hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
肥大心における心筋収縮緑膿菌、心筋生化学の変化について

・・・コントロールに比べて左室重量は約43%増加、右室重量は約120%増加。摘出左室乳頭筋の発生張力Tは低下傾向を示し、静止張力は有意に上昇、dT/dtmaxは有意に低下、TPTは有意に延長した。イソプロテレノール,DBcAMPに対するT、dT/dtmaxの反応性は、シャント群で低下傾向を示した。左室心筋ミオシンアイソザイムは、シャント群で有意にVM-3の増加を認めた。20-22週令の血圧固定期にある自然発症高血圧ラット(SHR)に, hydralazine80-90mg/kg/day,又はcaptopril 50-60mg/kg/dayを約8週間投与.収縮期血圧,心拍数はNatsume KN-201-1を用いて,尾動脈から非観血的に測定. hydralazine投与によって,血圧は132mmHgと,非投与コントロールSHR群の216mmHgに比べて有意に低下.心拍数は445/minと,非投与群の340/minに比べて有意に増加.一方, captopril投与群は,血圧は135mmHgと,非投与群より有意に低下.心拍数は380/minで,非投与群と有意差はなかった.体重は両投与群とも,非投与群より減少.心室重量も両投与群で低下を示したが, captopril投与群で著名であった.しかし,心室重量/体重比を比較すると, hydralazine投与群は非投与群と有意差はなく, captopril投与群で減少を示した.ピロ燐酸ゲル電気泳動で分離した左室心筋ミオシンアイソザイムは, hydralazine投与群で, ATPase活性の高いVM-1の増加,同活性の低いVM-3の減少を認めたが,いずれも有意な変化ではあるが,程度は軽度であった. Captopril投与群においても, VM-1の増加, VM-3の減少を認めたが,変化の程度は, hydralazine投与群よりも大であった.左室乳頭筋のメカニックスに関しては,有意な変化はなかったが, SHRの乳頭筋の形状が一様でないことも影響していると思われる.大動脈狭窄ラットのクリップを取り除き,圧負荷を除去した場合,また,腹部大動脈・下大静脈シャントラットのシャント閉鎖によって容量負荷を除去した場合,いずれも心室重量は減少,左室心筋ミオシンアイソザイムはVM-1へ移行,左室乳頭筋のメカニックスは有意な変化を示さなかった.いずれの場合も当初の開腹術の影響で癒着が強く,実験を進める上で充分な状態のものが少なかったため,更に工夫,検討が必要と思われた.心臓への機械的負荷に対する適応として心肥大が生じるが、この時の収縮力に変化を与えるものの一つに心筋線維化があり、これはコラーゲン含量、更にその指標としてHydroxyprolineが測定される。当研究では凍結乾燥し粉末状とした左室心筋50mgを加水分解、P-ジメチルアミノベンズアルデヒド反応を用いて比色定量した。生後10週齢の雄のラットに腹部大動脈狭窄を作り圧負荷4週の時点で同週齢のコントロール群と比較すると、大動脈狭窄群では左室重量は約12%増加していたが、単位乾燥重量当りのHydroxyproline量は狭窄群で軽度増加の傾向はみられたが有意差は認められなかった。次に生後10週齢のラットに腹部大動脈・下大静脈間シャントを作り心臓に容量負荷を加えると、シャント群ではコントロール群に比べて左室重量は約14%、右室重量は約18%増加していた。
ビキニ被災情報の国際的伝達と各国の原子力開発への影響

1954年3月の米国のビキニ水爆実験によって、第五福竜丸の乗組員が放射線被害を被った。その実態は、自らも調査に関わった当時大阪市立医科大学助教授だった西脇安によって各国に伝えられた。本研究では、遺族から提供された資料などの分析で、次のことが明らかにされた。(1)1954年の西脇の欧州訪問は、大阪の原水爆禁止運動が財政的に支えたこと。(2)訪欧中のジョセフ・ロートブラットとの出会いが、1955年の「ラッセル・アインシュタイン宣言」の重要なきっかけを与えたこと。(3)1957年のソ連及び東欧訪問でその影響が広がったこと。(4)1959年の訪米によってライナス・ポーリングの反核運動を支えたこと。1954年3月のビキニ環礁における米国の水爆実験によって第五福竜丸の乗組員が放射線被害をこうむった。その実態は自らも調査に加わった当時大阪市立医科大学(大阪市立大学医学部の前身)助教授だった西脇安(1918年から2011年)によって欧州に伝えられた。本年度は、昨年度に大阪の資料から再構成された4か月間の欧州訪問の過程を、海外の資料で確認した。西脇の履歴書では、1954年10月に英国議会で講演し、BBC放送でラジオ放送されたとされていた。議会の記録には講演当日の記載はなかったものの、翌年の1955年3月11日の労働党のディビス議員の議会発言に、西脇報告に関する言及があることが判明した。また、当時、議会の発言が放送される慣習はまだなく、BBC文書館に問い合わせた結果、"At Home and Abroad"という番組の中で、10月22日に西脇が登場し、"Japanese Victims of Atomic Radiation"というテーマで報告をしたことが分かった。講演内容は「リスナー」誌に掲載され、読者からの反応もあったことが明らかになった。オランダのドルトレヒトでも9月6日に講演が行われていたことが、Medisch Contact誌の講演記事から明らかになった。これはユトレヒト大学の大学院生からの情報で判明した。また、西ベルリンのノイケルンの講演が掲載された「エス・オー・エス」紙は、西ドイツ共産党の機関紙であることが、海外研究協力者の調査で明らかになった。また、ウィーンでの講演が掲載されたVOLKSSTIMME(人民の声)紙は、オーストリア共産党の日刊紙であったことも判明した。西脇とロートブラットのリエージュの放射線生物学国際会議での出会いについて、ロートブラット自身が語っていることを大英博物館のテープ記録で確認できたが、日にちが会議の実際の期間と一致していない。本年度は、この年の4か月に及ぶこの活動を再現することに重点を置き、大阪の自宅に残された資料から、欧州各国での講演とその反響の再現を行った。当時の新聞の切り抜き記事は、フランス語、オランダ語、ドイツ語、ノルウェー語、デンマーク語などで書かれているため、それらを翻訳した結果、議会での講演などが行われた英国についで、ドイツでの反響が大きかったことが明らかになった。また、新たな発見として、オランダの科学史研究者から、オランダの医学及び科学者団体の雑誌に西脇の英文論文が掲載されていた事実が知らされた。各国での講演は、当時の新聞記事の記述から、ほぼ同一の英文原稿で行われたことが推定できた。西脇安と共に渡欧した米国人の元妻のジェーン西脇氏にも、ご子息を通じて渡欧の日程などの詳細を問い合わせ、有用な情報が得られた。欧州訪問には約200万円の費用が募金で準備されたとされる。関係者へのインタビューによって、その主な寄付元が、森下仁丹などの大阪の地元の大手企業やキリスト教会系の婦人団体であったことが明らかになった。西脇は1960年代には米国の原子力潜水艦の日本寄港に対して容認する証言を国会で行ったことが知られるが、米国立公文書館の国務省関係資料から、西脇がその当時英国を訪問した際に、英国駐在の米国大使館を訪れて、係官に原子力潜水艦からの放射性物質排出に関する情報の公表を要請していたことなどが明らかになった。1954年3月のビキニ環礁での米国の水爆実験で第五福竜丸の乗組員が放射線被害をこうむった。その実態は自らも調査に加わった西脇安(1918年から2011年)によって欧州に伝えられ、1955年の「ラッセル・アインシュタイン宣言」をもたらし、1957年からはじまるパグウォッシュ会議の運動につながった。本年度はビキニ事件と西脇渡欧の60周年に当たるため、東京工業大学博物館で特別企画展示「核時代を生きた科学者西脇安」の開催が計画され、その準備のため研究会を実施し、ビキニ水爆が「汚い爆弾(3F爆弾)」であることを見抜いたジョセフ・ロートブラット(パグウォッシュ会議事務局長・会長、1995年ノーベル平和賞受賞者)と西脇ら日本の科学者の調査との関係や、西脇の原子力に関する視点とIAEAでの活動、さらに後年に西脇が取り組んだファジィ理論を用いた原発事故解析などについて、各方面の専門家によって理解が進められた。その成果は、展示会のパンフレットと展示台本にまとめられ、10月の展示会で公表された。

パンフレットは、その英訳とともに博物館のホームページに載せられ、一般の閲覧に供された。西脇の核兵器と原子力の平和利用に対する態度は、これまで相互に矛盾していたと考えられることが多かったが、前者については「定性的絶対論」(殺戮を目的とする核兵器に対しては、少しの放射線も許容しない立場)、後者に対しては「定量的相対論」(平和利用の利便性を考え、放射線被害が他の技術的危険性と同程度にあれば許容する立場)を取っていたことが明らかになった。核兵器を絶対悪と呼ぶことは、湯川秀樹によって始められたとされるが、それよりも10年以上前に西脇がそのように考えていたことも示された。西脇が原子炉を「本質的に危険」と見なし、核攻撃とともに原発事故に対しても事前の防衛策をとる必要性を主張していたことも明らかになった。1954年3月のビキニ環礁での米国の水爆実験で第五福竜丸の乗組員が放射線被害をこうむった。その実態は自らも調査に加わった西脇安(1918年2011年)によって欧州に伝えられ、1955年の「ラッセル・アインシュタイン宣言」をもたらし、1957年からはじまるバグウォッシュ会議の運動につながった。本年度は「ラッセル・アインシュタイン宣言」60周年に当たるため、それを記念するシンポジウムを日本科学史学会の年会で行い、日本の科学者の調査活動と、ジョセフ・ロートブラットがビキニ水爆が「汚い爆弾(3F爆弾)」であったことを見抜いたこととの関係などを詳しく検証した。その結果、ビキニの「死の灰」からウラン237が発見されたことだけでなく、ビキニ水爆からの放射性降下物の異常な多さも、ロートブラットの発見に寄与していたことが示された。また、西脇の渡欧を財政的に支えた大阪の原水禁運動が、西脇安の母親の西脇りかなどが占領終了直後からはじめた、大阪地方に戦後流入した広島の被爆者に対する救援・治療活動に源泉を持つことが明らかにされた。コスト・ベネフィット論を社会的に理解する西脇の放射線の許容量理解(ICRPも同様)に対して、武谷三男の「がまん量」が、個人を基礎にした人権的視点からのものであることを、対比的に明らかにすることができた。その他に、1963年の米原子力潜水艦入港に際して、湯川などの物理学者が反対論を展開するなかで、西脇は入港を擁護する発言をしたが、西脇が将来の海上輸送が潜水艦方式で行われると予想していたことが、その理由の一つであったことが資料的に理解された。西脇は1960年代後半からウィーンの国際原子力機関に勤務したため、第五福竜丸が改修され、夢の島に展示されたことを後年まで知ることがなかったことが関係者の証言で裏付けられた。1954年3月の米国のビキニ水爆実験によって、第五福竜丸の乗組員が放射線被害を被った。その実態は、自らも調査に関わった当時大阪市立医科大学助教授だった西脇安によって各国に伝えられた。本研究では、遺族から提供された資料などの分析で、次のことが明らかにされた。(1)1954年の西脇の欧州訪問は、大阪の原水爆禁止運動が財政的に支えたこと。(2)訪欧中のジョセフ・ロートブラットとの出会いが、1955年の「ラッセル・アインシュタイン宣言」の重要なきっかけを与えたこと。(3)1957年のソ連及び東欧訪問でその影響が広がったこと。(4)1959年の訪米によってライナス・ポーリングの反核運動を支えたこと。
リン酸基結合モジュールにもとづくDNA結合部位の推定

転写因子において塩基認識部位には共通の立体構造が存在することが知られている。それでは、これらのタンパク質のリン酸基結合部位には共通の構造が存在するのであろうか。タンパク質-DNA複合体のモジュール構造を調べたところ、DNAのリン酸基にのみ結合するモジュールが存在することがわかった。リン酸基結合モジュールを比較した結果、原核生物と真核生物の転写因子及びポリメラーゼの4つのタンパク質に、類似の立体構造・リン酸基結合様式をもつモジュールが見いだされた。これらのモジュールは塩基を認識するヘリックス・ターン・ヘリックス(HTH)モジュールと類似の立体構造をとっているが、塩基と水素結合することはなく、C末端側ヘリックスのN末端に位置する主鎖のアミノ基でDNAのリン酸基と水素結合することがわかった。これらのモジュールには、立体構造構造形成のため及び機能を実現するために固有のアミノ酸配列パターンが存在することがわかった。そのパターンを用いて全ゲノム配列が決定されたシアノバクテリアSynechocystissp.PCC6803を検索した結果、機能未知のORF slr0197にそのリン酸基結合HTHモジュール候補が2箇所見つかった。ORF slr0197にはエンドヌクレアーゼドメインがあることが同時に予測された。このシアノバクテリアは、外来DNAをそれ自身の遺伝子に取り込むことで形質転換を起こすことが知られているが、その分子的機構は判明していない。形質転換の最初の段階は外来DNAの配列非特異的な取り込みである。他のいくつかの知見から、ORF slr0197は形質転換における外来DNA取り込みに関与していることが示唆され、DNA結合部位は2つのリン酸基HTHモジュールであることが予測された。リン酸基結合モジュールにもとづくDNA結合部位の推定を行うために、現在までに判明しているリン酸基結合モジュールの共通の性質を抽出することができた。現在までに、リン酸基に結合するヘリックス・ターン・ヘリックス(HTH)モジュールが3つの異なる転写因子(Oct-1,Arc represor,434Cro)とDNAの修復酵素(DNA polymerase β)に存在することが明らかにされてきた。これらの蛋白質は全体の構造・機能が異なるにもかかわらず、DNA主鎖のリン酸基に結合する部位には立体構造およびリン酸基との結合様式が類似のモジュールが見いだされた。このリン酸基結合HTHモジュールは、C末端側ヘリックスのN末端に位置する主鎖のアミド基でDNAのリン酸基と水素結合することがわかった。4つのDNA結合蛋白質におけるリン酸基結合HTHモジュールのDNAとの相互作用様式、およびアミノ酸残基の特徴を詳細に調べた結果、新たに以下の3点の共通性を見いだした。i)C末端側へリックスのN末端側にあるDNAと水素結合するアミド基は、DNAと水素結合していない場合でも、蛋白質の他の原子と水素結合はしない。ii)C末端側ヘリックスが始まる一つ前のアミノ酸残基の側鎖は小型である。この部位はDNA主鎖に最接近する部位の一つである。そのため大きな側鎖を持つアミノ酸残基があると、C末端側ヘリックスのN末端側がDNAリン酸基に接近できなくなる。iii)N末端側またはC末端側のヘリックスにアルギニンまたはリジンが存在する。この残基の側鎖がDNAリン酸基と静電相互作用している。リン酸基結合HTHモジュールに見られるこれらの特徴を利用することで、DNAとの結合様式が判明していない蛋白質の、DNA結合部位および結合様式を推定できる可能性が開けた。
右心不全における運動時心肺機能から導く新規心肺連関指標の開発

前所属の名古屋大学の肺高血圧先端医療学寄附講座で右心不全の代表的疾患である肺動脈性肺高血圧症(PAH)に関して、運動耐容能に基づく治療戦略を多施設共同試験として、前向きに臨床観察研究を行った。2016年4月に国立長寿医療研究センターに転勤となったが、客員研究生として引き続き連絡をとった。2018年度の研究実績として、新規に診断したPAHに対し、治療介入における精神的およびQOLの改善に関して治療反応の経時的変化を示した報告を投稿し、revisedとなり再投稿した。主たる研究である肺高血圧の多施設前向き研究は、現在投稿中である。2015年度の研究実績として,拡張型心筋症患者において肺高血圧の有無は,心肺運動負荷試験(CPX)の指標で見出すことができることを示し,中でも%PPeakVO2が最も良い指標であることを報告した(Hirashiki A, et al. Annals of Noninvasive Electrocardiology. 2016)。本研究は,拡張型心筋症に関して,従来の心筋特性の指標であるSwan-Ganzカテーテルによる血行動態指標が,CPXによる運動時の生理学的指標と強い関連があることを示した。2014年に,肺高血圧の合併が心臓死に影響が強いことをコックス比例ハザード解析により示しており,(Hirashiki, etal.Circ J.2014),間接的には,CPXの運動耐容能の指標が,肺高血圧の合併を示唆し,心不全の悪化や突然死を含めた心臓死などの心血管イベントに非常に意義が強いことを示した結果として,これらは合致した結果である。我々がこれまで運動耐容能を中心に予後予測指標を見出してきたが,それは右心不全の検出・右心不全の予後予測指標としても有用であることが示された。また,FMDによる血管内皮機能を調べることにより,肺動脈性肺高血圧症に特異的な治療薬であるボセンタンの効果を検討し,肺動脈性肺高血圧症はボセンタンにより血管内皮機能が改善するものの慢性血栓塞栓性肺高血圧症は有意差を認めなかったことを報告した。また,肺動脈性肺高血圧症の中で,膠原病合併,膠原病非合併の肺高血圧症で分類して比較した結果,両者同等の効果を示した。( Hirashiki et al. Pulm Circ. 2016)非侵襲的検査に着目して,病態評価,治療効果判定,予後予測を研究実績として報告してきた。症例は,順調に蓄積されている。左心機能と右心機能を心臓超音波検査および心肺運動負荷試験で評価し,順調に蓄積できている。治療介入による経時的変化のデータは,ほぼまとめており,海外学会発表,論文投稿を現在予定している。右心不全の代表的疾患である肺動脈性肺高血圧症(PAH)に関して、前向きに臨床研究を行った。2016年度の研究実績として、全く無治療で新規に診断されたPAH42例に、心肺運動負荷試験(CPX)を用いて治療効果判定を行い、効果が足りなければ、治療を追加していく目標設定型の肺動脈拡張薬の逐次追加併用療法(sequential combination therapy)を行い、その運動耐容能の改善具合を追跡していく研究である。その結果、6ヵ月後に79%、12ヵ月後に82%にsequential combination therapyが行われた。運動耐容能は、治療開始6ヶ月12ヶ月において有意に改善した。CPXを指標とする積極的なsequential combination therapyは、運動耐容能を有意に改善させ、適切な治療戦略として有用であることが示唆された。(Hirashiki, et al. Pulm Circ. 2016)また、FMDによる血管内皮機能を調べることにより,肺動脈性肺高血圧症に特異的な治療薬であるボセンタンの効果を検討し,肺動脈性肺高血圧症はボセンタンにより血管内皮機能が改善するものの慢性血栓塞栓性肺高血圧症は有意差を認めなかった。(Hirashiki, etal. Pulm Circ. 2016)症例は,順調に蓄積されている。左心機能と右心機能を心臓超音波検査および心肺運動負荷試験で評価する治療戦略によりデータおよび予後調査は順調にすすんでいる。転勤により施設が変わり、環境が変わったことで、やや論文作成が予定より遅れている。論文を現在3本進行中である。前所属の名古屋大学医学部附属病院で右心不全の代表的疾患である肺動脈性肺高血圧症(PAH)に関して、運動耐容能に基づく治療戦略を多施設共同試験として、前向きに臨床観察研究を行った。また、同時に左心系疾患による肺高血圧の病的意義に関しても報告した。2017年度の研究業績として、無治療で新規に診断されたニース分類1群のPAH42例に、CPXを用いて治療効果判定を行い、効果が足りなければ、治療を追加していく目標設定型の肺動脈拡張薬の逐次追加併用療法(sequential combination therapy)を行い、その運動耐容能の推移を追跡していく研究を報告した。CPXを用いた運動耐容能の指標は、PeakVO2, VE/VCO2slopeとも治療開始6ヶ月12ヶ月において有意に改善した。単剤治療で十分な治療効果があると判断された症例も12ヵ月後の運動耐容能は有意に改善していた。

さらに新たな指標として、peakVO2とpeak時の収縮期血圧の積であるcirculatory power, peak時の収縮期血圧をVE/VCO2slopeで除したventilatory powerを評価した。他の運動耐容能の指標より、Ventilatory powerは治療効果判定を鋭敏に捉えている可能性が示唆された。補研究結果から、CPXを指標とする積極的なsequential combination therapyは、運動耐容能を有意に改善させ、治療戦略として有用であることが示唆された。(Hirashiki, et al. Pulm Circ. 2017)2016年4月に名古屋大学肺高血圧寄附講座から国立長寿医療研究センターに転勤となった。それにより、新たな施設の業務・研究遂行も並行して行うこととなり、想定より時間を要した。前施設においては客員研究生として引き続き連絡をとり、2017年度には研究成果を挙げることは出来ている。新規に診断したPAHに対し、治療介入における精神的な改善およびQOLの改善など、アンケートから得られた評価を元に治療反応の経時的変化の論文を作成し投稿した。しかし、主たる研究である肺高血圧の多施設前向き研究の論文掲載はまだできておらず、その成果は投稿目前の状況まで来た。前所属の名古屋大学の肺高血圧先端医療学寄附講座で右心不全の代表的疾患である肺動脈性肺高血圧症(PAH)に関して、運動耐容能に基づく治療戦略を多施設共同試験として、前向きに臨床観察研究を行った。2016年4月に国立長寿医療研究センターに転勤となったが、客員研究生として引き続き連絡をとった。2018年度の研究実績として、新規に診断したPAHに対し、治療介入における精神的およびQOLの改善に関して治療反応の経時的変化を示した報告を投稿し、revisedとなり再投稿した。主たる研究である肺高血圧の多施設前向き研究は、現在投稿中である。研究推進は順調にすすみ,中間解析も終了し,現在,最終段階に入っている。さらに症例を蓄積し,運動耐容能と右心不全の関連解析を進めていく所存である。研究推進は順調であり,中間解析も終了し、現在最終段階に入っている。治療介入における精神的な改善の程度、さらにQOLの改善など、アンケートから得られた治療効果判定を論文化する方針である。予後調査も終了しており、上記の治療戦略が経験則における治療戦略とどのように差が出るかを公表する予定である。さらに症例を蓄積し,新たな運動耐容能と右心不全の関連解析を進めていく所存である。新規に診断したPAHにおいて多施設共同研究の運動耐容能評価に基づくsequential combination therapyを行う前向き群と従来の経験則に基づいた併用療法を行うヒストリカル群との総死亡の比較の結果が、primary end pointであった。これに関してほぼ解析は終了しており、エンドポイントの最終確認を第三機関に評価していただいている。1ヵ月後に論文投稿予定である。さらに症例を蓄積し,多施設における観察研究を継続し、新たな運動耐容能と右心不全の関連解析を進めていく所存である。
呼吸器におけるプロトン感受性イオンチャンネルの分布と発生

Acid sensing ion channel 2 (ASIC2)は上皮性ナトリウムチャンネルの1つで、酸性領域で活動することが報告されている。本研究では、ラットを用い、以下の2点の結果を得た。(1)呼吸器線毛細胞の線毛部にASIC2の発現が観察された。(2)呼吸器線毛細胞のASIC2の発現は胎仔期より観察された。以上のことから、呼吸器の線毛細胞には出生時よりASIC2が発現しており、気道内における酸性環境を感知する機能を有していることが推察された。リハビリテーション分野における呼吸理学療法手技は排痰に対して有効な手技である。組織学的には気管に存在する線毛の動きが排痰に寄与すると考えられている。この線毛の動きは培養細胞でも観察されることから、線毛部に外部環境の変化を感知する受容器(レセプター)が存在することが指摘されてきた。そこで我々は、proton-gated ionchannelの1つであるAcid-Sensing Ion Channel 2(ASIC2)に着目し、ASIC2が存在することを確認した。理学療法学の分野において運動器や感覚器における受容器を、組織学的に研究している報告は多数みられるものの、呼吸器やその他の器官において、組織学的レベルの研究を理学療法の視点で行っている報告は少ない。そこで、発生学的にASIC2の発現する時期を同定することを目的とした。試料は胎生(E)14から21および生後直後(PO)と2週間経過(P14)した幼若ラットより取り出した鼻中隔とした。ASIC2の発現の観察は蛍光免疫組織化学染色を用いた共焦点顕微鏡により、鼻中隔上皮の発生過程における形態学的観察は走査型電子顕微鏡(SEM)を用いた観察により行った。その結果、ASIC2の発現は鼻中隔線毛細胞の発生過程でみられる一次線毛およびE17でみられる未熟な線毛にはみられなかったが、E18以降の線毛では発現がみられた。ASIC2は比較的低いpHに依存しているとの報告があることから、ASIC2は出生前の完成された線毛に発現し、酸性環境をはじめとする、なんらかの外部環境刺激に対して、出生直後から関与している可能性が推察された。呼吸理学療法は患者の生活の質(Quality Of Life ; QOL)を向上させるために重要な手技である。社会的には、国会に理学療法士が患者の痰を吸引することが可能かどうかの質問(平成十六年十一月二十二日提出質問第四九号)が提出されるなど、その手技の重要性も認識されてきている。効率よく排痰がなされる理由の一つに、呼吸器に存在する線毛運動が挙げられる。線毛運動は培養細胞でも観察されることから、線毛細胞自体に外部環境を感知する受容器があると考えられている。今回、我々はproton-gated ion channelの1つであるAcid-Sensing Ion Channel 2(ASIC2)が呼吸器の線毛細胞の線毛に発現することを発見した(Kikuchi et al. 2008)。ASIC2は酸性域で電位を起こすことが報告されていることから、呼吸器線毛細胞におけるASIC2は病的な酸性環境を感知すると考えられた。同時に、卵管の線毛細胞の線毛、内耳や精巣上体の有毛細胞の細胞体にもASIC2が観察された(Kikuchi et al.2008)。さらに、ASIC2は外部環境の影響などにより後天的に発現するのか、あるいは先天的に発現しているかを、経時的に取り出したラット胎仔の鼻中隔を用いて観察した。結果、発生初期にみられる一次線毛にはASICI2の発現は観察されなかったが、胎生(E)17日のラット鼻中隔上皮において、ASIC2の発現が観察される線毛と観察されない線毛が観察された。ASIC2が発現しない線毛が観察されたことから、ASIC2は線毛を構成する構造タンパクではなく、何らかの機能を有する機能タンパクであることが予想された。E18日以降、ASIC2は観察したすべての線毛に発現がみられた。リアルタイムRT-PCRの結果、E21日の出生直前にASIC2のmRNAレベルが最高値を示した。これらのことから、ASIC2は線毛細胞に何らかの機能を与える機能タンパクであり、呼吸器線毛細胞の線毛に出生前から存在していることが明らかになった。ASIC2は酸性領域で興奮を引き起こすことから、呼吸器の線毛には、胎仔期より、気道内の酸性環境を感知する機能があることが示唆された。
データ駆動的バイオマテリアル設計ストラテジーの開発

これらの学習結果を基にSAMsを構成する分子構造から、水の静的接触角、タンパク質吸着を予測可能であると言うことを報告した。また、最適化されたANNの構造解析を行うことで、水の静的接触角の決定要因としての各構造パラメータ、さらにはタンパク質吸着における物理化学的性質の重要性を定量化することに成功した。本成果は1報の国際誌、5報の技術解説記事として発表した。当初予定していた材料の化学的パラメータ(元素組成、化学構造、分極率、原子数、集積密度、濡れ性など)と細胞接着結果(接着密度、接着面積、接着形状など)の相関解析を行った。それによって単分子膜の化学特性とフィブリノーゲンの吸着量の相関解析、各々の化学特性の重要性の定量化には人工ニューラルネットワークモデル(ANN)による機械学習が有効である事を示した。細胞接着応答(接着密度、接着面積、接着形状)を出力情報として、過去の全約200報の論文データを基に機械学習を行い、相関解析・重要性解析を行ったことから、本研究は順調に進展しているといえる。人工血管、ステントを想定した高分子・金属材料に応用する。特に血液適合性に重点を置き、機械特性、化学反応性などの特性を同時に発現するような材料設計手法の確立を目指す。過去の文献データを用いて相関解析を行う。これを基に実際に高分子・金属を合成し未知の高血液適合性材料の構築を試みる。また、解析する細胞応答を増殖、分化に拡張し、再生医療の足場材料開発への本手法の応用を試みる。また、当該年度ではバイオマテリアル分野で従来、経験的に扱われてきた材料の化学特性と細胞応答の相関について、メカニズムの理解と共にその重要性を数値化し、材料設計のために利用可能なデータベースとして一般の材料研究者への公開を試みる。本研究では材料と細胞・組織の界面の分子プロセスの包括的な理解、その理解に基づく明確な材料設計の実現のために、申請者独自のバイオ界面の解析とビッグデータの統計解析を融合的に行った。構造が単純である単分子膜の系を用いて、本研究の基盤技術である材料表面に形成される、細胞の足場となるタンパク質層の網羅的解析(タンパク質の同定・組成分析、構造変化解析)、および細胞接着サイトの2次元分布のナノスケール分解能での可視化、機械学習を用いた材料の化学特性と細胞応答との相関解析技術を確立する。また、機械学習結果が提示する未知の単分子膜を作製し、細胞応答を確認することで、本手法の有効性の確認を行った。また、血液との接触を模した、血清または血漿への浸漬によって固体表面上に吸着したタンパク質を基板上にて直接酵素分解し、質量分析器(MALDI ToF Mass)で測定した。申請者の独自のタンパク質同定解析アルゴリズムによって、足場タンパク質中の細胞接着に関与する主要なタンパク質(fibronectin, vitronectinなど)のモル比率を求め、このデータを水晶振動子マイクロバランス法(QCM-D)[吸着量、粘弾性(構造変化)]、表面増強赤外分光法(吸着量、構造変化)の結果と組み合わせることで、材料上の足場タンパク質の組成・構造変化に関する知見を得た。ここでは細胞接着試験のモデル表面として広く用いられてきた自己組織化単分子膜を用いて、研究提案書の当該年度の下記の目標を達成した。材料の化学的パラメータ(元素組成、化学構造、分極率、原子数、集積密度、濡れ性など)と細胞接着結果(接着密度、接着面積、接着形状など)の相関解析を行う。申請者は、単分子膜の化学特性とフィブリノーゲンの吸着量の相関解析、各々の化学特性の重要性の定量化には人工ニューラルネットワークモデル(ANN)による機械学習が有効である事を示した。ここではこれを拡張し、細胞接着応答(接着密度、接着面積、接着形状)を出力情報として、過去の全約200報の論文データを基に機械学習を行い、相関解析・重要性解析を行った。材料設計のためには、要求する細胞応答を誘起する単分子膜設計のために、同じデータベースを用い、求める化学特性を出力情報とするANNを構築し機械学習を行い、その相関関係を基に化学特性を算出する。この作業をそれぞれの化学特性について行うことで、未知の材料の設計(化学パラメータ)を決定することに成功した。以上から概ね順調に進捗していると判断した。上記の技術を人工血管、ステントを想定した高分子・金属材料に応用する。過去の文献データ(5000報)を用いて相関解析を行う。

これを基に実際に高分子・金属を合成し未知の高血液適合性材料の構築を試みる。人工血管、ステントを想定した高分子・金属材料に応用する。特に血液適合性に重点を置き、機械特性、化学反応性などの特性を同時に発現するような材料設計手法の確立を目指す。過去の文献データを用いて相関解析を行う。また、解析する細胞応答を増殖、分化に拡張し、再生医療の足場材料開発への本手法の応用を試みる。また、当該年度ではバイオマテリアル分野で従来、経験的に扱われてきた材料の化学特性と細胞応答の相関について、メカニズムの理解と共にその重要性を数値化し、材料設計のために利用可能なデータベースとして一般の材料研究者への公開を試みる。次年度は他予算との合算により、プローブ顕微鏡の周辺機器を購入する必要があるため、次年度使用額が生じた。
ポリスチレン微小球集合体(ラテックス)の光多重散乱・干渉特性

本研究の目的は、結晶性の配列構造をとったポリスチレン微小球(ラテックス粒子)の集合体が示す特異な光学的性質を理論的、実験的に精密に研究し、周期的な屈折率変化をもつ誘導体媒質の中で光の多重散乱・干渉効果の性質を解明することにある。この目的のため、必要とされるラテックス試料の合成と評価を研究分担者・竹田が行い、2次元・3次元結晶配列試料の作製・構造評価とその光学スペクトルの測定を研究代表者・国府田が行った。さらに精密な理論的計算による実験データの解析を研究分担者・大高が実行した。この3者の間の緊密な協力により、次の成果が得られた。1.種々な粒径(0.15μm)のラテックス粒子が細密六方構造をとって配列した均一な単層膜の作製に成功した。その構造を、光学顕微鏡、レーザーによるブラッグ回折、原子間力顕微鏡によって評価した。2.上記の単層膜試料について、広い波長範囲にわたる透過スペクトルを測定し、その構造が理論的な計算の結果とよく一致することを見出だした。備品として購入した諸設備(ディジタル・マルチメーターほか)は、この際に必要とされる分光測定装置の一部をなすものである。3.球状の微粒子結晶の内部での光の多重錯乱・回折効果を、高度の近似で数値的に扱うことのできる理論的モデルを確立し、これによる理論計算の結果と実験結果を比較することにより、フォトニック・バンド効果の発現を現実の物質系で検出する可能性を明らかにした。4.基板状に配列した単層膜以外に、水中に懸濁したラテックス粒子の粒径と濃度を注意深く制御することにより、大きさ56mmに達する単結晶領域の実現に成功し、その光学的性質の予備的測定を行った。
共鳴トンネル電流を利用したタンデム接合を有するアモルファス太陽電池の高効率化

a-Si太陽電池はp-i-n/p-i-n/・・・というふうに複数のp-i-n接合を縦続接続形成したいわゆるタンデム構造をしており、n/p接合即ちタンデム接合の機能向上とそれを裏打ちする動作機構の理解がタンデム太陽電池の性能向上には重要ではないかとの考えの下に本研究を行った。その際、タンデム接合のモデリングを理論的に行うために、本年度補助金により設備備品として「計算機」を導入し、その上でモデル計算を行った。その結果、タンデム太陽電池においてタンデム接合部が太陽電池性能に多大な効果を及ぼすことが明らかとなった。タンデム接合の基本構造である、n/p接合で起きているキャリア輸送現象のモデルを新しく様々に検討し、キャリア輸送機構と接合部の局在準位との強い関係を理論的に見出すと共に、接合に多層構造を作り込むことによりキャリア輸送が著しく改善される可能性があることを示した。補助を受け「計算機」を導入できたために、このような研究成果を生むことが出来たと言える。実験の面では、タンデム接合に様々な工夫を加えた太陽電池について、電流電圧特性およびサブギャップ光に対する光吸収スペクトルを光電流として測定した。その結果、電流電圧特性、光吸収スペクトルの何れについても、多層薄膜化の効果を確認することができた。本研究により得られた成果はより理想に近いセルどうしの接合を実現するための基礎となり、これをさらに発展させることにより、アモルファス太陽電池の飛躍的な性能向上に寄与するのではないかと考えられる。
共形場理論におけるモノドロミーのガロア表現への応用

共形場理論における写像類群の表現の性質について研究した。とくに、吉田朋好による、共形場理論のアーベル化の方法を援用して、共形ブロックの空間の基底をテータ関数を用いて記述しそこへの写像類群の作用を記述した。Vassiliev不変量の空間をループのホモトピー類のみのよる対数微分形式の、K.T.Chenの意味の反復積分全体としてもとらえることにより、位相不変量を多重ゼータ関数の特殊値として表すことができる。このような視点から得られる多重ゼータ関数の特殊値の間の関係式を系統的に研究した。また、Hodge理論をも用いて、多重ゼータ関数の特殊値のはる空間の次元についてのいくつかの予想に対して部分的な結果を得た。組みひものVassiliev不変量の空間は、3次元空間内の互いに異なる点の配置の空間のループ空問のコホモロジーと同型であることを示した。より正確には、上のループ空間のコホモロジーは、Vassiliev不変量のウェイト系と対応していて、位相不変量は、組みひもから構成される、ループ空間のあるホモロジー類とのペアリングによって与えられる。さらに、一般に、従来グラフの空間に値をとるものとして定式化されてきた、有限型位相不変量に対して、これを、点の配置の空間のループ空間のホモロジー類としてとらえるという新たな視点を展開した。本研究は、共形場理論におけるモノドロミー表現にあらわれる数論的な構造に注目して,モノドロミー表現の幾何学を,絶対ガロア群の表現など整数論の重要な問題に応用することを目標としている.共形場理論におけるモノドロミー表現は,レベルとよばれるパラメータに関し漸近展開することにより、多重ゼータ関数の特殊値を用いて表すことができる.したがって,モノドロミー行列の間の関係式は,多重ゼータ関数の特殊値の間の代数的な関係式を導く.河野による,KZ方程式のモノドロミーとしてあらわれる組みひも群の岩堀-ヘッケ代数を経由する表現の研究にもとづいて,村上らは,多重ゼータ関数の特殊値の間の新しい関係式を見い出した.また、これを用いて,一連の有限型位相不変量を構成した.我々は,多重ゼータ関数の特殊値の間の代数的な関係式は、すべて,ペンタゴン関係式などに代表されるこのようなモノドロミーの関係式に由来することを予想し,いくつかの場合にこれを検証した.このような予想は,有理数体上独立な多重ゼータ関数の特殊値の個数と,素な結び目の個数に関するいくつかの問題とも関連する.また,寺杣は,KZ方程式の解の積分表示と関連して,セルバーグ型の積分を被積分関数のべき指数に関して展開する公式を得た.共形場理論のモノドロミー表現として現れる組みひも群の表現は,量子群を用いて記述することができる.ここで基本的な役割をはたすのは,ドリンフェルトアソシエータとよばれる,リーマン球面上に確定特異点をもつフックス型微分方程式の接続行列である.本年度は,ドリンフェルトアソシエータに焦点をあてて,その幾何学的性質および数論的性質についていくつかの新しい結果を得た.具体的な研究実績は次の通りである.ドリンフェルトアソシエータの対数微分形式による反復積分表示を考察した.共形場理論のモノドロミー表現から定義される結び目の位相不変量と組み合わせることにより,この反復積分表示から,多重ゼータ関数の特殊値についての新しい知見を得た.とくに,多重ゼータ関数の特殊値の間に成立する代数的な関係式を系統的に書き下す方法を得た.また,組みひも群の表現と量子群について知られている結果を,曲面の写像類群の表現に拡張した.この仮定において,曲面のキルト分割に関連して導入された2次元複体の構造を調べ,グロタンディエックによって提起されているガロア表現とタイヒミュラー群についてのプログラムにおいて,いくつかのステップで新しい結果を得た.共形場理論における写像類群の表現の性質について研究した。
マウス第13染色体における骨量制御候補遺伝子Ggps1の解析

低骨量系マウスSAMP6と、高骨量系SAMP2の第13染色体intervalを持ちbackgroundがSAMP6であるcongenic系統P6.P2-pbd2bをF2まで交配して、recombinationを起こし、より短いSAMP2のintervalをもつsubcongenic系統を5系統作製した。再度同様にSAMP6とsubcongenic系統を交配してsub-sub-congenicマウスを作製したところ、2.4Mbpに原因遺伝子座の領域を狭めることができた。しかし当初骨量制御候補遺伝子と考えたGgps1はこの領域に含まれなかった。そこで同じ領域内の他の候補遺伝子の検索をすすめた。sub-sub-congenicマウス(高骨量系SAMP2の第13染色体領域を低骨量系SAMP6 background上にもつ)のうちSAMP2由来領域が最短(2.4Mb)であるstrain(P6.P2-13)を用いて動的骨形態計測を行った結果、P6.P2-13ではSAMP6に比べて大腿骨骨膜面で骨石灰化面が増大しており、活性骨芽細胞が増殖していることが示唆された。またこのP6.P2-13より採取した骨芽細胞の増殖率はSAMP6由来のものよりも高値を示し、原因遺伝子が骨組織で骨芽細胞の増殖を制御している事が明らかになった。候補領域中の遺伝子のうち、mRNA発現量がSAMP6骨組織で高値であったSecreted Frizzled-related protein(Sfrp)4の組み換え蛋白-sFRP4はin vitroで骨芽細胞の増殖を抑制した。また骨芽細胞の増殖を促進するWnt signalingを部分的に抑制した。これよりsfrp4が骨芽細胞のWnt signalingを抑制することでSAMP6の骨形成量を低下させていると考えられた。Sfrp4の上流promoter領域にはSAMP2,SAMP6の2系統間の一塩基置換(SNPs)が14箇所認められた。この14SNPsを含む両系統の5'上流側2100塩基配列をreporter plasmidに組込んでpromoter assayを行ったところ、SAMP6の配列はSAMP2の配列に比べて約40%高いpromoter活性を示した。以上によりsfrp4のpromoter領域の配列の違いから発現量に差を生じて系統間の骨形成量の差につながったことが示唆された。以上の結果、マウス第13番染色体上セントロメアより17.46Mb19.86Mbの部位に骨量制御遺伝子座を分離し、プロモーター領域の多型による発現量の差を介して骨量を制御しうる候補遺伝子として新たにSfrp4を同定した。

低骨量系のSAMP6と、高骨量系のSAMP2の第13染色体intervalを持ちbackgroundがSAMP6であるcongenic系統P6.P2-pbd2bをF2まで交配して、recombinationを起こし、より短いSAMP2のintervalをもつsubcongenic系統を5系統作製した。これらのマウスの骨量の測定結果から、原因遺伝子座の領域は3cM(6Mbp)に絞られた。この領域には少なくとも58個の遺伝子が存在していた。全ての遺伝子のexonの塩基配列をSAMP6とSAMP2で調べたところ、16個の遺伝子にcSNPsが認められた。再度同様にSAMP6とsubcongenic系統を交配して5系統のsub-sub-congenicマウスを作製したところ、途中経過ではあるが1cM(1.8Mbp)に原因遺伝子座の領域を狭めることができた。しかし、ゲノム上Ggps1を含む領域を持つsub-sub-congenic系統は、骨量の変化が見られず、Ggps1は原因遺伝子ではないことが分かった。一方、この1.8Mbp内の候補遺伝子の一つは、頭蓋骨及び培養骨芽細胞系において、その遺伝子を含むsubcongenic系統とベースであるSAMP6間で、10倍以上の発現量の差がリアルタイムPCR法にて認められた。またプロモーター解析においてもSAMP6とSAMP2間で発現量の差を認めた。現在この遺伝子transgenic mouseをtype I collagenのプロモーターを用いて作製中である。前年度までの解析でGgps1は骨量を決定する原因遺伝子ではないことがわかり、同じ領域内の他の候補遺伝子の検索をすすめた。sub-sub-congenicマウス(高骨量系SAMP2の第13染色体領域を低骨量系SAMP6 background上にもつ)の動的骨形態計測の結果、大腿骨骨膜面で骨石灰化面が増大しており、活性骨芽細胞が増殖していることが示唆された。またこのsub-sub-congenicマウスより採取した骨芽細胞の増殖率はSAMP6由来のものよりも高値を示し、原因遺伝子が骨組織で骨芽細胞の増殖を制御している事が明らかになった。候補領域中の遺伝子のうち、mRNA発現量がSAMP6骨組織で高値であったSecreted Frizzled-related protein(Sfrp)4の組み換え蛋白-sFRP4はin vitroで骨芽細胞の増殖を抑制した。また骨芽細胞の増殖を促進するWnt signalingを部分的に抑制した。これよりsfrp4が骨芽細胞のWnt signalingを抑制することでSAMP6の骨形成量を低下させていると考えられた。Sfrp4の上流promoter領域にはSAMP2,SAMP6の2系統間の一塩基置換(SNPs)が14箇所認められた。この14SNPsを含む両系統の5'上流側2100塩基配列をreporter plasmidに組込んでpromoter assayを行ったところ、SAMP6の配列はSAMP2の配列に比べて約40%高いpromoter活性を示した。以上によりsfrp4のpromoter領域の配列の違いから発現量に差を生じて系統間の骨形成量の差につながったことが示唆された。In vivoでのsfrp
高圧力赤外分光法によるサマリウムカルコゲナイドの金属-非金属転移の観測

我々の目的はSmモノカルコゲナイド(SmS,SmSe,SmTe)の示す金属-絶縁体転移(以下「M-I転移」と称す)をスペクトロスコピーの観点から追跡することである。即ち、圧力と共に半導体的性質が金属的性質に変わる様子を「エネルギーギャップのつぶれる様子」から明らかにしたいと云うのが本研究の目的である。しかしこの実験を行うには圧力発生器としてダイヤモンドアンビルセルを用いた遠赤外領域での高圧力下分光実験を行わなければならないがこれが難しい。そこで我々はこの科学研究費の補助で作成したダイヤモンドアンビルを用いるとともに光源として我々のグループが分子科学研究所と共同で開発した赤外放射光を利用することで実験を可能にした。現在得られた最高圧力は20万気圧で、これは遠赤外領域での発生圧力としての世界最高記録となっている。SmTeのギャップのつぶれ方には次の2通りあろうと予測される。1.水素の金属化に見られる場合。圧力に応じてギャップが小さくなって行きついに光が全く通らなくなる(金属化)。2.フェルミ順位近傍に存在する4f電子順位が圧力によって不安定になって次第にふぇるみ順位に接近し、ついには横切って伝導帯にキャリヤ-を供給する場合。光でみると先ず伝導帯のキャリヤ-によって遠赤外の光がブロックされることになろう。SmTeの場合にこの2つのどちらかはっきりさせるため光の透過率を調べた。先ず常圧での遠赤外領域での反射及び透過スペクトルを測定し、絶縁体特有のフォノンによる残留線バンドを確認した。その後圧力を加えた状態で透過スペクトルを測定したところ常圧スペクトルに比べ約4GPaまで圧力を加えると透過率が急激に減少し、ほぼ光が通らなくなることを見いだした。即ち、この研究で目的とした金属-絶縁体転移がはっきりと観測できることが分かった。高圧力下での実験は現在進行中でまだ最終的な結論が得られていないが本研究で当初目的とした高圧力下での遠赤外実験が可能になった。ギャップがどちらからつぶれて行くのか更に明確に汁ためには観測領域として可視から遠赤外領域までのより広いエネルギー領域をカバーしなければならないことが分かった。それらは現在計画中である。
口腔細菌の菌体成分によって惹起されるアナフィラキシー様急性ショック反応-特に補体系の関与について-

報告者は現時点まで、1)歯周病関連グラム陰性菌のリポ多糖(LPS)、グラム陽性菌の口腔レンサ球菌全菌体、Micrococcus luteus全菌体あるいはその粗細胞壁画分などを、細菌細胞壁ペプチドグリカンの要構造に相当する合成ムラミルジペプチド(MDP)を前投与したマウスに静脈注射すると、アナフィラキシー様ショック反応を惹起する事実、2)LPSによって誘導されるショックの機序として、血小板の末梢血から肺への急激な移行と、血小板の臓器での凝集、崩壊に随伴した急性の組織崩壊が成立し、MDPは本反応を増強している事実を明らかにしてきた。さらに、3)抗補体剤を供試した実験から、本ショック反応には補体が関与していることを突き止めた。そこで、本研究の当初の立案した計画に基づいて、マンナンやラムノース、グルコースなどを構成多糖として含有する口腔レンサ球菌の細胞壁がレクチン経路により、補体を活性化し、血小板崩壊に続発して本アナフィラキシー様ショック反応が起こるとの仮説を提起し、その真相究明を手掛けた。口腔レンサ球菌の研究が進行していく中で、コントロールとしてのマンノースポリマー(MHP)を構造的に具備したKlebsiella O3(KO3)LPSに極めて強力なショック誘導作用が認められたので、当初の計画を軌道修正し、MHP保有LPSを供試する実験を実施した。その結果、1)MHP保有LPSが強力な血小板反応を惹起すること、2)MHP保有LPSは、ヒトマンノース結合レクチン(MBL)と結合して、血清中のC4を捕捉して、補体系を活性化することを証明し、論文にて発表した。歯周病との関連性がある黒色色素産生性のPrevotella intermediaATCC25611のリポ多糖(LPS)をマウスに静注すると、数分以内にユニークな血小板の反応が誘導された。即ち、LPS注射後、血小板が肝臓や肺に蓄積して崩壊すると急速なアナフィラキシー様反応が起こった。マンノースホモポリマー(MHP)を有して、レクチン経路を介する補体活性化能の強いKlebsiella O3のS型LPS(KO3-S LPS)は極めて強い血小板/ショック反応を誘導した。抗補体剤のK76モノカルボキシル酸は、KO3-S LPSで誘導される血小板崩壊と急性ショックを抑制した。補体成分C5を欠くDBA/2マウスでは、KO3-S LPSを注射しても、血小板が肝臓や肺に一過性に集まった後、即座に血中に戻るため、急性ショックは起きなかった。MHPを欠くKO3のR型LPSをマウスに静注すると血小板は肺と肝臓に蓄積するものの血小板の崩壊は起こらなかった。上記成績からLPSに対する血小板反応のメカニズムとして、次のような仮説を考えている。即ち、1.LPSによって補体が活性化されると、補体のC5からC9までの成分が膜侵襲性複合体(MAC)を形成して血小板を破壊させる。2.LPS注射によって肺や肝臓に急速に蓄積(機序は不明)した血小板が補体依存的に崩壊すると放出されたセロトニンの作用によってショックが起こる。現在口腔レンサ球菌菌体等、他の標品でも血小板/ショック反応が起こることを見出して、作用機序解明を進めている。
ガラス材料設計支援エキスパートシステムの高精度化と拡充に関する研究

申請者らの構築したガラス材料設計支援エキスパートシステムは、コンピュータの画面上、対話形式で周期律表の60元素の酸化物よりガラス組成を選択し、そのガラス組成の示す物性値を基にガラス材料の物性・組成設計を実現するものである。本研究では、このエキスパートシステムをさらに高精度化し、拡充することを目的としている。1)いままでのシステムは、パソコン上で稼働していたが、将来のデータベース、知識ベースの拡大、あるいは、それに伴う、システムの拡大に対応するために、ワークステーションのUNIX上に移植した。UNIXワークステーションとして、SUNを使用し、その上のLISP、KBMSによりエキスパートシステムが動作する。これにより、これまで構築してきたガラス材料設計支援エキスパートシステムが、高速度な対話設計に対応可能となった。2)ケイ酸塩系以外の酸化物ガラスやハライド系ガラスなど従来のガラス材料設計支援エキスパートシステムでは対応していないガラス系に拡充して、組成から物性、その逆の物性から組成の設計支援の可能性を検討し、C言語を用いたシステムを試作した。この際、ガラス物性値データベースとの結合とそのデータを利用した高精度化について検討を行った。3)米国において、申請者らの構築したガラス材料設計支援エキスパートシステムが基本特許として認可された。これまでに利用されてきたガラス材料の機能をさらに発展・制御したニューガラスの材料開発において、その材料を設計するための支援システムの開発が求められてきた。筆者らは、このニューガラスの材料設計のためのコンピュータ支援システムとして、酸化物ガラスの材料設計エキスパートシステムをパーソナルコンピュータ上で開発してきた。このシステムでは、所定の組成から約10種の物性値を算出する「組成→物性」システムと所望の物性値を満足する組成を推論する「物性→組成」システムの2種のシステムを組み合わせたエキスパートシステムである。本研究では、これまで開発してきたこのエキスパートシステムをさらに高性能なコンピュータとしてワークステーション上に再構築し、処理速度と操作性を向上させた。このワークステーション上では、Common LISPとKBMSを導入し、その上でこれまでのシステムを稼働できるように一部の内容を変更した。さらに、従来のシステムでは60種類の酸化物のみが対象であったが、この対象をさらに拡大するために主にフッ化物におけるこのシステムの適用性について検討した。これまで物性値の報告のあるフッ化物ガラスをガラスのデータベース(INTERGLAD)から抽出し、エキスパートシステムで用いている知識ベースにあてはめて、既存の物性値との比較を行った。この結果、フッ化物ガラスにおいても物性値の組成に対する加成性は成立ち、物性予測のシステムへの適応が十分に可能であると判断された。さらに、このシステムへの新たな推論項目の適応性についても検討した。これまで構築してきたガラス材料設計支援エキスパートシステムでは、60種類の酸化物を対象とし、12種の物性値と価格を予測する物であった。従来のシステムはパーソナルコンピューター上で動作していたが、本年度は同システムをワークステーション上で動作させるための移植操作を行った。この結果これまでより高速な処理が可能となり、また将来予測されるデーターの増加に対応できるようになった。また同システムの拡充としては、システムの柔軟化のためシステム内部に持つデータの最適化について検討を行った。また、これまで酸化物ガラス特にケイ酸塩系を中心としたガラスを対象としていたのに対し、現在盛んに研究が行われているハロゲン化物ガラスや窒素含有ガラスなどを予測対象とするための検討を行った。さらに、新たなガラス系およびその物性値を予測対象とするため、ガラスデータベースの利用を検討した。具体的にはガラスデータベースと本システムとのデータの共有化について検討した。申請者らの構築したガラス材料設計支援エキスパートシステムは周期律表の60元素の酸化物より任意に選択された物性を有する組成ガラスをコンピューターの画面上で対話方式で、設計出来るものであるが、このエキスパートシステムを高精度化してさらに、拡充することを目的としている。1)いままでは、パソコンレベルでのシステム作動であったが、将来のデーターベース、知識ベースの拡大、それに伴う、システム拡大に対応する目的で、ワークステ-ショオンSUNを使用して、高速度に対話設計が出来るようにSE(システムエンジニア)の協力で、申請者らの構築したガラス材料設計支援エキスパートシステム改良出来た。この際、LISPのAI言語、またはC言語で作動させ、エキスパートツールのKBMSを使用した。