hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高分子材料創製を基軸とする高性能な逆型有機薄膜太陽電池構築のための基盤技術の確立

高効率かつ大気中安定な逆型有機薄膜太陽電池の開発を目的に、製膜性が良く、大きな開放光起電力の期待できる一連のフッ素を含むPTB系ドナー材料を創製した。フッ素導入率(r)の増加につれてHOMOが深くなったものの、r=1では製膜性が低下した。r値と電池性能の相関を調べるために、フラーレン誘導体とのブレンド膜の正孔移動度、原子間力顕微鏡によるモルフォロジー観察、微小角入射広角X線回折による配向・結晶化度の測定を行った。その結果、r増加に伴うドメインサイズの減少、結晶化度と正孔移動度の減少が観測され、これら相反する因子の兼ね合いから、r=0.75のときに最適のエネルギー変換効率を示した。本研究の目的は、素子開発グループと高分子材料合成グループの綿密な共同研究により、高性能有機薄膜太陽電池を開発するための汎用性の高い基盤技術を確立することである。以下の(1)(3)の項目について取組み、逆型有機薄膜太陽電池の高性能化のための基礎的知見の導出を目指した。(1)新規ナローバンド共役高分子の系統的合成およびキャラクタリゼーション、(2)項目(1)の新規高分子をドナー材料として用いた逆型有機薄膜太陽電池の作製および分子構造/モルフォロジー/変換効率の系統的評価、(3)製膜プロセスの検討による光電流取り出しに適した有機発電層のモルフォロジー制御その結果、以下の知見が得られた。(1)BDTユニットに導入するアルコキシ草知りキラリティーを制御することで、ホール移動度を向上することができた。(2)これまで用いてきたBDTユニットをDTSユニットに置き換えることで、材料の安定性が向上するだけでなく、広範囲の波長の光を効率的に吸収できるようになった。(3)ドナー高分子の物性の違いのために、アクセプターであるPCBMと混ぜた際の有機発電層のモルフォロジー変化の傾向が大きく異なる。したがって、用いたドナー高分子に適した製膜条件の検討及び制御が重要であることがわかった。(4)56π系フラーレンをアクセプター材料に用いることにより、LUMOが高くなり、従来のPCBMより開放電圧が約200mV向上することが逆型有機薄膜太陽電池でも確認することができた。(4)効果的な電子捕集層の開発にあたり、製膜条件の検討を行った結果、紫外光なしで有機薄膜太陽電池が駆動する低温プロセスで作製可能な電子捕集層(ZnO)を見出すことができた。光電変換効率(PCE)を決定する要因の一つである開放電圧(Voc)はドナー材料のHOMO準位とアクセプター材料のLUMO準位の差に依存することが知られている。我々はこれまでに、チエノチオフェン(TT)側鎖のエステル部位にパラ置換フェニル基を導入したπ共役高分子(PTB)を合成し、それらの分子軌道準位が置換基の電子吸引性の違いにより制御できることを見出している。本年度は、これまでの成果を基軸として、分子軌道準位のより精密な制御を目指し、2種類のTTユニットの組成比が異なるPTB系ポリマーを合成した。得られたポリマーの薄膜状態における吸収スペクトルを測定したところ、フルオロフェニル基の導入率(r)が増加するに従い、吸収領域が長波長側へシフトし、バンドギャップ(Eg)が小さくなった。ポリマー薄膜のX線回折の結果から、rが増加するにつれてπ-πスタッキング間隔が狭くなることが分かった。この結果は、エステル結合を介して導入した側鎖のフルオロフェニル基が主鎖の平面性を高めていることを示唆しており、吸収スペクトルの結果とも一致している。ポリマーのHOMO準位を大気中光電子分光法により求め、rに対して相関見ると、HOMO準位とrの間には良好な線形的相関がみられ、ドナー材料の分子軌道準位を合目的的に制御可能であることが明らかとなった。それらを発電層材料に使った素子の電池性能を評価した。フルオロフェニル基の導入率が75%(r=0.75)の新規材料PTB-F75をドナーに用いたとき、従来のP3HT:PCBM系のVoc (0.57V前後)に比べて約120mV増加し、PCE 4.3%を示した。また、2時間の大気中連続光駆動においても保持率9割以上の高い耐久性を示した。さらに、電極をAuからAgに変えることにより、反射光による有機発電層での再吸収によって光電流が増加し、PCEが4.5%まで向上した。高性能な有機薄膜太陽電池を実現するために、製膜性が良く、また大きな開放光起電力(Voc)を得る目的で、一連の新規ドナー材料Thieno[3,4-b]thiophenebenzo[1,2-b:4,5-b0]

dithiophene-Based Polymers(PTB-F)を創製した。このPTB-F系ドナー材料において、フッ素基の導入率(r)を大きくするにつれて予想通りに最高被占軌道の準位が深くなったものの、r=1では溶解性の低下のために製膜性が幾分低下した。このr値と逆型素子(ITO/ZnO/PTB-F:PCBM/PEDOT:PSS/Au)の電池性能との相関を調べるために、これらPTB-F系ポリマーとフラーレン誘導体PCBMとのブレンド膜(PTB-F:PCBM)の正孔移動度測定、原子間力顕微鏡(AFM)によるモルフォロジー観察、及び微小角入射広角X線回折(GIWAX)による配向・結晶化度測定を行った。AFMによる表面観察から、r値の増加に伴いPTB-F系ポリマーとPCBMのドメインサイズが減少し、電荷分離界面の増加を示唆する結果が得られた。一方でGIWAX測定から、r値の増加に伴い結晶化度の減少が観察され、同時に正孔移動度も小さくなる結果となった。これら相反する因子の兼ね合いから、r=0.75であるPTB-F75のときに最適のエネルギー変換効率(PCE)4.3%を示した。高性能化に対する別のアプローチとして、市販ドナー材料PTB7を用いた逆型素子を大気中作製し、PCE 5.0% (Jsc 11.6 mA cm-2, Voc 0.78 V, FF 0.55)を得た。また、擬似太陽光を25時間連続光照射してもほとんど減衰しない高耐久性素子の開発に成功した。さらに、発電層製膜時に1%のニトロベンゼンを添加したクロロベンゼン溶媒を用いることで、PCEが5.9%まで向上した。26年度が最終年度であるため、記入しない。光エネルギー変換26年度が最終年度であるため、記入しない。初年度は、素子開発グループと高分子材料合成グループとが一つの目的に向かって、共同研究をスタートさせた。その結果、幾つかの新規ドナー共役高分子の創製と素子への応用を開始でき、高性能な逆型有機薄膜太陽電池構築のための基盤技術の確立に向けだ良好なスタートとなった。これを受けて、達成度(2)と自己評価した。本年度は、高分子材料合成グループが開発した幾つかの新規ドナー共役高分子材料を、素子開発グループが素子への応用を行い、従来のドナー・アクセプター系であるP3HT:PCBM系よりも高いPCEが得られたため、達成度を「(2)おおむね順調に進展している」と自己評価した。有機発電層からn型無機半導体へのスムーズな電子移動界面、並びに有機発電層から導電性高分子PEDOT:PSSへのスムーズな正孔移動界面を構築して、初年度の知見を重ね合わせることによって、新たな高性能ドナー共役高分子の設計方針を再検討し、新規ドナー材料を創製する。また、素子の交流インピーダンス法による積層界面の解析や発電層モルフォロジーの撮影を通して問題点を洗い出し、高性能なドナー材料創製と素子作製の注力ポイントとしてフィードバックさせる。今後も、素子開発グループと高分子材料合成グループとで連携し、新規ドナー材料を用いた高効率化研究に取り組む。また、耐久性についてはまだ十分な成果が得られておらず、いくつかの知見から有機発電層/キャリア捕集層界面に電池特性を保持できない原因があることを予想している。したがって、来年度は効率向上を目指しながらも、有機発電層/キャリア捕集界面に着目して化学的なアプローチによる層間制御を行うことにより、高い耐久性を有する高性能素子の開発を今後の課題としたい。
高変形能高力ボルトを用いた引張接合型耐震継手の開発

本年度は,高力ボルト引張継手の基本形式であり,接合部構造の構成最小単位である,スプリットティー継手を対象に,高変形能ボルトを用いた場合の高力ボルト引張接合部の単調荷重載荷時の力学的挙動,繰り返し荷重載荷時の力学的挙動を明らかにするために載荷実験を行った.着目した構造パラメータは,高変形能ボルトの軸平行部径(M22ボルト,22mm,20mm,19mm),ティーフランジ板厚(28mm,25mm,19mm)であり,耐震継手・接合構造としての適用性およびその性能について実験結果をもとに議論した.その結果,高変形能ボルトを用いることでスプリットティー継手の変形能を改善できること,またその程度は,軸平行部径以外に,被締め付け長さ,すなわち軸平行部長さにも関係すること,変形能の改善には,フランジ板の変形も関係し,最適なティーフランジ板厚がボルト径に関係して存在することを明らかにした.また,繰り返し荷重載荷の結果から,提案する継手構造の適用が可能であることも確認した.また,高力ボルト引張接合の力学的挙動に支配的なてこ反力や継手面間の接触力などの挙動については載荷実験のみでは解明が困難な点もあり,汎用の有限要素解析コードを用いた詳細解析もあわせて行うこととし,載荷実験結果を精度良く再現できる有限要素モデルを構築し,その適用に問題がないことを示した.そして,次年度に行う予定である,最適な継手構造詳細決定のため,多数の解析モデルを作成し,その準備を行った.本年度は,高力ボルト引張継手の基本形式であり,接合部構造の構成最小単位である,スプリットティー継手を対象に,高変形能ボルトを用いた場合の高力ボルト引張接合部の単調荷重載荷時の力学的挙動,繰り返し荷重載荷時の力学的挙動を明らかにするために載荷実験を行った.着目した構造パラメータは,高変形能ボルトの軸平行部径(M22ボルト,22mm,20mm,19mm),ティーフランジ板厚(28mm,25mm,19mm)であり,耐震継手・接合構造としての適用性およびその性能について実験結果をもとに議論した.その結果,高変形能ボルトを用いることでスプリットティー継手の変形能を改善できること,またその程度は,軸平行部径以外に,被締め付け長さ,すなわち軸平行部長さにも関係すること,変形能の改善には,フランジ板の変形も関係し,最適なティーフランジ板厚がボルト径に関係して存在することを明らかにした.また,繰り返し荷重載荷の結果から,提案する継手構造の適用が可能であることも確認した.また,高力ボルト引張接合の力学的挙動に支配的なてこ反力や継手面間の接触力などの挙動については載荷実験のみでは解明が困難な点もあり,汎用の有限要素解析コードを用いた詳細解析もあわせて行うこととし,載荷実験結果を精度良く再現できる有限要素モデルを構築し,その適用に問題がないことを示した.そして,次年度に行う予定である,最適な継手構造詳細決定のため,多数の解析モデルを作成し,その準備を行った.
シナプス小胞膜タンパク質挙動の高時空間分解能解析

神経細胞間の情報伝達はシナプスで行われる。シナプス前部に活動電位が到達すると、細胞内のカルシウムイオン濃度が上昇し、それが引き金となってシナプス小胞がシナプス前部アクテイブゾーンの細胞膜に融合することにより、小胞内に蓄えられている神経伝達物質のエキソサイトーシスが起こる。本研究では、シナプス前部からの高速で持続的な神経伝達物質放出を可能にしているシナプス小胞のエキソサイトーシスと小胞膜タンパク質のエンドサイトーシスによる細胞内への回収過程を、申請者らが開発してきた新蛍光ライブイメージング手法で研究することをめざしている。2018年度は、一シナプス小胞のエキソサイトーシスを検出する方法を確立した上で、エキソサイトーシスにより細胞膜へ移行した小胞膜タンパク質が細胞膜上で拡散により分散してから回収されるか、それとも分散せずに回収されるかを検討した。シナプス小胞膜タンパク質の一つであるシナプトフィシンにpH依存性蛍光タンパク質SEPを融合した分子は、細胞膜へ移行後に拡散することが明らかになった。次に、エキソサイトーシスが起こる部位はシナプス前部細胞膜上で決まっているか否か、またどのように分布しているかを検討した。そして、シナプス前部への活動電位到達直後に起こるエキソサイトーシスはシナプス前部アクテイブゾーン内の特定の数か所で起こるが、活動電位到達から数10ミリ秒以上遅れて起こるエキソサイトーシスはそれらとは異なる部位で起こることを明らかにした。これらの成果については、すでに論文発表した。また、小胞膜タンパク質のエンドサイトーシスを検出する方法の開発に着手した。一つのシナプス小胞のエキソサイトーシスの検出に成功し、シナプス前部でエキソサイトーシスが起こる部位の詳細を明らかにできた。また、シナプス小胞が細胞膜に融合した後のシナプス小胞膜タンパク質の挙動を明らかにできた。これらは、当初予定していた主要な研究目的である。これまでの研究で、シナプス小胞のエキソサイトーシスに関する研究手法を確立し、その詳細について解析を行えたので、今後はシナプス小胞膜タンパク質の回収過程であるエンドサイトーシスの検出方法の確立をめざす。
大気エアロゾルの雲物理過程を通した地球寒冷化に関する数値的研究

対流圏エアロゾルの化学輸送モデルEMTACSを開発した.EMTACSは,従来のモデルでは表現出来なかったエアロゾル特性の多様性を,計算機資源面からも比較的低コストで表現することが出来る.EMTACSで考慮されるエアロゾル・雲の物理・化学特性について記す.全てのエアロゾルは発生源に応じて7つのカテゴリに分類され,気相から均一核生成により生じる新粒子生成モード,煤など燃焼により生じる燃焼性粒子,土壌粒子,海塩粒子,そしてそれらが凝集した多成分系の微小,粗大粒子モード,過飽和の水蒸気の凝結により生じる霧・雲のモードがある.それぞれの粒子は単一の対数正規分布に従うが,対数正規分布を決定する幾何中心径と標準偏差は輸送できる量ではないので,代りに0次,2次,3次のモーメントを輸送計算し,幾何中心径と標準偏差はその3つのモーメントから診断される.そして,それぞれのカテゴリ内の化学物質濃度がそれぞれ計算される.モーメント以外に輸送計算されるエアロゾル特性は,総重量,BC(黒色炭素粒子),OC(一次有機炭素粒子),土壌粒子,海塩,硫酸,硝酸,アンモニウム,水,二次有機粒子である.【MADMSの概要と特徴】エアロゾルの凝縮,凝集過程などの動力学過程を定式化した数値モデルのひとつにMADモデル(Modal Aerosol Dyanmics model;Whitby and Mcmurry,1997)があり,現在でも多くの化学輸送モデルに組み込まれている.しかし,MADモデルでは粒径分布の大きく異なる粒子同士の凝集過程は原理的に計算出来ないので,東アジア域で見られる数100nmの煤粒子と数mmの黄砂が併合した凝集体は表現出来ない.また,MADモデルは球形が仮定されているが,煤粒子は通常フラクタル次元が2に近い凝集体として観察され,球形とは大きく異なる,申請者は,MADモデルの従来の定式化を拡張して,それらの計算を可能にした,このモジュールはまだ世界に例は無く,現在Journal of Colloid and Interfacial Sciences誌に投稿準備中である.対流圏エアロゾルの化学輸送モデルEMTACSを開発した.EMTACSは,従来のモデルでは表現出来なかったエアロゾル特性の多様性を,計算機資源面からも比較的低コストで表現することが出来る.EMTACSで考慮されるエアロゾル・雲の物理・化学特性について記す.全てのエアロゾルは発生源に応じて7つのカテゴリに分類され,気相から均一核生成により生じる新粒子生成モード,煤など燃焼により生じる燃焼性粒子,土壌粒子,海塩粒子,そしてそれらが凝集した多成分系の微小,粗大粒子モード,過飽和の水蒸気の凝結により生じる霧・雲のモードがある.それぞれの粒子は単一の対数正規分布に従うが,対数正規分布を決定する幾何中心径と標準偏差は輸送できる量ではないので,代りに0次,2次,3次のモーメントを輸送計算し,幾何中心径と標準偏差はその3つのモーメントから診断される.そして,それぞれのカテゴリ内の化学物質濃度がそれぞれ計算される.モーメント以外に輸送計算されるエアロゾル特性は,総重量,BC(黒色炭素粒子),OC(一次有機炭素粒子),土壌粒子,海塩,硫酸,硝酸,アンモニウム,水,二次有機粒子である.
生体内シグナルを応用したアメーバ型自律運動制御系の開発

自律的かつ動的な脂質シグナルを発振する膜系の確立のため、PI(4,5)P2,PI(3,4,5)P3のリン酸化反応を触媒するPI3キナーゼと、PIP3の脱リン酸化反応を触媒するフォフアターゼPTENとリポソームからなる系の開発をすすめた。PVDF膜にPOPC, PIP2, PIP3をスポットさせ、PH-domain-RFPの結合を抗体によって確かめた。また、PC、PS、PIP2、PIP3からなるリポソームへの精製PH-domainの結合を確認した。数種類のPHドメインのPIP2、PIP3への選択性をドットブロット分析によって評価し,選択的結合を可能とするPHドメインの組み合わせと実験条件を確立し、PHドメインとPI3キナーゼ酵素ドメインとの融合タンパクによる、リポソーム上でのPIP3産生を実現した。さらに、PHドメインとPTENの融合タンパクについて、種々のドメインの精製と反応の分析を進めた。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究が目的とする自律的かつ動的な脂質シグナルを発振する膜系に必要な手法の確立のため、PIP2,PIP3のリン酸化反応を触媒するPI3キナーゼや、PIP3の脱リン酸化反応を触媒するフォフアターゼPTENをアフィニティー精製し、合成された1-パルミトイル-2-オレオイルホスファチジルコリンやPIP2,ホPIP3などの脂質への結合としてその活性を評価した。PVDF膜にPOPC, PI(4,5)P2, PI(3,4,5)P3をスポットさせ、anti-mouse-IgG-HRP抗体による化学発光検出を行った。PH-domain-RFPが結合した脂質スポットはシグナルが検出され,精製したPH-domainのPI(3,4,5)P3への結合を確かめた。また、Phosphatidylcholine (PC)、Phosphatidylserine (PS)、PIP2、PIP3からなるliposome懸濁液を調製し、精製タンパク質を添加後、共焦点顕微鏡にて観察したところ、精製したPH-domainのリポソーム表面への結合も確認できた。ドットブロット分析の結果からPHドメインの種類によっては、PIP3へより強く結合することも示された。また、リポソームアッセイにおいても、これらPHドメイン融合蛋白がPI(4,5)P2、PI(3,4,5)P3を含むリポソームに結合することを確認した。これらの手法をもとに、複合的なドメイン構造を有したプローブを組み合わせた人工回路のため、必要なベクター構築の設計と作成を進めた。今回精製したタンパクは、脂質と期待している通りの相互作用を示しており、計画している材料の調整手法の確立とその特徴づけが進展していると自己評価する。一方で、我々のドットブロット分析と、リポソームアッセイにでは、結果について若干の齟齬も認められるため、精製純度のさらなる向上と、精度の高い結合解離の定量化が必要である。これらの技術的な点は当初から予想されていたものであり、知見のさらなる積み重ねとこれらの作業に不可欠な測定装置の整備が今後必要と考えている。また、自律的な反応系を実現するための融合タンパク系の構築は、今回の結果をベースとして作成するものであるが、試行錯誤する面も多く、時間と手間を要するため、作業の効率化などを工夫した。年度の前半の早い段階で、赤外を基本としたタンパク質定量のための装置を導入する。これによって、タンパクの精製と開発をスピードアップさせる。また、フィードバック制御による自律的なPIP3産生が生じるように系については、手と時間を要する材料開発については、一部他研究で作成した材料を再利用し、一部の作業のオートメーション化により効率化する。当初予定では、光によるPI3Kの操作によって、PIP3の時空間ダイナミクスを操作できるベジクル系も目指しており、生細胞内ではこれについての条件検討もできてきているところではあるが、自律的な反応回路の開発を優先させるなかで、時間的配分を考慮し、難しい場合は内部に組み込む反応系の組成をさらに工夫することで、反応ダイナミクスそのものをチューニングすることで一部対応できるようにする。
モデルベース制御における可変次数系のスペースタイム離散化手法の開発

モデルベース設計は計算機上で手軽に進められるようになったが、離散モデルのブラックボックス化が進み、モデル形式の選択、次数の調整と変化の把握、要素間の因果関係や整合性が適正に反映された初期値設定などが複雑になっている。次数が変化するとモデルが不連続に変化し、その都度制御系の解析や設計を確認したり、やり直したりする必要があるが、異なる次数の制御系が一貫性をもって比較検討されることはほとんどない。このような変化に対応し、状況を改善できるような制御系設計手法の基礎作りに貢献することを目指す。
走査電子顕微鏡内疲労試験機のマイコン制御による実時間観察法と画像処理技術の開発

電界放射形走査電子顕微鏡の走査線掃引信号を、マイクロコンピュータにより、顕微鏡内に組込んだ疲労試験機駆動信号と同期して制御することにより、最高0.2Hzの繰返し荷重下での疲労現象の動的な実時間観察ならびに写真撮影を可能とした。また、さらに迅速かつ客観的な観察と計測を行うため、顕微鏡の2次電子線信号をトランジェントメモリにより高速A/D変換し、コンピュータに取込み、記録するとともに、簡単な画像処理技術の開発を試みた。この結果、繰返し速度1Hz下での観察画像の取込みが可能となったが、最大、最小荷重時など連続した画像の取込みはデータ転送の時間的制約から現状では0.1Hz程度の繰返し速度で可能である。応用例として、一方向性珪素鋼板を用いた疲労き裂進展試験を行い、実時間観察を通じて疲労き裂進展機構について考察するとともに、疲労き裂開閉口挙動、き裂進展速度、進展方向や微視的なき裂先端開口変位の計測を行い、これらの間の定量的な関係を明かにした。また高-低2段変動荷重試験におけるき裂進展の遅延について、荷重変動時のき裂進展挙動、き裂進展速度とき裂先端開口変位、進展方向などとの関係について検討を行った。さらに、き裂輪郭線抽出、き裂縁パターン認識などの画像処理技術を通じて、き裂開口変位、除荷-負荷に伴うき裂縁変位挙動あるいはき裂進展速度の自動計測を行った。これらの計測結果は写真撮影による測定結果とよく対応した。以上のように本研究では、開発した疲労現象の実時間観察法や顕微鏡画像のコンピュータへの取込みおよびその画像処理技術を通じて、疲労き裂進展におけるミクロとマクロの対応づけに関する重要な多くの知見を得ることができたが、本手法は疲労の研究のみならず、微視的変形や破壊など動的荷重下での材料強度研究においても今後きわめて有力な手段となるものと期待される。
食細胞内での細菌の生き残り戦略:ロドコッカス・エクイ病原性プラスミドの機構解析

本研究の目的は病原性プラスミド上に存在する遺伝子の機能解析を行い、病原性プラスミドが生み出す食菌抵抗性・殺菌回避メカニズムを分子遺伝学的に明らかにしようとするものである。平成12-13年度には、ショットガンクローニング法を用いAIDS患者由来中等度毒力株の79kb病原性プラスミド(pREA3)の79,288bp全塩基配列を決定した。中等度毒力株よりもマウス毒力で10倍、子馬では百倍以上の感染最小濃度が異なる強毒株のプラスミドのORF64個と中等度毒力株の71個のORFを比較検討したところ、中等度毒力株に特有な5種類の新たな毒力関連抗原(Virulence associatd protein antigen(Vap)family)がpathogenicity islandを形成していることを明らかにした。平成14-15年度において、強毒株と中等度毒力株のpathogenicity island内外のORF比較検討を行い、病原性プラスミドの起源を探る手がかりとなるプラスミドDNAの配列の検索を行った。さらに、海外調査で得た新たなプラスミド型を発見し、強毒株の病原性プラスミドが12種類、中等度毒力株の病原性プラスミドが17種類存在する事などを明らかにした。さらに、p33701を対照として、遺伝子の挿入と欠損について、サザンハイブリダイゼーシヨンで詳細に12種類の病原性プラスミドを比較検討したところ、12種類のプラスミドは(1)85kb I, II, III, IV型、(2)90kb II, V型、(3)87kb I型、(4)90kb I, III, IV型、(5)87kb II型の5つのグループに大別され、pathogenicity islandの侵入した潜在性プラスミドは少なくとも2種類は存在することが明らかとなった。平成12年度には、ロドコッカス・エクイにおける遺伝子発現系の確立:潜在性プラスミドを利用したシャトルベクターの開発を試みた。シャトルベクターを構築するためR.equiの菌株のうち約6.3kbpの潜在性プラスミドを保有するK56株のプラスミド(pK56)の全塩基配列を決定した。その結果pK56は6,436bpと1,213bpの2つのプラスミドを保有していることが判明した。その後の解析により6,436bpのサイズの塩基配列からローリングサークル型の複製様式をとるPseudomonasfulvaのRepproteinと相同性が高い領域が見つかり、この領域がpK56でもRepとして働き同様の複製様式をとることが予想された。次にpK56のRepliconと薬剤体制マーカーとして、クロラムフェニコール耐性のクロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ遺伝子(cat)をpUC19に組み込むことでシャトルベクターの構築を試み、R.equiプラスミド脱落株のエレクトロポーレーションによる形質転換操作を行った。その結果、クロラムフェニコール耐性の形質転換体が得られたものの、シャトルベクターはR.equi内で安定に維持されなかった。形質転換体より抽出されたプラスミドをシークエンスした結果により、シャトルベクターの一部と宿主染色体DNAの一部が置換していることが判明し、そのことからcatのプロモーターが機能していない可能性が考えられた。今回得られたシークエンスデータは今後のシャトルベクター構築のための有益な情報を提供する。

平成13年度には、中等度毒力株の病原性プラスミドの全塩基配列を決定した。中等毒力株は豚の下顎リンパ節及びAIDS患者から分離され、Vap Aと相同性の高いVap Bがその病原性プラスミド上にコードされているが、マウスに対する50%致死量は約10倍低い。両株の病原性プラスミドの構造が遺伝子レベルで明らかになれば、それらの相違点が毒力の差を反映していることが予想される。ショットガンクローニング法を用いたAIDS患者由来中等度毒力株の79kb病原性プラスミド(pREA3)の全塩基配列を決定した。pREA3は79,288bpで、71個のOREの存在が推定され、原核生物の既知の蛋白質に相同性が高い17個のOREがあった。強毒株の病原性プラスミドと同様にtransposon resolvaseとDNA invertaseに挟まれたpathogenicity islandが存在した。pathogenicity island以外の領域は高い相同性を示し、全体では強毒株に存在するORFの約80%(52/64ORF)が保存されていた。pathogenicity island領域にはVap Bとそれに高い相同性を示すORFがその上流に5つ認められた(VapIL)。pathogenicity is land以外の領域が両者で良く保存されていることから、強毒株と中等度毒力株の違いはVap familyの構成の相違による可能性が示唆された。本研究の目的は病原性プラスミド上に存在する遺伝子の機能解析を行い、病原性プラスミドが生み出す食菌抵抗性・殺菌回避メカニズムを分子遺伝学的に明らかにしようとするものである。平成13年度には、ショットガンクローニング法を用いAIDS患者由来中等度毒力株の79kb病原性プラスミド(pREA3)の79,288bp全塩基配列を決定した。中等度毒力株よりもマウス毒力で10倍、子馬では百倍以上の感染最小濃度が異なる強毒株のプラスミドのORF64個と中等度毒力株の71個のORFを比較検討したところ、中等度毒力株に特有な5種類の新たな毒力関連抗原(Virulence associatd protein antigen (Vap) family)がpathogenicity islandを形成していることを明らかにした。今年度は、さらに遺伝子解析を行ったところ、強毒株と中等度毒力株のPI領域の相同性よりも、それ以外の領域の相同性が90-99%と極めて類似していることが明らかとなった。現在、強毒株の病原性プラスミドは10種類、中等度毒力株の病原性プラスミドは18種類存在することが制限酵素切断像(RFLP)解析から明らかとなっている。大きさも強毒株、中等度毒株で80-90kb、79-100kbと異なり、これらがどの領域における変化によって生じたかを比較することは、プラスミド上の領域の重要性を明らかに出来るものと考え、PCRとサザンハイブリダイゼーションによる検索を行った。その結果、pathogenicity islandを挟む領域が強毒株の多様性を生む遺伝子の挿入部位のホットスポットであることが明らかとなった。現在、あらたに挿入された(或いは逆に喪失した)塩基配列とその部位にどのようなORFが存在するかを検討している。
「学校評議員」制度に向けた地域・学校連携システム・研修体制の開発

1.「学校評議員制度」の導入過程の実態調査および研究水戸市は平成14年度から市内小中学校で同制度を導入した。いまだ全国的にも学校評議員制度導入および運営に関わる実態が充分に明らかにされていない研究状況に鑑みて、実態調査は人選状況の全体像を明らかにすることを課題とした。具体的には水戸市内全小中学校に対するアンケート「学校評議員制度実施状況について-評議員の人選-」を実施した。各学校からの回答を通じて、特に学校評議員の人選にかかわる実態(選定主体、基準、人選理由、学校評議員の性別・年齢・職業・経歴等の属性)を明らかにするとともに、その問題点の分析を行った。2.各校の学校評議員要項・規則の制定に関する資料の調査研究3.「学校評議員制度」に対する教育行政の施策展開に係わる資料の調査研究2の水戸市内小中学校の学校評議員制度への取組と行政との関係を検討するため、県・市教育行政の学校評議員制度の監督指導に関する資料の調査収集を行った。具体的には茨城県の「開かれた学校」づくり推進事業関係資料、水戸市の学校評議員制度の人選・運営に関する諸資料・水戸市校長会の学校評議員制度導入に関する資料などを調査収集した。これらの資料に基づいて各校の「学校評議員要項(規則)」との比較検討を行った。1「開かれた学校」に関する文献研究,事例研究「開かれた学校」,「地域と教育」をキーワードとして,理論的・実践的な先行研究資料の収集を行い,試行段階にある「学校評議員」制度,および,その前段階としての「外部人材の活用」の検討を行った。具体的には,茨城県におけるモデル校と,その行政的背景としての茨城県教育委員会の動向についての情報収集と,学校と地域とのパイプとして,地域のボランティアや大学生のボランティア等が,実践に有機的に組み込まれているいくつかの学校の事例を取り上げた。2「学校評議員制度」の試行に関する基礎的研究茨城県では,平成13年度から,「学校評議員制度」導入のモデル校を設定し,地域の人材を学校経営のシンクタンクとするための試行に着手した。本研究では,これに関する資料収集と関係者への予備的ヒアリングを進めた。具体的には,茨城県等の教育委員会に対する資料提供や調査の依頼等を行い,特に茨城県では,試行の進捗状況を把握した3「開かれた学校」の実践検討平成13年度は,「学校評議員制度」そのものはまだ試行段階にあるので,県教委等に対する予備的ヒアリングと並行して,調査研究としては研究対象を広げ,積極的に外部人材の活用を展開しているいくつかの実践事例の検討を行った。とりわけ平成14年度から完全実施となる「総合的な学習の時間」では,外部人材の活用が不可欠となり,そのための学校経営,とりわけ教育課程経営の重要性が高まる。本研究では,茨城大学教育学部附属中学校の教育課程経営の実際,授業への保護者の参加を積極的に推進している公立学校の事例の検討を行った。「学校評議員制度」導入の際には,こうした事前の取り組みを踏まえ,それを発展させていくことが必要だからである。1「学校評議員制度」に関する文献研究「学校評議員」「開かれた学校」「地域と教育」をキーワードとして,理論的・実践的な先行研究資料の収集を行い,試行段階にある「学校評議員制度」の意義と課題についての検討を行った。具体的には茨城県におけるモデル校の取組みを示す文書類と,その行政的背景としての茨城県教育委員会の指針や各校への対応に関する文書について収集を行うとともに、他府県の「学校評議員制度」導入の方針や府県下各校の取組みをインターネットから収集した上で、それらの比較検討を行い、その特質及び問題点について分析を行った。2「学校評議員制度」の試行的取組みに関する基礎的研究茨城県では,平成13年度から「学校評議員制度」導入のモデル校を設定し,地域の人材を学校経営のシンクタンクとするための試行に着手した。本研究では,これに関する資料収集と関係者へのヒアリングを進めた。具体的には,那珂町教育委員会主催の学校評議員制度協力者会議に参加し、町内全ての小・中学校の試行的取組みの状況を把握するとともに、それを支える行政的支援の実際、さらに行政と学校の取組みを点検評価し問題点の抽出とその改善策を提供する外部人材(協力者)の意見などを聴取した。この中で特に学校の行った保護者による点検評価体制の構築について詳細に調査した。3外部人材活用の実践検討「学校評議員制度」が試行段階にあることを踏まえて,調査研究対象を広げ,積極的に外部人材の活用を展開しているいくつかの実践事例の検討を行った。とりわけ平成14年度から完全実施となる「総合的な学習の時間」では,外部人材の活用が不可欠となり,そのための教育課程経営および外部人材の活用体制づくりの重要性が高まる。本研究では,その一事例として茨城大学教育学部附属中学校の「総合的な学習の時間」に関する研究と有機的連携を図って、スクールボランティアの組織化の事例の検討を行った。外部人材の活用は、「学校評議員制度」を導入・発展させていくための中心的な課題として位置づけ、特にその方法と課題について検討した。

各学校からの回答を通じて、特に学校評議員の人選にかかわる実態(選定主体、基準、人選理由、学校評議員の性別・年齢・職業・経歴等の属性)を明らかにするとともに、その問題点の分析を行った。2.各校の学校評議員要項・規則の制定に関する資料の調査研究3.「学校評議員制度」に対する教育行政の施策展開に係わる資料の調査研究2の水戸市内小中学校の学校評議員制度への取組と行政との関係を検討するため、県・市教育行政の学校評議員制度の監督指導に関する資料の調査収集を行った。具体的には茨城県の「開かれた学校」づくり推進事業関係資料、水戸市の学校評議員制度の人選・運営に関する諸資料・水戸市校長会の学校評議員制度導入に関する資料などを調査収集した。これらの資料に基づいて各校の「学校評議員要項(規則)」との比較検討を行った。
先天性てんかんモデル脳におけるてんかん形成に関する遺伝子の解析

てんかんの原因や病態を解明するため、様々な実験モデル動物を用いて検討を加えられているが、現在なお不明な点が多い。今回の研究では、ヒトの複雑部分発作の自然発症モデルといわれているELマウスを用いて、てんかん形成過程で誘導されてくる遺伝子の同定をRNA arbitrarily primed PCR法により試みた。生後100日前後で、生後28日より放り上げ刺激を反復することにより発作準備性を獲得したEL(s)マウスと、刺激を与えず発作準備性を獲得していないEL(ns)マウスとで差異のあった20本のバンドから二次的PCR産物を合成し、pBSK IIにサブクローニングした。部分シークエンスを決定し、ホモロジーリサーチを行った結果、6個が新たに見つかったの遺伝子であり、ミトコンドリアのmRNAが3種、機能が明らかでなかったり、痙攣との関わりについては不明な遺伝子は9種、ゲノムDNA由来と思われるPCR産物が2種であった。ゲノムDNAとミトコンドリアのmRNAを除く15種の遺伝子についてNorthen blotting法により解析した。明らかなバンドを認めたものは2種で、ニューレキシンβと未知の遺伝子のmRNAであったが、EL(s)、El(ns)マウス間で明らかな差異は認められなかった。13個の遺伝子については、本法によるmRNAの検出は困難であり、RNAプロテクションアッセイ法のよっても検出できなかった。そのため定量的RT-PCR法を施行した結果、2種の遺伝子についてはEL(s)、EL(ns)マウス間で明らかな差異は認められなかった。残りの1つは遺伝子はPipin protein遺伝子と考えられ、EL(s)マウスで明かに強いシグナルを認めた。この遺伝子はマウス脳内での役割については不明な点が多く、痙攣との関わりについても不明であり、現在、組織学的検索を進めている。今回の研究では、ヒトの複雑部分発作の自然発症モデルといわれるElマウスを用いて、てんかん形成過程で誘導されてくる遺伝子の同定を試みた。生後100日前後で、生後28日より放り上げ刺激を反復することにより発作準備性を獲得したEl(s)マウスと、刺激を与えず発作準備性を獲得していないEl(ns)マウスの脳よりシングルステップ法によりtotalRNAを調製し、市販のRAPPCRキットと^<32>P-dCTPを用いてcDNAの合成およびRNA arbitrarily primed PCRを行った。PCR産物を4%polyacrylamide-7Murea sequencinggelで電気泳動を行った後、オートラジオグラフィーを行った。El(s)、El(ns)とで差異のあった20本のバンドをゲルより切り出し、TE Bufferを加えて煮沸し、PCR産物を抽出し、セカンドPCRを行った後、pBSKIIにサブクローニングした。大腸菌(DH5α)にトランスフォームした後、培養し、プラスミドDNAを回収した。市販のシークエンスキットを用いてシークエンスを行い塩基配列を決定した結果、5個のPCR産物は既知のものであった。そのうち2つはミトコンドリアに存在する遺伝子で、ほかはニューレキシン、グルタメートA受容体およびアクチン遺伝子であった。本法ではpseud positiveになる場合があるので、Northen blottingによりそれぞれのPCR産物について、実際にEl(s)、El(ns)で差異のある遺伝子産物を現在確認中である。なおニューレキシン遺伝子については、両群で差異を認めなかった。

今回の研究では、ヒトの複雑部分発作の自然発症モデルといわれるElマウスを用いて、てんかん形成過程で誘導されてくる遺伝子の同定をRNA arbitrarily primed PCR法により試みた。生後100日前後で、生後28日より放り上げ刺激を反復することにより発作準備性を獲得したEl(s)マウスと、刺激を与えず発作準備性を獲得していないEl(ns)マウスとで差異のあった20本のバンドから二次的PCR産物を合成し、pBSK IIにサブクローニングした。シークエンスした結果、5個の既知の遺伝子を除く15涸の遺伝子についてdigoxigenin(DIG)でラベルしたプローブによるNorthen blotting法により、実際にEl(s)、El(ns)で差異のある遺伝子産物を確認した。明らかなバンドを認めたものは2種で、ニューレキシンβと未知の遺伝子のmRNAであったが、両マウス間で明らかな差異は認められなかった。12個の遺伝子については、本法によるmRNAの検出は困難であった。残りの1種については明らかなバンドを得ることは出来なかったが、El(s)で強いシグナルを認め、El(ns)では認めなかったため、現在ハイブリダイゼーション温度等の条件を変えて検討中である。さらに12個の遺伝子については、再度定量的RT-PCR法により検討している。てんかんの原因や病態を解明するため、様々な実験モデル動物を用いて検討を加えられているが、現在なお不明な点が多い。今回の研究では、ヒトの複雑部分発作の自然発症モデルといわれているELマウスを用いて、てんかん形成過程で誘導されてくる遺伝子の同定をRNA arbitrarily primed PCR法により試みた。部分シークエンスを決定し、ホモロジーリサーチを行った結果、6個が新たに見つかったの遺伝子であり、ミトコンドリアのmRNAが3種、機能が明らかでなかったり、痙攣との関わりについては不明な遺伝子は9種、ゲノムDNA由来と思われるPCR産物が2種であった。ゲノムDNAとミトコンドリアのmRNAを除く15種の遺伝子についてNorthen blotting法により解析した。明らかなバンドを認めたものは2種で、ニューレキシンβと未知の遺伝子のmRNAであったが、El(s)、El(ns)マウス間で明らかな差異は認められなかった。13個の遺伝子については、本法によるmRNAの検出は困難であり、RNAプロテクションアッセイ法のよっても検出できなかった。そのため定量的RT-PCR法を施行した結果、2種の遺伝子についてはEl(s)、El(ns)マウス間で明らかな差異は認められなかった。残り1つの遺伝子はPipin protein遺伝子と考えられ、El(s)マウスで明らかに強いシグナルを認めた。
血管超音波を用いた神経疾患の血管内皮機能に関する解析

血管自体の自動調節能のひとつに血管内皮機能障害が挙げられる.これは動脈硬化の最初のステップとして知られ、動脈の形態変化が出現する以前の段階で異常を検出する早期の診断指標として注目されている。一方、加齢とともに急増するアルツハイマー病(AD)等の認知症やパーキンソン症候群病(PD)などの中枢神経変性疾患では、脳微小循環障害が病態の進行に深く関わっており、高齢者神経変性疾患の病状や治療の指標として血管内皮機能の解析・評価も重要と考えられる.私たちは侵襲の少ない超音波検査を用いて、血管内皮機能の簡便かつ非侵襲的な評価を行い、認知症や神経変性疾患の病態における血管老化の影響について検討する。
脳循環障害および肺圧損傷を予防する人工呼吸器の開発に関する研究

新生児の呼吸障害に治療として人工呼吸が行われるが、現在、広く世界中で使用されている人工呼吸器は、Intermittent Mandatory Ventilation(IMV、間欠的強制換気)といわれる陽圧換気法であるが、特に未熟児などのfragile lungやDisease lungでは容易に肺胞の過伸展が生じ、いわゆるBarotraumaとして後に慢性肺障害を来すことが知られている。また、肺に陽圧を人工的に掛けた場合、胸腔内圧の上昇、ひいては脳循環障害を来すことも判明している。これら、脳循環障害と肺の過伸展の両者の予防が可能な人工呼吸器の開発がかねてより待たれていた。研究者らは、シミュレーション技法により、肺胞内圧を正確に算出しつつ、肺血管内の血流変化を計算することで、肺胞内圧と血流変化を同時測定しつつ換気する人工呼吸モデルの研究を行い、胸腔内圧の変動が無く、肺胞への圧損傷を最小とする全く新しい人工呼吸器の開発のための基礎的検討を行った。まず、新生児肺を、肺の拡張、収縮、気道内のガスの流れ、ガスの輸送、ガスの拡散などの物理現象が複雑に関与したバイオメカニクスのシステムとしてとらえ、肺実質の力学物性を弾性力学で、分岐気管内のガスの流れを流体力学で、気道の変形と肺循環の血流をレオロジーで、ガスの輸送と拡散を輸送拡散モデルで、各々新生児に特有な情報を入れることで数理モデルを作製した。作製された各物理現象の数理モデルを連立微分方程式でスーパーコンピューターを用いて演算したた。従来型の陽圧式人工呼吸器に、同時に胸壁の外側から作動させる陰圧式人工呼吸器を想定して胸壁外圧を与え、丁度、胸腔内圧がゼロとなるよう、また、換気量を従来型陽圧式人工呼吸器のみで運行させた場合と全く同等に保つよう各パラメーターを決定し入力したところ、従来の陽圧式人工呼吸器で与える陽圧は約三分の一に減弱させることに成功した。この連成モデルで得られた結果をもとに、実際の動物(新生仔ブタ)を用いて、陽圧および陰圧式人工呼吸器のプロトタイプを試作の上実行したところ、シミュレーションで得られた値とほど同等の結果が得られ、まさに、脳循環障害を予防しつつ、肺圧損傷を軽減出来る人工呼吸器のモデル作成に成功した。
中枢作用性ペプチド製剤の開発と経鼻投与による臨床応用に向けた薬理学的基盤研究

我々は、神経ペプチドGLP-2が抗うつ作用を示すこと、GLP-1やNeuromedin Uが認知症状改善作用を示すことを報告し、臨床応用を目指して経鼻投与で中枢移行する誘導体化法を開発して国内外の特許出願を行っている。合成した経鼻投与用GLP-2誘導体は治療抵抗性うつ病モデルマウスでも抗うつ作用を示し、GLP-1、Neuromedin U及びoxytocin誘導体は認知症モデルマウスで学習記憶改善作用を示した。ヒトの鼻粘膜の約98%は三叉神経支配の呼吸上皮であり、三叉神経を介して中枢移行が可能な本誘導体は、経鼻投与により臨床でも精神神経疾患に対して充分効果を発揮する可能性が示された。ストレスによるHPA系過剰活性化によるうつ病は既存抗うつ薬に抵抗性を示す。我々は、神経ペプチドGLP-2が治療抵抗性うつ病モデル動物で抗うつ作用を示すことを報告し、臨床応用を目指して平成26年度に経鼻投与で抗うつ作用を発現する製剤化を行い、国内特許出願を行った。また、認知症ではグリアが産生する炎症性サイトカイン等による脳内炎症症状が初期症状を誘発・増悪することが考えられており、我々は、GLP-1やNeuromedin U (NmU)が認知症状の予防及び改善作用を有することを既に報告した。上述のGLP-2経鼻投与用製剤化方法をGLP-1やNmUにも適用することにより、臨床応用も可能となることが期待できる。本年度は、国際特許協力条約に基づくPCT出願を行うとともに、新規作用機序をもつペプチド医薬品の創薬基盤となることを目的として、経鼻投与によるGLP-2誘導体、GLP-1誘導体及びNmU誘導体の作用について検討した。経鼻投与用GLP-2誘導体の付加部分の配列を、一部変更した誘導体や一部削除した誘導体による脳内移行性を調べた結果、抗うつ様作用に重要と考えられる視床下部と海馬に有意な局在が認められた。安定性試験では、選択的分解酵素DPP-4に抵抗性を示した。強制水泳試験および尾懸垂試験において、経鼻投与後に抗うつ様作用がみられ、治療抵抗性うつ病モデルマウスでも抗うつ様作用がみられた。同様の付加体を付けたGLP-2誘導体とNmU誘導体は、いずれも経鼻投与により認知症初期段階で生じる炎症由来学習障害を抑制した。PCT出願の内容は2016年3月10日に国際公開された(WO 2016/035820 A1)。当初計画よりも研究が進展したため、当初予算を変更して研究費の前倒し請求を行い、経鼻投与用中枢作用性ペプチド誘導体を追加作製して実験に用いた。今後、製薬企業との連携により、トランスレーショナル研究を推進する予定である。交付申請書では、経鼻投与用GLP-2誘導体を用いた研究として、1)蛍光色素を付加した誘導体を用いて、経鼻投与後の脳内局在を明らかにする。2)溶媒だけでなく、界面活性剤等の併用による安定性及び中枢移行性を調べて、最も効率良く中枢移行を達成できる方法を確立する。3)強制水泳試験を用いて、抗うつ様作用を調べる。治療抵抗性モデルでは尾懸垂法も用いる。4)血中コルチコステロン含量の変化を調べる。上述のように、ストレス予備状態あるいは脆弱状態にある動物にさらにストレスが加わった時に生じる変化について検討する。経鼻投与用GLP-1誘導体及びNmU誘導体を用いた研究として、5)蛍光色素を付加した誘導体を用いて、経鼻投与後の脳内局在を明らかにする。6)安定性及び中枢移行性を調べて、最も効率良く中枢移行を達成できる方法を確立する。7)認知障害改善作用...経鼻投与後にLPS誘発学習障害、糖尿病性学習障害生等に対する作用を検討する。8)海馬スライスにおけるシナプス伝達の基本特性を明らかにし、シナプス可塑性(LTP及びLTD)について調べる、ことを目的とした。我々は、神経ペプチドGLP-2が治療抵抗性うつ病モデルマウスで抗うつ作用を示すことを報告し、臨床応用を目指して平成26年度に経鼻投与で抗うつ作用を発現する誘導体化を行い、国内特許及びPCT出願を行った。平成27年度に、経鼻投与用GLP-2誘導体が、抗うつ作用に重要と考えられる視床下部と海馬に有意な局在が認められること、治療抵抗性うつ病モデルマウスでも抗うつ作用を示すことを報告した。さらに、我々が既に認知症状予防及び改善作用を報告しているGLP-1やNeuromedin Uに同様の誘導体化法を適用することにより、経鼻投与で学習障害改善作用がみられることを報告した。PCT出願の内容は国際公開され、本年3月に米国とEUに特許出願を行った。平成28年度は、経鼻投与後の中枢移行経路の同定とうつ病バイオマーカーへの作用について検討した。蛍光標識GLP-2誘導体を経鼻投与し,3分後から経時的に脳内各部位の蛍光強度の測定と強制水泳試験を行った。その結果,経鼻投与されたGLP-2誘導体は、複数の経路を介して中枢へと効率良く移行している可能性が示された。さらに、ヒト大うつ病で報告されているバイオマーカーが治療抵抗性うつ病モデルマウスでも同様の変化を示し,経鼻投与したGLP-2誘導体がこれを回復させることを見出した。以上より、GLP-2誘導体は経鼻投与により臨床でも充分効果を発揮する可能性が示された。

当初計画よりも研究が進展したため、研究費の前倒し請求を行って経鼻投与用中枢作用性ペプチド誘導体を追加作製して実験に用いた。現在、製薬企業等との連携によりさらに臨床に近づくよう展開中である。平成27年度の実績報告書において、交付申請書には記載していなかったが,研究の進展に伴って喫緊の課題となった1)経鼻投与用GLP-2誘導体が、経鼻投与後にどのような経路を経て脳脊髄液中に拡散するのかを明らかにし、以前に報告した脳室内投与によるGLP-2単体での作用部位および作用機序と同じか否かを中心に検討する。2)ヒトの研究から大うつ病のバイオマーカーと考えられている血清中成分が齧歯類でも変動するかを確認し、GLP-2誘導体の効果を判定する。また、3)経鼻投与用Neuromedin U誘導体および経鼻投与用GLP-1誘導体を用いて、アルツハイマー病モデル動物での学習障害改善作用について検討する。4)得られた結果を取り纏め、成果の発表を行う。さらに、5)国内特許ならびに外国特許を取得後、本学トランスレーショナルリサーチセンターの協力を得て、小規模臨床研究の実施あるいは提携先企業の選択及び共同開発に取り組む、としていた。ストレスによるHPA系過剰活性化によるうつ病は既存抗うつ薬に抵抗性を示す。我々は、神経ペプチドGLP-2が治療抵抗性うつ病モデルマウスで抗うつ作用を示すことを報告し、臨床応用を目指して平成26年度に経鼻投与で抗うつ作用を発現する誘導体化を行い、国内特許及びPCT出願を行った。平成27年度に、経鼻投与用GLP-2誘導体が、抗うつ作用に重要と考えられる視床下部と海馬に有意な局在が認められること、治療抵抗性うつ病モデルマウスでも抗うつ作用を示すことを報告した。さらに、我々が既に認知症状予防及び改善作用を報告しているGLP-1やNeuromedin Uに同様の誘導体化法を適用することにより、経鼻投与で学習障害改善作用がみられることを報告した。平成28年度は、経鼻投与されたGLP-2誘導体が、嗅神経および三叉神経を介して中枢へと移行している可能性を示すと共に、ヒト大うつ病で報告されているバイオマーカーが治療抵抗性うつ病モデルマウスでも同様の変化を示し,経鼻投与したGLP-2誘導体がこれを回復させることを見出した。平成29年度は、GLP-2誘導体を脳室内投与した場合の作用発現時間と用量反応関係をGLP-2単体と比較した結果、誘導体化は経鼻投与での中枢移行性に寄与するが作用自体には影響しないことを見出した。また、培養細胞を用いた実験から、本誘導体化により細胞内に効率良く取り込まれ、かつ細胞質内に遊離することを見出した。さらに、oxytocinを誘導体化して経鼻投与することにより学習記憶改善作用がみられることを報告した。ヒトの鼻粘膜の90%以上は三叉神経支配の呼吸上皮であり,三叉神経を介して中枢移行が可能な本誘導体は、経鼻投与により臨床でも精神神経疾患に対して充分効果を発揮する可能性が示された。PCT出願から特許出願移行中の米国とEUからのコメントに対して回答を送付した。我々は、神経ペプチドGLP-2が抗うつ作用を示すこと、GLP-1やNeuromedin Uが認知症状改善作用を示すことを報告し、臨床応用を目指して経鼻投与で中枢移行する誘導体化法を開発して国内外の特許出願を行っている。合成した経鼻投与用GLP-2誘導体は治療抵抗性
複合センサシステムの構成とその移動ロボット走行制御への応用

この研究の目的は、動作原理の異なる複数個のセンサで複合センサシステムを構成し、それを移動ロボットの走行制御に適用することである。本研究では、距離測定用センサとして光学的なレンジセンサ、衝突検知用として触覚センサを用い、センサ情報の統合的な処理方法について研究を行った。初年度において、(1)ロボットの走行制御のためには、走行モ-ドのレベルに応じた行動を分割し、段階的に高度化することが有効である。(2)センサの情報がパタ-ンとして得られるとき、記号化しないでパタ-ンとして処理する方が特に反射的退避行動に対して有効である。(3)一方、ル-ルベ-スによるセンサ信号処理は、ロボットの論理的行動にたいして適用され、パタ-ン的信号処理と組合せることによりロバスト性をもつロボット走行制御システムが構築できる。との予想が得られた。今年度は、これらの予想をもとにして、試作した4輪台車式走行ロボットによる実地走行実験を試みた。その結果、(1)ロボットの走行環境に対する制限を少なくし、ロバスト性をもたせるためには、ロボットの行動様式を階層的に分割して制御するのが有効である。(2)通路型環境を想定して、均質コスト法に基づく経路計画による走行実験を行い、交差点検出にはパタ-ン認識でまた衝突の危険に対する危険度をロボットの走行経歴から設定して、与えられた地図情報上へ検出された地図情報を表現することが可能になった。(3)以上の結果により、いまだ不十分ではあるが、視覚センサと衝突センサのセンサ情報を複合してロボットの走行制御を実行することを実現した。この研究の目的は、同一種類の物理量を異なった動作原理を用いた複数個のセンサ(トランスジュ-サ)からなるセンサで計測する複合センサシステムを構成し、それを移動ロボットの走行制御に適用することを目的としている。このような計測法はセンサ融合やセンサ統合の名で呼ばれているが、その実態はまだはっきりしておらず、実用的な融合システム構成法の一般的原理は明らかでない。そこで本研究では、これまでに物理量に距離を、センサとして三角測量法に基づく光学的なレンジセンサと触覚センサを用いてセンサ情報(センサが検知した信号)の統合的な処理方法について研究を行なった。移動ロボットの走行制御については、4輪台車形ロボット(電源内蔵)を製作し、上記センサを装置して走行制御を試みた。現在、研究は途中段階であるがこれまでに、(1)ロボットの走行制御のためには、走行モ-ドのレベルに応じた行動を分割し、段階的に高度化することが有効である。(2)センサの情報がパタ-ンとして得られるとき、一律にそれを記号化しないでパタ-ンとしてなるべく処理する方が特に反射的退避行動に対して有効である。との予想が得られた。次年度は、これらの予想をもとにして、実地走行実験を試みる予定である。との予想が得られた。本研究では、距離測定用センサとして光学的なレンジセンサ、衝突検知用として触覚センサを用い、センサ情報の統合的な処理方法について研究を行なった。との予想が得られた。