時学などでの研究が、そのまま政策に採用されるので期は 1940 年代に終わり、現在は間氷期の半ばを過はない。それらの研究を基にしつつ、政府に設置さぎたところで、これから氷期に向かう、つまり、寒れた御用学者などで構成される審議会が、外部（政冷化が進行するとの考えが強かった。ところがそれ

治家や省庁）からの影響を受けつつ作成する答申やから 50 年近くが経過した現代では、寒冷化ではな

報告書が、法制度の設計に反映されると考える。そく温暖化が問題視されている。温暖化か寒冷化かにのため、
土砂災害対策法制を研究するに当たっては、

ついて判断する能力を筆者は有しないが、現時点で審議会などの答申や報告書を広くサーベイする必要は、温暖化派が大勢を占めているようである。

がある。
最初に地球温暖化対策に係るドクトリン（政策原則）を確認する。

本研究は、地球温暖化そのものを検討するもので２ 地球温暖化対策ドクトリン

はなく、地球温暖化に対応した土砂災害対策に係るドクトリン（政策原則）の内容とそれが政策（法制地球温暖化と近い言葉に気候変動がある。地球温度）にどのように転化されるのかという点に着目し、暖化対策の推進に関する法律（平成 10 年法律第 117

議論をしていくための事前準備を行うものである。

号。以下「温暖化対策法」という。
）では「人の活動

なお、ここでいうドクトリン（政策原則）とは、に伴って発生する温室効果ガスが大気中の温室効果「「政策」の背後にある、いわばもっともらしい「理ガスの濃度を増加させることにより、地球全体とし論」」のことであり（牧原出『行政改革と調整のシスて、地表、大気及び海水の温度が追加的に上昇するテム』東京大学出版会 2009 年 19 頁・20 頁）、学術現象」（2 条 1 項）が「地球温暖化」とされ、気候変論文に代表される「理論」とは似て非なるものであ

動適応法（平成 30 年法律第 50 号）1 条は、地球温る。

暖化を含む気候の変動を「気候変動」と定義付けており、法律上、地球温暖化は気候変動に包含されて学術論文などで科学的知見や公共的課題が明らかいる。

にされると、それが直ちに政策つまり法制度に転化

地球温暖化は、経済活動、生態系、自然災害、水されると考えるのではなく、政府の審議会などによ- 239 -

資源、健康、国民生活など様々な分野に影響を及ぼ

次に、環境省・文部科学省・農林水産省・気象庁

すことが予想されているが、以下では、自然災害のが共同で 2018 年 2 月に公表した『気候変動の観測・

うち土砂災害、更にその中でも、降雨によるものに予測及び影響評価統合レポート 2018〜日本の気候限定して検討していく。

変動とその影響～』（以下「統合レポート」という。
）

なお、ドクトリン（政策原則）として政府が公表を取り上げる。この統合レポートが、現時点での日する報告書等には様々なものがあるが、本報告では、本政府のドクトリンを集大成したものと言ってよい。
統合レポートによれば、「日本の年平均気温も世界

紙幅の関係から主に直近のものを取り上げる。
まず、
地球温暖化に関するドクトリン（政策原則）の年平均気温と同様、変動を繰り返しながら上昇しとして、現在最も影響力があるのは IPCC（気候変動ており、長期的には 100 年あたり 1.19°C の割合でに関する政府間パネル）の報告書である。IPCC の上昇している（信頼度水準 99%で統計的に有意）」、2014 年の第 5 次評価報告書では、「気候システムの「1980 年代後半から急速に気温が上昇した。顕著な温暖化には疑う余地がなく、また 1950 年代以降、観高温を記録した年は、概ね 1990 年代以降に集中し測された変化の多くは数十年から数千年間にわたりている。これは世界の平均気温と同様に、温室効果

前例のないものである。大気と海洋は温暖化し、雪ガスの増加に伴う地球温暖化の影響に、数年〜数十氷の量は減少し、海面水位は上昇している」とされ、年程度で繰り返される自然変動が重なって現れてい複数の将来予測のうち、2100 年における温室効果ガるためと考えられる」とされている。また、IPCC の

ス排出量の最大排出量に相当するシナリオである「RCP8.5 シナリオを用いた予測では、日本の 21 世

RCP8.5 シナリオ
（1986〜2005 年に比べて平均 3.7 度

紀末における 1 時間降水量 30mm 以上の短時間強雨の気温上昇）によれば、「多くの中緯度の湿潤地域で（バケツをひっくり返したように降る雨）及び 1 時

は年平均降水量が増加する可能性が高」く、「中緯度

間降水量 50mm 以上の短時間強雨（滝のように降るの陸域の大部分と湿潤な熱帯域において、極端な降雨）の発生回数は、全ての地域及び季節で有意に増

水がより強く、より頻繁となる可能性が非常に高い」

加すると予測されている」とし、大雨については、とされている（『気候変動 2014 統合報告書政策決定「4 つの RCP シナリオを用いた予測では、日本の 21

者向け要約』翻訳文部科学省・経済産業省・気象庁・

世紀末における大雨による降水量は全国的に増加し、

環境省）。

RCP2.6 シナリオで約 10%、RCP8.5 シナリオでは約

また、2019 年の特別報告書では、「沿岸域のコミ25%増加する可能性があると予測されている」
として

ュニティは、熱帯低気圧、極端な海面水位の上昇及いる。土砂災害については、「総降雨量の大きい豪雨

び洪水、海洋熱波、海氷の消失及び永久凍土の融解や数時間続く高降雨強度の豪雨の発生頻度に増加傾を含む、複数の気候に関連するハザードに曝露され向が見られ、このような豪雨による土砂災害の激甚ている（確信度が高い）。
」とされている（「変化する化が予想され」、「今後、総降雨量の大きな降雨頻度

気候下での海洋・雪氷圏に関する IPCC 特別報告書の増大により深層崩壊が増える」、「広範囲に同時多政策決定者向け要約の概要」
環境省仮訳
（速報版）
）
。

発する表層崩壊・土石流の発生頻度の増加も予想される」とされている。

このように、IPCC によれば、地球温暖化は疑いな
く速度を上げて進行しており、それにより中緯度のつまり、豪雨の発生頻度の増加により、表層崩壊

湿潤地域（日本の大部分がこの地域に含まれる。
）でや土石流の発生が増加するとともに、深層崩壊が増は、年平均降水量が増大し、かつ、極端化すると考加すると予想されている。

えられている。つまり、これまで経験したことのな以上のことから、現在の政府ドクトリンは、地球

いような集中豪雨などの異常気象が増大し、そのこ温暖化が進むことを認めた上で、土砂災害の主な「誘とが、今後、土砂災害の主な「誘因」である「降雨」

因」となる降雨について、今後も気温上昇が続くこに大きな変化を生じさせることを意味している。

とにより、豪雨の頻発化・激甚化が進むと想定して- 240 -

いるのかということである。

いることになる。

気候変動適応計画（平成 30 年 11 月 27 日閣議決

３ 地球温暖化対策の法制度
現在、
地球温暖化に対する主な法制度は二つある。

定）では、「土砂災害に関する適応の基本的な施策」

一つは緩和策を中心とした温暖化対策法であり、もとして３頁にわたって記述されているが、分量的にう一つは適応策を謳う気候変動適応法である。

は他の分野に比べて手薄である。しかも、その内容
は、基本的にこれまでの取組の延長線上であり、さ温暖化対策法の目的は、温室効果ガスの排出抑制

ほど見るべきものはない。

にある。具体的には、国が定める地球温暖化対策計
画と、それに即した地方公共団体実行計画の策定、次に、気候変動適応法では地方公共団体に対して更に一定事項について事業者に報告義務を課し、そも地域気候変動適応計画の策定を求めているが、努れを公開することで、温室効果ガスを相当程度多く力義務とされていることから、中国地方では、広島排出する特定排出者に対する排出抑制へのインセン市と下関市の策定にとどまっている（2019 年末時

ティブ効果を狙っている。なお、報告義務違反に対点）。このうち、広島市の計画は、既存の温暖化対策

しては、罰則も設けられている。

法に基づく計画を気候変動適応法に基づく計画とし

温暖化対策法は、平成 10 年の制定以来、何度か改て位置付け直したものとなっており、
計画名称も
「広

正が行われている。もともとは平成 4 年にリオ・デ・

島市地球温暖化対策実行計画」とされている。そのジャネイロで開催された地球サミットで採択された中で、土砂災害に対する適応策ついては、「本市では、

気候変動に関する国際連合枠組条約を受けて制定さ都市化や高度経済成長による急激な人口増加と宅地れたものであるが、平成 9 年に採択され平成 17 年

需要の高まりに伴って、デルタ部郊外の丘陵部を中に発効した京都議定書の国内担保法として位置付け

心に、かつて山林等であった場所に戸建て住宅が立るための改正が行われ、更に平成 28 年に発効した

ち並ぶ住宅団地が数多く開発されてきました。短時

パリ協定に対応した改正も行われている。

間強雨の増加によって、こうした住宅団地における、土砂災害による被害のリスクが高まっています」と次に、気候変動適応法は、気候変動の影響によるの認識が示されている。

被害を防止・軽減する適応策を法的に位置付けるものとして定められており、実際、この法律の意義はしかし、具体的な対策は、従来の「急傾斜地崩壊

それに尽きる。具体的な内容は、これまで閣議決定

防止対策」、「土砂災害防止対策」という言葉を掲げで定められていた気候変動適応に関する計画の法定るにとどまっている。

化と、気候変動影響や気候変動適応に関する情報の４ 広島県の土砂災害提供などであり、規制的な規定はなく、強制力もな

広島県では、平成 30 年 7 月豪雨により県内で土い理念的な法律に過ぎない。さらに、気候変動適応

石流・崖崩れが 1,242 箇所発生し、犠牲者 126 名、

法は、温暖化対策法と異なり、パリ協定の国内担保行方不明者 5 名、負傷者 146 名の甚大な人的被害を法とも位置付けられていない。

出した。その４年前の平成 26 年 8 月豪雨でも、広島

温暖化対策法も気候変動適応法も、基本となる枠

市内の各所で土石流・崖崩れが発生し、犠牲者 77 名、組みは政府及び地方公共団体による計画策定と各種負傷者 68 名の人的被害を出している。さらに、平成施策の推進であるが、温暖化対策法ではその実効性

11 年 6 月豪雨では、土石流等災害が 139 箇所、崖崩確保が図られているが、気候変動適応法にはそれがれ災害が 186 箇所発生し、死者 31 名、行方不明者 1ない。

名の人的被害が出ている（広島県ホームページ「土砂災害ポータルひろしま・過去の主な土砂災害」令

しかし、土砂災害との関係では、適応策を規定し

和元年 11 月 15 日閲覧）。

ている気候変動適応法が重要となる。具体的には、同法に基づいて策定された政府の気候変動適応計画

また、これらの豪雨による被災地は、かなり近接が、土砂災害に対する適応策として何を取り上げてしている。例えば、平成 26 年 8 月豪雨で土石流や崖- 241 -

崩れが発生した広島市安佐北区可部東と広島市安佐策を優先するのか、それぞれの対策にどのようなも

南区八木とは、直線距離で 5 ㎞程度しか離れていなのがあり、その費用対効果はどうか、といったことい。しかし、斜面の向きは安佐北区可部東が北西でを検討していく必要がある。
最後に重要なのが、「暴露度」である。
「暴露」とあるのに対し、安佐南区八木は南東となっている。

は、土石流や崖崩れによって被害を受ける可能性のある場所に、人が住み公共施設などが存在しているということであり、大まかにいえば、人口密集地は暴露度が大で、過疎地は小となる。そのため、被災の可能性がある土地での暴露度をいかに小さくするかが今後問われる政策課題となる。
６ 土砂災害対策ドクトリン
土砂災害対策に関連したドクトリン（政策原則）

平成 26 年 8 月豪雨被災地（広島市安佐北区可部東二丁目）2019 年 10 月 4 日撮影についても、紙幅の関係から主に近年のものを取り上げる。
『日本における気候変動による影響に関する評価報告書』（平成 27 年 3 月中央環境審議会・気候
変動影響評価等小委員会）によれば、「土砂災害の増加については概ね一致した見解が示されている」とした上で、次のような「変化が予測される」としている。
①観測史上最大となるような極めて激しい強度の平成 26 年 8 月豪雨被災地（広島市安佐南区八木三丁目）
2019 年 10 月 13 日撮影

降雨が増えることで、集中的な崩壊、崖崩れ、土石５ 土砂災害対策

流等が頻発し、山地や斜面周辺地域の社会生活に与土砂災害を考えるに当たっては、素因・誘因・ハえる影響が増大する、②同時多発の土石流等が発生

ザード・脆弱性・暴露度に整理することが有用であすることなどで、土砂移動現象の規模が計画を上回る。素因とは、その場所が有している潜在的な土石り、砂防施設等のハード対策の効果が相対的に低下

流や崖崩れの発生のしやすさであり、誘因とは、外し、被害範囲が拡大する、③強雨の降り始めから短力として素因に働き、土石流や崖崩れを発生させる

時間で災害が発生することで、警戒避難のためのリ力（降雨など）である。ハザードとは、物理現象とードタイムが十分確保できず、ソフト対策の効果がしての土石流や崖崩れの発生そのものであり、脆弱

相対的に低下し、人的被害が増大する、④累積雨量

性とは、ハザードに対する社会の抵抗力で、例えば砂防ダムや流路工が整備されていれば脆弱性が低く、そうでなければ脆弱性が高いということになる。

の大きな降雨が増えることで、深層崩壊等の大規模現象が増加し、直接的及び間接的(天然ダムの形成などによる)影響が長期化する、⑤現象が大規模化する

そして、土石流や崖崩れといったハザードの発生ことなどで、これまで把握されている土砂災害危険と、それに対する抵抗力の低さ（脆弱性の高さ）に箇所等以外での発生も含め、被害が拡大する、など

よって生じるのが、生命、身体又は財産の侵害、建である。

築物の損壊、経済活動の中断などの経済的損失の発つまり、素因に変化はないが、誘因が大きく変化

生＝「災害」ということになる。つまり、土石流が（豪雨や猛烈な台風の増加）することで、ハザード

山奥の誰もいないところで発生しても「災害」にはが増大（頻発・大規模化・深層崩壊の増加）し、そならないが、都市近郊などで発生して人命や建築物れにもかかわらず、脆弱性も暴露度も現状のままでなどに被害が生じた場合は「災害」となる。防災対

あれば、被害が大きくなると予想されている。

策としては、「ハザード」と「脆弱性」のいずれの対- 242 -

また、大規模広域豪雨を踏まえた水災害対策のあ路工による「脆弱性」の低減）に主眼を置いているり方について、平成 30 年 8 月 30 日付けで国土交通のに対して、土砂災害防止法は、被害が発生する地

省が社会資本整備審議会長に諮問しているが、その域に対する警戒避難体制の構築や建築物の構造規制、

答申では、「気候変動等による豪雨の増加傾向は顕在

開発行為の規制、住家の移転など「脆弱性」だけで化しており、平成 30 年 7 月豪雨においても「地球温なく「暴露度」にも着目した対策を講じるものとな

暖化に伴う水蒸気量の増加」が寄与したとされていっている。

る。今後、ますます影響が増大することが予測されつまり、土砂災害防止法の制定までは、砂防ダムており、豪雨の頻発化・激甚化が懸念される」とのなどによる「ハザード」を抑制する対策と、流路工認識の下、緊急的に実施すべき対策として、「土砂災などによる「脆弱性」をカバーする対策が採用され

害警戒区域の早期指定」、「減災のためのハード対策てきたのに対し、土砂災害防止法では、被害が発生の実施」といった取組が掲げられている。また、そする地域に対する警戒避難体制の構築や建築物の構のほかに「気候変動等による豪雨の増加や広域災害

造規制、開発行為の規制など「脆弱性」に対する対に対応する取組」の一環として、「災害リスクの現地策が強化されている。

表示」や「災害リスクへの配慮の推進」として、土

なお、
これらの法制度では、一定の土地を指定し、砂災害リスク情報を現地に表示する取組や、防災部

その指定地内での有害行為を規制するといった仕組

局と都市部局の連携強化、住宅等を購入・改築するみが取られているが、それらの権限者を整理すると際の土地の災害リスクの把握や、災害リスクを軽減・

次のようになっており、この権限者の不統一の及ぼ回避する努力を促すための不動産関連業界や保険業す影響については、今後検討を進めていく。
指定

界等との連携強化が掲げられている。
このように、政府のドクトリンでは、気候変動等

大臣
○
○

知事

ソフト対策・ハード対策のほかに、そもそも危険な

砂防法
地すべり法
急傾斜地法
土砂災害防止法

土地に住まない、住ませない方向への取組の頭出し

８ 広島・岡山地域の人口移動による豪雨の頻発化・激甚化を前提として、従来の○○管理（許可等）
大臣
知事
○
○
○
○

がなされている。
ただし、その頭出しは、「連携強化」

広島県及び岡山県では、高度成長期に急激に中山という表現に示されているように、かなり抑制的で間地から沿岸部へ人口が移動している。中山間地とある。

沿岸部の面積比は、
前者が 56.2％（面積 8758.70 ㎢）、

７ 土砂災害対策の法制度

後者が 43.8％（6828.22 ㎢）である。国勢調査人口

土砂災害対策を目的とした法律には、主なものとの推移を示すと、次のようになる。

る法律（昭和 44 年法律第 57 号。以下「急傾斜地法」

S35
S50
H2
H17
H27
870,105 675,431 646,325 580,807 515,201
中山間地
22.6%
15.1%
13.5%
12.0%
10.8%
2,982,752 3,785,1984,129,3994,253,0994,250,314
沿岸部
77.4%
84.9%
86.5%
88.0%
89.2%

という。
）
、土砂災害警戒区域等における土砂災害防沿岸部人口は、高度経済成長期の昭和 35 年から止対策の推進に関する法律（平成12年法律第57号。

平成 27 年にかけて、約 298 万人から約 425 万人へ

以下「土砂災害防止法」という。
）がある。このうち、と 120 万人以上増加し、その人口増加圧力により、砂防法、地すべり法、急傾斜地法が「素因」（災害発

宅地開発等が進んでいる。

生の原因となる土地）に着目して、防災工事や指定

９ 砂防指定地の指定

して、砂防法（明治 30 年法律第 29 号）、地すべり等防止法（昭和 33 年法律第 30 号。以下「地すべり法」という。
）「、急傾斜地の崩壊による災害の防止に関すした区域での行為規制を行うことにより「ハザード」

土砂災害対策に係る法律のうち、ここでは紙幅のの発生を防ぐとともに「脆弱性」をカバーする対策

関係から砂防法を取り上げる。高度成長期以降、広（例えば、砂防ダムによる「ハザード」の抑制と流

島県・岡山県では中山間地から沿岸部への大規模な- 243 -

人口移動と人口増加が生じ、それにより沿岸部では流域（以下「渓流等」という。
）にいちじるしい被害

宅地開発が促進された。例えば、広島市には、平成を及ぼす区域」（国土交通省「砂防指定地指定要綱」

25 年 3 月 31 日時点で開発が完了している住宅団地

第 2）と解するならば、砂防指定地における住宅団

が 169 団地あり、そのうち 124 団地（73.4％）は昭

地開発は、よほどの安全が確保されない限り、認め和 59 年以前に開発されている（広島市住宅団地活られないと考えられる。

性化研究会第１回研究会平成 25 年 5 月 29 日資料）。

ところが、この地区では、住宅団地開発が終わっ

広島市の最北にある安佐北区可部地域は、もともて 7 年を経過した昭和 59 年 3 月 30 日になって、建と安佐郡可部町であり、平成 47 年に広島市に編入

設省告示第 797 号により、住宅団地造成地の上流域合併された地域である。太田川とその支流の根谷川

で砂防指定地の追加指定が行われている。前述したが合流し、国道 54 号線（かつての可部街道）と国道

砂防指定地の指定の意図を踏まえると、この追加指191 号線が分岐し、JR 可部線という都市近郊路線も定の意味するところについても検討する必要がある。

あり、更に広島市西区の横川と可部との間では日本

実際、近年、減災まちづくりなどの取組では、こうで初めて国産乗合バスが運行されるなど交通の要衝

いった指定地が重要な意味を持っている。

であり、広島市北部の中心地である。
砂防指定地 上原川

地形的には、島根県や広島県北部の中山間地から高低差が約 80m ある上根峠を下ってすぐが可部地域となる。このため、高度成長期には、島根県や広島県北部からの人口移動の受け皿、あるいは広島市中心部のベッドタウンとして多数の住宅団地が造成された。平成 26 年 8 月豪雨災害では、その中の一つである新建団地で死者３名を含む被害を出している。
砂防指定地内河川上原川

ここでは、その新建団地から真南に１km 弱離れてい10 おわりに代えてる可部東亜ハイツ団地を取り上げる。昭和 41 年の可部東亜ハイツ団地の 65 歳以上人口率（高齢化

航空写真では、開発前のこの地区は山林と田畑が広率）は 33.5％であり、しかも、平成 14 年と平成 24

がり、若干の家屋が点在する標高 50ｍから 100m に年を比較すると、この 10 年間で居住者が 1 割以上

かけての緩い傾斜地となっており、その傾斜地を過減少している。つまり、この団地では、団地開発時

ぎると等高線が狭まり、地区の中心にある渓流の上の若い夫婦と子どもという年齢構成が時代とともに原川を遡ること 1.8km で標高が 700m を超える。そ高齢化し、さらに急激な人口減少が始まっている。

のような地区で、開発面積 14.6ha の住宅団地が造こういった地域に対する適応策として何が考えら成され、昭和 52 年に完成し、平成 24 年 9 月時点でれるであろうか。その検討に当たっては、地球温暖1,388 人が住んでいる。

化に対する適応策という狭い目的から土砂災害対策

この上原川は、昭和 35 年 4 月 13 日、建設省告示を取り上げるだけでなく、広く、土地の有効活用、

第 876 号により砂防指定地に指定されている。砂防指定地の指定は、「治水上砂防」のために行われる。

住民の福祉の向上という観点からも検討を行っていく必要があると考えられる。

この「治水上砂防」の意味については、「具体的に何

なぜなら、この問題は、砂防指定地などの区域「指を意味するかを明確にした法制定当時における資料定」の問題、住宅政策の問題、都市計画の問題などの存在は確認されない」 （栗島明康「砂防法制定の様々な問題と関連しているからである。今後は、更経緯及び意義について」砂防学会誌 66 巻 5 号 2014に深掘りしつつ、これらの点についても研究を進め年 85 頁）が、ひとまず砂防指定地を「土砂等の生産、ていきたい。

流送若しくは堆積により、渓流、河川若しくはその- 244 -

（以上）

ダウン症児における発話技法および言語理解促進に関する研究
山陽学園大学上地玲子

障がい児においては，口腔機能低下と様々な発達の遅れが指摘され，知的障がい児は，その口腔筋力の低下
から，知的能能力やコミュニケーション能力がさらに低下することが危惧されている。音韻的な情報の保持については問題を有し，視覚機能に問題を抱えているケースも多く，文字を獲得することや文字を読んで発話を獲得することにも大きな困難を抱えていると考えられる。
そこで，本研究では，視覚における困難さを改善する取り組みとして実績のあるビジョントレーニングによる眼球運動をすることにより，図形，文字言語が正確に模写することができるようになるかを課題とし，模写もしくは形を正確に読み取ることは文字の内容，意味を理解する力へとつながっていくのかどうか検証した。
その結果，目と手の協応運動においては向上していることが見受けられたが，実施回数等の問題もあり大きな変化を得ることはできなかった。今後は，保護者による子どもの指導力を向上させ，持続することが必要であると考えられる。
上地ら(2018)は，ダウン症児を対象に口唇閉鎖力

はじめに障がい児においては，口腔機能低下と様々な発達を高めるために口輪筋をトレーニングする器具を用の遅れが指摘され，知的障がい児は，その口腔筋力いて指導した結果，
1 日 3 回以上実施した児は，QOLの低下から，知的能力の低下やコミュニケーション向上が期待できることを見出した。しかし，発音の能力のさらなる低下を来たす悪循環を呈する

明瞭さを向上させる要因については，詳細を調べて(Figure1)。

いない。
石田(1999)は，知的発達や言語発達について，発話明瞭度が特に落ちているダウン症児の指導で，単音節の構音を獲得させてから単語に移行させる指導では効果が上がらなかったが，構音練習の際に，文字や記号を同時に提示し，単語を構成している音節
数や個々の音節へ注目させるようにしたところ，単音節の構音の明瞭度，さらには発語の明瞭度があがることを経験していると述べている。また，井上ら(2012)は，文字を読むことに困難を抱える子どもは，単語全体として認識する能力の発達の障がいと、音Figure1. 障がい児における口腔機能低下が及ぼす悪循環韻意識の障がいの二点が強く影響していることを明らかにした。

中でも，ダウン症児は日常的に口腔開口状態なっており，そのほとんどに発語や構音障がい等々，さ一方，斎藤(2002)は，ダウン症児の言語発達におまざまな問題を抱えているケースが多い( 水上ける指導研究を調べた結果，ダウン症児者の語彙はら,2015)。そのため発語が不明瞭となりコミュニケ

高い生活年齢の影響をうけて発達するが, 質的に構ーション力の低下要因となっている。コミュニケー

造を再構築しなければならない構文には遅れが出現

ションを獲得するためには，正しい発音，発語を獲し,文法形態素などの省略や誤りが改善しないと指得することが必要であり，適切な音節，単語，発音摘している。この問題については，菅野ら(2003)は，を理解することは発語のために重要な要素である。

ダウン症候群に関しては，作動記憶のなかでも音韻- 245 -

ループに問題があることを指摘している。また，湯研究計画遂行に支障が出てきたため，実施後の検査

澤(2011)も同様の指摘をしており，ダウン症は視覚対象者を限定して行うこととなった。

機能に問題を抱えているケースも多く，文字を獲得

URAWSSⅡ検査 1 回目は集団で実施し，Table1 のよすることや文字を読んで発話を獲得することにも大うな結果となった。2 回目は，新型コロナの影響で 2

きな困難を抱えていると考えられる。

名しか実施できず，個別実施で行った。実施できた2 名(ID：4,7)の比較した表は Table2 である。

そこで，本研究では，視覚における困難さを改善する取り組みとして実績のあるビジョントレーニン

また，書字については，第 1 回目と第 2 回目のそれ

グによる眼球運動をすることにより，図形，文字言ぞれの比較を行った。その結果，2 回目の文字の形語が正確に模写することができるようになるかを課成のほうが正しく記入できている割合が向上してい題とし，模写もしくは形を正確に読み取ることは文た。

字の内容，意味を理解する力へとつながっていくの考察

かどうか検証する。
ビジョントレーニング(Vision training)とは眼球

1 回目の検査実施については，2 回目のビジョンのコントロール能力，焦点合わせ機能，両目の協調

トレーニング実施直後に行ったものであるが，おお機能，動体視力，立体視能力，奥行き認識能力，認むね発達状況を反映しているものと考えられる。

知による表象機能などを向上させるトレーニングの

知的障がいを伴うダウン症児にとっては，検査時総称である。ビジョントレーニングは読み書きの苦における気分によっても差が大きく影響してしまう

手な子どもの視覚機能(ものを見る力)の発達を促す

ことが考えられる。
2 回目については，A 児(11 歳，女児)においては，ために役立てられている(飯島ら,2019)。
倫理的配慮については，対象者(保護者および本

3 か月間自宅で 1 日 1 回程度 ipad を用いたトレーニ

人)に研究の目的，主旨を口頭および書類にて説明しングを実施した結果，ID4 番の女児においては書け

調査は自由意志による参加とした。また研究者が所る文字が増えていた。しかし，大きな変化がみられ属する大学の倫理審査委員会の審査・承諾を得て実るほどではなかったため，実施回数を増やしたり，施した。

取り組み内容について定期的に専門家から指導を受ける対応が必要であると考えられる。
文字を書くことについては，刺激文を模写するも方法
対象：ダウン症児(8 歳～16 歳)男子 2 名，女子 6 名のであるが，1 回目よりも 2 回目の方が文字の形成

内容：専門家によるビジョントレーニングの指導をも丁寧であり，
判読可能の割合も増加しているため，行い，トレーニングに即したアプリケーションを含

目と手の供応作業が向上したことが推測できる

んだ ICT 機器を対象者へ貸し出す。対象児は，保護(Figure6-7)。

者の監督の下でトレーニングに取り組んでもらう。
今後の予定

アプリケーション動作時間に制限は設けない。
読み書き理解アセスメント： URAWSSⅡ(小中学生

当初計画では，対象者全員に専門家の研修を定期的に受けさせ，子どもへの指導スキルを上げるととの読み書き理解アセスメントテスト)を行った。

もに，専門家からも直接子どもへ指導してもらう予定であった。遠隔指導も難しく，計画通りには実施

結果
ビジョントレーニング指導者の体調問題があり，できなくなったが，各家庭でのビジョントレーニン

当初予定していた通りの実施ができなくなったため，

グの実施については継続して行っていた。遠隔指導

予定より実施日をずらして実施した(Figure2-5)。
しを工夫する必要がある。
ビジョントレーニングを実施する際，姿勢保持のかし，その後，新型コロナ感染症の問題が発生し，- 246 -

状況や集中しやすい環境を整えるために視覚遮蔽を前田真理子・小島道生(2019).日本のダウン症児者のするなどの工夫がどのような影響を与えるのかも検

平仮名の読み書きに関する研究の成果と課題証する必要がある。

－海外の先行研究との比較を通して－
43(1),149-162.

ビジョントレーニングがダウン症の発話技法を向上させることについて，まだ明確なエビデンスが得

水上美樹・田村文誉・松山美和・菊谷 武(2015).ダウ

られないため，今後さらに詳しく研究を進めていく

ン症候群児の粗大運動能と摂食に関わる口腔必要がある。

異常習癖との関連.日本障害者歯科学会雑誌
36(1),17-24.

引用文献・参考文献

定藤容志枝・高杉実奈・石堂圭子・大田尚子・田淵

福永 奈穂子・佐藤 愼二(2016).通常学級における平雅美・仁科静江・八木智子・森木陽子・森下晶

仮名の読みにつまずきのある児童への指導に子・小林朱美・藪木あず沙・岡﨑晴美・上地玲

ついて : 低学年を対象にしたアセスメントシ

子 (2019)． JDS(日本ダウン症協会)岡山支部

ートの作成と活用を通して 17,81-89.

相談部の取り組み, ダウン症療育研究 12，4143．

井手友美・上地玲子・玉井 浩(2019)．ダウン症児の口ケア，ダウン症療育研究，12，52-54．

斉藤佐和子(2002).ダウン症児者の言語発達に関す

飯島博之・小野 淳・斎藤富由起・北出勝也・竹本晴

る最近の研究.19(1),1-10.

香・吉田梨乃・江南健志(2019).学校におけるビ

湯澤美紀(2011)ワーキングメモリと発達障害―支援

ジョントレーニングの実践と可能性―発達支の可能性を探る―.心理学評論 54(1),76-94.

援とスポーツビジョントレーニング―.日本教

湯澤美紀(2011).ワーキングメモリと発達障害―支援

育心理学会総会発表論文集 61,26-27.

の可能性を探る―.心理学評論 54(1),76-94.

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石田宏代(1999).ダウン症児の発語の明瞭さと音韻意識との関連 36(5),17-23.
上地玲子 (2013). ダウン症児を育てる親が利用する社会資源に関する検討 山陽論叢，20，37-48.
上地玲子(2016)．ダウン症児の学習効果を高める学
習机と椅子の開発，山陽論叢，23，37-47．
上地玲子(2017)．学習机と椅子が発達障害児の着座姿勢と学習活動に及ぼす影響について，山陽論
叢，24，17-26．
上地玲子・玉井 浩，井手友美(2018)．口輪筋トレ
ーニングと発達促進，脳と発達，50(2)，121-124．
北出勝也(2015). 発達の気になる子の 学習・運動が楽しくなる ビジョントレーニング (発達障害を考える・心をつなぐ). ナツメ社.
菅野和恵・山根律子(2003).言語発達の障害と作動記
憶.特殊教育学研究 41(1),45-52.

- 247 -

Figure2. ビジョントレーニング指導風景①

Figure2. ビジョントレーニング指導風景②

Figure2. ビジョントレーニング指導風景③

Figure2. ビジョントレーニング指導風景④

書き問題
ID

年齢

性別

利き⼿

書いた

読み課題
1分間の

⽂字数（字） 書字速度（字）
9
3.00

評価

読み課題（⾃分読みの介⼊課題で読んだ後）
正答数

実施⽅法

(代読後）
正答数

評価

評価

本⼈の

1

8

⼥

右

C

集団実施

（6問中）
0

4正解以下

（6問中）
3

4正解以下

主観評価
5

2

10

⼥

右

24

8.00

C

集団実施

2

4正解以下

2

4正解以下

3

3

10

男

右

25

8.33

C

集団実施

1

4正解以下

1

4正解以下

5

4

11

⼥

右

15

5.00

C

集団実施

0

4正解以下

0

4正解以下

3

5

11

⼥

右

37

12.33

C

集団実施

4

4正解以下

3

4正解以下

5

6

11

⼥

右

37

12.33

C

集団実施

3

4正解以下

3

4正解以下

3

7

14

男

右

80

26.67

B

集団実施

0

4正解以下

1

4正解以下

3

8

16

⼥

右

39

13.00

C

集団実施

3

4正解以下

3

4正解以下

5

Table1. 第 1 回目 URAWSSⅡ実施結果

書き問題
ID
4
7

実施
1回⽬

書いた

読み課題
1分間の

⽂字数（字） 書字速度（字）155.00

読み課題（⾃分読みの介⼊課題で読んだ後）
正答数

(代読後）
正答数

評価

評価

本⼈の

評価

実施⽅法

C

集団実施

（6問中）
0

4正解以下

（6問中）
0

4正解以下

主観評価
3

2回⽬

21

7.00

C

個別実施

0

4正解以下

0

4正解以下

3

1回⽬

80

26.67

B

集団実施

0

4正解以下

1

4正解以下

3

2回⽬

78

26.00

B

個別実施

4

4正解以下

4

4正解以下

1

Table2. 第 2 回目 URAWSSⅡ実施結果- 248 -

Figure6.ID:4 第 1 回目(左)と第 2 回目(右)書字課題

Figure7.ID:7 第 1 回目(左)と第 2 回目(右)書字課題- 249 -

味覚センサーおよびブレスマスを用いた食品の味および香りの立体的評価法の検討
美作大学短期大学部
桑守 正範

味覚を電気信号に変換、数値化する味認識装置を用い、岡山県産農産物（コメ・ユズ）および農産物加工品（ユズ果汁）の味覚を測定した。同時に同一資料を日本原子力機構の開発した香気成分分析装置であるブレスマスを用いて香気成分を測定し、味と香りの立体的評価を行った。
コメの分析は津山市農業振興課が試行している氷温貯蔵の効果を検証することを目的とした。
検証の結果、味覚に於いて新米は常温保存米と比較すると苦味雑味（先味）が弱く、塩味（先味）が強い傾向が見られたが、氷温貯蔵を行った米においては新米と同様の傾向が見られるものの、その傾向は常温保存米との中間値であり、味覚に於いては常温保存米と新米の中間程度のバランスであるとの示唆を得た。香りに於いてはベンズズアルデヒドのナッツ様の香気は新米や氷温貯蔵米ではっきりしており、ペンタナールやヘキサナールのような好ましくないとされる臭気は古米で強い事が示唆された。
一方、ユズの分析は美作県民局との連携で、久米南産ユズ果汁の他産地との差、ユズ加工品（ジュース）の原料摘果のタイミングによる味と香りの差を検証した。検証の結果、久米南産ユズは他産地と固有のユズの香りが強く、シメンやクベベンのような木の香りや、ゲラニオールが多く含まれていた。また、10 月下旬の香気の多様性が、11 月以降に失われており、固有のユズの香りは収穫初期のものを原料に用いた加工品に於いて強いことが示唆された。

序論

これまでに津山産農産物では米、ショウガ、ピオ

本研究は平成２９年に日本原子力機構人形峠環境ーネ、黒豆、栗などを、加工品では小麦加工品や日技術センターと美作大学地域生活科学研究所とが提本酒などの味・香りの評価を行ってきた。昨年まで携し、味覚の客観的・立体的評価法を確立し、津山は他県産と津山産のものを比較し、特徴や優位性を産農産物ならびに農産物加工品の優位性を探ると共検討してきたが､今年度は同一圃場で収穫された農に、研究成果を農産物および農産物加工品の品質向産物を対象に、栽培条件を変化させた農産物を比較上の一助となることを目的として研究を開始した。

することで、より高品質な農産物を収穫するための味覚センサーを用いた味分析は従来多く用いられて農法を検討することに注力した。一方で、同一条件きた評価法である官能検査と異なり、電気的に味をで製作した加工品を対象に、製法の一部のみを変化数値化するため、食品の評価を目的に導入する施設

させた加工品を比較することで、より高品質な加工も増加傾向にある。一方、日本原子力機構の開発し品を生産する加工法も検討した。

たブレスマスは短時間に香気成分を分析可能かつ、

具体的には 2019 年度は美作県民局と連携した県

これまでの香気成分では不可能であった「高温条件

北産桧の温度・湿度別香気成分発生状況、ＪＡ勝央

下の香り」分析をも可能とする新しい分析機器であと連携した黒大豆の収穫後の味・香りの経時変化、る。本研究の新規性はこれまで不可能であった「実株式会社果楽と連携した岡山県産白桃への加工の及際に喫食する温度帯での味と香りの評価」を行う物

ぼす味覚・香りへの影響などを検証したが、本報告であり、従来法と比して実際に喫食したデータに近においては助成金を用いて分析を行った津山市で収い結果を得ることが出来る方法である。

穫した米の味と香りに及ぼす貯蔵法の影響、および- 250 -

ユズにおける産地毎の味と香りの差、原料果摘果タ

カーに封入し、5 分待機後にシリンジにてガスを捕

イミングによる加工品の味と香りへの検証結果を報集し、後述のブレスマスに導入して測定を行った。

告する。
味覚評価法
実験方法

味覚はセンサーで電気信号に変換し数値化するイ

試料１．米（コシヒカリ）

ンテリジェントセンサーテクノロジー社の味認識装

岡山県津山市阿波地区では平成 10 年に同地区で収置 TS-5000Z1)2)を用い、測定を行った。

穫されたコシヒカリを氷温熟成するための専用氷温庫を完成させ、以来収穫後 1 ヶ月にわたり-5～0℃で保管

香り評価法

した米を「氷温熟成米」と称し販売してきた。本年度

日本原子力研究開発機構が開発した高感度四重極は氷温貯蔵の味・香りに及ぼす影響の検証を行うこ形質量分析計 3）を使った「ブレスマス（呼気ガス測とを目的に、同地区収穫コシヒカリのうち、氷温熟

定装置）」を用い、試料の香り成分の分析を行った。

成を行った 2018 年度収穫したもの、
常温で通常保管

本機は 0.2ml 程度のサンプルを注入すると、約 10

した 2018 年度収穫のもの、および 2019 年度収穫直

秒で微量なガス成分を高感度（～1ppm）で測定・分後のものを対象に分析を行った。米は全て玄米の状

析出来、かつ従来法では測定が難しかった加熱状態

態で準備を行い、分析当日に精米機で精米を行った。

での香気成分を測定可能である。

米 40g をビーカーに入れ、水 60cc を注入し 40 分間
浸漬後、沸騰後に更に 10 分加熱、10 分間放置した結果および考察

ものを試料とした。

米（コシヒカリ）の味と香りの評価

味覚センサーには冷却後、直接味覚センサーの試

ブレスマスを用いた測定結果を、文献等 4)5)で調査料に供した。香気分析においてはビーカー内に充満した炊飯米の特徴的な香気成分と照合した。照合にした香気をシリンジでガスを捕集、装置に導入してあたっては、NIST データベース等で調査した対象測定を行った。

物質の基準ピーク等を参考とした。

試料２．ユズ果実・果汁加工品

味覚評価試験結果

収穫期別に原料ユズを集積し、試料とした。2019

味覚センサーによる測定結果を表１に示す。新米

年度の試料収穫日はそれぞれ 10/23(初期)、11/5(早は常温保存米と比較して穀物・玄米の呈味である苦期)、11/2(最盛期)11/20、12/5(晩期)であった。ユ味雑味が低かった。一方で塩味・先味として感知さズは生果を手で潰した直後ものを試料に供した。香れるミネラル感・ボディ感が強く、米の味わいは強気分析に於いては先述の果汁をビーカーにラップでかった。氷温貯蔵米は新米と常温保存米の中間値で封入し、5 分待機後に 5ml シリンジの針をラップにあることが明らかになった。

刺してを用いてガスを捕集し、装置に導入した。
また、果実に関しては比較対象として産地の異な香り評価試験結果る果実も用意し、同様の測定を行った。
産地は高知、

本年収穫新米、昨年収穫氷温貯蔵米、昨年収穫常徳島であり、収穫時期は 11 月中旬であった。

温貯蔵米をそれぞれ測定した。炊き立てごはんを特

ユズ加工品（果汁製品）は久米南 JA 製、久米南山

徴づける香気との対比を表２に示す。多様なガス成

田製、高知製、徳島製のものを対象とした。久米南分が重合して測定されているため、成分の特定や計ＪＡ製と徳島製のものに関しては加熱処理を行わな量は困難であったが存在可能性を示す事が出来た。

い製品も測定対象とした。

炊き立てごはんの特徴的な香気のうち、ベンズズア

測定に当たっては各産地の液体ユズ加工品をビー

ルデヒドのナッツ様の香気は、新米や氷温米ではっ- 251 -

きりしており、ペンタナールやヘキサナールのよう

11 月中旬に収穫された産地の異なる(徳島、高知、

な好ましくないとされる香気は、古米で強い可能性久米南)生果を対象としてブレスマスを用いて香りが示唆された。

を測定した。
ブレスマスで検出したピークの内、GCMS測定された香気を含む多様なガス成分の情報を整で測定されたユズ加工品香気成分の基準ピークが該理する目的で、統計ソフト(SPSS)を使用して主成分当するものを表４に示す。比較の結果、固有香気成分析を行った。なお、対象は、一般的な空気成分を分のうち、α-クベベンが久米南産ユズのみで検出さ除くすべてのガス成分を対象とした。計算された第れた。また、ユズ生果主成分の成分行列の内容（図1 及び第 2 主成分の主成分得点を図１に示す。主成４）から、第 1 主成分には、GCMS で測定されたユズ分の成分行列の内容から、文献で調査された炊き立

加工品の香気成分の多くの基準ピークが含まれ、久てごはんの香気成分のうち、新米や氷温貯蔵米はア

米南産ゆずは、総合的なユズの香りが強い可能性がセトアルデヒド、ベンズアルデヒド、2-ペンチルフ示された。第 2 主成分には、シメンやクベベンのよランなど、
比較的甘い香気が強い可能性が示された。

う木の香りや、ゲラニオールが多く含まれ、木の香

一方で新米や氷温貯蔵米においては古米で脂肪臭とりや薔薇のような良い香りの強さを示す可能性が示なるオクタナール、デカナール、酢酸、2-メチルプ

唆された。

ロパナール、ヘプタナール、ベンジルアルコールは弱いことが示唆された。また、これらの傾向は新米

ユズ加工品（果汁製品）産地別香りの差

で強く、氷温貯蔵米では新米と古米の中間値を示し

ユズ加工品（果汁製品）においても生果同様、α-た。

クベベンが久米南産ユズ加工品のみで検出された（表５）。また、ユズ加工品（果汁製品）主成分の成ユズの香りの評価

分行列の内容から、第 1 主成分には、GCMS で測定さブレスマスを用いて得た測定結果を、味香り戦略

れたユズ加工品の香気成分の多くの基準ピークが含研究所の GCMS 測定結果（図２）と照合し、照合まれていた。第 2 主成には酢酸エチルやクベベンのにあたっては、NIST データベース等で調査した対基準ピークが含まれるため、久米南産は、比較的果象物質の基準ピーク等も参考とした。

実の香りや木の香りが強い可能性が示唆された。

摘果時期の香りに与える影響

参考文献
1)日本暖地畜産学会報 54(1), 49-60, 2011

収穫期別(初期 10/23、早期 11/05、最盛期 11/20、晩期 12/5 収穫)の果実香を測定した。GCMS で測定

2)Nippon shokuhin kagaku kogaku kaishi =されたユズ加工品香気成分の基準ピークが該当する

Journal of the Japanese Society for Food Science

ものを表３に示す。ここでは 10 月下旬の香気の多and Technology 55(11), 559-565, 2008-11-15様性が、11 月以降に失われている可能性が示唆され

3)Bulletin of the Ibaraki Prefectural Livestock

た。また、主成分分析を行った成分得点を図３に示Research Center (49), 26-35, 2017-01

す。
主成分の成分行列の内容から、
第 1 主成分には、

4) 日本食品科学工学会誌 62(2), 95-103, 2015

GCMS で測定されたユズ加工品の香気成分の基準ピ5) 日本食品工業学会誌 16(5), 216-218, 1969

ークのほとんどが含まれ、総合的なゆずの香りが収穫初期に強い可能性が示唆された。第 2 主成分はクベベンやシメンのような木の香が強い可能性が示唆された。
ユズ生果の産地別香りの差- 252 -

表 1．保存状態が味覚に及ぼす影響

表２．保存状態が炊きたてご飯の特徴的香気成分組成に及ぼす影響
可能性のある香気成分
アセトアルデヒド
酢酸、2-メチルプロパナール、オクタナール、
デカナール
ブチルアルデヒド、3-メチルブタナール、
ヘキサナール、ペンタナール
ペンタン酸、3-メチルブタン酸、ヘキサン酸
ヘプタナール
ベンズアルデヒド
ベンジルアルコール
2-ペンチルフラン、trans,trans-2,4-デカジエナール

基準
ピーク
29
43

種類
新米
2
0

氷温米
0
2

古米
2
2

44

0

0

1

60
70
77
79
81

1
0
2
0
1

0
0
1
0
1

1
1
0
2

表３．収穫時期がユズ果実香成分組成に及ぼす影響
可能性のある香気成分
酢酸エチル
リモネン
ゲラニオール
リナロール
α-ピネンあるいはβ-ピネン
3-カレン
γ-テルピネン
β-カリオフィレンp-シメン
δ-エレメン
α-クベベン

基準
ピーク
43
68
69
71
93

収穫日
10/23
3
3
3
0
3

11/05
0
3
0
0
2

11/20
2
1
0
0
3

12/05
2
3
0
0
3

119
121
161

3
3
2

0
1
0

1
1
2

0
0
0

- 253 -

表４．ユズ生果の産地による香り成分の差可能性のある香気成分
酢酸エチル
リモネン
ゲラニオール
リナロール
α-ピネンあるいはβ-ピネン
3-カレン
γ-テルピネン
β-カリオフィレンp-シメン
δ-エレメン
α-クベベン

基準
ピーク
43
68
69
71
93

産地
徳島
3
3
2
0
3

高知
3
3
2
3
2

久米南
3
3
2
1
1

119
121
161

3
3
0

3
3
0

3
3
2

表５．ユズ加工品（果汁製品）の製造地別香り成分の差可能性のある香気成分

酢酸エチル
リモネン
ゲラニオール
リナロール
α-ピネンあるいはβ-ピ
ネン 3-カレンγ-テルピネン
β-カリオフィレンp-シメン
δ-エレメン
α-クベベン

基準ピ
ーク

加工品
久米南
JA
〇
〇
〇

43
68
69
71
93

〇

久米南
山田
〇
〇
―
〇
〇

119
121
161

〇
〇
〇

〇
〇
―

- 254 -

久米南
加熱
〇
〇
―
〇

〇
〇
〇

高知
加熱
〇
〇
〇

徳島

〇

〇
〇
〇
〇
〇

〇
〇

〇
〇

徳島
加熱
〇
〇
〇
〇

〇
〇

図１．保存状態が炊きたてご飯の主成分得点に及ぼす影響

図２．ユズ果汁の産地の香り成分のＧＣＭＳ測定結果- 255 -

図３．摘果期の及ぼすユズ果汁香り成分への影響- 256 -

図４．産地の異なる（久米南、高知、徳島産）ユズ生果の香りの差- 257 -

図５．産地の異なる（久米南、高知、徳島産）ユズ加工品（果汁製品）の香りの差- 258 -

プレゴールデンエイジ期におけるキンダートーネン（子供体操）運動学習効果の科学的検証
および SECI モデルによるナレッジ・マネジメント導入に関する研究（1 年目）
１． 中国学園大学、 ２．摂南大学、 ３．川崎医療福祉大学
佐々木 公之１、大田 住吉２、 桃原 司３（概要）
子供にとって 6〜12 歳の時期はゴールデンエイジと呼ばれ、神経系の発達がほぼ完成に近づく時期とされて多くの研究がなされている。しかし、実はこの年齢に到達する「前の年齢期（プレゴールデンエイジ、1 歳半〜5 歳）」に、いかに子供の自主性、積極性、協調性を育成・支援できるかが、その後の運動能力を左右する大きな分岐点となる。しかしながら、このプレゴールデンエイジ期において、どのような運動学習が有効であるかについては、従来の先行研究では十分明らかにされてこなかった。
本研究は、プレゴールデンエイジ期にフォーカスし、「キンダートーネン（ドイツ式子供体操）運動学習」による運動効果について、科学的に測定・検証するものである。具体的には、研究 1 年目として、日本に 4 教室
あるキンダートーネン教室へのヒアリング調査および保護者へのアンケート調査等を行い、地域性分析およびBefore/After 比較分析を行った。その結果、通学前と現在を比較して、「運動嫌いの克服」「運動能力、体力」「社会性（自主性など）」の各項目で改善、向上していることが明らかになった。
Ⅰ．緒言（本研究の背景）

そのため、幼児期の具体

幼児期（1 歳半～5 歳）の運動は、将来の運動能的な運動提案として、以下

力を大きく左右すると言われるにもかかわらず、
保を推奨している。

護者自身の認識不足および近年の社会情勢等から(1) 3～4 歳頃は、自分の幼児期の身体活動が軽視される傾向がある。

体の動きをコントロー

文部科学省が実施した「体力向上の基礎を培うた

ルしながら、身体感覚をめの幼児期における実践活動の在り方に関する研高め、より巧みな動きを究」では、幼児の身体を動かす機会の減少傾向がう獲得することができる時期である。
この年齢児は、

１）

写真１ 幼児期の運動

かがえる結果となったと報告されている 。同省は、室内での巧技台やマットなどの遊具の活用を通「社会環境や生活様式の変化により、子供の遊ぶ場して、全身を使って遊ぶことを推奨する。

所、遊ぶ仲間、遊ぶ時間が減少し、また交通事故や(2) 4～5 歳頃は、全身のバランスをとる能力が発

児童犯罪への懸念などが、子供の身体を動かして遊達し、身近にある用具を使って操作するような動

２）

ぶ機会の減少を招いている」 と指摘している。まきも上手になっていく時期であり、用具などを操た、同省が示す「幼児期運動指針」によると、幼児作する動きを推奨する。

が主体的に体を動かして遊ぶ機会が減少すること子供にとって、ゴールデンエイジといわれる 6〜

で、以下のことが影響するとしている。

12 歳の時期は神経系の発達がほぼ完成に近づくと・児童期、青年期への運動やスポーツに親しむ資質

され、多くの研究がなされている。しかし、実はこの年齢に到達する「前の年齢期（プレゴールデンエ

や能力の育成の阻害
・意欲や気力の減弱

イジ：1 歳半～5 歳））」において、いかに子供自身

・対人関係などコミュニケーションをうまく構築

の自主性、
積極性、
協調性を育成・支援できるかが、その後の運動能力を左右する大きな分岐点となる。

できない

しかしながら、
プレゴールデンエイジ期において、・子供の心の発達への影響- 259 -

どのような運動学習が有効であるかについては、
従来の先行研究では十分に示されてこなかった。
Ⅱ．本研究の目的および調査手法
本研究は、プレゴールデンエイジ期にフォーカス
し、「キンダートーネン（ドイツ式子供体操）運動学
習」による運動効果について科学的に測定・検証することを目的としている。キンダートーネン

写真３ N 社の KT 運動教室（伊丹市）（Kinder Turnen、以下、KT）とは、ドイツ体操を

節機能、筋肉・骨の発達を促す等の運動が自然とでもとに生まれた 200 年以上の歴史を持つ子供向けのきるように工夫する。

運動学習であり、Kinder はドイツ語で「子供」、(3) 個々人の運動能力向上に加え、友達との関わり

Turnen は「体操」を意味する。

や集団ルールなど、
他者との協調性やコミュニケー
ション能力向上を重視する。
(4) 「できる」「できない」という進級システムを設
けず、子供たちが評価ストレスなく、伸び伸びと「頑張る気持ち」を醸成する。
Ⅲ. アンケート調査による Before/ After 比較分析
写真２ N 社の KT 運動教室（広島市）

本年度は研究 1 年目として、前章で述べた N 社のKT 運動学習がどのような効果をもたらしている

具体的には、中国・近畿地区の 4 教室（岡山市、のかについて、4 教室へのヒアリング調査および広島市、宝塚市、伊丹市）で KT 運動学習教室を同教室に通う幼児・児童の保護者を対象としたア

運営する㈱エヌ・シー・ピー（岡山市北区、1980

ンケート調査を実施した。アンケート調査は、無記

年創業、以下、「N 社」）と連携・協力し、各教室名とし、計 259 件（岡山教室ｎ=164，広島教室ｎに通う幼児・児童を対象に、その学習効果を検証し=95）の有効回答を得た。

た。N 社は、1994 年より 25 年間にわたり、「ドイツ体操」をもとに、総勢約 10,000 人の子供たちを指導した実績がある。
N 社の KT 運動学習教室の特(1) 1 歳半から小学 6 年生まで
A～E の 5 つのクラスに分け（図１参照）、年齢や個々人の成長度にそって段階的な指導

2歳
Bクラス
3歳
4歳

Cクラス

5歳

ル
デ
ン
エ
イ
ジ

6歳
Dクラス
7歳

やリング、助木、平均台、ジャ8歳

ングルジム、すべり台など、

9歳～(2)天井から吊り下げたロープ

ドイツやヨーロッパ各地から

プ
レ
ゴ

Eクラス

ゴ

ー

を徹底する。

Aクラス

ー

徴は、以下の 4 点である。

1歳半

ル
デ
ン
エ
イ
ジ

輸入した自然素材の多彩な遊

小学
6年生

具を組み合わせ、敏捷性や関

図１ クラス分け

写真４ N 社との定例ミーティング（岡山市）
なお、調査項目については、N 社担当者らと定例的なミーティング（写真４）を重ね、協議した。主なアンケート内容は、以下の通りである（図２参照）。
① KT 教室への通学手段、通学の目的は何か② KT 教室通学前(Before)と現在(After)を比較し、運動嫌いが解消できたか、運動好きになったのか③ KT 教室通学により子供の運動能力（走る、跳- 260 -

ぶ、ボールを投げる）、体力（筋力、持久力、柔② KT 教室通学前(Before)と現在(After)を比較し、軟性、巧緻性）などの身体的能力が向上したか④ KT 教室通学により子供の自主性、協調性、運動好きになったか

コミュニケーション能力など社会性が成長し通学前と現在を比較し、「運動が好きになった」との回答が、岡山教室で 1.16 倍、広島教室で 1.13 倍

たかとなった(注)（図４参照）。
（注）各点数×回答数を集計した総合計による比較。

図４ 運動が好きか、嫌いか（広島教室）③ KT 教室通学前(Before)と現在(After)を比較し、運動が得意 or 苦手になったか
通学前と現在を比較し運動が得意か苦手かの質問に対して、岡山教室で 1.10 倍、広島教室で 1.49 倍と運動が得意へと上昇する結果となった（図５参照）。
＜岡山教室＞
5点＜広島教室＞

90
Before

After

60
5点

図２ アンケート調査項目（抜粋）

30

1点

40

4点

Before

30

0

After

20
1点

Ⅳ．結果の検証4点

10
0

アンケート調査の主な結果は、以下の通りである。

2点① KT 教室への通学の目的
アンケート調査内容の一部に、KT 運動学習への

3点

2点

3点

図５ 運動が得意か、苦手か

通学の目的として、岡山・広島両教室ともに、運動④ KT 教室通学により子供の運動能力
（走る、
跳ぶ、

能力の向上、体力づくり、協調性の向上、集団行動

ボールを投げる、ボールをつく、転がる）が向上

ができるように、の順となった。

したか

ただし、岡山教室では、広島教室に比べ「子供の両教室を合わせて、約 78％が「運動能力が向上

運動不足解消」が若干高い数値になるなど、地域性した」との回答を得た。内訳として、岡山教室約の違いがみられた（図３参照）。

75％、広島教室 84％であった（図６参照）。

図３ KT 教室への通学の目的（複数回答あり）
図６ 運動能力が向上したか- 261 -

⑧ 子供の「運動嫌い」が克服されたか⑤ 通学により子供の体力（筋力、持久力、柔軟性

両教室を合わせて、約 52％が「運動嫌いが解消さなど）が向上したか
両教室を合わせて、約 75％が「体力が向上した」

れた」との回答を得た。内訳として、岡山教室約 55％、広島教室 49％であった（図 10 参照）。

との回答を得た。内訳として、岡山教室約 72％、広島教室 82％であつた（図７参照）。

図 10 運動嫌いが解消されたか
図７ 体力が向上したか⑥ 子供が「健康（風邪をひきににくなったなど）」になったか⑨ 子供の「自主性」が向上したか
両教室を合わせて、約 50％が「自主性が向上した」との回答を得た。内訳として、岡山教室約 47％、広両教室を合わせて、約 67％が「健康になった」と

島教室 54％であった（図 11 参照）。

の回答を得た。内訳として、岡山教室約 82％、広島
教室 62％であった（図８参照）。

図 11 自主性が向上したか
図８ 子供が健康になったか⑩ 子供の「協調性」が向上したか⑦ 子供の「運動不足」が解消されたか

両教室を合わせて、約 56％が「協調性が向上した」

両教室を合わせて、約 69％が「運動不足が解消された」との回答を得た。内訳として、岡山教室約 66％、との回答を得た。内訳として、岡山教室約 56％、広広島教室 74％であった（図９参照）。

島教室 55％であった（図 12 参照）。

図９ 運動不足が解消されたか

図 12 協調性が向上したか- 262 -

岡山教室・広島教室ともにおおよそ変わりはなく、⑪ 子供の「コミュニケーション力」が高くなったか①子供の運動能力や体力づくり、運動不足解消な

両教室を合わせて、約 52％が「コミュニケーショ

どの体力面と、②他者との協調性や集団行動、コン力が向上した」との回答を得た。内訳として、岡ミュニケーション力の向上など社会的スキルの向山教室約 52％、広島教室 52％であった（図 13 参

上、の 2 点を目的に通わせていることが分かった。
(2) KT 運動教室通学前と通学後の Before/ After 比照）。

較では、両教室とも以前より「運動が得意になった」、「運動が好きになった」との回答が多かった。
この理由として、KT 運動教室では個人の発育発達に合わせた段階的な運動プログラムを提供しており、こうした取り組みによって子供たちの運動能力をうまく高めることができ、且つ子供たちに小さな成功体験を積み重ねさせることで「運動が好きになった」との回答が多くみられたと考え

図 13 コミュニケーション力が向上したかられる。

⑫ KT 教室の「良い点」は何か？（複数回答あり）

しかし一方で、子供の「運動嫌いが克服された」

両教室を合わせて、「楽しく学べる」、「スタッフがと回答したのは約半数程度であった。これについ優しい」、「スタッフと子供との間でコミュニケーシ

ては、上記の回答との間に相違がみられるが、どョンがとりやすい」、「鉄棒などの器具が充実していのような運動が嫌いなのか、
なぜ嫌いなのかなど、る」との回答が多かった（図 14 参照）。

今後詳細に調査することによって対処法を見出す

一方で、KT 運動教室の特徴である「木製遊具をことができると考えている。

使用している」は、岡山教室で 6 番目、広島教室で(3) KT 運動教室を通じて、約 75％以上の子供たち

5 番目に多い回答となった。また、岡山教室で 2 番の運動能力と体力が向上したと考えられる。とく目に多い「少人数指導制度」が、広島教室では 6 番に、広島教室では運動能力・体力ともに 80％以上目となった。

向上する結果となり、KT 運動がプレゴールデン
エイジの運動能力・体力の向上に一定の効果があると言える。しかし一方で、広島教室では「健康になった（62％）」「運動嫌いが克服した（49％）
」と、岡山教室に比べて高い数値になっていない。
このことから広島教室には、もともと健康状態には問題がない子供、そして運動が得意ではない子供が多いのではないかと考えられる。
(4) アンケート項目の「KT 運動を通じて自主性、協図 14 KT 教室の良い点

調性、コミュニケーション能力など社会性が成長

Ⅴ．考察した」については、岡山教室・広島教室ともにほ

本年度は、研究 1 年目として、「プレゴールデンエ

ぼ 50％前後と、体力的な向上に比べて低い結果とイジ期における KT 運動学習による効果」およびなった。しかし一方で、約半数の保護者が、KT 運「KT 運動学習効果の地域性分析」について、保護動を通じて社会性が向上したと考えており、効果者へのアンケート調査を実施した。その結果、以下がないと断言することは出来ない。つまり、身体の 4 点が検証された。

能力など外見的な成長に比べると、子供の内面的(1) 子供を KT 運動教室へ通わせる理由としては、- 263 -

な社会性の成長を定量的に把握することは容易ではないため、低い数値となったと推測される。
Ⅵ．最後に
本年度は、3 年間の研究計画での 1 年目の研究結果であった。主に、N 社の 4 教室の指導スタッフへのインタビュー調査と KT 運動教室通学者の保護者へのアンケート調査であり、子供たちの体力や身体能力の数値データを直接測定したものではない。
次年度以降については、KT 教室通学者の子供たちを対象にした体力測定データ分析やインタビュー
調査などを通じて、KT 運動教室の効果について、
さらに科学的に検証する。
謝辞
本研究を遂行するにあたり、研究課題として採択いただいた（財）ウエスコ振興財団の山地弘理事長
をはじめ、選考委員の先生方および関係各位に心より深謝いたします。
また、ご多用の中、アンケート調査にご協力頂い
た KT 運動教室の保護者の皆様にも厚く御礼申し上げます。
Ⅶ．参考文献１）平成 30 年度体力・運動能力調査結果の概要及び報告書について Ⅱ調査結果の概要
https://www.mext.go.jp/prev_sports/comp/b_menu/other/__icsFiles/afieldfile/2019/10/15/1421922_3.
pdf 2020 年 3 月 6 日
２）文部科学省「幼児期運動指針」,https://www.mext.go.jp/a_menu/sports/undousisi
n/1319771.htm,2020/02/28- 264 -

カルバペネム耐性細菌の駆除を目指したファージ療法の開発
中国学園大学 現代生活学部 人間栄養学科
川野 光興
本研究では、大腸菌やサルモネラ菌に対して生育阻害効果を示す RNA 配列を取得することを目指してスクリーニングを行った。まず、24 塩基のランダム配列を含むインサート配列を PCR によって調整した。次に、その配列をファージとプラスミドの両方の性質を兼ね備えた M13 ファージミドに組込み、宿主大腸菌株に導入し、それら細菌への生育阻害効果を調べた。その結果、大腸菌とサルモネラ菌において増殖抑制効果を示す
人工ランダム RNA 配列を複数同定することができた。これらの配列を決定したところ、グアニン塩基 (G) を優位に多く含んでいることがわかった。そこで、16 塩基から 24 塩基までの連続グアニン塩基を含む RNA 配列を作製して生育阻害効果を調べたところ、グアニンが 20 回連続している配列を含む RNA において最も強い
生育抑制効果を認めた。この結果、世界で初めてグアニンの連続配列を用いた抗菌作用を得ることができた。
さらに、これらファージミドを含むファージライセートを用いてファージ感染によりファージミドを細菌内に導入したところ、同定した RNA 配列の発現によりカルバペネム耐性大腸菌の生育を抑制することができた。
1. はじめにである。抗菌薬と比較した場合のファージ療法の利抗菌薬の濫用により、従来の抗菌薬が効かない薬

点は、その宿主特異性の高さにある。一般的にファ剤耐性細菌が世界中で増えている。さらに、複数のージはある特定の細菌種（株）にのみ感染し宿主菌抗菌薬に耐性をもつ様々な「多剤耐性菌」が確認さを殺す。標的細菌以外には一切影響を与えず、それれている。特に「カルバペネム耐性腸内細菌科細菌以外の生体内の常在菌といった良性の細胞を殺すこ(CRE) 」は、細菌感染症治療において最後の切り札とはない。ただ、現在のファージ療法には大きな欠とされるカルバペネム系抗菌薬に対しても耐性を示点があり、現在治療に使われているバクテリオファ

し、臨床医療の現場での脅威となっている。このたージは自身の増殖のために宿主細菌の細胞を破裂さめ、感染症の治療が困難になるケースが増加しておせるため、それと同時に細胞内のエンドトキシンもり、その拡散伝播防止対策が臨床的にも公衆衛生学

外部に放出され、最悪の場合は患者の死につながる的にも最重要課題となっている。抗菌薬と耐性菌のといった望ましくない副作用をもたらす可能性があ

問題は国内だけの問題ではなく全世界的な問題となる。また、利点として述べたファージの高い宿主特っており、このまま対策が取られなければ、全世界異性であるがこれは同時に欠点でもあり、患者にフにおける死者数は2050 年までに1000万人にのぼり、ァージを薬として処方する際には感染症とその原因

1000 兆ドルの国内総生産が失われるとの試算もあ

菌を正確に診断し、それに厳密に対応したファージ

る[1]。しかし、製薬企業による新薬開発の重点はよを処方しなければいけない。ただ、この点に関してり多くの収益が見込める慢性病治療薬へと移り、抗は複数種のファージを混合した「ファージカクテル」

菌薬の開発は急減している。耐性菌に対して抗菌薬を処方することでも対応でき、この手法によってフ以外の方法で制御可能な治療法を見出すことは重要

ァージ耐性菌の出現を抑えることもできる[2]。

かつ急務である。薬剤耐性菌の急速な増加による諸ファージ感染により生育阻害を引き起こす方法は問題が明らかとなったことで、世界では薬剤耐性菌

いくつかあり、毒性タンパク質発現遺伝子を細胞内に対する代替治療法を模索している。そのなかで研で発現させて殺菌作用を発揮する方法[3]や、抗生物究者に注目されている治療法の一つがファージ療法

質を無力化するタンパク質発現遺伝子の mRNA に- 265 -

結合し、翻訳を阻害することのできる小分子 RNAて EcoN24Speを鋳型として作製した（図 1）。

を発現させることで抗生物質への感受性を高める方
法[4]などが報告されている。我々は、まだ研究報告の例がない、大腸菌の必須遺伝子や Toxin-Antitoxin

図 1：インサート DNA 部位の塩基配列

system（TA system、毒素-抗毒素システム）のantitoxin（抗毒素）を標的とした antisense RNA

PCR チューブに水を13.5 l、
EcoN24SpeI を0.5 l、(aRNA) を利用して細菌を殺す方法を考案した。こ

EcoNotXba-F3（FWD プライマー）を 0.5 l、の方法の利点は、大腸菌の生育に必須なタンパク質

SphPstSpe-R1（REV プライマー）を 0.5 l、の翻訳阻害や大腸菌に元々備わっている TA system

2PrimeSTAR® Max Premix を 15 l 混ぜ、PCRにおける毒素タンパク質の発現を阻害する抗毒素タ反応を行った。EcoN24SpeI は、濃度が濃いと鋳型

ンパク質の翻訳阻害が小分子の asRNA のみによっ

プライマー同士で結合する可能性が高くなる。そのて行われるため、大腸菌にとって有害となる asRNA

ため、20 M, 2 M, 210-1 M, 210-2 M, 210-4

が何らかの形で細胞外に放出されても副作用が起こM, 210-6 M の EcoN24SpeI を作製し比較した。

りにくいという点である。今回、我々は大腸菌やサ

PCR 反応は、98ºC で 10 秒間、60ºC で 5 秒間、72ºC

ルモネラ菌の生育阻害を誘導する塩基配列をスクリで 5 秒間の 3 工程を 35 サイクルし、4ºC で反応をーニングにより取得することを目指して研究を行っ終了させた。PCR 反応後にカラム精製を行った。1.5

た。そして、これらのランダム RNA を含む配列を

ml チューブに PCR 反応液 (210-1 M, 210-2 M,

ファージミドの系に組み込んで実験を行い、このシ

210-4 M, 210-6 M の EcoN24SpeI) を各 25 lステムが組込まれた人工ファージミド保持ファージ（計 100 l）移し、Buffer NT1 を 200 l 加えた。

に感染したカルバペネム耐性大腸菌の生育が阻害さこの溶液を 2 ml コレクションチューブにセットしれるか調べた。

た NucleoSpin® Gel and PCR Clean-up Column を用いて精製し、1.5 ml チューブに溜まったろ液をイ

2. 材料と方法

ンサート DNA とした。インサート DNA の濃度を

1) ランダム配列プライマー

測定し、ベクターに導入するために制限酵素で末端・EcoN24SpeI（鋳型プライマー）を処理した。水を 18 l、インサート DNA を 7 l、

5’-GAATTCGCGGCCGCTTCTAGAGNNNNNNNNNNNNN

CutSmart を 3 l (10buffer) 、EcoR-HF を 1 l、

NNNNNNNNNNNTACTAGTAGCTGCAGGCATGCAAGCTT

Speを 1 l 混ぜ、37ºC で 30 分間反応させ、制限酵-3’素処理したインサート DNA とした。制限処理溶液

鋳型プライマーとして、インサート作製において使を 15 l、6orangeG を 3 l 混ぜ、3.2%アガロース

用した。

ゲルを用いて、100 V で 30 分間泳動した。ゲルを・EcoNotXbaI-F3（FWD プライマー）

エチジウムブロマイドにより染色し、バンドを確認

5’-CTTCGAATTCGCGGCCGCTTCTAGAG-3’

した。

FWD プライマーとして、インサート作製において

3) プラスミド pMKN104
クロラムフェニコール耐性遺伝子を持つ pAZ3 プ使用した。
・SphPstSpeI-R1（REV プライマー）

ラスミドを改変し、アラビノース誘導プロモーター

5’-CTTCGCATGCCTGCAGCTACTAGTA-3’の下流にマルチクローニングサイトを持たせた

REV プライマーとして、インサート作製において使5192 bp のプラスミドである。1 細胞あたり約 20 の用した。

コピー数を保持する。

2) インサート DNA 作製

4) プラスミド pMKN104-N24

ベクターに導入するためのインサート DNA とし

pMKN104 の PBAD プロモーターにより、アラビ- 266 -

ノース存在下において 24 塩基からなるランダム配100

列を含む約 140 塩基の RNA を発現するプラスミド

LB+Cm(25)+Ara(0.2%)プレートの組み合わせで、である。

または LB プレートと LB+Ara(0.2%)プレートの組

5) プラスミド pMKN104-G16, -G18, -G20, -G22, -G24

み合わせで塗布し、37C で一晩培養した。翌日、コpMKN104 の PBAD プロモーターにより、アラビµl

ず つ 、 LB+Cm(25) プ レ ー ト とロニー数を測定した。

ノース存在下において G が 16 回～24 回連続した
RNA を含む約 140 塩基の RNA を発現するプラス

3. 結果と考察
PCR にて 24 塩基ランダム配列を含むインサートミドである。

を作製し、それらを pMKN104 に挿入後、エレクト

6) LB+Cm(25)+Ara(0.2%) プレート
LB プレートと同じ組成で混合液を作製し、121C

ロポレーション法によって大腸菌株 TOP10 の形質

で 20 分間オートクレーブにより高圧蒸気滅菌した。

転換を行った。回復培養液を LB+Cm プレートにそ

溶液の温度が下がった後、クロラムフェニコール溶

れぞれ塗布し、954 種類の pMKN104-N24 塩基ラ

液 (25 mg/ml) を終濃度 25 g/ml、20% L-アラビノ

ンダム配列を含む形質転換体を得ることができた。

ースを終濃度 0.2%となるように入れ、固まる前にデ

次に、954 種類のコロニーを LB+Cm プレートとィッシュ 1 枚あたり約 25 ml の培地を入れ、固まる

LB+Cm+Ara プレートに塗布することで生育の違まで静置し、4C で保管した。

いを比較した。アラビノース存在下では、転写が促

7) 増殖曲線の作製進されることで、RNA の働きにより、生育抑制が終 濃 度 0.2% の ア ラ ビ ノ ー ス を 加 え た

みられるコロニーを得ることができると考えられた。

pMKN104-N24 プ ラ ス ミ ド を 保 持 す る 大 腸 菌

この 2 種類のプレート上のコロニーを比較し、TOP10 の生育抑制効果を増殖曲線で確認した。培

LB+Cm+Ara プレート上で生育抑制がみられたコ

養チューブに、LB 培地を 2 ml、クロラムフェニコ

ロニーを 52 種類得た。シングルコロニーストリー

ール溶液を 2 l 加え、それぞれの単一なコロニーをクで生育抑制がみられた 52 種類と生育抑制がみら

懸濁し、37ºC で一晩振とう培養したものを前培養液れなかった 15 種類のコロニーを LB+Cm プレートとした。50 ml チューブに、LB 培地を 20 ml、クロと LB+Cm+Ara プレートにシングルコロニーアイ

ラムフェニコール溶液を 20 l、前培養液を 100 l、

ソレーションした。得られたコロニーを比較し生育20%アラビノースを終濃度 0.2%量加え、37ºC で振抑制の強さを−、+、++、+++の４段階で比較した。

とう培養した。1 時間ごとに OD600 の吸光度を測り、−はコロニーが少し小さくなったが生育抑制とまで

24 時間後の濁度も測定した。

はいかないもの、+は生育抑制が少し感じられるも

8) ファージミドアッセイの、++はコロニーは減ったが+++とまではいかない

ファージミド保持ファージを標的菌に感染させ、もの、+++はほとんどコロニーがみられないものと菌体内に侵入したファージミドによる、アラビノー

して目視で判断した。その結果、−が 41 種類、+がス入りプレート上での生育阻害効果を確認した。大13 種類、++が 10 種類、+++が 3 種類という結果と腸菌 MV1184 を 2 ml の 1×M9 グルコース培地で一なった。

晩振とう培養した菌液 100 µl を 10 ml の 2×YT 培地

シングルコロニーアイソレーションをした 67に加え、50 ml チューブを用いて 37C で振とう培

種類のコロニーをコロニーPCR し、電気泳動でラン養した。OD600 が 0.8 のときに振とう培養を止め、

ダムな 24 塩基 (N24) が含まれているか確認した。

培養液 1 ml とファージミド保持ファージ溶液 1 ml

ストリークで生育抑制がみられた 52 種類とストリを混合し、37C で 2 時間インキュベートした。

ークで生育抑制がみられなかった 15 種類のうち、2500×g で 15 分間遠心分離した後上清を除き、200

電気泳動で 24 塩基が含まれていると判断した 11 種

µl の 2×YT 培地を加えて菌体を懸濁した。懸濁液を類のシークエンス解析を行った。生育抑制の強さと- 267 -

ランダム塩基配列を確認したところ、シングルコロ

生育阻害が起きるかを調べるために、サルモネラ菌

ニーアイソレーションで−と+以上ではグアニン塩

株 を 形質 転換 して 確認し た 。増 殖曲 線に より

基 (G) の数に優位な違いがみられた。このことから、

pMKN104-N24-5 では、サルモネラ菌株でも生育抑ランダムな 24 塩基 (N24) の中にグアニン塩基 (G)制がみられた。このことから、大腸菌株やサルモネが多く含まれていると生育抑制が強くなるのではな

ラ菌株による菌株特有の生育抑制ではないことが確いかと推測された。

認でき、
プラスミド pMKN104-N24-5 による効果だ

ストリークで生育抑制がみられた 52 種類とストと考えられた。

リークで生育抑制がみられなかった 15 種類のうち、電気泳動で 24 塩基が含まれていると判断した 11 種
類を用いてさらに実験を行った。pMKN104-noinsert と 63 種類の N24 を用いて、増殖曲線による生育抑制の強さを調べた（表 1、図 2）。シングルコロニーアイソレーションでみられた生育抑制の強さに比例して増殖曲線の生育抑制の強さがみられた。
図 3：サルモネラ菌における生育抑制効果
表 1：生育阻害効果とランダム配列の塩基配列
生育阻害効果を示すランダム配列中に G 配列が優位に多く含まれていたことから、G が 16 回～24
回連続した配列を含む pMKN104 を作製して生育阻害効果を調べた。その結果、連続した G 配列を含む RNA によって生育阻害が生じることが明らかになった。特に、G が 20 回連続したものが最も強い
生育抑制効果を示した[5]。

図 2：増殖曲線による生育阻害効果の比較
大腸菌株以外でも、今回最も生育阻害効果の強かった pMKN104-N24-5 から転写された RNA による- 268 -

以上の結果から、G 配列を多く含む RNA を発現するファージミドを用いて世界で初めて抗菌作用を得ることができた。今回開発した方法は、耐性遺伝
子の種類に依存せず、多剤耐性プラスミド保有菌に特異的な抗菌作用をもたらす方法であるため、新規の多剤耐性菌においても応用可能である。最近の臨
図 4：G の連続配列 RNA 発現による生育阻害効果

床分離カルバペネム耐性腸内細菌科細菌を用いた実験では、99.999%以上の抗菌効果を示すアンチセン

ファージミドを用いてファージアッセイを行った

ス RNA を同定することもできた（投稿準備中）。今ところ、rplN mRNA に対する asRNA を発現する

後は感染モデル動物実験を行い、治療効果の検証を

pMKN104-ArplNU と、ランダム配列のスクリーニ行う予定である。

ングによって得られた pMKN104-N24-5 において
4. 謝辞

強い生育阻害がみられた。アラビノース存在下において、pMKN104-ArplNU ではコロニー数が約本研究を遂行するにあたり、公益財団法人ウエス

0.19%に、pMKN104-N24-5 では約 0.04%に減少し

コ学術振興財団による研究助成を賜りましたことをた（図 5）。この結果から、これらの pMKN104 フ

心より感謝いたします。

ァージミド保持ファージの感染によって細胞内にこれら遺伝子が導入され、アラビノースによって誘導

5. 参考文献された RNA により、大腸菌に生育阻害を引き起こ[1]. Antimicrobial Resistance: Tackling a crisis forしたと考えられる。

the health and wealth of nations. The Review on
Antimicrobial Resistance Chaired. (2014)[2]. Tanji Y, Shimada T, Yoich M, Miyanaga K,
Hori K, Unno H. Toward rational control ofEscherichia coli O157:H7 by a phage cocktail.
Appl Microbiol Biotechnol 64:270–274 (2004)[3]. Russell K, Prerna B, Michael L, James C.
Engineered Phagemids for Nonlytic, Targeted
Antibacterial

Therapies.

Nano

Lett.

15

(7):4808-4813 (2015)[4]. Vincent L, Aude B, Clovis B, et al, Silencing of
Antibiotic Resistance in E. coli with Engineered
Phage Bearing Small Regulatory RNAs. ACS
Synthetic Biology 3(12):1003-1006 (2014)[5]. Kawano M, Morohashi S, Oda K, Ishikawa M,
Fujita S, Saito M. Artificial small RNA-mediatedgrowthinhibition

Salmonellainenterica

Escherichia coli andserovarTyphimurium.

Biochem Biophys Res Commun. 521(3):577-583
図 5：ファージミド感染による生育抑制効果(2020)- 269 -

新規ゲノム編集法によるアルポート症候群モデルラット作製と病態解析
重井医学研究所分子遺伝部門
古家野 孝行
家族遺伝性の腎疾患であるアルポート症候群は、根本的な治療法が存在せず、創薬の基盤となる分子レベルでの病態の理解は進んでいない。その要因の一つとして、有用な研究モデル動物が存在しないことが挙げられる。
近年のゲノム編集技術の爆発的な進歩により、動物個体における遺伝子操作は、以前に比べ容易になってきている。しかしながら、依然として、高度な技術や知識を要するのが現状である。本研究では、簡便なゲノム編集
個体作製法である GONAD 法（Genome-editing via Oviductal Nucleic Acids Delivery）を基盤とし、新たなゲノム操作法の確立を目指し、検討を行った。さらに、rGONAD 法を用いて、新規アルポートモデルラットの作製に成功した。本モデルラットは、タンパク尿の増加、腎臓の糸球体の構造異常など、アルポート症候群の患者で診られる所見に非常に類似した表現型を示した。新規モデルラットはアルポート症候群の発症の分子機構の解明に非常に有用であると考えられ、今後の研究の発展が期待される。
【はじめに】

おける遺伝子改変技術は、動物を用いた幅広い研究

慢性腎臓病は新たな国民病とも言われるほど、患分野に求められている。われわれはこれまでに、マ者数が増加傾向にある。遺伝性腎疾患の一つ、アルウスにおいて受精卵を体内から取り出すことなく、

ポート症候群（以下、アルポート）は国の難病指定

生体外での操作を必要としないゲノム編集動物作製を受けている。患者の多くは末期腎不全に至り、透法 、 i-GONAD 法 （ improved-Genome-editing via

析治療が必要となる家族遺伝性疾患である。腎臓のOviductal Nucleic Acids Delivery）を開発してい基底膜を構成するⅣ型コラーゲンの変異、特に X 染る[1]。さらに、本技術を応用し、受精卵の取り扱い

色体上にコードされた Col4α5 に変異に起因する。

が困難な動物種であるラットにおいても有用である

原因遺伝子は同定されているが、有用なモデル動物

ことを見出し、rGONAD 法（Rat i-GONAD）を開発しが存在せず、治療の基盤となる病態進行の分子メカた[2]。しかしながら、現在の方法では、数十塩基のニズムは不明である。研究の進展を遅らせている要

短い配列しか挿入することができず、分子生物学的因の一つとして、有用な病態モデル動物が存在せず、な研究分野で幅広く利用されている蛍光タンパク解析が困難であることが挙げられる。

（GFP など）や Cre-LoxP システムなど長い配列を挿近年の CRISPR/Cas9 に代表される、ゲノム編集技

入することは困難である。

術の発展は目覚しい。特に、マウスやラットのよう本研究では、より簡便で高効率な新規ゲノム編集

なモデル動物においては、効率的に遺伝子破壊や任法の開発に取り組むと共に、新規アルポートモデル

意配列の挿入が可能となり、分子生物学および遺伝ラットを作製し、その病態の解析を行った。

学的な基礎研究において必要不可欠な研究ツールとなっている。また、疾患の原因遺伝子の同定や疾患【方法】

モデル動物の作製、さらには、直接的な治療に向け

１. 動物

た研究など、医薬、創薬研究においても中心的な存動物は 12：12-ｈの明暗時間で飼育した。ICR マ

在である。しかし一方で、動物個体における実際のウスを用いて実験条件の検討を行った。基本的には実験過程においては、ES 細胞や受精卵の生体外でのi-GONAD 法の条件に従い行った[1]。WKY ラット

取り扱いが必須であり、熟練の技術、高額な実験器を用いて、clo4a5 ノックアウトラットを作製した。

具が必要である。より簡便で、効率的な動物個体に基本的な条件は、rGONAD 法に従い行った[2]。目- 270 -

的の遺伝子改変の確認はゲノム PCR と DNA シークエ

が困難であった。我々は、詳細なメカニズムの解明

ンスにより行った。

のため、体のサイズが大きく、より尿検査や血液検査など生理検査の行いやすい、ラットにおけるモデ

２. 免疫染色ルの創出を試みた。ラットにおいては、ゲノム操作

採取した腎臓は 5µm の厚さで凍結切片を作製した。

が困難であったため、アルポートのモデルとしては

サンプルをアセトンで室温、10 分の条件において固利用されていない。我々が開発した rGONAD 法[2]に定した。5％血清/TBST で 30 分間室温でブロッキン

よって、X 染色体上に存在する Col4a5 遺伝子の開始

グし、一次抗体と反応させた。その後、Alexa Fluor

コドン後に、停止コドンが組み込まれるように鋳型標識された二次抗体と反応させ、共焦点顕微鏡（オDNA を調整し、col4a5 ノックアウトラットを作製しリンパス、FV1200）を用いて観察した。

た。まず、HE 染色によって、腎臓の形態を観察した
ところ、糸球体および尿細管の構造異常が見られた

３. 尿検査（図１）。次に、Ⅳ型コラーゲンのたんぱく質として採尿ケージにラットを入れ、16 時間畜尿し、尿中のの挙動を免疫染色によって確かめた。野生型のラッ

タンパク量を、
スルホサリチル酸法により測定した。

トの腎臓においては、Ⅳ型コラーゲンは、糸球体基底膜に存在するが、col4a5 ノックアウトラットにお【結果】

いては、その局在が失われ、さらに、糸球体の構造

１． 新規ゲノム編集法開発に向けた試みも明らかに異常であった（図２）。さらに、col4a5 変我々が開発した GONAD 法を基に、より簡便に効率異による尿中タンパク量の顕著な増加が見られた

的に長鎖 DNA をゲノム上に挿入できる方法に取り組（図３）。以上の結果より、col4a5 ノックアウトラ

んだ（図１）。飼育の容易さや産子数を考え、初めにットにより、ヒトのアルポートと同様な症状が見ら

ICR マウスを用いて検討を行った。これまでに、20れ、新たな疾患モデルの作製に成功した。

塩基の配列の挿入に成功している遺伝子座[3]への
GFP の挿入を試みた。DNA の状態を一本鎖 DNA や PCR【考察】

産物等へと変更しながら実験を試みたが、最適な条

長鎖塩基配列を簡便にゲノム編集可能な新技術の件は見いだせなかった。また、インジェクションの確立を目指し研究を行った。残念ながら、本研究期

タイミングを変更（E0.7、1.5 等）し、受精卵の状況間での確立には至らなかった。しかし、部分的な配における影響を考慮しながら実験を繰り返したが、列の取り込みが確認できるなど改善は見られた。相完全長をノックインできる条件は本期間中には見い同配列の工夫や、安定的に DNA を核内へ取り込ませだせなかった。

るための条件をさらに模索する必要がある。今後も研究を継続し、新規ゲノム編集法を確立していきたい。また、本研究では、これまでのゲノム編集技術（rGONAD 法）を利用し、col4a5 ノックアウトラットを作製した。作製したノックアウトラットはアルポートの患者に診られる、顕著なたんぱく尿の増加、糸球体構造の異常が確認された。これらの結果は、ノックアウトラットがアルポートの有用なモデル動物となりうることを示ている。今後、この col4a5 ノ

２．新規アルポートモデルラットの病態解析
これまで、アルポートのモデルとしてマウスが主

ックアウトラットを用いて、疾患の分子基盤を明らに使用されてきた[4]。
しかし、体の大きさが小さく、かにし、治療薬探索など、ヒトの治療への応用を模

尿量が少ないため、尿検査によるタンパク尿の測定

索していきたい。

- 271 -

【参考文献】
1.

Ohtsuka M, Sato M, Miura H, Takabayashi
S, Matsuyama M, Koyano T, Arifin N,
Nakamura S, Wada K, Gurumurthy CB: iGONAD: a robust method for in situ
germlinegenomeengineering

using

CRISPR nucleases. Genome Biol 2018,
19(1):25.
2.

Kobayashi

T,

Namba

M,

KoyanoT,

Fukushima

M,

Sato

M,

OhtsukaM,

Matsuyama M: Successful production of
genome-edited rats by the rGONAD method.

BMC Biotechnol 2018, 18(1):19.
3.

Koyano T, Namba M, Kobayashi T, Nakakuni
K, Nakano D, Fukushima M, Nishiyama A,
Matsuyama M: The p21 dependent G2 arrestof the cell cycle in epithelial tubularcells links to the early stage of renal
fibrosis. Sci Rep 2019, 9(1):12059.

4.

Rheault MN, Kren SM, Thielen BK, Mesa
HA, Crosson JT, Thomas W, Sado Y,
Kashtan CE, Segal Y: Mouse model of Xlinked Alport syndrome. J Am Soc Nephrol
2004, 15(6):1466-1474.

【謝辞】
本研究遂行にあたり、公益財団法人ウエスコ学術振興財団に研究助成を賜り、深く感謝いたします。

- 272 -

令和元年度 海外渡航報告書
岡山大学大学院 環境生命科学研究科
本田 恭子●渡航目的と渡航先，日程
第 83 回アメリカ農村社会学会（Rural Sociological Society）年次大会での研究発表のため，2019 年 8 月 7日から 11 日にかけて，アメリカ合衆国（以下，「アメリカ」とする）バージニア州リッチモンド市に渡航した。
●研究発表のタイトルおよび概要
タイトル Energizing communities by buildings partnerships with external actors:
Case studies of small-scale hydropower projects in Japan（外部アクターとの連携で築くコミュニティ主体のエネルギー：日本の小水力発電プロジェクトの事例）
概要 再生可能エネルギー（以下，「再エネ」とする）の中でも水力発電の歴史は古く，1960 年初頭までは日本の電力供給の主力を担っていた。中国地方では，1950～60 年代に小水力発電所（出力 1,000kW 以下の水力発電所）の建設が盛んになったが，これらは農村が主導して建設され，発電収益は地域振興に使われてきた。
本報告では，これら中国地方の小水力発電の事業者のうち，電化農業協同組合（以下，「電化農協」とする）に焦点をあてている。電化農協は発電事業を行うために農家が出資・設立した協同組合であり，近年，欧米で提唱されているコミュニティ・エネルギー（地域主導・地域貢献型の再エネ）の理念を体現した組織である。本報
告では，電化農協の設立経緯と地域とのかかわり，近年の動向を整理することにより，コミュニティが主体となって小水力発電を導入する上で重要な条件を検討した。
中国地方には電化農協が 6 事業者存在する（鳥取県 4 事業者，広島県 2 事業者）
。このうち鳥取県の事業者（A～D）と関連団体（鳥取県小水力発電協会）に対して，2017 年 8 月～11 月に聞き取り調査を行った。
その結果，事業者間で，発電所に対する住民の認識と地域との関係，地域への収益還元の程度が異なっていた。また，2012 年の固定価格買取制度成立以降，中国地方の小水力発電の大多数が発電設備を改修していたが，資金力に乏しい電化農協の多くは設備改修ができなかった。そこで，地域外の企業と連携し，発電施設を改修する電化農協が出現している。

図 1 発電所改修にかかる事業者・地域と地域外の企業の連携- 273 -

図 1 のとおり，地域外の会社が資金調達と設備更新，改修後 20 年間の運営を行うかわりに，電化農協は水利施設の維持管理を受託し，受託料から地域還元を行う。農村部では人口減少と高齢化が著しく，住民だけで小水力発電所にかかる資金を調達し専門知識を習得することは難しい。しかし，長年地域に住み，天候や地形に詳しい住民は，発電用水や水利施設の管理を担うことができる。本報告で取り上げた事例のように，農村住民と外部アクターが共に利益を得られるような事業スキームを構築することによって，地域貢献型の再エネが普及することが期待される。また，コミュニティが外部アクターと連携する際には，発電事業や土木工事などについての専門知識を持つ第三者の仲介が重要であることが指摘できる。
●大会印象記
今年度のアメリカ農村社会学会年次大会は，ケンタッキー大学の Keiko Tanaka 教授が会長を務めていることから，Tanaka 教授と交流の深い日本人研究者が多く参加した。
報告者の渡航の主要な目的は，アメリカの研究者との交流である。報告者の研究対象である中国地方の小水力発電所の多くは，農山漁村電気導入促進法がきっかけとなって建設されたが，この法律はアメリカの類似の制度が基となっている。アメリカでは，電力供給のために住民が協同組合を設立する事例が多く，これらに関する論文も公表されている。そこで，更なる研究発展に向けて，現地の研究者と交流したいと考えた。
今年度の大会では，再エネに関するセッションが設けられていた。アメリカの再エネは太陽光発電と風力発電が中心であり，特に風力発電は地理的条件から中西部に多く分布する。セッションでは，景観への悪影響が懸念される事例の存在や，風力発電の分布とマイノリティ（ヒスパニック系住民）の居住地域との関連性が報告されていた。アメリカでは，再エネをいかに普及するかではなく，再エネが一定程度普及している状況をふまえて，どのような普及が望ましいかを具体的に議論する段階に入っていることを実感した。セッションの報
告者と再エネに対する欧米と日本の現状の違いについて意見交換を行い，セッション後には英文雑誌への投稿のコツなども教わり，英文雑誌への投稿を強く勧められた。再エネと一口に言っても，水力発電と風力発電では事情が異なり，制度の異なる国の間での単純な比較は難しい。しかし，日本の事例に対する海外のニーズは想像以上に高いことを感じたため，国際学会での研究発表や英文雑誌への投稿を通じて，海外の研究者との交流を続けたい。

- 274 -

平成 31 年度 海外渡航報告書
岡山大学資源植物科学研究所
佐藤 有希代（概要）第 38 回米国ウイルス学会議 (ASV2019) に参加し，研究発表を行った．本会議は，American Society for
Virology (アメリカウイルス学会) が主催する，ウイルス学関連で最大クラスの国際学会である．例年 1000 人以
上の参加が見られる．本年度の会議は，2019 年 7 月 20 日から 24 日にかけて，アメリカ合衆国ミネソタ州ミネ
アポリスのミネソタ大学 (図 1) において開催された．本年度には，561 題の口頭発表，406 題のポスター発表，
ならびに，基調講演を含む 21 題の招待講演が催された．例年通り，動物感染性ウイルスを主として，植物・菌類・細菌ウイルスなど，多様なウイルス各々を研究対象とする学者・学生が一堂に会していた．私は，自身の菌類ウイルス研究に関する口頭発表を行うとともに，様々なウイルスに関する最先端の知見・研究技術の情報を収集した．
■日程
7 月 19 日

移動 (岡山→羽田→ミネアポリス)

7 月 20-24 日

ASV2019 における自身の研究発表，聴講による情報収集

7 月 25-26 日

移動 (ミネアポリス→羽田→岡山)■研究発表と議論の内容
私は，“Virus Discovery (ウイルスの発見)”というセッションにおいて，“Characterization of a novel fungal
polymycovirus with a potential neo-lifestyle (新しい生活スタイルを持ち得る，新規の菌類ポリマイコウイルスの特徴解析)”という演題で，口頭発表を行った．本セッションは，動物ウイルスを主対象とした講演 7 題，植物
ウイルスの講演 1 題，ならびに，自身の講演を含む菌類ウイルスの講演 2 題から構成されていた．このため本会場では，各宿主に感染するウイルスの研究者が集まり，宿主生物種の壁を越えた，ウイルスの普遍性を捉える議論が展開されていた．
私の発表では，RNA ウイルスの分化原理を探る上で有用な材料となり得る，新規の菌類ウイルスを単離したことを報告した．これは，私の所属する研究室とパキスタン国立科学技術大学・国立農業研究センターとの国際共同研究成果である．菌類ウイルスは，多細胞真核生物を宿主とするウイルスのモデル，ならびに，農作物の糸状菌病害をコントロールする手段として重要であると考えられている．そこで我々は，次世代シークエンサー技術を利用して，パキスタンの植物病原性糸状菌に感染している新規ウイルスをハイスループット探索した．その結果，Fusarium oxysporum (フザリウム萎凋病菌) から“ポリマイコウイルス (PmV)”の新規近縁種を単離した．PmV とは，新しいウイルス科として分類することが提唱されている，ウイルス学上極めてユニークな菌類ウイルスの系統群である． PmV は，3 つの RNA ウイルス大分類 [プラス鎖 RNA ウイ
ルス (ノロウイルスなど)，マイナス鎖 RNA ウイルス (インフルエンザウイルスなど)，2 本鎖 RNA ウイルス
(レオウイルスなど)] の境界に位置する謎多きウイルス群として知られている．現在までに，ゲノム RNA 分
節が 4~8 本にわたる PmV 種が見つかっている．一方で，我々が単離した Fusarium oxysporum polymycovirus 1(FoPmV1) は，少なくとも 11 分節のゲノム RNA を有していた．11 本というゲノム分節数は，乳幼児下痢症の原因等として知られるレオウイルス (9~12 分節) と並んで，既知の RNA ウイルスで最大クラスである．レオウイルスでは，全ゲノム分節が一つのウイルス粒子に包含されていることが知られている．一方で，汎用- 275 -

法により FoPmV1 のウイルス粒子精製を試みたところ，FoPmV1 は，一般的なウイルス粒子画分とは全く異なる画分に分画された．すなわち，FoPmV1 は，典型的なウイルス粒子を形成しない可能性が考えられた．
なぜ近縁 PmV 間で，これだけゲノム分節数が多様化しているのか? また，FoPmV1 は，典型的な粒子を持たずに，どのように 11 本もの分節ゲノムを維持しているのか? これらの疑問は，ウイルス学上普遍的に興味深
い，今後の研究課題と捉えられる．実際に質疑応答において，動植物のウイルス学者の方々から，11 本のゲ
ノム分節の必要性・細胞内局在や，ウイルス実体の詳細な性質について質問を頂いた．発表後には，質問をくださった方とさらに交流し，今後の具体的な解析方策について，議論を深めることができた．
また会期中に，Valerian Dolja 博士と夕食を共にし，濃密に議論を交わす機会を得た．Dolja 博士は，20 年
以上前から，RNA ウイルスの大進化議論を世界的に牽引してきた存在である．近年には，バイオインフォマ
ティクス技術を駆使して，全ての RNA ウイルス科を包括する分子系統樹を描くなど，網羅的かつ俯瞰的にRNA ウイルスについて熟知されている．そんな Dolja 博士に我々の研究成果を紹介したところ，非常に興味を持ってくださり，「原著論文として投稿する際には，ぜひ私を査読者に推薦してほしい」と言ってくださった．現在私は，本学術会議において発表した研究成果を，原著論文としてまとめる作業に取り掛かっている．
Dolja 博士と具体的な約束を取りかわせたことは，本論文を推敲する上で大変有意義となるだろう．
■情報収集
5 日間にわたった本学術会議において，4 日目までは朝 8 時台から夜 22 時までにわたる終日，最終日には午前中いっぱいを通して，学術研究発表が行われた．午前中には，大講堂 (図 2) において全員が聴講するシンポジウム (招待講演) が催された．午後には，約 10 会場における同時並行での口頭発表や，大会場でのポスター発表が行われた．各発表では，次世代シークエンサーなどを用いる新たな解析手法を活用した研究が数多く見られた．研究対象となるウイルスや宿主こそ異なるものの，これらの解析技術の情報は，自身の研究を発展させる方策を考える上で大変参考になった．また，菌類ウイルスに限らず多様なウイルスの最新研究知見を聴講したことは，自身の研究に関する謎 (例えば，FoPmV1 は，どのように宿主の抗ウイルス免疫を免れているのかといった点) を紐解く仮説を思案するための好機となった．
■謝辞
以上のように，ウエスコ学術振興財団「海外渡航費助成」を賜り，渡航を支援していただいたことは，研究を進展させる契機となりました．ここに厚く御礼申し上げます．

図 1. 会場 (ミネソタ大学) の一景

図 2. シンポジウム会場前での撮影(会場内は撮影禁止)- 276 -

令和元年度 海外渡航報告書
岡山大学 自然生命科学研究支援センター
寺東 宏明
私は日頃の研究成果の発表と関連する研究の最新情報を入手するため、令和元年 8 月 25〜29 日に英国マンチ
ェスター市マンチェスター国際会議場（図 1）にて行われた第 16 回国際放射線学会（16th International Congressof Radiation Research：http://icrr2019manchester.com）に参加した。この学会は 4 年ごとに世界各国を巡回して行われる放射線関連研究では最大の国際学会である。今回の主要な日程は以下の通りである。

Sunday, August 25, 2019
Workshop 1: Xstrahl's SARRP user meeting
Workshop 2: Extracellular vesicles in mediating bystander and systemic RT effects
Plenary lecture 1: Bad Neighbours: the intersection of hypoxia and genetic instability withintumours
Monday, August 26, 2019
Plenary lecture 2: Metabolic dysregulation in radiation fibrosis
Workshop 3: Nanomedicine for Radiation Therapy and Beyond: State of the State andOpportunities Within Reach
Parallel sessions, poster session, and award lectures
Workshop 4: Radiation effect on CNS during infancy: Underlying mechanisms and implications
on quality of life in adult and ageing
Tuesday, August 27, 2019
Parallel teaching sessions
Workshop 5: International symposium on chromosomal aberrations ISCA12
Parallel sessions and poster session
Plenary lecture 3: From Earth to Mars and back again: How the brain responds to clinical anddeep space radiation exposure
Wednesday, August 28, 2019
Parallel teaching sessions
Parallel sessions, poster session, and award lectures
Workshop 6: Radiobiology meets radioecology: Evidence for transgenerational and "memory"effects after low doses of ionising radiation
Plenary lecture 4: Cancer risks from radiation: Oncogenic mutation theories may not apply whenhuman epidemiology data is compared to animal data
Workshop 7: Molecular and clinical aspects of individual radiosensitivity
Thursday, August 29, 2019
Parallel sessions
ICRR 2023 & Congress close- 277 -

私は全日程に参加し、ポスターセッションにて以下 2 題の研究発表を行った。
①

Terato H, Tokuyama Y, Mori K, Yasuda H, Yields of DNA damage in the cells irradiated with low dose rate
gamma-rays.

②

Kataoka T, Kanzaki N, Sakoda A, Ishida T, Tanaka H, Hanamoto K, Terato H, Mitsunobu F, Yamaoka K,
Basic study on suppression effects of active oxygen diseases by radon inhalation and its mechanism.

①は私の主たる研究成果で、低線量放射線の生物影響を DNA 損傷生成の観点から解析したものである（図 2）。
現在、100 mGy 以下の低線量域における放射線影響が実際に存在するかどうかが放射線生物学の分野でホットなトピックとなっており、日本でも福島原発事故の周辺地域における低線量被ばくの可能性から興味が持たれている分野である。私は、広島大学原爆放射線医科学研究所に設置された低線量率ガンマ線照射装置を用いた細胞照射実験により、低線量域においても DNA 損傷は発生していること、また、DNA 修復活性の有無によって生物影響が変化することを報告した。②は共同研究者として参画している研究テーマで、ラドンの生物影響
において活性酸素の発生が関与していることを明らかにしたものである。
他の講演のトピックとしては、近年、新たながん治療手法として期待されている重粒子放射線の生物影響を長年研究してきた Prof. Penny Jeggo（UK）の ARR Weiss Medal 受賞講演、放射線特異的な DNA 損傷形態であるクラスターDNA 損傷（損傷のクラスター、
すなわち局在する複数損傷の集団）の著名な研究者である Prof. Markus
Löbrich の The Bacq and Alexander Award 受賞講演が興味深いものであった。特に、後者に関してはクラスター
DNA 損傷の一形態である DNA 二本鎖切断（DSB：Double Strand Break）のクラスター発生（クラスターDSB）の概念について新しい知見が示された。また、中村典博士（放射線影響研究所）が 4 日目の Plenary lecture 4 にて講演を行ったが、原爆被爆者の晩発効果（主として放射線発がん）の発生機構が、巷間言われている DNA 損
傷由来の遺伝子変異ではなく老化促進ではないかというユニークな理論を公表して興味深い議論が戦わされたことが印象に残った（図 3）。会場では他の参加者の研究発表の閲覧と質問、情報交換を多数行ない、今回の学会発表参加は私の研究の今後の発展に極めて有意義であった。今後はこの学会参加で得た情報やサジェッショ
ンを糧により一層研究に邁進し、放射線生物学の発展に寄与したいと考えるものである。最後に、本学会参加をご支援いただいた公益財団法人ウエスコ学術振興財団に感謝申し上げる。
今回の行程：
8 月 24 日：岡山→（JR 山陽新幹線・関空特急）→関西空港→（フィンエアーAY078 便）→ヘルシンキ空港→（フィンエアーAY1365 便）→マンチェスター空港→ブリタニアホテルマンチェスター（5 泊）
8 月 25〜28 日：学会参加
8 月 29 日：学会参加→マンチェスター空港→（フィンエアーAY1366 便）→ヘルシンキ空港
8 月 30 日：ヘルシンキ空港→（フィンエアーAY067 便）→関西空港→（JR 関空特急・山陽新幹線）→岡山

図 1：マンチェスター国際会議場

図 2：ポスター発表- 278 -

図 3：講演会場風景

平成３１年度 海外渡航報告書（所 属）就実大学 薬学部 薬学科（氏 名）山田 陽一
アメリカ微生物学会（American Society for Microbiology（ASM)）の総会である ASM microbe 2019 に参加
し、研究発表、意見交換を行った。
ASM は世界中に 50000 人を超える会員を有しており、ASM microbe は微生物分野における世界で最大の総会となる。ASM microbe 2019 では微生物に関する発表（口頭、ポスター）、レクチャー、ショートプレゼンテーシ
ョン、ディスカッションなどが行われた。また、その内容は Antimicrobial Agents and Resistance, Appliedand Environmental Science, Clinical Infections and Vaccines, Clinical and Public Health Microbiology,
Ecology, Evolution and Biodiversity, Host-Microbe Biology, Molecular Biology and Physiology, Professionof Microbiology など多岐にわたった。50 の meeting、850 の symposium、200 の workshops、3000 のポスター発表など、大規模であった。
私は Applied and Environmental Science の領域において「Anti-microbial and Anti-biofilm Effect ofUnderwater Electric Discharge (UED)」と題して、新規殺菌・消毒法に関するポスター発表を行ってきた。微生物による食品・環境汚染や感染症は重大な問題であり、簡単で便利な殺菌・消毒法の開発が望まれている。
そこで、本発表では近年開発された「水中放電(UED)」の微生物（細菌、真菌）に対する殺菌効果、バイオフィ
ルム除去効果を、水中放電水で長時間（20 時間程度）と直接放電で短時間（数分程度）の 2 条件において評価を行った。その結果、水中放電水では過酸化水素水と同等、直接放電ではさらに強力な殺菌作用が示された。
この結果より、水中放電では殺菌成分として過酸化水素とヒドロキシラジカルの 2 種類が生成されると考えられた。さらに微生物（細菌、真菌）の物体表面への定着に関与する粘性物質であるバイオフィルムの除去効果は、数十分の直接放電で約 80％程度であることを示した。バイオフィルムは強固な構造体のため除去が困難であり、この結果は説明を聞きに来た人々を驚かせた。大学、企業、雑誌関係などの多くの先生方に興味を持っていただ
き、様々な質問を受けることで、有用なディスカッションが行えた。また、今後の研究の方向性を考える上でも非図 1. 発表ポスター

常に有益であった。

以下に ASM microbe 2019 の情報を記載する。
主催団体；American Society for Microbiology
後援企業；Astellas, Qiagen, Biofire, Roche, T2 Biosystems, ATCC, HOLOGIC, BD, Luminex など
日程；2019/6/20 ～ 2019/6/24- 279 -

発表分野；Antimicrobial Agents and Resistance, Applied and Environmental Science, Clinical Infections
and Vaccines, Clinical and Public Health Microbiology, Ecology, Evolution and Biodiversity,
Host-Microbe Biology, Molecular Biology and Physiology, Profession of Microbiology
会場；Moscone Center, 747 Howard Street, 5th Flr. at the corner of Third & Howard streets San Francisco,
CA 94103, USA
プログラム；
6/20 Courses and Workshops, Sessions, Industry &Science Events
6/21 Meet the Experts, Poster Presentations, Industry& Science Showcases, Tech Talks, Symposia/Concurrent
Sessions
6/22 Meet the Experts, Poster Presentations, Industry&

ScienceShowcases,

Tech

Talks,

図 2. 会場の様子

Symposia/Concurrent Sessions, President’s Forum
6/23 Symposia, Poster Presentations, Industry & Science Showcases, Tech Talks, Symposia/Concurrent
Sessions, Keynote
6/24 Meet the Experts, Symposia

最後に、本発表の渡航にあたり、海外渡航費助成費金を賜りました公益財団法人ウエスコ学術振興財団に心より感謝申し上げます。

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令和元年度 海外渡航報告書
川崎医療福祉大学
三田 岳彦
参加学会名：The World Congress of the International Association for the Scientific Study ofIntellectual and Developmental Disabilities, 2019
会場：スコットランドエキシビション＆カンファレンスセンター(SEC) (Exhibition Way, Glasgow G3 8YW UK)
期間：2019 年 8 月 5 日（月）〜8 月 10 日（土）（6 日間）
発表概要
演題： Annual trend of the number of people with disabilities in Japan
発表者： Takehiko Mita
要約： 我が国の約 2,400 人の国勢調査対象地域に居住する在宅障害者の 2016 年までのデータを用いて身体的および知的/発達障害のある人々の年次傾向および特徴を明らかにすることを目的とした。身体障害のある人の数は 512,000 人（1951 年）から 4,287,000 人（2016 年）に増加した（そのうちの約 73％が 65 歳以上）
。これらはこの期間の高齢化率の推移と相関している。
知的障害および発達障害のある人々の数は、
284,000 人（1990 年）から 962,000 人（2016 年）に増加した（そのうちの約 83％が 65 歳未満）
。身体障害者数の増加は、主に日本における高齢者の増加によるものである。知的障害および発達障害のある人の増加は、主に発達障害者支援法（2005 年）および DSM 5 の公表による診断基準の変更によるものと推察される。なお、発達障害者支援法にはトゥレット症候群や吃音（症）も含まれていることも注目すべき点である。
得られた知見8 月 8 日（木）の 12:30〜14:00 まで、Poster Session 3: Comparative Policy and Practice, ProfoundIntellectual and Multiple Disabilities, Diverse Topics において発表をおこない、チリ、スエーデン、ス
コットランド、日本からの参加者と議論することができた。主な意見とコメントは以下のとおり。
■チリにいておいても障害者統計は正確さを欠いており、とくに social psychological disability(社会心理学的な障害）が増えてきているものの社会サービスが行き届いていないということであった。ICF（国際生活機能分類）の必要性についても指摘していた。
■スエーデンでは、加齢に伴う障害者の増加は日本と同じ傾向だが、自閉症をもつ人の数は近年減少傾向ということであった。また、障害をもつ子供の家族への支援の重要性を指摘していた。また、スエーデンにおいては障害福祉サービスの受給資格認定のプロセスに心理士の関与が強くあることも印象的であった。

写真 1. 他国研究者とポスターセッションにてまとめ
我が国の障害者統計をより正確なものにするには現行の障害者手帳に拠らない国際的な基準を導入すべきである。とくに発達障害者の診断およびサービス支給決定には心理士の関与が必要である。医師のみによる診断
が過剰診断および誤診断を助長するかもしれない。
謝辞
本研究発表および渡航についてご支援を賜りました公益財団法人ウエスコ学術振興財団に心より感謝申しあげます。

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令和元年度 海外渡航報告書
川崎医療福祉大学 医療技術学部
矢納 陽
１．はじめに
このたび，本助成事業により国際会議にて研究発表する機会を与えていただきました．貴重な経験をすることができ，大変うれしく思います．本当にありがとうございました．以下では，国際会議への参加および発表に関する報告を記します．
２．国際会議の概要
国際会議名4th International Conference on Control and Fault-Tolerant Systems（SysTol’19）

渡航先

カサブランカ（モロッコ）

期間2019 年 9 月 18 日～9 月 20 日

主催団体

SysTol Association，スペイン（2016 年）での開催を経て，本会議は 2010 年にフランスで初開催された．その後，同国（2013 年）
今回の開催に至っている．今回の会議ではおよそ 30 の国と地域から論文が投稿され，その件数は 100 件であった．このうち掲載された論文数は 70 件とのことである．また，すべての論文に 2 名以上の査読者が割り当てられていた．著者の国別内訳はフランス，イタリア，ポルトガル，ドイツ，スペイン，イギリス，フィンランド，
デンマークなどヨーロッパ諸国だけでなく，開催国のモロッコやトルコ，カタール，ロシア，ルーマニア，さらにメキシコやアルゼンチンといった国々からの参加もあった．日本以外のアジアの国では中国やインドからの発表があった．

会議の様子（左：オープニングセレモニー．右：基調講演）

３．研究発表の内容ならびに他の研究等について
会議 3 日目に，Control Design（制御設計）というセッションにて「A Study on Extension of Self-Tuning
Generalized Predictive Control（セルフチューニング一般化予測制御法の一検討）」という演題の発表を行った．発表の際，(1)新たに設計パラメータを導入するとノイズが低減できる理由や(2)制御則に導入した新しい- 282 -

信号を発見的に見つけられた理由について質問を受けた．これに対し，(1)新しく導入した設計パラメータはノイズと出力に関する伝達関数に現れる．したがって，このパラメータを適切に設計することができれば，数値例のように出力に現れるノイズの影響を小さくできることや(2)これまで行ってきた既約分解表現を利用して制御則を拡張する研究に基づき，それを用いなくても同じような制御則の表現が得られるのではないかと考えた結果，今回の信号を提案したと回答した．さらに，下水道の氾濫を制御する手法の比較に関する発表について意見交換を行った．具体的には，制御手法の計算時間がどの手法もそれほど大きくないにも関わらず，当該発表で比較した意味について質問を行ったところ，下水道のネットワークがより複雑になると計算時間に顕著な違いが現れるという回答を得た．さらに「Fault Resilient Control of Collaborative Unmanned Aerial
Systems」という基調講演で協調型無人航空機システムの故障回復制御に関する紹介がなされた．具体的には，故障した無人航空機が受け持っていた監視領域を他の無人航空機にカバーさせるためにボロノイ図を利用するというものであった．また，トルコやロシアから参加した研究者らと昼食を共にする機会があり，簡単ではあるがトルコでの研究職に関する状況を教えていただいた．

数値例（左：提案法（実線）の制御量は従来法（破線）よりも制御結果のばらつきを抑えられる．右：制御入力）

４．おわりに本助成事業のおかげで研究発表をすることができました．重ねてお礼申し上げます．自分の研究発表だけでなく，他の研究も聴講でき，大変良い刺激を与えられました．今後も自分の研究領域を掘り下げるだけでなく，他領域との融合も踏まえて，地域の発展に寄与できる研究の推進を目指していきたいと思います．ありがとうございました．
以上- 283 -