hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アクチビンAによる胚性未分化細胞からの顎骨ならびに歯の誘導

1.アフリカツメガエル予定外胚葉領域未分化細胞を分離後、アクチビンAを処理し、未処理の解離予定外胚葉未分化細胞と再集合させて顎を誘導する条件で処理を行い、アフリカツメガエル用に開発したRDX培地を用いて培養を行い、RNAを抽出後、アフリカツメガエルの特別注文にてスポットしたDNAアレイを用いて、解析を行った。その結果、アフリカツメガエルにおける顎誘導に関与する遺伝子の候補として3つの遺伝子が同定された。2.上記で得られた遺伝子のアフリカツメガエル幼生ならびに成体における発現をRT-PCRならびにin situ hybridizationにより解析を行ったところ、顎やneural crestに発現していた。3.さらに、上記で得られた遺伝子のマウスホモログ遺伝子のマウス発生期における発現をRT-PCRならびにin situ hybridizationにより解析を行ったところ、顎やneural crestや骨に発現が認められた。4.マウス胚性未分化ES細胞の無血清培養条件を確立し、同条件において、未分化マーカーであるアルカリフォスファターゼ活性を同定し、また、Nanog,Oct3/4,Rex-1,などの未分化マーカー遺伝子の発現をreal time PCRにて解析を行った結果、LIF依存性に細胞増殖は促進され、また、Nanog,Rex-1の発現は上昇していた。原始外胚葉のマーカーであるFGF-5は、LIF依存性に発現が低下した。さらに、同細胞をFGF-2を添加して培養を行ったところ、神経堤のマーカー遺伝子であるAP-2の発現上昇が認められた。以上の結果から、マウス胚性未分化細胞から顎誘導条件を検討する条件を決めることができた。1.両生類胚・予定外胚葉領域未分化細胞から再集合培養法により顎を誘導した.アフリカツメガエル予定外胚葉領域未分化細胞を解離させ、アクチビンAにて細胞を処理後、アクチビン未処理の解離細胞と混合して集合体を作成し、培養を行ったところ、培養7日目に軟骨の形成が認められ、この集合体にはHoxa2,Xdll4、goosecoidなど顎顔面領域に発現する遺伝子が認められた。2.上記再集合体を幼生の下顎相当部に移植したところ、軟骨と間様組織が形成されていた。また、腹部に移植したところ、脳神経組織、筋肉、軟骨だけでなく、目も誘導されていた。3.再集合体を腹部に移植し、成体になるまで成長させて、移植組織に誘導された組織を同定したところ、骨や歯芽様組織が誘導されていた。4.同歯芽様組織はアメロジェニン抗体陽性であり、歯が誘導されたと考えられた。5.両生類における上記の結果を、マウスに応用することを目的として、マウス胚性幹(ES)細胞の無血清培養条件を確立した。6.未分化状態を維持したES細胞を分化用培地を用いて植え替え、アクチビンを添加して培養を行うと、間様系細胞のマーカーであるビメンチン陽性の細胞が出現した。7.上記条件で誘導された条件で発現する遺伝子を現在解析中である。1.アフリカツメガエル予定外胚葉領域未分化細胞を分離後、アクチビンAを処理し、未処理の解離予定外胚葉未分化細胞と再集合させて顎を誘導する条件で培養を行い、RNAを抽出後、アフリカツメガエルの特別注文にてスポットしたDNAアレイを用いて、解析を行った。

4.マウス胚性未分化ES細胞の無血清培養条件を確立し、同条件において、未分化マーカーであるアルカリフォスファターゼ活性を同定し、また、Nanog, Oct3/4,Rex-1,などの未分化マーカー遺伝子の発現をreal time PCRにて解析を行った結果、LIF依存性にNanog, Rex-1の発現は上昇していた。原始外胚葉のマーカーであるFGF-5は、LIF依存性に発現が低下した。さらに、同細胞をFGF-2を添加して培養を行ったところ、神経堤のマーカー遺伝子であるAP-2の発現上昇が認められた。5.以上の結果から、マウス胚性未分化細胞から顎誘導条件を検討する条件を決めることができた。
ユダヤ教文化形成における聖典の意義と解釈の方法についての基礎的研究

本研究の主題は、ユダヤ人の聖典解釈が民衆にいかに浸透したかの考察であったが、ユダヤ教の枢要な教えである「神への愛」に注目し、以下のような成果を得た。1.聖典と詩とイマジネーション:かつて孔子は詩を学することを聖人への必須の条件にしたといわれるが、詩を学することによって、人間のイマジネーションが限られた経験を超えて豊潤となり、しかもそれに方向性を与えるからである。詩経の巻頭「関雎」や聖書の雅歌は、男女の世俗的な愛を歌った作品であるが、これが「聖なる」書物に馴染むとすればその理由は詩のもつイマジネーション喚起力ではないか。2.恋愛詩の聖典化と礼拝への使用:西歴七十年直後の時代に雅歌が聖典にふさわしいか否か論争のあったとき、ラビ・アキバという賢者が雅歌は至聖であると断じたといわれるが、それは男女の恋愛が神とイスラエルの民の愛を表現する最良の比喩であると認めたためである。その後、雅歌はユダヤ人の礼拝を通して人口に膾炙する。3.恋愛と「神への愛」:「汝のこころを尽くし、精神を尽くし、思いを尽くし」て神を愛するとは、ユダヤ人の聖典解釈によれば、「全き信頼と命を懸けて全財産を賭し」て愛することである。これほどの激しさは、異性に対する愛の激しさ以外に譬えようがない。人間の自然の情感の発露である恋愛感情は、それだけでは宗教的な愛に転化しないが、雅歌のメタファによって、神への愛の何たるかを例示する機能を与えられる。4.まとめ:通常キリスト教で愛を論ずるとき、エロスとアガペーを対置してその質的な相違を概念化する思考が見られるが、ユダヤ教では、恋愛は神への愛を実感させる最良の比喩でこそあれ、抑圧の対象ではない。恋愛に対するある種の嫌悪を表現するアガペーの思想は、純潔に高い価値を置く文化に由来し、ユダヤ・ヘブライ的文化には強く現れないアイデアではなかったか。
ラット-マシン融合システムと多機能神経電極による生体運動中枢の適応機能の解明

研究の目的本申請課題は,ラットの神経系と機械とを直接接続し,身体環境条件を任意に変化させることが可能な融合システムと,多機能神経電極を利用して,生体の脳,特に運動中枢の環境適応特性の解明を図るものである.融合させる機械としては,主に,ラットの運動野(及び大脳基底核,運動前野等)の神経情報によって制御される車両を利用することとした.さらに外部環境制御の一例として,レバー押しシステムをモデルとした系についても研究を行うこととした.これらのシステムにおいては,運動指令信号と効果器との関係を任意に設定できるようにする.これらのシステムに統合する形で,多機能神経電極を用いることにより,脳の環境適応特性の解明を行なうことを目的とした.研究実績前年度に引き続いて,下記の課題を遂行した.A)神経信号による外部機器制御システム(1)(ラットカーシステム)の改良B)計測系の準備(多機能電極)C)システム統合実験さらに下記の課題を行った.D)システム(2)の構築と実験歩行対応機器であるラットカー(車両)ではなく,レバー押しによる給餌(給水)制御系を利用し、動作に同期した電気刺激実験等を行い,運動中枢やその他の部位の適応特性を解析した.E)多機能電極との統合実験多機能電極の統合脳機能研究のツールとしての有用性を実証するための実験を行った.様々な状況下で,生体神経系自体がいかに変化して制御対象と融合していくかどうかを実験し,解析を行った.F)全体の総括動作同期電気刺激の有無の違いの寄与も含め,適応特性解明全体に関する総括を行なった.〔連携研究者〕東京大学・情報理工学系研究科・教授満渕邦彦研究目的本申請課題は,ラットの神経系と機械とを直接接続し,身体環境条件を任意に変化させることが可能な融合システムと,多機能神経電極を利用して,生体の脳,特に運動中枢の環境適応特性の解明を図るものである,融合させる機械としては,主に,ラットの運動野(及び大脳基底核,運動前野等)の神経情報によって制御される車両を計画している.このシステムにおいては,運動指令信号と効果器との関係を任意に設定できるようにする.これらのシステムに統合する形で,多機能神経電極を用いることにより,脳の環境適応特性の解明を行なうことを目的とした.研究実績研究計画に沿って,下記の課題を遂行した.A)神経信号による外部機器制御システムの改良(ラットカーシステム)ラットの蓮動指令信号を計測し,制御信号へと変換した上で,車両へと出力するシステム(ラットカーシステム)を現在開発中のものを改良する形で構築した.B)計測系の準備(多機能電極)特に,マイクロダイアリシス機能を有する電極をはじめとした多機能神経電極の開発を行った.C)システム統合実験[鈴木,満渕]上述の要素技術を統合し,ラットカーシステムにおける,身体環境変化と脳の適応特性の計測実験を行うための準備を行った.様々な駆動条件,さらにはタスク中における,神経信号-車両速度の関係の変化などの条件下で,さらに薬理系の刺激や計測が実施できるようシステムの統合を行った.研究の目的本申請課題は,ラットの神経系と機械とを直接接続し,身体環境条件を任意に変化させることが可能な融合システムと,多機能神経電極を利用して,生体の脳,特に運動中枢の環境適応特性の解明を図るものである.融合させる機械としては,主に,ラットの運動野(及び大脳基底核,運動前野等)の神経情報によって制御される車両を利用することとした.さらに外部環境制御の一例として,レバー押しシステムをモデルとした系についても研究を行うこととした.これらのシステムにおいては,運動指令信号と効果器との関係を任意に設定できるようにする.これらのシステムに統合する形で,多機能神経電極を用いることにより,脳の環境適応特性の解明を行なうことを目的とした.研究実績前年度に引き続いて,下記の課題を遂行した.A)神経信号による外部機器制御システム(1)(ラットカーシステム)の改良B)計測系の準備(多機能電極)C)システム統合実験さらに下記の課題を行った.D)システム(2)の構築と実験歩行対応機器であるラットカー(車両)ではなく,レバー押しによる給餌(給水)制御系を利用し、動作に同期した電気刺激実験等を行い,運動中枢やその他の部位の適応特性を解析した.E)多機能電極との統合実験多機能電極の統合脳機能研究のツールとしての有用性を実証するための実験を行った.様々な状況下で,生体神経系自体がいかに変化して制御対象と融合していくかどうかを実験し,解析を行った.F)全体の総括動作同期電気刺激の有無の違いの寄与も含め,適応特性解明全体に関する総括を行なった.〔連携研究者〕東京大学・情報理工学系研究科・教授満渕邦彦
音声入出力のための対話システム及び知識ベースの高度化に関する研究

知識処理技術の高度化が音声研究の発展に大きく貢献するとの考えのもとに,知識ベースと対話システムに関する研究を行った.知識ベースに関する研究としては,連続音声認識における特徴パラメータの遷移の読み取り知識を対象とした知識ベースの構築とその支援環境の開発を行った.認識性能としては, 6人の成人男性の連続音声に関して, 95%のセグメンテーション率, 87%の音韻群認識率を達成した.又,支援環境を用いることによって,認識ルールの開発効率が10倍以上向上することを確認すると共に,認識率を落とすことなくルールの数を70%に縮小することができた.これ等のことにより,知識ベースに基づく音声認識の方法論に関する有益な知見を得た.対話システムに関しては,ドップダウンとボトムアップ解析を融合した文脈解析法,概念構造からの文生成法,そして,対話における語用論とそれを利用した省略語の補間や暖味さの解消法等を開発した.文生成については,焦点の概念を導入するとともに,対話の相手のモデルを構築し,聞き手にとって自然な文生成を行うことができた.文章の表現内容をゴールとみなして,そのゴールを達成するためのプランニング過程として文生成をとらえたことにも成功の一因がある,一方,対話には暗黙の了解事項が存在し,それを抽出することが対話の理解には不可欠である.このため,対話における語用論の整理を行った結果,「行動主体はその行動を知っている」「自分自身とは情報の授受はしない」「知っていることは質問しない」等の多くの語用論的制約を得た,これ等を用いて,対話における省略語の補完法を開発し,その有効性を検証した.更に,接続表現に付随する語用論的制約を用いて複文内の係受けを解析する手法を開発した.知識処理技術の高度化が音声研究の発展に大きく貢献するとの考えのもとに,知識ベースと対話システムに関する研究を行った.知識ベースに関する研究としては,連続音声認識における特徴パラメータの遷移の読み取り知識を対象とした知識ベースの構築とその支援環境の開発を行った.認識性能としては, 6人の成人男性の連続音声に関して, 95%のセグメンテーション率, 87%の音韻群認識率を達成した.又,支援環境を用いることによって,認識ルールの開発効率が10倍以上向上することを確認すると共に,認識率を落とすことなくルールの数を70%に縮小することができた.これ等のことにより,知識ベースに基づく音声認識の方法論に関する有益な知見を得た.対話システムに関しては,ドップダウンとボトムアップ解析を融合した文脈解析法,概念構造からの文生成法,そして,対話における語用論とそれを利用した省略語の補間や暖味さの解消法等を開発した.文生成については,焦点の概念を導入するとともに,対話の相手のモデルを構築し,聞き手にとって自然な文生成を行うことができた.文章の表現内容をゴールとみなして,そのゴールを達成するためのプランニング過程として文生成をとらえたことにも成功の一因がある,一方,対話には暗黙の了解事項が存在し,それを抽出することが対話の理解には不可欠である.このため,対話における語用論の整理を行った結果,「行動主体はその行動を知っている」「自分自身とは情報の授受はしない」「知っていることは質問しない」等の多くの語用論的制約を得た,これ等を用いて,対話における省略語の補完法を開発し,その有効性を検証した.更に,接続表現に付随する語用論的制約を用いて複文内の係受けを解析する手法を開発した.
哺乳類の精細管内の基底区画でのＧＤＮＦの動態

恒常的な精子発生は、精子の源泉となる未分化な幹細胞、すなわち精原幹細胞の自己複製によって支えられている。この制御には、セルトリ細胞から分泌されるGDNFが関与することが知られている。精原幹細胞は、未分化型精原細胞の一部であり、精細管内の基底区画に存在する。未分化型精原細胞のうち、A single型とA paired型の多くでは、GDNFの受容体であるGFRα1が認められるのに対し、続くA4以降のA aligned型では殆どが陰性となることが知られている。精原幹細胞は、異なる個体の精細管内への移植実験が可能で、定着した精原幹細胞は、精子発生コロニーを形成する。この手法は精原幹細胞の動態を明らかにする有効な手段と考えられる。そこで本研究課題では、生殖細胞を欠くW/Wvマウスの精細管に対してGFPで標識された精原幹細胞を移植し、その定着様式を明らかにすることを目的とした。これまで不明であった定着初期から精子発生コロニー形成期に至る過程において、GFRα1陽性の精原幹細胞の動態に加え、GDNF発現の変化について継時的に解析を行った。その結果、1つのGFRα1陽性の精原幹細胞は、球状のA aligned様の細胞塊としてA8まで自己複製する。続いて、GFRα1陽性のA aligned様集塊の数を増しながら増殖してコロニー化が進行し、一部はc-Kit陽性のA alignedへと分化することが判明した。また、生殖細胞を欠く領域のセルトリ細胞はGDNF発現が高レベルで維持されていたが、定着後のコロニー形成に伴ってGDNF発現が低下することも明らかとなった。GFRα1陽性細胞は、精細管内の精細胞の充満とGDNF発現のさらなる低下により、最終的には突起を伸ばしたA single, A paired型のGFRα1陽性細胞としてごく少数のみ基底部に維持されるものと想定された。24年度が最終年度であるため、記入しない。哺乳類では、雄にのみGSC(配偶子幹細胞)が存在し、セルトリ細胞が、主にGSCの維持するニッチ(微小環境)を形成する。これまでに申請者らは、周年繁殖動物であるマウスと、季節繁殖動物のハムスター精巣を用いてGDNFの可視化法を開発し、セルトリ細胞におけるGDNF発現解析を行った。その結果、ともに精子発生下では、精上皮周期に依存し、かつ分泌されたGDNFは、精細管の基底区画内に認められるセルトリ細胞の細胞間隙に集積することを明らかにしている。そこで本研究課題では、これらのGDNFの分布、発現解析をさらに発展させ、特に精細管の基底区画でのGDNFの局所的な分布の制御機序とGFRα1陽性細胞との相互作用について詳細に細胞生物学的解析を行うことを目的とした。これにより、精細管内の基底区画内でGDNFが何時、何処で、どのようにGSCと相互作用しているのかを明らかにする。また、哺乳類の精細管内の基底区画での普遍的なGDNFの分布動態の制御機序を明確化し、GSCの維持機構とそのニッチ形成の構造の基盤を明確にする。平成23年度は、マウスとハムスターの精細管に対してホールマウント二重染色を施し、詳細に解析を行った。その結果、両者共にGDNF陽性領域には、GFRα1陽性のGSCが多く認められ、GSCは細胞質突起を伸ばして存在することが観察された。続いて、精細胞を欠くW/Wvマウスの精細管に対して未成熟個体から採取されたGSC(CAG-GFPマウス由来)を移植し、GFPシグナルを指標にして、移植後13ヶ月の定着過程を追った。さらに定着部位周辺と非定着部位との間の比較を行った。ハムスターは、非繁殖条件での飼育を行い、不活性状態への導入から精子発生の再開までの期間の精巣を継時的に採取した。これらに対して、GFRα1抗体とGDNF抗体によるホールマウント二重染色にて、定量的な解析をすすめている。

また、生殖細胞を欠く領域のセルトリ細胞はGDNF発現が高レベルで維持されていたが、定着後のコロニー形成に伴ってGDNF発現が低下することも明らかとなった。GFRα1陽性細胞は、精細管内の精細胞の充満とGDNF発現のさらなる低下により、最終的には突起を伸ばしたA single, A paired型のGFRα1陽性細胞としてごく少数のみ基底部に維持されるものと想定された。24年度が最終年度であるため、記入しない。ハムスターの飼育は非繁殖条件で行い、不活性状態への導入から精子発生の再開までの期間の精巣を継時的に採取する必要があるが、系統によって不活性状態への導入条件が異なる。残念なことに、これまでに実績のあった系統を利用することができなくなり、異なる系統を用いた必要が生じた。これが主たる遅延の要因ではあるが、それ以外は概ね順調で、次年度もスムーズな研究の実施が期待できる。一部のGDNFパッチ状の集積とGFRα1陽性細胞(GSC)が密に相互作用している像が高頻度に認められる一方、大部分のGFRα1陽性細胞、GDNFの集積は各々単独で存在することを既に見出している。そこで、1)GDNF陰性/GDNF陽性領域の割合(Asingle,Apaired,Aahgnに分類)、2)細胞の形態計測の数値(細胞の長軸/短軸、突起の長さ等)を定量的にデータ化する。これらのデータを、ハムスターとマウス間において比較解析し、周年繁殖と季節繁殖におけるGDNF,GFRα1陽性細胞の普遍性と特殊性について明らかにする。これにより、哺乳類の精細管の基底区画でのGDNFの分布動態の制御機序を明確化し、GSCの維持機構とそのニッチ能の構造的な基盤を明確にする。
3次元MHDダイナモによる地球磁場逆転機構の研究

本研究では,「地球や惑星になぜ磁場が存在するのか?」,また「地球磁場はどのようなメカニズムでその極性を反転するのか?」という問題の解明を目的とした.まず,地球磁場が地球中心核内の流体運動と磁場との相互作用(ダイナモ作用)によって生成・維持される機構の具体的プロセスを解明するために,地磁気ダイナモ問題を3次元非線形問題として定式化し,さらに数値計算に適した形にまとめた.その上で,強力なワークステーションを昼夜わかたず駆使し,磁場の時間発展をできる限り厳密に追うという作業を続けた.その結果,適当なパラメータ領域で実際に流体運動によって磁場が維持されること,さらに磁場の極性がかなり規則的に逆転することが確かめられた.この結果は,磁場の極性逆転が非線形相互作用の結果としていわば自発的に起こることを示しており,磁場逆転の内因説を支持する.さらに,外核-マントル境界の温度が不均一に分布する場合,磁場が安定する傾向が見られ,極端な場合には磁場の逆転が起こらなくなることがわかった.これらの結果をさらに一般化するために空間スケールをさらに細かくし,非常に複雑化した系を取り扱ったところ,電磁流体3次元問題の性質が実に複雑で,大きなスケールでの振る舞いを小さなスケールにあてはめることは危険であることがわかった.この問題は深刻で,数値計算において膨大な計算を行わない限り真の結果に到達できないことになる.この問題に対処するために,本研究では並列計算機の構築を試み,ダイナモ並列計算のためのコードの開発を行っている.この作業は大変であり,現在も続行中であるがもうすぐ完成の見通しがたったところである.本研究では,「地球や惑星になぜ磁場が存在するのか?」,また「地球磁場はどのようなメカニズムでその極性を反転するのか?」という問題の解明を目的とした.まず,地球磁場が地球中心核内の流体運動と磁場との相互作用(ダイナモ作用)によって生成・維持される機構の具体的プロセスを解明するために,地磁気ダイナモ問題を3次元非線形問題として定式化し,さらに数値計算に適した形にまとめた.その上で,強力なワークステーションを昼夜わかたず駆使し,磁場の時間発展をできる限り厳密に追うという作業を続けた.その結果,適当なパラメータ領域で実際に流体運動によって磁場が維持されること,さらに磁場の極性がかなり規則的に逆転することが確かめられた.この結果は,磁場の極性逆転が非線形相互作用の結果としていわば自発的に起こることを示しており,磁場逆転の内因説を支持する.さらに,外核-マントル境界の温度が不均一に分布する場合,磁場が安定する傾向が見られ,極端な場合には磁場の逆転が起こらなくなることがわかった.これらの結果をさらに一般化するために空間スケールをさらに細かくし,非常に複雑化した系を取り扱ったところ,電磁流体3次元問題の性質が実に複雑で,大きなスケールでの振る舞いを小さなスケールにあてはめることは危険であることがわかった.この問題は深刻で,数値計算において膨大な計算を行わない限り真の結果に到達できないことになる.この問題に対処するために,本研究では並列計算機の構築を試み,ダイナモ並列計算のためのコードの開発を行っている.この作業は大変であり,現在も続行中であるがもうすぐ完成の見通しがたったところである.
小型自律ロボット群による協調的荷役作業のためのIPDアーキテクチャーの開発

荷役作業を自動化する試みは次世代自動化倉庫システムなどに於いて、不可欠な課題として広く認識されており、オートメーションを主軸とする産業界の主要な研究テーマとされてきた。しかしながら、この種の問題は組み合わせ的問題として解くには計算時間がかかり過ぎるため、並列処理や自律分散処理など複数のスケジューラを用いて負荷分散をおこない、処理時間の短縮を狙う方法論が有効性が主張されてきたが、スケジューラが適切な機能を付加されて設計がなされることが必須であり,この「適切な機能の設定」が問題解決の重要なキーポイントであった。そこで、本研究はこの問題に対して、競争系の数理モデルを応用することにより、問題の解決を試みた。荷役作業をおこなう主体をロボット群とし、各ロボットはスケジューリングの機能と荷役作業の両方の機能を有するものとした。全体の荷役作業の処理効率はロボット群の作業効率によって測定可能であるので、作業効率をロボット群全体への評価値としてフィードバックすることにより、各ロボットはその評価値をもとに機能設計を独自の判断で行えるような自己学習系を構築した。このような設定のもとに、自己学習系は競争系の数理モデルの一つである囚人のジレンマを拡張したIPDアーキテクチャにより構築し、この数理モデルを用いた荷役作業問題への適用結果が、本研究の成果としてまとめられている。すなわち本研究の結論として、荷役問題というスケジューリングと作業分担、組み合わせ問題などの2種類以上の問題が複雑に入り組んだ問題に対して、IPDアーキテクチャという新しい概念を導入することにより、ロボットのスケジューラを自己の評価基準に基づいて自律的に設計できるような方法論を構築し、さらにこのようなロボット群を用いて荷役作業という課題に取り組むロボット社会システムの様相を明らかにし、論文等に公表した。本研究は,小型自律ロボット群を用いてロボット間の協調動作により,様々な荷役作業を行わせるのための方法論の提案を目的として,競争系の数理モデルの一つである囚人のジレンマを拡張したIPDアーキテクチャの構築と協調的荷役作業への適用を試みた.平成9年度においては,主にIPDアーキテクチャの理論的基盤の整備と小型移動ロボットを用いた実験環境の整備を中心に行い,その成果は以下の通りである.1.ジレンマ理論を中心としたゲーム理論の応用法の検討と計算機シミュレーション.ここでは,移動ロボット群の行動制御理論の構築のために必要となるIPDアーキテクチャを構築し,計算機実験によってその行動制御の可能性を確かめた.2.小型移動ロボットの群の行動シミュレーションモデルの構築.小型移動ロボットKheperaを想定したシミュレーションモデルの構築を行い,そこでの仮想的協調作業の可能性を示した.3.トラキッングビジョンを用いた小型移動ロボットの運動状態観測設備の開発.実際の小型移動ロボットKheperaの運動を定量的に計測することを目的として,ビションによる観測システムを開発した.そこでは,パターンマッチングにより対象物体を実時間で高速追跡可能な装置であるトラッキングビジョンを用いて構築し,複数台のKheperaロボットの追跡実験を通して,それらの運動状態を同時観測可能であることを確認した.このように,現在,実機を用いた荷役作業へ向けて理論基盤と実験環境が整いつつある.平成10年度には複数の移動ロボット制御に対して,IPDアーキテクチャに基づいた行動原理を導入し,荷役運搬作業に適用し,そこでの協調行動と目的達成行動の関係について詳細な検討を行う予定である.荷役作業を自動化する試みは次世代自動化倉庫システムなどに於いて、不可欠な課題として広く認識されており、オートメーションを主軸とする産業界の主要な研究テーマとされてきた。

しかしながら、この種の問題は組み合わせ的問題として解くには計算時間がかかり過ぎるため、並列処理や自律分散処理など複数のスケジューラを用いて負荷分散をおこない、処理時間の短縮を狙う方法論が有効性が主張されてきたが、,スケジューラが適切な機能を付加されて設計がなされることが必須であり,この「適切な機能の設定」が問題解決の重要なキーポイントであった。そこで、本研究はこの問題に対して、競争系の数理モデルを応用することにより、問題の解決を試みた。荷役作業をおこなう主体をロボット群とし、各ロボットはスケジューリングの機能と層役作業の両方の機能を有するものとした。全体の荷役作業の処理効率はロボット群の作業効率によって測定可能であるので、作業効率をロボット群全体への評価値としてフィードバックすることにより、各ロボットはその評価値をもとに機能設計を独自の判断で行えるような自己学習系を構築した。このような設定のもとに、自己学習系は競争系の数理モデルの一つである囚人のジレンマを拡張したIPDアーキテクチャにより構築し、この数理モデルを用いた荷役作業問題への適用結果が、本研究の成果としてまとめられている。すなわち本研究の結論として、荷役問題というスケジューリングと作業分担、組み合わせ問題などの2種類以上の問題が複雑に入り組んだ問題に対して、IPDアーキテクチャという新しい概念を導入することにより、ロボットのスケジューラを自己の評価基準に基づいて自律的に設計できるような方法論を構築し、さらにこのようなロボット群を用いて荷役作業という課題に取り組むロボット社会システムの様相を明らかにし、論文等に公表した。
原生生物光センサー物質の合成時における発現物質のクローニング

赤色色素を産生、蓄積する原生生物ブレファリズマとその培地素材を、高知大学理学部自然環境科学科松岡達臣教授から供与していただき、当研究機関で安定的に培養することに成功した。暗所で培養したブレファリズマを集め、2°Cの実験液(1mM CaCl_2,1mM KCl,5mM Tris-HCl,pH 7.2)に数秒間懸濁することで低温刺激を与え、色素を失わせた後、再び暗所培養に戻し、色素を回復させた。色素量回復途上のブレファリズマを回収し、total RNAを抽出し、mRNAを精製した。暗所培養した(低温刺激を施していない)ブレファリズマからもmRNAを調製した。これらのmRNA試料を、Clontech社のPCR-Select^<TM> cDNA Subtraction Kitを用いてcDNA化、サブトラクション反応および増幅を行った。このキットはPCR反応を応用し、2種類のmRNAグループから共通する配列を排除し、1グループに特異的あるいは優勢的に発現している配列のみを得ることを目的としたものである。得られる配列は、キットの仕様上cDNAの制限酵素(Rsa I)断片である。得られたcDNAをpGEMベクターに挿入後、大腸菌(DH5α)に形質転換し、有望な単一コロニーからプラスミドを調製した。これらをオートシーケンサー(ABI 310 Applied Biosystems社)で解析した結果、200bp750bpの34種類のRsa I断片の配列を決定することに成功した。データベース検索の結果、細胞骨格であるチューブリン、植物のフルクトースビスリン酸アルドラーゼなどに相同性のあるものの他、機能不明なcDNA配列や相同性の低いものしか見つからないものもあった。今回得られた配列を元に、プライマーを設計し、リアルタイムPCRによって、真に発現に差のあるものを絞り込み、その全長を決定する予定である。暗所で培養したブレファリズマを集め、2°Cの実験液(1mM CaCl_2, 1mM KCl, 5mM Tris-HCl, pH7.2)に数秒間懸濁することで低温刺激を与え、色素を失わせた後、再び暗所培養に戻し、色素を回復させた。これらのmRNA試料とし、Clontech社のPCR-select^<TM> cDNA Subtraction Kitを用いてcDNA化、サブトラクション反応および増幅を行った。このキットはPCR反応を応用し、2種類のmRNAグループから共通する配列を排除し、1グループに特異的あるいは優勢適に発現している配列のみを得ることを目的としたものである。得られたcDNAをpGEMベクターに挿入後、大腸菌DH5αに形質転換し、有望な数十の単一コロニーからプラスミドを調製した。現在、挿入部分の末端配列をシーケンシングし、得られた配列を相同検索により解析中である。今後は、得られたクローンから、真に発現量に差のある配列を絞り込む予定である。
高臨界温度超電導体A15型Nb3Geの線材化に関する研究

本研究は, A15型Nb3Geのテープ線材化を目指して行ったものである. CVD法により,ハステロイB基板の両面にNb3Ge層を連続的にコートし,製作条件と超電導特性の関係を求めた.その結果を要約すると次のようになる.1.A15型Ne3Ge相の生成のためには,製作温度として850°C以上に加熱する必要がある.2.高Tcおよび高Jc特性を有する試料では, A15相の他にわずかにNb5Ge3相の析出が認められる.3.基板テープと生成物であるA15相は,成膜速度が遅い場合ほど顕著な反応が起きる.特に反応炉内に温度の不均一性が存在すると,蒸着したA15相の部分が高温度領域を通過することによりテープとの反応が促進されA15相が破壊されてしまう.4.最適製作条件の下で,長さ14cmの均一なTcを有するNb3Geテープを製作することができた.最高のTcは, 20, 2Kである.試料の4, 2K, 15TでのJcは7, 7×10^4A1cm^2, Hc2は25, 4Tである.今後は,さらに高Tc化を図るため精密な原料ガス組成制御を行う必要があるが,最大の課題は製作速度である.現在のテープ材の製作速度は, 0, 3m/hrであり,実用化を考えるためには, 10倍以上に上げる必要がある.現装置では, NbCl_5の蒸気圧を利用して原料供給を行うため高い搬送速度を実現することが困難である.将来は,塩素ガスを用いてNb, Geの直接塩化により,塩化物を生成し,供給する方法を検討すべき段階であると考えられる.本研究は, A15型Nb3Geのテープ線材化を目指して行ったものである. CVD法により,ハステロイB基板の両面にNb3Ge層を連続的にコートし,製作条件と超電導特性の関係を求めた.その結果を要約すると次のようになる.1.A15型Ne3Ge相の生成のためには,製作温度として850°C以上に加熱する必要がある.2.高Tcおよび高Jc特性を有する試料では, A15相の他にわずかにNb5Ge3相の析出が認められる.3.基板テープと生成物であるA15相は,成膜速度が遅い場合ほど顕著な反応が起きる.特に反応炉内に温度の不均一性が存在すると,蒸着したA15相の部分が高温度領域を通過することによりテープとの反応が促進されA15相が破壊されてしまう.4.最適製作条件の下で,長さ14cmの均一なTcを有するNb3Geテープを製作することができた.最高のTcは, 20, 2Kである.試料の4, 2K, 15TでのJcは7, 7×10^4A1cm^2, Hc2は25, 4Tである.今後は,さらに高Tc化を図るため精密な原料ガス組成制御を行う必要があるが,最大の課題は製作速度である.現在のテープ材の製作速度は, 0, 3m/hrであり,実用化を考えるためには, 10倍以上に上げる必要がある.現装置では, NbCl_5の蒸気圧を利用して原料供給を行うため高い搬送速度を実現することが困難である.将来は,塩素ガスを用いてNb, Geの直接塩化により,塩化物を生成し,供給する方法を検討すべき段階であると考えられる.A15型【Nb_3】Geは、20Kを越える臨界温度Tcを持つ高温超電導体として知られ、上部臨界磁場【Hc_2】も37Tに達っすることから、現在実用化されている高磁場超電導材料【Nb_3】Sn、【V_3】Gaに続くものとして期待される。本研究は、CVD法により【Nb_3】Ge長尺線の製作を試み、その超電導特性および線材化技術の問題点を明らかにすることを目的としている。本年度は、長尺線製作のためCVD装置を構成し、ハステロイBテープに連続的に【Nb_3】Geの製作を行い、高Tc膜を得るためのCVDプロセスの最適化を検討した。これまでの実験結果の概要を次に示す。1.A15【Nb_3】Geの製作条件:【Nb_3】Geの製作には、原料としてNb【Cl_5】(粉末)、Ge【Cl_4】(液体)を用いた。これらの塩化物の蒸気をアルゴンガスにて反応管内に搬送した。反応管内では、塩化物の水素による還元反応が起こり、管内を移動するハステロイテープ両面に【Nb_3】Geが生成される。NbとGeの組成比は、Ge【Cl_4】側に流すアルゴンガス流量にて制御し、水素と塩化物原料とのモル比は、70以上となるよう設定し、反応管温度Tdを800900°Cの範囲で製作を行っている。その結果、試料の臨界温度Tcは、Tdと組成比に著しく影響を受け、Tdでは850900°Cが適切である。2.超電導特性:現在、14cm程度であるがテープ長手方向で均一なTcを持つ試料が得られている。試料の厚さは5μm、Tcは最高のもので20.2Kである。これらの試料を銅メッキによる安定化を施し、臨界電流密度Jcを測定した。高Tcを示す試料では、15Tの磁場で8×【10^4】
分子生物学的検索を応用した液状化検体細胞診による口腔がん早期発見の診断精度向上

本研究は、口腔擦過細胞診に癌化関連タンパクの発現検索を合わせることで、細胞診における診断精度の向上を目的としたものである。癌化関連タンパクが癌を中心として、どのように発現しているか、マイクロダイセクションおよびPCR法を用いて検索し、マッピングを行った。その結果、これらの癌化関連タンパクは、腫瘍を中心として勾配的に発現していることが明らかになった。さらに、液状化検体細胞診の免疫組織学的な裏付けを目的として、早期舌癌の切除検体を用い、癌化関連タンパクの発現増減を検証した。以上の結果より、免疫組織学的染色を併用することで、液状化検体細胞診の精度向上および、口腔癌の早期診断の可能性が示唆された。早期口腔がんの症例を対象に手術における切除検体にメスにてマーキングを行い、組織標本を作成した。マーキングを行った範囲内と腫瘍が疑われる範囲内で細胞診を施行した。初診時病態写真、CT所見、TNM分類含め臨床パラメータと合わせ、永久病理標本を作成した。現在11症例標本を作成し、解析準備は整った。今後切除検体を順次免疫染色を行い、遺伝子の発現パターンの解析を予定している。また免疫染色によって発現する範囲が術前の想定した切除範囲であるか、画像所見と一致しているかを検討する。現時点で明らかになったことは、メスにてマーキングを行った範囲は概ね、上皮内異型を示している。細胞診の結果も一致していた。また今年度はさらに症例数を増やし、免疫染色とHE染色を行い、切除範囲内で細胞診の正確性を検討していく。早期口腔がんに限定した為、症例数が予定を下回り、症例数の確保に難渋した。研究概要本研究は口腔擦過細胞診に癌化関連タンパク発現の検索を合わせることで、細胞診における偽陰性率の低下および、診断精度の向上を目的とした。先行研究として、舌扁平上皮癌の切除検体を用い、癌化関連タンパクの発現増加または減少に関する検証を行った。癌化関連タンパクとして知られるCK17, Ki-67, p53は癌化にともない発現が増加し、CK10およびCK13は発現が減少することが報告されている。これらを応用し、癌化関連タンパクが、腫瘍の主座を中心に、どのように発現されているかマッピングを行った。この結果、腫瘍の主座を中心とし、周囲の前癌状態である、異形上皮といわれる移行部において、CK17, Ki-67, p53は発現増加し、CK10/CK13は発現減少していた。また、これらの癌化関連タンパクは、腫瘍の主座を中心として勾配的に発現の増減があることが免疫組織学的に証明された。(Noguchi, Matsuhira,他5名, 2番目The Bulletin of Tokyo Dental College 56-4: 223-231, 2015)この結果を踏まえ、追加研究として早期舌癌の手術切除検体を用い、液状化検体細胞診の免疫組織学的な裏付けとして、これら癌化関連タンパクの発現増減を検証した。腫瘍主座を中心としたCK17, Ki-67, p53の発現増加を認める範囲においては、深層ならびに中層の異型細胞を認めSCC,O-HSIL(細胞診ガイドラインVer,5 2015年版日本臨床細胞学会)の診断を得た。また、異形上皮から正常粘膜組織までの移行部においては、CK10/13発現にともないO-LSIL,NILMの診断を得た。以上のことから、液状化検体細胞診に、免疫組織学的染色を併用することで、液状化検体細胞診の精度向上が期待でき、口腔癌の早期診断が可能であることが示唆された。検体数の確保に苦慮したが、概ね目的数に達し解析準備が整った。前年度は免疫染色の準備が整っておらず、試薬は注文段階だが、今年度早期より解析を開始する予定である。口腔癌研究進捗がやや遅れたことにより、消耗品購入等を一部遅らせたため、次年度使用額が生じた。免疫染色、解析のために使用予定である。
シナプティックオプトジェネティクスによるPTSDの構成的理解

心的外傷後ストレス障害(PTSD)等の不安障害において情動機構を司る神経回路の機能異常及び過剰なシナプス可塑性が指摘されているが、本神経回路の異常が病態生理の本態であるのか、それとも付随的な現象に過ぎないのかを問うことは従来の技術では困難であった。本研究では、新生・増大したスパイン特異的に集積し、光遺伝学的に樹状突起スパインを収縮させる新規光感受性シナプスプローブAS-PaRac1を用い、PTSDの病態生理における本神経回路網の意義を構成的に理解することを目的とした。そこで、PTSDにおいて異常が指摘される神経回路網の機能的なマッピングを可能にするため、AS-PaRac1プローブに加え、神経活動依存的にプレシナプスマーカーをも発現するトランスジェニックマウスを確立する。確立したマウスを用い、PTSDモデルとしての恐怖記憶形成における責任神経回路網を特定し、さらにシナプス可塑性をAS-PaRac1により直接的に操作することでこれら回路の異常がPTSD発症にどれほど寄与し得るのかを検証する。初年度では、神経活動依存的プロモーターや蛍光タンパク質の種類、発現の持続性、発現レベルの適正さの観点から選別、最適化を行った。トランスジェニックマウスの作製には、神経活動に対して急激に応答し、かつ2-3日で分解され"適正な発現レベルを満たす組み合わせのコンストラクトを見出すことが必要である。複数の発現プラスミドを作製し、子宮内電気穿孔法によりマウス胎児脳の視覚野に遺伝子導入した。蛍光タンパク質が視覚野に発現した成体マウスを用い、遮光後、光照射を行う。その後、還流固定、スライス作製、イメージングを行い各種蛍光タンパク質の輝度・局在が経時的にいかに変化するかを調べた。今後も引き続き、トランスジェニックマウスの作製により適するコンストラクトを見出す作業を継続することが必要である。
波浪場にある構造物-地盤系の破壊形態に及ぼす諸要因の影響

波浪場にある構造物-地盤系の破壊のメカニズムとその形態に及ぼす諸要因の影響を調べるために,試作した高変動圧載荷装置及び土槽傾斜装置を用いて一連の模型実験を行った.外力の作用条件の違いによる影響や破壊の評価法及び堆積構造異方性が支持力-側方変形挙動に与える影響について調べた.得られた結果は,以下のようである.1)波浪場にある構造物-地盤系において想定される破壊モードを,試作した高変動圧載荷装置を用いて再現し,支持力・変形特性を明らかにした.波浪場にある構造物-地盤系では,その破壊は外力の大きさ,作用方向によって変化することが示された.特に,沈下破壊モードの場合,波浪のような繰返し荷重条件と徐々に沈下が進行するような静的荷重条件では,地盤内に生じる変形挙動は基本的に差が現れないことが明らかにされた.すなわち,荷重条件によらず,地盤破壊は構造物の沈下形態に強く影響を受けることが示された.2)地盤条件の違いによる影響を調べるために,砂地盤の堆積状態を水平方向だけではなく,任意の堆積角に設定し,模型実験を行った.堆積構造異方性の影響は,力の作用方向と地盤の堆積角とのなす角によって一義的に評価可能である.また側方流動挙動は,載荷条件の影響よりは不同沈下量に敏感に反応することが明らかにされた.3)波浪場のように複雑に破壊モードが変化する環境下では,破壊基準の評価が重要になるが,それらの破壊はモーメント,鉛直力,水平力を用いた破壊包絡線を用いることによって一義的に評価できることが明らかにされた.波浪場にあるような構造物-地盤系の安定性を評価する上で,この破壊基準は有用である.4)破壊モード及び寸法効果の影響を受けない土量比パラメータを見い出した.このパラメータは,地盤条件,例えば,堆積構造異方性の影響も考慮できる変形パラメータとして工学的に有用であることが明らかにされた.また,このパラメータを用いた構造物の沈下量-水平移動量推定式は,地盤内に測方変形が生じるような場合では,実測値を良く表現できることが明らかにされた.このように,波浪場にある構造物-地盤系で想定される載荷条件や地盤条件下で行われた実験結果から,本研究では破壊形態に及ぼす諸要因の影響を解明するための基礎資料が収集されている.波浪場にある構造物-地盤系のメカニズムとその破壊形態に及ぼす影響を調べるために、本年度は種々の破壊モードの構造物-地盤系の支持力-変形特性を調べた。以下のことが明らかにされている。1)波浪場にある構造物-地盤系において、想定される破壊モードを新たに試作した高変動圧載荷装置を用いた模型実験により再現し、支持力・変形特性を明らかにした。波浪場にある構造物・地盤系では、その破壊は外力の大きさ、作用方向によって変化することが示された。特に、沈下破壊モードでは、波浪のような繰返し荷重条件と静的荷重条件では、地盤内に生じる変形挙動は基本的に差が現れないことが明らかにされた。すなわち、荷重条件によらず、地盤破壊は構造物の沈下形態に強く影響を受けることが示された。2)このような複雑な破壊モードでは、破壊基準の評価が重要になるが、モーメント、鉛直力、水平力を用いた破壊包絡線を用いることによって一義的に評価できることが明らかにされた。このことは波浪場にあるような構造物-地盤系の安定性を評価する上で有効であることを示すものである。3)構造物支持地盤の変形特性を破壊モードによらず一義的に表現可能な式を提案した。この関係式は、地盤材料(例えば、破砕性火山性粗粒土の用いた模型地盤)によって種々変化する可能性がある。次年度の検討課題である。4)静的条件で得られた変形特性に基づいて、繰返し荷重場にある変形特性を推定可能な式を提案した。今後は、この式の有効性を検討する予定である。波浪場にある構造物-地盤系の破壊のメカニズムとその形態に及ぼす諸要因の影響を調べるために,試作した高変動圧載荷装置及び土槽傾斜装置を用いて一連の模型実験を行った.外力の作用条件の違いによる影響や破壊の評価法及び堆積構造異方性が支持力-側方変形挙動に与える影響について調べた.得られた結果は,以下のようである.1)波浪場にある構造物-地盤系において想定される破壊モードを,試作した高変動圧載荷装置を用いて再現し,支持力・変形特性を明らかにした.波浪場にある構造物-地盤系では,その破壊は外力の大きさ,作用方向によって変化することが示された.特に,沈下破壊モードの場合,波浪のような繰返し荷重条件と徐々に沈下が進行するような静的荷重条件では,地盤内に生じる変形挙動は基本的に差が現れないことが明らかにされた.すなわち,荷重条件によらず,地盤破壊は構造物の沈下形態に強く影響を受けることが示された.2)地盤条件の違いによる影響を調べるために,砂地盤の堆積状態を水平方向だけではなく,任意の堆積角に設定し,模型実験を行った.堆積構造異方性の影響は,力の作用方向と地盤の堆積角とのなす角によって一義的に評価可能である.また側方流動挙動は,載荷条件の影響よりは不同沈下量に敏感に反応することが明らかにされた.

3)波浪場のように複雑に破壊モードが変化する環境下では,破壊基準の評価が重要になるが,それらの破壊はモーメント,鉛直力,水平力を用いた破壊包絡線を用いることによって一義的に評価できることが明らかにされた.波浪場にあるような構造物-地盤系の安定性を評価する上で,この破壊基準は有用である.4)破壊モード及び寸法効果の影響を受けない土量比パラメータを見い出した.このパラメータは,地盤条件,例えば,堆積構造異方性の影響も考慮できる変形パラメータとして工学的に有用であることが明らかにされた.また,このパラメータを用いた構造物の沈下量-水平移動量推定式は,地盤内に測方変形が生じるような場合では,実測値を良く表現できることが明らかにされた.このように,波浪場にある構造物-地盤系で想定される載荷条件や地盤条件下で行われた実験結果から,本研究では破壊形態に及ぼす諸要因の影響を解明するための基礎資料が収集されている.
唾液タンパク質由来ペプチドを用い新しい口腔ケア方法の開発

本研究の目的は、唾液タンパク質に由来するペプチドを用いた新しい口腔ケア方法の開発をすることである。S. mutansを凝集させる唾液凝集素(gp-340)のアミノ酸配列を基に作製した1026アミノ酸から成る8種類のペプチド(SRCRP1-7,SID22)のうち、同菌の凝集誘導能力を持つSRCRP2およびSRCRP5を用いてさらなる検索を行った。S. mutansの野生株は、唾液タンパク質による凝集に関与する因子である菌体表層蛋白質抗原PAcを持つ。このPAcを欠失した変異株に対するSRCRP2およびSRCRP5の作用を比較した結果、SRCRP5は菌体凝集を誘導したことからSRCRP5は菌体のPAc以外の部位と反応して凝集を誘導することが考えられた。次に8種類のペプチドとPAcの結合反応をELISA法で調べたところ、SRCRP2のみが強く結合することが認められ、この反応はカルシウムイオン非依存性であった。すなわちSRCRP2はPAcと反応するgp-340の機能領域であることが認められた。また、S. mutans野生株のgp-340への付着をSRCRP2は抑制することが認められた。これらの結果から、gp-340由来のペプチドSRCRP2は菌体の凝集促進および菌体の歯面付着阻害効果を持ち、SRCRP5は凝集促進効果を持つことが明らかとなった。この2つのペプチドを用いることにより、口腔バイオフィルムの形成に重要な役割を果たすS. mutansの歯面付着を制御できる可能性が示唆された。まず4種類の代表的な口腔内レンサ球菌(Streptococcus sanguis, Streptococcusoralis, Streptococcus gordonii, Streptococcus mutans)それぞれを凝集させる唾液凝集素をヒト全唾液から精製し、4種類の菌株との反応性を調べた。いずれの凝集素も高分子糖タンパク質とS-IgAの複合体から成りSDS-PAGEでは同様の像を示したが、各菌株を凝集させる能力には差が認められた。すなわち4種類の凝集素は全てS.mutansを凝集させるが、S.mutansを凝集させる凝集素は他の菌の凝集を誘導しないことなどが明らかとなった。またS.oralisについては、凝集素の非存在下でもカルシウムイオン単独で凝集を生じ、他の菌種とは異なる反応性を示すことが認められた。次にS.mutansを凝集させる凝集素(gp-340)のアミノ酸配列を基に1026アミノ酸から成る8種類のペプチド(SRCRP1-7,SID22)を設計、精製して同菌の凝集を誘導する能力を調べた。その結果、SRCRP2およびSRCRP5が菌体凝集活性を示し、特にSRCRP5が強い活性を示した。また、この凝集はEDTA存在下でも生じ、カルシウムイオン非依存性であることも認められた。一方で64名の対象者(20歳)について唾液凝集素の濃度を測定し、5種類のう蝕リスクマーカーとの関係を調べた。その結果、凝集素濃度と%DMFTおよび%DMFSとの間に有意な正の相関が認められ、唾液凝集素濃度はう蝕発症のリスク診断因子として活用できる可能性が示唆された。
新規フェルラ酸誘導体の脳虚血性嚥下反射障害に対する予防・改善効果に関する基礎研究

嚥下障害は、脳梗塞等の脳血管障害に起因し、低栄養や誤嚥性肺炎のリスクを増大させる。本研究において我々は、天然物のフェルラ酸(FA)をシード化合物として、FAよりも優れた脳保護効果を有する誘導体(FAD)の創出を試みた。抗酸化能および細胞保護効果を指標としたスクリーニングにより、毒性が低く、FAよりも効果の強いFAD012を見出した。FAD012の長期経口投与は、ラットの慢性脳低灌流処置による脳血流量の減少を軽減し、嚥下反射潜時の延長および回数の減少を抑制した。これらの結果より、FAD012は、虚血時の脳血流を維持することにより脳障害を抑制し、嚥下反射機能障害を軽減することが明らかとなった。嚥下障害は、経口摂食障害による低栄養や誤嚥性肺炎リスクをもたらす。しかし現在、嚥下障害に適応を持つ有用な医薬品は存在せず、その対策が急がれている。これまでに研究代表者らは、米ぬか等に含まれる抗酸化物質のフェルラ酸(FA)が慢性脳低灌流モデルラットの虚血性脳障害を軽減し、嚥下反射機能の低下を予防・改善することを見出している。そこで本研究では、FAよりも安定でかつ吸収性に優れ、有効性が高い新規フェルラ酸誘導体(FAD)を合成・探索し、モデル動物の嚥下反射機能障害に対する予防・改善効果を明らかにすることとした。平成25年度は、13種類の新規FADを設計し、効率的な合成法を確立するとともに、これらのFADについて、抗酸化活性を指標にスクリーニングを行い、比較的強い活性を示した化合物について、FAよりも強い神経細胞保護効果を有する候補化合物を探索した。FADの抗酸化活性評価の結果に基づき、抗酸化活性が比較的強かったFAD012の細胞保護効果をPC12細胞を用いて検討したところ、FAD012は、FAよりも低濃度で細胞保護効果を示すことが明らかになった。これは、FAD012は脂溶性が高いこと、および化学構造的にFAよりも安定した作用を発現したことによると考えられる。今後、FAD012の細胞保護作用メカニズムの詳細を明らかにするとともに、さらに強い神経保護効果を有する化合物を探索することにより、酸化ストレスに起因する神経疾患の予防や治療薬の開発に有益な情報を提供できると考えている。嚥下障害は、昨今の高齢社会の到来により社会的に深刻な負担をもたらしているにも関わらず、現在、適応を持つ医薬品は存在せず、有効な予防・治療法の開発ニーズが極めて高くなっている。フェルラ酸は、植物の細胞壁を構成するリグニンの分解産物であり、比較的強い抗酸化活性を有し、神経細胞保護作用を示す。本研究では、脳血管障害による脳障害およびこれに伴う嚥下障害の予防・改善に有効な化合物の開発を目的として、新規フェルラ酸誘導体の設計・合成および有効性評価を行ってきた。当研究グループは、平成25年度末までに、13種類のフェルラ酸誘導体を合成し、これら化合物の抗酸化活性および細胞保護効果を指標として候補化合物を探索し、FAよりも強い効果を示すFAD012を見出した。平成26年度は引き続き、FAD012の細胞保護効果のメカニズムを検討した。FAD012はフェルラ酸と同様に細胞毒性が低く、過酸化水素による細胞死に対してフェルラ酸よりも強い抑制効果を示した。FAD012は過酸化水素による細胞内活性酸素種の増加を濃度依存的に抑制するとともに、Erk1/2経路の活性化を介して抗アポトーシス因子であるBcl-2の発現を増加させ、酸化ストレスによるアポトーシスを抑制することが明らかになった。さらに、FAD012の嚥下反射機能予防・改善効果を、両側総頚動脈結紮によって作製した慢性脳循環障害による嚥下障害モデル動物を用いて検証した結果、FAD012は、フェルラ酸よりも低濃度で嚥下反射機能障害軽減効果を示すことが明らかになった。FAD012は、総頚動脈結紮時の脳血流量低下を顕著に抑制した。これはフェルラ酸には見られない作用であり、FAD012は虚血時の脳血流量を維持することによって脳障害を軽減し、加えて虚血による酸化ストレス障害を軽減することが示唆された。フェルラ酸(FA)は、植物の細胞壁を構成するリグニンの分解産物であり、脳機能改善効果が期待されるサプリメントである。本研究では、脳血管障害による脳障害およびこれに伴う嚥下障害の予防・改善に有効な化合物の開発を目的として、FA誘導体の設計・合成および有効性評価を行った。抗酸化活性および細胞保護効果を指標としてスクリーニングした結果、FAよりも強い効果を示すFAD012を見出した。FAD012はFAと同様に細胞毒性が低く、過酸化水素による細胞死に対してFAよりも強い抑制効果を示した。FAD012は過酸化水素による細胞内活性酸素種の増加を抑制するとともに、Erk1/2経路を介してBcl-2の発現を増加させ、酸化ストレスによるアポトーシスを抑制することが明らかになった。さらに、FAD012の嚥下反射機能予防・改善効果を、両側総頚動脈結紮(2VO)による嚥下障害モデルラットを用いて検証した結果、FAD012は、FAよりも低濃度で嚥下反射機能障害軽減効果を示すことが明らかになった。また、FAD012は、2VO処置による虚血時の脳血流低下を顕著に抑制し、ラットの死亡率を低下させた。