hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ソフトウェア技術者養成のための教室で実施可能なコミュニケーション型教育法の研究

情報システム開発ではソフトウェア技術の専門的な知識だけではなく、その知識を活用するコミュニケーション能力が重要となる。しかし、従来、教室内での知識伝達主体の授業では、専門知識が拙い受講者に専門的コミュニケーションを能動的に体験をさせることが難しい問題があった。本研究では、システム開発技術者・教育者への調査を基礎に、体系的に授業で学んだ情報システムに関する知識とコミュニケーションとの関係に気づかせ、情報システム開発に対する知見を深める教材を開発した。本研究は大学教育でソフトウェア技術者を育成する際に、企業等のソフトウェア開発の場に学生を参加させることなく、教室内での教育によってソフトウェア開発における基礎的コミュニケーション能力を錬成するための教材とその教育方法を研究することが目的である。具体的にはソフトウェア開発の専門知識をコミュニケーションの場で運用するための方法論を明らかにすることにより、その方法に関わる知識を記述するとともに、その方法論を実現する会話の特質を会話・談話構造分析の手法を用いて研究する。この知識記述と会話例を教材として活用して、従来のロールプレイやグループディスカッション等のコミュニケーション型教育の実践方法、段階的教育方法、評価方法等における弱点を改善し、基礎能力の演習方法や評価方法を理論的に検討することにより、より効果的な教育方法を体系的に整備する。研究2年目にあたる平成25年度は前年度の成果を踏まえ、前年度に作成した教材にもとづいて、教材会議のトピックを増やすとともに改良を加え、実施方法の改善も行った。その妥当性や課題を検討するために、前年度も実施した少人数教室の他に、通常規模の講義型授業内の演習としての実施、100名を超える大人数教室における実施、勤務校以外での専門知識が異なる学生への実施を行った。また、それらの経験者アンケートおよび実施内容の収録を題材として、情報システム開発を経験した技術者を交えて多様な視点から分析・評価を行った。本研究では大学教育でソフトウェア技術者を育成する際に、企業等のソフトウェア開発の場に学生を参加させることなく、教室での教育によってソフトウェア開発における基礎的コミュニケーション能力を錬成するための教材とその教育方法を研究することが目的である。具体的には、ソフトウェア開発の専門知識をコミュニケーションの場で運用するための方法論を明らかにすることにより、その方法に関わる知識を記述するとともに、その方法論を実現する会話例を会話・談話構造分析に基づいて作成する。この知識記述と会話例を教材として活用して、従来のロールプレイやグループディスカッション等のコミュニケーション型教育の実践方法、段階的教育方法、評価方法における弱点を改善し、基礎能力の演習方法や評価方法を理論的に検討することにより、より効果的な教育方法を体系的に整備する。研究初年度の平成24年度は、以上の研究目的に従い、コンピュータシステム開発に従事してきた現場経験豊富な技術者にアンケート調査を行い、新入社員や経験の浅い技術者が現場活動において未修得で、かつ獲得が期待される能力について調査・分析を行った。また、現場経験の少ない大学生に現実に運用されている重要なシステム事例の知識を「事例カード」に整理するため、ソフトウェア工学における外国および国内の資料を広く収集し、業務の類型化を進める調査を行った。また、左記の調査に基づいて、5つの類型にシステム開発のトピックを整理した上で教室教材を作成し、実際にシステム作成を学ぶ少人数授業において学生に模擬開発会議を実践させる試みを実施した。左記の授業実験の結果、大学生のコミュニケーション能力の実際を把握することができ、次年度以降の教材作成の精緻化と拡張に対して有益な知見を得ることができ、研究計画をより具体的にすることができた。研究最終年度は、前年度までに研究・開発してきた教材をより汎用的・効果的に運用するための教材改良、情報システムに関わる多様な授業での教育実践、そして、行った研究・開発の紹介を目的とした各種会合への参加・発表を行った。具体的には次の通りである。1、情報システム開発の経験を持つ技術者や情報系教育に関わる複数の研究協力者に前年度までの教材実施内容を収録資料・アンケート結果等を用いて紹介し、有用性について評価・検討を行うとともに、より広く有益に研究結果を活用するための意見を収集・整理した。2、上記の意見に基づき、授業実践者の授業内容に柔軟に適用できるよう、基礎から高度まで広範な情報処理技術者試験の過去問題を分析し、また、インターネット上での情報システム事例紹介も参考にした上で、教材の場面トピックを体系的に整理した。その結果、議論題材に用いるシステム例を容易に変更し、参加者のレベルや教育目的に柔軟に対応できる教材・教育方法となった。3、当初の試作教材においてはコミュニケーション課題実践のために例文集の事前予習や参照が必要であった問題を改善するため、昨年度より導入したコミュニケーションゲームの手法の応用を発展させ、より広い専門的文脈のトピックや場面において、専門文脈で参加者が自律的に発話できる工夫を進め、参加者が能動的に専門的文脈のコミュニケーションを経験できるようになった。4、研究・開発した教材の紹介を行うため、情報システム開発系・情報教育系学会の研究会等で積極的に発表するとともに、アクティブラーニング等の意見交換を行う会合にも参加し、教材の公開方法や実践方法について幅広く意見交換を行った。また、教材実践のための公開ワークショップを実施した。

なお、補助終了後も継続的に研究・開発した教材の紹介や運用ノウハウを公表していくためのインターネットページも整備した。情報工学平成25年度前半は、前年度である平成24年度後半に作成した教材とその実施について、コンピュータシステム開発経験をもつ技術者との会合を原則毎月開き、様々な観点からの意見収集を行った。その結果、会議トピックをより体系的に広げられないかとの指摘があり、また、実施例が少人数教室のみの実績のみであることから、社員研修を含む、多様な授業条件下での実施例を収集することについて提案があった。前者の指摘は、システム開発業界で一般的な資格として認知されている情報処理技術者試験や市販されているソフトウェア工学分野の教科書例題と、教材の会議トピックとの連携を強めることが、授業内実施の汎用性高め、実施対象を広げる可能性があり、学生に対する評価もより行いやすくなるとの指摘である。平成25年度はその指摘に則して、教材の修正および追加を行った。後者の提案については、教材開発者以外でも円滑に授業実施できるように、授業実施の準備や前提となる教示が軽減されるよう、「事例カード」「会話例集」を少量かつ簡潔な提示資料にする改良・工夫を行った。以上の指摘や提案に対応して教材の改良・修正を行い、それに基づいて、平成25年度後半期は前年度も実施した少人数教室の他に、通常規模の講義型授業内の演習とした実施、100名を超える大人数教室における実施、勤務校以外での専門知識が異なる学生への実施を行った。この実施結果については、今までのようなインタビュー形式ではなく、情報システム開発経験者を交えて会話・授業結果のデータレビューを行い、現時点での教材の有効性を確認するとともに、教材の有用性や学習効果の評価を行い、今後の課題を明らかにすることができた。研究の前提となる、企業による実習によって錬成が期待されてきた実践的能力を調査するため、15名のコンピュータシステム開発を経験してきた技術者に対してアンケート調査を実施し、システム開発において必要な能力について分析を行った。その結果、企業からシステム開発技術者に要求・期待されている能力には、確かに、コミュニケーション能力の諸要素能力があり、それがシステム開発の過程において重要な役割を持つことを確認した。さらにこの調査結果を教材作成につなげていく方針について、企業参加者の多い学会研究会において発表を行い、関連する研究者だけではなく、現場技術者からの意見も収集した。以上の知見を踏まえて、実際に5つの類型に整理したシステム開発のトピックに関して教材を試作し、年度下半期には、その試作教材を使った授業実践を行った。具体的には、学生に一定のシステム開発知識を「事例カード」で提供し、会議談話の基本例を「会話例集」を通して提供した上で、模擬の開発会議を実践した。
頭骨形態に基づく絶滅哺乳類の水棲適応の解明ー束柱類を中心にー

2017年度は、束柱類の内耳形態についての研究を遂行した。PaleoparadoxiaおよびDesmostylusの内耳形態を明らかにするために、内耳を含む両属の頭骨の一部に対し、CTスキャンを実施し、内耳を得られたCT画像を用いて立体構築し、復元した。この得られたデータをもとに、最低可聴周波数の特定、聴覚の指標となる蝸牛の複数箇所の計測、および三半規管の計測を実施し、他の海棲哺乳類および陸棲哺乳類と形態比較を行った。その結果、両属で最低可聴周波数に大きな違いが見られ、DesmostylusはInfrasonic hearingと呼ばれる低周波を聞く能力を有していたものの、Paleoparadoxiaは最低可聴周波数がかなり高く、低周波を聞くことができなかったことが明らかになった。これらの違いは両属のコミュニケーション形式の違いを反映していると考えられる。また、蝸牛の形態を他の海棲哺乳類および陸棲哺乳類を含むデータマトリックスを用いて主成分分析を実施したところ、現生の鯨類および陸棲哺乳類、半水棲哺乳類とは大きく異なるモルフォスペースを示し、ムカシクジラ類や鰭脚類、歯のあるヒゲクジラ類と重複するモルフォスペースを持つことが明らかになった。このことから、束柱類は水中で音を聞く能力を十分に有していたものの、ハクジラやヒゲクジラのように極端な高周波、および極端な低周波を聞いていたとは考えられない。さらに、三半規管の形態を蝸牛同様他の海棲哺乳類および陸棲哺乳類と比較したところ、束柱類の三半規管のductの太さは哺乳類史上最大であると言われてきたゼニガタアザラシよりも有意に大きく、哺乳類最大の三半規管のductを持っていていたことが明らかになった。このことから、束柱類は非常に敏感な感覚能力を有していたことが明らかになった。29年度が最終年度であるため、記入しない。束柱類はテチス獣類(もしくは奇蹄類)に属する漸新世から中新世の北部環太平洋に広く生息していた完全に絶滅した海棲哺乳類の1クレードである.束柱類の水棲適応や古生態は従来の手法を用いた解析では明らかに出来ない部分が多く,新たな手法を用いてその進化過程を明らかにする必要がある.そこで束柱類を中心とした絶滅哺乳類の化石から抽出可能な水棲適応の指標を構築するために,まず現生哺乳類の頭骨の脳神経形態・内部形態・感覚器形態の水棲生活に伴う変化に着目した.現生哺乳類頭骨標本のCTスキャンを実施し,取得したCTデータをもとに三次元デジタルモデル構築ソフトであるAVIZOを用いて脳と頭骨のデジタル三次元モデルの作成を行った.作成したデジタル三次元モデルを基に感覚器,脳神経形態の計測を行い,それらのサイズと水棲適応の関係を調査する.そして,そこで得られた結果を束柱類の化石標本のCTデータへ適応し,束柱類の水棲適応度を明らかにする.現生哺乳類頭骨標本のCTスキャンを実施し,現生の哺乳類の主なクレードを全て網羅する97種のCTスキャンを実施し,CTデータから脳と頭骨のデジタル三次元構築を実施した.嗅覚や視覚に関わる部位の計測を行い,それらのサイズが水棲適応度によって異なるか検定を行った結果,嗅覚に関わる形質と視覚に関わる形質のうち,視神経孔の太さが各水棲適応度によって有意に異なるという結果が得られた.また,視覚に関わる形質のうち,眼窩の次に,束柱類PaleoparadoxiaのCTデータから現生哺乳類同様に脳と頭骨のデジタル三次元構築を実施し,嗅覚や視覚に関わる部位の計測を行った.上記結果にこのPaleoparadoxiaのCTデータの結果を応用したところ, Paleoparadoxiaの水棲適応度は半水棲程度と推定された.非常に多くの現生哺乳類の高解像度のCTデータを取得でき,それらを用いた解析を実施し、頭骨形態から水棲適応度の指標となる形質を複数明らかにすることができた.頭骨形態に併せて進化シーケンスや古生態を明らかにする上で重要な系統関係や古生物地理についての検討も実施し,一定の結果を得られ,束柱類の進化の議論を行うための十分な基盤も構築することに成功した.以上の理由から計画以上の結果が得られたと考える.2017年度は、束柱類の内耳形態についての研究を遂行した。

このことから、束柱類は水中で音を聞く能力を十分に有していたものの、ハクジラやヒゲクジラのように極端な高周波、および極端な低周波を聞いていたとは考えられない。さらに、三半規管の形態を蝸牛同様他の海棲哺乳類および陸棲哺乳類と比較したところ、束柱類の三半規管のductの太さは哺乳類史上最大であると言われてきたゼニガタアザラシよりも有意に大きく、哺乳類最大の三半規管のductを持っていていたことが明らかになった。このことから、束柱類は非常に敏感な感覚能力を有していたことが明らかになった。今後は国内外の束柱類及び束柱類に近縁な哺乳類の調査を進めたい.加えて、今回検討した以外の感覚器についても解析を実施していく予定である.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。
脆性固体の破壊挙動に関する計算力学的研究

本研究では、耐熱材・耐摩耗材として有望なファインセラミックス、海洋構造物の一素材として鉄鋼との複合構造化が期待されるコンクリ-ト、あるいは氷盤、コバルトクラストなどの脆性固体の破壊強度問題に対し、(1)連続体損傷力学および内部状態変数表示の構成方程式に基づく有限要素解析、および(2)ボロノイ分割メッシュによる多結晶体モデルの準微視的シミュレ-ション、を柱とした計算力学的アプロ-チを確立し、脆性固体・破壊挙動解明の一助とすることを目的として、以下の研究を実施した。すなわち、(1)脆性体・材料挙動の微視的考察に基づき、連続体損傷力学の手法を用いて、セラミック材料に対する内部状態変数表示の構成関係(応力・ひずみ関係)のモデル化を行なった。(2)誘導した構成方程式を、増分理論に基づく有限要素解析に導入し、セラミックスの破壊問題(亀裂問題)に対する系統的な数値計算を行ない、高靱性化問題に関するいくつかの知見を得た。(3)連続体力学レベルの有限要素解析では解明の因難な微視的破壊挙動に対し、ボロノイ分割メッシュを用いた剛体・ばねモデルによる結晶粒レベルのシミュレ-ションを行なった。2次元計算により、比例応力下におけるマイクロクラックの進展・飽和過程を解明し、3次元計算により、マイクロクラック密度と弾性係数の関係を把握した。購入したカラ-プリンタは、シミュレ-ション結果のポスト処理に有効に活用された。
単粒子計測技術を用いた多孔質電極の速度論的解析と設計

エネルギー密度と出力密度に優れ、かつ高い安全性を有する次世代リチウム二次電池の実現には、これまでの平衡論を主体とした検討に速度論的な議論を加えた高精度な電極設計が求められる。本研究では、長寿命で安全な電池を設計する上で最も重要な速度論的パラメータの一つである充放電に伴う電極活物質の膨張収縮応力を明らかにすることを目的とした。本年度は測定系の確立を主な目標とし、電極活物質粒子1つを対象に充電や放電に伴う膨張収縮応力を計測できる集電プローブを開発した。負極活物質の一つであるシリコンを対象に検討を重ね、計測システムとしての基本骨格を確立した。現在、応力計測の応答性を高め、高電流密度での評価を含めたより精密な測定を可能にするための集電プローブの改良に取り組んでいる。計算機シミュレーションから既に構築すべき集電プローブの形を明らかにできているため、改良を円滑に進められる状況にある。また、本集電プローブの粒子を挟持できる特徴を活かし、電気化学的な評価を終えた電極活物質粒子を洗浄・乾燥し、他の分析へ適用する検討も実施した。電気化学測定後に走査型電子顕微鏡観察を実施するプロトコルについては既に確立できており、今後はラマン分光測定など別の分析に関しても連続して実施できるよう検討を進める。ただし、充電された試料に関しては不活性雰囲気下での取り扱いが必要なため、試料搬送用のトランスファーベッセルを開発する。ほぼ当初の計画通り研究が進捗しており問題はない。速度論的な議論をより詳しく行うためには、充放電に伴う電極活物質の膨張収縮応力をより精密に測定することが求められる。測定プローブを加工することで応答性を向上できることを計算機シミュレーションから明らかにできており、今後はその計算結果に基づいた改良を実施する。開発したフォースセンサを備えたピンセット型集電プローブを用い、充放電時に電極活物質が膨張収縮して発生する応力をより精密に測定できるよう計測システムへ改良を加える。今後は特に電流密度を変化させた際に応力発生がどのように追随するかを明らかにし、より速度論的な観点から電極活物質の変化を考察する。シリコン系負極だけでなく高容量の正極材料も測定対象とする。また、電気化学計測の結果をより深く議論するために、試験後の粒子を走査型電子顕微鏡観察に加え、ラマン分光測定で連続して分析するプロトコルを確立する。ただし、高感度電気化学計測を行うための電気化学アナライザーの導入が優先であるため、本連続分析に必要なトランスファーベッセルの開発については可能な範囲で実施する。
妊娠中の肝機能異常における自己傷害性T細胞の関与の検討

B7-H1ノックアウトマウスの肝臓には、自己傷害性と思われるPD-1陽性のT細胞が蓄積している。その細胞群を刺激すると肝障害がおこる。これらの細胞群が妊娠中の肝障害に何らかの影響を与えると考えられたが、妊娠マウスの肝臓におけるPD-1陽性のT細胞の増加ははっきりと認められず、肝障害との関与は否定的である。一方、マウスモデルにおいて、胎盤に表出しているB7-H1分子に対する中和抗体とT細胞のアナジーをブレイクする4-1BB抗体を投与した群は、22.2%の流産率を示した(コントロール群は、4.1%)。この事は、胎盤上のB7-H1は何らかの形で胎児免疫寛容に関与すると示す。実験に伴い、必要な抗体の作成に従事した。ハイブリドーマの培養にCELLLINEシステムを用いて大量に抗体を産生した。純度に問題を生じたため、purlification kitを用いて不純物を除く予定である。妊娠中における肝機能異常における自己傷害性T細胞の関与の検討を行うために、マウスを用い実験した。前実験によって妊娠マウスの肝臓において活性化した自己傷害性細胞(PD-1陽性:B7-H1分子のレセプター)の出現の増加が認められていた。しかしながら、実験を繰り返すうちに、PD-1陽性の細胞の出現の傾向が一定しなくなった。このモデルでは、胎児への抗原性がはっきりわからないため、もう少しはっきりとしたモデルが必要になった。そこで、H-Yトランスジェニックマウス(雄抗原に特異的なT細胞レセプターを持つマウス)を購入して、胎児の雄抗原に対して母体が認識しているかを検討することとし、またそれらの細胞がPD-1を発現しているかを検討することとした。また、もう一つの問題としてallogenicな胎児の抗原が母体にはっきりと認識されているのかどうかのチェックが必要となった。したがってB6とBalb/cマウスをもちいてsyngenicとallogenicなモデルをおちいて妊娠中のマウスにCFSEでラベルした細胞を妊娠12日目に投与してallo抗原に反応してCSFEの分裂が認められるかどうかをチェックすることとした。その胎児抗原を母体が認識できるかどうかをチェックしたのちに、流産モデル(CBAとDBA/2のマウス)において、B7-H1抗体と4-1BB抗体をもちいた流産率への影響を検討する予定である。人における実験として妊娠性高血圧症、妊娠悪阻の患者において自己反応性のPD-1陽性細胞の出現が認められるかどうかをチェックするため、患者血をあるめる準備をしている段階です。B7-H1ノックアウトマウスの肝臓には、PD-1陽性の自己反応性のT細胞が蓄積している。細胞活性を増加させる4-1BB抗体を投与すると肝障害が生じことが解っている。妊娠においても、胎児抗原に対する免疫応答が起こっている可能性が高く、妊娠中の肝臓へのPD-1陽性のT細胞が特異的に蓄積している可能性が高い。そこで、妊娠中の肝臓のPD-1陽性の細胞の増加を調べたところ、微増していることが示唆されたが、特異性がないために判断がし難い。そこで、まず、胎児抗原に対して母体が反応し、有効な細胞性免疫がおこっているかどうかを調べることとした。そこで、Balb/C雌とB6マウス雄にて交配させて、出産後にCFSEでラベルしたB6マウスの細胞を妊娠後の雌に注射したところ、有効な細胞傷害活性は認められなかった。そこで、現在、妊娠中期にB7-H1抗体と4-1BB抗体を投与した群の比較を行っている。この結果は、胎児が母体免疫より、隔離されているか、どうかを示す実験であるため、今後の方向性を決める重要な実験である。今後は、OVA抗原を胎盤に表出するモデルを作成して、OT-1T細胞を使用して同様にCFSEでラベルして妊娠マウスに投与する実験を計画中である。そのモデルを使用して、胎児抗原に対する特異的なOT-1T細胞が妊娠マウスの肝臓に蓄積するのかどうか、また、それらが間接的に肝障害を誘導するのかどうかを調べている予定である。

流産という現象は複雑な因子が関与しているために、母体の胎児特異的細胞傷害性T細胞の活性を直接評価することは難しい。そこで、我々はIn vivo CTL法(詳細は研究計画に記載)を用いて母体の胎児抗原に対するCTL活性を測定した。通常妊娠とAnti-B7-H1 Abs単独投与群では、胎児抗原に対するCTL活性が認められなかった。この結果は、B7-H1のブロッキングのみでは胎児抗原特異的CTLが誘導されない事を示した。通常の妊娠においては、炎症等のdanger signalの欠損により、胎児抗原提示の際の補助刺激シグナルが十分で無いから、CTLが誘導されないと考えられる。そこで、anti-B7-H1 Absと同時にアナジーを解除することが知られている補助刺激シグナルの4-1BB分子に対するアゴニスト抗体を投与したところ、CTL活性が確認された(Fig.2D)。しかし、(肌が誘導されたにもかかわらず胎盤の拒絶は見られなかった。これより、胎盤には胎児抗原特異的CTLから身を守る新たなバリア機構の存在が示唆された。本研究の目的は、胎児免疫寛容における胎児抗原特異的CTLの動態と胎盤のバリア機構を明らかにする事である。
血球分化のエピジェネティクス制御変遷とエネルギー代謝

研究代表者は、血球分化におけるエピジェネティクス制御の分子機構の研究を行ってきた。その過程で、ヒストン脱メチル化酵素LSD1が血球分化を促進することをゼブラフィッシュ遺伝学を駆使して発見した。本課題研究では、血球-血管内皮共通前駆細胞から最終分化を遂げた赤血球までの赤血球分化過程において、LSD1複合体がFAD結合性を含め、どのように変化し、どのようにエネルギー代謝と関連し、どのようにエピジェネティクス制御が変遷させるかを、明らかにすることを目的とした。血球-血管内皮共通前駆細胞から血球共通前駆細胞への分化は、転写因子Etv2の発現抑制が重要であるが、本年度は、まず、この制御はLSD1がEtv2遺伝子プロモーターのヒストン脱メチル化を介して行われることを明らかにし、学術雑誌に報告した(Takeuchi et al. 2015)。次に、血球共通前駆細胞から赤血球及び骨髄球に分化する段階に関しては、Gata1遺伝子を制御する因子群の遺伝子プロモーターのDNAメチル化が重要なことを浮かび上がらせた。一方、FAD合成酵素であるFlad1変異系統の解析を行ったが、こちらは明快な造血異常は観察されなかった。このことは、エネルギー代謝と造血発生の間には、大きな関連性がない可能性を推測させた。一方、Flad1変異系統では、内胚葉系臓器の発生異常が観察された。興味深いことに、LSD1変異ゼブラフィッシュでも、肝臓・膵臓・肺(魚類では鰾)といった臓器の発生異常が観察され、内胚葉系臓器の発生には、FAD量とLSD1活性の双方が必要である可能性が示された。エネルギー代謝の中軸を担うこうした臓器の発生と、FAD-LSD1軸のエピジェネティクス制御の関係は非常に興味深く、新しい研究の方向性と期待する。27年度が最終年度であるため、記入しない。細胞分化の方向性やタイミングの制御は、ヒストンやDNAのメチル基着脱などによるエピジェネティクス制御が担う。しかし、どのように分化すべき細胞が多分化能細胞から選抜され、どのように分化制御のスイッチが入るのかはよくわかっていない。未分化細胞と分化細胞で消費量や産生システムが異なるエネルギー代謝の変化が、謎を解く鍵の一つと考える。本課題研究では、血球-血管内皮共通前駆細胞から最終分化を遂げた赤血球までの赤血球分化過程において、LSD1複合体がFAD結合性を含め、どのように変化し、どのようにエネルギー代謝と関連し、どのようにエピジェネティクス制御が変遷させるかを、明らかにすることを目的とする。目的達成のために、本年度は、さまざまな血球分化段階のLSD1複合体を単離できる多重トランスジェニック系統の開発、を試み、血球前駆細胞をセルソーターにより、特異的に取り出すことができるようになった。ただし。LSD1複合体を単離するためのトランスジェニック系統の開発はまだ達成しておらず、次年度の継続課題として残った。一方、FAD合成酵素であるflad1変異系統の樹立には成功し、造血発生におけるFAD合成の影響を観察する準備が整った。ゼブラフィッシュ胚から血球前駆細胞を特異的に取り出すことができるようになったのは重要な成果である。ただし、LSD1複合体を単離するためのトランスジェニック系統の樹立はまだであり、迅速に対応する必要がある。一方、flad

1変異系統の開発は貴重な成果で有り、次年度の解析が楽しみである。27年度が最終年度であるため、記入しない。LSD1複合体を単離するためのトランスジェニック系統の樹立を急ぎ、樹立できた暁には、L各種血球前駆細胞からのLSD1複合体単離を試みる。具体的には、当初計画の、1)さまざまな血球分化段階のLSD1複合体を単離できる多重トランスジェニック系統の開発、を行い、その後、2)さまざまな血球分化段階のLSD1複合体の比較解析、を試みる。一方、初年度に樹立されたflad1変異系統胚を用いて、各種血球マーカーを調べ、FAD合成の減弱が、造血発生にどう影響されるか調べる。これは、当初計画の、3)FAD量が減弱するゼブラフィッシュ系統の開発、が部分的に達成されたことになり、この系統を用いて、血球分化障害の解析、と、LSD1の動態、を行う。
自動等化を融合した多値振幅位相変調方式の多シンボル遅延検波

1.移動通信方式に使える多値振幅位相変調方式の候補として,取り得る振幅が2値と少なく,位相に関しては作動符号化・遅延検波が可能な方式として,同心円信号点配置の範疇で2方式に限定し,加法的ガウス雑音通信路における基本的静特性の解析を行い,当グループで提案した(4,12)型信号点配置が優れた誤り率特性を示すことを確認した。2.多シンボル遅延検波の定式化について検討した。従来使われていたブロック長が4以上の場合の判定式は,シンボル長が2及び3の結果から類推的に求められたものであり,さらにSN比が非常に大きい場合を想定しているので,様々な環境下での適用性に曖昧さが残っていた。本研究では,これを厳密な形で導出した。その結果,従来の判定式を用いた場合と比べ,約0.5dBの改善利得を得ることができた。さらに,この判定式が,符号化,符号間干渉の存在下などにおいても,適応可能な一般的な判定式であることも確認した。3.上記判定式を用いる多シンボル遅延検波方式について,ブロック長が大きい場合には,復号器における計算量が莫大になることを指摘し,これを回避するためにMアルゴリズム及び(M,L)アルゴリズムを用いて探索パス削減の方法を提案した。これにより,ブロック長をほぼ無制限にまで大きくすることが可能となり,非同期検波でありながら同期検波と同等の誤り率特性が得られることを確認した。4.上記判定式を用いて適応的多シンボル遅延検波方式を構成した。この方式は,遅延検波が基本であり,従来から行われていた自動等化+同期検波,或いはチャネル推定+同期検波などの方式で必要な同期用搬送波の再生回路を不要とした。また,多レベル変調でありながら,周波数選択性フェージグ通信路など,受信信号振幅が変化する通信路においても,十分適用可能であることを示した。16値振幅位相変調方式の中で移動通信に利用可能と考えられる(8,8)型QAM(Star QAM)と(4,12)型QAMの2方式に焦点を絞り,基本的な数種の検波方式における誤り率特性の解析を行った。次に,一般的な多値振幅位相変調方式に適用可能な多シンボル遅延検波の一般式を導出し,これを用いて適応的多シンボル遅延検波方式を構成した。移動通信方式に使える多値変調方式の候補として,取り得る振幅が2値と少なく,位相に関しては差動符号化・遅延検波が可能な方式として,同心円信号点配置の範疇で2方式に限定し,加法的ガウス雑音通信路における基本的静特性の解析を行い,当グループで提案した(4,12)型信号点配置が優れた誤り率特性を示すことを確認した。次に,多シンボル遅延検波の定式化について検討した。従来,ブロック長が4以上の場合の判定式は,シンボル長が2及び3の結果から類推的に求められたものであり,さらにSN比が非常に大きい場合を想定しているので,様々な環境下での適用性に曖昧さが残っていた。その結果,従来の判定式を用いた場合と比べ,約0.5dBの改善利得を得ることができ,さらに,この判定式が,符号化,符号間干渉の存在下などにおいても,適応可能な一般的な判定式であることを確認した。この一般的な判定式を用いて適応的多シンボル遅延検波方式を構成した。また,多レベル変調でありながら,周波数選択性フェージング通信路など,受信信号振幅が変化する通信路においても,十分適用可能であることを示した。

また,多レベル変調でありながら,周波数選択性フェージグ通信路など,受信信号振幅が変化する通信路においても,十分適用可能であることを示した。本年度は、主に前年度までに構築した多シンボル遅延検波の簡略化とフェージング環境下での検討を行った。フェージングについては、フラットフェージングと周波数選択性フェージングの2種類について検討した。多シンボル遅延検波の簡略化については、Mアルゴリズム及び(M,L)アルゴリズムについて検討した。多シンボル遅延検波では、可能な信号系列全ての尤度メトリックを計算し、その中で最も尤度の大きな系列を受信系列とする方法が基本であるが、これでは、ブロック長が長い場合膨大な数の系列を検討しなければならず、非現実的な面が有った。本研究では、信号系列を木構造で表現し、その木について制限探索をする方法を検討した。その結果、Mアルゴリズムを用いた場合、M=3程度でも全探索との差異はほとんどなく、大幅に検索数を削減することが出来た。また、Mアルゴリズムの動作に加えて、(M,L)アルゴリズムで木の深さ方向に関しても探索を制限する方法を検討した。その結果、復号器の構成は、ブロック長に無関係とすることが可能となり、より一層の簡略化が可能となった。これにより、複雑度を変化させることなく、ブロック長を十分大きくした場合、非同期検波でありながら同期検波と同等の符号誤り率を得ることができた。次に、周波数選択性フェージングについては、非同期で動作するチャネル推定器と多シンボル遅延検波を融合した方式を検討した。この方式は、遅延検波が基本であり、従来から行われていた自動等化+同期検波、或いはチャネル推定+同期検波などの方式で必要な同期用搬送波の再生回路を不要とした。また、多レベル変調でありながら、周波数選択性フェージング通信路など、受信信号振幅が大きく変化する通信路においても、十分適用可能であることを示した。また、この考え方を、フラットフェージング通信路にも適用し、良好な受信特性が実現可能であることを検証した。
運動リズムと循環系リズム間位相同期現象の機能的意義を探る

運動時に筋活動を持続させるためには酸素すなわち血流供給が必要であり、いかに効率良く活動筋の血流を確保するかが重要になる。また、血流供給側である心臓もいかにエネルギーを消費せずに効率良く働くかが最大運動能力を決定する一要因となる。本研究では、筋収縮リズムと心拍数との同期現象に着目し、この現象に機能的な意義が存在するかどうか検証した。ヒトを被験者として、カフを用いて大腿部筋内圧を変化させることで運動時の筋内圧変動を模擬し、循環系と筋内圧リズム間の自発的な同期が誘導されるか検討した。同期が誘導された場合、筋血流量を含む呼吸循環系パラメータの挙動から、心拍-筋活動リズム間同期現象の機能的意義解明を試みた。大腿部に動脈圧レベルに相当する圧を負荷したときにのみ有意な同期現象が観察された。このとき、筋内圧最大値のタイミングは動脈圧や大腿部血流速度のピークと一致しなかった。また、平均心拍数に相当するリズムで歩行運動を行い、心拍と歩行リズム間の自発的な同期を誘導したとき、リズム間に位相同期が生じた。この同期位相は、歩行運動時の大腿部カフ圧変動から推測した筋内圧変動のピークと心臓の拍出期が一致しないタイミングであった。したがって、同期の発生により末梢への血流を確保しかつ心仕事量の効率化を図っていると推察された。循環系リズムと筋内圧変動リズム間に同期が生ずるメカニズムを、位相反応曲線に基づくモデルを構築し、シミュレーション実験を行った。心臓血管系はWind-kesselモデルを基本とし、FHN非線形振動子を用いて心臓と運動リズムを生成した。筋内圧上昇によって末梢血管抵抗が一時的に増えると仮定すると、同期によって血圧上昇が抑制された。心収縮期に筋活動が生ずると位相進みが起きるような位相反応特性が心拍と筋活動間のカップリングに機能的な意義を付加する重要な特性であると推察された。また、血流量の供給側である心臓もいかにエネルギーを消費せずに効率良く働くかが最大運動能力を決定する一要因となると考えられる。本研究では、筋収縮のリズムと心拍数との同期現象に着目し、同期が運動に関わる骨格筋の血流量を最大化するかどうか、また心筋の仕事量を軽減する可能性があるかどうかを検討し、循環系と運動リズムの同期現象の機能的意義についての解明を試みた。まず、運動時の下肢筋収縮に伴う筋内圧変動を模擬するため、筋内圧変動をシミュレートする装置を独自に開発した。両足大腿部に低コンプライアンスのカフを装着し、カフ圧を両下肢交互に瞬時に動脈圧レベルまでリズミックに上昇下降させる装置を開発した。カフ圧は高圧ガスを利用して上昇させ、筋収縮時間とほぼ同じdurationで負荷をかけた。コンピュータでフィードバック制御することにより、圧負荷周波数は平均心拍数となるよう制御した。カフ圧の最大値は静脈レベルの50mmHg、静脈圧と動脈圧の中間レベルの80mmHg、動脈圧レベルの120mmHgの3種類で実験を行った。カフ圧はカフに埋め込んだ半導体圧トランスジューサにより検出した。心電図、動脈血圧、大腿動脈血流速度、筋内圧などの連続計測から、synchrogramによる位相同期の有無、同期する場合のカフ圧と循環系諸指標のタイミングを解析した。

カフ圧を120mmHgに設定したときにのみ有意な同期現象が観察された。このとき、筋内圧最大値のタイミングは動脈圧や大腿部血流速度のピークと一致しなかった。心臓が筋内圧上昇に対して自己組織的にリズムを制御し、末梢への血流を確保しかつ心仕事量を効率化していると推察された。運動時に筋活動を持続させるためには酸素すなわち血流供給が必要であり、いかに効率良く活動筋の血流を確保するかが重要になる。また、血流供給側である心臓もいかにエネルギーを消費せずに効率良く働くかが最大運動能力を決定する一要因となる。本研究では、筋収縮リズムと心拍数との同期現象に着目し、この現象に機能的な意義が存在するかどうか検証した。ヒトを被験者として、カフを用いて大腿部筋内圧を変化させることで運動時の筋内圧変動を模擬し、循環系と筋内圧リズム間の自発的な同期が誘導されるか検討した。同期が誘導された場合、筋血流量を含む呼吸循環系パラメータの挙動から、心拍-筋活動リズム間同期現象の機能的意義解明を試みた。大腿部に動脈圧レベルに相当する圧を負荷したときにのみ有意な同期現象が観察された。また、平均心拍数に相当するリズムで歩行運動を行い、心拍と歩行リズム間の自発的な同期を誘導したとき、リズム間に位相同期が生じた。この同期位相は、歩行運動時の大腿部カフ圧変動から推測した筋内圧変動のピークと心臓の拍出期が一致しないタイミングであった。したがって、同期の発生により末梢への血流を確保しかつ心仕事量の効率化を図っていると推察された。循環系リズムと筋内圧変動リズム間に同期が生ずるメカニズムを、位相反応曲線に基づくモデルを構築し、シミュレーション実験を行った。心臓血管系はWind-kesslモデルを基本とし、FHN非線形振動子を用いて心臓と運動リズムを生成した。筋内圧上昇によって末梢血管抵抗が一時的に増えると仮定すると、同期によって血圧上昇が抑制された。心収縮期に筋活動が生ずると位相進みが起きるような位相反応特性が心拍と筋活動間のカップリングに機能的な意義を付加する重要な特性であると推察された。
ディープラーニングによる可視・赤外画像からのコンクリート表面ひび割れ自動検出

本研究は,近年注目されている人工知能技術であるディープラーニングにより,コンクリートの表面を撮影した画像からひび割れを自動検出し,そしてそのひび割れが構造物に与える影響について評価することを目的とした.その中で,ディープラーニングに,同じく機械学習手法の一つであるRandom Forestを組み合わせて用いると精度の良い検出結果が得られることが明らかとなった.本手法は,特徴量を自動で計算するディープラーニングをベースとしているため,従来の同種研究で課題であった汚れや遊離石灰などの存在に対しても影響をほとんど受けない.さらに,誤認識の決定的な要因であった打ち継ぎ目などについても,打ち継ぎ目とひび割れの特徴を自動的に導出することで,見分けがつき,誤認識率が大幅に低下した.Random Forestについても単純に用いるのではなく,画素単位の検出を目的としたRandom Forest,画素単位の検出後に形状を判定することを目的としたRandom Forestの2段階に分けて用いた.その結果,ひび割れらしくない形状のものについては適切に省けるようになり,Pコン跡やノイズなど,ディープラーニングの段階で省ききれなかったものについても確実に省けるようになった.これにより,本研究で用いた画像(ビル,橋梁,トンネルを撮影したもの)について,99.8%を超える正解率となった.また,実際に検出後の画像も非常にもっともらしく,これは今後の実用化に向けて非常に有意義な結果である.本研究は,近年注目されている人工知能技術であるディープラーニングにより,コンクリートの表面を撮影した画像からひび割れを自動検出し,そしてそのひび割れが構造物に与える影響について評価することを目的としている.当該年度は教師画像の作成,赤外画像と可視画像の重ね合わせといった前処理,そして構築する人工知能モデル(ディープラーニングモデル)の方向性の決定を計画していたが,概ね計画通りに進行している.特に,もっとも単純作業が必要となる教師画像の作成はほぼ完了し,ディープラーニングの入力として与える準備ができた.また,ディープラーニングモデルの構築の方向性であるが,まずレイヤ数や処理をノードとしたベイジアンネットワーク分析により大まかな傾向を見出し,次いで,ベイジアンネットワーク分析により得られた傾向,および制約ボルツマンマシンによる事前学習結果から大局的な最適解に近いと思われる初期構造を設定するといった方法で十分な精度が出るのではないかということを予備実験で確認した.また,平成29年度に実行予定であった,ひび割れの幅や間隔,面積の評価手法であるが,これについては前倒しで計画が進行している.既にこれらの評価アルゴリズムのベースは完成しており,例外がないかの確認や,より高速化されたアルゴリズムの構築などを行いはじめている段階にある.ここまで想定以上に早く進行しているため,例えば現場技術者のヒヤリングによるニーズの掘り起こしや,赤外画像技術者へのヒヤリングなどによる技術の方向性に関する情報入手などについても追加で行うことを考えている.平成29年度に行う予定であった研究にも既に着手している.本研究は,近年注目されている人工知能技術であるディープラーニングにより,コンクリートの表面を撮影した画像からひび割れを自動検出し,そしてそのひび割れが構造物に与える影響について評価することを目的とした.その中で,ディープラーニングに,同じく機械学習手法の一つであるRandom Forestを組み合わせて用いると精度の良い検出結果が得られることが明らかとなった.本手法は,特徴量を自動で計算するディープラーニングをベースとしているため,従来の同種研究で課題であった汚れや遊離石灰などの存在に対しても影響をほとんど受けない.さらに,誤認識の決定的な要因であった打ち継ぎ目などについても,打ち継ぎ目とひび割れの特徴を自動的に導出することで,見分けがつき,誤認識率が大幅に低下した.Random Forestについても単純に用いるのではなく,画素単位の検出を目的としたRandom Forest,画素単位の検出後に形状を判定することを目的としたRandom Forestの2段階に分けて用いた.その結果,ひび割れらしくない形状のものについては適切に省けるようになり,Pコン跡やノイズなど,ディープラーニングの段階で省ききれなかったものについても確実に省けるようになった.これにより,本研究で用いた画像(ビル,橋梁,トンネルを撮影したもの)について,99.8%を超える正解率となった.また,実際に検出後の画像も非常にもっともらしく,これは今後の実用化に向けて非常に有意義な結果である.ディープラーニングモデルの構築については方向性を決定することができたため,それに従いひび割れ自動検出モデルを構築していく.また上述のように,既に前倒しで計画が進行しているため,ニーズの掘り起こしや技術発展の見通しの理解を含めた研究の方向性の微調整を視野に入れている.追加採択された研究であるため,研究計画自体は採択前に別予算で購入した器具などを用いて想定通りに進捗したものの,旅費や謝金などは使い切れなかったため.来年度以降にまわすとともに,ヒヤリングに必要な経費にも利用していくことを計画している.
新生児壊死性腸炎:エンテロトキシン、活性酸素の関わり

新生児壊死性腸炎の患者より分離されたクロストリジウム・ディフィシ-ルを培養し、その上清を、CHO細胞の細胞傷害性を指標に分画し、エンテロトキシン(LT)とした。このLTは好中球の膜接着蛋白レセプタ-や腸管上皮細胞の接着蛋白リガンドの発現を増強し、好中球活性酸素生成増強作用、さらに腸管上皮細胞への細胞傷害作用があることが昨年度までの研究の結果判明していた。そこで好中球と腸管上皮細胞の相互作用をフリ-ラジカルスカベンジャ-存在のもとで調べ、新生児壊死性陽炎の治療・予防の可能性を検討した。腸管上皮細胞ATCCーCCL6(小腸)、ATCCーCRL1541(結腸)はFlow Labo.より購入した。好中球は健康成人ボランティアから得た。種々の薬剤はシグマ社、エ-ザイから購入した。O^ー_2はcytochrome c還元法、H_2 O_2は2'7'ーdichlorofluorescein diacetateの酸化によるフロ-サイトメトリ-法、過酸化脂質はチオバルビツ-ル酸法、細胞傷害性を[ ^<14>C]ーアミノ酸混合の取り込み法で測定した。MnーSOD,Cu,ZnーSODはカタラ-ゼ存在下でLTの腸管上皮細胞のアミノ酸取り込み抑制を5080%阻止した。さらにこれらの組合せは腸管上皮細胞膜の過酸化脂質の蓄積作用を2060%抑制したが、単独では530%のみの抑制であった。顆粒球コロニ-刺激因子(GーCSF)をこれに加えるとSOD,カタラ-ゼの抑制作用は減弱した。マニト-ル、窒化ナトリウム、αトコフェロ-ルは殆どこれらの作用を認めなかった。以上から、患者から分離したクロストリジウム由来LTは好中球を活性化してO^ー_2、H_2 O_2、HOClなどを通し、腸管上皮細胞を傷害する。SODとカタラ-ゼの併用は有効だが、αトコフェロ-ルは有効でなかった。これらは更にin vivoで確認する必要があり、マウスで実験中である。1.小児、特に新生児期の活性酸素代謝の特異性新生児は出生直後に呼吸が開始され、血行動態が胎児期より著しく変化する。活性酸素代謝の面で検討したところ、成人と異なり、新生児期には特異な現象がみられた。例えばスカベンジャーの産生誘導において特徴的で、マンガン-スーパーオキシド・ジスムターゼ(SOD)は、新生児期に著しく低値で、日令と共に上昇する事実を見出した。これはin vitroの組織培養においても確認された。他方、銅・亜鉛-SODは成人と大差がなかった。一例として川崎病の病態と酸素障害の関係で新知見を報告した。2.胎児小腸上皮細胞、結腸上皮細胞培養環境を通常の5%炭酸ガスの他に、窒素ガス分圧を上げることにより酸素分圧を各種変えて、小腸、結腸上皮細胞を培養した。培養器の酸素分圧を10%まで下げても上皮細胞の分裂増殖や、[^<14>C]アミノ酸の取り込みに変化は見られなかった。しかしその後酸素分圧を21%に戻し、さらに4060%へ上げると、酸素濃度依存性に[^<14>C]アミノ酸の上皮細胞への取り込みが増加した。しかしこの時同時に上皮細胞のSOD産生誘導は余り変化せず、過酸化脂質量も増加した。この結果は新生児期のSOD産生誘導は、環境によって著しく異なり、壊死性腸炎の病因の一つに低酸素環境後の高酸素による酸素障害があることの証拠である。3.新生児マウスの実験的壊死性腸炎新生児壊死性腸炎の病因には、栄養過誤説、感染説、循環障害説、酸素障害説等々いろいろあるが、いずれも単一では説明がつかない。我々は新生児壊死性腸炎患者から分離したClostridium difficileを用いて、その病因を循環障害、酸素障害との関連において研究を続けている。新生児壊死性腸炎を起こした生後7日の患者より分離されたクロストリジウム・ディフィシ-ルを培養し、その上清を、CHO細胞の細胞障害性を指標に文画し、エンテロトキシン(LT)とした。これは易熱性である。腸管上皮細胞ATCCーCCL6(小腸)、ATCCーCRL1541(結腸)はFlow Labo・より購入した。CDlla(LFAー1),CDllb(CR3),CDllc(p150/95),CD18(βーsubunit of CDll),CD54(ICAMー1)に対する単クロ-ン抗体およびFITC結合抗マウスIgGーF(ab,)2は、コ-ルタ-、サンビオ、コスモ、ダコパットの各社より購入した。好中球運動能は膜フィルタ-法、O_2はcytochrome c還元法、過酸化脂質はチオバルビツ-ル酸法、細胞傷害性を[^<14>C]ーアミノ酸混合の取り込み法、細胞膜蛋白はフロ-サイトメトリ-法で測定した。LTは好中球の細胞間接着蛋白(CD11/18)の発現を増強した。またLTは好中球運動機能、O_2生成能を亢進させた。顆粒球コロニ-刺激因子(GーCSF)はLTのCD11/18発現、機能亢進に相乗的に作用した。LTは好中球刺激と同濃度では、CCL6、CRL1541に細胞傷害作用があった。

その百分の一の濃度で、腸管上皮細胞の細胞接着因子(ICAMー1)のを発現を増強した。LTで処理した好中球をCCL6またはCRL1541に作用させると、細胞間接着が増加した。低濃度のFMLPをこれに作用させると、過酸化脂質の蓄積が著明で、またアミノ酸取り込みが低下した。これは通常の環境でよりも高濃度酸素環境下で著しかった。以上から患者から分離したクロストリジウムのエンテロトキシンは壊死性腸炎の病因の一つと考えられた。新生児壊死性腸炎の患者より分離されたクロストリジウム・ディフィシ-ルを培養し、その上清を、CHO細胞の細胞傷害性を指標に分画し、エンテロトキシン(LT)とした。このLTは好中球の膜接着蛋白レセプタ-や腸管上皮細胞の接着蛋白リガンドの発現を増強し、好中球活性酸素生成増強作用、さらに腸管上皮細胞への細胞傷害作用があることが昨年度までの研究の結果判明していた。そこで好中球と腸管上皮細胞の相互作用をフリ-ラジカルスカベンジャ-存在のもとで調べ、新生児壊死性陽炎の治療・予防の可能性を検討した。腸管上皮細胞ATCCーCCL6(小腸)、ATCCーCRL1541(結腸)はFlow Labo.より購入した。好中球は健康成人ボランティアから得た。種々の薬剤はシグマ社、エ-ザイから購入した。O^ー_2はcytochrome c還元法、H_2 O_2は2'7'ーdichlorofluorescein diacetateの酸化によるフロ-サイトメトリ-法、過酸化脂質はチオバルビツ-ル酸法、細胞傷害性を[ ^<14>C]ーアミノ酸混合の取り込み法で測定した。MnーSOD,Cu,ZnーSODはカタラ-ゼ存在下でLTの腸管上皮細胞のアミノ酸取り込み抑制を5080%阻止した。さらにこれらの組合せは腸管上皮細胞膜の過酸化脂質の蓄積作用を2060%抑制したが、単独では530%のみの抑制であった。顆粒球コロニ-刺激因子(GーCSF)をこれに加えるとSOD,カタラ-ゼの抑制作用は減弱した。マニト-ル、窒化ナトリウム、αトコフェロ-ルは殆どこれらの作用を認めなかった。以上から、患者から分離したクロストリジウム由来LTは好中球を活性化してO^ー_2、H_2 O_2、HOClなどを通し、腸管上皮細胞を傷害する。SODとカタラ-ゼの併用は有効だが、αトコフェロ-ルは有効でなかった。これらは更にin vivoで確認する必要があり、マウスで実験中である。
新生児低酸素性虚血性脳症における脳血管内皮細胞保護療法の有効性の検討

周産期の低酸素状態は新生児低酸素性虚血性脳症(HIE)と呼ばれる病態を生じ、脳に不可逆な後遺症を残す。本研究ではプロスタグランディン(PG)のもつ神経毒性/保護作用についてラットHIEモデルおよびヒトiPS細胞をもちいた解析を行い、EP4アゴニストであるAE1-329を虚血開始直前に投与すると、脳血流量の増加を介して脳梗塞巣の面積が軽減することが分かった。また一方で、ヒトiPS細胞から分化誘導した神経前駆細胞に対しEP2-4アゴニストであるミソプロストールを投与すると、低酸素・無栄養状態にある神経細胞の酸化ストレスが低下することも判明し、HIEの治療法として有効であることが示唆された。新生児低酸素性虚血性脳症(HIE)モデルにレーザードプラー血流計を用いて脳血流を測定し、ミソプロストールの脳血流への効果を検討するため、血流計の過去のデータを解析している。また、脳低温がマウス脳血管内皮細胞株(bEnd3)および新生児低酸素性虚血性脳症(HIE)モデル脳において脳血管内皮細胞保護作用を示すかどうかを検討するため、無酸素無グルコースの実験環境を整え、予備実験の準備中である。また、平成25年度は、以下の二点の論文を学術誌に掲載した。1:プロスタグランジン受容体作動薬による脳血管内皮細胞保護療法ー低酸素虚血受傷後の脳へのライフライン確保を目指す薬物治療アプローチー谷口英俊周産期学シンポジウム抄録集31:55-59, 2013平成24年度の主な研究計画は、新生児低酸素性虚血性脳症(HIE)モデルにレーザードプラー血流計を用いて脳血流を測定し、ミソプロストールの脳血流への効果を検討するものであった。現在は実験動物数を最小限にするために動物実験の綿密な計画を立てつつ実験を準備中である。また、以前のHIEモデルのサンプルを解析し、ミソプロストールの脳保護効果が受傷後早期(24時間後)だけでなく、7日後においても一定の保護効果が認められることを確認した。同時に次年度の計画予定である脳血管内皮細胞培養の実験環境も整えつつある。これまでの研究成果の報告についてはThe 8th Hershey Conference on developing brain injury (London)においてポスター発表と第31回周産期学シンポジウムにてシンポジストとしての講演を行った。申請者はプロスタグランジン受容体作動薬で申請者がその脳保護作用を報告したミソプロストールが、脳血流を改善することを検討するため、新生児低酸素性虚血性脳症のラットモデルにおいて脳血流が改善するかどうかの研究を行うべく、過去に行った脳血流データの解析から動物実験を適性に行うための検討を行っている。bEnd3細胞の培養系において低温状態に置くことにより、血管内皮細胞が保護されるかどうかを検討するため、低酸素暴露の時間についての検討を行っている。新生児低酸素性虚血性脳症(HIE)は、周産期における胎児および新生児の脳の低酸素虚血状態によって生じ、脳性麻痺、精神発達遅滞、てんかん、学習障害など重篤な影響を及ぼす。近年、脳梗塞モデルにおいて誘導型シクロオキシゲナーゼであるCOX-2阻害により梗塞巣の縮小が報告されている。そこで本研究においてはプロスタグランジン受容体作動薬の脳保護作用について研究を行っている。これまでの研究により、EP2-4アゴニストであるミソプロストールが新生児低酸素性虚血性脳症(HIE)ラットモデルにおいて梗塞病変を縮小させることが分かった。その脳保護作用の具体的な作用について理解を進めるために、in vitroにおける解析を加えた。胎児・新生児期における作用を知るためには、幼弱な神経前駆細胞を用いる必要があるだろう。しかしながらヒト神経幹細胞・神経前駆細胞を手に入れるのは容易でない。そこでヒトiPS細胞から神経系への分化誘導系の確立をまず行った。健常児の臍帯血から樹立したヒトiPS細胞について、SMADシグナリングの二重阻害を行うことで効率的な神経分化誘導が可能となる。これによって形成されたロゼットを複数回単離することで、純度の高い神経前駆細胞群を得ることが可能となった。これらを低酸素状態・無グルコース状態において障害を加え、そしてさらにミソプロストールを添加することでその効果を評価することができた。平成26年度は脳低温療法とミソプロストールの併用によって脳保護作用に相乗効果が得られるか否かを解析する予定であった。細胞培養については低温条件での無酸素状態で細胞を死滅させる条件を検討している。動物実験については、動物実験施設における動物の維持を適切に行う体制を組むことができなかったため、動物実験を延期せざるを得なかった。胎児・新生児医学延長申請が承認されたこと、今年度は研究グループに2名の増員があったことなどから動物実験と細胞培養実験をさらに進めていく方針である。