hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
成体上皮細胞の組織アイデンティティを特定するエピジェネティック修飾の解明

(I)組織アイデンティティを特定するエピジェネティック修飾の同定幹細胞培養に用いる培養液の調整法を再検討し、L-WRN培養上清の濃度を50%から75%に変更して、培養上清マウスの内胚葉由来組織(肺、胸腺、肝臓、膵臓、胃、小腸、大腸)および腎臓から正常上皮スフェロイド株を樹立した。これらのスフェロイドからRNAを抽出し、マイクロアレイ発現解析によって組織特異的に発現する転写因子群を同定した。これらの遺伝子発現をクラスター解析した結果、最も近縁であった肝臓と膵臓の幹細胞スフェロイドについてATAC-seqによるオープンクロマチン領域の検出を行った。その結果、膵臓特異的に発現するいくつかの転写因子のゲノム領域に大規模なオープンクロマチン領域が存在することがわかった。一方、肝幹細胞に特異的なオープンクロマチン領域は少なかったことから、遺伝子導入による肝臓から膵臓への組織転換の可能性が示唆された。(II)細胞の腫瘍化を誘導するエピジェネティック修飾の同定マウス小腸スフェロイドおよび腸管に腫瘍を自然発症するApcdelta716マウスの小腸腺腫スフェロイドを用いて、マイクロアレイによるmRNA発現解析と、ATAC-seqによるオープンクロマチン領域の検出を行った。また、大腸がん患者由来のがん幹細胞スフェロイド40株のmRNA発現プロファイルとの比較により、マウス腺腫スフェロイドとヒト大腸がんスフェロイドで共通して発現が変化する遺伝子を同定した。マウス腫瘍と38株のヒト大腸がんスフェロイドについてはWntシグナルの標的遺伝子を誘導する転写因子LEF1を様々なレベルで発現しており、正常大腸上皮スフェロイドと2株の大腸がんスフェロイドはLEF1を全く発現していなかった。このことから、初期の発がんメカニズムの違いによって大腸がんがWnt活性型と不活性型の2群に分類されることが示唆された。全体的に研究は当初の計画通り進行し、予期しなかった知見も得られた。(I)組織アイデンティティを特定するエピジェネティック修飾の同定初年度は本研究の基礎となるmRNA発現およびエピジェネティック修飾のデータを取得し、解析を行った。まず、培養条件の改善により、均質な幹細胞集団を解析に用いることが可能になった。計画の通り、まず様々な組織由来の幹細胞を用いてマイクロアレイによる発現プロファイル解析を行い、最終目的である組織転換実験の対象組織として肝臓と膵臓を選択し、エピジェネティック解析を進めた。当初の計画ではエピジェネティック修飾の解析にH3K27acを標的としたChIP-seqを行う予定であったが、高品質の幹細胞を10の7乗オーダーで大量培養するのが困難であると判断したため、細胞数が10の5乗オーダーで解析が可能なATAC-seqに変更した。スフェロイドを用いたATAC-seqはプロトコールが確立していなかったため、まず小スケールでサンプル採取法の検討を含めた予備実験を行い、後に本実験を行った。その結果、一般的な基準をクリアする良質のデータを得ることができた。(II)細胞の腫瘍化を誘導するエピジェネティック修飾の同定マウス由来サンプル(小腸上皮および小腸腺腫)を用いた実験は(I)と並行して行い、発現プロファイルとオープンクロマチン領域の検出を行った。また、すでに別のプロジェクトで解析した患者由来大腸がんスフェロイドの発現プロファイルを利用して、マウスとヒトで共通して変化する遺伝子群を同定した。その結果、80%以上の大腸がんでみられるWntシグナルの自律的活性化メカニズムだけでなく、少数派であるWnt不活性型大腸がんの発がんメカニズムの解明につながる知見も得られた。(I)組織アイデンティティを特定するエピジェネティック修飾の同定今年度は引き続き前年度に対象としなかった組織の解析を行う予定であったが、肝幹細胞と膵幹細胞の比較で興味深い発見があったことから、これらの組織特異的エピジェネティック修飾を維持するメカニズムを優先して解析する。具体的には、膵臓特異的に形成されるオープンクロマチン領域に結合する転写因子を同定し、その転写因子結合配列をCRISPRで破壊することにより遺伝子発現に与える影響を解析する。(II)細胞の腫瘍化を誘導するエピジェネティック修飾の同定LEF1陽性とLEF1陰性のヒト大腸がんスフェロイドを用いてATAC-seqを行い、Wnt活性型とWnt不活性型の大腸がんのオープンクロマチン領域を検出する。得られた情報を統合して解析し、Wnt非依存的な増殖の鍵となるエピジェネティック修飾の候補を同定する。(III)人為的エピジェネティック修飾形成による分化転換と腫瘍化本項目は計画を前倒しして今年度より行う。(I)に関連して前年度の結果より、肝臓から膵臓への幹細胞の転換が最も容易であると考えられた。そこで、膵臓幹細胞維持に重要な転写因子を肝臓スフェロイドで強制発現させ、膵臓への組織転換が起こるかどうかを調べる。また、肝臓、膵臓それぞれの幹細胞の分化能を調べるために、GFPを導入したスフェロイドを免疫不全マウス(NSGマウス)の腎臓あるいは肝臓被膜下に移植する。さらに、同系移植が可能かどうかを調べるために、不活性化GFPを発現するトランスジェニックマウスを用いて移植実験を行う。(II)に関連してWnt活性型とWnt不活性型大腸がんの発生に関与すると考えられる遺伝子を正常腸上皮幹細胞に発現させ、Wnt非依存的な増殖が起こるかどうかを調べる。

(I)組織アイデンティティを特定するエピジェネティック修飾の同定幹細胞培養に用いる培養液の調整法を再検討し、L-WRN培養上清の濃度を50%から75%に変更して、培養上清マウスの内胚葉由来組織(肺、胸腺、肝臓、膵臓、胃、小腸、大腸)および腎臓から正常上皮スフェロイド株を樹立した。これらのスフェロイドからRNAを抽出し、マイクロアレイ発現解析によって組織特異的に発現する転写因子群を同定した。これらの遺伝子発現をクラスター解析した結果、最も近縁であった肝臓と膵臓の幹細胞スフェロイドについてATAC-seqによるオープンクロマチン領域の検出を行った。その結果、膵臓特異的に発現するいくつかの転写因子のゲノム領域に大規模なオープンクロマチン領域が存在することがわかった。一方、肝幹細胞に特異的なオープンクロマチン領域は少なかったことから、遺伝子導入による肝臓から膵臓への組織転換の可能性が示唆された。(II)細胞の腫瘍化を誘導するエピジェネティック修飾の同定マウス小腸スフェロイドおよび腸管に腫瘍を自然発症するApcdelta716マウスの小腸腺腫スフェロイドを用いて、マイクロアレイによるmRNA発現解析と、ATAC-seqによるオープンクロマチン領域の検出を行った。また、大腸がん患者由来のがん幹細胞スフェロイド40株のmRNA発現プロファイルとの比較により、マウス腺腫スフェロイドとヒト大腸がんスフェロイドで共通して発現が変化する遺伝子を同定した。マウス腫瘍と38株のヒト大腸がんスフェロイドについてはWntシグナルの標的遺伝子を誘導する転写因子LEF1を様々なレベルで発現しており、正常大腸上皮スフェロイドと2株の大腸がんスフェロイドはLEF1を全く発現していなかった。このことから、初期の発がんメカニズムの違いによって大腸がんがWnt活性型と不活性型の2群に分類されることが示唆された。全体的に研究は当初の計画通り進行し、予期しなかった知見も得られた。(I)組織アイデンティティを特定するエピジェネティック修飾の同定初年度は本研究の基礎となるmRNA発現およびエピジェネティック修飾のデータを取得し、解析を行った。まず、培養条件の改善により、均質な幹細胞集団を解析に用いることが可能になった。計画の通り、まず様々な組織由来の幹細胞を用いてマイクロアレイによる発現プロファイル解析を行い、最終目的である組織転換実験の対象組織として肝臓と膵臓を選択し、エピジェネティック解析を進めた。当初の計画ではエピジェネティック修飾の解析にH3K27acを標的としたChIP-seqを行う予定であったが、高品質の幹細胞を10の7乗オーダーで大量培養するのが困難であると判断したため、細胞数が10の5乗オーダーで解析が可能なATAC-seqに変更した。スフェロイドを用いたATAC-seqはプロトコールが確立していなかったため、まず小スケールでサンプル採取法の検討を含めた予備実験を行い、後に本実験を行った。その結果、一般的な基準をクリアする良質のデータを得ることができた。(II)細胞の腫瘍化を誘導するエピジェネティック修飾の同定マウス由来サンプル(小腸上皮および小腸腺腫)を用いた実験は(I)と並行して行い、発現プロファイルとオープンクロマチン領域の検出を行った。
ピア・レスポンスの何が文章の質的向上と評価結果に影響するのか

本研究は,ピア・レスポンスの実施が,文章表現や作文クラスの成績,本人の文章能力の向上に,どのように関係するかを見極めることを課題とした。その目的は,ピア・レスポンスの実施を,個々の担当者の活動だけではなく,コース全体の当為の活動として組み込むべきか検討すること,そのためのピア・レスポンス活動自体の位置づけを明確にすることにあった。3年間の個々の検証を通して,活動は成績に直接影響しないが,学習動機に影響があることを確認した。さらに,初年次の言語教育として有益なピア・レスポンス活動のあり方,対面と非対面の性質の差とそれらの印象を確認したことで,初年次教育への当為活動としての位置づけを得た。本研究は, <A>「活動形態」と<B>「学習者タイプ」の違いにおける,ピア活動実施後の学生の意識,評価点向上の条件,これらの関係を調べることが目的である。ここで言う<A>「活動形態」とは,対面方式,非対面方式でのピア・レスポンスのことで,<B>「学習者タイプ」とは留学生,日本人学生,混在(留学生と日本人学生)を指す。25年度前期は,留日2タイプ<B>の対面式ピア・レスポンス,留日2タイプ<B>の非対面ピア・レスポンスを実施し,各々を担当する研究分担者が分析して,結果を研究会で発表し,広く意見を求めた。後期も,前期同様のコースデザインで,留日2タイプのクラスで,対面,非対面の授業実践を行い,その実践について,条件,利点,問題点を考察した。25年度末には,原田三千代氏(桜美林大学非常勤講師)を召いて,担当者による実践報告会を開催し,実践結果とその分析に関して意見を交換した。この他に,研究代表者は,文の結束性判断の観点を用いた場合の,コレスポンデンス分析,クラスター分析の有効性,ならびに,パタン抽出の方法を検討し,夏期と学期末に開催された言語統計処理法を考える研究会で発表して有識者の意見を求めた。本研究は,<A>対面方式,非対面方式でのピア・レスポンス2形態,<B>>留学生,日本人学生,留学生と日本人学生混在の3タイプのメンバー,といった<A>「活動形態」と<B>「学習者タイプ」の違いにおける,ピア活動実施後の学生の意識,評価点向上の条件としてあり得る観点と,それらの関係を調べることが目的である。24年度前期は,3タイプのクラスでの対面式ピア・レスポンス実践と,2タイプの授業での非対面ピア・レスポンスを実践した。前期終了後の8月に,担当者による実践報告会を開催し,前期授業で実施した授業活動が,ピア・レスポンス活動として機能していたか,また,実施した授業形態がどのようなタイプのクラスとなったかについて意見を交換した。報告会と併せて,研究分担者である北陸大学の田中信之氏によるワークショップを開催し,研究分担者間での取り組みや実践に大きな差が生じないよう,ピア・レスポンスに対する理念と実践形態におけるコンセンサスを強化した。24年度後期は,前期のコースデザインを修正,発展させ,2タイプのクラスで,対面,非対面の授業実践を行った。学期末の25年2月に研究分担者間報告会を開き,実践方法,条件,利点,問題点を考察した。2月は,ピア・レスポンス指導の研究者である原田三千代氏(桜美林大学非常勤講師)を召き,方法と問題点に対する改善方法についてコメントをもらった。研究代表者は,この他に,文の結束性判断の観点を用いた場合の,コレスポンデンス分析,クラスター分析の有効性を検討し,夏期と学期末の研究会で発表して有識者の意見を求めた。今回は,ピア・レスポンス体験と被体験日本人学生の2タイプのテキストと,ピア・レスポンス体験,被体験留学生の2タイプのテキストと,学生がアカデミック・ライティング指導の目標とする学術論文テキスト,院生の論文テキストの,計6タイプのテキストの文体を比較した。本研究の課題は,ピア・レスポンスの実施が,「文章表現」「作文」クラスでの学生個人の成績や本人の文章能力の向上に,どのように関係するかを見極めることであった。その目的は,ピア・レスポンスの実施を,個々の担当者の当為活動としてだけでなく,コース全体で組み込むべきか検討すること,さらに,ピア・レスポンス自体の位置づけを明確にするためである。検証は,実際の教育現場の制約から比較が難しいものもあったが,共同研究者との調整と3年間の実践試行を重ねた結果,概ね,当初の計画通り,次ように確認できた。まず,ピア・レスポンスの実施が,直接,学生の成績に影響するほど,影響力のある活動ではないことが明らかになった。しかし,学生の学習への心理的な指向性を高める切っ掛けや動機にはつながっていることが,日本人学生,留学生,日本人と留学生の混合クラスで確認された。

また,ピア・レスポンスは,特に,日本人学生が,学習を促進する活動として違和感なく取り入れ,その利点と欠点を把握して使い分けていたこと,さらに,活動を通して,文章力や表現力が向上したと考えている日本人学生が多いことから,コミュニケーションをベースとした活動を通して,個人が社会との関係の中で学び取るという姿勢が身についていくことが確かめられた。さらに,実施方法と性質が異なる,対面,非対面のどちらのピア・レスポンスでも,学びを協働的な取り組みの中で行う意義が学生に理解されていたことから,教師主導型ではなく,学生生活という学校社会の中での共同作業における自律的な学びにつながる活動だと考えられた。以上,ピア活動は,大学生活や今後の全ての学びに基礎固めとして考えられる体験となること,また,文章での表現能力向上におけるピア活動の学びの中での位置づけが確認できたことから,ピア・レスポンスを初年次の当為の活動として取り入れる意義が承認された。日本語教育<A>「活動形態」と<B>「学習者タイプ」の異なるクラスでのピア・レスポンス実践を3年に渡って記録し,ピア活動内での学生の「指摘」と「同意」行動の出現パタンを調べ,それらが成績評価に影響する部分を確認するのが2年目以降の本研究での課題であるが,多変量解析の手法を決定するためのケース別の分析がやや遅れ気味である。現時点では,いくつかの多変量解析手法を利用したケーススタディーから,ミックスメソッドで分析することを考えている。ミックスするものは,学習者の意識変化を質的に分析した結果,量的な統計的記述分析,従来の成績評価の3つの分析結果を総合する予定である。ただし,どの手法を利用して結果を出すかの検討が,それぞれの部分でまだ決定していない。まず,学生の意識変化の分析手法としては,TAEとPAC分析のどちらを利用するかの考察が済んでいない。また,記述分析における統計手法としては,再帰的な自動分類が可能なクラスター分析の一種,「決定木」を考えているが,その分析の変数を十分考察していない。これらは最終学期のピア実践の開始前までに検討する。これら手法に対する検討後に総合判断の手法が全て決まり,それを利用して,H26年度後期授業終了後の1月後半から,学習者別,タイプ別のピア・レスポンスのそれぞれの場合で,成績評価と最も関係が深い要因を明らかにすることで,本研究の成果としてまとめる計画である。<A>対面方式,非対面方式でのピア・レスポンス2形態,<B>>留学生,日本人学生,留学生と日本人学生混在の3タイプのメンバー,といった<A>「活動形態」と<B>「学習者タイプ」の組み合わせで,3年間授業実践を記録しながら,ピア活動内での学生の「指摘」と「同意」行動の出現パタンを調べていくのが,本科研での主な研究実践であるが,以下の(1)(2)の2点が,初年度に決定しきれていないため,分析,ならびに,(3)が遅れてきている。(1)ピア・レスポンス活動内容の統一:24年度開始当初,ピア・レスポンス活動のネットワークを介して行っていた月一度の意見交換で,前期の授業実践の経過報告時に,ピア・レスポンス活動の定義等を確認しなおす必要性が考えられた。そこで,前期の実践活動の理念と形態におけるコンセンサスをとってから,条件を検討することにした。
レチノイドレセプター遺伝子導入による膵癌遺伝子治療についての基礎的検討

テロメラーゼ活性を有する6種の膵癌細胞株AsPc-1、BxPC-3、KP-IN、MIAPaCaー2、PANC-1、Su.86.86、およびコントロールとして白血病細胞株HL-60を用い、培養上清中に全トランスレチノイン酸(ATRA)、あるいは9-シスレチノイン酸(9-clsRA)を1μMの濃度で添加し、6日間培養した後、1×CHAPS溶解液で蛋白抽出液を作成した。各抽出液の蛋白量を定量後、蛋白濃度が等しくなるように調製してassayに用いた。テロメラーゼ活性はKimらのTRAPassayに基づいて評価した。白血病細胞株HL-60の培養上清中にATRA、9-cisRAを添加するとテロメラーゼ活性は抑制されたが、6種の膵癌細胞株では、テロメラーゼ活性の抑制は認められなかった。そこで、アデノウイルスベクターを用いた膵癌細胞株へのRAR(Retinoic Acid Recepter)およびRXR(RetinoidX Recepter)遺伝子の導入、およびそれに基づく遺伝子治療を試みた。まず、RARおよびRXR遺伝子を組み込んだアデノウイルスベクターの作製し、膵癌細胞株(AsPC-1、BxPC3,KP-1N、MIAPaCa-2、PANC1、Su.86)トランスフェクトした。これら細胞株のrecepter発現について、免疫組織染色、ウエスタンブロット法により検討したが、現在のところそれ程強い過剰発現はみられていない。また、このトランスフェクト細胞株において、ATRAおよび9-sisRAのテロメアーゼにおよぼす影響についても検討したが、テロメラーゼ活性を抑制する作用は認められなかった。これは十分なレチノイドレセプターの過剰発現が得られていないためである可能性が高く、現在さらに、効率良くRARおよびRXRを発現させるためにトランスフェクトの条件を検討中である。本年度は、レチノイドレセプターを用いた遺伝子治療に向け、レチノイドが膵癌細胞株に及ぼす影響について基礎的研究を行った。白血病細胞株HL-60はレチノイドにより分化誘導されてテロメラーゼ活性が抑制されると既に報告されており、今回の検討ではテロメラーゼ活性を分化の指標とした。テロメラーゼ活性を有する6種の膵癌細胞株AsPC-1、BxPC-3、KP-1N、MIAPaCa-2、PANC-1、Su.86.86、およびポジティブコントロールとして白血病細胞株HL-60を用いた。各細胞の培養上清中に全トランスレチノイン酸(ATRA)、あるいは9-シスレチノイン酸(9-cisRA;全トランスレチノイン酸の異性体)を1μMの濃度で添加し、6日間培養した後、1×CHAPS溶解液で蛋白抽出液を作成した。各抽出液の蛋白量を定量後、蛋白濃度等しくなるように調整してassayに用いた。白血病細胞株HL-60では、ATRAあるいは9-cisRAを上清中に添加して培養すると、既報通りテロメラーゼ活性の抑制が認められ、assay系に問題がないことが確認された。6種の膵癌細胞株では、培養上清中にATRA、9-cisRAを添加してもテロメラーゼ活性が認められた。そして、全ての蛋白抽出液において、加熱失活コントロールではテロメラーゼ活性は認められなかったことから、ATRA、9-cisRAを培養上清中に添加しても、膵癌細胞株のテロメラーゼ活性は抑制されないと結論した。

(以上の結果は、第83回日本消化器病学会総会にて報告(「膵癌細胞株のテロメラーゼ活性に及ぼす全トランスレチノイン酸の影響」)した。)平成9年度は全トランスレチノイン酸(ATRA)および9-シスレチノイン酸(9-sisRA)が膵癌細胞株のテロメアーゼ活性におよぼす影響について調べた。平成10年度は、アデノウイルスペクターを用いた膵癌細胞株へのRAR(Retinoic Acid Recepter)およびRXR(Retinoid X Recepter)遺伝子の導入、およびそれに基づく遺伝子治療を試みた。まず、RARおよびRXR遺伝子を組み込んだアデノウイルスベクターの作製し、膵癌細胞株(AsPC-1、BxPC3、KP-1N、MIAPaCa-2、PANCl、Su.86)トランスフェクトした。これら細胞株のrecepter発現について、免疫組織染色、ウェスタンプロット法により検討したが、現在のところそれ程強い過剰発現はみられていない。また、このトランスフェクト細胞株において、ATRAおよび9-sisRAのテロメアーゼにおよぼす影響についても検討したが、テロメアーゼ活性を抑制する作用は認められなかった。白血病細胞株HL-60に対しては、我々の実験系でもテロメアーゼの抑制が認められるので、assay系には問題はないと考えられた。これはアデノウイルスベクターのトランスフェクトにより十分なレチノイドレセプターの過剰発現が得られていないためである可能性が高く、現在効率良くRARおよびRXRを膵癌細胞株に発言させるためにトランスフェクトの条件を検討中である。
HMGB-1 を標的とする血管新生阻害薬の開発

マクロファージ(Mφ)は大きくM1およびM2の二つのフェノタイプに分類され、M2 Mφは病的血管新生を促進することによって、関節リウマチやがんをはじめとする種々の慢性炎症性疾患の病態増悪に寄与している。本研究課題では、微小環境がMφの分極状態や形態変化ならびに機能活性へ及ぼす影響を評価するための簡便なin vitro実験モデルを確立し、M2-様Mφが血管新生を誘導するメカニズムの探索を行った。その結果、M2-様Mφは細胞表面におけるCD163を介して血管内皮細胞と直接的に相互作用することによって、血管新生を強力に促進する可能性が示された。・Interleukin (IL)-18は、主にマクロファージから分泌されて血管新生を促進するが、その詳細な機構は不明である。マクロファージは一般的に、M1/M2の二つのフェノタイプに分類され、M2型が血管新生を促進する一方、M1型はこれを抑制することが報告されている。これまでに我々は、IL-18がマクロファージのM2分化を増強することを見出してきた。そこで本年度は、IL-18がM2マクロファージによる血管新生作用へ及ぼす影響について検討した。・IL-10とIL-18の併用刺激は、IL-10単独刺激と比較して、RAW264.7細胞表面におけるCD163の発現量を有意に増加させた。一方、IL-18の併用刺激は、TNF-αによるM1マーカーの発現増加作用に影響しなかった。さらに、IL-10とIL-18で刺激したRAW264.7細胞とb.End5細胞を共培養した結果、IL-10単独刺激の場合と比較して、管腔面積および管腔長が有意に増加した。したがって、IL-18はマクロファージのM2分化を増強し、血管新生作用を促進する可能性が示された。平成27年度は、種々のメディエーターがマクロファージのM1/M2分化ならびにそれらのマクロファージが血管新生へ及ぼす影響について解析する評価系を確立した。これによって、申請課題のHMGB-1と同様に炎症性メディエーターであるIL-18が、マクロファージのM2分化およびマクロファージを介した血管新生促進作用を示すことを見出した。同様の手法を用いることによって、HMGB-1がマクロファージのM1/M2分化ならびに血管新生へ及ぼす影響について解析を進めることができる。実際、RAW264.7細胞を用いた検討において、HMGB-1はマクロファージのM1/M2分化を両方向性に増強する作用を持つことの示唆を得ている。・Interleukin (IL)-18は主にマクロファージから分泌され、関節リウマチ(RA)等の慢性炎症性疾患の微小環境において血管新生を促進するが、その詳細な機構は不明である。これまでに我々は、IL-18がマクロファージのM2分化とその血管新生作用を増強することを明らかにしてきた。さらに本機構に関与する因子を網羅的に解析した結果、RA患者において発現が著明に増加する細胞外マトリックスタンパク質の一つであるオステオポンチン(OPN)を見出した。OPNはマクロファージを含め多種多様な細胞から分泌されるが、マクロファージ分化への影響については不明である。そこで本年度は、IL-18によるマクロファージM2分化および血管新生増強機構におけるOPNの関与について検討した。・IL-10とIL-18の併用刺激は、IL-10単独刺激と比較して、RAW264.7細胞表面におけるCD163発現量ならびにb.End5細胞との共培養による管腔面積および管腔長をいずれも有意に増加させた。これらの作用は、抗マウスOPN抗体をサイトカインと同時処置することにより有意に抑制された。さらに、マクロファージに高発現するOPN受容体(インテグリンα4またはα9)に対する中和抗体を用いた場合にも同様の結果が観察された。したがって、OPNはIL-18によるマクロファージM2分化ならびに血管新生増強作用において、重要な役割を果たす可能性が示された。・申請時の実験計画に対するこれまでの研究成果の到達度:1サイトカイン刺激によるマクロファージ表面抗原発現の変化(到達率:100%)、2サイトカイン刺激によるマクロファージの血管形成能の変化(到達率:100 %):Th1サイトカインのTNF-αまたはTh2サイトカインのIL-10等を用い、M1/M2型マクロファージへの分化誘導評価系を確立することに成功し、さらにIL-18等の炎症性メディエーターが本機構を増幅することを見出した。また、M2マクロファージによる血管新生促進作用を評価するin vitro実験系を確立し、IL-18がその作用機構を増強することを明らかにした。4癌局所におけるマクロファージ表面抗原とHMGB-1の発現解析(到達率:50%):雌性BALB/cマウスの皮下にマウス結腸癌細胞株をxenograftし、担癌モデルマウスを作成した。さらにxenograft後に浸透圧ポンプから抗HMGB-1抗体を持続投与した結果、control抗体投与群と比較して癌組織容積が縮小することを見出している。5サイトカイン刺激によるマクロファージ表面抗原と血管形成作用の変化に対するHMGB-1併用刺激の影響(到達率:50%):予備実験により、TNF-αまたはIL-10によるM1/M2型マクロファージへの分化作用に対して、HMGB-1の同時処置がいずれの作用をも増幅する知見を得ている。・下記の研究内容は申請時の計画通り、平成29年度に実施予定である。3マトリゲル中の血管形成および周辺組織のマクロファージ表面抗原発現の解析6HMGB-

1による血管新生誘導作用に関与する受容体の特定なお、申請当初は想定していなかったIL-18によるマクロファージM2分化増強および血管新生促進機構に関与する因子としてOPNを同定することに成功したため、さらに詳細なメカニズムの解析をあわせて進める予定である。M2マクロファージ(Mφ)は、がんをはじめとする種々の慢性炎症性疾患の病態増悪に関与する病的血管新生を促進する。これまでに我々は、炎症促進性のサイトカインinterleukin(IL)-18が、MφのM2分化(M2 MφマーカーのCD163の発現増加)を促進することによって、血管新生作用を増強することを明らかにしてきた。しかしながら、微小環境におけるMφによる血管新生促進作用が、血管新生促進性のメディエーターの遊離または血管内皮細胞との細胞間相互作用を介した機構かどうかについては不明である。そこで本年度は、血管新生促進過程におけるM2 Mφの形態変化に加え、血管内皮細胞との細胞間相互作用の時空間的挙動を観察し、さらに血管新生促進機構におけるCD163の関与について検討した。・マウス由来単球細胞のRAW264.7細胞を用い、IL-10およびIL-18刺激によってCD163を高発現するMφ(IL-10+IL-18)へと分化させた。このMφによる血管新生作用は、マウス由来血管内皮細胞のb.End5細胞との共培養によるin vitromatrigel tube formation assayを用い、タイムラプスライブセルイメージングおよび走査型電子顕微鏡法にて解析した。・Mφ(IL-10+IL-18)は、新生血管の先端部や分岐部に局在し、偽足を伸ばして血管内皮細胞同士を連結する像が観察された。興味深いことに、形態変化を伴うMφの偽足先端部において、CD163が高度に局在した。これらのMφと血管内皮細胞間の細胞間相互作用および血管新生促進作用は、抗CD163中和抗体により著明に抑制された。以上の結果から、M2 MφはCD163を介し血管内皮細胞と直接的に相互作用し、血管の橋渡しの役割を担うことによって、血管新生を促進する可能性が示された。マクロファージ(Mφ)は大きくM1およびM2の二つのフェノタイプに分類され、M2 Mφは病的血管新生を促進することによって、関節リウマチやがんをはじめとする種々の慢性炎症性疾患の病態増悪に寄与している。本研究課題では、微小環境がMφの分極状態や形態変化ならびに機能活性へ及ぼす影響を評価するための簡便なin vitro実験モデルを確立し、M2-様Mφが血管新生を誘導するメカニズムの探索を行った。その結果、M2-様Mφは細胞表面におけるCD163を介して血管内皮細胞と直接的に相互作用することによって、血管新生を強力に促進する可能性が示された。本年度に確立した実験評価系を用い、HMGB-1がマクロファージのM1/M2分化あるいはM1/M2分化の増強機構のいずれに影響を及ぼすかについて、flow cytometryで解析する。同様に、HMGB-1で分化させたマクロファージと血管内皮細胞を共培養し、管腔形成の変化をmatrigel tube formation assayで評価する予定である。
食事組成と糖尿病発症の関連についての研究－妊婦と成人における調査研究とメタ解析－

1.日本人の中年男女において、1炭水化物、2米飯・パン・麺類、3ソフトドリンクの摂取量と非アルコール性脂肪性肝疾患(NAFLD)の関連を横断研究で評価した。NAFLDはインスリン抵抗性を基盤として肝臓に過剰に脂肪が蓄積する病態で、2型糖尿病に高率に合併する疾患である。本研究から、女性において、炭水化物エネルギー比率および米飯摂取量が、NAFLDと正の関連にあることが示された。男女ともにパン・麺類・ソフトドリンク摂取量とNAFLDには関連は見られなかった。海外では果糖の供給源としてのソフトドリンクが、NAFLDのリスク因子として注目を集めてきた。本研究から、日本人女性のNAFLDの予防において、炭水化物エネルギー比率と米飯の摂取量は、ソフトドリンクよりも重要な因子である可能性が示された。本結果は、Clinical Nutritionに掲載受理されている。2.日本人妊婦において、妊娠中の食事の炭水化物エネルギー比率と糖代謝の関連について評価した。妊娠中の高血糖は、母児の健康状態に影響する。日本人妊婦は痩せた者が多く、諸外国の妊婦とは異なる身体的特徴をもつ。このような集団での食事と糖代謝の関連はほとんどわかっていない。本研究から、妊娠初期の炭水化物摂取量のエネルギー比率と、妊娠中期の糖負荷後高血糖(50g糖負荷試験における「陽性」結果)には、負の関連があることが示された。肥満でない日本人妊婦は、糖代謝異常の予防の目的で、妊娠中の炭水化物摂取量を制限する必要はないと言える。この結果は、炭水化物とインスリン抵抗性の関連疾患について、上記1.の結果と逆の関連を示している。中年女性と妊婦では、糖代謝の関連する病態の予防において、異なるポピュレーションアプローチが必要な可能性がある。本結果は、Diabetes Metab Res Rev.に掲載済みである。28年度が最終年度であるため、記入しない。1.コレステロール摂取量と2型糖尿病発症リスクの関連についてメタアナリシスを実施し、海外の専門誌に発表した(Clin Nutr 2014 Dec;33(6):946-50)。2.日本では低出生体重児の出生割合が増加している。その増加を阻止するためには母体の適切な体重増加が必要であり、妊娠中の十分なエネルギー摂取が重要である。しかしエネルギーを脂質・炭水化物・たんぱく質からどのような比率で摂取すれば、適切な体重増加と妊娠合併症の予防が両立できるか明らかではない。本研究では日本人において、妊娠初期の炭水化物摂取量のエネルギーパーセンテージ(E%)と、その後の耐糖能異常(50g糖負荷試験の「陽性」結果で評価)の関連を検討した。炭水化物摂取量の中央値が60E%の群では、より摂取量が低い群を基準としたときの「陽性」結果のオッズ比が0.52(0.28-0.96)であり、両者に負の関連が見られた。炭水化物摂取量60E%は国民健康・栄養調査の示す20-30代の女性の平均と近い値であった。日本人女性は妊娠中に糖代謝異常の予防目的で炭水化物摂取量を制限する必要はないことが示された。3.欧米に比べて、アジアの栄養疫学研究は数が少ない。日本でもいくつかの栄養疫学研究が実施されているが、東京を中心とした大都市圏の研究は少ない。そこで本研究では、都内の病院の人間ドック受診者(男女30-80代)を対象として食事調査を実施し、人間ドックの検査結果と習慣的な食品・栄養素摂取量の関連を評価することとした。2015年1月15日4月15日に人間ドックを受診した男女を対象に、習慣的な食品・栄養素摂取量を「簡易型自記式食事歴法質問票(BDHQ)」を用いて評価した。調査期間内に10000人に研究参加を依頼し、これまでに5000人近くの者が研究参加に同意し、BDHQに回答した。本年度は、前年度に人間ドック受診者を対象に実施した食事調査の結果をもとに、データ解析と投稿論文の執筆を行った。日本人の中年男女(40-69歳)において、1炭水化物、2米飯・パン・麺類、3ソフトドリンクの摂取量が非アルコール性脂肪性肝疾患(NAFLD)の分布に関連するかを横断研究により評価した。NAFLDはインスリン抵抗性を基盤として肝臓に過剰に脂肪が蓄積された病態であり、2型糖尿病に高率に合併する。NAFLDは、肝硬変や原発性肝細胞癌に進行する可能性が知られている。またNAFLDのある者は、ない者に比べて冠動脈疾患のリスクが高いことが報告されている。したがって、生活習慣の改善によるNAFLDの予防は重要であるが、アジア人においてどのような食事因子がNAFLDの分布に関わるかは十分に明らかになっていない。本研究から、女性において、炭水化物摂取量および米飯摂取量が、NAFLDと正の関連にあることが示唆された。一方、男女ともにパン・麺類・ソフトドリンク摂取量とNAFLDの間には有意な関連は見られなかった。海外ではフルクトースの供給源としてのソフトドリンクが、NAFLDのリスク因子として注目を集めてきた。しかし、ソフトドリンクの日常的な摂取は、日本の中年層では一般的ではない。本研究から、炭水化物の摂取総量とその主要な供給源である米飯の摂取量が、日本人女性のNAFLD予防において、ソフトドリンクよりも重要なターゲットである可能性が示された。前年度に収集したデータベースをもとに、解析を行い、エビデンスの少ないNAFLDと食事因子の関連について、新たな知見を得ることができた。

本年度の解析結果についての投稿論文の執筆も概ね完成している。1.日本人の中年男女において、1炭水化物、2米飯・パン・麺類、3ソフトドリンクの摂取量と非アルコール性脂肪性肝疾患(NAFLD)の関連を横断研究で評価した。NAFLDはインスリン抵抗性を基盤として肝臓に過剰に脂肪が蓄積する病態で、2型糖尿病に高率に合併する疾患である。本研究から、女性において、炭水化物エネルギー比率および米飯摂取量が、NAFLDと正の関連にあることが示された。男女ともにパン・麺類・ソフトドリンク摂取量とNAFLDには関連は見られなかった。海外では果糖の供給源としてのソフトドリンクが、NAFLDのリスク因子として注目を集めてきた。本研究から、日本人女性のNAFLDの予防において、炭水化物エネルギー比率と米飯の摂取量は、ソフトドリンクよりも重要な因子である可能性が示された。本結果は、Clinical Nutritionに掲載受理されている。2.日本人妊婦において、妊娠中の食事の炭水化物エネルギー比率と糖代謝の関連について評価した。妊娠中の高血糖は、母児の健康状態に影響する。日本人妊婦は痩せた者が多く、諸外国の妊婦とは異なる身体的特徴をもつ。このような集団での食事と糖代謝の関連はほとんどわかっていない。本研究から、妊娠初期の炭水化物摂取量のエネルギー比率と、妊娠中期の糖負荷後高血糖(50g糖負荷試験における「陽性」結果)には、負の関連があることが示された。肥満でない日本人妊婦は、糖代謝異常の予防の目的で、妊娠中の炭水化物摂取量を制限する必要はないと言える。この結果は、炭水化物とインスリン抵抗性の関連疾患について、上記1.の結果と逆の関連を示している。中年女性と妊婦では、糖代謝の関連する病態の予防において、異なるポピュレーションアプローチが必要な可能性がある。本結果は、Diabetes Metab Res Rev.に掲載済みである。炭水化物摂取量と50g糖負荷試験陽性結果の関連について、論文としてまとめ、海外の専門誌に投稿する準備を行っている。また人間ドック受診者における研究でも、研究参加者登録が順調に進んでおり、目標としていた参加率(約30%)を超える参加者を得られている。NAFLDと食事因子の関係について、さらに評価を行う。先行研究から、2型糖尿病やインスリン抵抗性と関連があることが示唆されてきた食事因子を中心にNAFLDとの分布の関連を評価したい。また次年度は本研究課題の最終年度であるので、研究の総括を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。次年度は、現在実施中の食事調査から得られる結果と人間ドックにおける検査結果を用いて、解析を行う。栄養素(脂質・炭水化物・たんぱく質など)の摂取量と、糖代謝指標である空腹時血糖値やHbA1c、2型糖尿病と合併することの多い「非アルコール性脂肪性肝疾患」の有無の関連を評価する。
電荷整列系におけるメモリー効果の理論的研究

電荷整列系における非線形伝導現象について、特にメモリー効果の解明を目的として研究を行った。このような伝導現象は、様々な長さスケールをもつ物理現象によって支配されるため、本研究ではミクロスケールからマクロスケールまでのさまざまな有効模型を相補的に取り扱い、これらの系に共通する非線形伝導現象について多くの知見を得た。直流電気伝導度に現れるメモリー効果は、広義の摩擦現象の一種と見ることができる。低電場下での絶縁状態は、駆動力が最大静摩擦力より小さく静止している状態であり、ある閾値以上の駆動力をかけることにより電荷は運動を始め、静摩擦力より小さな動摩擦力を受けるようになり電気伝導度は急激に上昇する。一度、運動を始めると、動摩擦力を受け続けるので、駆動力が最初の閾値以下に下がっても運動を続ける。この観点から課題の機構解明のため、界面及び固体内摩擦系の研究を行った。二次元異方的三角格子上の強相関電子系をtV模型によって解析した。電子間クーロン相互作用Vの異方性(V'/V)のもたらすフラストレーション効果の大小が系の電子状態を決定する。V'=Vの場合について、様々なフィリングにおける伝導電子のスペクトルを明らかにし、pinball的な状態密度を得た。1/2-fillingでは、ある1方向の異方的な相互作用V'が大きい時(V'>V)電荷はV'の方向で隣に並ぶのを避け、V方向のストライプ状の電荷秩序絶縁状態が形成される。この状態に電子あるいはホールをドープすると、ストライプに平行な伝搬に加え、電荷が二つの分数電荷e/2に分かれてV'方向に伝搬する特異な状態が出現することを明らかにした。また二次元異方的三角格子α-ET2I3において近年話題になっているディラックコーンが出現する条件についても明らかにした。2次元異方的三角格子において、電荷のフラストレーション効果に起因する異常電子状態について研究を行った。特に電荷が局所的に誘電性をもち、これが空間全体にわたってコヒーレンスを獲得する特異な状態を量子ゆらぎと熱ゆらぎの二つの効果のもとで調べ、それぞれについて新しい電子状態(分数電荷相と非局所擬秩序相)を理論的に提案した。マルチフェロイックスを示すマンガン酸化物系および鉄酸化物における誘電性ドメイン壁の構造およびダイナミクスを、スピンと電荷の自由度が強く結合したミクロスコピックモデルをもちいて研究した。計算結果で得られた、複数の秩序変数間の複合的な結合を、さまざまな外場に対する応答の実験データと比較し、議論した。直流電気伝導度に現れるメモリー効果を伴う非線形電気伝導を、新規開発した格子気体モデルに基づく非平衡拡張モンテカルロ法により調べた。この方法ではマルコフ過程を越えた過程をモンテカルロ法により扱う事が可能である。また、この非線形伝導を広義の摩擦現象の一つとみなし、より広い立場からの研究を行い、結晶軸に対する外場の方向依存性等を明らかにした。θ-ET塩における非線形伝導現象を現象論的にあらわすものとして、局所電場によって秩序変数が影響を受けた結果として電気伝導率が変調されるモデルをたて、これらの空間分布を自己無撞着に解くことによってマクロな1-V特性を求めた。本質的不均一性と非線形伝導性の関連について議論した。フラストレートした格子上の二重交換模型をモンテカルロ法によって数値的に調べた。フラストレーションの効果により、強磁性-常磁性転移は電荷不均一が伴う不連続転移であることがわかった。これを用いると、磁気的性質によって系の電荷分布をコントロールすることができ、新たなメモリ効果の発現につながると考えられる。新規開発した非平衡拡張モンテカルロ法により、格子気体モデルに基づき、有限電場下の電荷秩序系のメゾスケールダイナミクスを数値的に調べた。この方法はマルコフ過程を越え、ある種の記憶効果をモンテカルロ法にとりいれたものである。この方法により、非線形電気伝導を説明することはできたが、実験的に観測されているスイッチング的挙動を再現するには至らなかった。また、この問題と密接な関係がある摩擦の問題を数値的・理論的に調べ、特異な輸送現象を見いだした。α-ET213は圧力下でディラックコーン型のエネルギー分散をもつ。この系は電荷秩序相近傍に位置する電子間の相互作用の強い系である。本研究ではサイト間の相互作用を平均場的に導入し、解析的および数値的に電子状態の幾何学的な性質を調べた。その結果、この系においてもディラックコーンの安定性が幾何学的に保証されていることが明らかになった。また、1次元の局在スピンが電荷秩序系とカップルした系において、電子系の基底状態の磁気的なセクターに強い擬縮退が存在することを密度行列繰りこみ群を用いて示した。この擬縮退を利用すると、外場(磁場)の印加に敏感な電子状態が期待できる。実際、フタロシアニン錯体TPP[FePc(CN)2]2は巨大な負の磁気抵抗を持つことが知られている。電荷秩序と磁性が絡むことによって、特徴的電子状態が得られるため、メモリ効果への応用も期待できる。
愛媛県に生息する海洋生物を対象とした生物活性物質の探索研究

本研究では,宇和海を中心に水深100 m付近の海洋生物の採集実施している。通常では入手が困難な試料であるが,佐田岬漁協に所属する漁家の協力を得ることで採集が可能となっている。2018年度は通常の漁では回収されない生体を一ヶ月かけて約150 kg入手できた。得られた生体は少ない物は500 g程度,多い物で30 kg程を得ることが出来た。これらの試料は冷凍保存後に,アルコール抽出液を作成し物質の探索研究を行った。この抽出液について,HeLa細胞に対する増殖阻害活性および各種分光機器によるスペクトル解析を行った。最も強い活性を示す抽出液からは既知のカリクリン類と共に新規な構造を有するカリクリン類縁体およびディスコキオライド類を見いだした。これらは異性体を多く含むため分離が困難であったが,本年の交付金により導入したHPLCシステムを用いてカラム樹脂およびグラジエント溶媒系を組み合わせることで分離を達成した。また異なる生体より,新規な構造を持つポリアセチレン類を2種単離することが出来ている。これらの成果について,2018年度日本化学会春季年会において発表を行っている。また,学会未発表であるが,2018年度に初めて採集できたイワカイメンの一種からは塩素原子を有する新規環状ペプチド類を見いだした。本物質については絶対立体化学の解明を行った後に学会発表の予定である。これ以外に,分離は完了していないが質量分析おいて臭素原子を含む物質および,塩素原子を複数含む低極性物質の存在が確認できた。本研究では,まず海洋生物の採集が大きな段階となる。2018年度は先に示したように漁家の多大な協力により試料の収集が出来た。次年度についても協力をえて採集を継続することが出来たことが可能となっている。また,試料の収集は天候に大きく影響を受けるが,一ヶ月の期間を採集に充てることで,約150 kgの試料を得ることが出来たことで,研究を進展させることが出来た。研究の第二段階として,作成した抽出液について活性の評価を行ったが多くの抽出液で活性を確認することが出来た。試料の活性評価については事前の準備に基づいて順調に進行することが出来た。活性の示さない物についても粗分画を行い,分析機器によるスペクトル解析から,構造情報に基づく分離を実施した。これについても速やかに進展が出来ている。精製に用いるHPLCシステムであるが,事前に設置していたグラジエントシステムが破損し,最終精製を行うことが出来なかった。しかしながら,申請していた新規装置を導入することが出来て,5種の新物質の発見が出来た。以上のことから本年度の研究はおおむね順調に進展させることが出来たと考えている。2018年度の研究において海洋生物の採集,活性評価,物質の分離と精製を実施し,おおむね当初の目的に従って研究を実施することが出来た。今後の研究においても同様に探索研究を展開する。海洋生物の採集については2019年4月時点で開始しており,2018年と同様の試料収集が期待できる。昨年度見いだした活性を示す抽出物のうち,未分離の試料の分析を開始しているため,これについても研究を遂行する。昨年度新規構造物質を発見した試料については,微量同族体の分離,立体化学解析,詳細な活性評価を中心に研究を展開する予定である。

試料の活性評価については事前の準備に基づいて順調に進行することが出来た。活性の示さない物についても粗分画を行い,分析機器によるスペクトル解析から,構造情報に基づく分離を実施した。これについても速やかに進展が出来ている。精製に用いるHPLCシステムであるが,事前に設置していたグラジエントシステムが破損し,最終精製を行うことが出来なかった。しかしながら,申請していた新規装置を導入することが出来て,5種の新物質の発見が出来た。以上のことから本年度の研究はおおむね順調に進展させることが出来たと考えている。2018年度の研究において海洋生物の採集,活性評価,物質の分離と精製を実施し,おおむね当初の目的に従って研究を実施することが出来た。今後の研究においても同様に探索研究を展開する。海洋生物の採集については2019年4月時点で開始しており,2018年と同様の試料収集が期待できる。昨年度見いだした活性を示す抽出物のうち,未分離の試料の分析を開始しているため,これについても研究を遂行する。昨年度新規構造物質を発見した試料については,微量同族体の分離,立体化学解析,詳細な活性評価を中心に研究を展開する予定である。
タンパク質を配位子とする希土類錯体の構造

希土類元素は金属酵素や核酸酵素の活性増大,抗HIV活性など生体分子と特異的に相互作用する可能性が見いだされてる.また蛋白質結晶学の位相問題を解く新規プローブとして注目を浴びている.これらの機能を理解し新しい希土類化合物をデザインするためにはその構造的知見が不可欠である.本研究では希土類原子が生体分子とどのように相互作用するのか、立体構造と機能にどのような影響を及ぼすのか、を明らかにすることを目的とした.タチナタマメから単離されたコンカナヴァリンAを、テトラマ-状態(pH6.5)で結晶化を行った。得られた単結晶をGdCl_3溶液に浸積することによって、金属原子を置換した.高エネルギー物理学研究所の放射光を用いて、この結晶のX線回折データを測定した結果,新しい結晶形であることを発見した.また回折斑点に広がりが生じGa^<3+>イオンの結合による変化を示した.分子置換法で構造を決定し,原子パラメータの精密化を行った.各サブユニットの活性部位にはもともとCaとMnが存在するが,結晶学的に独立な2つのサブユニットの一方だけに,CaとMnの間にGdと思われる部位が見つかり,構造を大きく変化させていることが分かった.またタンパク質表面にもGdの結合サイトが見つかった.原子パラメータの精密化を現在進めている.3-イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素はロイシン合成に関与する蛋白質であり、活性発現にはMgイオンを必須とする。希土類原子の構造に及ぼす影響を調べるために、中等度好熱菌Bacillus coagulans由来の本酵素をアポ状態で結晶化を行った。条件のわずかな違いにより、3種類の結晶形が存在すること、そのうちの一つのX線解析に適していることを見いだした。高度好熱菌由来の酵素の構造を借りて分子置換法で構造決定することができた。
故障信号の早期検出および故障診断用特徴パラメータの自動生成に関する研究

本研究では,設備診断の知能化と自動化のために,遺伝的アルゴリズム,ニューラルネットワークおよび可能性理論などの情報工学理論を駆使した設備の知的診断技術に関する諸提案を行い,その基礎理論と実際の応用法について検討した。本研究成果は以下のとおりである。故障の初期段階,または故障部位から遠く離れた距離で測定した信号はノイズに強く汚染され,以上信号成分が比較的微小である。このような信号から故障パターンの特徴を抽出することが困難である。ノイズを除去すれば,故障の識別が容易になるため,ノイズ成分をできるだけ除去し,真の故障波形を抽出することは故障の早期発見,故障原因の早期判明にとって重要である。従って,本研究では,診断のためのノイズ除去法として,「遺伝的アルゴリズム(GA)による異常信号の検出法」および「統計的変量変換法による異常信号の周波数帯域の抽出法を提案し,実例でこれらの手法の有効性を検証した。また、コンピュータにより異常検出および異常種類の識別を自動的に行う場合は,対象の信号の特徴を示す有限個のパラメータ(「特徴パラメータ」)を計算する必要がある。是までに診断用の特徴パラメータの一般的な定義方法は報告されていないため,診断用特徴パラメータの選定は,多くの時間と労力を要するだけでなく,最適な特徴パラメータが見つかるとも限らない。従って,本研究では,設備状態を鋭敏に反映する特徴パラメータを異常信号から自動的に生成する方法として,「遺伝的アルゴリズムによる時間領域の特徴パラメータの抽出法」,「遺伝的アルゴリズムによる周波数領域の特徴パラメータの抽出法を」,および「ウェーブレットとGPによる可変運転条件における設備診断用の特徴パラメータの自動生成法」を提案し,実例でこれらの手法の有効性を検証した。一般的には兆候パラメータが設備の状態変化に従い変化し,また設備の状態が変化しなくても何らかの外乱や負荷の変動により変化する場合がある。よって,特等パラメータの値の評価は不確定性をもつ問題の処理に帰着できる。設備診断の自動化,知能化にとって可能性理論やニューラルネットワークは非常に有望なツールである。従って,本研究では,ニューラルネットワークを実際の設備診断問題に適用するとき,それぞれの特徴,長所と短所について検討し,「多値ニューラルネットワークとラフ集合による故障診断法」を提案し,実例でこの手法の有効性を検証した。平成10年度には次のような研究成果を得た.1.異常診断のために計測した診断用信号に対して,従来のノイズ除去法の問題点を検討し,微小な異常信号を最も抽出し易い領域(時間領域,周波数領域および時間・周波数領域(ウェブレット,瞬間スペクトル))における解析を行い,統計法,遺伝的アルゴリズム(GA)による異常信号の最適抽出法について検討した.統計法においては,点検時に測定した信号のスペクトルから微小な異常信号の特徴スペクトルも検出できる「正規スペクトル比による特徴周波数成分の検出法」を提案した.遺伝的アルゴリズム(GA)法においては,統計情報量との結合により異常信号の抽出法を提案した.2.抽出した故障信号に対して,これまでに提案・定義されている特徴パラメータをまとめ,更に使用しうる特徴パラメータ(これらの特徴パラメータは基礎特徴パラメータと呼ぶ)を新たに定義した。時間領域と周波数領域においてそれぞれ30個の基礎特徴パラメータを定義し,各基礎特徴パラメータが異常を識別する感度を「識別指標Detection Index」と「識別率Detection Rate」を用いて評価した.

その結果,基礎特徴パラメータを個別に用いて異常識別を行う場合,異常検出の精度が低いことがわかった.3.時間領域と周波数領域の基礎特徴パラメータによる異常検出の精度が低いとき,遺伝子プログラミング(GP)による基礎特徴パラメータの自己再組織化を行い,異常の識別率が大幅に向上された新たな特徴パラメータ()GP特徴パラメータという)が得られた.遺伝的プログラミング(GP)による基礎特徴パラメータの自己再組織化による特徴パラメータの自動生成アルゴリズムを確立した.4.考案した故障信号の抽出法および特徴パラメータ自動生成法の性能を軸受と歯車装置の異常診断を対象として現場データで評価し,これらの方法の有効性を確認した。本研究では,設備診断の知能化と自動化のために,遺伝的アルゴリズム,ニューラルネットワークおよび可能性理論などの情報工学理論を駆使した設備の知的診断技術に関する諸提案を行い,その基礎理論と実際の応用法について検討した。本研究成果は以下のとおりである。故障の初期段階,または故障部位から遠く離れた距離で測定した信号はノイズに強く汚染され,異常信号成分が比較的微小である。このような信号から故障パターンの特徴を抽出することが困難である。ノイズを除去すれば,故障の識別が容易になるため,ノイズ成分をできるだけ除去し,真の故障波形を抽出することは故障の早期発見,故障原因の早期判明にとって重要である。従って,本研究では,診断のためのノイズ除去法として,「遺伝的アルゴリズム(GA)による異常信号の検出法」および「統計的変量変換法による異常信号の周波数帯域の抽出法」を提案し,実例でこれらの手法の有効性を検証した。また、コンピュータにより異常検出および異常種類の識別を自動的に行う場合は、対象の信号の特徴を示す有限個のパラメータ(「特徴パラメータ」)を計算する必要がある。これまでに診断用の特徴パラメータの一般的な定義方法は報告されていないため,診断用特徴パラメータの選定は,多くの時間と労力を要するだけでなく,最適な特徴パラメータが見つかるとも限らない。従って,本研究では,設備状態を鋭敏に反映する特徴パラメータを異常信号から自動的に生成する方法として,「遺伝的アルゴリズムによる時間領域の特徴パラメータの抽出法」,「遺伝的アルゴリズムによる周波数領域の特徴パラメータの抽出法」および「ウェーブレットとGPによる可変運転条件における設備診断用の特徴パラメータの自動生成法」を提案し,実例でこれらの手法の有効性を検証した。一般には兆候パラメータが設備の状態変化に従い変化し,また設備の状態が変化しなくても何らかの外乱や負荷の変動により変化する場合がある。よって,特徴パラメータの値の評価は不確定性をもつ問題の処理に帰着できる。設備診断の自動化,知能化にとって可能性理論やニューラルネットワークは非常に有望なツールである。