hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヘテロ界面を利用した強誘電ドメイン構造制御手法の創出

1.放射光を用いたBi系強誘電体のドメイン反転挙動解明:強誘電体のバルク単結晶や単結晶薄膜において、電界によるドメイン反転挙動を理解することはデバイス応用上極めて重要である。対象物質である(Bi1/2Na1/2)TiO3(以後BNT)において、高エネルギー放射光を用いた結晶構造解析手法を応用し、分極反転挙動を評価した結果、BNT単結晶は非180°の分極回転を伴う、多段階の分極反転機構を持つことが明らかとなった。この非180°回転を制御することが、BNT系材料の分極構造制御に重要であると結論した。2.オゾン雰囲気下成膜によるBi系強誘電体薄膜の高特性化昨年度に引き続き、オゾン雰囲気下におけるBNT薄膜作製の条件最適化を行い、高品質なエピタキシャル薄膜の作製を達成した。無極性・導電性基板上にオゾン中で作製したBNT薄膜は、酸素中で得られた薄膜より優れた分極特性を示した。Bi係単結晶育成において結晶高機能化に高い効果を示す高酸化性雰囲気が、薄膜作製プロセスにおいても有効であることを実証した。3.分極ヘテロ界面の形成と特性評価極性・半導体性を有する基板にBaTiO3(BT)強誘電体をオゾン雰囲気下PLD法で堆積し、強誘電体/極性材料ヘテロ構造を作製することに成功した。得られたヘテロ構造の電気特性を評価した結果、電場軸方向に大きく偏った特性が得られた。この結果は、ヘテロ界面に特異な電場が形成され、特定方向の分極を持つドメイン構造がBT結晶中で安定化されることを示している。ヘテロ界面の分極不連続性に由来する電場環境を利用して、従来にないドメイン構造制御が可能となることが期待される。(抄録なし)(1)ヘテロ界面の形成手法確立ヘテロ界面を利用したドメイン構造制御(ドメインエンジニアリング)を目指して、極性材料/強誘電体材料ヘテロ界面の形成を試みた。対象物質としてBi系強誘電体を、形成手法としてTSSG法およびPLD法を選択した。TSSG法においては、極性材料を種結晶とすることによってヘテロ界面の形成を試みたが、高温下でBiが種結晶と反応してしまい、良好な結晶界面の形成が困難であった。そのため、比較的低温での結晶成長が可能なPLD法によるヘテロ界面の形成に移行した。強誘電体材料として(Bi0.5Na0.5)TiO3を選択し、現在までにPt/Si結晶基板上に平滑かつ単相な多結晶膜を形成することに成功した。(2)Bi系強誘電体単結晶におけるドメインエンジニアリングBi系材料におけるドメインエンジニアリングの効果はこれまで報告されていない。そこで、結晶育成時の高酸素圧化によって得られた高品質Bi4Ti3O12(BiT)単結晶を用いて、結晶の圧電性におけるドメインエンジニアリングの効果を調べた。ドメイン構造観察の結果、結晶<100>方向に高電圧を印加したBiT結晶では、ほぼ結晶全域でシングルドメイン構造が形成されていた。一方、<110>方向に電圧を結晶した結晶(エンジニアードドメイン結晶)においては、緻密な90度ドメイン構造が形成されることが明らかとなった。インピーダンス測定における共振反共振波形の評価から、エンジニアードドメイン結晶の圧電定数は52pC/N、結合係数は44%であり、シングルドメイン結晶と比べて優れた圧電特性を示すことが判明した。有望な非鉛強誘電体として期待されるBi系強誘電体において、ドメインエンジニアリングが特性向上に寄与することが、本研究で初めて明らかとなった。(1)PLD法を用いたヘテロ界面の形成手法確立ヘテロ界面を利用したドメイン構造制御(ドメインエンジニアリング)を目指して、PLD法による無極性or極性材料/強誘電体材料ヘテロ界面の形成を試みた。対象物質として、有望なBi系強誘電体である(Bi0.5Na0.5)TiO3[BNT]を選択した。Aサイト欠損を抑制する目的で、製膜雰囲気やターゲット組成を最適化することによって、無極性導電性基板(SrRuO3/(001)SrTiO3基板)上にBNT単結晶薄膜をエピタキシャル成長させることに成功した。薄膜X線回折の解析によって、良好なヘテロ界面が形成されていることが確認されている。(2)無極性基板上に堆積したBNT薄膜の電気特性とドメイン構造BNT薄膜の漏れ電流特性を評価した結果、製膜条件の改善によってBNT層の絶縁特性が大幅に向上することが示された。Aサイト欠損の抑制が、電気特性の改善に寄与したと考えられる。高い絶縁性を示したBNT層の表面に、プローブ顕微鏡(PFM)を用いて局所電圧を印加した結果、圧電振動の位相反転が明瞭に観察された。Aサイト欠損の抑制によって絶縁性が向上した結果、強誘電性を示す高品質なBNT薄膜が得られた。また、圧電応答顕微鏡を用いてBNT薄膜のドメイン構造を観察した結果、20-50nm程度の大きさの微細なドメインが緻密に形成されていることが明らかとなった。無極性導電性基板上において、自発分極がランダムに配列した微細なドメイン構造が形成されることを実証した。対象物質である(Bi1/2Na1/2)

TiO3(以後BNT)において、高エネルギー放射光を用いた結晶構造解析手法を応用し、分極反転挙動を評価した結果、BNT単結晶は非180°の分極回転を伴う、多段階の分極反転機構を持つことが明らかとなった。この非180°回転を制御することが、BNT系材料の分極構造制御に重要であると結論した。2.オゾン雰囲気下成膜によるBi系強誘電体薄膜の高特性化昨年度に引き続き、オゾン雰囲気下におけるBNT薄膜作製の条件最適化を行い、高品質なエピタキシャル薄膜の作製を達成した。無極性・導電性基板上にオゾン中で作製したBNT薄膜は、酸素中で得られた薄膜より優れた分極特性を示した。Bi係単結晶育成において結晶高機能化に高い効果を示す高酸化性雰囲気が、薄膜作製プロセスにおいても有効であることを実証した。3.分極ヘテロ界面の形成と特性評価極性・半導体性を有する基板にBaTiO3(BT)強誘電体をオゾン雰囲気下PLD法で堆積し、強誘電体/極性材料ヘテロ構造を作製することに成功した。得られたヘテロ構造の電気特性を評価した結果、電場軸方向に大きく偏った特性が得られた。この結果は、ヘテロ界面に特異な電場が形成され、特定方向の分極を持つドメイン構造がBT結晶中で安定化されることを示している。ヘテロ界面の分極不連続性に由来する電場環境を利用して、従来にないドメイン構造制御が可能となることが期待される。ヘテロ界面の形成手法として当初選択したTSSG法は、高温下で界面における反応を抑制できず、良質なヘテロ界面の形成は困難であった。その課題解決のため、比較的低温でのエピタキシャル成長が可能なPLD法に移行し、すでに単相薄膜の形成に成功しており、順調に推移していると考えている。また、並行して進めている、Bi系強誘電体におけるドメインエンジニアリング効果の評価では、すでに既報にない成果が得られている。以上のことから、本研究課題はおおむね順調に進展していると自己評価する。今年度の計画であった、PLD法を用いた強誘電体薄膜のエピタキシャル成長を達成しており、研究はおおむね順調に進展しているといえる。従来単結晶で得てきたノウハウに基づいて、製膜条件の最適化を行った結果、今後の特性評価に耐えうる高品質なBi系強誘電体薄膜が得られた。薄膜におけるドメイン構造観察にも成功しており、10nmオーダの微細なドメイン構造が観察されたことは、今後のドメイン構造制御において重要な知見になると思われる。現状、PLD法で得られているのは多結晶薄膜である。一方、良質なヘテロ界面の形成においては、基板との結晶方位が揃ったエピタキシャル膜が望ましい。今後の進展としては、PLD法の膜生成条件をさらに改善することで、極性結晶基板上へ良質なエピタキシャル強誘電体膜の作成を目指す。また、昨年度はBi系強誘電体におけるドメインエンジニアリングの効果を初めて実証したが、現状では結晶に導入可能なドメインサイズに限りがあり、特性向上の効果も限定的である。ヘテロ界面を用いた新規ドメイン制御手法を確立し、より微細なドメイン構造をBi系強誘電体に導入することで、さらなる特性向上を目指す予定である。今年度に得られた知見を基に、極性・導電性を有する結晶基板(ZnOなど)においても、PLD法を用いて良質なヘテロ界面を形成する手法を確立する。本年度と同様に得られた膜のドメイン構造解析を行い、ヘテロ界面がドメイン構造に及ぼす影響を評価していく。
アトピー性皮膚炎のバリア機能障害における芳香族炭化水素受容体とOVOL1の役割

当該年度は、前年度のin vitroの実験を踏まえて、in vivoの実験を開始した。MC903というビタミンD3を外用することによって発症するアトピー性皮膚炎モデルを用いて実験を行なった。MC903の外用は、マウスにおいてアトピー性皮膚炎に類似した皮膚炎を生じ、皮膚におけるTslpというTh2型の免疫反応を誘導するケモカインの産生を誘導した。また、耳介の表皮肥厚と炎症細胞浸潤を病理組織学的に認めた。これに対して、AHRのリガンドであるFICZを外用し、MC903によって生じる皮膚炎を抑制するかを検討した。FICZの外用は、マウスの表皮細胞において、AHRの標的遺伝子であるCYP1A1 mRNAの発現を増加させ、in vivoでも薬理作用を発揮することが確かめられた。また、FICZによってAHRの活性化によるFLGの発現が増加することがmRNAレベルで確かめられた。OVOL1の発現については、現在も検討中である。MC903によって生じる皮膚炎は、FICZの外用によって抑えられる傾向は認めたが、現段階では、統計学的な差を見出すまでには至っていない。MC903外用によって生じる皮膚炎の重症度は、個体によってかなりのばらつきがあることが分かったため、今後は使用する動物の数を増やして、複数回の実験を行うことで、統計的な有意差が明らかになることが期待される。また、FLG、OVOL1の発現もmRNAレベルであり、タンパクレベルでの検討を予定している。前年度に中間目標であったpublicationを完了し、in vivoの実験に取りかかることが可能な段階となったため。アトピー性皮膚炎モデルマウスにおけるAHRの活性化、OVOL1の活性化を検討する。また、皮膚バリア機能障害がどの程度、FICZ・グリテールで改善されるかを解析する。最終的に、効率よくAHRとOVOL1を活性化するための手法・手段について、開発を進める。培養ヒト表皮細胞(Normal Human Epidermal Keratinocyte: NHEK)、3次元培養ヒト表皮細胞を用いた実験系を用いた。NHEKのAHRを活性化するリガンドとしては、外因性のものとしてグリテール、内因性のものとして、FICZ(6-Formyindolo(3,2-b)carbazole)を使用した。NHEKをグリテール及びFICZによって刺激し、AHR及びOVOL1依存性にFLGの発現が調節されているかを検討した。さらにsiRNAのトランスフェクションを行い、この現象がAHR及びOVOL1に依存性であるかを検証した。次に、IL-4存在下にNHEKを培養し、FLGの発現が低下を来した状態で、グリテール及びFICZがFLGの低下を改善するかを検証した。その結果、グリテール、FICZを用いて刺激したところ、用量・時間依存性にOVOL1とFLGの発現が増加した。この現象はsiRNAを用いて選択的に遺伝子の発現を抑制したところ、AHR-OVOL1に依存性であることが明らかとなった。さらに、表皮細胞にIL-4を加えると核内のOVOL1の発現が減少し、それと共にFLGの発現も減少した。この現象に対して、グリテール・FICZによる刺激を行うと、核内のOVOL1の発現が増加し、それと共にFLGの発現も増加した。実験計画通りに実験が進んでいる。また、in vitroの実験結果を元に以下の論文を3編作成することができた。
海溝近傍火成活動が付加体・前弧海盆堆積物に与える熱的影響の理解

室戸岬ハンレイ岩体は,約1400万年前に起こった瀬戸内-外帯地域火成活動の最南端に位置し,足摺岬や潮岬に分布する火成岩とともに「外縁帯」(高橋,1980)を構成する。室戸岬や潮岬に露出するハンレイ岩やドレライトは,海嶺玄武岩に類似した全岩化学組成を示すことから,四国海盆拡大軸の沈み込みに伴う海溝近傍火成活動の産物と考えられている(Miyake, 1985; Kimura et al., 2005;溝口ほか, 2009など)。本年度は,室戸岬ハンレイ岩体の野外調査を実施し,玄武岩質マグマの貫入境界で起こった現象(貫入機構,熱移動,相変化)を,時系列に読み解くことを目指した。室戸岬東方の御厨人窟周辺では,ハンレイ岩体・堆積岩境界が長さ約100 m,幅約30 mに渡ってほぼ連続的に露出しているため,産状や岩石組織の変化を二次元的に追うことが可能である。野外調査と岩石記載の結果,ハンレイ岩体-堆積岩境界部にはぺぺライト(未固結堆積物中に貫入したマグマが急冷される際に生じる,堆積物と火山岩礫の混在部)が発達するとともに,ハンレイ岩体周辺部に石英長石質の細脈が少なくとも125本存在することがわかった。これらの石英長石質脈の一部は,周囲の堆積岩から連続する砕屑岩脈である。また,砕屑岩脈やハンレイ岩体と接する堆積岩の一部には,珪長質メルトからの結晶成長を示す花崗岩組織が認められた。これらの観察事実から,苦鉄質マグマは未固結堆積物中に貫入し,堆積物の流動化と,堆積物の部分溶融をもたらしたと結論づけられる。当初の予定通りに進んでいるため。次年度以降は試料採取,岩石組織の定量化,全岩・鉱物化学組成分析を進める。
サポートの互恵性と精神的健康との関連に対する個人内及び個人間発達の影響

本年度の研究では、まず第一に、昨年度に引き続いて、サポートの互恵性と精神的健康との関連に対する個人内発達の影響プロセスを検討した。友人関係の付き合い方の発達的変化に着目し、異なる年齢層の複数の友人関係を対象にして、特定の友人関係における互恵性と当該の人が営む友人関係全体での互恵性が、それぞれ精神的健康とどのように関連しているかを検討した。小・中・高校を対象にして、親密度が異なる3名の友人を挙げてもらい、それぞれの友人とのサポート授受について調査を行った。分析の結果は以下の通りであった。1,特定の友人関係におけるサポートの互恵性と精神的健康小学生と中学生では、親密度が異なる3名の友人におけるサポートの互恵性は、いずれもストレス反応と有意な関連を持っていなかった。一方、高校生では、親密度が最も高い友人と中程度の友人におけるサポートの互恵性が、ストレス反応と有意な関連を持つことが示された。サポートの互恵性とストレス反応との関連は、U字型の2次関係であった。2,友人関係全体におけるサポートの互恵性と精神的健康小学生と中学生では、友人関係全体におけるサポートの互恵性は、ストレス反応と有意な関連を持っていなかった。一方、高校生では、友人関係全体におけるサポートの互恵性が、ストレス反応と有意な2次関係を持つことが明らかとなった。次に、サポートの互恵性と精神的健康との関連に対する個人間発達の影響プロセスを検討した。友人関係の進展に伴って、サポートの互恵性に対する短期的な視点と長期的な視点がどのように変換するかについて、大学生を対象にした縦断的調査を行った。友人関係の進展過程に関しては、特に、関係形成の初期に焦点を当て、知り合って1週間後、2週間後、4週間後、1ヶ月後の合計4回に渡って調査を実施した。知り合って1週間後、2週間後、4週間後の時点では、友人関係におけるサポートの互恵性と精神的健康との間には有意な関連が認められなかったが、1ヶ月後の時点では、両者の間に有意な2次関係が認められるようになった。今後の研究では、こうした互恵性に関する視点の変化が、児童期と青年期の友人関係では異なる様相を呈するかどうかについて、小・中・高校生を対象にした縦断的調査を実施する予定である。本年度の研究では、サポートの互恵性と精神的健康との関連に対する個人内発達の影響プロセスを検討した。個人内発達がサポートの互恵性と精神的健康との関連に影響を与える要因として、年齢の増加に伴い、(1)友人関係における互恵性の規範が変化すること、(2)友人関係の付き合い方が、数人のグループでの気軽な友だちづきあいから一人の友だちとの深いつきあいへと変化すること、などが考えられる。(1)については、サポートの互恵性と精神的健康との関連に対して調整効果を持つ交換志向性並びに共同志向性に焦点を当てた。交換志向性については、Sprecher(1992)の指摘に基づいて、利得不足志向性と利得過剰志向性の2つを取り上げた。1,利得不足志向性学校×性別の2要因分散分析を行った結果、学校の主効果が有意であった。ただし、下位検定の結果では有意差が認められなかった。一般的に、学校が上がるにつれて、利得不足志向性得点が高くなる傾向が認められた。2,利得過剰志向性学校×性別の2要因分散分析を行った結果、学校と性別の主効果及び交互作用が有意であった。下位検定の結果、女子の方が男子より得点が高く、小学生の得点が中学生の得点よりも高かった。3,共同志向性学校×性別の2要因分散分析を行った結果、学校と性別の主効果が有意であった。下位検定の結果、女子の方が男子より得点が高く、高校生の得点が中学生の得点よりも高かった。(2)については、複数のグループの友人とつきあうことが多い小学生では、一人の友人と深くつきあうことが多い高校生と比べて、特定の友人関係の互恵性ではなく、友人関係全体の互恵性がストレス反応と有意な関連を持つことが予測される。そこで、小・中・高校生を対象にして、3人の友人を挙げてもらい、それぞれの友人とのサポート授受について調査を行った。調査結果は、現在、分析中である。

一方、高校生では、友人関係全体におけるサポートの互恵性が、ストレス反応と有意な2次関係を持つことが明らかとなった。次に、サポートの互恵性と精神的健康との関連に対する個人間発達の影響プロセスを検討した。友人関係の進展に伴って、サポートの互恵性に対する短期的な視点と長期的な視点がどのように変換するかについて、大学生を対象にした縦断的調査を行った。友人関係の進展過程に関しては、特に、関係形成の初期に焦点を当て、知り合って1週間後、2週間後、4週間後、1ヶ月後の合計4回に渡って調査を実施した。分析の結果は以下の通りであった。知り合って1週間後、2週間後、4週間後の時点では、友人関係におけるサポートの互恵性と精神的健康との間には有意な関連が認められなかったが、1ヶ月後の時点では、両者の間に有意な2次関係が認められるようになった。今後の研究では、こうした互恵性に関する視点の変化が、児童期と青年期の友人関係では異なる様相を呈するかどうかについて、小・中・高校生を対象にした縦断的調査を実施する予定である。
英語における出来事性と統語形式との間にみられる認知的図像性の基礎的研究

英語の動詞表現の5つの出来事のタイプとなるactivity, accomplishment, achievement, semelfactive, stateのそれぞれについて、halfとの共起、holisticな変化・incrementalな変化が解釈に与える影響、時の副詞はどう作用するのか、また、almostなどの副詞が修飾するのは、出来事のoccurrenceレベル、onsetレベル、processレベル、goalレベル、resultレベルのうちどのレベルとなるのか、主語・目的語の複数性と文全体の意味との関係などについて明らかにし、さらに、その出来事に対する認識の具現化は、He stopped Mary from swimming.(泳ぐ前にやめさせる)(occurrenceレベル)とHe stopped Mary swimming.(泳いでいる途中で止める)(processレベル)などの認識と違いとのどう関係してゆくのかを従来の研究よりもさらに本質に迫る形で解明した。このような図像性の研究は、もっと広い視点に立てば、英語のバリエーションの発生のメカニズムに通じる現象であり、出来事をどう捉えどう表現するかという出来事の認識の仕方が大きくかかわっていることがわかってきた。さらに、英語の語彙拡張において、その主要なメカニズムとして「メトニミー的発想」の構図が実証的に明らかにされ、図像性というときに、直截的な図像性に加えて、デフォルメされたメトニミー的図像性も一貫してとえることができることを記述的に立証したことになる。近年の認知意味論の影響を受けている意味研究は、精緻な意味理論を展開し、不規則にみえる統語的現象を極めて規則的現象として説明可能であるという研究を進めている。本研究では、人間が何をどう認識しことばに表しているのか、英語における出来事の認識とその統語形式を例に明らかにしている。英語の動詞表現が表すactivity, accomplishment, achievement, semelfactive, stateという出来事(eventuality)の構造が明らかにされ、出来事の構造を人間はどのように認識し、その認識を適格に聞き手に伝えるために話し手は自分の認識をどのように統語構造に写し取っているのかという意味と統語形式との図像的関係を精査に研究している。完成動詞といわれるaccomplishmentにみられる状態の変化は、(i)何もないところから完成を目指すcreation、(ii)完成しているものを食べたり、壊したりしながらゼロをgoalに目指すconsumption/destruction、(iii)完成しているものが、異質のものに変化するchange of stateの大きく3つに分けることができると考えられる。完成動詞とhalf(変化が半分まで)という副詞との共起性とその解釈を検討することによって、集合のmemberが全体として徐々に変化が進み、均質的に変化の途上にあるという解釈を許すholistic変化とその解釈を許さずmemberの半数は変化を完了しているが残りの半数は無変化であるというincrementalな変化とがあることがわかり、その統語形式への反映と検討し始めている。今後は、in sixty、secondsなどの時の副詞やalmostなどの副詞が修飾するのは、出来事の構造の5つのレベル(occurrenceレベル、onsetレベル、processレベル、goalレベル、resultレベル)のうちのどのレベルと関係してくるのか、主語・目的語の複数性と文全体の意味との関係、出来事のタイプ(activity, accomplishment, achievement, semelfactive, state)との関係などを精査に検討してゆくことになる。完成動詞といわれるaccomplishmentにみられる状態の変化は、(i)何もないところから完成を目指すcreation、(ii)完成しているものを食べたり、壊したりしながらゼロをgoalに目指すconsumption /destruction、(iii)完成しているものが、異質のものに変化するchange of stateの大きく3つに分けることができると考えられる。

完成動詞とhalf(変化が半分まで)という副詞との共起性とその解釈を検討することによって、集合のmemberが全体として徐々に変化が進み、均質的に変化の途上にあるという解釈を許すholistic変化とその解釈を許さずmemberの半数は変化を完了しているが残りの半数は無変化であるというincrementalな変化とがあることがわかり、その統語形式への反映と検討し始めている。今後は、in sixty secondsなどの時の副詞やalmostなどの副詞が修飾するのは、出来事の構造の5つのレベル(occurrenceレベル、onsetレベル、processレベル、goalレベル、resultレベル)のうちのどのレベルと関係してくるのか、主語・目的語の複数性と文全体の意味との関係、出来事のタイプ(activity, accomplishment, achievement, semelfactive, state)との関係などを精査に検討した。
歯数制御による歯牙再生に関する分子生物学的研究

本研究は、歯牙形成過程において、特に歯数の制御に着目し、機能が抑制されることで歯数が増加する分子(USAG-1等)、逆に機能が亢進することで歯数が増加する分子(BMP7)等を標的分子とする。その標的分子を痕跡的な第3歯堤の局所において、それぞれ機能抑制または機能亢進し、第3生歯を形成させることにより歯牙再生を目指す。歯牙再生は,遺伝子工学的手法や永久歯の後継歯(第3生歯)の形成等,新しい方向性が模索されるようになってきた.われわれは,BMP拮抗分子USAG-1 KOマウスに歯数増加を見出し,歯牙再生への応用の可能性を報告してきた.近年BMP7のconditional nullマウスに上顎歯牙欠損を認めることが報告され,USAG-1がBMP7の拮抗分子である可能性が考えられた.今回われわれは,USAG-1とBMP7のdouble mutantマウスの解析によりBMP7の歯数制御に関して検討する。BMP7^<+/LacZ>マウスとUSAG-1^<+/LacZ>マウスのLacZ染色を行い,発現部位を検討したところ,E13.c15の上顎切歯部においてUSAG-1とBMP7の共発現を認めた.E17の上顎切歯部においてUSAG-1 KOマウスでは歯数が増加するのに対し、USAG-1とBMP7のdouble KOマウスにおいては正常な歯数となった.上顎切歯部においてUSAG-1欠損による歯数増加をBMP7欠損によりrescueできることを示した.以上のことから,上顎切歯部においてUSAG-1がBMPサブタイプの中でBMP-7の拮抗分子であり,BMP-7が歯数制御に関わると考えられた.ヒトにおいてもBMP-7を標的分子として歯牙再生を目指す新しいアプローチとなる可能性を示唆したBMP7を局所投与することによって、歯数が増加させることが可能かどうかを確かめるために、E15マウス胎児より上顎の切歯部の歯胚をマイクロダイセクションし、1日器官培養した後、BMP7の組み換え蛋白局所を浸漬したゼラチンスポンジとともにマウス腎被膜下移植した。19日経過後、腎臓を摘出し、移植した歯胚を確認したころ、明らかな歯数の増加は確認できなかった。そこで、USAG-1とBMP7ダブルノックアウトマウスを用いて、歯数制御のメカニズムを更に詳細に検討するとともに、用いたゼラチンスポンジの改良を行った。上顎の痕跡的乳切歯部ではUSAG-1とBMP-7が同部位に発現したのに対し、臼歯部ではUSAG-1とBMP-7は相補的に発現していた。以上の結果から、少なくとも上顎の痕跡的乳切歯部においては、USAG-1とBMP-7が歯上皮に共発現しており、今までの結果をサポートするデータであった。更に、BMP-7+/-アダルトマウスの下顎切歯をマイクロCTにて体積を測定したところ、BMP-7ヘテロマウスは野生型に比べて体積が増大していた。USAG-1-/-アダルトマウスも同様に測定すると、USAG-1欠損マウスはヘテロに比べて体積が増大していた。そこで、USAG-1-/-とBMP-7+/-のマウスを用いて交配し、第二世代を解析した。第二世代アダルトマウスでは、USAG-1欠損BMP7ヘテロマウスの下顎切歯が他の遺伝子型よりも体積が最も大きく、また、その過剰歯はUSAG-1欠損BMP7野生型マウスの過剰歯に比べて大きい傾向がみられた。また、BMP7の遺伝子発現量の減少による体積変化のほうが、USAG-1の遺伝子発現量の減少による体積変化よりも大きいことが示された。この結果は、ヒトにおいて第三歯堤を利用した局所でのUSAG-1の遺伝子発現量の調節による歯の再生を目指すにあたり、BMP7の遺伝子発現量を減少させることで、歯の大きさも制御できる可能性を示している。われわれは、USAG-1欠損マウスとBMP7欠損マウスのダブルノックアウトマウス(USAG-1とBMP7の2つの遺伝子がともに欠損したマウス)よるレスキュー実験を行い、BMP7の機能亢進により歯数が増加する事を確認した。また、CEBP/β欠損マウスにおいて、切歯周囲に複数の過剰歯を認め、歯原上皮幹細胞に由来すると考えられた過剰歯を報告した。近年、われわれの研究グループ以外からも、過剰歯を有する遺伝子欠損マウスが相次いで報告され、過剰歯の発症には、以下の大きく2つのメカニズムが存在することがわかってきた。痕跡的な乳切歯や歯隙部(マウスにみられる切歯と大臼歯間に存在する小臼歯が萌出すべき歯牙の存在しないスペース)に存在する小臼歯などの、発生の過程で本来、退化消失していく歯胚がレスキューされ、発生がすすんで形成されたもの。(2)外エナメル上皮内に存在する歯原上皮幹細胞が、局所で上皮間葉誘導にて歯牙を形成したもの。

このことは、1つの遺伝子の発現量,遺伝子変異で歯数が増加すること意味し,1つの標的分子を局所で操作することにより器官である歯牙を形成することができる可能性を示唆した。その標的遺伝子は複数存在すると考えられた。また、BMP7ヘテロマウスにおいて、下顎切歯、臼歯の体積、断面積が増大していていることを見出した。マウスと同じ哺乳類であるヒトにおいても、永久歯の後継歯(第3生歯)を形成するポテンシャルを持った通常退化消失する痕跡的な第3歯堤が存在することが、以前より報告され、その形成は出生後の永久歯の歯冠形成期とされていた。われわれも上記(1)の過剰歯発症メカニズムが想定された第3生歯と考えらえた多発性の過剰埋伏歯の症例を見出し、報告した。最初に取り組んだ局所でのUSAG-1の発現または機能抑制及びBMP7の発現または機能亢進によりin vitroで歯胚の数を増加させるシステムを確立する実験において予想通りの結果が得られなかったため、そこで、USAG-1とBMP7ダブルノックアウトマウスを用いて、歯数制御のメカニズムを更に詳細に検討するとともに、用いたゼラチンスポンジの改良を行った。24年度が最終年度であるため、記入しない。昨年より行っているように、当初設定していた研究ゴールを達成するために、再度USAG-1とBMP7ダブルノックアウトマウスを用いて、歯数制御のメカニズムを更に詳細に検討する。加えて昨年度新たに見出したBMP7、USAG-1発現量減少により歯の体積が増大するという興味深い結果に関しても詳細に検討する。
大脳皮質の錐体細胞間抑制を担う神経回路微細構造の解明

錐体細胞の単発発火が、抑制性細胞の活動電位を伴わずに近傍の錐体細胞に抑制性反応を引き起こすことが報告されている。これは、錐体細胞の軸索終末が抑制性細胞の軸索終末に直接作用し、GABAの放出を引き起こしていることを示唆していた。本課題では、その形態学的基盤を免疫電子顕微鏡技術のSDS-FRL法により明らかにすることを目的とし、この抑制性伝達の関連分子であるAMPA型受容体およびカイニン酸型受容体が抑制性軸索終末には局在するかどうかを調べた。その結果、それらの分子は抑制性軸索終末には存在せず、錐体細胞のシナプス後部に局在していることが明らかとなった。平成22年度は、大脳皮質の錐体細胞間に引き起こされる抑制性伝達の形態学的基盤を解明することを目的とし、その伝達に関与するカイニン酸型受容体の局在解析のための抗体スクリーニングを行った。具体的には、カイニン酸型受容体サブユニットのうち、KA2とGluR6/7に対する抗体を市販の抗体や共同研究者から入手し、SDS-FRL法を用いてレプリカ上で特異的な免疫標識が得られるかどうかの検討を行った。その結果、KA2およびGluR6/7両サブユニットにおいて市販の抗体が有効であることが、海馬組織から作製されたレプリカ上で確認された。さらに、得られた免疫標識が特異性を共同研究者から入手したKA2ノックアウトマウス、およびGluR6ノックアウトマウスの組織を用いて確認したところ、野生型マウスの組織において両抗体から得られた免疫標識はノックアウトマウスの組織からは検出されず、その標識の特異性が確認された。次に、これらのカイニン酸型受容体抗体とAMPA型受容体抗体による標識検出を効率よく行うために、レプリカ作製条件の最適化を行った。具体的には、マウスの灌流固定に用いるパラホルムアルデヒドの濃度検討とSDS溶液による組織の溶解条件の最適化を行った。その結果、2%パラホルムアルデヒドが有効であり、またSDS溶液による組織の溶解条件は、AMPA型受容体の検出には、80度で一晩、またカイニン酸型受容体の検出には、オートクレーブで105度15分が最適であることがわかった。以上の検討により、SDS-FRL法を用いて大脳皮質におけるカイニン酸型受容体とAMPA型受容体の局在解析を行うための準備が整った。これらのカイニン酸型受容体抗体による標識検出を効率よく行うために、レプリカ作製条件の最適化を行った。その結果、2%パラホルムアルデヒドが有効であり、またSDS溶液による組織の溶解条件は、カイニン酸型受容体の検出には、オートクレーブで105度15分が最適であることがわかった。以上の検討により、SDS-FRL法を用いて大脳皮質におけるカイニン酸型受容体の局在解析を行うための準備が整った。平成23年度は、大脳皮質におけるカイニン酸型受容体の局在解析に成功した。GluR6およびKA2に対する免疫標識は大脳皮質神経細胞のポストシナプスに集積して観察された。今後カイニン酸型受容体を発現するシナプス結合を形成する神経細胞種の同定することにより、錐体細胞間抑制性伝達におけるカイニン酸型受容体の機能的役割の推定に役立つことが期待される。
GC含量の異なるアルファヘルペスウイルスにおける突然変異の比較研究

GC含量が極端に低い(約30%)イヌヘルペスウイルス(CHV)の環境下においてGC含量の高い遺伝子の発現を研究するために豚オーエスキー病ウイルス(PrV)のgB遺伝子(GC含量約70%)を組み込んだ組み換えCHVを構築した。PrVgB遺伝子のプロモーターはCHVに組み込まれた状態でも機能し、転写、翻訳されPrVのgB様の糖タンパクを発現した。CHVによって発現されたPrVgBは感染細胞の表面にtransportされ、それに対して作成されたマウス抗体はPrVを中和する活性を有していた。PrVgBはgBa,gBb,gBbおよびgBcと呼ばれる3種のポリペプチドが非共有結合で複合体を形成しているが、CHVの発現するPrVgBも同じ構造を持つことが明らかになった。したがってPrV遺伝子はCHV環境下においてもPrV環境下でも全く同じ糖タンパクを発現するものと考えられた。DNA合成時に極端なデオキシヌクレオチド3燐酸プールのアンバランスがあった場合、突然変異の起こる頻度が高まることが知られている。ヘルペスウイルスには極端にGC含量が低いもの(CHV)と極端に高いものヘルペスウイルスのゲノムのGC含量が極端に高いもの(PrV.BHV)が存在するが、ヘルペスウイルス複製時のデオキシヌクレオチド3燐酸プールのアンバランスがGC含量の増加あるいは減少への進化的圧力になることが考えられる。ウイルス感染時のデオキシヌクレオチド3燐酸のプールサイズのとゲノムのGC含量の相関関係の有無を研究するために、HPLC法によりdATP,dCTP,dGTP,dTTPのプ-ルサイズを測定した。MDCK細胞をPRV,BHVおよびCHVで感染させ、6時間後に感染細胞をPBSで洗浄し、過塩素酸にて抽出し、炭酸カリウムにて中和し、HPLCカラム(PEGASIL ODS.株式会社センシュ-科学)で分析した。PRVおよびCHV感染細胞中ではそれぞれのデオキシヌクレオチド3燐酸のプールサイズはコントロールと比して有意な差は見られなかったが、BHV感染細胞においてはdATPのプールがコントロールの2-3倍になっていた。したがって感染ヘルペスウイルスのゲノムのGC含量と感染細胞におけるデオキシ3燐酸プールには相関関係が存在しないことが明らかになった。祖先は共通と考えられるアルファヘルペスウイルスが、ウシへルペスウイルス1型(BHV-1)あるいはオーエスキー病ウイルス(PRV)のような極端に高いGC含量(それぞれ72%および74%)を有するもの、イヌヘルペスウイルス(CHV)のように極端に低い(GC含量32%)もの、あるいはネコヘルペスウイルス(FHV)のような中間型(GC含量46%)に分かれて進化して行った機構の解明が本研究の目的である。平成8年度においてはFHVおよびCHVのそれぞれのチミジンキナーゼ(TK)遜伝子座に外来のDNAを導入する技術を確立した。この技術を用いてCHVのTK遺伝子座にBHV-1、PRVおよびFHVのTK遺伝子を組み込んだ組み換えCHVを構築した。これ等の組み換えCHVにおいては、組み込まれたそれぞれのTK遺伝子に突然変異が起きたものをIDUあるいはAraTなどの薬剤の選択により分離する事が可能である。更に大腸菌のLacZのcoding領域をSV40のearly promoterの下流に連結したものを組み込んだ組み換えCHVにおいては大腸菌のLacZが発現しており、MDCK細胞に感染させるとXgalに染色される青色のプラクを形成する。これはBHV-1のIEがSV40 early promoterを特異的に阻害する性質を持ち、その結果BHV-1に組み込まれたSV40 earlyI promoterは機能しない事実と対照的である。組み込んだ大腸菌のLacZ遺伝子に突然変異が起きた株はXgal染色に青色のプラクを形成しない事から容易に識別可能である。今後CHVに組み込んだ種々の遺伝子に突然変異を起こした株を多数分離し、それらの突然変異の性質、頻度等を研究する予定である。

ウイルス感染時のデオキシヌクレオチド3燐酸のプールサイズのとゲノムのGC含量の相関関係の有無を研究するために、HPLC法によりdATP,dCTP,dGTP,dTTPのプ-ルサイズを測定した。MDCK細胞をPRV,BHVおよびCHVで感染させ、6時間後に感染細胞をPBSで洗浄し、過塩素酸にて抽出し、炭酸カリウムにて中和し、HPLCカラム(PEGASIL ODS.株式会社センシュ-科学)で分析した。PRVおよびCHV感染細胞中ではそれぞれのデオキシヌクレオチド3燐酸のプールサイズはコントロールと比して有意な差は見られなかったが、BHV感染細胞においてはdATPのプールがコントロールの2-3倍になっていた。したがって感染ヘルペスウイルスのゲノムのGC含量と感染細胞におけるデオキシ3燐酸プールには相関関係が存在しないことが明らかになった。前年度の研究によりアルファヘルペスウイルス亜科に属するウイルスでGC含量が低い(32%)イヌヘルペスウイルス(CHV)のゲノムに外来の遺伝子を相同組み換えにより導入する方法を確立した。その方法を用いて、CHVゲノムにGC含量が高いウシヘルペスウイルス1型(BHV-1)、オーエスキー病ウイルス(PRV)、ヒト単純ヘルペスウイルス1型(HSV-1)のそれぞれのチミジンキナーゼ(TK)遺伝子(GC含量約70%)を組み込んだ組み換え体を作出した。これらの組み換えCHVはチミジンキナーゼを発現することからIDU,Aralあるいはacyclovir等の薬剤による増殖阻害を受ける。組み換えCHVを2サイクルのIDU選択を繰り返すことにより外来チミジンキナーゼ遺伝子に突然変異を持つ株を多数得ることができた。さらに同様の方法で野性型のCHVから固有のTK遺伝子に突然変異をおこした株も得ることが出来た。今後は得られた変異株のTK遺伝子の配列を解析することにより、GC含量の低いCHVに組み込まれた高GCのTK遺伝子が、低GCに向かうような突然変異をおこし易くなるかを検討してゆく。CHVは宿主特異性が高くイヌ由来の細胞以外ではほとんど増殖をしないことが知られている。一方PRVはin vitroでの宿主域は比較的広く、多くの種類の培養細胞中で増殖をする。PRVの種々の糖タンパクの遺伝子をCHVのゲノムに組み込んだところPRVのプロモータはCHVの中で機能し,PRVの糖タンパクが発現していることが明らかになった。今後はCHV内で発現しているPRV由来の糖タンパクがCHVの宿主特異性にどのような影響を及ぼすかを検討してゆく。GC含量が極端に低い(30%)イヌヘルペスウイルス(CHV)の環境下においてGC含量の高い遺伝子の発現を研究するために豚オーエスキー病ウイルス(PrV)のgB遺伝子(GC含量約70%)を組み込んだ組み換えCHVを構築した。PrVgB遺伝子のプロモーターはCHVに組み込まれた状態でも機能し、転写、翻訳されPrVのgB様の糖タンパクを発現した。CHVによって発現されたPrVgBは感染細胞の表面にtransportされ、それに対して作成されたマウス抗体はPrVを中和する活性を有していた。PrVgBはgBa,gBbおよびgBcと呼ばれる3種のポリペプチドが非共有結合で複合体を形成しているが、CHVの発現するPrVgBも同じ構造を持つことが明らかになった。
吸脱着型空気清浄装置の開発と性能評価に関する研究

本研究は,建築材料や殺虫剤・化粧品等の使用による生活行為の甲で放散されるホルムアルデヒドや揮発性有機化合物(VOC)等の室内化学汚染物質を除去し,清浄な室内空気質(IAQ)を維持するための新しい制御方法として,材料の物理的な吸着・脱着効果を利用した室内空気清浄システムの開発とその基本的な化学物質除去性能を明らかにすることを目的とする。平成16年度は前年度の成果を受けて,システムの基本性能試験および運転・制御法の検討,実大空間を対象にしたシステムのVOC除去性能,ならびに実用化のためのシステム性能の改善について検討した。以下に,その概要を示す。(1)プロトタイプの各種吸着材のVOC除去性能試験およびシステム運転・制御法の検討:前年に引き続き,市販の吸着性能の高いと思われる各種材料(軽石,レカトンなど)のVOC除去性能試験を行い,システムの最適なオンライン運転・制御方法を検討した。その結果普及型PCにより容易に制御可能なシステムが構築可能なことを明らかにした。(2)実大居室を用いた汚染質除去性能の実証試験:本学実験室に設置された実大居室(2.7×2.7×2.3m)を用いて,2ユニットタイプ吸脱着型空気清浄装置(吸着材として,ハニカム状活性炭および繊維状活性炭フィルターを使用)のVOC除去性能およびその評価法に対する実証試験を行い,実用可能性の検討を行った。また,長期運転時の特性や材質の劣化などの変化を調べた。(3)空気清浄装置の改良とその性能試験:実用化を目指した装置の小型化,装置の性能向上のための改良および新規に不織布活性炭フィルターを用いたVOC除去性能試験,などについて検討した。(4)本研究で開発したVOC除去性能の定量的評価法を,観葉植物のVOC除去性能試験法や換気効率の測定法に応用し,様々な環境条件下における特性を明らかにした。以上の成果は,国内外の学会等に発表した。建築材料や殺虫剤・化粧品等の使用による生活行為の中で放散されるホルムアルデヒドや揮発性有機化合物(VOC)等の室内化学汚染物質を除去し,清浄な室内空気質(IAQ)を維持するための新しい制御方法として,材料の物理的な吸着・脱着効果を利用した室内空気清浄システムの開発とその基本的な化学物質除去性能を明らかにすることを目的として,H15年度の研究計画に従い以下の成果を得た。(1)各種吸着材の吸脱着速度の同定試験本研究で提案する空気清浄装置の吸着材として,ハニカム状の活性炭,セラミック系多孔質材料,ゼオライトの吸脱着特性を,スモールチャンバーを用いたステップアップおよびステップダウン応答の濃度変動に基づく同定法により調べた。その結果,ハニカム状活性炭は吸着性能に,セラミック系多孔質材料は吸着および脱着性能共に優れた特性を示した。(2)吸脱着型空気清浄装置の試作材料の吸脱着ユニットを2セット内蔵した空気清浄装置のプロトタイプとその制御装置を設計,製作し,オンラインで装置の機械的な稼動性能(空気循環量,圧力損失,制御性等)を確認した。次に基本運転モード(吸着および脱着モードの時間スケジュール,供給空気の温湿度と循環量などを設定)に対する各種吸着材(ハニカム状活性炭フイルター,繊維状活性炭フィルターなど)の汚染質除去特性(温度・湿度依存性,対象とする化学物質に対する吸着特性など)を調べるための予備実験を行った。(3)空気清浄装置のVOC除去性能評価法の検討試作した2ユニットタイプ吸脱着型空気清浄装置のVOC除去性能の評価法を確立するために,既存の空気清浄装置の性能評価法も含めた最適なVOC除去性能評価法の検討を行う。

そのために,システムシミュレーションならびに基礎実験を行った。本研究は,建築材料や殺虫剤・化粧品等の使用による生活行為の中で放散されるホルムアルデヒドや揮発性有機化合物(VOC)等の室内化学汚染物質を除去し,清浄な室内空気質(IAQ)を維持するための新しい制御方法として,材料の物理的な吸着・脱着効果を利用した室内空気清浄システムの開発とその基本的な化学物質除去性能を明らかにすることを目的とする。平成16年度は前年度の成果を受けて,システムの基本性能試験および運転・制御法の検討,実大空間を対象にしたシステムのVOC除去性能,ならびに実用化のためのシステム性能の改善について検討した。以下に,その概要を示す。(1)プロトタイプの各種吸着材のVOC除去性能試験およびシステム運転・制御法の検討:前年に引き続き,市販の吸着性能の高いと思われる各種材料(軽石,レカトンなど)のVOC除去性能試験を行い,システムの最適なオンライン運転・制御方法を検討した。その結果普及型PCにより容易に制御可能なシステムが構築可能なことを明らかにした。(2)実大居室を用いた汚染質除去性能の実証試験:本学実験室に設置された実大居室(2.7×2.7×2.3m)を用いて,2ユニットタイプ吸脱着型空気清浄装置(吸着材として,ハニカム状活性炭および繊維状活性炭フィルターを使用)のVOC除去性能およびその評価法に対する実証試験を行い,実用可能性の検討を行った。また,長期運転時の特性や材質の劣化などの変化を調べた。(3)空気清浄装置の改良とその性能試験:実用化を目指した装置の小型化,装置の性能向上のための改良および新規に不織布活性炭フィルターを用いたVOC除去性能試験,などについて検討した。(4)本研究で開発したVOC除去性能の定量的評価法を,観葉植物のVOC除去性能試験法や換気効率の測定法に応用し,様々な環境条件下における特性を明らかにした。以上の成果は,国内外の学会等に発表した。
知的な非線形ロバスト制御による自律型エアロロボットの超低空飛行に関する研究

本研究では自律型エアロロボットが数十cm数mの超低空を正確かつ安定に飛行するための制御技術に関する研究開発を行うことを目的とした.超低空飛行の実施には地面の形状,傾斜を正確に測定するシステムが不可欠である.このためにエアロロボットに小型レーザスキャナを搭載し,センシング情報をGPS-INS複合航法システムと複合することにより,地面の3次元形状測定システムの構築を行った.また,半導体ジャイロ・加速度計・磁気方位センサ・単独測位用GPSからなるGPS-INS複合航法システムを開発し,従来の複合航法システムと比較を行った結果,測定精度はほぼ同じ精度であるが小型・軽量化・低コスト化が可能であることを示した.さらに,飛行制御については環境の変化を認識し動的に補正を行う適応機構に関する研究を実施した.特に,複数の適応モジュールからなる飛行制御系では,学習過程の安定性を考慮した強化学習アルゴリズムを提案し,飛行制御実験によりその有効性を確認した.さらに,知的な非線形ロバスト制御としてニューラルネットワークを用いる制御について研究を実施し,風を確率的な不確かさと見なして学習したニューラルネットワークによる飛行制御実験を行い,従来の線形飛行制御系に比べて飛行性能とロバスト性のいずれの観点からも大きく向上することを示した.また,フライトシミュレータを用いたニューラルネットワークの学習結果からロバスト性の増大させるために必要な制御方式の変化について解析を行い,特に超低空飛行制御において重要である高度方向の制御に関してはロバスト性を増大させるには速度方向での制御方式の切換が必要となることが分かった.さらに,ニューラルネットワークのオンライン学習,適応バックステッピング法などの適応的飛行制御による高度制御実験を実施した.その結果,適応機構なしでは機体が数m/sの速度で上昇・下降してしまう疑似風(トリムの変化)を適応機構が働くことによりほぼ完全に打ち消すことができることを示した.本研究では自律型エアロロボットが数十cm数mの超低空を正確かつ安定に飛行するための制御技術に関する研究・開発を行うことを目的とし,知的システムの学習・適応による知的な非線形ロバスト制御系および非線形ロバスト適応制御系により高度に安定な超低空飛行制御系の構築法に関して研究を実施した.確率的な外乱など不確かさに対する非線形ロバスト制御系の構築をニューラルネットワークの学習により行う方法を提案しただけでなく,学習結果が複雑系の特徴として挙げられているべき乗則に従うことを発見し,不確かさを考慮した学習・最適化が生態システムなど複雑系の支配原理と深く関連する可能性があることを示した.また,複数の適応的なモジュールを持つ制御系について考え,モジュールの協調的な適応・動作により環境の複雑さや変化に適応する制御系の構築法とその安定な適応アルゴリズムを提案し,エアロロボットの飛行実験によりその実証を行った.その結果,エアロロボットの運動方向や風の方向によりモジュールが適応的に振る舞うことを確認した.また,超低空飛行においては地面との距離だけでなく傾斜や起伏が大きな影響を持つので,エアロロボットに小型レーザースキャナーを搭載した.そのセンシング情報を3PS-INS(慣性航法)複合航法システムと複合化した対地高度・傾斜・起伏の計測システムへと発展させた.また,GPS-INS複合航法のハードウェア化,小型化のための検討を行い,その実験を実施した.さらに,熟練操縦者と中級操縦者の違いを明らかにし,エアロロボットの操縦のコツを制御系構築に反映することを目的として,視線検知装置,プロポ操舵記録フライトデータにより操縦方法の解析を行った結果,方位方向の制御のための注視点が熟練者と中級者と異なることなど様々な違いを発見した.本研究では自律型エアロロボットが数十cm数mの超低空を正確かつ安定に飛行するための制御技術に関する研究開発を行うことを目的とした.超低空飛行の実施には地面の形状,傾斜を正確に測定するシステムが不可欠である.このためにエアロロボットに小型レーザスキャナを搭載し,センシング情報をGPS-INS複合航法システムと複合することにより,地面の3次元形状測定システムの構築を行った.また,半導体ジャイロ・加速度計・磁気方位センサ・単独測位用GPSからなるGPS-INS複合航法システムを開発し,従来の複合航法システムと比較を行った結果,測定精度はほぼ同じ精度であるが小型・軽量化・低コスト化が可能であることを示した.さらに,飛行制御については環境の変化を認識し動的に補正を行う適応機構に関する研究を実施した.特に,複数の適応モジュールからなる飛行制御系では,学習過程の安定性を考慮した強化学習アルゴリズムを提案し,飛行制御実験によりその有効性を確認した.さらに,知的な非線形ロバスト制御としてニューラルネットワークを用いる制御について研究を実施し,風を確率的な不確かさと見なして学習したニューラルネットワークによる飛行制御実験を行い,従来の線形飛行制御系に比べて飛行性能とロバスト性のいずれの観点からも大きく向上することを示した.また,フライトシミュレータを用いたニューラルネットワークの学習結果からロバスト性の増大させるために必要な制御方式の変化について解析を行い,特に超低空飛行制御において重要である高度方向の制御に関してはロバスト性を増大させるには速度方向での制御方式の切換が必要となることが分かった.さらに,ニューラルネットワークのオンライン学習,適応バックステッピング法などの適応的飛行制御による高度制御実験を実施した.その結果,適応機構なしでは機体が数m/sの速度で上昇・下降してしまう疑似風(トリムの変化)を適応機構が働くことによりほぼ完全に打ち消すことができることを示した.
キラル反転を伴ったサリドマイド複雑代謝システムの分子論的解明

本年度は、サリドマイド(TD)及び誘導体である3'-フルオロサリドマイド(FTD)とポマリドミド(PD)における代謝産物の網羅的解析と、理論計算を用いた複雑代謝系の優先経路の解析を行い、以下の成果を得た。(1)TD, FTD, PDにおいてキラル反転・加水分解・酸化の代謝反応時間をさまざまに制御し、経時的に生成・分解する代謝産物をLC-MS/MSを用いて定量した。代謝系の階層的な進行に着目し、加水分解と酸化を受けた回数によって階層を(i,j)代謝産物と区別した。iは加水分解を、jは酸化を受けた回数である。各代謝産物について特徴的な生成・分解の時間パターンが得られ、これらはTD及び誘導体の複雑代謝系の進行を表していると考えられる。(1,0)代謝産物の酸化はTDに比べて起こりにくいことから、TDが酸化を受けてから加水分解されて(1,1)代謝産物に至る経路が優先的であることが示唆された。生成した代謝産物の吸収・CDスペクトルを測定したところ、TDとは異なるスペクトルが観測された。TD-DFT計算による結果と比較し、未代謝のTDが持つキラリティと同じ立体異性が代謝系中で保持されていることを明らかにした。(2)CYPP450の中でTDの酸化に関わる2C19と3A4と基質となるTD関連分子のドッキングシミュレーションを行った。その結果2C19ではTDと最も強い結合が予測され、(1,0)代謝産物ではTDと比較して5-10倍弱い結合が予測された。(2,0)代謝産物ではさらに弱い結合となり、加水分解が進むにつれて2C19との結合が弱くなることが示された。3A4でも類似した傾向が見られた。DFT計算によると、TDと三種類のOH-TDが加水分解する反応のエネルギー障壁ではおよそ17-18 kcal/molの違いが生じていることが明らかとなった。これらの内容を論文にまとめ、現在投稿・査読中である。27年度が最終年度であるため、記入しない。サリドマイドの主要な代謝である加水分解と酸化に着目し、in vitroでのそれぞれの代謝反応の関連性を調べた。各代謝産物を定量するための、クロマトグラフィー分析条件の検討を行った。CD-1マウス由来の肝臓ミクロソーム抽出液(酸化酵素CYPを含む)を用いて、サリドマイドのエナンチオマーを加水分解・酸化処理した。それぞれの反応時間を変化させ、蛍光誘導体化試薬であるDBD-APyおよびDBD-COClでプレカラム処理した。種々の分析条件を検討した結果、アダマンチル基を固定相とした逆相カラムを用いると良好な分離が得られた。各保持時間における溶出ピークのUVスペクトルをスキャンし、各溶出ピークに含まれる物質を推定してその存在量の経時変化をプロットした結果、二種類の代謝反応の反応時間によって特徴的な二次元プロットが見られる傾向を発見した。次にサリドマイドの主な代謝である加水分解、酸化、キラル反転が同時に起こる「三次元代謝」をより定量的に理解するために、反応速度論に基づいた代謝系の数理モデルを構築した。準定常状態や律速段階近似などを考えず、実際の代謝反応速度から設定したパラメータを用いて数値計算を行い、すべての加水分解産物とそのエナンチオマーの存在量の経時変化をシミュレーションした。また、酵素などの外的要因によって反応速度が変化した状況を考え、代謝産物の生成・分解・キラル反転を表すパラメータをさまざまに変化させ、最終的に代謝系に残存するキラリティの偏りを計算したところ、特徴的なパラメータの組み合わせにおいて特徴的なパターンが現れることを見出した。さらに、先行研究にあるサリドマイド加水分解産物のTNF-α産生抑制作用をパラメータとして、代謝中にTNF-α産生抑制作用が経時的にどのように変化するかを計算したところ、先行研究の生物学的実験の結果を新しい観点で解釈することができた。これらの内容はJ. Theor. Biol.誌に発表した。