hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非定常音源モデルに基づく高品位音声合成システムの開発

自然性を有する音声合成システム開発のため,音源に含まれるゆらぎをシミュレーションにより検討する.音声には振幅,基本周波数,及び波形のゆらぎが含まれ,肺圧の増加により増加した.さらに,左右非対称な声帯モデルによるシミュレーションとゆらぎ評価を行ない,収録音声のゆらぎと比較を行った.対称モデルによるゆらぎと,収録音声に含まれるゆらぎは一致した.非対称モデルによる音声のゆらぎは収録音声のものより増加した自然性を有する音声合成システム開発のため,音源に含まれるゆらぎをシミュレーションにより検討する.音声には振幅,基本周波数,及び波形のゆらぎが含まれ,肺圧の増加により増加した.さらに,左右非対称な声帯モデルによるシミュレーションとゆらぎ評価を行ない,収録音声のゆらぎと比較を行った.対称モデルによるゆらぎと,収録音声に含まれるゆらぎは一致した.非対称モデルによる音声のゆらぎは収録音声のものより増加した本年度は,非定常音源のモデル化に関して,以下の3点の検討を行った.1.振動しない声帯モデルにおける非定常声門流れに起因する雑音源の数値解析:声帯を剛体とした数値声門モデルにおける声門流れの数値シミュレーションを行った.声門流れの非定常化により,声門での気息性ノイズの発生,及び声門下流における渦に起因する圧力変動が確認された.さらに,これらの音源に,仮声帯の影響を調べた.その結果,仮声帯の存在はノイズの振幅を増強させ,さらにそのスペクトルを広帯域かさせることを示した.2.非定常声門流れの効果を考慮した,声帯音源数値モデルの構築:1で見られた非定常声門流れが音声生成に与える影響を検討するため,声帯音源数値モデルの構築を行った.このモデルを用いた数値実験から,声帯振動の基本的な特徴を計測した.結果はこれまでに得られている,摘出喉頭などによる実測データと一致し,その有効性が確認された.3.音声に含まれる非定常成分の解析:実際の音声に含まれる揺らぎの解析を行った.揺らぎとしてピッチ周波数,振幅,波形の3種類を対象とした.ピッチ周波数,及び振幅は変動係数CVで,波形に関してはHNR(Harmonic-to-Noise Ratio)で評価を行った.対称データは母音の定常部分とした.その結果,ピッチ,及び振幅についてはCVが数%程度の変動であった.波形に関してはHNRが20dB程度であった.これらの値は2の数値シミュレーションで得られたデータとほぼ一致した.今回の数値シミュレーションは健常者をモデル化したにもかかわらず,得られたデータには揺らぎ成分が観測された.このことは,健常者を対象とした通常の音声の合成においても,何らかの揺らぎ成分を付加することが有効であることを示唆する結果である.本年度は,非定常音源の解析,および評価に関して以下の検討を行った.音声に含まれるゆらぎの評価用プログラムの開発平成18年度の研究により,非定常性を考慮した音声生成モデルでシミュレーションした音声にはゆらぎが含まれることがわかった.そのゆらぎを定量的に評価するプログラムの開発を行った.音声に含まれるゆらぎとして,基本周波数,振幅,および波形ゆらぎを対象とした.基本周波数,および振幅ゆらぎに関しては変動係数(CV, Coefficient of Variation)を評価した.波形ゆらぎに関してはHNR (Harmonic-to-Noise Ratio)を評価した.これらを自動的に評価するプログラムを,基本周波数フィルタを利用して開発した.2.日本語母音のゆらぎ解析実際に発声される音声を収録し,そのゆらぎの評価を行った.対象は日本語5母音とし,無響室内でL- PCMレコーダで録音した.さらにPCヘデータを転送し,開発したゆらぎ評価プログラムで処理した.評価の結果,5母音の平均で,基本周波数のCVは約1%,振幅のCVは約5%, HNRは約25dBであった.音声生成モデルによるシミュレーションと比較したところ,振幅ゆらぎがシミュレーションでは幾分低いが,全体としてよい一致を示した.より自然性を有する音声合成システム開発として,音源にゆらぎを考慮することを検討することを目的とし,本年度は,非定常音源の解析,及び評価を行った.特に左右の声帯の特性が非対称な場合に生成される音声のゆらぎを検討し,合成音の音源開発の基礎データ取得,および喉頭疾患解析の基礎検討を行った.提案したモデルは,声帯を特徴付けるパラメータとして,「声帯の力学的パラメータ(密度,弾性率,粘性率)」,「声帯の形状(声帯の厚さ,深さ,及び喉頭中心からの距離)」の6種類で制御される.これら6種類のパラメータを変化させた,声帯音源モデルとする.特に左右のパラメータが非対称になるような条件でモデル化,及び数値シミュレーションを行い,声帯の非対称性と生成音のゆらぎの関係を検討した.平成19年度に開発したゆらぎ評価プログラムを用いて,シミュレーションにより得られた生成音の,基本周波数,振幅,及び波形ゆらぎを評価した.評価の結果,声門の非対称性が増加することで,生成音に含まれるいずれのゆらぎも増加する結果であった.また,被験者より収録した音声に含まれるゆらぎと比較を行ったところ,対称声帯モデルによるシミュレーション音声のゆらぎとほぼ一致したが,非対称性の増加と共に収録音声のゆらぎの範囲より大きなゆらぎとなった.このことから,提案した声帯音源数値もモデルが喉頭疾患の評価へも応用できることを示した.
時間分解フォース検出による過渡的電荷生成のイメージング

本研究テーマは、光照射による電荷生成とその後の電荷移動、再結合過程を高い空間・時間分解能で画像化しようとするものである。本課題を実現するためには、(1)時間分解力検出(2)絶縁体基板上における電荷画像の検出の二つの技術要素が必要である。これまで、これらを解決するために、(1)に関してはカンチレバーの振動と光照射を同期させたシステムを構築し、(2)については、絶縁体表面でも、半定量的ケルビンフォース測定が可能であることを示してきた。本年度はこれらの技術を統合して時間分解像を得ることを試みてきた。これまで10^<-3>Pa程度の真空である走査プローブ顕微鏡を用いてきた。しかし、電荷の寿命は試料表面に残留している水に大きく影響されるので、実験手法を確立するためには、超高真空における実験が必要と判断した。現在、超高真空システムの準備を進めている。一方、時間分解力検出のための回路の作製も行った。カンチレバーの振動を示す変位信号は交流信号であるが、その振動の個々の周期の振幅を基準とし、そこから一定時間後にパルスレーザー光を照射するようにした。レーザー光の照射タイミングについて、一つ前の振動の結果を元に合わせることになる。しかし、一般にカンチレバーのQ値が高いので、振動の周期が7回の振幅で問題になるほど大きくずれることはないので、問題のないことを確かめた。現在、基準時間から実際にレーザーパルスの照射を行うまでの時間を充分短くすることができないなど、いくつかの問題があるが、装置改良を行いながら、時間分解フォース画像化の試みを続けている。本研究テーマは、光照射による電荷生成とその後の電荷移動、再結合過程を、高い空間・時間分解能で画像化しようとするものである。本課題を実現するには、(1)時間分解力検出(2)絶縁体基板上における電荷画像の検出の二つの要素技術を確立する必要がある。(1)に関しては、すでに本課題提案時点である程度の見通しが立っていた。そこで、本年度は(2)に集中して研究を進めた。絶縁体表面の電位は、試料取り扱い時の履歴等に大きく左右されるので、一般的には規定できない。しかし、絶縁体表面の電位と表面上にある吸着物とのポテンシャル差は、表面と吸着物の仕事関数の差の現れとして、常に一定になっていると考えられる。プローブ顕微鏡を用いて、このポテンシャル差を検出するために、カンチレバー先端付近の電界分布の計算を行った。よく用いられる平行平板のモデルでは、試料-探針間の間隙よりもはるかに大きな厚みを持つ基板に電界の大部分がかかってしまうので、表面に局在した小電荷はカンチレバーに対して意味ある力を及ぼさない。しかし、現実のカンチレバーの形を考慮して有限要素法による計算を実行すると、チップ周りの表面電位がチップ直下まで大きく張り出すために、表面の小電荷でも充分大きな力をチップに及ぼし、検出が可能であることがわかった。この結果は、走査プローブ顕微鏡による電荷測定は絶縁体基板に対しても可能であることを示している。今後、この技術と(1)の時間分解力検出を組み合わせて、過渡的電荷生成のイメージングを試みる。
魚類病原細菌由来の多糖類認識メカニズムを利用した魚病細菌感染防除技術の開発

申請者は、LPSを認識する機構を明らかにすることで、細菌感染を防御する重要な遺伝子を特定することができると考えた。また、ノックアウト(KO)メダカを使用することでLPS認識メカニズムをより分かりやすく解明し、効果的に病原細菌防御能を高める遺伝子を特定することを目的にして研究を行ってきた。H30年度は、まず、作製した抗メダカIL-1β抗体の評価を行うために、メダカIL-1β遺伝子を過剰発現したメダカ胚細胞(HdrR-e3)を溶解した試料を用いてウエスタン・ブロッティングを行ったところ、IL-1βを特異的に検出することができた。次に、作製したASC変異メダカ(F3)を用いて、Edwardsiella tarda (細胞内寄生細菌)に対する感染試験を実施した。作製したASC変異メダカの累積生残率が、野生型メダカに比べて有意に高かったことから、ASCに関わる炎症応答経路が、E. tardaの感染に何らかの影響を与えたことで、E. tardaに対する感受性が低下したと考察した。そこで、この理由を解明するために、E. tarda感染時における炎症性サイトカイン遺伝子群の発現解析を行った。また、ASCの機能の確認として、同感染メダカにおけるIL-1βタンパク質の活性化および活性酸素(ROS)の産生について検討した。活性化されたIL-1βタンパク質は、E. tarda感染した野生型およびASC変異メダカの両方で検出された。また、E. tarda感染したASC変異メダカのROS産生能は、野生メダカと比べて有為に低かった。以上の結果から、ASCがE. tarda感染に重要な役割を果たしていることが示唆された。最後に、CASP-1遺伝子変異メダカの作製のために、メダカCASP-1遺伝子を同定および解析した後に、CRISPR/Casシステムを用いてCASP-1遺伝子変異メダカの作製を行った。前年度の報告書に示した実験計画として、4つの実験を実施した。まず、抗メダカIL-1β抗体の特異性評価を行い、メダカIL-1βおよびCASP-1遺伝子を過剰発現したメダカ胚細胞(HdrR-e3)を溶解した試料を用いてウエスタン・ブロッティングを行うことで、IL-1βタンパク質の検出を行い、抗メダカIL-1β抗体の特異性を確認し、活性化したIL-1βタンパク質の検出を行った。次いで、作製したASC変異メダカ(F3)世代を増やし、ホモASC変異メダカを用いて、Edwardsiella tardaによる感染実験を実施した。この結果において、ASC変異メダカの方が野生型メダカよりE. tardaに対する感受性が低下したことにより、E. tarda感染経路においてASC働きが影響していることが示唆され、詳細は今後の課題とした。また、細胞内異性細菌でない病原菌に対する感受性についても検討する必要があると考えた。最後に、ASC働きがインフラマソームやASCスペックを介して炎症応答を惹起しているのであれば、それらの現象を共に機能させているカスパーゼの役割を確認する必要があるため、CRISPR/Cas9によりCASP-1遺伝子変異メダカの作製を試みた。次年度の研究計画として、作製した特異的抗メダカIL-1β抗体を用いて、活性化したIL-1βタンパク質の検出をより詳細に行う。特に、ASC変異メダカを用いて、病原細菌やLPS等により刺激した後のIL-1βの活性化について確認する。次に、E. tardaのような細胞内寄生細菌ではないAeromonas hydrophilaを用いてASC変異メダカに感染させた時の累積生残率や炎症性サイトカイン遺伝子の発現解析を実施し、E. tarda感染の結果と比較検討を行う。さらに、インフラマソームなど活性化の下流で起こる炎症応答を明らかにするためにHMGB1の役割についても解明する。まず、メダカHMGB1遺伝子の同定や遺伝子発現解析等の基盤的解析を行い、E. tardaなどの細菌感染との関連性を確認する。養殖場重要魚種において魚病細菌による疾病発生状況は毎年甚大であり、その対策が急務である。これまで、魚病細菌感染症に対してリポ多糖(LPS)の免疫賦活効果が高いにもかかわらず、魚類における分子メカニズムは殆ど理解されてこなかった。そこで申請者は、LPSを認識する機構を明らかにすることで、細菌感染を防御する重要な遺伝子を特定することができると考えた。また、ノックアウト(KO)メダカを使用することでLPS認識メカニズムをより分かりやすく解明し、効果的に病原細菌防御能を高める遺伝子を特定する。さらに、当該遺伝子を遺伝子アジュバントとして利用して、これまでにないワクチン効果を発揮させる新規アジュバントの構築を試みる。本年度は、メダカASC遺伝子の構造解析を行い、本遺伝子を標的としたゲノム編集(CRISPR-Cas)によりASC-変異メダカを作製し、現在にF4世代のホモ個体を得た。また、その他のインフラマソーム関連分子における遺伝子基盤についてメダカおよびヒラメについて解析した。さらに、pro-IL-1βの成熟過程を確認するために、メダカIL-1βに対する特異的ポリクローナル抗体を作製した。最後に、今後必要となるメダカの病原細菌感染モデルを構築するために、淡水魚由来のEdwardsiella tardaを用いて感染が成立する実験系を構築した。

本年度は、インフラマソーム関連分子の1つ(アダプター分子)であるメダカASC遺伝子の構造解析を行い、本遺伝子を標的としたゲノム編集(CRISPR-Cas)によりASC-変異メダカを作製し、現在にF4世代のホモ個体を得た。また、その他のインフラマソーム関連分子における遺伝子基盤(NLR-PYD, pro-CASP1,HMGB1)についてメダカおよびヒラメについて解析した。さらに、pro-IL-1βの成熟過程を確認するために、メダカIL-1βのアミノ酸配列をもとにして、特異的ポリクローナル抗体を作製し、ウエスタンブロット法で検出バンドを確認した。最後に、今後必要となるメダカの病原細菌感染モデルを構築するために、淡水魚由来のEdwardsiella tardaを浸漬法により感染させる実験系を構築した。申請者は、LPSを認識する機構を明らかにすることで、細菌感染を防御する重要な遺伝子を特定することができると考えた。また、ノックアウト(KO)メダカを使用することでLPS認識メカニズムをより分かりやすく解明し、効果的に病原細菌防御能を高める遺伝子を特定することを目的にして研究を行ってきた。H30年度は、まず、作製した抗メダカIL-1β抗体の評価を行うために、メダカIL-1β遺伝子を過剰発現したメダカ胚細胞(HdrR-e3)を溶解した試料を用いてウエスタン・ブロッティングを行ったところ、IL-1βを特異的に検出することができた。次に、作製したASC変異メダカ(F3)を用いて、Edwardsiella tarda (細胞内寄生細菌)に対する感染試験を実施した。作製したASC変異メダカの累積生残率が、野生型メダカに比べて有意に高かったことから、ASCに関わる炎症応答経路が、E. tardaの感染に何らかの影響を与えたことで、E. tardaに対する感受性が低下したと考察した。そこで、この理由を解明するために、E. tarda感染時における炎症性サイトカイン遺伝子群の発現解析を行った。また、ASCの機能の確認として、同感染メダカにおけるIL-1βタンパク質の活性化および活性酸素(ROS)の産生について検討した。活性化されたIL-1βタンパク質は、E. tarda感染した野生型およびASC変異メダカの両方で検出された。また、E. tarda感染したASC変異メダカのROS産生能は、野生メダカと比べて有為に低かった。以上の結果から、ASCがE. tarda感染に重要な役割を果たしていることが示唆された。最後に、CASP-1遺伝子変異メダカの作製のために、メダカCASP-1遺伝子を同定および解析した後に、CRISPR/Casシステムを用いてCASP-1遺伝子変異メダカの作製を行った。前年度の報告書に示した実験計画として、4つの実験を実施した。まず、抗メダカIL-1β抗体の特異性評価を行い、メダカIL-1βおよびCASP-1遺伝子を過剰発現したメダカ胚細胞(HdrR-e3)を溶解した試料を用いてウエスタン・ブロッティングを行うことで、IL-1βタンパク質の検出を行い、抗メダカIL-1β抗体の特異性を確認し、活性化したIL-1βタンパク質の検出を行った。
歯周病態とメタボリックシンドロームの相互関連性の解明を目指す後ろ向きコホート研究

熊本日赤健康管理センターにて2003年と2011年に歯科健診を受診した430人(平均年齢58.6〓11.1歳、男性308人、女性122人)を対象としてPorphyromonas gingivalis(Pg)抗体価、歯周病、全身状態の関連性を検討した。歯周組織状態をCommunity Periodontal Index(CPI)で評価し、全身状態は身体測定や血液生化学的検査の結果から評価し、2003年に冷凍保存した血清のPg抗体価を測定した。歯周組織状態は、2003年でCPIコード3以上の者は47.8%(男性49.7%、女性43.4%)であった。2003年でCPIコード2以下だったが2011年でCPIコード3以上、または2003年と2011年ともにCPIコード3以上であった場合を歯周病の維持悪化とすると、歯周病の維持悪化があった者は男性では53.2%、女性では34.4%であった。Pg抗体価については、全体の上位20パーセンタイルを高値とすると、男性のPg抗体価高値は18.2%、女性では25.4%であった。Pg抗体価と歯周病の維持悪化との関係では、男性で2003年のPg抗体価が高値の者ほど歯周病が維持・悪化していたが(p < 0.001)、女性ではこの傾向は有意ではなかった(p=0.068)。また、歯周病を従属変数とするロジスティック回帰分析で解析すると、男性ではPg抗体価が高いと歯周病が維持悪化していたが、女性では高感度CRPが高いと歯周病が維持悪化しており、男性ではPg抗体価が歯周病の発症に関連し、女性では全身の炎症状態が歯周病の発症に関係する可能性が示唆された。本研究では平成15年の日本赤十字社熊本健康管理センターの受診者の血清が保存されていることに着目して、再度他の疫学研究目的での血清の使用について同意を得た上で、各被験者についてPorphyromonas gingivalisに対する抗体価を測定し、当時健康診断の目的で計測されていた歯周ポケット深さも加えて歯周病態を総合的に解析することを目的としている。すなわち、本研究の成否の最重要ポイントは、現在血清が保存されている平成15年の疫学研究に参加した被験者について、一人でも多く再度本研究への参加の同意を得ることである。そこで、日本赤十字社熊本健康管理センターの平成22年度の受診者に関して、平成15年の疫学研究の研究実施記録を参照し、血清を再度使用する対象者を特定して、他の研究目的で保存している血清を今回の研究目的に使用することの同意を現在316名の受診者から得ることができた。これは、平成22年に受診した対象者の85%に当たり、平成23年度に受診予定の残りの対象者からもほぼ同率で同意が得られることが期待されるため、500名程度の被験者を対象とした、P.gingivalisに対する抗体価の測定が可能になると思われる。そのため、当初計画していた郵送による同意の取得は必要ないと判断されたため、郵送による同意取得は実施しなかった。

一方、九州大学の倫理委員会では平成15年に歯周疾患検診を受診した者の健康診査の受診結果から、歯周疾患の検査結果ならびに様々な検査値を逐次纏めて電子ファイル化を行うにあたっては、同意の取得は必要ないとの判断であったが、日本赤十字社熊本健康管理センターの方針で同意の取得のない被験者の検査データはデータベースから引き出すことを断られたため、急遽、研究対象者を平成12年4月から平成18年3月に検診を受診した者に変更し500名の対象者から同意を得た。同意の得られた者については平成23年度に同意を得る者と一緒に、電子ファイルをデータベースから一括して引き出して解析を行うことした。日本赤十字社熊本健康管理センターからデータの提供にあたって受診者からの同意書の取得を要求されたため、当初の対象者であった平成15年の健康診査の受診者だけでは十分な数の同意を得ることが難しいと判断し、昨年の段階で研究対象者を平成12年4月から平成18年に2日ドックを受診してかつ歯周疾患検診を受診した者で再度、当該健康管理センターを受診し本研究に参加することの同意を得られた者と変更したため、昨年に引き続き条件に該当する受診者に対して今年度も同意の取得を継続した。これまでに同意が得られた1970名については、健康診査の受診結果の中で歯周疾患の検査結果ならびに心電図、肥満度(BMIおよび体脂肪率)、血液生化学検査(HbAlc、AST、ALT、LDH、γ-GTP、総コレステロール、中性脂肪、LDLコレステロール、HDL-コレステロール、総ビリルビン、アミラーゼ、尿素窒素、クレアチニン、尿酸、総蛋白・アルブミン・A/G比、白血球数、赤血球数、血小板数、血清鉄)、75gブドウ糖負荷試験、空腹時血糖値・2時間血糖値、空腹時血糖値、血圧、眼底検査等の検査値を纏めて電子ファイル化の準備を進めた。当初、平成1218年に診査された歯周ポケット深さに基づく歯周病態の分類を目的変数として全身の健康診断の診査項目の検査結果を説明変数としたオーディナリー多重ロジスティック回帰分析を行うことで歯周疾患と各検査項目、特にメタボリックシンドロームに関する項目との関連性の有無を調べる予定であったが、同意書の取得が年度末ぎりぎりまで行ったため、分析は平成25年度に実施することとした。また、平成15年に採血され日赤熊本健康管理センターに保存されている血清については血清の再利用の同意の得られた396名についてP.gingivalis対する抗体価および高感度CRP値を測定し、来年度の解析のために別途データベースを構築した。熊本日赤健康管理センターにて2003年と2011年に歯科健診を受診した430人(平均年齢58.6 ±11.1歳、男性308人、女性122人)を対象として血清中のPorphyromonas gingivalis(Pg)抗体価、歯周病、全身状態の関連性を検討した。2003、2011年において、歯周組織状態をCommunity Periodontal Index(CPI)で評価し、2003年の全身状態は身体測定や血液生化学的検査の結果から評価した。また、2003年に冷凍保存された血清からPg抗体価を評価した。歯周組織状態は、2003年でCPIコード3以上の者は47.8%(男性49.7%、女性43.4%)であった。2003年から2011年までの歯周組織状態の変化では、2003年でCPIコード2以下だったが2011年でCPIコード3以上、または2003年と2011年ともにCPIコード3以上であった場合を歯周病の維持悪化とみなすと、男性で歯周病の維持悪化があった者は53.2%であったのに対し、女性では34.4%であった。Pg抗体価の解析をするにあたり、全体の上位20%をPg抗体価高値とすると、男性でPg抗体価高値は18.2%で、女性では25.4%であった。歯周病の維持悪化とPg抗体価の関係では、男性で2003年のPg抗体価が高値の者ほど歯周病が維持・悪化していたが(p < 0.001)、女性ではこの傾向はなかった(p=0.068)。また、ロジスティック回帰分析で、歯周病の維持悪化を従属変数として解析すると、男性ではPg抗体価が高いと歯周病が維持悪化していたが、女性では、高感度CRPが高いと歯周病が維持悪化しており、男性ではPg抗体価が歯周病の発症に影響し、女性では全身の炎症状態が歯周病の発症に関係する可能性が示唆された。
睡眠覚醒機構とミクログリアの連関をｉｎｖｉｖｏで解明する

申請者が所属する研究室では近年、樹状細胞上に発現する抑制性受容体MAIR-I(myeloid-associated immunoglobulin-like receptor)が上皮死細胞の細胞膜上に曝露されるホスファチジルセリンを認識し、常在菌によるTLR4からの活性化シグナルを抑制することでIFN-βの発現を抑制することを明らかにした。MAIR-I欠損マウスの腸管・肺・皮膚などの常在菌が存在する組織においては野生型と比較してIFN-βの産生量が多く、制御性T細胞の数が有意に増加しているが、常在菌の存在しない脾臓・リンパ節では差がないことがわかっている。申請者は口腔内の常在細菌が存在することに着目し、唾液腺においてMAIR-I欠損マウスの唾液腺では野生型と比較して制御性T細胞の数が増加しているのではないかと仮説を立てた。唾液腺からのリンパ球単離法を樹立し制御性T細胞の数をフローサイトメトリー法で比較したところ、非常に興味深いことに、メスでは野生型と比較してMAIR-I欠損マウスにおける制御性T細胞が有意に増加していた一方、オスではその差が見られなかった。マウスサイトメガロウイルス(MCMV)は全身性の急性感染期の後に慢性的にマウスの唾液腺に蓄積・常在することが知られている。そこで申請者はメスのMAIR-I欠損マウスにおいて増加した制御性T細胞がウイルス感染時の免疫反応を抑えると仮定して実験を行った。MCMV感染後、28日後にマウスから唾液を採取し、定量PCRでウイルス価を測定したところ野生型とMAIR-I欠損マウスの間に有意な差を認めなかった。感染後35日において唾液腺中の制御性T細胞数を比較したところ両群に差はなかった。以上のことから、マウスサイトメガロウイルス感染においてMAIR-Iは主要な役割を持たないことが明らかになった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
関東大震災（１９２３年）を契機とした東京市のスポーツ政策の変容と展開

本研究の目的は、関東大震災(1923年)を契機とした東京市のスポーツ政策の変容と展開について明らかにすることである。具体的には、1920年代の市政における社会教育課、公園課の各施策に焦点を当て、被災地の復興過程でスポーツがどのような役割を果たしていたかについて歴史学的に検討するものである。最終年度となる平成28年度は、各課による各事業の実施状況を分析するとともに、1940年の東京大会との関連を踏まえて、研究全体の総括を行った。結論として得られた成果を以下に示す。1.関東大震災後の東京市では、スポーツイベントが(1)仮設住宅(バラック)における娯楽、(2)復興に必要な強い身心の育成、(3)6年半にわたる一連の復興事業の完成の象徴としての役割を担っていた。これらは、1923年の「慰安運動会」、1924年以降毎年行われた「東京市民運動競技大会」(1930年)、1930年の「帝都復興記念体育大会」の内容から考察されたものである。2.関東大震災後の東京市では、「復興公園」(3つの大公園:錦糸、浜町、隅田と52の小公園)を設置し、震災前と比べて運動施設を増加させた。これにより、小学校の運動場が拡充されるとともに、一般市民のスポーツ環境が大幅に発展した。3.東京市は、1940年の東京オリンピックの招致理念に「関東大震災からの復興」を位置付け、大会を通して震災から立ち返った帝都東京の姿をアピールしようとしていた。28年度が最終年度であるため、記入しない。とくに、1920年代の市政において、スポーツ関連施策を担っていた社会教育課、震災後に55の公園整備を主導した公園課の各施策に焦点を当て、被災地の復興という文脈におけるスポーツの活用、またその役割について歴史学的に検討するものである。史料には、公文書や関連雑誌、新聞等を用いる。初年度となる平成27年度は、都内の公文書館、図書館また古書店にて関連史料を収集し、批判的検討の上でそれらの分析を行った。その結果、下記の内容が示唆された。1.震災対応に当たった第8代市長永田秀次郎は、東京市の復興に向けた強い心身の育成を企図し、市民体育の重要性を説いた。2.社会教育課によるスポーツ関連施策は、震災前は「夏季林間修養会」のみであったが、震災後の1924年度以降は顕著に増加し、運動競技会や公開講座を含む13項目に多様化した。3.東京市公園課は政府復興局公園課と協力し、55の「震災復興公園」を新設した。そのうち、隅田・錦糸・浜町の大公園には各運動施設が、市内各所に設置された小公園には児童の運動場を含む「積極的なリクリエーション」の場が整備されるなど、市民のスポーツ環境は震災からの復興過程を通して格段に拡大した。これらの成果をもとに、次年度はとくに(1)公文書・新聞に関する時代背景を踏まえた史料批判の精緻化と、(2)復興公園に関する運動公園としての利用実態に関する分析を行いたい。そして研究の総括をもって、戦前日本のスポーツ史に新たな観点を提供するとともに、歴史学の立場から、「スポーツを通した震災復興」という現代的課題に対する議論の材料を提示したい。平成27年度(1年目)の研究計画をおおむね着実に遂行し、震災後における東京市のスポーツ政策(社会教育課、公園課)について史料収集と分析を行った。その結果、各研究課題に対し一定の成果を得られたほか、国際学会で若手の最優秀発表賞を受賞したことで、本研究に関する国内外から多様な意見・アドバイスをいただいた。その過程で、「関東大震災からの東京市の復興と1940年、1964年の東京オリンピックとの関連」という新たな課題が見いだされ、本研究の将来的な発展に向けたアイデアも創出された。一方、予定していたアメリカでの公園史料調査については、これまでの研究状況を鑑み、さらなる事前調査の必要性が明らかになったため、未実施となった。今後の研究状況により、その調査の必要性を検討したい。

3.東京市は、1940年の東京オリンピックの招致理念に「関東大震災からの復興」を位置付け、大会を通して震災から立ち返った帝都東京の姿をアピールしようとしていた。平成27年度は史料の収集と関連論文の投稿に注力してきたが、今後は先行研究に照らしたそれらの批判的検討と、研究の総括を進めたい。今後の当面の主要課題は、1)公文書・新聞に関する時代背景を踏まえた史料批判の精緻化、2)関東大震災前の東京市におけるスポーツの状況に関する状況の検討、3)復興公園に関する運動公園としての利用実態に関する分析である。3)については史料が断片的であるため、さらなる収集を検討したい。そして、すでに実施した社会教育課各施策の分析を含めて、研究目的に対する成果の総括を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。
有機合成化学を起点とする細胞内外イディオタイプ分子の新規創製法

独自の鋳型誘起合成により、リン酸化タンパク質(鋳型)を認識する機能性ペプチドを、鋳型から転写合成する方法を開発した。本課題では、特に上皮成長因子受容体(EGFR)の下流のシグナル伝達において、リン酸化タンパク質を認識するアダプタータンパク質であるGrb2-SH2ドメイン(Growth-factor Receptor-Bound protein 2/Src Homology 2)の疑似ペプチドを創製することに成功した。このペプチドは、Grb2-SH2ドメインを凌駕するリン酸化タンパク質選択性を示し、EGFRを高発現する癌細胞に対して選択的な細胞増殖抑制作用を示した。さらに癌モデルマウスにおいても顕著な癌選択的増殖抑制効果を示すことを見出した。本研究は、特定のタンパク質に強く結合する糖鎖リガンド、または特定のタンパク質に選択的に結合するペプチド性イディオタイプを、ダイナミック・コンビナトリアルケミストリー(DCC)と高速有機合成反応を併用して自由自在に創製し、さらにそれら創製分子を用いて機能性生体分子の相互作用を制御することを目的とする。平成22年度では、リン酸化チロシン含有タンパク質に選択的に結合するSH2ドメインイディオタイプの創製を検討した。すなわち、リン酸基と緩やかに相互作用する、ビスリジン構造とアジド基を有する報告者独自のペプチドに対し、Grb2/SH2ドメインの既知リガンドであるリン酸化環状ペプチドの存在下、種々のアセチレンペプチドライブラリーを共有結合させた(Induced-fit型結合)。この方法により、SH2ドメインの認識配列(pTyr-Val-Asn-Val)に選択的な分子の合成を試みた。この際、共有結合の手法として、報告者が独自に開発した"自己活性化型クリック反応"を活用した。リン酸化環状ペプチドの非存在下でのクリック反応生成物とHPLCを比較検討した結果、リン酸化ペプチド存在下で顕著にピーク強度が向上したペプチドとして、数種類のクリックペプチドを見出した。次いで、これらペプチドを再合成し、リン酸化環状ペプチドに対する解離定数を求めた結果、上記で得られたクリックペプチドは、数mMの比較的高い結合能を示すことが判明した。さらに、EGFRを高発現するA-431癌細胞を用いてシグナル伝達機構への関与を調べた結果、クリックペプチドは(1)細胞内に効率良く導入されること、(2)細胞内でリン酸化Shcタンパク質に選択的に結合すること、(3)A-431癌細胞に選択的な障害活性を示すこと、さらには(4)動物レベルの実験でA-431癌組織を選択的に縮小させることを見出した。このように、報告者の有機合成化学を起点とする新規戦略により、SH-2ドメインのイディオタイプとなるクリックペプチド分子を創製することに成功した。本研究では、特定のタンパク質に選択的に結合する糖鎖リガンドやイディオタイプを、ダイナミック・コンビナトリアルケミストリーと高速結合形成反応を併用して創製し、さらにこれら分子を用いて機能性生体分子の相互作用を制御することを目的としている。既に平成22年度において、特定のリン酸化チロシン含有タンパク質に選択的に結合するGrb2/SH2ドメインのイディオタイプの創製を検討し、標的のEGFRを高発現したA431癌細胞内、さらには動物内でも選択的にA431細胞内のシグナル伝達を阻害するペプチド分子を得た。そこで平成23年度では、先に得られたペプチド分子の構造を固定化して、相互作用の更なる増強を図った。すなわち、ペプチド内に二重結合を導入し、固相上で分子内メタセシス反応を実施することによって、効率良くペプチド部分構造を環状化することに成功した。この環状化により、リン酸基と相互作用する2つのリジンアミノ基が接近することが予測されたが、実際に標的のリン酸化チロシン含有タンパク質の部分構造に対して、環化前のペプチドよりも10倍強く相互作用することが判明した。さらに、環化前駆体に比較して格段に強いA431癌細胞増殖阻害活性を実現した。次いで、このようにして得たSH2ドメインイディオタイプに対して、近赤外線領域に吸収を持つ蛍光色素、または短寿命陽電子放射核種である^68Gaを配位させたDOTAで標識し、BALB/cヌードマウスに担持したA431癌へのターゲティングを検討した。その結果、微かではあるがPETイメージングによりA431癌組織への選択性を確認することができた。一方、様々なリン酸化タンパク質により一般的で迅速な方法とするため、マイクロアレイ上での網羅的な結合形成反応による相互作用分子の検出/創製法を検討した。しかし、反応性の低下に加えて様々なペプチド分子の基盤上への非特異的吸着により、本有機合成反応を用いたアレイ上への展開は困難であることが判明した。平成22ー23年では、「自己活性化型クリック反応」を鋳型誘起反応における結合形成反応として積極的に活用した。

しかし、本研究課題をさらに進める上で、用いることのできる基質の制限に加えて、銅試薬を当量用いなければならない等の問題により、本反応を用いた組織上や生体内での実施を含めた一般的展開は困難であることが判明した。一方、最近報告者は、共役イミン誘導体が新奇な[4+4]反応を速やかに起こすことを見出した。共役イミンは、不飽和アルデヒドと生体にも多く存在するアミンから容易に生成するため、この[4+4]反応を生体内でも使用できる新しい鋳型誘起反応として活用することを想起した。様々な不飽和アルデヒドとアミンを反応させることにより、中間に生成する共役イミンが温和な条件下、速やかに[4+4]反応を起こし、ジアザビシクロオクタンや、さらに1分子のアミンが架橋した誘導体が高収率で得られることが分かった。さらに、本反応は生体内に存在する、スペルミンやスペルミジンなどのポリアミンをアミン単位とした際にも良好に反応する。ポリアミンとアクロレインを反応させた場合には、重合体が生成し、反応の条件や外部因子の存在によって、その重合度が変化することが分かった。生体内にはアクロレインや脂質から代謝された様々な不飽和アルデヒドが存在する。すなわち、本課題が目指す、生体内で生体材料のみを用いて、酸性官能基や生体金属を鋳型として鋳型誘起合成を実施することのできる結合形成反応を見出した。一方、平成に22年度に見出した共役二重結合とアジドとの、金属触媒を利用しない[3+2]環化反応の使用の可能性についても検討した。しかし、反応は非常に遅く、2日間の反応でも20%程度の変換効率であった。さらに生成物が非常に分解し易いため、様々な分子に対応しうる鋳型誘起反応として用いるにはふさわしくないと判断した。特定のリン酸化チロシン含有タンパク質に選択的に結合するGrb2/SH2ドメインイディオタイプの創製に対して、ダイナミック・コンビナトリアルケミストリーと報告者の自己活性化型クリック反応を併用して検討し、標的の癌細胞内、さらには動物内でも選択的にシグナル伝達を阻害することに成功している。さらに、環状化による構造展開と活性向上を実現するとともに、分子プローブとして開発した。このように、平成22年度、および23年度の成果により、生体内現象を模倣して目的とする機能性分子を自由自在に創製し、さらに生体分子の相互作用制御を実現しており、当初の研究目的が順調に達成できていると自己評価する。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後、様々なリン酸化タンパク質を代表として、標的生体分子により一般的で迅速な方法とするため、ペプチドに限らず様々な分子間での結合形成反応(コンジュゲーション)を実施するとともに、マイクロアレイも活用した網羅的な高速結合形成反応の実施による相互作用分子の検出/創製法を検討する。しかし、平成22-23年に活用した「自己活性化型クリック反応」を用いた方法では、用いることのできる基質の制限に加えて、マイクロアレイ上での反応性の低下、さらにはペプチド分子の基盤上への非特異的吸着により、本有機合成反応を用いた一般的展開は困難であることが判明した。
食欲を調節するアドロピンやオーグリンのシグナル伝達の解明

本研究は、アドロピンやオーグリンなどのエネルギー代謝や食欲、その他様々なシグナルに関与するペプチドホルモンの未知の受容体を同定し、さらにその下流のシグナル伝達経路の詳細を解明することを目的としている。ビオチン標識したアドロピンの受容体のスクリーニングを行ったが候補を濃縮できなかった。次に酵母two-hybrid法を改変して用いる方法を考案し、アドロピンと結合する可能性のある部分cDNAを得た。今後は、ヒト細胞でこの分子を発現させて、実際にビオチン化したアドロピンと結合するか否か、細胞内で遺伝子発現などを変化させるかを解析予定である。本研究は、アドロピンやオーグリンの生理的な受容体を同定し、さらにその下流のシグナル伝達経路を明らかにすることを目的とする。アドロピンは、肝臓で発現しており、高カロリー食を与えたマウスでは発現が亢進することや、肝臓の脂肪合成に関わるPPARγ遺伝子の発現と関わっていることが明らかとなっている。しかしながら、アドロピン受容体と細胞内シグナル経路については解明されていない。オーグリンは、ラット脳室内投与によりCRF放出促進を起こすが、オーグリンの食欲への関与や、その受容体や細胞内シグナル経路は不明である。アドロピンとオーグリンは、HPA axisを駆動したり、食欲に影響を及ぼしたりする可能性が高い。したがって、オーファンリガンドであるアドロピンやオーグリンに対する未知受容体や細胞内シグナルの解明は、過食症や食思不振の病態解明や新しい治療法開発のために必要と考えられる。まず、視床下部に存在すると推定される受容体を同定するため、293細胞にマウス脳由来cDNA発現ライブラリーを分割したサブライブラリーをトランスフェクションし、ホルマリン固定する。生理活性の高いペプチド合成の実績を持つ加藤が作製したビオチン標識アドロピンおよびオーグリンをリガンドとして用いる。ストレプトアビジン標識ペルオキシダーゼを添加し、洗浄した後、発色基質を加えてリガンドと受容体候補分子の結合を可視化する発現クローニングを進めている段階である。さらに、全く新しい、効率の良いスクリーニング方法の開発についても検討を進めている。建物の耐震改修工事に伴う移転作業により、一部の実験に遅れが出ている。アドロピンは、肝臓で発現しており、高カロリー食を摂取したマウスでは発現が亢進することや、脂質の合成に関係するPPARγなどの遺伝子発現に関わることが知られているが、その受容体や細胞内のシグナル伝達経路の詳細については解明されていない。エネルギー代謝や免疫、感情、性欲、消化、食欲など広範な生体現象に関わっている重要なシステムとしては、視床下部と下垂体、副腎皮質から構成されるHPA axisが知られており、体内での神経系と関わる内分泌を制御すると考えられている。しかし、HPA axisに対するアドロピンやオーグリンの関与は報告されていない。ビオチン標識したアドロピンの受容体のスクリーニングを行ったが候補を濃縮することができなかった。これは293細胞内でのプラスミドDNAの維持が不安定で、欠失が48時間以内でも高頻度で発生することによるものと考えられた。そこで、2分子結合に多くの実績がある酵母two-hybrid法を改変して用いる方法を考案し(特許出願中)、アドロピンと結合する可能性のある部分cDNAを得た。

今後は、ヒト細胞でこの分子を発現させて実際にビオチン化したアドロピンと結合するか否か、細胞内で遺伝子発現などを変化させるかを解析する予定である。建物の耐震改修工事に伴う移転作業により、一部の実験が滞っているものの、おおむね順調に進展している。アドロピンと結合する膜タンパク質の同定を進め、特異性や結合様式について解析を進める。シグナル伝達、分子間相互作用引き続き、発現クローニングによる結合実験を進めるとともに、アドロピンあるいはオーグリン受容体候補の同定を行う。さらに、同定した分子の機能の解析も行う。建物の耐震改修工事に伴う移転作業により、一部の実験に遅れが生じている為に、その分の消耗品の使用にも遅れが生じているため。建物の耐震改修工事に伴う移転作業により、一部の実験が滞り、その分の消耗品費を使用しなかったため。時期は遅れているが、実験計画の内容通り、スクリーニングの費用に充てる予定である。時期は1、2ヶ月ほど遅れるが、当初計画通り、スクリーニングの費用に充てる予定である。
暖地積雪のacid Shockによる酸性融雪水中の溶存イオンの分別・流出機構

1.冬期における積雪のイオン濃度の変動本州のような暖地積雪ついては冬期でも融雪があり、積雪中の酸性物質がどのような過程で融雪流出していくのか不明である。このような地域でのacid shockの実態を詳細を把握し、積雪中における融雪水の挙動および主要イオンの分別過程等を明らかにするため、積雪の物理的および化学的な解析を行った。その詰果、次のような結論が得られた。(1)積雪中の硝酸イオン、硫酸イオンは、他のイオンよりも移動が著しく、積雪内より流出しやすい。一方アンモニウムイオンは絶えず積雪内に一定の濃度で存在する。(2)長岡市では冬期間でも、融雪水が積雪中に絶えず存在し、イオンの積雪内からの流出があるため、北欧や北米のような極端なacid shockは起こりにくいと思われる。2.水溶液中の主要イオンの重力効果による分別効果実験北米や北欧では春先の融雪初期に河川や湖沼において、融雪水による生態系への酸性被害(acid shock)が報告されており、その被害程度は酸性雨によるものよりも大きい。その原因は、冬期間、積雪にに蓄積されていた酸性物質が短期間に溶け出すためと考えられている。野外での観測や融雪模擬実験でも、融雪時の融雪中に含まれるイオンの流出速度がイオンによって差が生じることが確かめられた。その原因を探るため、水溶液中のイオンの質量差、すなわち重力効果によるイオン種の分別・流出過程の違いの有無を調べる実験を行った。精度の問題があるが、主要イオンのうち式量の一番大きい硫酸イオンが、重力効果による傾向と同じ傾向を示した。今後、本研究で得られた知見を基に、野外では積雪単位層内での挙動と全積雪層の関係を調べる観測を、室内実験では融解再凍結条件を考慮した系統的な実験を行う予定である。1大量の湿雪に見舞われる日本の本州でのacid shockの実態を詳細に理解するため、本年度は平地に観測地点を選び、1日単位で毎日の積雪のサンプリングを実施した。積雪試料の一部のpH値、電気伝導度、化学成分イオン濃度の分析を行った。冬季の後半の試料はまだ分析中で終了していないが、積雪中のpH値、電気伝導度、化学成分イオン濃度の分布は、冬季中でも時々刻々と変動していることがわかった。降雪があるときは、これらの値の空間・時間変動は小さくなるが、気温が上昇したり、降雨がある時は非常に大きな空間・時間変動が見られる。またイオン種の違いも見られる。2低温室で基本的な融雪条件を設定し、イオン種の違いによる融雪排出速度の異なる理由を探るため、融雪・再凍結実験を行った。詳しい結果はまだ判明していない。1大量の湿雪に見舞われる日本の本州でのacid shockの実態を詳細に理解するため、平地に観測地点を選び、1日単位で毎日の積雪のサンプリングを実施した。積雪試料のpH値、電気伝導度、化学成分イオン濃度の分析を行った。本年度冬季の後半の試料はまだ分析中で終了していないが、積雪中のpH値、電気伝導度、化学成分イオン濃度の分布は、冬季中でも時々刻々と変動していることがわかった。気温が上昇したり、降雨がある時は積雪内の化学成分イオン濃度の分布に、非常に大きな空間・時間変動が見られる。またイオン種の違いも見られた。融雪水によるイオンの流出過程で特定イオンによる遅延により、融雪水の初期と後期の要存イオン濃度が積雪のイオン構成と著しく異なる。
トランスファー写像による束の幾何性質の研究とその応用

本研究では、球面束のトランスファー写像を、射影空間の場合の成果が生かせる形に拡張し、束の安定理論へのトランスファー写像の活用を中心に、その幾何的側面と代数的側面を併せて分析した。以下、得られた成果を順に報告する。1.球面束のトランスファー写像のコファイバーがThom空間として表現できるという、我々の結果を活用し、トランスファー写像の基本性質を整理するとともに、球面束のトランスファー写像のe-不変量を計算可能にした。そして、それを応用して、一般化されたS^1-トランスファー写像のe-不変量を計算した。結果のいくつかは次の論文で発表する。2.1の計算から、ベクトル束が直線束の和に分解するとき、e-不変量は組み合わせ論的数論と関係することが分かった。そこで、どのようなときベクトル束が直線束の和に分解するかを考察し、次のような結果を得た。3.トランスファー写像を応用して、球面の安定ホモトピー要素が枠付きの超局面で代表される場合の考察を行った。その結果として、18次元の位数8の要素v^*は、ある種のトランスファー二重写像の像であり、従って、枠付きの超曲面で代表されることが分かった。今後、結果を更に拡張したいと考えている。本年度の研究では、球面束のトランスファー写像を、射影空間の場合の成果が生かせる形に拡張し、束の安定理論へのトランスファー写像の活用を中心に:その幾何的側面と代数的側面を併せて分析した。1.球面束のトランスファー写像のコファイバーがThom空間として表現できるという、我々の最初の結果を活用し、トランスファー写像の基本性質を整理するとともに、射影空間上のベクトル束に対するトランスファー写像のe-不変量を考察した。このe-不変量の考察はトランスファー写像を応用する上で本質的なものである。結果は次の論文で発表する。2.上記のe-不変量の計算から、ベクトル束が直線束の和に分解するとき、数論や組み合わせ論的な方法が有効に働くことが分かった。そのことから、複素射影空間上のベクトル束に対するトランスファー写像のe-不変量が計算可能となった。そこで、どのようなときベクトル束が直線束の和に分解するかを調べ、結果を次の論文で発表する。3.トランスファー写像の微分幾何学的な側面や組み合わせ論的な側面は、興味ある題材であり、次年度取り組む予定である。本年度の研究では、前年度までに得られた、球面束のトランスファー写像に関する種々の結果を整理し、その活用を計った。具体的には、次のような研究成果を納めた。1.球面束のトランスファー写像のコファイバーをThom空間として表現し、それによって、トランスファー写像のe-不変量が計算できるようにした。その応用として、一般化されたS^1-トランスファー写像のe-不変量を計算し、これまでに得られたトランスファー写像のe-不変量の結果を拡張した。結果は次の論文中に示す。2.トランスファー写像を応用して、球面の安定ホモトピー要素が枠付きの超曲面で代表される場合の考察を行った。その結果として、18次元の位数8の要素ν^*は、ある種のトランスファー二重写像の像であり、従って、枠付きの超曲面で代表されることが分かった。3.1に関連して、どのようなときベクトル束が直線束の和に安定分解するかを考察した。それは、そのような場合に、トランスファー写像のe-不変量の計算が、組み合わせ的数論の性質に関係することが分かったからである。この成果の一部は、次の論文で発表した。
In silico解析による構造最適化に基づく高強度コンポジットレジンの創製

本研究では,コンポジットレジン(CR)の機械的強度が,未だ歯科用金属に及ばないことに着目し,CRを構成するフィラーの種類,サイズ,配合方法や幾何学的配置などのパラメータと機械的強度の関連性をシミュレーションモデルによりin silico予測することで,機械的強度の向上につながるメカニズムを明らかにした.さらに,これらの数多いパラメータを最適化することで,従来のCRよりも高強度でさらに寿命の長い,新規のCRを試作可能であることを明らかにした.本研究では、コンポジットレジン(CR)の機械的強度が、未だ歯科用金属に及ばないことに着目し、CRを構成するフィラーの種類、サイズ、配合方法や幾何学的配置などのパラメータと機械的強度の関連性をシミュレーションモデルによりin silico予測することで、機械的強度の向上につながるメカニズムを明らかにすることを目的として、研究実施計画に基づき、段階的に研究を遂行した結果、本年度は以下の成果が得られた。1.異なるフィラー含有率を有する試作CRを作製し、in vitroでの3点曲げ試験により曲げ強度を求めた。次に、曲げ強度予測を行うためのin silico解析モデルを作製し、代表的な4つの破壊基準である最大主応力、最大主歪み、せん断応力とvon Mises応力を用いて予測された曲げ強度をin vitroで得られた曲げ強度と比較検証した。その結果、最大主ひずみが破壊基準として有用であることを明らかにした。2.試作CR(体積含有率31.2%)を高解像度ナノCT装置で撮影し、得られた画像列を基に、CR構造を精密に再現したコンピュータモデルを作製した。これらのモデルを用いてin silicoでの力学解析を行った結果、フィラーとマトリックスが完全に結合している条件では、ミクロスケールレベルにおける最大主ひずみが、マトリックス内部で生じることが明らかになった。研究実績概要に記載したとおり、本年度はフィラー含有率の異なる試作コンポジットレジン(CR)を用いて、in vitroでの3点曲げ試験を実施し、得られた曲げ強度を基に、in silico曲げ強度予測に有用な破壊基準が最大主ひずみであることを確認した。さらに試作CRの高解像度ナノCT画像を基にin silicoで力学解析を行い、ミクロスケールレベルの最大主ひずみ分布の検証を行った。当初の計画では、最大主ひずみを破壊基準の対象に限定していたが、代表的な4つの破壊基準を比較検証することにより、最大主ひずみの有用性をより明確にした。さらに、フィラーの形状、サイズや幾何学的配置などの特徴を、独自の手法で抽出する予定であったが、高解像度ナノCTを利用することで、より精確なモデルを作製することに成功した。以上より、当初の計画どおり解析手法の基盤を確立できた。本研究では、コンポジットレジン(CR)の機械的強度が、未だ歯科用金属に及ばないことに着目し、CRを構成するフィラーの種類、サイズ、配合方法や幾何学的配置などのパラメータと機械的強度の関連性をシミュレーションモデルによりin silico予測することで、機械的強度の向上につながるメカニズムを明らかにすることを目的として、研究実施計画に基づき、段階的に研究を遂行した結果、本年度は以下の成果が得られた。1.フィラーの形状が曲げ強さに及ぼす影響を評価するために、充填用CRを対象とした解析を実施した。不定形フィラーを用いる方がマクロ構造モデルの曲げ強さが大きくなり、ミクロ構造では最大主ひずみ分布が拡がりにくいことが明らかとなった。2.フィラーの種類が圧縮強さに及ぼす影響を評価するために、CAD/CAM用CRブロックを対象にした解析を実施した。CAD/CAM用CRブロックに含有するシリカに加えて、シリカよりも弾性率の高いフィラーを、ごく微量含有することが圧縮強さの向上につながることが明らかとなった。3.フィラーのサイズについては、5種の異なる直径の球形シリカフィラーをbis-GMA/TEGDMAに填入したモデルを作製し、これらのモデルに対してマルチスケール解析を行った。フィラーの直径が小さくなるほど、圧縮強さが大きくなることが明らかとなった。4.フィラーの幾何学的配置が圧縮強さに及ぼす影響を評価するために、ミクロ構造モデル内に球形フィラーを配置したモデルを作製し、体積含有率を一定にした状態で、体心に配置したフィラーからその周囲に配置したフィラーまでの距離の変化が圧縮強さに及ぼす影響を検証した。フィラー間の距離が離れるほど圧縮強さが減少する傾向を示したが、その変化量は少なく、先のフィラーの形状、種類やサイズの要因と比べると影響が少ないことが分かった。平成27年度の実施状況報告書で記載したとおり、本年度は、各パラメータ(フィラーの形状、種類、サイズや幾何学的配置)がCRの機械的強度に及ぼす影響を明らかにする目的で、マルチスケール解析による検証を行った。当初の計画では機械的強度として曲げ強さのみに限定していたが、CAD/CAM用CRブロックの大臼歯への適用を目指して長期耐久性にも関与する圧縮強さも評価可能なモデルを作製した。以上より、各パラメータと機械的強度の関連性を明確にすることに成功した。