hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
作業対象と周辺環境の接触センシングのための可変剛性パラレルメカニズムの開発

効果的な災害対応を行うためのロボットシステムの開発に資する,可変剛性マニピュレータ機構と周辺物体の力学的性質の測定アルゴリズムを開発した.対象物体の力学的性質を測定する際の零でない小さな力から作業時の大きな発揮力までをカバーする,広いダイナミックレンジの関節剛性を実現するため,差動入力により板ばねの有効長と出力節の角変位を制御する5R閉ループ可変剛性機構を採用し,所望の剛性範囲を実現可能とする機構を設計・試作した.さらに,これを肩関節に具備するシリアルマニピュレータを試作し,TOF方式の画像センサと組み合わせて周辺物体の形状測定及び測定平面を決定するアルゴリズムを構築した.効果的な災害対応を行うためのロボットシステムの開発に資する,可変剛性マニピュレータ機構と周辺物体の力学的性質の測定アルゴリズムを開発した.対象物体の力学的性質を測定する際の零でない小さな力から作業時の大きな発揮力までをカバーする,広いダイナミックレンジの関節剛性を実現するため,差動入力により板ばねの有効長と出力節の角変位を制御する5R閉ループ可変剛性機構を採用し,所望の剛性範囲を実現可能とする機構を設計・試作した.さらに,これを肩関節に具備するシリアルマニピュレータを試作し,TOF方式の画像センサと組み合わせて周辺物体の形状測定及び測定平面を決定するアルゴリズムを構築した.昨年度は,未知の環境内で活動するロボットの自律的な周辺環境・作業対象物の計測と行動計画への応用を目指し,物体に直接接触することでその物理的な性質を測定する接触センシングのコンセプトと,その実現のための可変剛性機構を有するマニピュレータの設計・試作を行った.さらに,試作マニピュレータを用いた実験により,提案手法の有効性を確認した.具体的には,(1)物体の動きやすさと軟らかさ,および足場として利用可能なほど大きな力を受けられる程度に固定されているか否かを判別するため,視覚情報と手先の作用力を統合した情報処理に基づき上記の条件を評価する接触センシングのコンセプトと,このコンセプトを実現するために可変剛性機能を有するマニピュレータを用いることを提案した.また,(2)剛性を作用力の大きさに応じて変更し,センシングの実行に最適な作用力推定分解能を保つため,出力プラットフォームの姿勢と回転剛性を独立して制御可能な可変剛性機構を提案し,その運動制御則を構築した.さらに,(3)上記の可変剛性機構を肩部の第一関節に具備した,平面3自由度可変剛性マニピュレータを設計・試作し,作用力推定実験を行った.この結果,提案手法により推定された作用力の値は力センサによる測定値と良く一致し,回転剛性を変えることで作用力の推定分解能が向上でき,連続的な値が得られることを確認した.上記の研究成果については,複数の学術講演会への講演論文としてまとめ,研究発表を行った.本研究では,災害現場の未知環境内で足場の確認や不安定な瓦礫物体の除去・移動を行うためのマニピュレータの開発を行い,以下の結果を得た.(1)周囲の物体の安定性を確認するための手法として,視覚情報から得た物体の形状情報と予備的な接触により得た力覚情報,すなわち作用力に対する変形・変位の大きさとの関係を用いて,対象物体の安定性を推定する接触センシングのアルゴリズムを構築した.(2)上記の力覚情報を得るための災害対応マニピュレータの構造として,5つの回転関節を用いた空間シリアル機構の肩関節を,ばね要素を有する5R閉ループ機構により構成することで,角変位と回転剛性とを同時に所望の値とする方法を提案した.この構造により,手先にセンサを取り付けることなく肩関節の角変位情報に基づいて手先作用力の測定を可能とすると共に,構造の中でも特に複雑となる部分を胴体内に掩蔽し,耐環境性を向上させる設計を提案した.(3)災害現場で物体の安定性を確認する際に必要な,手先作用力の最小測定分解能を1.5 Nと定め,それを実現する一方,非常に大きな発揮力も実現できるような閉ループ機構の構造を検討した結果,複数の採用可能な構成の中からばねの有効長さを可変とする原理を用いる機構を採用し,可変剛性機構の設計・試作を行った.(4)マニピュレータの手先作用力を推定する実験および視覚情報と力覚情報を統合して物体の動きやすさを推定する実験を行った.この結果,肩関節周りのトルクの最小分解能が0.12 Nm,作用力の最小分解能が0.59 Nとなり,上記(3)の設計目標値を満足する結果が得られ,質量5kgの物体に滑りを生じさせる外力の大きさが5Nとなる結果が得られた.これらより,本研究で提案した可変剛性機構および接触センシングのアルゴリズムが物体の安定性を推定するために有効であることを示した.弾性冗長機構の解析と設計,画像計測,設計工学昨年度は,まず接触センシングを行うための概念的な方針を定めるため,形状や摩擦などの多様な要因に影響される物体の振る舞いを,印加力の向きおよび大きさと,物体の重心位置の変化という限られた情報により評価するコンセプトを提案した.また,その実行のためのアルゴリズムの開発と,実現に必要なハードウェアの設計・試作を行うため,マニピュレータに必要とされる関節配置や可変剛性機能の実装を行った.さらに,試作した平面3R可変剛性マニピュレータにより,肩部の剛性を変化させつつ物体に力を作用させる実験を行い,作用力推定を行う際の分解能と印加可能な力の最大値を連続的に変化させられること,ダイナミックレンジを変更することにより大きな力・小さな力ともに同等の分解能で計測可能であることを確認した.交付申請書に記した本研究の目的は,予測困難な固定状態にある操作

対象物の把持・加工や軟弱な路盤上でのロボット本体の移動・固定を行うために,対象物と予備的な接触を行い,その物理的性質を把握する,接触センシングのための機構および方法論の構築を行うこととしたが,その基礎的な部分は達成できたものと考える.また,昨年度の研究実施計画においては,接触センシングを行うためのマニピュレータ機構の設計のため,運動学解析・力学解析に基づく作業領域解析・剛性解析を行い,アクチュエータの必要出力と配置を決定することとしたが,これらについても達成できたものと考える.一方,未知の物体に接触センシングを行うためには,手先が対象物にアプローチする方向や作用させる力の大きさを決定するための戦略や,それに基づくマニピュレータの関節剛性の最適化などの運動制御則の確立が必要になるが,これらについては引き続き検討・実験検証を行う必要がある.以上より,交付申請書の研究目的に対して,昨年度の達成度は概ね順調に進展しているものと評価する.(1)マニピュレータがベースに対して完全に固定されない移動プラットフォームにおいて,目標とする作用力を適切に対象物に印加するため,ロボットのベースと路盤との間にばね・ダンパ系を設定し,手先と対象物および機構の内部剛性も考慮に入れたモデル化を行う.さらに,このモデルを用いて目標作業の達成に最適な内部剛性を決定すると共に,その達成に最適なアクチュエータ入力を,これまでに構築した運動解析・力解析手法を用いて決定する.厳密解が一意に定まらない場合は,繰り返し計算を用いる.(2)視覚情報が利用できない状況を想定し,物体の表面に設定した任意の測定領域内で手先を掃引した結果に基づき,物体の形状および固定状況を推定する手法を構築する.手先を測定領域内で掃引した際,機構各部の関節角変位および角速度が急激に変化する点より物体との接触点を求め,その包絡形状より物体の形状を求める.さらに,設定した機構の内部剛性と接触時に生じた関節角変位より手先に作用している力の大きさと方向を求め,設定した機構剛性と合わせて物体の剛性を求めるとともに,その時間変化から物体の固定状況を推定する.マニピュレータの設計・試作と実験検証(3)空間マニピュレータ機構および可変剛性マニピュレータを固定するための移動プラットフォームを設計・試作し,提案手法の実験検証を行う.まず,既知のばね定数を持つばねを介して静止節に結合された移動プラットフォーム上にマニピュレータを固定した実験装置を用いて,ばね定数と測定対象物体を様々に変えながらマニピュレータの駆動と接触センシングを行い,得られた結果から物体の固定剛性の推定可能範囲や測定形状の精度等を検証する.次に,車輪等の移動プラットフォーム上に可変剛性マニピュレータを設置し,未知の物体の物理的性質を推定する実験を行い,足場の判断を自律的に行い経路決定を行う等の作業を実施し,その妥当性を検証する.
赤血球および血小板に由来する内因性発熱物質の探索

本研究ではマウスの脳出血-発熱モデルを作成し、血小板由来サイトカインCD40Lが発熱に関与している可能性を検討した。マウス視索前野へのコラゲナーゼ投与は脳出血を引き起こし、発熱とシクロオキシゲナーゼ2(COX-2)の発現を引き起こした。CD40Lの脳内投与は発熱と脳血管内皮細胞でのCOX-2発現を引き起こした。これらの結果はCD40Lが脳出血時に内因性発熱物質として働く可能性を支持する。本年度は3年計画の初年度にあたる。赤血球および血小板に由来する内因性発熱物質を探索するためのマウス実験系の確立をめざし、ほぼ目的を達成した。実験系はラットではすでに確立していたがマウスでは未確立であった。発熱を引き起こすことが確実な細菌内毒素(LPS)を投与して以下の実験を実施した。(1)マウス脳室投与:マウスをフォーレンで麻酔しLPS(50ng/2μl)を頭皮上から側脳室に投与した。(2)体温測定:腹腔に体温テレメータを留置し体温を測定した。LPS投与により体温上昇が観察された。(3)脳組織中のプロスタグランジンE2(PGE2)の測定:LPS投与後3時間でマウスをペントバルビタール麻酔し、左心室から10μMのインドメタシンを含む生理食塩水を潅流した。脳の凍結切片をインドメタシン含有エタノール中で粉砕し、遠心後エタノール相を採取した。エタノールを気化させ残渣中のPGE2をEIA法で測定した。対照群とLPS群で明確な測定値の差を検出することができた。(4)脳組織におけるcyclooxygenase (COX)の免疫組織化学による検出:凍結脳切片を10%ホルマリンで固定後、抗COX-2抗体、抗COX-1抗体で免疫染色を行った。LPS投与群では内皮細胞にCOX-2様免疫活性が検出された。またCOX-1はミクログリアで検出された。(5)脳組織におけるCOXのwestern blotによる検出:未だ結果が不安定である。実験条件の検討が必要。(6)脳組織におけるmRNAのリアルタイムPCRによる定量:凍結脳切片よりmRNAを抽出し、逆転写し、リアルタイムPCR-TaqMan probe法でCOX-2mRNA, β-actin mRNAの定量を行った。LPS投与によりCOX-2mRNAが増加することを確認した。本年度は3年計画の2年目にあたる。初年度は赤血球および血小板に由来する内因性発熱物質を探索するためのマウス実験系を確立した。本年度は血小板由来のサイトカインの一種であるCD40Lを脳室内に投与し、その発熱性と発熱関連分子の誘導を調べた。1.マウス脳室への薬物投与:マウスをフォーレンで麻酔しCD40L(1μg/2μl)を頭皮上から側脳室に投与した。2.体温測定:マウス腹腔に体温テレメータを留置し無拘束下で体温を測定した。CD40上投与により体温上昇が観察された。3.脳組織中のプロスタグランジンE2 (PGE2)の測定:CD40L投与後4時間でマウスをペントバルビタール麻酔し、左心室から10μMのインドメタシンを含む生理食塩水を潅流した。PGE2のELAはサンプル数が蓄積して実施する予定である。4.脳組織におけるcyclooxygenase(COX)の免疫組織化学による検出:凍結脳切片を10%ホルマリンで固定後、抗COX-2抗体、抗COX-1抗体で免疫染色を行った。CD40L投与群では内皮細胞にCOX-2様免疫活性が検出された。5.脳組織におけるCOXのwestern blotによる検出:未だ結果が不安定である。さらなる実験条件の検討が必要である。6.側脳室への投与の際、大脳皮質にステンレスカニューレを刺入する。その刺入経路に沿って血管内皮にCOX-2が誘導された。しかしカニューレの刺入だけでは発熱は起こらなかった。発熱はCOX-2の誘導部位と量に依存することを示唆する。ステンレスカニューレの刺入によりCOX-2を誘導する因子は不明である。本年度は昨年度からひきつづきCD40Lをマウス脳室内に投与しその発熱性を調べるとともに、CD40Lを視索前野に投与し発熱性を調べた。さらに、マウスにおいても脳出血で発熱が起こることを確認した。CD40Lの発熱性:体温テレメータを留置したマウスをフォーレン麻酔し、以下の4群に分け実験を行った。

1群:頭皮を切開し、縫い合わせ、2群:側脳室に30ゲージステンレスカニューレを刺入するが、注入なし、3群:側脳室に人工脳脊髄液(aCSF)を1-2μl注入、4群:側脳室にCD40L(1μg)を注入。麻酔回復後24時間の体温を測定した。1群、2群では前日の同時刻と比較して体温の上昇は認められなかった。3群、4群では前日の同時刻と比較して有意に体温が上昇した。しかし、その上昇の大きさについて3群と4群の間で有意差は認められなかった。次に、CD40L(1.4μg/1.4μl)およびaCSFを視索前野に投与した。CD40LによりaCSFより大きな体温上昇が認められたが、有意差は得られなかった。現在の実験条件では、aCSF単独で発熱様反応がおこり、CD40Lの効果を不明確にしている。投与方法を検討する必要がある。マウス脳出血ー発熱モデル:本研究課題の背景には、ラットにおいて観察された脳出血による発熱の解析結果がある。同様の発熱がマウスで起こることを確認する必要性が生じた。そこで、マウスにおいてコラゲナーゼを視索前野に投与し、脳出血と体温上昇の関係を調べた。コラゲナーゼにより脳出血が引き起こされ、その程度に応じて体温上昇(発熱)が起こることが確認できた。しかし、同量のコラゲナーゼを投与しても、脳出血の程度には大きなバラツキが認められ、それに応じた発熱が起こった。再現性のある脳出血ー発熱モデルを作成するための検討が必要である。血小板由来分子のCD40Lの発熱性と発熱関連因子の誘導が確認できた。24年度が最終年度であるため、記入しない。CD40L以外の候補物質について、実験を行う。
小児のビタミンE栄養評価と小児期の過酸化障害に関する研究

1.栄養アセスメントに関して:1)赤血球ビタミンE値が栄養アセスメントの一つの良い指標となる結論を得た。2)赤血球ビタミンE値から見て極小未熟児でも出生時はビタミンE欠乏ではないが、出生後に欠乏値に陥ることを知った。これは、ビタミンE投与実験の結果、ビタミンE吸収機能の未熟による結果であった。3)妊婦の赤血球ビタミンE値は妊娠の進行につれ、低下の傾向を見た。4)赤血球ビタミンE値以外の指標について、頬部粘膜細胞および血小板ビタミンE値を測定することを試み、有用性を見た。2.ビタミンEの転送について:1)リポタンパク中の転送において、ビタミンEの分布は、受動的にリポタンパクの脂肪量に平行して取り込まれた。新生児赤血球中へのビタミンEの取り込みは、HDL中ビタミンEとの関連が密接であった。2)リポタンパクによる転送以外に、細胞同志の接触によって、細胞-細胞間を、その濃度勾配に依存して移行し得る結果を得た。3.ビタミンEの生体膜酸化抑制機能について、赤血球膜をモデルとし、アゾ色素にるヒドロキシルラジカル発生系とO_2発生系で検討し、基礎的知見を確立した。ラジカル攻撃の部位により、膜の障害の性質が異なり、ビタミンEの抑制能の状態も差異が認められた。4.臨床応用:1)帯血を用い、アゾ色素によるラジカル反応下の赤血球膜の易酸化性を検討した。帯血血球膜と成人血血球膜はビタミンE量がほぼ同量であるので、ビタミンEの存在する間は両者の易酸化性に差はなかったが、ビタミンE消費後は、成人血球膜より帯血血球膜の方が酸化障害に対し、脆弱性があることを見出だした。2)ウイルソン病の血液での易酸化性を検討した結果、赤血球膜の易酸化性は正常者のそれと差はなかった。しかし、アゾ色素に対して、血漿の抗酸化効果(ビタミンEを含む)は減弱しており、治療により正常化した。1.ビタミンE栄養評価:前年度までの研究で出生時体重1500g以上の未熟児は出生時、出生后とも赤血ビタミンE値は欠乏値を示さず、ビタミンE欠乏状態のものは少いことを知った(MINO.Am.J.Clin.Nutr.1985;41,631)。今回は1,500g以下の極小未熟児のビタミンE栄養状態を赤血球ビタミンE値から検討した。その結果、出生時1,000g以下の未熟児でも出生直後は赤血球ビタミンE値は正常値範囲内にあり、欠乏状態を示さなかった。その後、1,000-1,500gの未熟児が恒に正常範囲内値を維持しているのに、1,000g以下の未熟児は、出生後3-7週の間は欠乏値(115μg/dl)に陥っていることを知った。1,000g以下の出生時体重未熟児は出生後にビタミンE欠乏状態になるものと思われ、その原因は脂肪吸収機構の未発達によるものであろうと考えられ、次の研究検討課題とする。2.過酸化障害の検討:前回の検討で【・!0(^--2)】発生系とアゾ化合物ラジカル発生系の生体膜反応の様式が異ることを知った。同じく赤血球膜を同い、ジアルル酸反応、ヒドロペルオキシド反応、鉄-アスコルビン酸反応を加へてTBA反応生成と微量化学発光の変化と溶血から生体膜過酸化障害の機構を検討した。

その結果、ラットビタミンE欠乏赤血球はこれらすべてのラジカル開始反応で溶血し、その溶血に際してTBA反応生成物と微量化学発光の増加が【・!0(^--2)】発生系反応時の溶血と同じ様に認められた。ビタミンE非欠乏赤血球ではこれらすべての反応による溶血は完全に阻害された。そして、ほとんどの反応系では、溶血の阻止と共に、TBA反応生生物の増加も微量化学発光の増加もほゞ完全に抑制されたが、ヒドロペルオキシド反応のみは、ビタミンE非欠乏赤血球でも微量化学発光のみの増加が認められ、ある程度の過酸化反応の進行があったものと予想された。研究目的:昭和61年度の研究で,出生時体重1000g以下の来熟児でも出生時の赤血球ビタミンE値は成人値と変らないが,その後の保育において,それが欠乏値域に低下したので,これがビタミンEの吸収能の未熟性によるものか否かを検討した.2.ビタミンE栄養と脂肪細胞の膜機能との関係を,ラット脂肪細胞のビタミンE変化とインスリン受容体機能で検討した.研究結果:1.出生時体重1000g以下の未熟児3例と1000ー1500gの未熟児4例にビタミンEニコチン酸エステル20mg/Kg/日を生後1週から10週まで連日投与し,血漿および赤血球中ビタミンE濃度を経過を追って測定した.その結果,前者群ではビタミンE剤投与にもかかわらず生後7ー8週までは血漿および赤血球ビタミンE濃度は上昇せず,むしろ下降傾向を示し,その後急な上昇を見た.ところが, 1000g以上の未熟児の大部分は生後3週頃より血漿ならびに赤血中ビタミンEの急な上昇を見たので,体重の小さい未熟児での赤血球ビタミンE値の欠乏域への低下はビタミンEの吸収機能の未熟による結果であることがわたった.2.ラットをビタミンE欠乏食で飼育すると褐色細胞中ビタミンEは白色脂肪細胞のそれより消費が早かった.しかし,白色脂肪細胞中ビタミンEも12週以上の飼育で欠乏となったので,副睾丸周囲の白色脂肪細胞について,コラゲナーゼ処理細胞浮遊液を作成し,インスリン添加によるIRブドー糖取り込みとCO_2生成能でインスリン受容体機能を検討した.その結果,どちらの測定値でも,ビタミンE欠乏および非欠乏脂肪胞間に差を認めることができなかった.この実験ではビタミンE欠乏は脂肪細胞の膜インスリン受容体機能に影響を与えないことを知った.1、ビタミンE栄養評価としての生体細胞中ビタミンE濃度:1)赤血球ビタミンE値より、新生児はもとより、極小未熟児でも出生時はビタミンEの欠乏はなく、生後2ー10週にビタミンE欠乏に陥ることが明らかとなった。この極小未熟児にビタミンE剤を投与し、赤血球ビタミンE値の増加変動を観察した結果、出生後に陥る欠乏は、吸収機能の末発達のためであることが証明された。2)ビタミンEの組織への移行が、濃度匂配による受動移行以外に、LDL受容体を介するものがあることが知られているので、LDL受容体のある細胞で、直接血漿と接触しない、頬部粘膜細胞中のビタミンE濃度測定法の開発を行った。この測定法により、ビタミンE剤負荷時の濃度変化を測定し、臨床の有用性を証明することが出来た。2、生体膜のビタミンE含量と易酸化性の検討:1)ラジカル発生量が算出できるアゾ化合物(AAPH)反応時の赤血球膜の酸化障害をビタミンE消費と溶存酸素吸収変動で検討した。その結果ビタミンEを消費する誘導期の後に酸素吸収が促進し、膜の酸化が進行した。誘導期の長さは膜のビタミンE量と比例したので、臍帯血と成人血血球膜に差がなかったが、溶存酸素吸収速度は臍帯血血球膜の方が成人血血球膜より速いことが明らかとなった。
フィクションから言説と事項を抽出して構築するモデルに基づく情報社会論の試み

本研究に相応しい題材の選定を行うために出版状況や現実社会との具体的な接点などを検討した。その結果、ジャンルから事項へと研究の軸足が移行し、物語が社会的歴史的要因によって変容する事例を検討した。また、電気通信メディアのうち民放ラジオ開局前後の時点に着目し、周辺文献を収集して言説を分析する研究を行った。フィクション及び事実の伝達に関しては受容理論を取り入れ、情報社会形成のメタファーとして利用されていた概念が現実的には情報化の担い手となって行ったITS分野との融合を目指すことを次の研究目的として獲得することができた。新しい研究手法を裏付けるために、以下のような調査・検討を行った。(1)談話理論・連想辞書:特に物語的な談話における文章の連接関係に関する分析を行い、物語の知識構造から論理構造によって物語が展開する推理・探偵小説を素材とした場合の応用可能性を検討し、連想辞書に関する研究動向を概観した。(2)情報コンテンツ表現論:Webの表現方式について既存の表現技法等との関連における調査を行いblogや配信システムを含む新技術の応用可能性を検討した。(3)物語論・文学理論:「The Theory」として文化一般のメタ理論を志向している「文学理論」の発展を検討した。(4)現地調査:フィクションにおいて出来事の舞台となる都市や施設を実地調査することは、文献や理論のみに依存しがちな空疎な研究課題とならないために是非とも必要である。本研究の場合、テクストとしてのフィクションから自然言語処理の技法によって言説や事項を抽出することを目指すが、一方で抽出したものの検証が必要となる。テクスト執筆時点との時代的な隔たり、技術の進展などを具体的に対比することを目的として、平成21年度は調査対象を選定し、成果を研究全体と有機的に結び付けられるよう予備調査を行った。(5)テレビの時代:本研究の時間軸が狭義にはパソコン通信時代(1980年代)以降という比較的短いスパンであるので、比較及び補完のために新聞のテレビ番組欄を精査することでローカルなテレビ番組の歴史を把握した。過去のテレビ番組欄が電子化されることは殆ど考えられず、オンラインの記事データベース検索では不可能なので上記現地調査と連動して資料収集を行った。平成22年度当初は推理・探偵小説、SF小説、ショートショートの3ジャンルに関して本研究に相応しい題材の選定を行った。また、それぞれの出版状況や現実社会との具体的な接点などを明らかにするための調査を行った。1)推理・探偵小説:論理の展開によってストーリーが動くという点のみならず、フィクションを構成する個々の文章の論理的な関係がプロットを形成することになる。さらにトリックとして情報通信手段が使われることがあるが、技術的進展によってこれが陳腐化し現実とはかけ離れた過去の遺物となることがある。こうしたケースを典型としてフィクションから抽出した言説や事項から社会における情報化の進展ぶりを検討した。2)SF小説:特定の技術的発展がフィクションの主要な構成要素となる。情報通信インフラの整備が描かれる未来像に反映されるケースや、執筆時点では存在もしないのに今日の社会を先取りしたかのような描写がある小説などから事項を抽出することを検討した。推理・探偵小説が過去から現実社会を照射しているとすれば、SF小説は将来予測とともに未来から現実を見据える分析装置たり得ると考えられる。3)ショートショート:キャラクター(登場人物)ではなくアイディアによって物語が展開するフィクションの典型として、日常の瞬間を断片にした表現形式として検討対象とした。上記を検討した結果、ジャンルから事項へと研究の軸が以降した。物語が社会的歴史的要因によって変容する事例を教科書・アニメ・絵本などへのメディア変換も含めて「桃太郎」を題材とした研究を行った。(上記3)、2)関連)また、過去から未来へと貫く電気通信メディアとして民放ラジオ開局前後の時点に着目し、事実とフィクションを架橋する具体例として井上靖の小説及び毎日放送社史及びこれ等の周辺文献を収集して言説を分析する研究を行った。(上記1)、2)関連)また、フィクション及び事実の伝達に関して作者の存在を再検討する必要性に気付き受容理論や「作者の死」を研究の射程に取り入れた。(上記3)関連)本年度は、当初平成22年度の実績を敷衍することから最終年度の方向性を求めることにした。推理・探偵小説、SF小説、ショートショートの3ジャンルに関して本研究に相応しい題材の選定を行った。

情報通信インフラの整備が描かれる未来像に反映されるケースや、執筆時点では存在もしないのに今日の社会を先取りしたかのような描写がある小説などから事項を抽出することを検討した。推理・探偵小説が過去から現実社会を照射しているとすれば、SF小説は将来予測とともに未来から現実を見据える分析装置たり得ると考えられる。3)ショートショート:キャラクター(登場人物)ではなくアイディアによって物語が展開するフィクションの典型として、日常の瞬間を断片にした表現形式として検討対象とした。上記を検討した結果、ジャンルから事項へと研究の軸が移行した。物語が社会的歴史的要因によって変容する事例を教科書・アニメ・絵本などへのメディア変換も含めて民話を題材とした研究を行った。(上記3)、2)関連)また、過去から未来へと貫く電気通信メディアとして民放ラジオ開局前後の時点に着目し、事実とフィクションを架橋する具体例として井上靖の小説及び毎日放送社史及びこれ等の周辺文献を収集して言説を分析する研究を行った。(上記1)、2)関連)また、フィクション及び事実の伝達に関して作者の存在を再検討する必要性に気付き受容理論や「作者の死」を研究の射程に取り入れた。(上記3)関連)さらに、情報社会形成のメタファーとして利用されていた概念が現実的には情報化の担い手となっていたITS分野との融合を次の研究指針として、本研究の取りまとめを行い挑戦的課題のさらなる発展を模索した。
遺伝性眼疾患に対する候補遺伝子アプローチ法による分子遺伝学的研究

ヒトゲノム計画の進行にともない、眼科領域でも遺伝性疾患の原因遺伝子の解明が進んでいる。本研究では、候補遺伝子アプローチ法を用いて、遺伝性眼疾患の原因遺伝子解析に取り組んでいる。これまでに遺伝性角膜ジストロフィ患者250家系、網膜色素変性症と類縁疾患患者200家系、開放隅角緑内障患者100家系から同意を得て、遺伝子解析を行っている。1)角膜疾患に関しては、約180家系で原因遺伝子が判明し、昨年度までに報告した。この中には、格子状角膜変性症III型の原因遺伝子解明(Am J Hum Genet.1998)や膠様滴状角膜変性症の原因遺伝子発見(Nat Genet.1999)、斑状角膜変性症の原因遺伝子発見(Nat Genet.2000)などが含まれている。原因の明らかになった家系については、遺伝相談やカウンセリングに分子レベルどの診断結果を提示可能になった。2)網膜疾患の解析では、本邦におけるスタルガルト病の遺伝子解析を実施し、日本人特有のABCA4遺伝子のnull mutationを4種類新たに発見した(IOVS 2002)。また、小口病を含む先天性停止性夜盲症の遺伝子解析を名古屋大学と共同研究し、arrestin, Rhodopsin kinaseのnull mutationを新たに発見した(IOVS in press)。3)開放隅角緑内障では、染色体3q21-q24領域のGLC1Cに注目し、位置的候補遺伝子アプローチを開始した。現在までに11遺伝子のスクリーニングが終了している。その中で、GRPK7のエクソン1内に1塩基欠失SNPを発見し、case-cotrol studyにおいて、そのSNPの頻度に有意差を認めた(p=7.4x10^<-4>)。近年の分子遺伝学の進歩は著しい。ヒトゲノム計画の進行と歩調をあわせて、眼科領域でも遺伝性疾患の原因遺伝子が次々に解明されている。本研究では、候補遺伝子アプローチ法を用いて、遺伝性角膜変性症約200家系、網膜色素変性および類縁疾患約150家系を対象として原因遺伝子解析を行っている。その結果、約180家系の角膜変性症患者の原因を明らかにした(Am J Ophthalmol 2000,Cornea 2000)。大部分はケラトエピセリン遺伝子の変異により発症しており、R124Hの変異を有する家系が70家系、P501T遺伝子変異による格子状角膜変性III型が16家系存在した。膠様滴状角膜変性症30家系でM1S1遺伝子の変異が判明した。遺伝子格子状角膜変性III型と膠様滴状角膜変性症は本邦特有の変性症である。また、斑状角膜変性症という劣性遺伝形式で遺伝する角膜ジストロフィの原因がCHST6という新しいスルフォトランスフェラーゼ遺伝子の異常で発症することを発見することができた(Nat Genet 2000)。網膜疾患については、網膜色素変性の類縁疾患である眼底白点症患者家系3家系の原因遺伝子変異をみつけることに成功した(IOVS 2000)。X連鎖性若年性網膜分離症10家系での遺伝子解析により全例でXLRS1遺伝子上に病因となる遺伝子変異を明らかにした(Arch Ophthalmol 2000)。従来の診断方法では鑑別の困難な症例に対しても、遺伝子解析により分子レベルでの確定診断が可能になってきた。角膜疾患、網膜疾患のいずれにおいても、原因遺伝子の明らかになった家系では、遺伝カウンセリングなどに対応するとともに、将来の遺伝子治療にむけて準備をすすめている。

これまでに遺伝性角膜ジストロフィ患者250家系、網膜色素変性症と類縁疾患患者200家系から同意を得て、遺伝子解析を行っている。角膜疾患に関しては、約180家系で原因遺伝子が判明し、昨年度までに報告した。この中には、格子状角膜変性症III型の原因遺伝子解明(Am J Hum Genet.1998)や膠様滴状角膜変性症の原因遺伝子発見(Nat Genet.1999)、斑状角膜変性症の原因遺伝子発見(Nat Genet.2000)などが含まれている。原因の明らかになった家系については、遺伝相談やカウンセリングに分子レベルどの診断結果を提示可能になった。本年度は、同一の遺伝子変異を持ちながら表現型が大きく異なる角膜ジストロフィ家系のSNP解析を進めている(Am J Ophthalmol.2001)。また、重症型のホモ接合体はレーザー治療後の再発が早期におこることを明らかにした(Am J Ophthalmol.2001)。格子状第膜変性IIIの解析課程でケラトエピテリン遺伝子内に2つの新たなSNPを発見した(J Med Genet.投稿中)。網膜疾患の解析では、本邦におけるスタルガルト病の遺伝子解析を実施し、日本人特有のABCA4遺伝子のnullmutaionを4つ発見した(IOVS投稿中)。当科では、昨年より若年性網膜分離症の分子診断が可能になっている(Arch Ophthalmol.2000)。引き続き、XLRS遺伝子の解析を進めており、解析段階で重症型の原因となる遺伝子変異を見出すことができた(Am J Ophthalmol.投稿中)。ヒトゲノム計画の進行にともない、眼科領域でも遺伝性疾患の原因遺伝子の解明が進んでいる。本研究では、候補遺伝子アプローチ法を用いて、遺伝性眼疾患の原因遺伝子解析に取り組んでいる。これまでに遺伝性角膜ジストロフィ患者250家系、網膜色素変性症と類縁疾患患者200家系、開放隅角緑内障患者100家系から同意を得て、遺伝子解析を行っている。1)角膜疾患に関しては、約180家系で原因遺伝子が判明し、昨年度までに報告した。この中には、格子状角膜変性症III型の原因遺伝子解明(Am J Hum Genet. 1998)や膠様滴状角膜変性症の原因遺伝子発見(Nat Genet. 1999)、斑状角膜変性症の原因遺伝子発見(Nat Genet. 2000)などが含まれている。2)網膜疾患の解析では、本邦におけるスタルガルト病の遺伝子解析を実施し、日本人特有のABCA4遺伝子のnull mutationを4種類新たに発見した(IOVS 2002)。また、小口病を含む先天性停止性夜盲症の遺伝子解析を名古屋大学と共同研究し、arrestin, Rhodopsin kinaseのnull mutationを新たに発見した(IOVS in press)。3)開放隅角緑内障では、染色体3q21-q24領域のGLC1Cに注目し、位置的候補遺伝子アプローチを開始した。現在までに11遺伝子のスクリーニングが終了している。
CD5分子の生物学的機能の解析

CD5分子は、T細胞の分化過程の早期より発現され、末梢の成熟型T細胞のほぼ全てに発現されている。T細胞レセプタ-の架橋によりT細胞を活性化する際に、ILー1および抗CD5抗体は、これを増強することが知られており、T細胞の活性化におけるCD5分子の関与が推測されている。また胎児肝に存在するB細胞の多くがCD5を発現し、さらにCD5陽性の成熟型B細胞は、自己抗体の産生に重要な役割を担っていることが報告さている。本研究では、CD5欠損変異T細胞株、CD5形質導入細胞を用いてCD5分子の機能を分子レベルで解析し、免疫応答あるいは免疫異常におけるCD5分子の役割を解明することを目的とし、以下の成果を納めた。1)CD5分子の発現を欠損した変異Jurkat T細胞株は、抗CD5抗体によるT細胞活性化の増強作用のみならず、ILー1の結合能および反応性を失った。2)CD5欠損T細胞株に、SV40プロモ-タ-と連結したCD5cDNAをレトロウィルスベクタ-を用いて導入し、CD5分子の発現を回復させたところ、抗CD5抗体によるT細胞活性化の増強活性のみならず、ILー1の結合能および反応性も回復した。3)CD5分子を抗CD5抗体による一時的に、モジュレ-トしてもILー1に対する反応性は、残存していた。また抗CD5抗体とILー1によるT細胞活性化の増強作用には、相加的効果が認められた。すでにヒトのILー1受容体は同定され、CD5分子とは異なることが明らかにされている。したがってCD5分子が永久的に発現を停止した際に、T細胞はILー1の結合能を失うことにより、ILー1に対する反応性を失うと考えられた。この現象を説明できるようなCD5分子の機能の同定は、今後の重要な研究課題である。ヒトCD5(Leu1,T_1)分子は、胸腺細胞および未梢血T細胞の大部分および一部のB細胞に発現されているが、その機能は解明されていない。抗CDS単クローン抗体(mAb)あるいはインターロイキン1(IL-1)は、至適濃度以下のマイトジェンあるいはT細胞レセプター・CD3複合体に特異的なmAbにより誘導されるT細胞増殖反応を増強する作用がある。我々はヒト静止型T細胞のモデルと考えられるT細胞性白血病細胞株Jurkatより、固相に固定された抗CD3mAbによりIL-2産生を開始し、さらに抗CD5mAbあるいはIL-1の存在下にIL-2産生を増強するサブクローンを分離した。この野生株を突然変異原であるEMSで処理し、抗CD5mAbおよび家兎補体でCD5陽性細胞を傷害し、さらにFACSを用いてCD5陰性細胞を分離した後、限界希釈法によりCD5欠損変異株クローンを樹立した。この変異株は、イオノマイシンおよびPMAによる刺激では野生株と等量のIL-2を産生したが、固相に固定した抗CD3mAbで刺激した場合、抗CD5mAbのみならずIL-1によるIL-2産生増強作用も認められなかった。この変異株に再びCD5を発現させる目的で、CD5cDNAで組み換え、NeO〓性遺伝子を有したレトロウィルスベクターを作製した。これを染色体DNAに不完全なレトロウィルスの構造遺伝子を有するイヌ線維芽細胞に形質導入し、これとCD5欠損Jurkat変異株を共培養した後、G418で選択培養し、CD5再発現株クローンを得た。このCD5再発現株は、抗CD5mAbのみならずIL-1に対する反応性をも回復した。

放射性ヨードで標識したリコンビナントIL-1βは、CD5陽性細胞にはよく結合したが、CD5欠損変異株での結合は低下しておりこれはIL-1受容体数の減少によるものと考えられた。以上より、CD5分子はIL-1の受容およびこれに続くT細胞の活性化に重要な機能を有していることが明らかとなった。今後、CD5分子とIL-1受容体との関係を研究することは重要な研究課題である。JurkatT細胞株は、そのCD3ーT細胞レセプタ-(TCR)複合体を、固相に固定した抗CD3単クロ-ン抗体(mAb)でクロスリンクし、ILー1あるいは抗CD5mAbをくわえるとILー2を産生する。このJurkat野生株をEMSで処理した後に、抗CD5mAbおよび家兎補体で処理することによりCD5陰性変異株を樹立した。この変異株はCD3ーTCR複合体をクロスリンクし、ILー1あるいは抗CD5mAbを加えてもILー2を産生しなかった。この変異株にレトロウィルスベクタ-に挿入したCD5cDNAを導入することにより再びCD5を発現させたところ、抗CD5mAbに対する反応性のみならずILー1に対する反応性が回復した。さらにCD5陰性変異株は、ILー1結合性が著しく低下していたが、再びCD5を発現した細胞株ではILー1結合能も回復した。ILー1受容体とCD5の関係を調べる目的で、CD5陽性Jurkat野生株を抗CD5mAbと培養することによりCD5の発現をモジュレ-トし、ILー1の結合性を検討したところ、ILー1の結合は認められた。したがってCD5が長期的に細胞表面から消失するとILー1受容体の発現が抑制されるが、CD5mAbによるCD5分子の短期間のモジュレ-ションでは、その発現は影響を受けないことが明らかとなった。この観察は同時にCD5分子がILー1受容体そのものでないことを示している。CD5の発現を失った変異株におけるCD5mRNAをNorthern hybridizationにより検討したところ、mRNAは野生株と同一の大きさのものが存在していた。今後、さらにILー1受容体とCD5の関係および変異株におけるCD5欠損の機序を解析する予定である。CD5分子は、T細胞の分化過程の早期より発現され、未梢の成熟型T細胞のほぼ全てに発現されている。T細胞レセプタ-の架橋によりT細胞を活性化する際に、ILー1および抗CD5抗体は、これを増強することが知られており、T細胞の活性化におけるCD5分子の関与が推測されている。また胎児肝に存在するB細胞の多くがCD5を発現し、さらにCD5陽性の成熟型B細胞は、自己抗体の産生に重要な役割を担っていることが報告されている。CD5欠損変異T細胞株、CD5形質導入細胞を用いてCD5分子の機能を分子レベルで解析し、免疫応答あるいは免疫異常におけるCD5分子の役割を解明することを目的とし、以下の成果を納めた。1)CD5分子の発現を欠損した変異JurkatT細胞株は、抗CD5抗体によるT細胞活性化の増強作用のみならず、ILー1の結合能および反応性を失った。2)CD5欠損T細胞株に、SV40プロモ-タ-と連結したCD5cDNAをレトロウィルスベクタ-を用いて導入し、CD5分子の発現を回復させたところ、抗CD5抗体によるT細胞活性化の増強活性のみならず、ILー1の結合能および反応性も回復した。3)CD5分子を抗CD5抗体による一時的に、モジュレ-トしてもILー1に対する反応性は、残存していた。
疎水界面における分子間相互作用の制御に基づく新規機能性材料の創成

本申請研究では、自身が見いだした「ナノスケールで近接する疎水界面近傍で静電相互作用は増強される」現象を利用し、これまで実現が困難であった新たな機能性表面を開発することを目的とする。具体的には、「ハイドロゲルの接着・摩擦制御」、「pH可変固体酸触媒」、「高い物質選択性を有するナノチャネル」の開発に挑戦する。これらは物質界面での分子間相互作用を制御することにより実現可能であると考えられるが、界面における相互作用の理解が進んでいないが故に開発が困難であった。申請者は表面化学・超分子化学・有機合成化学を駆使してこの難題に挑む。二年目である平成29年度は、ナノチャネルの開発に挑んだ。申請者はこれまで内壁がフッ素で覆われた大環状化合物(マクロサイクル)を開発しており、その一次元集合化を検討してきた。本年は、マクロサイクルの一次元集合化によって形成されるナノチューブが物質を透過するためのナノチャネルとして働くことを期待して検討を行った。まず、同じ繰り返し単位で構成されるサイズの異なるマクロサイクルの合成を検討した。合成はジアミンとジカルボン酸の重縮合によって行った。途中予期しない不純物の混入が判明しその除去のため時間を費やしたものの、0.9から1.9 nmまでの内径の異なる三種類のマクロサイクルの合成に成功した。また、内部に有するフッ素原子を一部水素で置き換えたマクロサイクルの合成にも成功した。これらはこれまでに知られているマクロサイクルの中でも最大級(史上二番目)のサイズである。また、これらマクロサイクルは炭化水素媒体中で一次元に集合化することがTEM観察によって明らかになった。サイズの最も大きなマクロサイクルをベシクル中に埋め込み、その水透過能を測定したところ、過去に報告されているあらゆる水透過ナノチャネルの中で最大の水透過速度を持っていることが明らかとなった。実験を進めている最中、これまでは認識されてこなかった不純物の存在が明らかとなりそれを除くためにかなりの時間を費やすこととなった。しかしその結果、得られた純粋なマクロサイクルはこれまで我々が得ていた水透過能の知見を遙かに上回るものであり、過去に報告されている最大の水透過能をもつカーボンナノチューブの水透過能をも凌駕するものであった。今後は得られたすべてのマクロサイクルの水透過能の測定を行い、サイズの違いによる水透過能を比較・検討する。また、イオン透過能に関しても検討を行い、フッ素原子由来の特異なイオン透過能の発現について検討する。水透過と比較してイオン透過能が低い場合は脱塩膜としての利用が考えられるため、透過膜への応用を視野に入れながら検討を進めていきたい。初年度である平成28年度は自身が開発した電位によって表面近傍のpHを変化する手法を用いて『任意のpHに制御可能な固体酸触媒』の開発を目指した。申請者はすでに、電位によって電極近傍のプロトン勾配が変化し、表面近傍のpHを変化させていることを明らかとした。この原理を用い、表面を固体酸ととらえ、その反応性を電位によって制御するのが本テーマの目的である。コンセプト実証のため、側鎖にグアニジニウムイオンを多数有するポリマーを用いる事とした。このポリマーは側鎖に有するグアニジニウム基の多価相互作用によりアニオン性の表面に結合することが可能である。表面に結合した状態で基板に電位をかけると適切なpHに到達した時点でモノマー同士を結合している官能基(エステル、アセタール等)が加水分解を受ける。まずこのような反応を可能にするポリマーデザインを行いその合成に成功した。カルボキシル基を多数有する自己組織化単分子膜を、このポリマー溶液に入れたところ、表面にポリマーが吸着していく様子が観測された。ただ、ポリマーの加水分解耐性が低いため、電位の変化に伴うpH勾配に応答した反応性を検討するにはさらなるポリマーのデザインが必要であることが明らかとなった。本研究を推進していく最中、ポリマーを吸着するための自己組織化単分子膜が、水溶液に浸した後に平衡に達するまでに予想外に長い時間を有する(約8時間)事を見いだした。これは単分子膜が水和するのにかかる時間がそのタイムスケールである事を示している。単分子膜のwettingに関して、数ミリ秒から数分で完了するとするこれまでの知見と大きな隔たりがある結果である。これはおそらく疎水表面上の水分子の特異な性質に由来すると考えられ、今まで知られてこなかった表面化学における新しい知見である。

申請者は表面化学・超分子化学・有機合成化学を駆使してこの難題に挑む。二年目である平成29年度は、ナノチャネルの開発に挑んだ。申請者はこれまで内壁がフッ素で覆われた大環状化合物(マクロサイクル)を開発しており、その一次元集合化を検討してきた。本年は、マクロサイクルの一次元集合化によって形成されるナノチューブが物質を透過するためのナノチャネルとして働くことを期待して検討を行った。まず、同じ繰り返し単位で構成されるサイズの異なるマクロサイクルの合成を検討した。合成はジアミンとジカルボン酸の重縮合によって行った。途中予期しない不純物の混入が判明しその除去のため時間を費やしたものの、0.9から1.9 nmまでの内径の異なる三種類のマクロサイクルの合成に成功した。また、内部に有するフッ素原子を一部水素で置き換えたマクロサイクルの合成にも成功した。これらはこれまでに知られているマクロサイクルの中でも最大級(史上二番目)のサイズである。また、これらマクロサイクルは炭化水素媒体中で一次元に集合化することがTEM観察によって明らかになった。サイズの最も大きなマクロサイクルをベシクル中に埋め込み、その水透過能を測定したところ、過去に報告されているあらゆる水透過ナノチャネルの中で最大の水透過速度を持っていることが明らかとなった。実験を進めている最中、これまでは認識されてこなかった不純物の存在が明らかとなりそれを除くためにかなりの時間を費やすこととなった。しかしその結果、得られた純粋なマクロサイクルはこれまで我々が得ていた水透過能の知見を遙かに上回るものであり、過去に報告されている最大の水透過能をもつカーボンナノチューブの水透過能をも凌駕するものであった。今後は新たなポリマーのデザインを行い、電位によるpH勾配に応答した加水分解反応の検討を行っていく。さらに、本実験を推進していく最中見いだされた自己組織化単分子膜の予想外に遅い水和プロセスに関してさらに検討をすすめ、これまで注目されてこなかったナノスケールでの疎水表面における水和プロセスの解明も行っていきたいと考えている。今後は得られたすべてのマクロサイクルの水透過能の測定を行い、サイズの違いによる水透過能を比較・検討する。また、イオン透過能に関しても検討を行い、フッ素原子由来の特異なイオン透過能の発現について検討する。水透過と比較してイオン透過能が低い場合は脱塩膜としての利用が考えられるため、透過膜への応用を視野に入れながら検討を進めていきたい。
懸垂容器旋回式血液ポンプの開発

本研究は、開心術時の人工心肺用ポンプあるいは補助循環ポンプとして、「懸垂容器旋回式」なる血液ポンプを提案し、その基礎特性の解明を目指すものである。この懸垂容器旋回式血液ポンプは、流入・流出管および空気室を備えた容器を懸垂し、外部から非自転状態で旋回(公転)させるだけで血流を発生させることのできる血液ポンプである。本研究では、まず、ポンプの容器が水平に旋回するシステムでの動作の検討を行ない、この検討結果を基に懸垂容器旋回式を設計した。このポンプの基礎特性の一部が明らかとなった。以下に、これまでに得られた知見を述べる。1.水平旋回式のポンプ容器では膜とポンプ容器内面がわずかに接触する状態で最も大きな出力を得ることが可能であったが、血球破壊の面から問題を生じた。ポンプ容器形状を改良し、膜と容器内面が接触しないポンプ容器を試作した。公転半径5mm、3000rpmにて負荷約80mmHgに対して6L/minの出力を得ることが可能であった。この容器に対してウシ血液を使用した溶血試験を実施したところ、溶血指数で0.09程度であった。ポンプ容器内の膜の形状や取り付け方法、ポンプ壁の表面粗さの改善、機械的振動の軽減が重要な課題である。2.これらの知見に基づき、懸垂容器旋回式ポンプ駆動機構を試作・検討した。旋回回転機構にベアリングの問題があり、実験は比較的低い速度領域に限定されている。しかし、この領域において水平旋回式で得た知見からの動作推定がよくあてはまることが確認できた。本ポンプの血球破壊についての詳細な検討が必要である。3.ポンプは無保守化に有利なインバータ制御誘導モータを使用した。これら装置の受電に際しては、入力力率の低下および電源側電流の高調波発生の問題があり、これらの問題を解決するため単相整流器の新しい制御法を提案した。実験の結果、ほぼ100%の力率運転ができ、高調波も十分に低減されることがわかった。懸垂容器旋回式血液ポンプの試作のための基礎的知見を得るために、従来試作した水平旋回式の駆動装置を使用して容器旋回式血液ポンプによる血球破壊特性の評価を行った。内部になんら構造物を有さないポンプ容器を水平面内で自転させずに公転させることで流体に遠心力を加え液体を送液する試作ポンプにより牛血を4時間送液し、その間の血球破壊による遊離ヘモグロビン濃度の変化を経時的に測定した。溶血指数(Index of Hemolysis)は0.17程度と大きく改善が必要である。ポンプ効率の増大とともに血球破壊は小さくなる傾向が観察され、ポンプ効率の向上を目的としたポンプ容器構造の改良が必要と考えられた。また、容器公転に伴う重心移動によりポンプに大きな振動が加わることが問題となった。カウンターバランスを取り付けて振動を減少させることにより、発生圧力の増大が認められた。しかしながら振動減少による効率向上の血球破壊特性への影響は認められなかった。カウンターバランスを設置しても完全には振動を除くことはできなかったため振動の血球破壊特性への影響については今後さらに条件を変えて検討する必要がある。振動は出力を増大させるための高回転化に対する障害にもなっており容器旋回式駆動装置の試作に当たっては特に注意する点である。

来年度は本年度一部試作を始めたより振動の少ない容器の懸垂式駆動装置の試作を完了させ、本研究の目的である懸垂容器旋回式血液ポンプの評価を行うことを第一の目標とする。また、ポンプ容器の形状は血球破壊特性に大きな影響を及ぼすため、この点に関しても設計を種々変えて検討しなければならない。これらの試作検討を通じて、血液ポンプとして要求される十分なポンプ出力特性と低血球破壊特性を実現することを目指す。本年度は、前年度一部試作を始めた振動の少ない容器懸垂式ポンプの駆動機構の試作を完了させ、本研究の目的である懸垂容器旋回式血液ポンプの評価を行うことを目標とし研究を行った結果、以下のような知見を得た。1.昨年度報告した公転ポンプ容器では変形可能な膜とポンプ容器内面がわずかに接触する状態で最も大きな出力を得ることが可能であったが、これは接触部分で血球に大きな摩擦を与えるために血球破壊を引き起こすものと考えられた。本年度は、ポンプ容器形状を工夫し、変形可能膜と容器内面が接触しないポンプ容器を試作した。公転半径5mm、3000rpmにて負荷約80mmHgに対して6L/minの出力を得ることが可能であった。2.この容器に対してウシ血液を使用した溶血試験を実施した。若干の改善が見られたが依然血球破壊は大きく、溶血指数(Index of Hemolysis,I.H.)で0.09程度であった。ポンプ内面の表面粗さの改善・機械的振動の軽減が重要な課題である。3.これらの知見に基づき、ユニバーサルジョイントによりポンプ上下を支持し、ポンプ上部側は回転中心に固定し、ポンプ底部側を偏心を持たせて回転させる懸垂容器旋回式ポンプ駆動機構を試作・検討した。4.ポンプ駆動部は無保守化に有利なインバータ駆動誘導モータを使用したが、純正弦波駆動時の特性との対照のため、可変周波三相正弦波電源を試作した。これら装置の受電に際しては、入力力率の低下および電源側電流の高調波発生の問題があり、これらの問題を解決するため単相整流器の新しい制御法を提案した。以上のように、本血液ポンプの基礎考察およびシステム化のための駆動部の改善を行った。ポンプ特性の詳細な検討および改善を図るためには、今後、種々の形状のポンプ容器の試作および実験・検討が必要である。
カイニン酸誘発側頭葉てんかん重積発作による海馬神経細胞障害発生の機序

海馬内情報処理過程が視床下部(上乳頭核)からの入力によって修飾されることが報告されてきたが、この視床下部-海馬人力系が海馬内シグナル伝搬をどのように制御するのか、側頭葉てんかん発作波発生やその結果として生ずる海馬神経細胞障害をも制御できるものかどうかはまだ不明なままであった。本研究では、平成9年度に、1)海馬歯状回に海馬内シグナル伝搬をon/offするゲート機構が存在し、このゲート機構が視床下部(上乳頭核)からの入力のあるなしによって遠隔制御されていることを明らかにした(Saji,M.et al.,Soc.Neurosci.Abstr.,1997)。平成10年度は、カイニン酸誘発てんかんラットモデルを用い、2)この視床下部-海馬入力を遺伝子局所導入により長期にわたって促進あるいは遮断することによる歯状回ゲート機構のon/off操作が、カイニン酸誘発扁桃体てんかん発作による海馬神経細胞障害をどのように変容するかを調べ、海馬神経細胞障害発生の機序を検討した。先ず視床下部-海馬入力を長期(1-2週間)にわたって持続的に昂進させるために、神経終末シナプスにおいてトランスミッター放出を抑制的に制御するシナプシンIのアンチセンスDNAをラットの視床下部上乳頭核の神経細胞にカチオン型HVJ・リポソームベクターにより局所導入した。アンチセンスDNA導入から3-4日後に、0.4mg/200nlのカイニン酸をアンチセンスDNA注入部位と同側の扁桃体に注入して側頭葉てんかん重積発作を誘導した。カイニン酸注入後48時間で、ラットは潅流固定され、得られた海馬切片にニッスル染色が施された。ニッスル染色された海馬神経細胞の生存率の解析から、側頭葉てんかん重積発作による海馬神経細胞死の程度と神経細胞障害の海馬内分布を調べた。結果として、シナプシンのアンチセンス局所導入による視床下部-海馬歯状回入力の持続昂進は、海馬肉てんかん発作伝搬を増強し、海馬錐体細胞障害を海馬CA1-CA3全域にわたり軽度か中程度に障害される障害パターンから海馬CA3a領域のみ細胞がすべて消失する重度の(CA1領域はむしろ軽度になる)障害パターンに変容させた。この海馬錐体細胞障害の昂進増悪効果から、視床下部-海馬入力の持続昂進による海馬内シグナル伝搬の促進はてんかん発作波の発生を増強し、その結果として錐体細胞障害を昂進増悪させたものと結論される。また、てんかん重積発作による海馬錐体細胞障害発生において、海馬錐体細胞の脆弱性は、個々の細胞の性質だけでなく神経回路におけるその細胞の位置にも依存していることが明らかになった。本研究の目的は、カイニン酸誘発扁桃体